“TRIZ”理论在单片机实训教学中的应用尝试之《多功能全角LED点阵显示屏》教学工程实例的设计与实现

1、“TRIZ”理论在单片机实训教学中的应用尝试之多功能全角LED点阵显示屏教学工程实例的设计与实现TRIZ英文全名为“TheoryofInventiveProblemSolving”，中文含义为：发明式的问题解决理论，正体中文翻译为“萃思”或“萃智”，取其“萃取思考”之义。它是前苏联工程师和研究学者根里奇?阿奇舒勒(GenrichSaulovichAltshuller)通过对众多世界高水平发明专利的几十年分析研究，基于辩证唯物主义和系统论思想，提出的有关发明问题的基本理论。TRIZ是系统化的思维方法，是解决问题的有利工具。现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。首先，无论是一个简单产品还是

2、复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。其次，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。再就是技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。TRIZ理论的基础是工程知识和科学知识。在实际工程方案的解决中发挥着重要作用，具有积极的意义。TRIZ追求优化合理和新奇创意，通过TRIZ理论可以得到意识的引导和概念的启示。在教学中，可将该理论与实践教学相结合，突出创意+实践的特点。电子信息类专业人才培养方案教学过程一般包括：理论教学、实验教学、课程设计、生产实习、实训、毕业设计等六个子过程，单片机实训在培养方案中占有非常重要

3、的地位，起着承前启后的作用。各子过程之间的关系如图1所示。TRIZ适用已有技术系统改进的创新问题，包括两种工具，一种是分析工具，一种是解决工具。分析工具核心是功能，解决工具的核心是资源。TRIZ从功能的角度描述技术系统，站在功能的角度去看待全局，同时明确技术系统的边界和目标，分析可以利用的资源。效应是TRIZ中基于知识的工具，效应是对系统输入/输出间转换过程的描述，该过程由科学原理和系统属性支配，并伴有现象发生。基于专利分析，效应将科学原理和系统属性和现象与其工程应用有机地联系在一起，确定了在科学原理和系统属性支配下输入/输出流之间的因果关系，从本质上解释了功能实现科学依据，有利于高级别创新解

4、的产生。下面以多功能全角LED点阵显示屏教学工程实例的设计为例，详细阐述如何运用TRIZ理论的“效应模型”和技术矛盾的解决方法来设计、优化满足具体要求的电子系统。第一阶段-选题。在概念阶段，设计人员根据客户需求确定产品的总功能，并将总功能分解为分功能及功能元，建立待设计产品的功能结构；确定每个功能元的原理解，并将所有功能元的原理解合成得到待设计产的原理解。第二阶段-查新、检索，确定研究的可行性，制定技术路线与研究、试验思路。根据应用效应解决问题的一般过程，首先，进行问题分析并确定研究的可行性。其次，进行功能分析及需求功能定义。该系统在基本LED点阵显示屏基础上，配以红外人体感应模块、无线摇控模

5、块和无线数据传输模块，可实现工作模式的选择与切换，工作模式设定后可实现以下功能：信息的全角度显示；感应有人则显示信息，感应无人则不显示信息；摇控分屏显示与全屏显示；显示信息的无线数据传输控制等。最后，利用关联和控制效应改进功能，反复进行方案论证，最终获得问题原理解。第三阶段-技术矛盾的解决。（一）周期作用法：利用人体红外感应模块和无线摇控模块，通过核心单片机的控制，将周期作用的信号（或命令）转换成控制模式，控制显示屏的显示方式，可以有效达到节能的目的。（二）组合法：为了使在不同角度的人都能清楚地看到发布的信息，本装置采用了“全角布局”，即：使用三块同样大小的LED显示板组成三角形显示装置，利用

6、支撑或悬挂的方式安装，通过程序控制（采用“全屏显示模式”）可在三个屏幕上显示公共信息，若信息量较大，可采取“滚屏显示方式”。（三）分离法：在某些场合，为了使在不同角度的能获得与自己相关的信息（例如比赛或服务场合），本装置采用了“全角布局”，同时通过程序控制（采用“分屏显示模式”）可在三个屏幕上显示三组不同的信息。第四阶段-按计划严格开展科学试验，反复修正研究目标与研究方案。本装置利用目前市场上比较流行的51单片机作为主控芯片，能够很好的完成LED显示屏的静态显示与动态显示控制，产品具有的突出特点是：整合无线摇控、无线数据传输和红外感应技术，使产品更智能、环保、节能和实用。多功能全角LED点阵显示屏装置结构如图2所示。第五阶段-设计实现、撰写设计报告。根据以上内容撰写设计报本文通过介绍TRIZ理论相关方法和理论特点，联系单片机实训教学，以多功能全角LED点阵显示屏教学工程实例的设计为例，详细阐述了运用TRIZ理论的“效应模型”和技术矛盾的解决方法来设计、优化满足具体要求的电子系统的方法。通过讲解使相关设计人员了解到TR