江華麗　張榮輝

摘要：傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)基本依附于課程的理論教學(xué)，實驗項目也基本上以配合理論教學(xué)的驗證性實驗為主。因此，必須對實驗內(nèi)容、實驗方法進行全面改革，更好地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。本文結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗，提出對數(shù)字電子技術(shù)中的實驗教學(xué)內(nèi)容進行改革研究，融合專業(yè)中的核心課程進行交叉教學(xué)，設(shè)計具體實例，分析課程交叉教學(xué)，該改進教學(xué)方法有助于學(xué)生更好地掌握知識，拓展學(xué)生知識面，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子；核心課程；交叉教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0165-02

1 引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是電子信息工程專業(yè)和理工科專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)理論課，在電子信息工程專業(yè)課程體系中具有重要的地位。課程的目標是使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路的基本工作原理、基本分析方法和基本應(yīng)用技能，使學(xué)生能夠分析、設(shè)計由各種邏輯門電路、數(shù)字集成電路構(gòu)成的基本電路，并初步具備根據(jù)實際要求應(yīng)用這些單元電路構(gòu)成簡單數(shù)字電子系統(tǒng)的能力，為專業(yè)課程如《單片機原理與應(yīng)用》和《EDA技術(shù)》等學(xué)習(xí)奠定扎實的基礎(chǔ)[1-3]?！稊?shù)字電子技術(shù)實驗》課程目的是使學(xué)生動手實踐，培養(yǎng)電子系統(tǒng)設(shè)計與實際制作能力。通過電子系統(tǒng)的設(shè)計、制作、調(diào)試等，培養(yǎng)學(xué)生的初步工程能力。傳統(tǒng)實驗教學(xué)基本上都是配套教材進行驗證性實驗，實驗內(nèi)容單一，實驗方法按部就班，學(xué)生在實驗過程中不能發(fā)揮主動性，實驗效果不佳，因此需要改進教學(xué)實驗方法，提高學(xué)生動手能力。

2 電子核心課程體系

以電子信息工程專業(yè)為例分析，學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)需要結(jié)合已學(xué)習(xí)過的《電路分析基礎(chǔ)》和《模擬電子線路》等進行課程之間的聯(lián)系，構(gòu)建綜合的電子系統(tǒng)設(shè)計概念[4-7]。在保證基本概念、基本原理和基本方法的前提下，用數(shù)字的邏輯概念，從邏輯門的學(xué)習(xí)，逐漸引導(dǎo)學(xué)生如何進行分析數(shù)字邏輯電路的功能，到如何設(shè)計數(shù)字邏輯電路，如何將模擬電路和數(shù)字電路進行結(jié)合。在教學(xué)計劃安排上，將數(shù)字邏輯電路知識放在模擬電路之后，半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)主要是在模擬電路部分，模擬電路部分詳細介紹半導(dǎo)體器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在數(shù)字電路部分則主要介紹半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用及用半導(dǎo)體器件組成各種邏輯門。電子信息專業(yè)課程中的核心課程為《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子線路》、《電路分析基礎(chǔ)》、《C語言程序設(shè)計》、《單片機技術(shù)》、《高頻電子線路》、《嵌入式系統(tǒng)》等課程，根據(jù)各門課程要求分析，課程之間存在緊密聯(lián)系，其中硬件電路包含《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子線路》、《電路分析基礎(chǔ)》、《單片機技術(shù)》、《高頻電子線路》、《嵌入式系統(tǒng)》，這幾門課程關(guān)聯(lián)性強，在教學(xué)中可以進行融合教學(xué)。例如三極管器件的學(xué)習(xí)，在模擬電路和數(shù)字電路里都是主要的器件，不同課程中的側(cè)重點不同，三極管在模擬電路中主要起放大作用，處理模擬信號，而在數(shù)字電路中則用于設(shè)計邏輯各種邏輯門，構(gòu)成不同的邏輯芯片。在教學(xué)中可以用具體實例分析課程之間的相關(guān)性，有利于學(xué)生更好掌握理論知識[8]。

3 實驗教學(xué)改革實例

3.1 基礎(chǔ)性實驗案例設(shè)計與分析

在實驗過程中，教師應(yīng)重在“引導(dǎo)”。通常做實驗的時候，以教師講解、輔導(dǎo)為主，學(xué)生按照教師的安排步驟進行實驗，始終處于被動地位，不利用培養(yǎng)學(xué)生的能力。教師應(yīng)有意識的改變這種方式，給學(xué)生留有獨立思考的空間，啟發(fā)學(xué)生運用所學(xué)的專業(yè)知識自己去解決實驗中遇到的問題，鼓勵學(xué)生相互討論。

案例1：設(shè)計全加器電路。

分析：該實驗屬于數(shù)字電子技術(shù)中的組合邏輯電路部分，實驗?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生掌握全加器的概念，理解全加器和半加器的區(qū)別。全加器是能夠計算低位進位的二進制加法電路。與半加器相比，全加器不只考慮本位計算結(jié)果是否有進位，也考慮低一位對本位的進位，可以把多個一位全加器級聯(lián)后做成多位全加器。教師在指導(dǎo)學(xué)生實驗時可以讓學(xué)生自由發(fā)揮，不局限于本章節(jié)內(nèi)容設(shè)計，可用不同章節(jié)方法設(shè)計出同樣的效果，也可以跨課程交叉方法設(shè)計。該設(shè)計舉以下兩種方法，方法1設(shè)計全加器電路，理論知識是固定的，但是設(shè)計過程是靈活的，輸出端Si和Ci的邏輯表達式學(xué)生可以自由化簡，每個同學(xué)設(shè)計的電路圖可以不同，根據(jù)實驗室提供的芯片進行設(shè)計，同學(xué)們在實驗過程中會發(fā)現(xiàn)很多不同的問題，例如芯片懸空端處理，芯片管腳不同，電路的復(fù)雜程度等，在設(shè)計過程中提出問題，對比各種方法的電路圖復(fù)雜程度，理解實現(xiàn)最簡電路圖的實質(zhì)。方法2用集成芯片實現(xiàn)全加器，學(xué)生首先要掌握選擇器的概念，掌握如何確定選擇器的數(shù)據(jù)端信號。這兩種方法是不同章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生可主動學(xué)習(xí)，用不同章節(jié)的內(nèi)容進行融合設(shè)計。

方法1：假設(shè)全加器有三個輸入端Ai、Bi、Ci-1，二個輸出端Si、Ci，其真值表如表1所示。其中Ai、Bi分別是被加數(shù)、加數(shù)，Ci-1是低位進位，Si為本位全加器和，Ci為本位向高位的進位。

由真值表可分別寫出輸出端Si和Ci的邏輯表達式：

邏輯電路圖如圖1所示。

方法2：用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153及74LS00與非門實現(xiàn)一位全加器。假設(shè)全加器中Ai為被加數(shù)，Bi為加數(shù)，相鄰低位來的進位數(shù)為Ci-1，輸出本位和為Si。向相鄰高位進位數(shù)為Ci，實際電路圖如圖2所示。

3.2 綜合性實驗案列設(shè)計與分析

課程實驗內(nèi)容應(yīng)具有實用性、綜合性、先進性。結(jié)合本課程課時安排、學(xué)生基礎(chǔ)和實驗條件，有計劃的更新實驗內(nèi)容，由驗證型實驗向綜合型、設(shè)計型實驗轉(zhuǎn)換，特別在應(yīng)用模塊部分開展與專業(yè)背景相結(jié)合的實驗項目，讓學(xué)生感覺課程的作用和意義，以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性。除了基礎(chǔ)實驗，實驗內(nèi)容的改革需增加綜合實驗部分。增加綜合實驗，讓學(xué)生自主設(shè)計電路，為學(xué)生提供器件，提高動手能力，而不只是基礎(chǔ)理論實驗。

案例2：設(shè)計流水燈實驗，設(shè)計一個8位LED流水燈的電路，燈從左向右流動，到達最右側(cè)后，返回流動，如此循環(huán)。

分析：該設(shè)計屬于綜合實驗部分，流水燈實驗的設(shè)計在模擬電路、數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)設(shè)計課程中是個很典型的例子。在數(shù)字電子技術(shù)中要實現(xiàn)流水燈實驗，可以根據(jù)移位寄存器和觸發(fā)器、定時器進行設(shè)計，課程沒有明確的電路圖提供學(xué)生參考，鼓勵學(xué)生自己設(shè)計電路，對實驗進行改革嘗試，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。該流水燈設(shè)計舉以下兩種方法，方法1用定時器和移位寄存器設(shè)計，燈左移、右移的控制，用D觸發(fā)器的Q與輸出端連接移位寄存器的左移、右移控制端，利用其異步置1與置0的功能，進行自動控制。方法2用單片機實現(xiàn)8位LED燈的流動顯示，用單片機和C語言程序?qū)α魉疅暨M行自動控制。兩種方法屬于兩門課程，在教學(xué)中可以指導(dǎo)學(xué)生用自己所學(xué)過的知識去實現(xiàn)設(shè)計功能。

方法1：用555定時器和兩片CD40194/74LS194移位寄存器實現(xiàn)8位LED燈的流動顯示。

方法2：用單片機實現(xiàn)接在 P0口的8個LED從左到右循環(huán)依次點亮。（如圖3所示）。

4 結(jié)語

本文在基礎(chǔ)實驗和綜合實驗中分析數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，除了教學(xué)內(nèi)容的改革，可開放實驗室為學(xué)生提供更多實踐的機會。通過組織各類科技活動，鼓勵學(xué)生參加“大學(xué)生創(chuàng)新實驗”。結(jié)合實驗室的條件，學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，自由選擇相應(yīng)的實驗題目，根據(jù)實驗室安排實驗時間，選做實驗，自己設(shè)計、調(diào)試、完成。當然，教師也要做一些必要的指導(dǎo)，這樣可以使學(xué)生得到更好的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立操作和獨立分析解決問題的能力。

參考文獻

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