電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程作品設(shè)計(jì)與制作

孫福玉，侯 曼，王天瑋，賈宏鵬，郭 琦，韓云旺，李彥兵

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

★赤峰學(xué)院學(xué)人推介——孫福玉

孫福玉，男，1964年生人,赤峰學(xué)院教授.研究方向：傳感器.近年來獲兩次赤峰學(xué)院“教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀”獎(jiǎng)；2014年獲內(nèi)蒙古自治區(qū)優(yōu)秀教師稱號(hào)；2015年獲赤峰學(xué)院師德標(biāo)兵稱號(hào).2017年作為內(nèi)蒙古自治區(qū)6名高校教師代表之一參加內(nèi)蒙古自治區(qū)70周年大慶觀禮并受到國家及自治區(qū)領(lǐng)導(dǎo)的接見.主持的教改立項(xiàng)《電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)》獲2009年內(nèi)蒙古自治區(qū)教改成果二等獎(jiǎng)；指導(dǎo)的學(xué)生作品獲全國大學(xué)生電子信息類創(chuàng)新作品賽二等獎(jiǎng)一項(xiàng),三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)；指導(dǎo)的學(xué)生作品獲自治區(qū)級(jí)挑戰(zhàn)杯三等獎(jiǎng)三項(xiàng).

主持赤峰學(xué)院科學(xué)研究項(xiàng)目《數(shù)字系統(tǒng)的PLD設(shè)計(jì)》；承擔(dān)內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目《多粒子系統(tǒng)糾纏性質(zhì)的研究》；主持內(nèi)蒙古自治區(qū)高?？蒲许?xiàng)目《基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》；主持赤峰學(xué)院教改立項(xiàng)《虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究與實(shí)踐》等.

申請(qǐng)專利60多項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文24篇，其中被ISTP檢索1篇，SCI檢索2篇，國家專業(yè)核心期刊4篇，出版著作3本.

1 引言

為更好地培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才，赤峰學(xué)院各個(gè)專業(yè)于2017進(jìn)行了人才培養(yǎng)方案的全面改革，人才培養(yǎng)方案改革的特點(diǎn)之一是實(shí)踐創(chuàng)新學(xué)期的開設(shè)，物理與電子信息工程學(xué)院的電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在3個(gè)實(shí)踐創(chuàng)新學(xué)期里開設(shè)了9門實(shí)訓(xùn)類課程，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)是這兩個(gè)專業(yè)共同開設(shè)的一門實(shí)訓(xùn)課.通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握常用電子元器件的性能參數(shù)及其檢測方法，電子電路的安裝工藝及其調(diào)試、測量方法，電子電路常見故障的基本分析方法，電路焊接與調(diào)試方法，常用電子儀器、儀表的使用和維護(hù)方法.綜合訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[1].電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程作品設(shè)計(jì)的好壞是能否完成上述教學(xué)目標(biāo)的前提.

2 電子實(shí)訓(xùn)課程作品設(shè)計(jì)

2.1 作品設(shè)計(jì)的原則

通過教師的反復(fù)討論及學(xué)生的焊接練習(xí)，我們認(rèn)為，一個(gè)好的作品應(yīng)該滿足下述條件：能夠使學(xué)生認(rèn)識(shí)及檢測常用的電子元器件；具有較為復(fù)雜的電路，能夠使學(xué)生獲得充足的焊接練習(xí)；原理簡單，具有較好的應(yīng)用性和趣味性.結(jié)合上述作品設(shè)計(jì)的原則，在我們一些專利的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了光電計(jì)數(shù)器與秒表，電子沙漏兩個(gè)電路，學(xué)生總共焊接三塊電路板，用時(shí)32學(xué)時(shí)，安排在4天完成.

2.2 光電計(jì)數(shù)器與秒表

圖1 光電計(jì)數(shù)器與秒表電路圖

光電計(jì)數(shù)器與秒表電路圖如圖1所示，傳感器模塊為集成光電傳感器[2]，使用時(shí)需接電源VCC和GND，為了消除抖動(dòng)[3]，其輸出管腳DO送入雙D觸發(fā)器的2管腳，左上面的555構(gòu)成的多諧振蕩器輸出的信號(hào)作為雙D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，雙D觸發(fā)器的輸出送入拔碼開關(guān)的1管腳.左下面的555構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率為1赫茲的信號(hào)，此信號(hào)送入拔碼開關(guān)的4管腳，上述所有元器件焊接在第一塊電路板上.第二塊電路板的下面焊接4個(gè)16腳芯片座用于插放模十計(jì)數(shù)器74HC160，中間焊接4個(gè)16腳芯片座用于插放CD4511，上面焊接兩條排針座用于插放4個(gè)數(shù)碼管，74HC160采用同步時(shí)鐘級(jí)聯(lián)，其輸出經(jīng)CD4511譯碼后控制數(shù)碼管點(diǎn)亮.兩塊電路板通過三組杜邦線連接電源、地和時(shí)鐘信號(hào).

2.3 電子沙漏

電子沙漏單元電路圖如圖2所示，共計(jì)有30個(gè)單元，每個(gè)單元包括一個(gè)三極管、一個(gè)電阻、一個(gè)LED燈.上面的15個(gè)單元呈倒三角放置，使用的三極管為NPN型，可以選用9013或8050，下面的15個(gè)單元呈正三角放置，使用的三極管為PNP型，可以選用9012或8055，器件的布局如圖3所示，在放置器件時(shí)，下面的單元三極管的發(fā)射極與電阻的一端上下對(duì)齊并焊接在一起，電阻的另一端與LED燈的負(fù)極上下對(duì)齊并焊接在一起.電路板上焊接3組排針，每組15個(gè)，一組為電源VCC，一組為地GND，一組為P口，上面15個(gè)單元和下面15個(gè)單元對(duì)應(yīng)的三極管基極B連接在一起分別接在P口的15個(gè)排針上.

圖2 電子沙漏電路圖

圖3 器件的布局

3 電子實(shí)訓(xùn)課程作品焊接與調(diào)試

3.1 作品焊接注意事項(xiàng)

焊接電路板前先排好器件的位置，為防止器件脫落，可先用黑膠帶固定；標(biāo)記位置后，先焊接較低位置的元件；所有管腳都焊好后再連線；對(duì)管腳不規(guī)則的器件（如輪式可變電阻），把某些管腳輕輕掰平，用導(dǎo)線芯穿過通孔兩面焊接；數(shù)碼管、撥碼開關(guān)應(yīng)使用排針坐放置；電路板翻過來時(shí)左右正好相反，為防止芯片座上的管腳接錯(cuò)，可在焊接面貼一小塊口曲紙，上面標(biāo)管腳；不要急于剪斷元器件的管腳，有時(shí)可以直接跨接到周圍的待連接元器件管腳上；先焊短線（平面連接），如果連線較多，長線、交叉線可立體走線；同樣性質(zhì)的線一起連，如四個(gè)CD4511的13腳與數(shù)碼管的7腳；不同板子要有公共地，如最小系統(tǒng)板和電子鐘板應(yīng)共地；焊接線兩端焊接的部分不要太長；注意板子翻過來時(shí)左右正好相反，不要把數(shù)碼管的位焊反；LED燈、電解電容有正負(fù)極，使用時(shí)不能接反.

圖4 管腳的標(biāo)注

3.2 作品調(diào)試

光電計(jì)數(shù)器與秒表測試如圖5所示，主要的測試工具有三個(gè)，信號(hào)發(fā)生器、萬用電表和示波器.使用信號(hào)發(fā)生器測試時(shí)，輸出的方波信號(hào)作為光電計(jì)數(shù)器與秒表的時(shí)鐘信號(hào)，調(diào)節(jié)其輸出頻率可方便的改變計(jì)數(shù)的速度.使用萬用電表的短路檔位可以方便地測試連線情況，插放好芯片后，萬用電表的兩個(gè)表筆搭在對(duì)應(yīng)芯片的兩個(gè)管腳上即可測出這兩個(gè)管腳的連線是否正常.用示波器可以測試時(shí)鐘部分的信號(hào)輸出情況.

圖5 光電計(jì)數(shù)器與秒表測試

電子沙漏工作過程就是數(shù)字1和0移位的過程，所以有多種測試方法，第一種是手動(dòng)測試，把P口的15個(gè)排針用杜邦線與電源VCC的15個(gè)排針連接，一側(cè)的15個(gè)燈亮，把與電源VCC的15個(gè)排針連接的杜邦線逐個(gè)的移動(dòng)到GND上，原來點(diǎn)亮的15個(gè)燈逐個(gè)熄滅，另一側(cè)的15個(gè)燈逐個(gè)點(diǎn)亮.第二種是移位寄存器測試方法，可以用兩片8位移位寄存器級(jí)聯(lián)測試.第三種是單片機(jī)測試方法[4]，電子沙漏單片機(jī)測試如圖6所示，把P口的15個(gè)排針用杜邦線與單片機(jī)的15個(gè)P口相連，通過編程測試.

圖6 電子沙漏單片機(jī)測試

3.3 作品評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)數(shù)器部分40分，時(shí)鐘部分20分，電子沙漏部分40分；用完電烙鐵不放烙鐵架、最后用完電烙鐵不關(guān)電源開關(guān)或高溫海綿沒蘸水減20分；芯片、拔碼開關(guān)沒放芯片座減10分；數(shù)碼管、集成光電傳感器沒放排針座減10分；焊接線兩端焊接的部分太長減1-5分；計(jì)數(shù)器反向減5分；焊點(diǎn)不標(biāo)準(zhǔn)減1-5分.

4 結(jié)論

文章針對(duì)電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程討論了作品設(shè)計(jì)的原則.利用傳感器模塊、雙D觸發(fā)器、555、模十計(jì)數(shù)器 74HC160、CD4511、數(shù)碼管、三極管、電阻、電容、LED等基本器件設(shè)計(jì)了光電計(jì)數(shù)器與秒表和電子沙漏兩個(gè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)作品.介紹了使用信號(hào)發(fā)生器、萬用電表、示波器和單片機(jī)對(duì)作品調(diào)試的方法.針對(duì)作品的制作，制定了具體的制作時(shí)間安排和作品評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，通過學(xué)生制作過程的反饋，給出了作品焊接注意事項(xiàng).作品可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、電路分析、單片機(jī)、傳感器等課程的理解，更好地培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才，綜合訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.