數字電子技術實驗教學模式探討

劉澤源　趙晉琴

【摘要】數字電技術是電子信息工程、通信工程等專業的一門重要的專業基礎課程，該課程的實驗能幫助學生理解組合邏輯電路設計，提高學習興趣和實踐動手能力。本實驗室對數字電子技術實驗教學模式進行了探討，在分組實驗的基礎上，先要求學生設計電路，然后利用Multisim軟件進行仿真，最后在DZX-3電子學綜合實驗平臺上實現電路的搭建。“理論+設計+仿真+電路搭建”的新型模式，使學生能夠系統的掌握該課程的知識內容，熟練完成電路仿真和電路搭建，從而提高學生的學習能力，實踐動手能力和創新意識。

【關鍵詞】數字電子技術 實驗教學 Multisim軟件 電路搭建

【基金項目】本文為湖南第一師范校基金（項目編號XYS14Z15）、湖南省重點實驗室項目（項目編號2015TP1017）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）31-0256-01

1.引言

數字電子技術課程是電子科學與技術、電氣信息類等相關專業的核心專業基礎課之一，在該課程教學的過程中，實踐教學占據了重要的地位。湖南第一師范學院以師范教育為主，以往的數字電子技術課程教學重視理論內容的講解，不利于培養工科學生的實踐動手能力和創新意識，不能滿足社會對電子、通信專業工科畢業生的要求，對工科畢業生的就業產生不利影響。本文針對這一現狀，對該課程的實驗教學模式進行研究，提出新的實驗教學模式。

2.實驗教學模式

本實驗中心對電子科學與技術、通信工程和計算機科學與技術專業的數字電子技術課程實驗教學進行研究和改革，提出“理論+設計+仿真+電路搭建”的新型實驗教學模式（如圖1），在重視理論教學的基礎上，更加強調課程實驗環節。首先將實驗內容布置給學生，要求學生利用課余時間分析實驗內容，列出真值表，利用卡諾圖化簡得到邏輯函數，獨立完成邏輯電路的設計；然后要求學生在機房利用Multisim軟件完成電路的仿真；最后將每個專業班級分成兩批，每批20人左右，由兩人一組在電子設計實驗室的DZX-3電子學綜合實驗平臺上完成電路的搭建、測試和修改，經實驗指導老師檢查測試無誤才能通過實驗考核。

3.實驗教學內容

以譯碼器及應用實驗為例，該實驗的實驗目的有：一、掌握中規模集成譯碼器的邏輯功能和使用方法；二、學習并掌握中、小規模芯片實現各種組合邏輯電路的方法；三、學習格雷碼轉換二進制代碼。實驗需要的儀器設備有：裝有仿真軟件的計算機，DZX-3電子學綜合實驗平臺，數字萬用表以及74LS138等芯片。譯碼是編碼的逆過程，它是將具有特定含義的二進制代碼翻譯成原始信息的過程，能夠實現譯碼功能的電路叫譯碼器。實驗內容是要求學生利用74LS138實現流水燈效果，實驗內容如下：

3.1 設計電路和仿真

根據實驗內容的需要，先列出格雷碼轉8421碼的真值表，然后利用卡諾圖和邏輯函數化簡，可得電路需要一片74LS86芯片。譯碼器74LS138的工作原理為A2、A1、A0為二進制譯碼輸入端，Y7～Y0為譯碼輸出端（低電平有效），G1、G2A、G2B為選通控制端。當G1=1、G2A+G2B=0時，譯碼器處于工作狀態；當G1=0、G2A+G2B=1時，譯碼器處于禁止狀態。根據化簡后的邏輯函數和譯碼器的工作原理設計電路，然后利用軟件仿真結果如圖2所示。

3.2 電路搭建

電路搭建在數字電子技術實驗室完成，要求學生兩人一組，根據設計的電路在DZX-3電子學綜合實驗平臺完成搭建，檢查電路的功能，確定無誤申請老師檢查考核。學生搭建電路如圖3所示。

3.3 實驗考核環節

實驗教師根據實驗評分標準，針對學生在各個步驟的完成情況進行評分，操作總分共計30分。操作部分評分標準主要包括以下幾個方面：

（1）電路設計階段：學生設計電路的具體過程，包括真值表，卡諾圖，邏輯函數的化簡和電路圖（40分）。

（2）電路仿真階段：學生設計的電路圖是否簡潔，電路功能是否完善（30分）。

（3）電路搭建階段：電路搭建過程中是否出現問題，是否解決問題，電路功能是否完善（30分）。

4.結束語

實踐證明，數字電子技術新型實驗教學模式使學生在設計電路、電路仿真和電路搭建的過程中理解和體會理論知識，課堂教學效果好，學生滿意度高，能有效增強學生的學習興趣，提高工科學生的動手能力和團隊協作能力，提高工科學生的創新意識。endprint