電子電路設(shè)計實例精選(九篇)

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第1篇：電子電路設(shè)計實例范文

中圖分類號：G642

0 引 言

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

案例驅(qū)動教學法將以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題并完成任務(wù)為主的互動式教學理念；將再現(xiàn)式教學轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W習，使學生處于積極的學習狀態(tài)，讓每一位學生都能根據(jù)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(shù)字電路/ARM7嵌入式系統(tǒng)多功能教學科研平臺如圖1所示。該平臺以FPGA（field programmable gates array，現(xiàn)場可編程門陣列）為核心，以綜合性和創(chuàng)新性實驗為導向，具有豐富的外設(shè)接口以及豐富的設(shè)計資源。借助該平臺，學生可以使用EDA（electronic design automatic）技?g實現(xiàn)復雜的數(shù)字電路設(shè)計，不僅能強化學生的實踐應(yīng)用能力[1]，而且能使設(shè)計風格更靈活、設(shè)計效率更高。借助該平臺，可以進行一系列數(shù)字電路綜合實驗設(shè)計，借助于案例驅(qū)動教學法，提高學生的設(shè)計創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力。

2 “LED點陣顯示”案例驅(qū)動教學

“LED點陣顯示”案例驅(qū)動教學需根據(jù)任務(wù)驅(qū)動五步教學法實現(xiàn)，分別為理論講解（聽）、案例教學（看）、強化訓練（做）、歸納總結(jié)（思）和實戰(zhàn)應(yīng)用（查）。

2.1 理論講解和案例教學

數(shù)字電路/ARM7嵌入式系統(tǒng)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(xiàn)第1個LED燈亮，令DISP-CS7=0，DISP-CS0～DISP-CS6為1，則PNP管（Q9）導通，Q9發(fā)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(xiàn)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(jù)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(wù)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?zāi)軌驇椭鷮W生建立設(shè)計電路的自信心，滿足學生設(shè)計電路的成就感，激發(fā)他們對設(shè)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(xiàn)LED點陣按列（行）依次點亮。這時，學生會根據(jù)自己的想法控制LED點陣按列（行）點亮，教師的角色則應(yīng)該由教變?yōu)閷В瑓⑴c學生的設(shè)計中并且在適當?shù)臅r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(xiàn)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(xiàn)LED點陣按行依次點亮。此時，教學過程已經(jīng)從再現(xiàn)式教學轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W習。

一旦學生意識到這個關(guān)鍵的技術(shù)點，他們就會立即想到由計數(shù)器加上譯碼器實現(xiàn)LED點陣的依次點亮，因為上述案例和跑馬燈的設(shè)計非常相似。74154實現(xiàn)數(shù)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(shù)器（由FPGA實現(xiàn)）實現(xiàn)案例設(shè)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(tǒng)時鐘clk頻率（49.152 MHz）進行不同的分頻，此時，教師應(yīng)該將任務(wù)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(xiàn)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(shè)置DISP-D0～DISP-D7輪流為0，可以實現(xiàn)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(xiàn)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(shè)計體驗再加以教師的適當引導，就可以想到借助74138實現(xiàn)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(xiàn)低電平，則DISP-CS0所對應(yīng)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(xiàn)LED點陣按燈依次點亮。此時，教學過程已經(jīng)從以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題和完成任務(wù)為主的互動式教學理念。

2.3 歸納總結(jié)

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

2.4 實戰(zhàn)應(yīng)用

在案例驅(qū)動的最終步驟實戰(zhàn)應(yīng)用中，教師須要求學生根據(jù)相應(yīng)的資料和提示用LED點陣實現(xiàn)字母和數(shù)字顯示。資料包括：①PCtoLCD2002的使用；②用MegaWizard Plug-in Manager創(chuàng)建ROM的方法；③LED點陣的動態(tài)顯示原理。提示包括：①使用PCtoLCD2002生成字母或數(shù)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(diào)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(wěn)定地顯示字母和數(shù)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(xiàn)象和LED點陣余暉，便得到穩(wěn)定的設(shè)計字符。8×8 LED點陣實現(xiàn)字母和數(shù)字的原理圖如圖6所示，其中插圖部分是實現(xiàn)顯示的數(shù)字9、7和字母Y、D。

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

第2篇：電子電路設(shè)計實例范文

關(guān)鍵詞：單片機；定時器；LCD顯示

1 引言

應(yīng)用AT89C51的定時器設(shè)計一個2位的LED數(shù)碼顯示作為“秒表”：顯示時間為00～99s，每秒自動加1，設(shè)計一個“開始”鍵，按下“開始”鍵秒表開始計時。設(shè)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(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，LED數(shù)碼管根據(jù)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(shù)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(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)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(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。

3 方案設(shè)計

該實驗要求進行計時并在數(shù)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(tǒng)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(xiàn)“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(xiàn)“清零”按鍵的功能；將P3.0做為數(shù)據(jù)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(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r開始計時；“清零”按鍵當開關(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r數(shù)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(shù)點10引腳的LED數(shù)碼管。

圖1 LED數(shù)碼管圖

4 結(jié)論

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時計數(shù)的原理，結(jié)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(shè)計計數(shù)器，將軟硬件有機結(jié)合起來，其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計數(shù)程序，中斷，硬件系統(tǒng)利用Protues強大的功能來實現(xiàn)，簡單易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。

參考文獻

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作者簡介

朱楓，邵陽學院信息工程系電子科學與技術(shù)專業(yè)學生

第3篇：電子電路設(shè)計實例范文

關(guān)鍵詞：案例教學法；電子線路CAD；教學改革；教材建設(shè)

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(zhèn)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(yè)應(yīng)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(chuàng)的，最早屬于醫(yī)學領(lǐng)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(fā)達國家非常盛行，是一種已經(jīng)發(fā)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(guī)范的操作理論、操作規(guī)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(yǎng)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(yī)學、工商管理類和思想政治教育等專業(yè)教學中運用較多。隨著新技術(shù)突飛猛進的發(fā)展以及新技術(shù)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(shù)類專業(yè)教學所青睞，開始被應(yīng)用到電氣、計算機、機械、建筑等相關(guān)領(lǐng)域，尤其在電氣化和信息化技術(shù)快速發(fā)展的當前，掌握計算機相關(guān)知識與技能已經(jīng)成為趨勢。以電類專業(yè)主要應(yīng)用性課程之一——“電子線路CAD技術(shù)”作為載體，研究如何應(yīng)用案例教學法來進行教學模式、教學內(nèi)容、教材建設(shè)等多方面的改革與實踐。

一、“電子線路CAD技術(shù)”課程的特點與現(xiàn)狀

“電子線路CAD技術(shù)”是電類專業(yè)重要的應(yīng)用性課程之一，其人才培養(yǎng)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(guī)范進行電路圖的繪制，能夠完成單面、雙面或多層PCB板的設(shè)計。該課程授課對象是電類專業(yè)二年級的學生，他們已經(jīng)學習過電路原理、電子技術(shù)課程，具備一定的電學理論和電子元器件基礎(chǔ)，并即將學習單片機原理等相關(guān)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(shè)計所帶給他們的樂趣，引領(lǐng)他們有更多的興趣進入本專業(yè)的學習，為后期參加電子設(shè)計實踐或科研打下良好的基礎(chǔ)。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(nèi)容、課程教材、教學實施、教學資源等諸多方面。

從教學內(nèi)容和課程教材方面看，目前有關(guān)PROTEL軟件的書籍有很多，但是絕大多數(shù)相關(guān)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(shè)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(shù)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(yīng)用的聯(lián)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(shù)”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(xiàn)以應(yīng)用為目的的計算機軟件的學習。電子線路CAD技術(shù)——PROTEL電路設(shè)計課程是一門理論與實踐結(jié)合性很強、極富創(chuàng)造性、具有明顯時展特點的課程，其主要目的是培養(yǎng)學生掌握原理圖的繪制、PCB板的設(shè)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(nèi)外優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，立足于“加強基礎(chǔ)、結(jié)合實際、突出重點、利于教學”的指導思想進行教材內(nèi)容的選擇，[2]將科研成果中的典型案例融入到教材內(nèi)容中去，及時吸取與本課程有關(guān)的新理論、新方法和新技術(shù)，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(xù)課程，合理選擇實例內(nèi)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(guān)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(shè)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(shè)計的全過程，使學生在完成實例練習的基礎(chǔ)上，由淺入深地逐步掌握應(yīng)用PROTEL軟件進行電子線路CAD設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。

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(chǔ)指令含義，可在教材中選擇只含有分立元件電路板的章節(jié)進行介紹，例如“模擬電子技術(shù)”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(jīng)過初級電路繪制后，再選擇一些包含有多管腳的數(shù)字集成電路進行加強訓練。根據(jù)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(chǔ)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(shè)計與制作目的，有效發(fā)揮教材這一知識引導的作用?；谶@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(shù)》一書，教學實踐表明，該教材較好地實現(xiàn)了“電子線路CAD技術(shù)”課程的引導作用，能夠使學生在一周課程設(shè)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(shù)，可先讓他們通過教材上的教學案例掌握電子線路CAD技術(shù)的基本語言和基本設(shè)計方法，然后再通過一個個具體CAD任務(wù)的布置，讓學生通過具體CAD案例的設(shè)計與實踐總結(jié)掌握CAD設(shè)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(tǒng)掌握知識的問題，在每一個教學單元結(jié)束后，教師應(yīng)當引導學生對所學的內(nèi)容進行歸納總結(jié)，建立起單元內(nèi)及單元間的聯(lián)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(gòu)。如在層次原理圖設(shè)計學習后，對原理圖編輯器工作環(huán)境的設(shè)置要進行有系統(tǒng)地總結(jié)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(jié)。在教學實施過程中針對學生出現(xiàn)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(fā)了學生的學習熱情，才能產(chǎn)生理想的教學效果。

從當前課程教學方式來看，應(yīng)用性課程教學通常采用的是在實驗室由教師統(tǒng)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(chuàng)造能力的培養(yǎng)，容易產(chǎn)生理論與實際相脫節(jié)的現(xiàn)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(yè)合作，鼓勵學生走到企業(yè)參與技術(shù)實踐，了解產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展，將企業(yè)項目引入到自身的課程設(shè)計中，形成既有鮮明個性特色又有實際工程應(yīng)用價值的設(shè)計結(jié)果，讓理論與實際真正結(jié)合起來；或者請與學校有合作關(guān)系的企業(yè)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(guān)的案例直接進入學生的課堂中，使學生明白學習這種技術(shù)的實用性與趣味性，使電子線路CAD技術(shù)與企業(yè)中最新技術(shù)應(yīng)用狀況接軌，在課程的教學中體現(xiàn)現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)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(wǎng)站，讓學生通過網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(guī)范完成電路圖的繪制，實現(xiàn)單面、雙面、或多層PCB板的設(shè)計，達到符合將來從事的專業(yè)工作的需求。

大學生電子設(shè)計競賽能夠有力促進培養(yǎng)在校學生的動手能力與創(chuàng)新能力，[3]這項活動在各個高校已逐漸被重視。參加電子設(shè)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(shè)計競賽離不開電子線路CAD技術(shù)，因此參加電子設(shè)計競賽的學生都有自身的實踐體會，由此可利用這些優(yōu)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(chǎn)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(nèi)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(huán)的學習過程。通過優(yōu)秀學生的以少帶多、以強帶弱的促進作用，極大發(fā)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(zhì)量的目的。

四、結(jié)論

以我校“電子線路CAD技術(shù)”課程為研究對象，以案例教學法應(yīng)用為主線，從教學內(nèi)容、教材建設(shè)、教學實施、教學資源及支撐網(wǎng)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(yè)應(yīng)用性課程實施新模式。為了提高學生電子線路板設(shè)計能力，將典型產(chǎn)品案例、實際研發(fā)項目及學生創(chuàng)新項目引入到教學過程中，基于實際工作過程構(gòu)建一種新的教學過程，采用案例教學法，恰當?shù)卦诟鹘虒W環(huán)節(jié)中融入規(guī)范實際生產(chǎn)過程，將“電子線路CAD技術(shù)”課程建設(shè)成為集能力培養(yǎng)、職業(yè)素質(zhì)培訓和孕育學生創(chuàng)新成果的教學平臺，使培養(yǎng)的學生具有較高的專業(yè)水平與實際應(yīng)用能力。近幾年來，我校培養(yǎng)的學生在全國大學生電子設(shè)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(shù)”課程所打下的良好基礎(chǔ)是密不可分的。

參考文獻：

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

第4篇：電子電路設(shè)計實例范文

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;數(shù)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(shù)字電子技術(shù)是計算機及通信類專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)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(yīng)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(shù)量有限,使得實驗的開出率以及實驗內(nèi)容的擴展都受到限制。為順應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展,實施的現(xiàn)代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路教學中。其中理論教學結(jié)合多種教學方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎(chǔ)知識和理論形象地表現(xiàn)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(lián)系實際,并加以應(yīng)用,在此研究基礎(chǔ)上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學的新模式。

二 計算機虛擬仿真技術(shù)

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

計算機虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,利用計算機技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)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(tǒng),更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)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(huán)節(jié),首先是教學內(nèi)容陳舊。當前大中專院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)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(yīng)用中已經(jīng)被淘汰,真正是學的沒用,用的沒學。現(xiàn)在的學生在學習中,非常關(guān)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(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當然也要根據(jù)學生學習程度,最大可能激發(fā)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(jù)課程的特點和教學要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)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(yīng)用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實際應(yīng)用,有些是針對某部分內(nèi)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(wù)驅(qū)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(jié)課所學知識從理論到應(yīng)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(yè)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(jié)合計算機專業(yè)特點引入現(xiàn)代化教育技術(shù)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(yīng)用。

對于實驗教學環(huán)節(jié),首先是實驗設(shè)備簡陋。很多高校數(shù)字電路實驗設(shè)備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實驗,學生只能按實驗教材設(shè)計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內(nèi)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(wù),實驗環(huán)節(jié)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(yīng)用的要求嚴重脫節(jié)。其次在實驗教學過程中,由于實驗設(shè)備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導致學生實驗中,出現(xiàn)一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當然激發(fā)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(shè)計能力和綜合應(yīng)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(shè)計集成電路,綜合應(yīng)用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實驗[4]。在教學實施中,根據(jù)學生情況分驗證性實驗、設(shè)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(shù)在課程教學中的應(yīng)用

1 課堂教學中的應(yīng)用

在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應(yīng)用時,可以現(xiàn)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(yīng)用。這樣,教學過程是由原理到應(yīng)用,由簡單到復雜,由抽象到現(xiàn)實,循序漸進地完成理論知識的學習。數(shù)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(xiàn)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(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。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(yīng)用

大學生需要有獨立的設(shè)計能力和對電子器件的綜合應(yīng)用能力,這就決定了本課程的實驗體系應(yīng)該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎(chǔ)上必須開設(shè)有創(chuàng)造性的設(shè)計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數(shù)字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設(shè)計性實驗和綜合性實驗的設(shè)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?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應(yīng)用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內(nèi)容,要求驗證性實驗必須都完成,設(shè)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(shù)字電子鐘邏輯電路的設(shè)計實例。

要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分秒的數(shù)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(shù)碼顯示管,三極管、開關(guān)若干。

提示設(shè)計方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現(xiàn)細節(jié),學生依據(jù)電路框圖和提示信息設(shè)計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環(huán)境中用仿真電路實現(xiàn)。下面給出數(shù)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(shù)在課程實驗中的重要作用。不但節(jié)省很多設(shè)備購置費用,不受地點和環(huán)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(yīng)用呢?

五 總結(jié)

論文對數(shù)字電子技術(shù)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(shù)引入教學中,采用現(xiàn)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(jié)合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內(nèi)容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設(shè)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(shè)。在本文的研究基礎(chǔ)上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應(yīng)用到所有電子技術(shù)課程教學中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。

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第5篇：電子電路設(shè)計實例范文

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；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(shù)字電子技術(shù)”課程特點

“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電類、信息類等專業(yè)學生進入本專業(yè)時首先開始學習的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，該課程與后續(xù)開設(shè)的“微機原理”、“單片機原理”、“EDA技術(shù)”等諸多專業(yè)課程密切相關(guān)，是學生專業(yè)素質(zhì)形成的關(guān)鍵性課程之一，在課程體系設(shè)置中有著重要的基礎(chǔ)性地位。教學目的是讓學生積累豐厚、扎實的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，為后續(xù)課程的學習打下良好基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力。近年來，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用已發(fā)展到甚大規(guī)模集成電路，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得課程內(nèi)容日趨分化，分析方法更加多樣，授課內(nèi)容愈加復雜，目前課程教學正處在優(yōu)化、調(diào)整、整合的時期，涌現(xiàn)了大量的關(guān)于教學研究和教學改革的探索文章。

二、教學改革研究現(xiàn)狀

根據(jù)CNKI數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從時間分布來看，近十年來，關(guān)于“數(shù)字電子技術(shù)”教學方面的文章數(shù)量總體呈逐年上升趨勢如圖1所示。從文獻內(nèi)容上來看，這些對“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學改革的研究和探索有以理論教學為主的，有側(cè)重實踐教學的，也有將理論和實踐教學結(jié)合的，涉及教學方法、教學設(shè)計、教學手段等各個方面，出現(xiàn)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(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用；[1]EDA軟件在“數(shù)字電子技術(shù)”教學中的應(yīng)用；[2，3]多媒體輔助教學在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用；[4，5]“數(shù)字電子技術(shù)”遠程網(wǎng)絡(luò)教學的設(shè)計與教學系統(tǒng)開發(fā)；[6]理論實踐一體化教學模式的探索；[7]數(shù)字電子技術(shù)雙語教學研究；[8]其他，如案例教學、[9]國內(nèi)外教學比較等。[10]

三、“數(shù)字電子技術(shù)”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(jīng)驗，結(jié)合對教學理論和教學過程的體會，對電類本科“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學改革做出以下幾點探討。

1.在教學內(nèi)容的安排上，以“三基”為核心，重視知識的體系化教學

（1）強調(diào)“基本知識、基本方法、基本思想”的“三基”核心，“以不變應(yīng)萬變”的學習思路。由于電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，數(shù)字電子電路的構(gòu)成方式從早期的以邏輯門、觸發(fā)器為基礎(chǔ)，發(fā)展到現(xiàn)在以集成電路為基礎(chǔ)，其常用分析和設(shè)計手段從早期的邏輯表達式、卡諾圖等，發(fā)展到現(xiàn)在以EDA計算機輔助技術(shù)為主流，數(shù)字電子技術(shù)的知識體系也日益龐大。因此，目前我國高校的“數(shù)字電子技術(shù)”課程，更嚴謹一點來說應(yīng)該稱為“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”，從根本來說講的是數(shù)字電子電路在分析、設(shè)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(zhì)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(shè)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(xiàn)象看本質(zhì)”，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?！皵?shù)字電子技術(shù)”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(guān)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(xiàn)可以從以下幾個方面入手。首先，在緒論課上，通過對學科發(fā)展歷史和應(yīng)用領(lǐng)域的介紹，把教材上的各個章節(jié)所講的內(nèi)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(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展過程、知識構(gòu)成體系和各種有趣有價值的應(yīng)用，從而調(diào)動學生的學習興趣，提高學習的積極性。其次，在各個章節(jié)講解過程中，特別是每一章起始和結(jié)束時，注意承上啟下，將章節(jié)內(nèi)和章節(jié)間的內(nèi)容串聯(lián)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(shè)計上，強調(diào)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(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

問題導向教學與傳統(tǒng)的“知識講授型”教學不同，強調(diào)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(guān)鍵環(huán)節(jié)則由教師引導學生來完成。教師要精心設(shè)計導入問題的教學環(huán)節(jié)，可通過設(shè)計實例導入法、設(shè)疑導入法、示錯法等方式導入需要講解的問題，激發(fā)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(jié)合知識講解，讓學生對相關(guān)知識點做到系統(tǒng)化的理解。

例如，在講述時序邏輯電路設(shè)計之前，教師可先在大屏幕上演示知識競賽搶答現(xiàn)場的錄像。然后請學生思考，這種多路搶答電路是如何實現(xiàn)的，需要那幾個部分，利用這種生活中熟悉的場景，激發(fā)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(gòu)和設(shè)計。在這樣的學習過程中，教師既完成了教學任務(wù)，同時激發(fā)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(nèi)延伸到課外，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)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(tǒng)教學方式的結(jié)合，恰當運用必要的現(xiàn)代教育技術(shù)和信息資源

在“數(shù)字電子技術(shù)”教學中，單純的傳統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)出了很大的優(yōu)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(shè)計，結(jié)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(shù)仍然不認識電子元器件的問題，教師可以將大量各種規(guī)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(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)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(yīng)用的關(guān)聯(lián)，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(guān)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(huán)境的演示效果，使學生在后續(xù)的實踐環(huán)節(jié)能迅速上手。

實踐證明，在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中引入多媒體工具能使教學內(nèi)容形式豐富、靈活，課堂信息量大，有利于解決“學時短、內(nèi)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(diào)過程等等。因此，多媒體在電子技術(shù)課程教學中的應(yīng)用應(yīng)以人為核心，教師要圍繞教學目標地實現(xiàn)，適時合理地選取，揚長避短才是使用好多媒體的關(guān)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(yīng)該使用黑板板書來完成。

在計算機和網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的今天，教師要不斷學習，跟上潮流，充分利用各種現(xiàn)代教育技術(shù)和信息資源，改善教學效果，增強與學生的課內(nèi)外交流。例如，本校為“數(shù)字電子技術(shù)”校級精品課程建立了網(wǎng)站，在電子學教學組老師的不斷建設(shè)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(huán)節(jié)中，注重理論與實踐有機結(jié)合

對于電類和近電類本科專業(yè)學生，許多高校的電子技術(shù)的理論教學與實踐教學是分開進行的。本校與“數(shù)字電子技術(shù)”有關(guān)的實踐教學主要包括“電子技術(shù)實驗”（數(shù)字部分）和“數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計兩門單獨設(shè)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(jié)造成的。實際上，“數(shù)字電子技術(shù)”是一門實踐性非常強的課程。在理論教學的過程中，若能結(jié)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(huán)節(jié)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(nèi)容的把握上，在強化基本理論的同時，應(yīng)突出知識的應(yīng)用，減少對中、小規(guī)模器件內(nèi)部電路的分析，著重對外部邏輯功能的描述、分析和應(yīng)用，并且把查閱器件手冊和閱讀技術(shù)資料作為學生必須掌握的基本技能。同時在課堂上應(yīng)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(jié)合。

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

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