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1引言

數(shù)字電路在電工電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程中占有非常重要的作用，它承接了電路基礎(chǔ)、電工、模擬電子線路等先修的基礎(chǔ)部分的課程，又是高頻電子線路，計算機接口等后續(xù)相關(guān)課程的基礎(chǔ)。而數(shù)字電路實驗，是數(shù)字電路課程學(xué)習(xí)的又一個重要組成部分，它在整個數(shù)字電路教學(xué)中占有重要的作用[1-6]。一方面可以加強學(xué)生對理論知識的理解與掌握，另一方面還可以進一步培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力和實際動手能力，具有極其重要的基礎(chǔ)性作用。實驗課程不同于理論教學(xué)，實驗課的主體是學(xué)生，學(xué)生的參與熱情直接影響了實驗教學(xué)效果的好壞。如何針對學(xué)生的實際情況對實驗內(nèi)容，實驗實施方式，實驗課程設(shè)計進行整合和改革，是本文要重點討論的問題。

2目前設(shè)計方案的問題

目前的數(shù)字實驗教學(xué)有如下的特點：內(nèi)容飽滿，課時緊張，對學(xué)生的預(yù)習(xí)工作要求很高，而且多數(shù)典型的數(shù)字電路實驗內(nèi)容對于第一次接觸數(shù)字電路實驗的學(xué)生來說短時間內(nèi)任務(wù)較為艱巨，且由于是基礎(chǔ)性的驗證實驗，趣味性不強，學(xué)生常常是還未完全理解一個電路的完整過程。又因為課時內(nèi)容的限制而急忙開始了下一個內(nèi)容，看似完成了不少項目，實際并未吃透原理。例如，74LS00和74LS20功能驗證，第一次搭接實驗電路，尤其是74LS20輸入端多，總體線路偏多，多數(shù)學(xué)生接好這個實驗電路已經(jīng)花費了不少時間。本來重點是通過觀察記錄實驗現(xiàn)象和結(jié)果，從直觀的角度充分理解掌握與非門的邏輯關(guān)系，輸入與輸出之間的聯(lián)系。但多數(shù)學(xué)生重點卻不得不放在了怎么去搭接這個電路，怎么樣才算是搭接好了這個電路，怎么樣才能確定這個搭接好了的電路是良好無故障的。如果調(diào)試中再遇到一些問題，或是預(yù)習(xí)不充分的話，就無法在當(dāng)堂課上完成全部的實驗任務(wù)。即使完成了，也都比較匆忙，根本談不上體會這些實驗的目的，實驗現(xiàn)象與理論間的關(guān)系，這樣一連幾次課下來，高強度又機械的實驗訓(xùn)練關(guān)于驗證理論、分析現(xiàn)象。尤其是體會過程，這些實驗課開設(shè)的初衷并沒有完全體現(xiàn)出來。學(xué)生對于本該充分鍛煉自我動手能力的實驗課程提不起興趣甚至產(chǎn)生了回避的念頭，課堂教學(xué)成果并不突出，大大影響了實驗教學(xué)。

3改進型系統(tǒng)的設(shè)計

合理安排教學(xué)內(nèi)容，在課堂上大膽創(chuàng)新即在保證數(shù)字電路基本理論體系的前提下，合理取舍教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)重點，加強分析與設(shè)計方法學(xué)習(xí)的教學(xué)，使學(xué)生具備一定的自學(xué)能力和課后查閱資料的能力以應(yīng)對日新月異的新技術(shù)、新器件。增強學(xué)生實驗興趣，穿插安排趣味性實驗任務(wù)，激發(fā)學(xué)生實驗的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主完成設(shè)計性實驗，并在實驗過程中驗證自己的設(shè)計方案。具體內(nèi)容實施計劃如下：3.1集成“與非門”參數(shù)測試。熟悉數(shù)字實驗箱輸入輸出區(qū)域，理解輸入端原變量、反變量的引入，完成74LS20功能驗證，并列寫真值表，理解“與非”的計算結(jié)果和實驗結(jié)果輸出間的聯(lián)系。3.2組合邏輯電路分析與設(shè)計。結(jié)合教材中的典型三人表決電路，按照邏輯電路圖，進一步讓學(xué)生熟悉掌握數(shù)字電路搭接的方法，并學(xué)會判定電路的好壞，器件的好壞，最終理解組合邏輯電路的電路特點。嘗試設(shè)計簡單的組合邏輯電路，如數(shù)字電子鎖，畫出邏輯電路圖，按照自己設(shè)計的電路圖搭接電路，驗證實驗結(jié)果是否符合設(shè)計原理，歸納設(shè)計思路，并分組討論是否有其他方案完成同一個電路功能，分析比對，得出最佳方案，并加以驗證。3.3時序邏輯電路。介紹JK觸發(fā)器74LS107的邏輯功能，并驗證三人搶答器。掌握時鐘脈沖在數(shù)字電路中的作用，并用實驗箱上提供的單次脈沖按鈕，充分理解脈沖的上升沿和下降沿對觸發(fā)器輸出結(jié)果的影響，驗證三人搶答器電路的邏輯功能，嘗試排除簡單的電路故障，例如搶答時蜂鳴器不響，或者搶答器輸出不清零等，分析故障原因，并記錄。本次內(nèi)容較難，只安排這一個電路。介紹雙D觸發(fā)器74LS74的邏輯功能，根據(jù)驗證表格進行器件邏輯功能的簡單驗證。按照要求，設(shè)計完成四位輸出循環(huán)“1”的時序電路，要求手動脈沖控制或者1Hz脈沖控制輸出。了解異步清零端和置位端的作用，注意互補輸出端的影響。排除常見的故障，進一步鍛煉學(xué)生排查故障的能力，總結(jié)分析故障產(chǎn)生原因并記錄。3.4集成計數(shù)器。介紹74LS161和74LS162，理解同步和異步的含義，用兩種器件設(shè)計同一種計數(shù)范圍的計數(shù)器。學(xué)會計數(shù)器的級聯(lián)方法，再結(jié)合門電路，設(shè)計模12、模24等常見計數(shù)電路，顯示電路暫時先通過邏輯電平指示燈進行顯示，可根據(jù)輸出的情況，盡可能選最低數(shù)量的邏輯電平指示燈。3.5譯碼、顯示電路介紹7段字符譯碼器，比對3個使能端的位權(quán)，根據(jù)簡單的顯示電路，顯示10以內(nèi)數(shù)字，輸入用邏輯開關(guān)來代替。熟悉了譯碼顯示電路后，結(jié)合上節(jié)課的內(nèi)容，構(gòu)成“計數(shù)—譯碼—顯示”電路，由計數(shù)器實現(xiàn)計數(shù)部分，譯碼器進行譯碼，顯示電路用共陽數(shù)碼管顯示。注意各部分電路之間的連接，不要有多余的連接線，脈沖部分可以選擇1Hz脈沖輸入。3.6移位寄存器電路。介紹雙向移位寄存器74LS194，掌握邏輯功能，熟悉左移和右移的電路分別如何構(gòu)成，驗證清零、置數(shù)、左移、右移功能。設(shè)計4s變燈電路，掌握電路構(gòu)成原理，注意輸出高低位的控制。3.7綜合設(shè)計實驗。設(shè)計一個4位顯示秒表電路，脈沖部分可以先用實驗箱的1Hz脈沖來試驗。后期產(chǎn)生部分，可以用555多諧振蕩電路產(chǎn)生，注意充放電電路中電阻和電容參數(shù)的選取，要求輸出為1000Hz方波信號；計數(shù)部分電路選用十進制同步計數(shù)器74LS162，注意級聯(lián)方法，最高位的反饋選用反饋預(yù)置法完成。顯示部分電路選用74LS47或74LS247，共陽數(shù)碼管，注意限流電阻的連接，不能短路，觀察數(shù)碼管發(fā)光二極管的顏色，時刻注意檢查顯示電路是否正常。最后，這幾部分連接在一起構(gòu)成秒表電路。要求連接線路清楚，不能飛線，電源和地線要利用電源條合理安排，整個電路要注意工藝，本次課時間安排為6學(xué)時，要求學(xué)生獨立完成。

4結(jié)語

在新的實驗課程設(shè)置方面，進一步強調(diào)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而在這一進程中，對學(xué)生的興趣引導(dǎo)被擺在了突出的位置上。下一步還要逐漸構(gòu)成完整的實驗體系，加強前后連貫性，使學(xué)生更好的理解接受并反作用于理論知識的進一步掌握和學(xué)習(xí)。在保證數(shù)字電路基本理論體系的前提下，合理取舍教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)重點，在講完基本原理后，及時地輔以軟件仿真。特別是對中、大規(guī)模集成電路的應(yīng)用舉例仿真，加強學(xué)生對實際電路的感性認識，從而消除其對電路的陌生感和神秘感，大大提高其學(xué)習(xí)的興趣、積極性和主動性。讓學(xué)生在參與中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)中進步。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字電路實驗的教學(xué)內(nèi)容和模式也應(yīng)不斷的改革，這就要求相關(guān)老師在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，與時俱進，在教學(xué)過程中深入研究和探索新的方法。

參考文獻

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作者:張璐雅 阮景 單位:國防科技大學(xué)信息通信學(xué)院試驗訓(xùn)練基地