數字電子技術綜合實驗教學設計與實踐

董建娥　李莎　謝裕睿

摘要：針對以往數字電子技術實驗課程內容單一、偏向基礎、側重驗證性實驗的情況，該文介紹了以學號計數器為題目的數字電子技術綜合實驗教學內容設計與實踐，學生通過討論實驗內容和方案、設計與仿真電路的各個模塊、實物焊接與調試、演示及答辯等環節加深了對理論知識的理解，提高了分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞：數字電子技術;教學方法;創新思維;實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0104-02

1 背景

為了滿足企業對大學生創新實踐能力的要求，數字電子技術實驗教學應建立各理論知識點的聯系、提高學生的綜合分析設計能力，本文以學號計數器為例進行了數字電子技術綜合實驗教學設計的探討。

2 設計任務

該學號計數器要求使用NE555設計多諧自激振蕩器，計算并調整R1、R2、C的值，使之產生頻率大于100HZ、占空比可調的矩形波信號;設計兩級低通濾波器，對NE555輸出的方波進行濾波，使得第一級輸出三角波，第二級輸出正弦波;設計分頻電路，將產生的方波信號進行分頻，分頻后的信號頻率為1HZ;使用兩片74LS192組成模為學號后兩位加20的倒計數器，計數器時鐘信號周期為1秒，要求能實現手動復位和暫停功能。

該綜合實驗題目在教學設計的過程中整合了計數器電路、脈沖產生和整形電路、分頻器電路、譯碼器和數碼管等多個數字電子技術基礎知識，要求學生掌握NE555多諧振蕩器的設計及計算，掌握使用中規模集成電路構造任意進制計數器的方法，掌握CD4060、74LS192、74LS161計數器，以及74LS47、74LS48譯碼器和對應數碼管的使用，掌握常用元器件的識別與測試方法，并且學會電路系統的整體設計及聯調測試。

由于學生學號不重復，所以每個學生設計的電路不同，學生一人一組，單獨設計。學生先在Multisim仿真平臺下完成整體電路的設計，仿真結果經老師驗收通過后領取元器件進入實驗室焊接、調試、答辯以獲取最終成績。

3 實現方案

圖1為電路實現方案，電源電路分別給NE555信號發生電路、分頻電路和數碼管提供12V和5V直流電壓，NE555自激振蕩電路產生一個方波信號，該信號可通過低通濾波器整形成為正弦波和三角波，同時該方波信號經過CD4060分頻電路分頻為1HZ的時鐘信號驅動計數器電路技術，計數器電路的輸出為BCD碼，經譯碼電路后驅動7段數碼管點亮，顯示出對應的計數結果。

由于每位同學設計的振蕩電路產生的方波頻率不同，所以采用的CD4060分頻器的分頻輸出口也不同，同時學號不同計數結果也不同，所以計數器電路設計任意進制計數器時接線方式也不同，最終所有同學的電路都不相同，避免了抄襲現象，提高了學生對電路設計的主動性和創新性。

4 電路仿真

在使用Multisim軟件進行電路原理的仿真過程中，要求學生清楚每一個模塊的原理，每個模塊設計完成后使用仿真平臺中的虛擬示波器、電流表、電壓表等虛擬儀器檢查當前模塊是否能正常工作，保證當前模塊能正常工作的情況下再進行下一個模塊的設計，從而提高整個電路設計的正確性。

如圖2至圖5為采用虛擬示波器對每個模塊的輸出過程進行測試，并調整和記錄相關結果，為后續設計模塊提供參考。

5 焊接調試

實踐過程中發現大部分同學在電路焊接調試步驟中受阻，進度緩慢或停滯，導致最終無法產生實驗現象，或者實驗現象和預期不符。遇到這些情況，很多同學由于理論欠缺不知所措，分析不出問題所在，會直接拆掉電路重新焊接，甚至重新領取實驗耗材焊接。

為了提高學生在焊接過程中排查故障的能力，要求老師在焊接前向學生介紹每種電路故障的現象可能是哪種原因導致，出現該故障的排查方法及需要使用的工具，盡量引導學生自己發現問題，并通過思考解決問題。

6 結論

通過對學號計數器綜合實驗教學內容的實踐，學生對數字電子技術課程的理論教學內容有了整體全面的認識，達到了學以致用的目的，同時激發了學生對電路設計的熱情，提高了他們分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1] 張國玉.數字電子技術實驗教學改革與實踐[J]. 實驗科學與技術， 2018，16（02）：153-156.

[2] 梁麗.數字電子技術課程實踐教學的改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2018（299）：19-21.

【通聯編輯：代影】