劉允峰,王宇迪,冉金宇
(1.渤海大學(xué),遼寧錦州,121007;2.錦州市緊急醫(yī)療救援中心,遼寧錦州,121000)
555 定時器是《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程中的重要組成部分。20 世紀(jì)70 年代,由西格尼蒂克(Signetics)公司推出的555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的集成器件,因其價格低廉、易用性和可靠性,被廣泛應(yīng)用于電子電路設(shè)計之中,可以構(gòu)成波形整形、脈沖產(chǎn)生、定時器和振蕩電路等電路。555 定時器有兩種制作工藝:雙極性(TTL)工藝和互補(bǔ)金屬氧化物(CMOS)工藝。以TI 公司的NE555 芯片為例,簡化原理圖如圖1 所示,引腳圖如圖2 所示。
圖1 簡化原理圖
圖2 引腳圖
555 定時器的輸出有0 和1 兩種狀態(tài),與輸入引腳的不同組合有關(guān),如表1 所示。
表1 555定時器功能表
其中,0 表示低電平,1 表示高電平,×表示不相干的。
555 定時器可以工作在單穩(wěn)態(tài)模式、雙穩(wěn)態(tài)模式和無穩(wěn)態(tài)模式三種工作模式下,電路組成如圖3 所示。由圖可見,雙穩(wěn)態(tài)電路輸入端的輸入電壓端一般沒有定時電阻和定時電容。
圖3
對三種工作模式進(jìn)行比較,如表2 所示。
表2 555定時器三種工作模式
介紹555 定時器的工作原理后,一定要向?qū)W生介紹實(shí)際應(yīng)用例子,利用聲、光信號的演示加深印象,學(xué)以致用[1-4]。比如:圖4(a)閃光器、圖4(b)鳴叫式警報器。
圖4
利用74LS161、74LS74、74LS153、74LS139、74LS00、74LS08 及電阻、電容和LED 等,仿真一下十字路口的交通燈控制電路,如圖5 所示。為了縮短一個循環(huán)周期的觀察時間,將圖5 中的芯片U10(秒脈沖信號發(fā)生器)由1Hz 設(shè)置成了20Hz,便于觀察現(xiàn)象,實(shí)際中可以由圖3的555 定時器產(chǎn)生秒信號,設(shè)置如下:R1=R2=4831Ω,C=100μF,使得振蕩周期T=0.69(R1+R2)C ≈1 秒。交通燈循環(huán)過程為:1 路綠燈亮2 路紅燈亮。
圖5 交通燈控制電路
以學(xué)生學(xué)習(xí)能力達(dá)成為目標(biāo),結(jié)合Multisim 軟件工具,教師可以采取討論式教學(xué)法、問題教學(xué)法等方法,強(qiáng)調(diào)理論與工程實(shí)際相結(jié)合[5]。在課堂教學(xué)中,對一些重點(diǎn)和難點(diǎn),輔以Multisim 虛擬仿真作為演示工具,老師講解和引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,再加上實(shí)物照片和短視頻等方式,提升學(xué)生動手能力,提高學(xué)生分析和設(shè)計數(shù)字邏輯電路的能力。
(1)創(chuàng)新實(shí)踐,學(xué)以致用。一方面,學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)室開放時間,親自動手去感悟教材中已有的數(shù)字電路知識,完善知識結(jié)構(gòu),從“學(xué)會”轉(zhuǎn)變成“學(xué)活”。另一方面,可以利用所學(xué)電路知識進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、社會實(shí)踐活動等,在真實(shí)情境中檢驗(yàn)自身已有的電路知識,培養(yǎng)獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊協(xié)作精神、溝通和交流能力、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題,學(xué)會做人、做事。
(2)結(jié)合實(shí)驗(yàn)芯片安全,引入日常用電安全常識,提醒學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)室用電安全;同時,立足中美貿(mào)易戰(zhàn)情況,從專業(yè)學(xué)習(xí)角度出發(fā),思考個人努力對專業(yè)及國家的積極影響,激發(fā)學(xué)生愛國情懷和奮發(fā)學(xué)習(xí)熱情。
(3)555 定時器三種工作模式中的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)轉(zhuǎn)換,都要取決于555 定時器內(nèi)部電路的工作原理。將這個性質(zhì)升華為內(nèi)外因辨證原理:事物的發(fā)展是內(nèi)外因共同起作用的結(jié)果,內(nèi)因是事物發(fā)展的依據(jù),它是第一位的,決定著事物發(fā)展的基本趨向,外因是事物發(fā)展的外部條件,它是第二位的,對事物的發(fā)展起著加速或延緩的作用,外因必須通過內(nèi)因而起作用。
在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中引入了虛擬仿真技術(shù)輔助教學(xué),“虛實(shí)融合”,重視學(xué)生動手能力的培養(yǎng);同時,課程思政和教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合,育人與教學(xué)同步進(jìn)行[6]。以“555定時器典型電路應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計為例,解析了Multisim13在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,探討了仿真技術(shù)手段的教學(xué)改革。教學(xué)實(shí)踐表明,在教學(xué)環(huán)節(jié)加入Multisim虛擬仿真環(huán)節(jié),較好地優(yōu)化了教學(xué)模式,切實(shí)提升了教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力,達(dá)到了專業(yè)課育人的“潤物細(xì)無聲”。教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際,既有虛擬仿真,又有實(shí)物呈現(xiàn),真正實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心,鼓勵并帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)好專業(yè)技術(shù)技能,為國家發(fā)展奉獻(xiàn)一份力量。