姜嘵玲，曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學院 物理與智能制造工程學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

在傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗課上，學生通常使用實驗臺或?qū)嶒炏溥M行，在實驗進行過程中，學生看不到完整的電路結(jié)構(gòu)和器件的全貌，只是通過插孔連接的方法進行簡單布線，實驗完成后對實驗原理和器件結(jié)構(gòu)理解不深[1,2]。本文嘗試對電子技術(shù)實驗進行教學改革，通過學生自主設計、焊接、調(diào)試的過程加深學生對電子技術(shù)的理解。通過三個具體設計實例進行電子技術(shù)教學創(chuàng)新思考，希望能夠提高學生的動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

1 邏輯運算演示裝置

設計一種邏輯運算演示裝置，可應用于數(shù)字電路的課堂教學，增加學生對與、或、非、與非、或非、異或、同或等邏輯運算的理解。

通過單片機最小系統(tǒng)、電源端子、獨立按鍵、輸入電平指示燈、輸出電平指示燈完成設計[3,4]。單片機最小系統(tǒng)電路，包括單片機、P0口上拉電阻、時鐘電路和復位電路，單片機最小系統(tǒng)的單片機有40個管腳，電源端子輸出5伏直流電源，其正極接單片機最小系統(tǒng)中單片機的40管腳，負極接單片機最小系統(tǒng)中單片機的20管腳。如圖1所示。

圖1 單片機最小系統(tǒng)電路

邏輯運算演示裝置電路如圖2所示，獨立按鍵包括7個按鍵，7個按鍵的一端接電源端子2的負極，另一端分別接單片機最小系統(tǒng)1中單片機的1、2、3、4、5、6、7 管腳。 輸入電平指示燈是 3 個 LED燈，3個LED燈的負極連接在一起串聯(lián)一個電阻后接電源端子的負極，3個LED燈的正極分別接單片機最小系統(tǒng)中單片機的21、22、23管腳。輸出電平指示燈是一個LED燈，LED燈的負極串聯(lián)一個電阻后接電源端子的負極，LED燈的正極接單片機最小系統(tǒng)中單片機的28管腳。使用時，7個按鍵每次只能按下一個，按下時，分別進行與、或、非、與非、或非、異或、同或邏輯運算。

圖2 邏輯運算演示裝置電路

例如進行與非邏輯運算時，按下獨立按鍵中的與非獨立按鍵，單片機產(chǎn)生參與邏輯運算的三個數(shù)A、B、C，送入單片機的 21、22、23 管腳，A、B、C 的數(shù)值從000到111這8種狀態(tài)之間進行周期性變化，數(shù)值的變化通過輸入電平指示燈的亮滅進行觀察，單片機將A、B、C進行與非運算，運算結(jié)果送入單片機的28管腳，運算結(jié)果通過輸出電平指示燈的亮滅進行觀察，使學生理解與非運算的公式及結(jié)果。進行非邏輯運算時，按下獨立按鍵中的非獨立按鍵，單片機產(chǎn)生參與邏輯運算的數(shù)A，送入單片機的21管腳，A數(shù)值在0、1之間進行周期性變化，數(shù)值的變化通過輸入電平指示燈的亮滅進行觀察，單片機將A進行非運算，運算結(jié)果送入單片機的28管腳，運算結(jié)果通過輸出電平指示燈的亮滅進行觀察，能方便地使學生理解非運算的公式及結(jié)果。進行同或邏輯運算時，按下獨立按鍵中的同或獨立按鍵，單片機產(chǎn)生參與邏輯運算的二個數(shù)A、B，送入單片機的21、22管腳，A、B的數(shù)值從00到11這4種狀態(tài)之間進行周期性變化，數(shù)值的變化通過輸入電平指示燈的亮滅進行觀察，單片機將A、B進行同或運算，運算結(jié)果送入單片機的28管腳，運算結(jié)果通過輸出電平指示燈的亮滅進行觀察，能方便地使學生理解同或運算的公式及結(jié)果。

2 計數(shù)器計數(shù)演示裝置

設計一種計數(shù)器計數(shù)演示裝置，應用于數(shù)字電路的課堂教學，增加學生對計數(shù)器計數(shù)過程的理解。通過單片機最小系統(tǒng)、電源端子、數(shù)碼管、矩陣鍵盤、計數(shù)器芯片完成設計[5,6]。單片機最小系統(tǒng)和電源端子電路如圖1所示。計數(shù)器數(shù)碼管電路如圖3所示，數(shù)碼管是一個一位共陰數(shù)碼管，有10個管腳，它的5、8管腳懸空，3管腳串接一個電阻后接電源端子 2 的負極， 它的 7、6、4、2、1、9、10 管腳分別接單片機最小系統(tǒng)1中單片機的39、38、37、36、35、34、33 管腳。

圖3 計數(shù)器數(shù)碼管電路

矩陣鍵盤電路如圖4所示，矩陣鍵盤4有16個按鍵，16個按鍵按4行4列排列，在每一行上把按鍵的一端連接在一起分別接單片機最小系統(tǒng)1中單片機的1、2、3、4管腳，在每一列上把按鍵的另一端連接在一起串聯(lián)一個電阻后分別接單片機最小系統(tǒng) 1中單片機的 5、6、7、8管腳。

圖4 計數(shù)器矩陣鍵盤電路

計數(shù)器芯片電路如圖5所示，計數(shù)器是一個74HC161 芯片，它的 15 管腳懸空，3、4、5、6、8 管腳接電源端子 2的負極，7、9、10、16管腳接電源端子2 的正極，1、2、11、12、13、14 管腳分別接單片機最小系統(tǒng) 1 中單片機的 21、22、23、24、25、26 管腳。74HC161芯片是一個模16的計數(shù)器，它的計數(shù)狀態(tài)包括0至9、a至f這16個狀態(tài)，可以把它改為N進制計數(shù)器，N等于2至16，這時它稱為模N計數(shù)器，74HC161芯片的1管腳CLR接到單片機的21管腳，可以通過單片機21管腳的高低電平控制74HC161芯片的1管腳CLR，進行清零法模N的改變。矩陣鍵盤有16個按鍵，使用15個按鍵，分別代表模N等于2至16。

圖5 計數(shù)器芯片電路

例如，當演示模13計數(shù)器時，按下矩陣鍵盤模13鍵，單片機的22管腳對74HC161芯片的2管腳送入一個脈沖信號，74HC161 芯片的 11、12、13、14管腳輸出信號當QAQBQCQD=1101，單片機控制計數(shù)器歸零，計數(shù)器從0至9、a至c循環(huán)計數(shù)，計數(shù)結(jié)果送入數(shù)碼管3顯示。當演示模6計數(shù)器時，按下矩陣鍵盤模6鍵，單片機的22管腳對74HC161芯片的2管腳送入一個脈沖信號，74HC161芯片的11、12、13、14 管腳輸出信號當 QAQBQCQD=0110，單片機控制計數(shù)器歸零，計數(shù)器從0至5循環(huán)計數(shù)，計數(shù)結(jié)果送入數(shù)碼管3顯示。

在使用過程中，預先通過單片機編程實現(xiàn)對矩陣鍵盤、數(shù)碼管、計數(shù)器的控制，實現(xiàn)不同模下計數(shù)器計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果進行顯示?？蓱糜跀?shù)字電路的課堂教學，加深學生對計數(shù)器計數(shù)過程的理解。

3 脈沖信號占空比測量裝置

設計一種脈沖信號占空比測量裝置，可以方便地測量矩形脈沖信號的占空比。通過單片機最小系統(tǒng)、電源、脈沖信號發(fā)生器、LCD顯示器進行設計[7,8]。單片機最小系統(tǒng)和電源端子電路如圖1所示。

脈沖信號發(fā)生器電路如圖6所示，脈沖信號發(fā)生器由555多諧振蕩器構(gòu)成，包含1個555芯片，2個固定電阻，1個可變電阻，2個二極管和2個電容，工作時，從555芯片的3管腳輸出矩形脈沖，調(diào)節(jié)可變電阻的數(shù)值，可以改變矩形脈沖的占空比，555芯片的3管腳接單片機最小系統(tǒng)1中單片機的14管腳。

圖6 脈沖信號發(fā)生器電路

顯示器電路如圖7所示，采用LCD顯示器型號為LCD1602，LCD顯示器4共有16個管腳，其4至14管腳分別接單片機最小系統(tǒng)1中單片機的6、7、8、39、38、37、36、35、34、33、32 管腳。

圖7 顯示器電路

脈沖信號發(fā)生器，當調(diào)節(jié)可變電阻的數(shù)值時，輸出的矩形脈沖信號占空比發(fā)生變化，但其幅值UM不變，通過單片機最小系統(tǒng)1求出其平均值UO，即可算出占空比=UO/UM，算出的占空比數(shù)值送入LCD1602顯示。在使用過程中，預先通過單片機編程完成對脈沖信號發(fā)生器輸出信號的計算，并將計算結(jié)果送入LCD顯示器顯示，實現(xiàn)矩形脈沖信號的占空比測量功能。

4 結(jié)語

在課堂教學過程中，單純的理論講解和電路介紹也不能使學生清楚地理解電路的結(jié)構(gòu)和信號的傳輸過程。傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗學生通常使用實驗臺或?qū)嶒炏溥M行，在實驗進行過程中，學生不能看到完整的電路結(jié)構(gòu)和器件的全貌，只是通過插孔連接的方法進行簡單的布線，實驗完成后對實驗原理和器件結(jié)構(gòu)理解不深。本文嘗試對電子技術(shù)實驗和課堂演示實驗進行教學改革，通過單片機最小系統(tǒng)、電源端子、獨立按鍵、輸入、輸出電平指示燈、數(shù)碼管、矩陣鍵盤、計數(shù)器芯片、脈沖信號發(fā)生器、顯示器等電子技術(shù)教學中常見器件設計了邏輯運算演示裝置、計數(shù)器計數(shù)演示裝置、物體運動軌跡演示裝置三個電子技術(shù)創(chuàng)新型實驗。

邏輯運算演示裝置，可應用于數(shù)字電路的課堂教學，增加學生對與、或、非、與非、或非、異或、同或等邏輯運算的理解。通過單片機最小系統(tǒng)、電源端子、獨立按鍵、輸入電平指示燈、輸出電平指示燈完成設計。計數(shù)器計數(shù)演示裝置，應用于數(shù)字電路的課堂教學，增加學生對計數(shù)器計數(shù)過程的理解。通過單片機最小系統(tǒng)、電源端子、數(shù)碼管、矩陣鍵盤、計數(shù)器芯片完成設計。脈沖信號占空比測量裝置設計一種脈沖信號占空比測量裝置，可以方便地測量矩形脈沖信號的占空比。通過單片機最小系統(tǒng)、電源、脈沖信號發(fā)生器、LCD顯示器進行設計。以三個實驗的設計為例嘗試對電子技術(shù)實驗進行教學改革，通過學生自主設計、焊接、調(diào)試的過程加深對電子技術(shù)的理解，提高學生的動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[9，10]。設計的演示實驗也可應用于電子技術(shù)的課堂教學，增加學生對電子技術(shù)電路的理解。