作者/張靜秋，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

課題來源：中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院十三五期間教學(xué)成果建設(shè)重點培育項目

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)探索與實踐

作者/張靜秋，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

課題來源：中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院十三五期間教學(xué)成果建設(shè)重點培育項目

本文主要介紹針對不同專業(yè)、不同層次的學(xué)生進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計這門實踐課程教學(xué)時，課題難度層次的設(shè)置、理論設(shè)計的考核與驗收、實驗制作的考核與驗收和成績評定方法，以及EDA仿真軟件在電子技術(shù)課程設(shè)計過程中所起到的關(guān)鍵作用。

數(shù)字電子技術(shù)；課程設(shè)計；理論設(shè)計；實驗制作；仿真；驗收方法

引言

電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過學(xué)生獨立進(jìn)行課題的設(shè)計、安裝和調(diào)試來完成的。這門實踐課程，面向電類和機(jī)電類的工科學(xué)生開設(shè)，專業(yè)覆蓋面廣，與之配套的先修課程為模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電子技術(shù)實驗。電子技術(shù)課程設(shè)計的實施應(yīng)該根據(jù)授課對象因才施教，下達(dá)的課題有不同的難度層次，讓學(xué)生在完成基本功能的基礎(chǔ)上，游刃有余的學(xué)生有繼續(xù)努力的目標(biāo)和空間。教師可以在下達(dá)課題任務(wù)書以及對學(xué)生理論設(shè)計結(jié)果進(jìn)行驗收的過程中，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生將課題的功能不斷豐富和完善，以便充分調(diào)動學(xué)生的興趣和創(chuàng)新精神。

由于開設(shè)電子技術(shù)課程設(shè)計課程的班級較多，條件有限，許多高校電子技術(shù)課程設(shè)計的實驗制作是在一個由面包板所構(gòu)成的實驗箱上完成。而模擬電路通常需要實現(xiàn)頻率較高的小信號的接收、放大和濾波等處理，在面包板上插接的連線方式構(gòu)成的模擬電路，難以達(dá)到預(yù)期的性能要求，所以電子技術(shù)課程設(shè)計課題主要以數(shù)字電路為主。有條件的學(xué)?？梢詥为氶_設(shè)模擬和數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計。下面介紹以數(shù)字電路課題來開展電子技術(shù)課程設(shè)計的實施和驗收辦法，課題難度層次設(shè)置、設(shè)計和制作結(jié)果的驗收，成績評定等方面的探索和實踐經(jīng)驗。

1. 電子技術(shù)課程設(shè)計的實施和驗收

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計的培養(yǎng)方案在許多高校計劃為兩周時間，第一周為理論設(shè)計，第二周為實驗制作。其考核主要有三個環(huán)節(jié)：理論設(shè)計、實驗制作以及提交設(shè)計報告和圖紙。

目前數(shù)字電路的最佳實現(xiàn)方案是SOPC（System On a Programmable Chip，在片系統(tǒng)）為載體的EDA方式，用HDL（Hardware Design Language，硬件描述語言）替代了原理圖來描述電路系統(tǒng)。其設(shè)計方法是自頂向下的，首先進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計、功能級描述和仿真、模塊劃分和仿真等，其余一些復(fù)雜工作（比如邏輯綜合、優(yōu)化、布局布線，定時仿真、定時檢查，輸出門級網(wǎng)表等）都可以依靠EDA軟件輔助完成，最后在PLD芯片上進(jìn)行編程和測試。這種方案適合于各種規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，屬于“EDA技術(shù)與應(yīng)用”這門課程的選擇。

而數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計課題的實現(xiàn)載體是74LS、H C等小規(guī)模芯片，例如邏輯門電路、編碼器和譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)比較器等組合邏輯電路芯片；觸發(fā)器、計數(shù)器和寄存器、ROM等時序邏輯電路芯片；以及555定時器等混合芯片。其設(shè)計方法總體是自底向上的，首先由固定功能元件進(jìn)行單元電路的設(shè)計，再由各單元電路在時鐘脈沖作用下協(xié)調(diào)配合工作構(gòu)成一個具有一定應(yīng)用功能的系統(tǒng)，然后進(jìn)行實驗制作系統(tǒng)測試。這種方案適用于設(shè)計小型數(shù)字系統(tǒng)。這種看似已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后的電子系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)手段，對于電類和機(jī)電類的學(xué)生認(rèn)識邏輯電路的電氣特性，掌握使用儀器儀表測試電路、調(diào)試電路的方法，對學(xué)生應(yīng)用理論知識分析和解決實際問題有很大的幫助。這些知識和技能本身也許沒多大實際用途，但是能系統(tǒng)掌握并且應(yīng)用這些知識去分析和解決問題，會大大提升學(xué)生自身能力，使學(xué)生變得有用。

1.1 設(shè)計課題難度層次的設(shè)置

在下達(dá)設(shè)計課題任務(wù)書時，可以給學(xué)生提供足夠多的課題供其選擇，例如數(shù)字頻率計、電子密碼鎖、數(shù)字搶答器、可編程彩燈控制器、自動奏樂器、交通信號控制系統(tǒng)、路燈控制系統(tǒng)、數(shù)字門控系統(tǒng)、數(shù)字鬧鐘、數(shù)字周期測量儀、數(shù)字電容測量儀等等。雖然都是常規(guī)課題，只要教師對設(shè)計課題具體任務(wù)和要求設(shè)置合理、引導(dǎo)得當(dāng)，對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的提升還是有很大幫助的。

下面以幾個常見的數(shù)字系統(tǒng)課題“交通信號控制系統(tǒng)”、“數(shù)字鬧鐘”、“電子密碼鎖”、“可編程彩燈控制器”為例，說明課題的難度層次設(shè)置方法。

“交通信號控制系統(tǒng)”的難度層次設(shè)置：①主道和支道的黃、綠、紅三盞燈能正常定時切換，也就是四個狀態(tài)不斷循環(huán)：主綠支紅—主黃支紅—主紅支綠—主紅支黃。②主道、支道分別配有計時器。計時器倒計時，分別配合主道或支道的紅黃綠燈同步切換。③黃燈閃爍，紅燈和綠燈最后3秒閃爍。④可以接收主道、支道有車、沒車的信息。對于沒車的道路可以從綠燈直接轉(zhuǎn)到黃燈，提前進(jìn)入下一個狀態(tài)。⑤主道和支道綠燈的維持時間可以預(yù)置初始值。

“數(shù)字鬧鐘”的難度層次設(shè)置。①可以按照12或24小時正常計時。②可以對“時位”和“分位”準(zhǔn)確校時。③可以在整點前后固定報時。例如到59分55秒時固定報時5次，或者到整點后開始報5次。④根據(jù)即將到來的整點報時，到N點報完N次，最后一聲為高音。⑤可以設(shè)置鬧鐘。

“電子密碼鎖”的難度層次設(shè)置：①實現(xiàn)4位二進(jìn)制密碼的鎖存和判斷功能，密碼正確則開鎖，密碼錯誤則報警。②設(shè)置不同聲音、不同時長，通知開鎖或是報警。③設(shè)置5秒的密碼輸入時間限制，超時封鎖密碼輸入并報警。④實現(xiàn)4位十進(jìn)制密碼的鎖存和判斷功能，密碼正確則開鎖，密碼錯誤則報警。

“可編程彩燈控制器”的難度層次設(shè)置：①一幅一幅圖片動態(tài)顯示一句話，例如“CSU EDA”。②以在ROM中存儲圖片的方式，滾動顯示一句話，顯示方式參照列車箱里的顯示屏。③開始動態(tài)掃描一幅圖片時發(fā)聲通報。④可以手動選擇動態(tài)顯示第幾幅圖片。⑤以控制ROM地址線的方式滾動顯示一句話。即每個字只占八個字節(jié)，動態(tài)掃描連續(xù)的八個字節(jié)以后，首地址加1，再動態(tài)掃描接下來連續(xù)的八個字節(jié)。顯示方式參照列車箱里的顯示屏。

1.2 理論設(shè)計的實施和驗收

在理論設(shè)計開始階段，教師需要向?qū)W生介紹電子技術(shù)課程設(shè)計的目的意義、設(shè)計步驟、設(shè)計原則、設(shè)計方法，然后下達(dá)設(shè)計課題任務(wù)書。課題任務(wù)書包含：一課題內(nèi)容和要求；二總體方案設(shè)計，設(shè)計思路和原理框圖。理論設(shè)計驗收階段，教師驗收學(xué)生提交的電路原理圖和仿真結(jié)果。可以要求學(xué)生講解自己所設(shè)計電路的工作原理、各功能模塊的輸入和輸出信號之間的邏輯關(guān)系，如果是組合邏輯模塊則要求提供真值表，如果是時序邏輯模塊則要求提供時序波形圖。相同功能的電路要盡量設(shè)計的最簡單，也就是芯片最少、連線最少。鼓勵學(xué)生廣泛查閱資料，盡量選用經(jīng)典電路完成單元電路的設(shè)計，以保證電路的可靠性。教師審查電路原理圖的可行性與合理性，而邏輯正確性則需要以Multisim或Proteus等的仿真結(jié)果為準(zhǔn)。引導(dǎo)學(xué)生調(diào)用虛擬儀器和儀表以及指示燈等測試手段觀察各電路模塊的輸入和輸出信號，學(xué)會按模塊調(diào)試電路，為實驗制作做好充分的準(zhǔn)備。教師審圖的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生逐步豐富課題所實現(xiàn)的邏輯功能，盡其所能做到極致。使得能力強(qiáng)的學(xué)生有事情可干，有強(qiáng)烈的興趣在有限的時間將作品做到最好；而能力弱的學(xué)生也可以完成課題的基本功能。

1.3 實驗制作環(huán)節(jié)的實施和驗收

實驗制作開始階段，教師需要向?qū)W生介紹實驗箱布局、布線方法，元器件檢測、單元電路調(diào)試，常見故障排除方法等。要求學(xué)生按模塊、根據(jù)信號流向，用萬用表和示波器等儀器儀表來測試電路，確認(rèn)問題所在，用理論指導(dǎo)實踐加以解決。如果之前的理論設(shè)計存在問題或不完善，則需要邊修改和完善理論設(shè)計，邊實驗制作沒有問題的模塊，在實驗制作結(jié)束時拿出最好的理論設(shè)計和實驗制作成果。

教師可以根據(jù)學(xué)生理論設(shè)計成果在實驗箱上的完成情況、利用儀器儀表進(jìn)行電路調(diào)試情況，給出最后的理論設(shè)計成績和實驗制作成績。理論設(shè)計驗收時并不立即給出最終的理論驗收成績，學(xué)生在實驗過程中可以不斷修改和完善電路的功能，隨時可以提交更好的仿真結(jié)果，給了學(xué)生很大的創(chuàng)意空間，大大激發(fā)了學(xué)生積極性和創(chuàng)新精神。

1.4 課程設(shè)計成績評定

電子技術(shù)課程設(shè)計成績評定包括三個部分：第一部分是理論設(shè)計成果，即系統(tǒng)原理圖及其仿真結(jié)果。完成一定的功能并且仿真成功才能達(dá)到優(yōu)秀等級。第二部分是實驗制作。在實驗箱上完全實現(xiàn)有一定難度的設(shè)計成果才能達(dá)到優(yōu)秀等級。第三部分是課程設(shè)計報告和圖紙。設(shè)計報告內(nèi)容完整，單元電路設(shè)計合理，系統(tǒng)原理圖圖紙規(guī)范，才能達(dá)到優(yōu)秀等級。只有三部分都達(dá)到優(yōu)秀等級，電子技術(shù)課程設(shè)計總評成績才能獲得優(yōu)秀。

2. 結(jié)論

這種電子技術(shù)課程設(shè)計實施辦法，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性，經(jīng)過本人多年的教學(xué)實踐證明效果很好。

＊ [1]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].高等教育出版社,1997.10.

對商品房價格產(chǎn)生影響的社會因素包括人文因素和歷史因素等。歷史因素是指由于葉落歸根的觀念而產(chǎn)生的對于某一地區(qū)的偏愛使得消費者對自己生長故土的住宅需求上升。而人文因素是指人口結(jié)構(gòu)、人口數(shù)量以及風(fēng)俗習(xí)慣與一般公眾的心理動向等。大體分為以下幾種：

＊ [2]張靜秋.靜態(tài)工作點對放大電路性能指標(biāo)的影響[J].電子制作,2017,(11):61—64+56.

＊ [3]張靜秋.基于集成運算放大器的加減法運算電路的分析與設(shè)計[J].電子制作,2017,(09):5—7+43.

＊ [4]張靜秋.基于集成運算放大器的窗口電壓比較器的設(shè)計[J].電子制作,2017,(07):10—12.

＊ [5]張靜秋.二階有源低通濾波電路的計算機(jī)輔助設(shè)計[J].電子制作,2017,(01):8—11+14.

＊ [6]張靜秋,胡燕瑜.共射共基和共集三種基本放大電路特性的仿真研究[J].電子制作,2016,(23):40—43.

＊ [7]張靜秋,韓玉瑋.基于Multisim的滯回電壓比較器的設(shè)計及其應(yīng)用[J].電子制作,2016,(21):10—12+17.

＊ [8]張靜秋,韓玉瑋.二極管及其典型應(yīng)用電路仿真測試[J].電子制作,2016,(19):72—75.