數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

董建娥　李莎　謝裕睿

摘要：針對(duì)以往數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容單一、偏向基礎(chǔ)、側(cè)重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的情況，該文介紹了以學(xué)號(hào)計(jì)數(shù)器為題目的數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)踐，學(xué)生通過(guò)討論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方案、設(shè)計(jì)與仿真電路的各個(gè)模塊、實(shí)物焊接與調(diào)試、演示及答辯等環(huán)節(jié)加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù);教學(xué)方法;創(chuàng)新思維;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）02-0104-02

1 背景

為了滿足企業(yè)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的要求，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)建立各理論知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系、提高學(xué)生的綜合分析設(shè)計(jì)能力，本文以學(xué)號(hào)計(jì)數(shù)器為例進(jìn)行了數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的探討。

2 設(shè)計(jì)任務(wù)

該學(xué)號(hào)計(jì)數(shù)器要求使用NE555設(shè)計(jì)多諧自激振蕩器，計(jì)算并調(diào)整R1、R2、C的值，使之產(chǎn)生頻率大于100HZ、占空比可調(diào)的矩形波信號(hào);設(shè)計(jì)兩級(jí)低通濾波器，對(duì)NE555輸出的方波進(jìn)行濾波，使得第一級(jí)輸出三角波，第二級(jí)輸出正弦波;設(shè)計(jì)分頻電路，將產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行分頻，分頻后的信號(hào)頻率為1HZ;使用兩片74LS192組成模為學(xué)號(hào)后兩位加20的倒計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)周期為1秒，要求能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位和暫停功能。

該綜合實(shí)驗(yàn)題目在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中整合了計(jì)數(shù)器電路、脈沖產(chǎn)生和整形電路、分頻器電路、譯碼器和數(shù)碼管等多個(gè)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，要求學(xué)生掌握NE555多諧振蕩器的設(shè)計(jì)及計(jì)算，掌握使用中規(guī)模集成電路構(gòu)造任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，掌握CD4060、74LS192、74LS161計(jì)數(shù)器，以及74LS47、74LS48譯碼器和對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的使用，掌握常用元器件的識(shí)別與測(cè)試方法，并且學(xué)會(huì)電路系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及聯(lián)調(diào)測(cè)試。

由于學(xué)生學(xué)號(hào)不重復(fù)，所以每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路不同，學(xué)生一人一組，單獨(dú)設(shè)計(jì)。學(xué)生先在Multisim仿真平臺(tái)下完成整體電路的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果經(jīng)老師驗(yàn)收通過(guò)后領(lǐng)取元器件進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室焊接、調(diào)試、答辯以獲取最終成績(jī)。

3 實(shí)現(xiàn)方案

圖1為電路實(shí)現(xiàn)方案，電源電路分別給NE555信號(hào)發(fā)生電路、分頻電路和數(shù)碼管提供12V和5V直流電壓，NE555自激振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)方波信號(hào)，該信號(hào)可通過(guò)低通濾波器整形成為正弦波和三角波，同時(shí)該方波信號(hào)經(jīng)過(guò)CD4060分頻電路分頻為1HZ的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器電路技術(shù)，計(jì)數(shù)器電路的輸出為BCD碼，經(jīng)譯碼電路后驅(qū)動(dòng)7段數(shù)碼管點(diǎn)亮，顯示出對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)結(jié)果。

由于每位同學(xué)設(shè)計(jì)的振蕩電路產(chǎn)生的方波頻率不同，所以采用的CD4060分頻器的分頻輸出口也不同，同時(shí)學(xué)號(hào)不同計(jì)數(shù)結(jié)果也不同，所以計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)接線方式也不同，最終所有同學(xué)的電路都不相同，避免了抄襲現(xiàn)象，提高了學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。

4 電路仿真

在使用Multisim軟件進(jìn)行電路原理的仿真過(guò)程中，要求學(xué)生清楚每一個(gè)模塊的原理，每個(gè)模塊設(shè)計(jì)完成后使用仿真平臺(tái)中的虛擬示波器、電流表、電壓表等虛擬儀器檢查當(dāng)前模塊是否能正常工作，保證當(dāng)前模塊能正常工作的情況下再進(jìn)行下一個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，從而提高整個(gè)電路設(shè)計(jì)的正確性。

如圖2至圖5為采用虛擬示波器對(duì)每個(gè)模塊的輸出過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，并調(diào)整和記錄相關(guān)結(jié)果，為后續(xù)設(shè)計(jì)模塊提供參考。

5 焊接調(diào)試

實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)在電路焊接調(diào)試步驟中受阻，進(jìn)度緩慢或停滯，導(dǎo)致最終無(wú)法產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和預(yù)期不符。遇到這些情況，很多同學(xué)由于理論欠缺不知所措，分析不出問(wèn)題所在，會(huì)直接拆掉電路重新焊接，甚至重新領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)耗材焊接。

為了提高學(xué)生在焊接過(guò)程中排查故障的能力，要求老師在焊接前向?qū)W生介紹每種電路故障的現(xiàn)象可能是哪種原因?qū)е?，出現(xiàn)該故障的排查方法及需要使用的工具，盡量引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)思考解決問(wèn)題。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)學(xué)號(hào)計(jì)數(shù)器綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐，學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的理論教學(xué)內(nèi)容有了整體全面的認(rèn)識(shí)，達(dá)到了學(xué)以致用的目的，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)的熱情，提高了他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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