王 海

（安徽經濟管理學院 信息工程系，安徽 合肥 230051）

1 引言

數字電子技術是高校電類相關專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，工程實踐性強，教學難度大，傳統(tǒng)的教學方法學生學習興趣不足.國內許多教師在教學方法上進行了大量的研究和改革，取得了許多研究成果，歸納起來主要表現在以下三個方面：一，在理論教學中引入仿真軟件，利用事先做好的電路文件在課堂上進行仿真演示；二，在實驗環(huán)節(jié)引入仿真軟件，利用仿真軟件解決實驗器材不足的問題；三，設計項目進行實物制作，達到項目教學的目的.但限于客觀條件的束縛，要么效果不明顯，要么實現困難.本文擬采用虛擬項目教學的方式來解決以上問題，通過一個學期的實踐，取得了較好的教學效果.

虛擬項目教學是一種用仿真軟件實現一個完整的項目過程的教學方法.首先要求教師設計出符合教學大綱且難度中等的項目，然后在教師的指導下要求學生制定項目實施計劃，完成整個項目.教師通過整個項目的實施過程充分調動學生的積極性，達到理論和實踐相結合，提升學生綜合能力的目的.

本文采用的仿真軟件是Multisim10.Multisim10是美國NI(National Instruments)公司開發(fā)的EWB(Electronics Workbench)仿真軟件.該軟件配有豐富的元器件數據庫和種類齊全的虛擬測試儀器儀表，同時提供了較為詳細的電路分析功能，適合學生進行脫離實驗箱束縛進行項目創(chuàng)新，鍛煉獨立思考能力與創(chuàng)新能力.

2 虛擬項目的構建

虛擬項目構建的原則是，設計的虛擬項目應覆蓋該課程大部分的知識點和技能點，同時能進行適當擴展.具體操作時，要求學生以小組為單位，共同制定項目實施計劃，分工協作完成整個項目.學生通過實施項目達到加深課程中關于該項目相關知識點、技能點的理解，并感受這些知識和技能應用到實踐中的過程，真正達到學以致用的目的.

根據以上原則，可以將數字電子技術課程設計為4類12個子項目，如表1所示.

教師在教學過程中，可以根據具體情況對項目具體內容進行增減.

3 實例驗證

本文以數字時鐘的設計為例介紹虛擬項目教學在數字電子技術課程中的應用.虛擬項目教學在具體操作時，可以分三個階段進行.具體如下：

3.1 項目準備階段

該階段教師的主要工作是根據課程能力要求設計出符合大綱的項目，結合該項目介紹相關知識點，并給出項目的具體參數和不同的層次要求；學生的主要工作是根據項目的具體參數結合課堂教學內容通過查找相關資料設計出符合要求的具體電路.

數字時鐘是用數碼顯示的一種現代計時器，具有走時準確、顯示直觀的特點.該項目具體的功能要求如下：

表1 數字電子技術課程虛擬項目實訓內容

（1）設計一個具有時、分、秒的十進制數字顯示的計時器.

（2）具有手動校時、校分的功能.

（3）通過開關能實現小時的十二進制和二十四進制轉換.

結合以上參數要求，可以對數字時鐘電路進行總體設計，具體原理框圖如圖1.

圖1 時鐘電路的原理框圖

3.2 項目實施階段

該階段要求教師隨時掌控項目的實施進度，結合學生的具體掌握程度在不改變項目主體內容的情況下適當的調節(jié)具體要求；學生則根據之前的設計電路進行仿真測試.數字時鐘設計項目主要可以分解成振蕩分頻電路設計，計時電路設計，校時電路設計三個子項目.在該項目的具體實施中采用層次電路設計法，這里按三個子項目進行從下而上的方法.

3.2.1 振蕩分頻電路設計

該電路的主要功能是產生標準秒脈沖信號，該電路由一個555定時器和三個74160芯片構成，具體電路如圖2所示，其仿真結果如圖3所示.在仿真正確后要求學生將電路更改成子電路的形式.

圖2 秒脈沖產生電路

圖3 千分頻秒脈沖仿真波形

3.2.2 計時電路設計

由圖1可以知道，整個計時電路包含秒計數器、分計數器和時計數器三者組成.秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到秒個位、秒十位、分個位、分十位、時個位、時十位的計時.顯示6位的“時”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模的計數器.其中，秒和分計數器是60進制，時計數器是24/12進制，選取74160芯片來實現，實現方法采用反饋清零法.具體電路原理圖如圖4和圖5所示.仿真正確后將其更改為子電路形式.

圖4 60進制計數顯示電路

圖5 24/12進制計數顯示電路

3.2.3 校時電路設計

校時、校分電路應具有預置小時、預置分、等待啟動、計時等功能，在設計電路時既要方便可靠的實現校時校分功能，又不能影響時鐘的正常計時，通常采用邏輯門切換的方式解決.具體電路原理圖如圖6所示.在Q=1時，預置信號輸入，Q=0時，分進位信號輸入.

圖6 校時電路原理示意圖

3.3 項目總結評估階段

該階段要求教師根據學生仿真情況給出合理的評判；要求學生總結項目的收獲和體會.如某學生設計的最終電路如圖7所示，該電路將校時電路進行簡化，利用開關電路實現校時功能，達到設計要求.

圖7 數字時鐘電路圖

4 結束語

通過以上分析，可以發(fā)現利用Multisim 10平臺進行數字電子技術課程虛擬項目教學的方法易于實現，不僅解決了工程實踐性強的難學課程問題，還解決了大多數院校硬件投入不足的問題.經過一學期的實踐，發(fā)現在學校數字電子技術課程的教學中，學生的學習積極性和參與度都有了顯著提高，取得較好的教學效果.

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