電子技術實訓課程作品設計與制作

孫福玉，侯 曼，王天瑋，賈宏鵬，郭 琦，韓云旺，李彥兵

（赤峰學院 物理與電子信息工程學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

★赤峰學院學人推介——孫福玉

孫福玉，男，1964年生人,赤峰學院教授.研究方向：傳感器.近年來獲兩次赤峰學院“教學質(zhì)量優(yōu)秀”獎；2014年獲內(nèi)蒙古自治區(qū)優(yōu)秀教師稱號；2015年獲赤峰學院師德標兵稱號.2017年作為內(nèi)蒙古自治區(qū)6名高校教師代表之一參加內(nèi)蒙古自治區(qū)70周年大慶觀禮并受到國家及自治區(qū)領導的接見.主持的教改立項《電子設計與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)》獲2009年內(nèi)蒙古自治區(qū)教改成果二等獎；指導的學生作品獲全國大學生電子信息類創(chuàng)新作品賽二等獎一項,三等獎兩項；指導的學生作品獲自治區(qū)級挑戰(zhàn)杯三等獎三項.

主持赤峰學院科學研究項目《數(shù)字系統(tǒng)的PLD設計》；承擔內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學校科學研究項目《多粒子系統(tǒng)糾纏性質(zhì)的研究》；主持內(nèi)蒙古自治區(qū)高校科研項目《基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設計》；主持赤峰學院教改立項《虛擬實驗教學模式研究與實踐》等.

申請專利60多項，發(fā)表學術論文24篇，其中被ISTP檢索1篇，SCI檢索2篇，國家專業(yè)核心期刊4篇，出版著作3本.

1 引言

為更好地培養(yǎng)應用型、復合型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才，赤峰學院各個專業(yè)于2017進行了人才培養(yǎng)方案的全面改革，人才培養(yǎng)方案改革的特點之一是實踐創(chuàng)新學期的開設，物理與電子信息工程學院的電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在3個實踐創(chuàng)新學期里開設了9門實訓類課程，電子技術實訓是這兩個專業(yè)共同開設的一門實訓課.通過該課程的學習，使學生初步掌握常用電子元器件的性能參數(shù)及其檢測方法，電子電路的安裝工藝及其調(diào)試、測量方法，電子電路常見故障的基本分析方法，電路焊接與調(diào)試方法，常用電子儀器、儀表的使用和維護方法.綜合訓練學生運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[1].電子技術實訓課程作品設計的好壞是能否完成上述教學目標的前提.

2 電子實訓課程作品設計

2.1 作品設計的原則

通過教師的反復討論及學生的焊接練習，我們認為，一個好的作品應該滿足下述條件：能夠使學生認識及檢測常用的電子元器件；具有較為復雜的電路，能夠使學生獲得充足的焊接練習；原理簡單，具有較好的應用性和趣味性.結合上述作品設計的原則，在我們一些專利的基礎上，我們設計了光電計數(shù)器與秒表，電子沙漏兩個電路，學生總共焊接三塊電路板，用時32學時，安排在4天完成.

2.2 光電計數(shù)器與秒表

圖1 光電計數(shù)器與秒表電路圖

光電計數(shù)器與秒表電路圖如圖1所示，傳感器模塊為集成光電傳感器[2]，使用時需接電源VCC和GND，為了消除抖動[3]，其輸出管腳DO送入雙D觸發(fā)器的2管腳，左上面的555構成的多諧振蕩器輸出的信號作為雙D觸發(fā)器的時鐘信號，雙D觸發(fā)器的輸出送入拔碼開關的1管腳.左下面的555構成的多諧振蕩器輸出頻率為1赫茲的信號，此信號送入拔碼開關的4管腳，上述所有元器件焊接在第一塊電路板上.第二塊電路板的下面焊接4個16腳芯片座用于插放模十計數(shù)器74HC160，中間焊接4個16腳芯片座用于插放CD4511，上面焊接兩條排針座用于插放4個數(shù)碼管，74HC160采用同步時鐘級聯(lián)，其輸出經(jīng)CD4511譯碼后控制數(shù)碼管點亮.兩塊電路板通過三組杜邦線連接電源、地和時鐘信號.

2.3 電子沙漏

電子沙漏單元電路圖如圖2所示，共計有30個單元，每個單元包括一個三極管、一個電阻、一個LED燈.上面的15個單元呈倒三角放置，使用的三極管為NPN型，可以選用9013或8050，下面的15個單元呈正三角放置，使用的三極管為PNP型，可以選用9012或8055，器件的布局如圖3所示，在放置器件時，下面的單元三極管的發(fā)射極與電阻的一端上下對齊并焊接在一起，電阻的另一端與LED燈的負極上下對齊并焊接在一起.電路板上焊接3組排針，每組15個，一組為電源VCC，一組為地GND，一組為P口，上面15個單元和下面15個單元對應的三極管基極B連接在一起分別接在P口的15個排針上.

圖2 電子沙漏電路圖

圖3 器件的布局

3 電子實訓課程作品焊接與調(diào)試

3.1 作品焊接注意事項

焊接電路板前先排好器件的位置，為防止器件脫落，可先用黑膠帶固定；標記位置后，先焊接較低位置的元件；所有管腳都焊好后再連線；對管腳不規(guī)則的器件（如輪式可變電阻），把某些管腳輕輕掰平，用導線芯穿過通孔兩面焊接；數(shù)碼管、撥碼開關應使用排針坐放置；電路板翻過來時左右正好相反，為防止芯片座上的管腳接錯，可在焊接面貼一小塊口曲紙，上面標管腳；不要急于剪斷元器件的管腳，有時可以直接跨接到周圍的待連接元器件管腳上；先焊短線（平面連接），如果連線較多，長線、交叉線可立體走線；同樣性質(zhì)的線一起連，如四個CD4511的13腳與數(shù)碼管的7腳；不同板子要有公共地，如最小系統(tǒng)板和電子鐘板應共地；焊接線兩端焊接的部分不要太長；注意板子翻過來時左右正好相反，不要把數(shù)碼管的位焊反；LED燈、電解電容有正負極，使用時不能接反.

圖4 管腳的標注

3.2 作品調(diào)試

光電計數(shù)器與秒表測試如圖5所示，主要的測試工具有三個，信號發(fā)生器、萬用電表和示波器.使用信號發(fā)生器測試時，輸出的方波信號作為光電計數(shù)器與秒表的時鐘信號，調(diào)節(jié)其輸出頻率可方便的改變計數(shù)的速度.使用萬用電表的短路檔位可以方便地測試連線情況，插放好芯片后，萬用電表的兩個表筆搭在對應芯片的兩個管腳上即可測出這兩個管腳的連線是否正常.用示波器可以測試時鐘部分的信號輸出情況.

圖5 光電計數(shù)器與秒表測試

電子沙漏工作過程就是數(shù)字1和0移位的過程，所以有多種測試方法，第一種是手動測試，把P口的15個排針用杜邦線與電源VCC的15個排針連接，一側的15個燈亮，把與電源VCC的15個排針連接的杜邦線逐個的移動到GND上，原來點亮的15個燈逐個熄滅，另一側的15個燈逐個點亮.第二種是移位寄存器測試方法，可以用兩片8位移位寄存器級聯(lián)測試.第三種是單片機測試方法[4]，電子沙漏單片機測試如圖6所示，把P口的15個排針用杜邦線與單片機的15個P口相連，通過編程測試.

圖6 電子沙漏單片機測試

3.3 作品評分標準

計數(shù)器部分40分，時鐘部分20分，電子沙漏部分40分；用完電烙鐵不放烙鐵架、最后用完電烙鐵不關電源開關或高溫海綿沒蘸水減20分；芯片、拔碼開關沒放芯片座減10分；數(shù)碼管、集成光電傳感器沒放排針座減10分；焊接線兩端焊接的部分太長減1-5分；計數(shù)器反向減5分；焊點不標準減1-5分.

4 結論

文章針對電子技術實訓課程討論了作品設計的原則.利用傳感器模塊、雙D觸發(fā)器、555、模十計數(shù)器 74HC160、CD4511、數(shù)碼管、三極管、電阻、電容、LED等基本器件設計了光電計數(shù)器與秒表和電子沙漏兩個學生實訓作品.介紹了使用信號發(fā)生器、萬用電表、示波器和單片機對作品調(diào)試的方法.針對作品的制作，制定了具體的制作時間安排和作品評分標準，通過學生制作過程的反饋，給出了作品焊接注意事項.作品可加強學生對模擬電路、數(shù)字電路、電路分析、單片機、傳感器等課程的理解，更好地培養(yǎng)應用型、復合型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才，綜合訓練學生運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力.