數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

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1、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討崔彬韓亮安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院摘要：目前數(shù)字電路設(shè)計(jì)已進(jìn)入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）時(shí)代，傳統(tǒng)的借助實(shí)驗(yàn)箱及集成芯片的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)己無法滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。針對(duì)該現(xiàn)狀，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革，使學(xué)生能夠提前利用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)仿真，再使用TPE-D3A數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱完成實(shí)驗(yàn)。為學(xué)生提供一個(gè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到了良好的實(shí)踐效果。關(guān)鍵詞：EDA技術(shù);Protues仿真;數(shù)字電路設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)教#改革;作者簡介：崔彬（1966—），女，工程師

2、，長期從事電子材料、光電技術(shù)及電子線路的實(shí)驗(yàn)開發(fā)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。收稿日期：2017-06-26Received：2017-06-26作為一門重要的電子類本科教學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，數(shù)字電子技術(shù)是具有鮮明實(shí)踐特點(diǎn)的基礎(chǔ)課程。為進(jìn)一步提升學(xué)生分析現(xiàn)象、解決實(shí)際問題的綜合能力，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課時(shí)安排上，采用“16學(xué)時(shí)驗(yàn)證性內(nèi)容+16學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)性內(nèi)容”的教學(xué)方法。以此要求學(xué)生充分利用所學(xué)的理論知識(shí)點(diǎn)，通過自主設(shè)計(jì)、自主搭建并獨(dú)立調(diào)試電路。然而因?yàn)閷W(xué)生接觸工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少，動(dòng)手能力較差，在實(shí)驗(yàn)操作中，普遍存在設(shè)計(jì)電路吋生拉硬搬課

3、本示例的現(xiàn)象，以至于不僅對(duì)理論知識(shí)沒有得到深刻的理解，還使得實(shí)驗(yàn)的成功率難以提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的宗旨是運(yùn)用理論知識(shí)開展動(dòng)手實(shí)踐，而實(shí)踐可以進(jìn)一步加深對(duì)理論的理解和掌握。歸根結(jié)底是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，更是培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，重視實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、拓展實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)提高實(shí)踐教學(xué)水平具有極其重要的意義。因此，針對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新改革的需求，我們提出了一種探索改革方法的新途徑U1。1原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式原有的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程，旨在結(jié)合課堂理論教學(xué)進(jìn)一步開展驗(yàn)證性、綜合性實(shí)驗(yàn)?；谖ㄒ坏膶?shí)驗(yàn)

4、平臺(tái)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生僅能運(yùn)用中型、小型集成電路來獲得電路的直觀認(rèn)識(shí)m。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，電路部分的設(shè)計(jì)也只能在實(shí)驗(yàn)箱中完成。這種類似于搭積木的方法很難完成較復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。假設(shè)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，學(xué)生將很難查找到故障原因。同時(shí)，元器件及導(dǎo)線的連續(xù)復(fù)用難以維持可靠性的穩(wěn)定;其次，實(shí)驗(yàn)箱上連接點(diǎn)反復(fù)插拔等操作，也極易造成導(dǎo)線、元器件之間的互擾，從而加大調(diào)試難度，降低了教師的輔導(dǎo)效率。另外，學(xué)生還可能無法按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，甚至還會(huì)造成元器件及儀器設(shè)備的損壞［3］。上述原因均妨礙丫學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性的培養(yǎng)和教學(xué)質(zhì)量的

5、提升。2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足，借鑒“軟、硬件結(jié)合”的模式，我們探索出了一種基于EDA技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。以此降低了空間條件、時(shí)間條件、實(shí)驗(yàn)器材等對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限制，同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)時(shí)效，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。作為目前應(yīng)用較廣的EDA（ElectronicsDesignAutomation）仿真軟件之一，Protues是一個(gè)可對(duì)各類電路進(jìn)行模擬仿真與設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)軟件U1。其內(nèi)罝的一整套虛擬儀器及元器件模型庫使得該軟件具有較全面的仿真分析能力。它還可結(jié)合Keil功能對(duì)多種單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電路開發(fā)和

6、軟件編譯，從而真正實(shí)現(xiàn)了從理論到產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)。在Protues屮ARES是一款高級(jí)的PCB布線編輯軟件，ISIS是一款開放的電子系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)軟件。本文通過使用ISIS軟件來仿真電路中每一個(gè)基本單元的工作方式。其中，VSM虛擬仿真是最常用的仿真模式。下面簡單介紹一下Proteus的使用。在Proteus環(huán)境下仿真順序依次為:根據(jù)電路要求選擇元器件、放置元器件、連線、運(yùn)行。元器件選擇是在元件庫屮選取，點(diǎn)擊菜單欄不的Library,進(jìn)入元件庫中，按類別或關(guān)鍵詞可以檢索目標(biāo)元件，單擊目標(biāo)元件并點(diǎn)擊確認(rèn)，該元件

7、就會(huì)添加到元件柜中（圖1）,可供設(shè)計(jì)電路時(shí)方便使用。點(diǎn)擊任一元件，確認(rèn)選擇后在圖形編輯窗U下雙擊就可以將該元件放置到編輯窗IJ中（圖2），拖拉可以移動(dòng)該元件至任意位置，右擊元件可以對(duì)該元件進(jìn)行編輯、修改。FileViewEditTools1E:Lrzr~-l>--H—4b圖1元件柜下載原圖FileYiewEditToolsDesignGraphSourceDebugZl03趣龜d?7SEG-BCD??+呤JtU1丄:〉Ckltton74LS90CLOCK酮?:TE<圖2器件編輯下載原圖將器件在編輯窗u放置好后，就

8、可以進(jìn)行連線操作。電路連接好后，點(diǎn)擊仿真運(yùn)行圖標(biāo)就可以運(yùn)行電路，在此過程中，可以觀察電路的狀態(tài)或波形圖，以鑒別設(shè)計(jì)的正確與否。3實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)、仿真與測(cè)試實(shí)驗(yàn)。所用元器件:計(jì)數(shù)器使用741s90(異步)，七段數(shù)碼顯示采用7SEG-BCD(自帶譯碼器)。(1)提前告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生利用課余時(shí)間熟悉仿真軟件，復(fù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)。(2)理