電子電路設計實例精選(九篇)

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第1篇：電子電路設計實例范文

中圖分類號：G642

0 引 言

數字邏輯設計及應用是高等院校電氣信息類學科中一門重要的學科基礎課程，既有自身的理論體系，又有很強的實踐性，還是數字電路系統設計的先導課程，在整個人才培養中起著承上啟下的作用。

案例驅動教學法將以傳授知識為主的傳統教學理念，轉變為以解決問題并完成任務為主的互動式教學理念；將再現式教學轉變為探究式學習，使學生處于積極的學習狀態，讓每一位學生都能根據自己對當前問題的理解，運用已有的知識和個人體驗提出解決方案并最終解決問題。

1 實驗平臺

數字電路/ARM7嵌入式系統多功能教學科研平臺如圖1所示。該平臺以FPGA（field programmable gates array，現場可編程門陣列）為核心，以綜合性和創新性實驗為導向，具有豐富的外設接口以及豐富的設計資源。借助該平臺，學生可以使用EDA（electronic design automatic）技?g實現復雜的數字電路設計，不僅能強化學生的實踐應用能力[1]，而且能使設計風格更靈活、設計效率更高。借助該平臺，可以進行一系列數字電路綜合實驗設計，借助于案例驅動教學法，提高學生的設計創新能力和實踐應用能力。

2 “LED點陣顯示”案例驅動教學

“LED點陣顯示”案例驅動教學需根據任務驅動五步教學法實現，分別為理論講解（聽）、案例教學（看）、強化訓練（做）、歸納總結（思）和實戰應用（查）。

2.1 理論講解和案例教學

數字電路/ARM7嵌入式系統多功能教學科研平臺中8×8 LED點陣顯示電路原理圖如圖2所示。由圖2知，要想點亮LED燈，只要LED的陽極接高電平、陰極接低電平即可。假定要實現第1個LED燈亮，令DISP-CS7=0，DISP-CS0～DISP-CS6為1，則PNP管（Q9）導通，Q9發射極的3.3V電壓即加到第1列LED的陽極，令DISP-D0=0，DISP-D1～DISP-D7為1，則第1個LED燈亮。假定要實現第1列LED燈亮，令DISP-CS7=0，DISP-CS0～ DISP-CS6為1，令DISP-D0～ DISP-D7均為0，則第1列LED燈亮。

2.2 強化訓練

根據理論講解和案例教學，學生能學會如何控制某一個或某一列LED燈亮，教師可以布置任務讓學生點亮任何一個或者任何一列（行）LED燈。通過實踐練習，學生能夠輕而易舉地點亮LED燈。這個簡單的點燈實驗能夠幫助學生建立設計電路的自信心，滿足學生設計電路的成就感，激發他們對設計復雜電路的渴望。

此時，教師可以適當加大實驗難度，如實現LED點陣按列（行）依次點亮。這時，學生會根據自己的想法控制LED點陣按列（行）點亮，教師的角色則應該由教變為導，參與學生的設計中并且在適當的時機給予一定的引導。如果學生能夠想到可以令DISP-D0～DISP-D7為0，而將DISP-CS0～DISP-CS7輪流置為0，就可以實現LED點陣按列點亮；或者令DISP-CS0～DISP-CS7為0，而將DISP-D0～DISP-D7輪流置為0，則可以實現LED點陣按行依次點亮。此時，教學過程已經從再現式教學轉變為探究式學習。

一旦學生意識到這個關鍵的技術點，他們就會立即想到由計數器加上譯碼器實現LED點陣的依次點亮，因為上述案例和跑馬燈的設計非常相似。74154實現數碼管和LED點陣的控制原理圖如圖3所示，其原理可以參考文獻[1]，學生可以用74154芯片（電路板上芯片）和計數器（由FPGA實現）實現案例設計。LED陣列按列點亮原理圖如圖4所示，其中的插圖即為某列LED燈點亮圖。在這個案例中，學生可能會對系統時鐘clk頻率（49.152 MHz）進行不同的分頻，此時，教師應該將任務具體化為肉眼能夠分辨出LED點陣是按列點亮即可。

此時，教師可以再次加大實驗難度，如實現LED點陣按燈依次點亮。教師可以引導學生：①假定DISP-CS*為0，設置DISP-D0～DISP-D7輪流為0，可以實現LED點陣第*列LED燈依次點亮；②假定DISP-CS0～DISP-CS7輪流為0，且DISP-CS*為0的時間剛好可以實現第*列LED燈依次點亮完畢；③假定條件成立。一般情況下，學生基于前面的設計體驗再加以教師的適當引導，就可以想到借助74138實現LED點陣按燈點亮。

LED點陣按燈點亮原理圖如圖5所示。當disp_sel[2：0]為0時，74138的輸入端會在000～111之間變化一次，此時，co[1]～co[8]便依次出現低電平，則DISP-CS0所對應的LED列就會依次點亮；當disp_sel[2：0]在000～111之間變化時，可以實現LED點陣按燈依次點亮。此時，教學過程已經從以傳授知識為主的傳統教學理念轉變為以解決問題和完成任務為主的互動式教學理念。

2.3 歸納總結

“學而不思則罔，思而不學則殆”，通過案例驅動式教學，學生要將自己習得的理論知識和實踐經驗感悟內化為自己的能力，通過歸納總結得出設計規律，拓展設計電路的種類，提升自己設計的能力。

2.4 實戰應用

在案例驅動的最終步驟實戰應用中，教師須要求學生根據相應的資料和提示用LED點陣實現字母和數字顯示。資料包括：①PCtoLCD2002的使用；②用MegaWizard Plug-in Manager創建ROM的方法；③LED點陣的動態顯示原理。提示包括：①使用PCtoLCD2002生成字母或數字的字模，其中字模中1為點亮的LED燈，0為熄滅的LED燈；②字模放在ROM中等待調用；③LED點陣行線DISP-D0～DISP-D7由字模控制，LED點陣列線DISP-CS0～ DISP-CS7則由disp_sel[2：0]控制；④LED點陣要穩定地顯示字母和數字，需要LED點陣的行和列以極快的頻率掃描，基于視覺暫留現象和LED點陣余暉，便得到穩定的設計字符。8×8 LED點陣實現字母和數字的原理圖如圖6所示，其中插圖部分是實現顯示的數字9、7和字母Y、D。

一般情況下，大約10%的學生可以根據資料和提示設計出電路圖并利用試驗箱完成設計任務，而這10%的學生又可以迅速將設計分享給暫時沒有解題思路的學生，從而形成團結緊張、拼搏鉆研的學習氛圍。

第2篇：電子電路設計實例范文

關鍵詞：單片機；定時器；LCD顯示

1 引言

應用AT89C51的定時器設計一個2位的LED數碼顯示作為“秒表”：顯示時間為00～99s，每秒自動加1，設計一個“開始”鍵，按下“開始”鍵秒表開始計時。設計一個“復位”鍵，按下“復位” 鍵后，秒表從0開始計時。

2 秒表的工作原理

LED數碼管（LED Segment Displays）是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數碼管內部引腳圖。

3 方案設計

該實驗要求進行計時并在數碼管上顯示時間，則可利用DVCC系列單片機微機仿真實驗系統中的芯片8032（芯片的功能類似于芯片AT89C51，其管腳功能也和AT89C51的管腳功能類似）中的P3.2管腳做為外部中斷0的入口地址，并實現“開始”按鍵的功能；將P3.3做為外部中斷1的入口地址，并實現“清零”按鍵的功能；將P3.0做為數據信號DATA輸入的入口地址；將P3.1做為時鐘信號CLK輸入的入口地址。定時器T0作為每秒加一的定時器；定時器T1作為“快加”鍵的定時器。其中“開始”按鍵當開關由1撥向0（由上向下撥）時開始計時；“清零”按鍵當開關由1撥向0（由上向下撥）時數碼管清零，此時若再撥“開始”按鍵則又可重新開始計時。

圖1為7段兩位帶小數點10引腳的LED數碼管。

圖1 LED數碼管圖

4 結論

本系統采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數器定時計數的原理，結合硬件電路如電源電路，晶振電路，復位電路和顯示電路，以及一些按鍵電路等來設計計數器，將軟硬件有機結合起來，其中軟件系統采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計數程序，中斷，硬件系統利用Protues強大的功能來實現，簡單易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態。

參考文獻

[1] 張友德. 單片微型機原理、應用與實驗[M].上海：復旦大學出版社， 2005.

[2] 閆玉德. 單片微型計算機原理與設計[M].北京： 中國電力出版社， 2010.

[3] 余永權. MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版， 1993.

[4] 王守中. 51單片機開發入門與典型實例[M].北京：人民郵電出版社， 2007.

[5] 薛小. 單片機接口模塊應用與開發實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2010.

[6] 李光飛. 單片機C程序設計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2005.

[7] 樓然苗. 51系列單片機設計實例[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2003.

[8] 李光飛. 單片機課程設計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2004.

作者簡介

朱楓，邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業學生

第3篇：電子電路設計實例范文

關鍵詞：案例教學法；電子線路CAD；教學改革；教材建設

作者簡介：陳曉平（1956-），女，福建福州人，江蘇大學電氣信息工程學院，教授；李長杰（1972-），男，山東淄博人，江蘇大學電氣信息工程學院，副教授。（江蘇鎮江212013）

基金項目：本文系2011年江蘇大學教學教改項目“電類專業應用性課程案例教學法的實踐研究”（項目編號：2011JGYB016）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）16-0038-02

案例教學法是19世紀70年代美國哈佛大學法學院院長蘭德爾首創的，最早屬于醫學領域，后來廣泛運用于法學、軍事學、教育學、管理學等學科。案例教學法在西方發達國家非常盛行，是一種已經發展得相當成熟和充分的教學方法和教學手段，有一套行之有效且相當規范的操作理論、操作規范和操作模式。哈佛商學院對案例教學法的成功運用和實施，尤其是使用這種方法為社會培養的大量杰出的工商界驕子，使得案例教學法成為一種風靡全球的、被認為是代表未來教育方向的成功教育模式。

在我國，案例教學法已被越來越多的人所接受，并列入了各高校的教學改革計劃，特別是在法學、醫學、工商管理類和思想政治教育等專業教學中運用較多。隨著新技術突飛猛進的發展以及新技術對教學方法和教學手段革新的迫切要求，案例教學法正在被越來越多的技術類專業教學所青睞，開始被應用到電氣、計算機、機械、建筑等相關領域，尤其在電氣化和信息化技術快速發展的當前，掌握計算機相關知識與技能已經成為趨勢。以電類專業主要應用性課程之一——“電子線路CAD技術”作為載體，研究如何應用案例教學法來進行教學模式、教學內容、教材建設等多方面的改革與實踐。

一、“電子線路CAD技術”課程的特點與現狀

“電子線路CAD技術”是電類專業重要的應用性課程之一，其人才培養的基本要求是能夠熟練使用某一種或多種電子線路CAD軟件，能夠按一定的規范進行電路圖的繪制，能夠完成單面、雙面或多層PCB板的設計。該課程授課對象是電類專業二年級的學生，他們已經學習過電路原理、電子技術課程，具備一定的電學理論和電子元器件基礎，并即將學習單片機原理等相關課程，因此他們進行電子線路CAD軟件——PROTEL的學習時，不僅僅是照葫蘆畫瓢式繪制原理圖和PCB版，更重要的是利用他們所學的知識去體會電子電路設計所帶給他們的樂趣，引領他們有更多的興趣進入本專業的學習，為后期參加電子設計實踐或科研打下良好的基礎。這就需要從課程教學模式入手，將案例教學法理念切實貫穿到教學內容、課程教材、教學實施、教學資源等諸多方面。

從教學內容和課程教材方面看，目前有關PROTEL軟件的書籍有很多，但是絕大多數相關書籍往往按照軟件菜單命令的順序講解，只注重講授PROTEL軟件的各個菜單的功能，其選擇的設計實例往往是軟件本身提供的Demo中的例子，與學生所學的電學理論實際脫離，少數書籍采用的案例與課程銜接不夠緊密，存在或者較為復雜，或者較為簡單的情況。使用這樣的教材，學生學習起來很難形成一條主線，從枯燥的指令中看不清楚與實際應用的聯系，缺少學習動力，不利于教學的有效開展，因此教學方式改革的第一步就要進行教材改進與完善。

二、引入案例教學法改進“電子線路CAD技術”教材

教材是課程運行的載體，要引入案例教學法進行有效的教學，首先要在教材中引入典型案例，[1]以實例為主導的教材進行引導性的教學，來實現以應用為目的的計算機軟件的學習。電子線路CAD技術——PROTEL電路設計課程是一門理論與實踐結合性很強、極富創造性、具有明顯時展特點的課程，其主要目的是培養學生掌握原理圖的繪制、PCB板的設計能力，能完成中等復雜程度的PCB板的布局與布線。為此目的就要在充分參閱國內外優秀教材的基礎上，立足于“加強基礎、結合實際、突出重點、利于教學”的指導思想進行教材內容的選擇，[2]將科研成果中的典型案例融入到教材內容中去，及時吸取與本課程有關的新理論、新方法和新技術，提升實踐性教材的實用性、通俗性和先進性。通過充分考慮學生的先修課程與后續課程，合理選擇實例內容的深度和廣度，按照由簡單到復雜的次序，利用一個具體實例貫穿課程全過程。通過這個實例的操作來講授介紹有關命令的使用方法，做到以具備工程背景的實例為主線，按照實際CAD設計的步驟，循序漸進地介紹PROTEL的各種編輯工具的使用方法及進行PCB設計的全過程，使學生在完成實例練習的基礎上，由淺入深地逐步掌握應用PROTEL軟件進行電子線路CAD設計的各個環節。

對于初學者來講，首先要了解CAD軟件中的指令的意義及使用方法。為了掌握基礎指令含義，可在教材中選擇只含有分立元件電路板的章節進行介紹，例如“模擬電子技術”課程中介紹的一些基本電路，這些電路都具有實際意義，并且主要由電阻、電感、電容、二極管、三極管等管腳比較少的分立元器件組成，這樣使初學者在繪制較為簡單的電路原理圖及印制板圖過程中，直觀理解和掌握CAD軟件中的指令的意義及使用方法。在經過初級電路繪制后，再選擇一些包含有多管腳的數字集成電路進行加強訓練。根據案例教學法的思路，在教材中引入具有實際工程背景的典型案例，即一個典型的具體電路作為貫穿全書的基礎主線，在對典型實例的運用中理解電子線路CAD的基本知識和方法技能，達到使學生快速、有效地掌握電子電路PCB的設計與制作目的，有效發揮教材這一知識引導的作用。基于這種思考，在2008年編寫并由中國科技大學出版社出版了《電子電路CAD實用技術》一書，教學實踐表明，該教材較好地實現了“電子線路CAD技術”課程的引導作用，能夠使學生在一周課程設計中快速了解和掌握PROTEL軟件的使用方法。

三、利用多種渠道完善案例教學法的教學效果

案例教學法的有效實施不僅需要一本好的教材，同時還需要好的教學手段，要引導學生“教中學”、“學中做”、“做中學”。為了讓學生有效掌握電子線路CAD技術，可先讓他們通過教材上的教學案例掌握電子線路CAD技術的基本語言和基本設計方法，然后再通過一個個具體CAD任務的布置，讓學生通過具體CAD案例的設計與實踐總結掌握CAD設計技巧，使學生做到觸類旁通。為了避免因知識點分散造成學生不能系統掌握知識的問題，在每一個教學單元結束后，教師應當引導學生對所學的內容進行歸納總結，建立起單元內及單元間的聯系，以加深對知識的記憶和理解，完成真正意義上的知識建構。如在層次原理圖設計學習后，對原理圖編輯器工作環境的設置要進行有系統地總結學習，對布線工具欄、畫圖工具欄及元件的各種操作方法要進行復結。在教學實施過程中針對學生出現的問題，教師要面對面地引導解決，要增強學生的自信心、解決問題的能力和成就感。只有激發了學生的學習熱情，才能產生理想的教學效果。

從當前課程教學方式來看，應用性課程教學通常采用的是在實驗室由教師統一要求下進行的歸一化培訓的單一教學手段。這種方式不利于學生個性創造能力的培養，容易產生理論與實際相脫節的現象，要改變這種歸一化培訓的單一教學手段，就要開拓實驗室教學之外的教學形式。其中一種方法就是與企業合作，鼓勵學生走到企業參與技術實踐，了解產業的最新發展，將企業項目引入到自身的課程設計中，形成既有鮮明個性特色又有實際工程應用價值的設計結果，讓理論與實際真正結合起來；或者請與學校有合作關系的企業專家到學校進行具體的課程指導以及典型案例方案的確定，讓包含有實際意義的、與生活息息相關的案例直接進入學生的課堂中，使學生明白學習這種技術的實用性與趣味性，使電子線路CAD技術與企業中最新技術應用狀況接軌，在課程的教學中體現現代CAD技術的發展趨勢。

再有一種方法就是建立基于案例教學法的教學資源庫與支撐網站，讓學生通過網絡這種信息量廣泛、方便使用的第二課堂進行學習，加強和提升電子線路CAD技術的掌握，從而熟練使用某一種或多種電子線路CAD軟件，能夠按規范完成電路圖的繪制，實現單面、雙面、或多層PCB板的設計，達到符合將來從事的專業工作的需求。

大學生電子設計競賽能夠有力促進培養在校學生的動手能力與創新能力，[3]這項活動在各個高校已逐漸被重視。參加電子設計競賽的學生雖然只是一小部分，但他們在學生中的影響力卻很大。電子設計競賽離不開電子線路CAD技術，因此參加電子設計競賽的學生都有自身的實踐體會，由此可利用這些優秀學生在班級的影響力帶動學生學習的積極性，讓初學的學生看到自己同學做出的實物，產生學習的興趣與熱情。興趣是學習的最大動力，有了學習興趣就能理性地深入學習，對教學內容理解得更深刻，學習更扎實；反過來也會使他們的學習興趣更濃，步入良性循環的學習過程。通過優秀學生的以少帶多、以強帶弱的促進作用，極大發揮了學生的主觀能動性，挖掘其學習潛力，從而達到提高教學質量的目的。

四、結論

以我校“電子線路CAD技術”課程為研究對象，以案例教學法應用為主線，從教學內容、教材建設、教學實施、教學資源及支撐網站等多角度入手，研究如何建立一種基于案例教學法的高校電類專業應用性課程實施新模式。為了提高學生電子線路板設計能力，將典型產品案例、實際研發項目及學生創新項目引入到教學過程中，基于實際工作過程構建一種新的教學過程，采用案例教學法，恰當地在各教學環節中融入規范實際生產過程，將“電子線路CAD技術”課程建設成為集能力培養、職業素質培訓和孕育學生創新成果的教學平臺，使培養的學生具有較高的專業水平與實際應用能力。近幾年來，我校培養的學生在全國大學生電子設計競賽中多人多次獲得國家級、省級一等獎等榮譽，這些成績的取得與“電子線路CAD技術”課程所打下的良好基礎是密不可分的。

參考文獻：

[1]和衛星,李長杰,汪少華.電子電路CAD實用技術[M].合肥:中國科學技術大學出版社,2008.

第4篇：電子電路設計實例范文

【關鍵詞】虛擬仿真;數字電路;課程改革;教學方法

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

數字電子技術是計算機及通信類專業的重要的專業基礎課,其中關鍵的環節就是培養學生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學和全面的實驗體系對教學效果和知識的應用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數量有限,使得實驗的開出率以及實驗內容的擴展都受到限制。為順應現代教育的發展,實施的現代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術應用于數字電路教學中。其中理論教學結合多種教學方法和現代化的教育技術,將基礎知識和理論形象地表現出來,有助于學生理解。課堂教學和實驗教學都利用計算機虛擬仿真軟件將所學理論聯系實際,并加以應用,在此研究基礎上提出了基于虛擬仿真技術的所有電子技術課程教學的新模式。

二 計算機虛擬仿真技術

虛擬現實(Virtual Reality)技術,簡稱VR,涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等多個領域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境――虛擬環境,可以逼真地模擬現實世界(甚至是不存在的)的事物和環境,人投入到這種環境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環境進行交互[1]。

計算機虛擬仿真技術,是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上,利用計算機技術將仿真技術與虛擬現實技術相結合,是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術以構建全系統統一的完整的虛擬環境為典型特征,并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統,更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構建的環境中相互作用,以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征,可以滿足現代教育的發展需求[1]。

三 課程教學的若干問題及改革研究

對于理論教學環節,首先是教學內容陳舊。當前大中專院校所用的教材內容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內容的深淺不同,體系結構基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應用中已經被淘汰,真正是學的沒用,用的沒學。現在的學生在學習中,非常關注所學知識的實用性,如果不能學以致用,就影響到學習興趣和學習積極性。因而在課程教學中要及時更新教學內容,講解傳統芯片的同時多介紹一些現在普遍使用的芯片,當然也要根據學生學習程度,最大可能激發學生的興趣[3]。

其次是教學方法。常用的教學方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導法。根據課程的特點和教學要求,不能一成不變的套用傳統的教學方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學方法。筆者在教學中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統的教學方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應用,這是本課程用的最多的一種方法。在數字電路課程中有很多芯片的實際應用,有些是針對某部分內容的很典型的例子,這些例子對于學生理解和掌握此部分知識非常有用。任務驅動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學生對該節課所學知識從理論到應用有了一個全方位的認識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學方法,也是計算機專業課程特有的一種教學方法,對提升教學效果有顯著作用。

再次是教學手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結合計算機專業特點引入現代化教育技術和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應用。

對于實驗教學環節,首先是實驗設備簡陋。很多高校數字電路實驗設備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數字電路芯片搭建的實驗,學生只能按實驗教材設計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學生把實驗課當完成任務,實驗環節沒有促進教學,相反影響了教學效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學方法與實際應用的要求嚴重脫節。其次在實驗教學過程中,由于實驗設備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導致學生實驗中,出現一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結果,結果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當然激發不了學生的興趣,相反還會阻礙他們進一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學生的設計能力和綜合應用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設計集成電路,綜合應用各種芯片,完成所有的數字電路實驗[4]。在教學實施中,根據學生情況分驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學目標。

四 計算機虛擬仿真技術在課程教學中的應用

1 課堂教學中的應用

在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應用時,可以現場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應用。這樣,教學過程是由原理到應用,由簡單到復雜,由抽象到現實,循序漸進地完成理論知識的學習。數字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:

(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發射極電流從發射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發射極和集電極倒置狀態。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導致Q2、Q5導通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:

2 實驗教學中的應用

大學生需要有獨立的設計能力和對電子器件的綜合應用能力,這就決定了本課程的實驗體系應該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎上必須開設有創造性的設計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設計性實驗和綜合性實驗的設備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當的電路可做出多種不同的應用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內容,要求驗證性實驗必須都完成,設計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學生利用仿真軟件選做的數字電子鐘邏輯電路的設計實例。

要求用中、小規模集成電路設計一臺能顯示日、時、分秒的數字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數碼顯示管,三極管、開關若干。

提示設計方案,包括數字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現細節,學生依據電路框圖和提示信息設計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環境中用仿真電路實現。下面給出數字電子鐘的電路框圖。

篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術在課程實驗中的重要作用。不但節省很多設備購置費用,不受地點和環境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應用呢?

五 總結

論文對數字電子技術課程教學提出很多問題,在實際的教學實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術引入教學中,采用現代化教育手段進行課程改革。課堂教學提出了很多適合本課程并行之有效的教學方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學生的理解。實驗教學也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設。在本文的研究基礎上,可將虛擬仿真技術推廣應用到所有電子技術課程教學中,引發電子技術課程改革的新局面。

參考文獻

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第5篇：電子電路設計實例范文

關鍵詞：數字電子技術；課程教學；教學改革

作者簡介：陳柳（1979-），女，湖北丹江口人，武漢工程大學電氣信息學院電子學教研室，講師；戴璐平（1969-），女，湖北武漢人，武漢工程大學電氣信息學院電子學教研室，講師。（湖北 武漢 430073）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0096-02

一、“數字電子技術”課程特點

“數字電子技術”課程是電類、信息類等專業學生進入本專業時首先開始學習的一門專業基礎必修課程，該課程與后續開設的“微機原理”、“單片機原理”、“EDA技術”等諸多專業課程密切相關，是學生專業素質形成的關鍵性課程之一，在課程體系設置中有著重要的基礎性地位。教學目的是讓學生積累豐厚、扎實的數字電子技術基礎知識，為后續課程的學習打下良好基礎，同時培養學生的自主學習能力和創新能力。近年來，數字電子技術的應用已發展到甚大規模集成電路，隨著現代電子技術、計算機技術以及通訊和網絡技術的迅速發展，使得課程內容日趨分化，分析方法更加多樣，授課內容愈加復雜，目前課程教學正處在優化、調整、整合的時期，涌現了大量的關于教學研究和教學改革的探索文章。

二、教學改革研究現狀

根據CNKI數據庫的統計數據，從時間分布來看，近十年來，關于“數字電子技術”教學方面的文章數量總體呈逐年上升趨勢如圖1所示。從文獻內容上來看，這些對“數字電子技術”課程教學改革的研究和探索有以理論教學為主的，有側重實踐教學的，也有將理論和實踐教學結合的，涉及教學方法、教學設計、教學手段等各個方面，出現了很多卓有成效的教學改革嘗試。典型的幾個研究方向有：研究性教學在數字電子技術中的應用；[1]EDA軟件在“數字電子技術”教學中的應用；[2，3]多媒體輔助教學在“數字電子技術”課程中的應用；[4，5]“數字電子技術”遠程網絡教學的設計與教學系統開發；[6]理論實踐一體化教學模式的探索；[7]數字電子技術雙語教學研究；[8]其他，如案例教學、[9]國內外教學比較等。[10]

三、“數字電子技術”教學方法改革探索

在武漢工程大學電子學教研室教學組教師的教學過程中，通過積累多年教學經驗，結合對教學理論和教學過程的體會，對電類本科“數字電子技術”課程的教學改革做出以下幾點探討。

1.在教學內容的安排上，以“三基”為核心，重視知識的體系化教學

（1）強調“基本知識、基本方法、基本思想”的“三基”核心，“以不變應萬變”的學習思路。由于電子技術的發展日新月異，數字電子電路的構成方式從早期的以邏輯門、觸發器為基礎，發展到現在以集成電路為基礎，其常用分析和設計手段從早期的邏輯表達式、卡諾圖等，發展到現在以EDA計算機輔助技術為主流，數字電子技術的知識體系也日益龐大。因此，目前我國高校的“數字電子技術”課程，更嚴謹一點來說應該稱為“數字電子技術基礎”，從根本來說講的是數字電子電路在分析、設計方面的基本知識、基本方法和基本思想。所以在教學中首先要讓學生認識到課程的性質和特點，同時讓學生知道，電路的具體形式是變化無窮的，但是分析和設計電路所用到的“三基”是始終不變的，這樣學生在學習中才能“透過現象看本質”，從千頭萬緒的知識點中找到最重要的部分，把精華牢牢掌握。

（2）重視知識的體系化教學。“數字電子技術”的知識點很多，學生在初學時往往很難抓住主線，搞清各個知識點之間的關系，容易失去學習的信心和興趣。因此教師在教學中就要特別重視知識的體系化教學。這種體系化教學的實現可以從以下幾個方面入手。首先，在緒論課上，通過對學科發展歷史和應用領域的介紹，把教材上的各個章節所講的內容和作用簡略說明一下，使學生在學習具體知識點之前，了解數字電子技術的發展過程、知識構成體系和各種有趣有價值的應用，從而調動學生的學習興趣，提高學習的積極性。其次，在各個章節講解過程中，特別是每一章起始和結束時，注意承上啟下，將章節內和章節間的內容串聯起來，幫助學生理清知識的“點、線、面”。這樣，可以幫助學生在整個學習過程中始終保持清醒的頭腦。

2.在教學設計上，強調學生的主動學習，引入問題導向型教學，增強學生主觀能動性，培養學生的創新意識

問題導向教學與傳統的“知識講授型”教學不同，強調學生為主體，教師只是引導者和組織者。教師通過一定的方式來提出問題，而分析問題和解決問題兩個關鍵環節則由教師引導學生來完成。教師要精心設計導入問題的教學環節，可通過設計實例導入法、設疑導入法、示錯法等方式導入需要講解的問題，激發學生自主學習的欲望和興趣，然后引導學生分析問題，通過查閱資料、思考、討論等方式尋求解決問題的方案，之后再結合知識講解，讓學生對相關知識點做到系統化的理解。

例如，在講述時序邏輯電路設計之前，教師可先在大屏幕上演示知識競賽搶答現場的錄像。然后請學生思考，這種多路搶答電路是如何實現的，需要那幾個部分，利用這種生活中熟悉的場景，激發學生的好奇心。讓學生通過查閱資料、思考、分析討論來逐步完成電路的架構和設計。在這樣的學習過程中，教師既完成了教學任務，同時激發了學生的好奇心和求知欲，學習的效果大幅提高。

問題導向型的教學模式提倡學生自己思考、自己動手，并且鼓勵學生把學習過程從課內延伸到課外，對培養學生的創新思維能力，提高學生的實踐能力都有幫助。

3.在教學媒體的運用上，善于運用多媒體和傳統教學方式的結合，恰當運用必要的現代教育技術和信息資源

在“數字電子技術”教學中，單純的傳統黑板板書+口頭講解的教學方式有其固有的不足。例如繪制大量圖表費時費力、顯示內容不變縮放、不利于教學中知識點的前后對比和復習引用、抽象的原理和具體的電路或元器件不易演示等等。此時，多媒體輔助教學就體現出了很大的優勢。這里所說的“多媒體”不僅指用電腦PPT課件講解，還有圖片、動畫、視頻、音頻演示、EDA仿真軟件的直觀演示等等。PPT課件的精心設計，結合各種其他媒體的演示，能有效提高課堂效率和學生學習的興趣。

例如，針對學生學完了電子技術仍然不認識電子元器件的問題，教師可以將大量各種規格、型號的電子元器件實物圖顯示給學生，介紹典型器件的結構、功能、應用、當前市場價格等等。多媒體教學不僅方便快速，信息量大，而且會讓學生有更直觀的認識，能看到所學課程與市場、實踐應用的關聯，學生的學習興趣也會大大提高。再如，在講解編碼器74LS148時，教師可以在Multism或Proteus軟件界面上直觀地演示輸入信號和輸出代碼之間的關系并譯碼為字符顯示出來，甚至還可以讓學生自己動手操作，改變電路輸入，查看電路輸出的變化。一方面可以幫助學生理解芯片的功能，另一方面可以給學生更接近實驗環境的演示效果，使學生在后續的實踐環節能迅速上手。

實踐證明，在“數字電子技術”課程中引入多媒體工具能使教學內容形式豐富、靈活，課堂信息量大，有利于解決“學時短、內容多”的矛盾。但同時也要看到單純依賴多媒體或多媒體使用不當所帶來的問題，例如講課速度太快，學生跟不上，或者講課淪為用PPT演示文字和圖表的單調過程等等。因此，多媒體在電子技術課程教學中的應用應以人為核心，教師要圍繞教學目標地實現，適時合理地選取，揚長避短才是使用好多媒體的關鍵。例如，一些公式推導或者波形圖的繪畫，不便用動畫分步驟一步步演示的，還是應該使用黑板板書來完成。

在計算機和網絡飛速發展的今天，教師要不斷學習，跟上潮流，充分利用各種現代教育技術和信息資源，改善教學效果，增強與學生的課內外交流。例如，本校為“數字電子技術”校級精品課程建立了網站，在電子學教學組老師的不斷建設與完善下，成為學生課外學習的有效平臺。在教學過程中，筆者使用Email、QQ等工具，將課堂課件與學生共享，并開辟了課外答疑和討論的渠道，受到學生的普遍好評。除此之外，論壇、博客、微博等也是非常有效的知識共享與交流的手段。

4.在各個教學環節中，注重理論與實踐有機結合

對于電類和近電類本科專業學生，許多高校的電子技術的理論教學與實踐教學是分開進行的。本校與“數字電子技術”有關的實踐教學主要包括“電子技術實驗”（數字部分）和“數字電子技術”課程設計兩門單獨設課的課程。但是在以往的教學過程中，有學生反映，理論教學太枯燥，難學懂；實驗課機械地完成，搞不清原理。這種情況主要是理論與實踐脫節造成的。實際上，“數字電子技術”是一門實踐性非常強的課程。在理論教學的過程中，若能結合具體實驗案例，則能給予學生感性認識，提高學習興趣，進而通過理論學習上升到理性認識，再到實踐環節中，驗證理論，又可促使學生真正理解理論知識，進一步深化理論。

因此，在課堂教學內容的把握上，在強化基本理論的同時，應突出知識的應用，減少對中、小規模器件內部電路的分析，著重對外部邏輯功能的描述、分析和應用，并且把查閱器件手冊和閱讀技術資料作為學生必須掌握的基本技能。同時在課堂上應注意和實驗課的銜接，適當講解實驗課的理論原理，然后在實踐教學中讓學生體會理論知識，讓實踐與理論緊密結合。

除了傳統習題，適當布置課外實踐和仿真作業，鼓勵學生進行課外電子小制作，積極參與電子設計相關競賽，增加動手能力鍛煉機會，也能激發學生的學習興趣和熱情。

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