基于TD-DS+實驗系統數字電路實驗教學淺談

嚴夏

摘 要 本文針對基于TD-DS+實驗系統進行數字電路實驗教學，從預習、原理及邏輯電路圖的講解、安裝、調試、考核五個方面探討了如何做好數字電路實驗，從而促進我校學生對電路的安裝、調試、排查故障等方面的創新與動手能力。

關鍵詞 本科教學;TD-DS+實驗系統;數字電路;實驗教學

數字電路實驗課是我校機械自動化、測控技術與儀器、應用物理等理工科專業的基礎課程，也是數字電子技術課程的重要環節。伴隨著我們時代的進步，科學技術的快速發展，本科生的數字電路實驗教學方法也需要不斷的改革與創新，所以我校近年在數字電路實驗室里統一配套TD+DS+高級數字電路教學系統實驗箱，我校的所有數字電路實驗內容均可通過該實驗箱及其擴展板進行實驗教學與操作。相關專業的本科生通過我校的數字電路實驗課程的學習就能學會驗證一些芯片的功能，自己設計電路，裝配與調試電路，以及查找與解決電路故障，從而提升解決實際生活中的關于電子電路方面問題的能力，并培養學生的創新精神和實踐能力。

數字電路實驗對培養本科生掌握電子技術基礎知識和解決實際中電子方面的問題的能力，及創新精神和實踐能力起著至關重要的作用。那么接下來我將基于TD-DS+數字電路實驗箱進行探討如何做好數字電路實驗，激發我校學生的數字電路實驗興趣，以及學會怎樣處理實驗過程中遇到的問題與故障[1]。

1預習

因為數字電路實驗課滯后于數字電路理論教學一學期，所以在每次實驗課之前，我會要求學生們完成本次實驗項目的預習報告，包括實驗目的、實驗設備需求、實驗原理、邏輯電路圖等等。這樣可以避免很多學生對實驗內容一無所知，做好實驗前的理論復習有利于實驗課的正常開展。

2原理及邏輯電路圖的講解

每次上課的前30分鐘，我會就本節實驗項目的內容和邏輯電路圖進行講解，從而讓學生明白本節數字電路實驗由那些相關的元器件或部件組成，以及每一個單元之間相互的邏輯電路關系是什么樣的，最開始只是講解，但是發現在實際操作時，學生還會反復問一些我講解的內容。后來經過一段時間的總結后，改進了教學方式，我在講解原理和原理圖后，通過提問的方式，讓學生記住難點和易錯點。這個教學成果有了明顯的改善[2]。

3安裝

TD-DS+實驗系統包括了：基本實驗電路、模/數轉換器、數/模轉換器、555定時器、存儲器、時序邏輯電路。學生們在做一些數字電路的基礎實驗時需要用到擴展實驗區單元、邏輯電平開關單元、連續脈沖單元、邏輯電平顯示單元、數碼管顯示單元。根據邏輯電路圖，提供雙列直插式集成元器件，插入到TD-DS+系統實驗箱的底座上。但是在安裝元器件之前，必須弄清楚集成電路元器件的型號和各引腳的編號及其各引腳是什么功能。集成元器件引腳的識別方法：把元器件平放，使標志（點或者缺口）在左側，從左下方第一個引腳（編號1）為起點開始，逆時針方向逐一遞增。按照邏輯電路圖用導線把各個引腳之間的關系進行連接，若需要用到電阻或者電容等元器件時，可以直接在TD-DS+系統實驗箱上進行選擇相應符合要求的參數即可，整個安裝過程無須焊接[3]。

安裝過程中學生容易錯的地方有4個地方：①所有芯片都需要連接電源+5V和GND，而很多時候，學生往往會只連接芯片與芯片之間的關系，然而忽略連接電源和地。②電路輸入端既連接了邏輯開關又連接了儀器功能選擇中的碼型發生器，從而在邏輯分析儀中形成的波形就是錯誤的，導致實驗失敗。③常用集成電路元器件的引腳中多數情況是右下角為地GND，左上角為電源Vcc，有的學生，有的學生在安裝之前沒有認真讀相應的集成電路引腳圖，導致電源和地接錯。④雖然在課前每次都會強調安裝過程中不能打開TD-DS+實驗箱的電源，但是還是有學生會帶電進行安裝操作，這屬于操作不規范。

4調試

前期的數字電路實驗項目相對比較簡單，調試時，通常，只要集成電路元器件是好的，安裝連線也沒有錯，就能安裝邏輯電路進行工作。而后期的數字電路實驗項目相對復雜，僅檢查電路的邏輯功能是不夠的。當數字電路實驗不能按照正常的邏輯功能工作時，電路就產生了故障，學生必須進行排查故障，并修復后完成實驗，數字電路實驗的故障，有時候很容易排查，有時卻很難查明原因，要對設計、安裝、調試等等方面的易錯點進行細心認真地檢查和分析，總能找到故障的原因并解決問題，而學生在實驗中常見的故障按其出現頻率高低排序如下：安裝連線的錯誤、集成電路元器件使用不當或其本身故障、TD-DS+實驗箱上的集成分析儀器故障或分析儀測試方法不對、電路設計原理的錯誤、干擾造成的錯誤顯示[4]。

5考核

由于我校的TD-DS+系統的數量不足，無法滿足每位學生每個項目都能進行單獨操作，基本是兩三人一組，那么有的學生就會存在懶惰情緒，寄希望于其他同學完成實驗內容而無法達到數字電路實驗課的教學目的，所以最后我會安排兩次考核課，分批次進行，讓每一位學生都在之前所有的項目中隨機抽取一個實驗項目進行單獨完成。這樣可以促進每一位學生對電路的安裝、調試、排查故障等等的思考與動手能力，從而積極地參與每一次的數字電路實驗當中。

隨著科學技術的不斷發展，數字電路教學方法的改革以及可編程邏輯器件應用的逐漸普及，還可以通過一些軟件在不使用元器件的情況下模擬進行數字電路實驗，這樣可以增加一些綜合性設計實驗，培養學生的創新能力。

參考文獻

[1] 王素青，鮑寧寧.數字線路實驗與課程設計[M].北京：清華大學出版社，2019：217.

[2] 閻石.數字電子技術基礎（第六版）[M].北京：高等教育出版社， 2016：92.

[3] 徐秀平.數字電路與邏輯設計[M]北京：電子工業出版社，2010：11-12.

[4] 沈小豐.電子線路實驗——數字電路實驗[M].北京：清華大學出版社，2007：56.