淺談實(shí)驗(yàn)在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的運(yùn)用

黑龍江 劉亞明

淺談實(shí)驗(yàn)在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的運(yùn)用

黑龍江 劉亞明

數(shù)字電子技術(shù)是電子技術(shù)的重要組成部分，是數(shù)字電子產(chǎn)品的核心部分。對(duì)于電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，深入扎實(shí)的理解和掌握數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。而這門專業(yè)基礎(chǔ)課由于自身使用了陌生的邏輯數(shù)學(xué)，電路在使用時(shí)以集成電路形式出現(xiàn)，中專初學(xué)者理解起來非常困難。為此在教學(xué)中嘗試著先避開理論教學(xué)，用直觀的實(shí)驗(yàn)作為引導(dǎo)，漸進(jìn)的融入理論解釋，取得了良好的教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

依照實(shí)驗(yàn)自身的特點(diǎn)和學(xué)生最容易理解的形式，每次實(shí)驗(yàn)我們按照如下步驟進(jìn)行：

第一步，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，確定輸入信號(hào)源的電氣特性及位置，輸出信號(hào)的電氣特性及顯示元件位置，實(shí)驗(yàn)電路的區(qū)域；

第二步，識(shí)別實(shí)驗(yàn)所用集成電路的型號(hào)、功能、引腳排列順序；

第三步，按照接線圖用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)專用線將實(shí)驗(yàn)電路連接好；

第四步，按照測試表的測試順序給出輸入信號(hào)，觀察現(xiàn)象得出輸出信號(hào)的狀態(tài)；

第五步，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出理論解釋，確定電路功能；

第六步，重新做一遍本實(shí)驗(yàn)，體會(huì)理論與實(shí)踐是如何結(jié)合的。

每次實(shí)驗(yàn)都是以上步驟，但是重點(diǎn)不同。

一、以突破基礎(chǔ)知識(shí)為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，如基礎(chǔ)邏輯門電路的實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟都需要詳細(xì)的解釋說明示范，重點(diǎn)在于理解邏輯量0和1的邏輯意義，集成電路的引腳排列及功能。第一步除說明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各個(gè)位置的功能外，主要測試輸入信號(hào)源的電氣特性。該信號(hào)源有一控制開關(guān)，能夠提供兩種電壓0V和5V，用萬用表可以測量。在此處，要解釋數(shù)字信號(hào)的概念及特點(diǎn)，說明用0和1正邏輯表示兩種電壓的方法，并強(qiáng)調(diào)邏輯量0和1的邏輯意義，區(qū)別于數(shù)字量0和1的數(shù)值意義。第二步以74LS00（四2輸入與非門）為例，說明雙列直插式集成電路引腳編號(hào)的排列順序及引腳功能。強(qiáng)調(diào)電路的功能與電路的型號(hào)是對(duì)應(yīng)的，這是每次實(shí)驗(yàn)不同的地方。第三步接線示范，按接線圖中的引腳號(hào)用導(dǎo)線將電路輸入引腳與輸入信號(hào)源連好、電路輸出引腳與輸出信號(hào)顯示發(fā)光二極管連好。第四步測試，在測試表中輸入信號(hào)0V和5V用邏輯量0和1表示，用觀察發(fā)光二極管亮（高電平用邏輯1表示）和滅（低電平用邏輯0表示）的方式確定輸出信號(hào)的狀態(tài)。第五步總結(jié)邏輯功能。觀察測試表，用邏輯與非概念解釋，在此處要解釋基本邏輯關(guān)系與、或、非的概念并反復(fù)用實(shí)驗(yàn)的方式說明邏輯法則。第六步用74LS04、74LS86再做實(shí)驗(yàn)，再總結(jié)新的邏輯關(guān)系。

該實(shí)驗(yàn)中每一步的解釋說明在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中都會(huì)進(jìn)行，加強(qiáng)鞏固，熟記于心。

二、以理解邏輯功能表為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)

從應(yīng)用角度，我們已經(jīng)不必掌握集成電路內(nèi)部的組成，電路功能的認(rèn)識(shí)主要通過功能表。所以對(duì)于基礎(chǔ)集成數(shù)字電路，看懂功能表并能測試出功能表里所體現(xiàn)出的功能是使用該集成電路的前提。以譯碼器實(shí)驗(yàn)為例，選用74LS138（3—8線譯碼器）做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前我們準(zhǔn)備了其引腳功能排列圖和功能表，并按實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需要畫好接線圖，實(shí)驗(yàn)時(shí)按步驟進(jìn)行，第四步獲得測試出的功能表，第五步分析解釋說明該表是重點(diǎn)。在此處，要解釋譯碼的概念，輸入輸出有效電平的概念，控制端的概念。然后再重復(fù)做該實(shí)驗(yàn)，這時(shí)對(duì)測試結(jié)果不是盲目性的了，能夠有所期待，一旦結(jié)果不對(duì)就涉及到檢查電路故障，這是電子專業(yè)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)過程中可以進(jìn)行初步的練習(xí)。

三、以突破難點(diǎn)為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)

如觸發(fā)器，它的難點(diǎn)在于同一輸出端有相鄰兩個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)需要記錄，即同一輸出兩個(gè)狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)和次態(tài)）。所以重點(diǎn)在第四步記錄測試結(jié)果。在此處，要解釋說明前后兩個(gè)狀態(tài)，后一狀態(tài)相對(duì)前一狀態(tài){現(xiàn)態(tài)}是次態(tài)，而此狀態(tài)相對(duì)于下一狀態(tài)又是現(xiàn)態(tài)。通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)說明狀態(tài)的相對(duì)變化，以促進(jìn)理解。

四、以突出現(xiàn)象激發(fā)學(xué)習(xí)興趣為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)

如計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)，計(jì)數(shù)的種類很多，選用74LS161（可預(yù)置數(shù)的四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）做實(shí)驗(yàn)。按照實(shí)驗(yàn)圖接好線，測試時(shí)，將輸出端接發(fā)光二極管的同時(shí)，又接到8421BCD碼數(shù)碼顯示器上。記錄完發(fā)光二極管的狀態(tài)后，已經(jīng)可以看出該電路輸出的十六個(gè)循環(huán)狀態(tài)了，此時(shí)再觀看8421BCD碼數(shù)碼顯示器，看到的是0——9依次出現(xiàn)，然后是六個(gè)亂的形狀，接著又是0——9依次出現(xiàn)，然后是六個(gè)亂的形狀，循環(huán)進(jìn)行。學(xué)生看了感覺非常有意思，但不知道為什么會(huì)出現(xiàn)亂的形狀。在此處，需要解釋十六個(gè)循環(huán)狀態(tài)0000——1111前十個(gè)是8421BCD碼，送到8421BCD碼數(shù)碼顯示器可以依次顯示0——9；而后六個(gè)是偽碼送到8421BCD碼數(shù)碼顯示器將顯示亂碼。學(xué)生理解之后，問了很多問題，都與顯示數(shù)有關(guān)，如交通燈計(jì)數(shù)，數(shù)字鐘表計(jì)數(shù)。這些是我們的擴(kuò)展內(nèi)容會(huì)繼續(xù)以實(shí)驗(yàn)的方式解釋。

五、以擴(kuò)展功能、與實(shí)際應(yīng)用相接近為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)

在基礎(chǔ)電路的學(xué)習(xí)過程中，擴(kuò)展了很多功能，如編碼器的擴(kuò)展，譯碼器的擴(kuò)展，寄存器的擴(kuò)展，加法器的擴(kuò)展，計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展等。其中，加法器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)因其直觀、貼近實(shí)際應(yīng)用給學(xué)生的印象最深。我們選用了74IS283（四位超前進(jìn)位全加器），做完了它自身的測試實(shí)驗(yàn)后，我們給出了由其組成的8421BCD碼加法器的接線圖，其輸出接在兩位8421BCD碼數(shù)碼顯示器。測試時(shí)，由輸入端送入任意兩個(gè)一位十進(jìn)制數(shù)的8421BCD碼，顯示器上將顯示兩個(gè)數(shù)相加的結(jié)果。再如利用上面提到的74LS161可以形成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。首先按置數(shù)法或置零法將其形成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，8421BCD碼數(shù)碼顯示器上將依次顯示0——9，循環(huán)顯示；然后再拿來一個(gè)74LS161形成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，8421BCD碼數(shù)碼顯示器上將依次顯示0——6，循環(huán)顯示；將兩個(gè)電路前一個(gè)作為低位計(jì)數(shù)，后一個(gè)作為高位計(jì)數(shù)，串聯(lián)形成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，結(jié)果兩個(gè)8421BCD碼數(shù)碼顯示器上依次顯示00——59，循環(huán)顯示。這就是數(shù)字鐘當(dāng)中秒或分計(jì)時(shí)的最簡單電路。學(xué)生看到這樣的現(xiàn)象非常高興，體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣。

通過做基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行理論解釋說明，再做擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)這樣一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，能夠基本理解掌握數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯概念和基礎(chǔ)電路，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)做好了基礎(chǔ)準(zhǔn)備，同時(shí)學(xué)習(xí)過程中的快樂感覺也會(huì)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)新知識(shí)。

(作者單位：齊齊哈爾鐵路工程學(xué)校)