基于TD-DS+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)淺談

嚴(yán)夏

摘 要 本文針對(duì)基于TD-DS+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(gè)方面探討了如何做好數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，從而促進(jìn)我校學(xué)生對(duì)電路的安裝、調(diào)試、排查故障等方面的創(chuàng)新與動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞 本科教學(xué);TD-DS+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);數(shù)字電路;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課是我校機(jī)械自動(dòng)化、測(cè)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(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，本科生的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室里統(tǒng)一配套TD+DS+高級(jí)數(shù)字電路教學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱，我校的所有數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均可通過(guò)該實(shí)驗(yàn)箱及其擴(kuò)展板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)與操作。相關(guān)專業(yè)的本科生通過(guò)我校的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)就能學(xué)會(huì)驗(yàn)證一些芯片的功能，自己設(shè)計(jì)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(shí)際生活中的關(guān)于電子電路方面問(wèn)題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)本科生掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和解決實(shí)際中電子方面的問(wèn)題的能力，及創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力起著至關(guān)重要的作用。那么接下來(lái)我將基于TD-DS+數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行探討如何做好數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，激發(fā)我校學(xué)生的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)興趣，以及學(xué)會(huì)怎樣處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與故障[1]。

1預(yù)習(xí)

因?yàn)閿?shù)字電路實(shí)驗(yàn)課滯后于數(shù)字電路理論教學(xué)一學(xué)期，所以在每次實(shí)驗(yàn)課之前，我會(huì)要求學(xué)生們完成本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備需求、實(shí)驗(yàn)原理、邏輯電路圖等等。這樣可以避免很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一無(wú)所知，做好實(shí)驗(yàn)前的理論復(fù)習(xí)有利于實(shí)驗(yàn)課的正常開(kāi)展。

2原理及邏輯電路圖的講解

每次上課的前30分鐘，我會(huì)就本節(jié)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容和邏輯電路圖進(jìn)行講解，從而讓學(xué)生明白本節(jié)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)由那些相關(guān)的元器件或部件組成，以及每一個(gè)單元之間相互的邏輯電路關(guān)系是什么樣的，最開(kāi)始只是講解，但是發(fā)現(xiàn)在實(shí)際操作時(shí)，學(xué)生還會(huì)反復(fù)問(wèn)一些我講解的內(nèi)容。后來(lái)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的總結(jié)后，改進(jìn)了教學(xué)方式，我在講解原理和原理圖后，通過(guò)提問(wèn)的方式，讓學(xué)生記住難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)。這個(gè)教學(xué)成果有了明顯的改善[2]。

3安裝

TD-DS+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括了：基本實(shí)驗(yàn)電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、555定時(shí)器、存儲(chǔ)器、時(shí)序邏輯電路。學(xué)生們?cè)谧鲆恍?shù)字電路的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要用到擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)區(qū)單元、邏輯電平開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(hào)和各引腳的編號(hào)及其各引腳是什么功能。集成元器件引腳的識(shí)別方法：把元器件平放，使標(biāo)志（點(diǎn)或者缺口）在左側(cè)，從左下方第一個(gè)引腳（編號(hào)1）為起點(diǎn)開(kāi)始，逆時(shí)針?lè)较蛑鹨贿f增。按照邏輯電路圖用導(dǎo)線把各個(gè)引腳之間的關(guān)系進(jìn)行連接，若需要用到電阻或者電容等元器件時(shí)，可以直接在TD-DS+系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行選擇相應(yīng)符合要求的參數(shù)即可，整個(gè)安裝過(guò)程無(wú)須焊接[3]。

安裝過(guò)程中學(xué)生容易錯(cuò)的地方有4個(gè)地方：①所有芯片都需要連接電源+5V和GND，而很多時(shí)候，學(xué)生往往會(huì)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(kāi)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(cuò)誤的，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)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(méi)有認(rèn)真讀相應(yīng)的集成電路引腳圖，導(dǎo)致電源和地接錯(cuò)。④雖然在課前每次都會(huì)強(qiáng)調(diào)安裝過(guò)程中不能打開(kāi)TD-DS+實(shí)驗(yàn)箱的電源，但是還是有學(xué)生會(huì)帶電進(jìn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)比較簡(jiǎn)單，調(diào)試時(shí)，通常，只要集成電路元器件是好的，安裝連線也沒(méi)有錯(cuò)，就能安裝邏輯電路進(jìn)行工作。而后期的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)復(fù)雜，僅檢查電路的邏輯功能是不夠的。當(dāng)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)不能按照正常的邏輯功能工作時(shí)，電路就產(chǎn)生了故障，學(xué)生必須進(jìn)行排查故障，并修復(fù)后完成實(shí)驗(yàn)，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的故障，有時(shí)候很容易排查，有時(shí)卻很難查明原因，要對(duì)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等等方面的易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)心認(rèn)真地檢查和分析，總能找到故障的原因并解決問(wèn)題，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的故障按其出現(xiàn)頻率高低排序如下：安裝連線的錯(cuò)誤、集成電路元器件使用不當(dāng)或其本身故障、TD-DS+實(shí)驗(yàn)箱上的集成分析儀器故障或分析儀測(cè)試方法不對(duì)、電路設(shè)計(jì)原理的錯(cuò)誤、干擾造成的錯(cuò)誤顯示[4]。

5考核

由于我校的TD-DS+系統(tǒng)的數(shù)量不足，無(wú)法滿足每位學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目都能進(jìn)行單獨(dú)操作，基本是兩三人一組，那么有的學(xué)生就會(huì)存在懶惰情緒，寄希望于其他同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而無(wú)法達(dá)到數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的，所以最后我會(huì)安排兩次考核課，分批次進(jìn)行，讓每一位學(xué)生都在之前所有的項(xiàng)目中隨機(jī)抽取一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行單獨(dú)完成。這樣可以促進(jìn)每一位學(xué)生對(duì)電路的安裝、調(diào)試、排查故障等等的思考與動(dòng)手能力，從而積極地參與每一次的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)當(dāng)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(guò)一些軟件在不使用元器件的情況下模擬進(jìn)行數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，這樣可以增加一些綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王素青，鮑寧寧.數(shù)字線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[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(jì)[M]北京：電子工業(yè)出版社，2010：11-12.

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