嚴夏

摘 要 本文針對基于TD-DS+實驗系統(tǒng)進行數(shù)字電路實驗教學(xué)，從預(yù)習(xí)、原理及邏輯電路圖的講解、安裝、調(diào)試、考核五個方面探討了如何做好數(shù)字電路實驗，從而促進我校學(xué)生對電路的安裝、調(diào)試、排查故障等方面的創(chuàng)新與動手能力。

關(guān)鍵詞 本科教學(xué);TD-DS+實驗系統(tǒng);數(shù)字電路;實驗教學(xué)

數(shù)字電路實驗課是我校機械自動化、測控技術(shù)與儀器、應(yīng)用物理等理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是數(shù)字電子技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)。伴隨著我們時代的進步，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，本科生的數(shù)字電路實驗教學(xué)方法也需要不斷的改革與創(chuàng)新，所以我校近年在數(shù)字電路實驗室里統(tǒng)一配套TD+DS+高級數(shù)字電路教學(xué)系統(tǒng)實驗箱，我校的所有數(shù)字電路實驗內(nèi)容均可通過該實驗箱及其擴展板進行實驗教學(xué)與操作。相關(guān)專業(yè)的本科生通過我校的數(shù)字電路實驗課程的學(xué)習(xí)就能學(xué)會驗證一些芯片的功能，自己設(shè)計電路，裝配與調(diào)試電路，以及查找與解決電路故障，從而提升解決實際生活中的關(guān)于電子電路方面問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

數(shù)字電路實驗對培養(yǎng)本科生掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)知識和解決實際中電子方面的問題的能力，及創(chuàng)新精神和實踐能力起著至關(guān)重要的作用。那么接下來我將基于TD-DS+數(shù)字電路實驗箱進行探討如何做好數(shù)字電路實驗，激發(fā)我校學(xué)生的數(shù)字電路實驗興趣，以及學(xué)會怎樣處理實驗過程中遇到的問題與故障[1]。

1預(yù)習(xí)

因為數(shù)字電路實驗課滯后于數(shù)字電路理論教學(xué)一學(xué)期，所以在每次實驗課之前，我會要求學(xué)生們完成本次實驗項目的預(yù)習(xí)報告，包括實驗?zāi)康?、實驗設(shè)備需求、實驗原理、邏輯電路圖等等。這樣可以避免很多學(xué)生對實驗內(nèi)容一無所知，做好實驗前的理論復(fù)習(xí)有利于實驗課的正常開展。

2原理及邏輯電路圖的講解

每次上課的前30分鐘，我會就本節(jié)實驗項目的內(nèi)容和邏輯電路圖進行講解，從而讓學(xué)生明白本節(jié)數(shù)字電路實驗由那些相關(guān)的元器件或部件組成，以及每一個單元之間相互的邏輯電路關(guān)系是什么樣的，最開始只是講解，但是發(fā)現(xiàn)在實際操作時，學(xué)生還會反復(fù)問一些我講解的內(nèi)容。后來經(jīng)過一段時間的總結(jié)后，改進了教學(xué)方式，我在講解原理和原理圖后，通過提問的方式，讓學(xué)生記住難點和易錯點。這個教學(xué)成果有了明顯的改善[2]。

3安裝

TD-DS+實驗系統(tǒng)包括了：基本實驗電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、555定時器、存儲器、時序邏輯電路。學(xué)生們在做一些數(shù)字電路的基礎(chǔ)實驗時需要用到擴展實驗區(qū)單元、邏輯電平開關(guān)單元、連續(xù)脈沖單元、邏輯電平顯示單元、數(shù)碼管顯示單元。根據(jù)邏輯電路圖，提供雙列直插式集成元器件，插入到TD-DS+系統(tǒng)實驗箱的底座上。但是在安裝元器件之前，必須弄清楚集成電路元器件的型號和各引腳的編號及其各引腳是什么功能。集成元器件引腳的識別方法：把元器件平放，使標志（點或者缺口）在左側(cè)，從左下方第一個引腳（編號1）為起點開始，逆時針方向逐一遞增。按照邏輯電路圖用導(dǎo)線把各個引腳之間的關(guān)系進行連接，若需要用到電阻或者電容等元器件時，可以直接在TD-DS+系統(tǒng)實驗箱上進行選擇相應(yīng)符合要求的參數(shù)即可，整個安裝過程無須焊接[3]。

安裝過程中學(xué)生容易錯的地方有4個地方：①所有芯片都需要連接電源+5V和GND，而很多時候，學(xué)生往往會只連接芯片與芯片之間的關(guān)系，然而忽略連接電源和地。②電路輸入端既連接了邏輯開關(guān)又連接了儀器功能選擇中的碼型發(fā)生器，從而在邏輯分析儀中形成的波形就是錯誤的，導(dǎo)致實驗失敗。③常用集成電路元器件的引腳中多數(shù)情況是右下角為地GND，左上角為電源Vcc，有的學(xué)生，有的學(xué)生在安裝之前沒有認真讀相應(yīng)的集成電路引腳圖，導(dǎo)致電源和地接錯。④雖然在課前每次都會強調(diào)安裝過程中不能打開TD-DS+實驗箱的電源，但是還是有學(xué)生會帶電進行安裝操作，這屬于操作不規(guī)范。

4調(diào)試

前期的數(shù)字電路實驗項目相對比較簡單，調(diào)試時，通常，只要集成電路元器件是好的，安裝連線也沒有錯，就能安裝邏輯電路進行工作。而后期的數(shù)字電路實驗項目相對復(fù)雜，僅檢查電路的邏輯功能是不夠的。當數(shù)字電路實驗不能按照正常的邏輯功能工作時，電路就產(chǎn)生了故障，學(xué)生必須進行排查故障，并修復(fù)后完成實驗，數(shù)字電路實驗的故障，有時候很容易排查，有時卻很難查明原因，要對設(shè)計、安裝、調(diào)試等等方面的易錯點進行細心認真地檢查和分析，總能找到故障的原因并解決問題，而學(xué)生在實驗中常見的故障按其出現(xiàn)頻率高低排序如下：安裝連線的錯誤、集成電路元器件使用不當或其本身故障、TD-DS+實驗箱上的集成分析儀器故障或分析儀測試方法不對、電路設(shè)計原理的錯誤、干擾造成的錯誤顯示[4]。

5考核

由于我校的TD-DS+系統(tǒng)的數(shù)量不足，無法滿足每位學(xué)生每個項目都能進行單獨操作，基本是兩三人一組，那么有的學(xué)生就會存在懶惰情緒，寄希望于其他同學(xué)完成實驗內(nèi)容而無法達到數(shù)字電路實驗課的教學(xué)目的，所以最后我會安排兩次考核課，分批次進行，讓每一位學(xué)生都在之前所有的項目中隨機抽取一個實驗項目進行單獨完成。這樣可以促進每一位學(xué)生對電路的安裝、調(diào)試、排查故障等等的思考與動手能力，從而積極地參與每一次的數(shù)字電路實驗當中。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字電路教學(xué)方法的改革以及可編程邏輯器件應(yīng)用的逐漸普及，還可以通過一些軟件在不使用元器件的情況下模擬進行數(shù)字電路實驗，這樣可以增加一些綜合性設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻

[1] 王素青，鮑寧寧.數(shù)字線路實驗與課程設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019：217.

[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第六版）[M].北京：高等教育出版社， 2016：92.

[3] 徐秀平.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計[M]北京：電子工業(yè)出版社，2010：11-12.

[4] 沈小豐.電子線路實驗——數(shù)字電路實驗[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：56.