趙立輝

摘 要：本文首先指出了當前數(shù)字電子技術(shù)實驗課程單一實驗模式存在的問題，闡述了這種單一的實驗模式存在的弊端。進而提出了改進模式，即數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式。這種三位一體的立體實驗模式徹底解決了當前數(shù)字電子技術(shù)實驗單一模式中存在的問題，能夠充分發(fā)揮學生的主觀能動性，切實提高學生的動手能力，使學生能更好、更快地掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論并付諸實踐，為今后學習其它課程打下堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；立體實驗模式

1 問題的提出

當前，在幾乎所有的高校電氣、自動化和計算機類專業(yè)中都開設(shè)了《數(shù)字電子技術(shù)》課程，它是電氣、自動化和計算機類專業(yè)的基礎(chǔ)課程。這門課程的實踐性較強，學生不僅要學習相關(guān)的理論知識，而且還要通過大量的實驗才能掌握其精髓。

目前，這門課程的實驗大多數(shù)是采用硬布線的方式。即在數(shù)字電子技術(shù)實驗箱上利用小規(guī)模集成電路搭設(shè)起一個電路，開關(guān)量、脈沖信號等作為輸入，發(fā)光二極管、七段數(shù)碼管等作為輸出觀察結(jié)果。這是一種傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)實驗模式，比較單一。存在的問題是：

1） 學生在做比較復雜的實驗時連線過多，如果有一根線連接錯誤或少接一根線就會造成實驗不能成功。

2） 學生檢查實驗連線非常繁瑣。

3） 如果一個小規(guī)模集成電路中的個別門電路損壞，學生無法檢查，導致實驗不能按時做完。

4） 學生一般是在大二上學期開設(shè)本門課程，在之前無相關(guān)的實驗經(jīng)驗，造成實驗時間經(jīng)常推遲。

5） 每年需要補充購買元器件、導線、芯片等實驗耗材。

6） 這種實驗模式只能完成小型電路的設(shè)計，它不能滿足課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計或大規(guī)模電路設(shè)計的需要。

總之，這種實驗模式的缺點是：效率低、效果差、花費時間長、實驗耗材多。

那么怎樣解決這些問題呢？

針對當前數(shù)字電子技術(shù)實驗課程單一實驗模式存在的問題和弊端。我們提出了改進模式，即數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式。這種三位一體的立體實驗模式徹底解決了當前數(shù)字電子技術(shù)實驗單一模式中存在的問題，能夠充分發(fā)揮學生的主觀能動性，切實提高學生的動手能力，使學生能更好、更快地掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論并付諸實踐，為今后學習其它課程打下堅實的基礎(chǔ)。

2 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式

2.1 什么是數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式

所謂的數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式是指在保留傳統(tǒng)單一實驗模式的基礎(chǔ)之上，加上Proteus制圖與仿真和基于VHDL/Verilog 硬件描述語言的EDA（電子設(shè)計自動化）技術(shù)構(gòu)成的三位一體的數(shù)字電子技術(shù)實驗模式。

2.2 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式的優(yōu)點

1） 引入Proteus制圖與仿真實驗模式的理由

Proteus軟件提供了完備的模擬電路、數(shù)字電路、小規(guī)模集成電路、51單片機乃至ARM元件庫，實現(xiàn)了從繪制電路圖到仿真的全過程。學生只需在自己的電腦上安裝Proteus軟件，不用進實驗室即可完成電路的設(shè)計、制圖和仿真，在時間和地點上無任何限制，為學生實驗提供了極大的便利；學生無須購買任何元器件，實驗成本為零；電路可任意修改、完善與擴充，消除了硬布線模式連線不易修改、不易查找等弊病。這種實驗模式最適合用在實驗的第一階段，即教師布置實驗任務，學生在自己的電腦上用Proteus軟件設(shè)計、繪圖和仿真。這樣做的好處是學生進入實驗室之前就已經(jīng)對要做的實驗有了一個充分的了解，再用其它模式做實驗就會收到事半功倍的效果。

2） 引入基于VHDL/Verilog 硬件描述語言的EDA（電子設(shè)計自動化）實驗模式的理由

EDA（電子設(shè)計自動化）實驗模式也是針對硬布線模式的弊病而提出的。它使用VHDL或Verilog作為 硬件描述語言，用軟件的方式來描述硬件電路，然后把電路下載到可編程邏輯器件進行仿真和模擬。這種方式介于Proteus實驗模式和硬布線模式之間，具有這兩種方式的優(yōu)點，前期部分類似于Proteus實驗模式，后期部分類似于硬布線模式。

3） 保留傳統(tǒng)單一實驗模式的理由

不管是Proteus實驗模式還是EDA實驗模式，都和實際電路有一定的誤差，所以有充分的理由保留傳統(tǒng)的硬布線實驗模式。

4） 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式的優(yōu)點

數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式就是將Proteus實驗模式、EDA實驗模式和傳統(tǒng)的硬布線實驗模式有機地結(jié)合在一起，為學生提供了多種實驗模式選擇。一般地說，Proteus實驗模式適合學生在業(yè)余時間、課外進行（第一階段）；傳統(tǒng)的硬布線實驗模式適合學生在實驗室進行（第二階段）；EDA實驗模式適合學生設(shè)計大規(guī)模電路時使用，比如畢業(yè)設(shè)計或課程設(shè)計（第三階段）。

3 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式在教學中的可行性分析

現(xiàn)在的大學生一般都有電腦，學校一般都配備有微機實驗室，所以Proteus實驗模式的條件能夠滿足；在學校的硬件技術(shù)實驗室一般都配備了數(shù)字電子實驗實驗設(shè)備，EDA實驗模式和傳統(tǒng)的硬布線實驗模式可以在實驗室進行。因此數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式在教學中是可行的。

4 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式在教學中的實踐性報告

我們從2013年起開始進行數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式改革和探索，經(jīng)過兩年的實踐，收到了很好的效果。學生經(jīng)過立體實驗模式的訓練，很好地掌握了理論知識，動手能力和前面幾屆相比有了顯著的提高。

5 數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式在教學中發(fā)現(xiàn)的問題

1） 大多數(shù)學生能夠在課外業(yè)余時間利用Proteus完成電路的設(shè)計、繪制和仿真，為下一階段到實驗室進行硬布線或EDA做好了準備。但是有少數(shù)同學并沒有完成這一階段的任務，這樣在實驗室要花很長的時間才能完成實驗。

2） EDA實驗模式需要學生掌握VHDL或Verilog 硬件描述語言的語法，因為數(shù)字電子技術(shù)理論學時的限制，不可能單獨講授VHDL或Verilog，學生如果有C語言的基礎(chǔ)，可以自學。所以應該提前讓學生用業(yè)余時間自學VHDL或Verilog，在理論課結(jié)束后的課程設(shè)計時使用EDA實驗模式比較合適。

3） 購買數(shù)字電子實驗設(shè)備時要求能夠同時滿足實現(xiàn)硬布線和EDA實驗模式。

6 結(jié)語

數(shù)字電子技術(shù)立體實驗模式結(jié)合了三種實驗模式的優(yōu)點，克服了單一實驗模式的弊端。在實踐中得到了很好的效果，值得在高校數(shù)字電子技術(shù)實驗方面推廣。

參考文獻

[1] 張靖武 周靈彬. 單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真.電子工業(yè)出版社 [M].北京：2007.

[2] 徐惠民 安德寧. 數(shù)字邏輯設(shè)計與VHDL描述.機械工業(yè)出版社 [M].北京：2002.