董建娥　李莎　謝裕睿

摘要：針對以往數(shù)字電子技術(shù)實驗課程內(nèi)容單一、偏向基礎(chǔ)、側(cè)重驗證性實驗的情況，該文介紹了以學(xué)號計數(shù)器為題目的數(shù)字電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計與實踐，學(xué)生通過討論實驗內(nèi)容和方案、設(shè)計與仿真電路的各個模塊、實物焊接與調(diào)試、演示及答辯等環(huán)節(jié)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(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù);教學(xué)方法;創(chuàng)新思維;實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0104-02

1 背景

為了滿足企業(yè)對大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的要求，數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)應(yīng)建立各理論知識點的聯(lián)系、提高學(xué)生的綜合分析設(shè)計能力，本文以學(xué)號計數(shù)器為例進行了數(shù)字電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)設(shè)計的探討。

2 設(shè)計任務(wù)

該學(xué)號計數(shù)器要求使用NE555設(shè)計多諧自激振蕩器，計算并調(diào)整R1、R2、C的值，使之產(chǎn)生頻率大于100HZ、占空比可調(diào)的矩形波信號;設(shè)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(shè)計分頻電路，將產(chǎn)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(xué)號后兩位加20的倒計數(shù)器，計數(shù)器時鐘信號周期為1秒，要求能實現(xiàn)手動復(fù)位和暫停功能。

該綜合實驗題目在教學(xué)設(shè)計的過程中整合了計數(shù)器電路、脈沖產(chǎn)生和整形電路、分頻器電路、譯碼器和數(shù)碼管等多個數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，要求學(xué)生掌握NE555多諧振蕩器的設(shè)計及計算，掌握使用中規(guī)模集成電路構(gòu)造任意進制計數(shù)器的方法，掌握CD4060、74LS192、74LS161計數(shù)器，以及74LS47、74LS48譯碼器和對應(yīng)數(shù)碼管的使用，掌握常用元器件的識別與測試方法，并且學(xué)會電路系統(tǒng)的整體設(shè)計及聯(lián)調(diào)測試。

由于學(xué)生學(xué)號不重復(fù)，所以每個學(xué)生設(shè)計的電路不同，學(xué)生一人一組，單獨設(shè)計。學(xué)生先在Multisim仿真平臺下完成整體電路的設(shè)計，仿真結(jié)果經(jīng)老師驗收通過后領(lǐng)取元器件進入實驗室焊接、調(diào)試、答辯以獲取最終成績。

3 實現(xiàn)方案

圖1為電路實現(xiàn)方案，電源電路分別給NE555信號發(fā)生電路、分頻電路和數(shù)碼管提供12V和5V直流電壓，NE555自激振蕩電路產(chǎn)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(jīng)過CD4060分頻電路分頻為1HZ的時鐘信號驅(qū)動計數(shù)器電路技術(shù)，計數(shù)器電路的輸出為BCD碼，經(jīng)譯碼電路后驅(qū)動7段數(shù)碼管點亮，顯示出對應(yīng)的計數(shù)結(jié)果。

由于每位同學(xué)設(shè)計的振蕩電路產(chǎn)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(xué)號不同計數(shù)結(jié)果也不同，所以計數(shù)器電路設(shè)計任意進制計數(shù)器時接線方式也不同，最終所有同學(xué)的電路都不相同，避免了抄襲現(xiàn)象，提高了學(xué)生對電路設(shè)計的主動性和創(chuàng)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(xué)生清楚每一個模塊的原理，每個模塊設(shè)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(dāng)前模塊是否能正常工作，保證當(dāng)前模塊能正常工作的情況下再進行下一個模塊的設(shè)計，從而提高整個電路設(shè)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(diào)整和記錄相關(guān)結(jié)果，為后續(xù)設(shè)計模塊提供參考。

5 焊接調(diào)試

實踐過程中發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)在電路焊接調(diào)試步驟中受阻，進度緩慢或停滯，導(dǎo)致最終無法產(chǎn)生實驗現(xiàn)象，或者實驗現(xiàn)象和預(yù)期不符。遇到這些情況，很多同學(xué)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(lǐng)取實驗耗材焊接。

為了提高學(xué)生在焊接過程中排查故障的能力，要求老師在焊接前向?qū)W生介紹每種電路故障的現(xiàn)象可能是哪種原因?qū)е拢霈F(xiàn)該故障的排查方法及需要使用的工具，盡量引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并通過思考解決問題。

6 結(jié)論

通過對學(xué)號計數(shù)器綜合實驗教學(xué)內(nèi)容的實踐，學(xué)生對數(shù)字電子技術(shù)課程的理論教學(xué)內(nèi)容有了整體全面的認識，達到了學(xué)以致用的目的，同時激發(fā)了學(xué)生對電路設(shè)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(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)改革與實踐[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)， 2018，16（02）：153-156.

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