数字电子技术实验教学改革初探_电子技术实验教学改革

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数字电子技术实验教学的改革初探

【摘 要】数字电子技术实验是《数字电子技术基础》课程的重要组成部分，也是理论和实践相结合，培养学生实践动手能力的主要途径。本文为适应高职教育改革的新特点，对实验教学进行了改革，以课题“简易秒表计时器”为例，着重培养学生的基本操作技能，从而激发学生学习专业课程的激情。

【关键词】高职实验；教学改革；简易秒表计时器 1.引言

数字电子技术实验是与《数字电子技术基础》课程相配套的重要实践性教学环节。现如今电子信息技术飞速发展，电子器件日新月异，数字集成电路被广泛地应用于各个领域。高等职业教育是以培养技能型、实用型人才为目标，因此，实验是教学的一个重要组成部分。为适应高职教育改革的新特点，学生必须强化对基本技能的训练，巩固及加深对基本理论知识的理解，从而增强学生的实际动手操作能力，培养学生独立思考问题和解决问题的能力。笔者结合多年的实践教学经验，以“简易秒表计时器”、“智力抢答器”、“家用电扇控制器”“交通信号灯”等几个实验课题为突破口，从不同角度进行了改革。

在计数器及应用实验中，555定时器构成的脉冲多谐振荡器、计数器和显示译码器共同作用能够实现计数显示的功能。对于数字电路系统所需的脉冲触发信号，既可以通过手动方式从实验装置中直接提供，又可以从脉冲信号发生器直接得到，而555定时器构成的多谐振荡器在实验中被学生广泛作为脉冲信号源来使用，再经过独立分析、设计，接至显示译码器，即可构成计数显示器。现以简易秒表计时器为例，设计一个可以满足由4位七段LED显示器，计时范围是59秒99毫秒的简易秒表，且具有清零、暂停计时控制的功能。

2.用555定时器构成的多谐振荡器

采用555定时器构成的多谐振荡器是一种性能较好的时钟源，其功能灵活，使用方便，只要外接少量元件，即可构成多种脉冲触发源，其电路图及电路工作波形如图1所示。如改变电容C可获得连续的低频脉冲，调节电位器RW可得到任意频率的脉冲如秒脉冲、100Hz、1kHz等标准脉冲。秒表电路实际上是一个对标准频率（100Hz）进行计数的计数电路，根据秒表计时器的设计要求，调节图1（a）中RW使uo输出脉冲信号频率为100Hz。

100KΩRWR210KΩC10.1μF......10KΩ+5VR1ui23VCC847623uo1V3CCuotTT1UOL5G5555C20.01μFUOH1.T2t

图1 多谐振荡器及其波形图

（a）电路图(b)工作波形

由图1（b）所示波形可知，多谐振荡器振荡周期为TT1T2,其中T1为电容电压从13VCC上升到23VCC所需时间，T2为电容电压从23VCC下降到13VCC所需时间，计算公式分别为：'T10.7R1RWR2C1 ,T20.7R2C1，可得出电路输出脉冲的频率

f1T1T21.43(R1RW2R2)C1。3．计数器电路

时间计数器电路由毫秒计数和秒计数两个部分构成，即毫秒个位、十位计数器（100进制计数器）和秒个位、十位计数器（60进制计数器）。图2是利用两片74LS161构成毫秒位的100进制计数器，两个10进制计数器采用串联进位式级联的方法构成的10×10＝100进制计数器。由于74LS161的置数端LD为低电平有效，且是同步置数。在实现10进制计数器时，应选择Q3Q0经过与非门反馈到LD端则可实现10进制计数器。对于秒的个位、十位构成的60进制计数器请参考图2所示电路，仿照设计即可。

在图2中，暂停按键K1和清零按键K2可以改变电路的工作状态，当K1 K2断开时，电源VCC经过电阻R分压给计数器工作状态控制端、清零控制端送入“高电平”，令CTTCTP1，CR1使计数器具有正常计数的功能。当K1闭合、K2断开时，计数器工作状态控制端直接接地，即送入“低电平”，使CTTCTP0此时计数器具有保持某一状态不变的功能，即可实现暂停功能。当K1断开、K2闭合时，使CR0此时计数器具有异步清零的功能，即可实现清零的功能。

VCC.R...暂停按键K1CTTQ3Q2Q1.Q0CO&1.Q2Q174LS161 CTpCR（毫秒）十位CPD3D2D1D0LD.CTTQ3 CTpCPD3.VCC&Q0CO........74LS161CR(毫秒)个位D2D1D0LD.RK2清零按键图2 利用74LS161级联构成的100进制计数器

根据秒表计时器功能的要求，100毫秒来临时，毫秒计数器复位的同时要向秒计数器进一个有效脉冲信号，故将“毫秒”十位的Q3Q0通过与非门接到“秒”个位CP输入端即可实现“毫秒”到“秒位”的级联，见图6所示。

4.显示译码器

显示译码器由显示器件和译码驱动器两部分构成的。显示器件的种类很多，本文采用的是由LED构成七段共阴数码管，其外形结构如图5右侧部分所示，内部原理接线如图3所示。共阴型数码管是将各段发光二极管的阴极连在一起，作为公共端COM均接地。本文使用的译码驱动器为74LS48，其引脚排列如图4所示，七段输出是驱动各段数码管相应显示段的信号，由于驱动共阴极数码管，故其输出为高电平有效，即高电平时显示极数码管亮。显示译码器的电路原理图，如图5所示。

VCCVCCA3VCCabcdefg974LS481 8A2abcdefgR16 A1BI/RBOA2A1LTRBIA3A0GND..A0VCCabcdefgRabfcdeefgabgcdLTBI/RBORBI74LS48

5．整机电路设计图

图3 7个发光二极管的共阴极接法 图4 74LS48的引脚排列图 图5 LED七段显示器译码驱动电路逻辑图

经过以上各单元电路的设计，可以得到简易秒表计时器的原理图，如图6所示。

afedgbcfeagbcdfeagbcdfeagbcdRRRRabcdefgabcdefgabcdefgabcdefgRW100KOR210KOC10.1μF..........10KO+5V74LS48A3A2A1A0A374LS48A2A1A0A374LS48A2A1A0A374LS48A2A1A0R11KOR暂停按键K18476235G555CTTQ3 CTpCPD3..Q2Q1Q0COCRD0LD74LS161（秒）十位D2D1&1..CTTQ3 CTpCPD3Q2Q174LS161(秒)个位D2D1.&&..CTTQ3Q2Q1Q0COCRD0LD.Q0&1..CTTQ3 CTpCPD3Q2Q1CO.VCC&Q0CO510.01μFC2...............74LS161 CTpCR（毫秒）十位CPD3D2D1D0LD.....74LS161CR(毫秒)个位D2D1D0LD.R1KO清零按键K2

图6 简易秒表计时器的原理图

6．结论

电源接通后，多谐振荡器能连续产生f =100Hz的脉冲触发信号，加至计数器的毫秒个位的CP输入端，在复位按键K1断开的情况下，毫秒计数器不停地在0-99之间循环计数，毫秒计数器每结束一次循环向秒（个位）计数器进一个脉冲信号，驱动秒（个位）计数器计数一次，使秒显示器循环地显示0～59之间的数字。当按下暂停按键时，显示器停暂停计数，可以读取相应的显示数据。按下清零按键显示器清零，各个计数器可以准备重新开始计数。请读者尝试如何用RS触发器和单稳态触发器实现计数器暂停和清零工作。

事实证明，经过一系列的实践教学改革，能使学生对数字电子技术这门课程产生浓厚的兴趣，大大提高学生的实际操作能力。通过这种方式，学生可以把实践的感性认识提升到理性思维，从而升华至多个知识点综合应用的效果，使得更多的学生从被动学习变为主动参与，实现实践教学改革的目的，也为学生以后能成为技能型、实用型人才奠定了坚实的基础。

参考文献

1.余孟尝.模拟、数字及电力电子技术（上册）北京：机械工业出版社，1999。

2.纪丽凤.《数字电路实验的改革与实践》 辽阳：辽宁师专学报，第5卷第4期，2003年12月。3．王彩君、杨睿、葛茂茂.《数字电路实验教学与学生综合素质能力的培养》昆明：实验科学与技术 云南大学，2006年1O月，第5期。

4．翁黎朗.《高职电子技术课程实践教学改革与实践》 福建：厦门海洋职业技术学院，2006年15期。

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