淺談實驗在數字電子技術基礎教學中的運用

黑龍江 劉亞明

淺談實驗在數字電子技術基礎教學中的運用

黑龍江 劉亞明

數字電子技術是電子技術的重要組成部分，是數字電子產品的核心部分。對于電子技術專業的學生來說，深入扎實的理解和掌握數字電子技術基礎是后續學習的基礎。而這門專業基礎課由于自身使用了陌生的邏輯數學，電路在使用時以集成電路形式出現，中專初學者理解起來非常困難。為此在教學中嘗試著先避開理論教學，用直觀的實驗作為引導，漸進的融入理論解釋，取得了良好的教學和學習效果。

依照實驗自身的特點和學生最容易理解的形式，每次實驗我們按照如下步驟進行：

第一步，引導學生認識數字電子技術實驗系統，確定輸入信號源的電氣特性及位置，輸出信號的電氣特性及顯示元件位置，實驗電路的區域；

第二步，識別實驗所用集成電路的型號、功能、引腳排列順序；

第三步，按照接線圖用實驗系統專用線將實驗電路連接好；

第四步，按照測試表的測試順序給出輸入信號，觀察現象得出輸出信號的狀態；

第五步，總結實驗結果，做出理論解釋，確定電路功能；

第六步，重新做一遍本實驗，體會理論與實踐是如何結合的。

每次實驗都是以上步驟，但是重點不同。

一、以突破基礎知識為重點的實驗，如基礎邏輯門電路的實驗

該實驗是數字電子技術基礎課程的第一個實驗，每一個實驗步驟都需要詳細的解釋說明示范，重點在于理解邏輯量0和1的邏輯意義，集成電路的引腳排列及功能。第一步除說明實驗系統各個位置的功能外，主要測試輸入信號源的電氣特性。該信號源有一控制開關，能夠提供兩種電壓0V和5V，用萬用表可以測量。在此處，要解釋數字信號的概念及特點，說明用0和1正邏輯表示兩種電壓的方法，并強調邏輯量0和1的邏輯意義，區別于數字量0和1的數值意義。第二步以74LS00（四2輸入與非門）為例，說明雙列直插式集成電路引腳編號的排列順序及引腳功能。強調電路的功能與電路的型號是對應的，這是每次實驗不同的地方。第三步接線示范，按接線圖中的引腳號用導線將電路輸入引腳與輸入信號源連好、電路輸出引腳與輸出信號顯示發光二極管連好。第四步測試，在測試表中輸入信號0V和5V用邏輯量0和1表示，用觀察發光二極管亮（高電平用邏輯1表示）和滅（低電平用邏輯0表示）的方式確定輸出信號的狀態。第五步總結邏輯功能。觀察測試表，用邏輯與非概念解釋，在此處要解釋基本邏輯關系與、或、非的概念并反復用實驗的方式說明邏輯法則。第六步用74LS04、74LS86再做實驗，再總結新的邏輯關系。

該實驗中每一步的解釋說明在每個實驗中都會進行，加強鞏固，熟記于心。

二、以理解邏輯功能表為重點的實驗

從應用角度，我們已經不必掌握集成電路內部的組成，電路功能的認識主要通過功能表。所以對于基礎集成數字電路，看懂功能表并能測試出功能表里所體現出的功能是使用該集成電路的前提。以譯碼器實驗為例，選用74LS138（3—8線譯碼器）做實驗。實驗前我們準備了其引腳功能排列圖和功能表，并按實驗系統的需要畫好接線圖，實驗時按步驟進行，第四步獲得測試出的功能表，第五步分析解釋說明該表是重點。在此處，要解釋譯碼的概念，輸入輸出有效電平的概念，控制端的概念。然后再重復做該實驗，這時對測試結果不是盲目性的了，能夠有所期待，一旦結果不對就涉及到檢查電路故障，這是電子專業學生進一步學習的內容，在實驗過程中可以進行初步的練習。

三、以突破難點為重點的實驗

如觸發器，它的難點在于同一輸出端有相鄰兩個時刻的狀態需要記錄，即同一輸出兩個狀態（現態和次態）。所以重點在第四步記錄測試結果。在此處，要解釋說明前后兩個狀態，后一狀態相對前一狀態{現態}是次態，而此狀態相對于下一狀態又是現態。通過實驗反復說明狀態的相對變化，以促進理解。

四、以突出現象激發學習興趣為重點的實驗

如計數器實驗，計數的種類很多，選用74LS161（可預置數的四位二進制同步加法計數器）做實驗。按照實驗圖接好線，測試時，將輸出端接發光二極管的同時，又接到8421BCD碼數碼顯示器上。記錄完發光二極管的狀態后，已經可以看出該電路輸出的十六個循環狀態了，此時再觀看8421BCD碼數碼顯示器，看到的是0——9依次出現，然后是六個亂的形狀，接著又是0——9依次出現，然后是六個亂的形狀，循環進行。學生看了感覺非常有意思，但不知道為什么會出現亂的形狀。在此處，需要解釋十六個循環狀態0000——1111前十個是8421BCD碼，送到8421BCD碼數碼顯示器可以依次顯示0——9；而后六個是偽碼送到8421BCD碼數碼顯示器將顯示亂碼。學生理解之后，問了很多問題，都與顯示數有關，如交通燈計數，數字鐘表計數。這些是我們的擴展內容會繼續以實驗的方式解釋。

五、以擴展功能、與實際應用相接近為重點的實驗

在基礎電路的學習過程中，擴展了很多功能，如編碼器的擴展，譯碼器的擴展，寄存器的擴展，加法器的擴展，計數器的擴展等。其中，加法器擴展實驗、計數器的擴展實驗因其直觀、貼近實際應用給學生的印象最深。我們選用了74IS283（四位超前進位全加器），做完了它自身的測試實驗后，我們給出了由其組成的8421BCD碼加法器的接線圖，其輸出接在兩位8421BCD碼數碼顯示器。測試時，由輸入端送入任意兩個一位十進制數的8421BCD碼，顯示器上將顯示兩個數相加的結果。再如利用上面提到的74LS161可以形成任意進制計數器。首先按置數法或置零法將其形成十進制計數器，8421BCD碼數碼顯示器上將依次顯示0——9，循環顯示；然后再拿來一個74LS161形成六進制計數器，8421BCD碼數碼顯示器上將依次顯示0——6，循環顯示；將兩個電路前一個作為低位計數，后一個作為高位計數，串聯形成六十進制計數器，結果兩個8421BCD碼數碼顯示器上依次顯示00——59，循環顯示。這就是數字鐘當中秒或分計時的最簡單電路。學生看到這樣的現象非常高興，體會到學習的樂趣。

通過做基礎電路實驗，進行理論解釋說明，再做擴展實驗這樣一個循序漸進的過程，能夠基本理解掌握數字電子技術中的邏輯概念和基礎電路，為進一步學習數字應用系統做好了基礎準備，同時學習過程中的快樂感覺也會激發學生進一步積極主動的學習新知識。

(作者單位：齊齊哈爾鐵路工程學校)