《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：《數(shù)字電子技術(shù)》課程是自動(dòng)化專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，使學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、基本原理，掌握數(shù)字電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。運(yùn)用Proteus仿真教學(xué)手段，改善教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性的分析、設(shè)計(jì)能力，提高專業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)設(shè)計(jì)；教育教學(xué)

《數(shù)字電子技術(shù)》課程是自動(dòng)化專業(yè)和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，也是我校自動(dòng)化專業(yè)的核心課程。課程主要講授數(shù)字電子電路的基本概念、基本原理、基本分析和設(shè)計(jì)方法，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，是一門承上啟下的課程，為后續(xù)微機(jī)原理、單片機(jī)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)、交流調(diào)速等相關(guān)專業(yè)課程、技術(shù)的學(xué)習(xí)打下理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

我校自動(dòng)化專業(yè)《數(shù)字電子技術(shù)》課程安排了48學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，同時(shí)獨(dú)立開設(shè)了8學(xué)時(shí)的《數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)》以及2周的《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，需先修《電路》課程，與《模擬電子技術(shù)》課程同步開設(shè)，安排在大學(xué)第四學(xué)期開設(shè)。課程教材選用高等教育出版社，康華光主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分》（第六版），是“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

課程教學(xué)內(nèi)容及要求：

第1章，數(shù)字邏輯概論。大綱計(jì)劃4學(xué)時(shí)，認(rèn)識(shí)數(shù)字信號(hào)；掌握二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換；掌握無(wú)符號(hào)數(shù)、有符號(hào)數(shù)的二進(jìn)制表示方法；熟悉8421BCD、格雷碼及ASCⅡ碼中常用字符；掌握與、或、非的邏輯運(yùn)算法則、邏輯符號(hào)及邏輯表達(dá)式；掌握與非、或非、異或、同或的邏輯；掌握邏輯表達(dá)式、邏輯電路圖、真值表、波形圖4種邏輯關(guān)系的表示方式。教學(xué)上注意借助Proteus仿真方式，對(duì)各種邏輯功能進(jìn)行功能演示，另外需引導(dǎo)學(xué)生在邏輯關(guān)系的4種表示方式間變換時(shí)形成正確的思維方式。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決數(shù)字電子技術(shù)的基本概念和基本工具問題。

第2章，邏輯代數(shù)。大綱計(jì)劃4學(xué)時(shí)，掌握邏輯代數(shù)的基本定理、基本規(guī)則，利用代數(shù)法進(jìn)行邏輯變換，化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式；掌握最小項(xiàng)，認(rèn)識(shí)最大項(xiàng)，規(guī)范、正確的畫出卡諾圖，利用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。教學(xué)上注意邏輯代數(shù)基本規(guī)則講解時(shí)，要通過(guò)舉例反映規(guī)則使用時(shí)的技巧問題和注意事項(xiàng)，明白規(guī)則應(yīng)用的場(chǎng)合；注意引導(dǎo)學(xué)生理解卡諾圖的布局，化簡(jiǎn)的規(guī)律，對(duì)比圖解法相對(duì)于代數(shù)法化簡(jiǎn)的優(yōu)越性。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決數(shù)字電子技術(shù)中，邏輯表達(dá)式變換、化簡(jiǎn)的意義，以及邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)的方法。

第3章，邏輯門電路。大綱計(jì)劃4學(xué)時(shí)，熟悉CMOS反相器、CMOS邏輯門電路的結(jié)構(gòu)；掌握典型的傳輸門、OD門、三態(tài)門的特點(diǎn)；了解邏輯門電路實(shí)際使用中的接口問題、驅(qū)動(dòng)問題等。教學(xué)上注意對(duì)比數(shù)電與模電的不同，強(qiáng)調(diào)器件的開關(guān)特性，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到前兩章所講的邏輯關(guān)系、邏輯電路是如何利用實(shí)實(shí)在在的器件構(gòu)建起來(lái)的。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了抽象的邏輯關(guān)系與具體的物理器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系問題。

第4章，組合邏輯電路。大綱計(jì)劃6學(xué)時(shí)，認(rèn)識(shí)組合邏輯電路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；掌握組合邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的思維方式和步驟；掌握編碼器、譯碼器、多路選擇器的邏輯關(guān)系及其應(yīng)用；熟悉數(shù)值比較器、加法器的功能及其擴(kuò)展。教學(xué)上要特別注意引導(dǎo)學(xué)生建立起正確的組合邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的思維方式，通過(guò)盡量簡(jiǎn)單的例題來(lái)反映這種思維方式，通過(guò)簡(jiǎn)單的練習(xí)來(lái)訓(xùn)練這種思維方式。

第5章，鎖存器和觸發(fā)器。大綱計(jì)劃8學(xué)時(shí)，認(rèn)識(shí)時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；認(rèn)識(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；掌握SR鎖存器、D鎖存器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器的特性方程、功能表，正確分析波形。教學(xué)上要注意突出重點(diǎn)，總結(jié)電路特性，要以輕松的方式引導(dǎo)學(xué)生分析電路波形，對(duì)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，運(yùn)用對(duì)比的方式突出出來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生多對(duì)電路進(jìn)行分析，學(xué)會(huì)用Proteus仿真來(lái)驗(yàn)證分析結(jié)果。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了鎖存器、觸發(fā)器電路的分析問題，讓學(xué)生開始體會(huì)到了控制信號(hào)，特別是時(shí)鐘信號(hào)對(duì)電路的作用，開始感覺到電路會(huì)“動(dòng)起來(lái)”的樣子。

第6章，時(shí)序邏輯電路。大綱計(jì)劃8學(xué)時(shí)，系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)時(shí)序邏輯電路的模型和分類；掌握同步時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法；理解異步時(shí)序邏輯電路的分析、設(shè)計(jì)方法；掌握寄存器、計(jì)數(shù)器的原理及其應(yīng)用設(shè)計(jì)。教學(xué)上要注意引導(dǎo)學(xué)生在同步時(shí)序電路分析和設(shè)計(jì)時(shí)的思維方式，養(yǎng)成正確的步驟習(xí)慣，要嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了時(shí)序邏輯電路的分析、設(shè)計(jì)問題，相比前面的內(nèi)容，電路分析、設(shè)計(jì)相對(duì)更為復(fù)雜，使學(xué)生在問題的分析、解決能力上得到進(jìn)一步的訓(xùn)練和提高。

第7章，存儲(chǔ)器。大綱計(jì)劃4學(xué)時(shí)，認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類；認(rèn)識(shí)RAM、ROM的結(jié)構(gòu)原理，理解存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)問題，體現(xiàn)了組合電路和記憶單元的功能結(jié)合，為后續(xù)微機(jī)原理、單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

第8章，脈沖波形的變換與產(chǎn)生。大綱計(jì)劃6學(xué)時(shí)，掌握單穩(wěn)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的電路原理及分析；掌握555定時(shí)器的應(yīng)用。教學(xué)上要注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)分析方法的掌握，不刻意記憶電路，培養(yǎng)電路分析能力，正確分析波形。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了時(shí)序電路中，時(shí)鐘信號(hào)的發(fā)生，時(shí)鐘信號(hào)的整形、延遲控制和抗干擾的措施問題。

第9章，數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器。大綱計(jì)劃4學(xué)時(shí)，掌握D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及性能指標(biāo)；掌握A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理及性能指標(biāo)。從實(shí)際應(yīng)用角度，考慮到D/A、A/D功能都由集成電路實(shí)現(xiàn)，因此教學(xué)上，對(duì)于原理部分做簡(jiǎn)單介紹，突出器件的指標(biāo)參數(shù)、接口方式及其應(yīng)用的講解。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要解決了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的變換問題，為電子電路系統(tǒng)化、智能化提供條件。

課程理論教學(xué)中間，安排了四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)合授課過(guò)程中的仿真教學(xué)，使學(xué)生能及時(shí)將電路原理與電路實(shí)踐結(jié)合起來(lái)加以驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，以利于對(duì)數(shù)字電子技術(shù)概念、技能的掌握，后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后工作打好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]王芹.《電路》課程的教學(xué)思考與改革[J].考試周刊，2017（7）.

[3]趙長(zhǎng)君.AutoCAD的學(xué)習(xí)方法和技巧[J].考試周刊，2017（5）.

作者簡(jiǎn)介：章彧，江西省南昌市，南昌工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院。