应用型本科“数字电子技术”课程教学改革研究

司慧玲

（郑州工业应用技术学院，河南 郑州 451100）

应用技术型普通本科院校主要突出应用型专业教育，培养具有创新精神和实践创造能力的高素质应用型高级专门人才。数字电子技术在通信网络中具有不可替代的作用。“数字电子技术”是一门实践性很强的技术专业基础课程，从基础知识到分立元器件，再到中规模组合逻辑器件和时序逻辑器件，内容较多，同时课程授课时间比较紧张，就会存在理论教学中以授课为主、后面形成教师为教而教地赶进度、知识之间脱节等现象，即使教师有心在课堂上要利用仿真软件直观演示，但已经没有精力和时间来分配，学生方面也只能被动地听，然后去实验室进行相应的验证性实验，形成“理论讲解”和“实践演示”的分段教学，教师疲于教和学生疲于学，最终导致学生在学完课程内容后并不能形成完整的知识体系，不能很好地应用于实践，教学效果大打折扣，更谈不上能力的培养。下面以项目“数字抢答器电路”谈谈“数字电子技术”课程教学的改革思路。

1 项目的选取

授课教师在项目选取上一定要选难易适中，并且知识点综合性较强的案例，如八路数字抢答电路，如图1 所示。选取该电路有诸多优点，具体如下：①学生对实际生活中的抢答现象比较熟悉，所以该电路可以引起学生的共鸣，参与课堂的讨论，继而在内容学习之前已经很大程度上激发起学生的学习积极性，从而也不再觉得学习元器件是很枯燥的事情；②该电路对于初学集成器件的学生来说，难度适中，并不会让学生一看到电路就有被吓退的感觉，并且学生会有一种急于探索抢答功能是如何实现的心情，主动参与到下一步的学习中来；③该电路综合性较强，综合了中规模组合逻辑器件中的8-3 线编码器74HC148、显示译码器74HC4511、锁存器和数码管显示电路等数字电路设计中常用的内容；④可以通过该电路分析，初步培养学生分析和设计系统的能力，让学生对所学知识建立整体意识，认识到数字电路的魅力；⑤引入Proteus仿真软件，学生在学习理论内容的同时，也熟悉了一种仿真软件，让学生清楚看到在学习过程中很多情况下要借助工具来验证我们的设计才能最终实现目的，而且该软件也会在以后的单片机技术专业课程中应用，为后面专业课学习或学习其他软件工具打下良好的基础。

图1 八路数字抢答电路

2 项目实施

2.1 电路功能

让学生充分讨论该电路所要实现的具体功能，通过讨论活跃课堂气氛，联系实际生活中的抢答用途，设置一系列问题让学生思考，在实际应用中是否要有主持人控制开关？抢答开始时，如果其中一路抢答到，其他七路是否还能继续按按键进行抢答？抢答过程中，数码管显示应该是如何工作的？最终确定电路能完成八路抢答功能是当主持人控制开关，控制为开始时，选手开始抢答，当某一路抢答到，如S6 抢到，则数码管显示6，随后其他任意一路再进行抢答时均无效，本轮结束后，由主持人清除后，抢答电路复位，即可进行下一轮抢答。同时用Proteus 仿真软件来演示该功能，学生直观观察电路功能，S6 按键先按下时抢答电路如图2 所示；此时假设S0 再按下，抢答无效，如图3 所示。

图2 S6 按键先按下时抢答电路

图3 S0 按键再按下抢答电路无效

2.2 各模块分析

2.2.1 编码模块

课堂上让学生百度查找74HC148 功能，引导学生查找并阅读文献资料，培养学生查阅文献能力，这也是培养大学生自主学习能力非常关键的一步，学生只有会查阅大量的文献，然后才能增加自己的知识储备，从而进行创新。学生查找74HC148 中文资料，从中找到其功能表，如图4 所示。有时资料中的介绍和仿真软件中逻辑图引脚命名虽有所不同，但功能是一样的，EⅠ为控制端，低电平有效，即当EⅠ输入端为低电平时74HC148 正常工作，能正常编码，在该电路中输入端能够进行抢答，芯片有相应的输出；否则芯片禁止工作，抢答无效，芯片输出端全部为高电平。编码正常工作时，抢答的八路输入Ⅰ0—Ⅰ7 为低电平有效，有相应的编码输出，如当S6 按键按下时，Ⅰ6 输入为低电平，编码输出A2A1A0 为001，其为反码输出，原码为110，此时GS 输出为低电平。

图4 74HC148 功能

2.2.2 锁存器电路

学生百度查找74HC279 功能，可以查到其引脚图和功能表等，查到的功能如图5 所示，它集成了4 个与非门组成的基本RS 触发器，因此引出与非门结构的基本RS 触发器的功能分析，输入低电平有效，功能有保持、置零、置位3 种，结合与非门电路和功能表进行理解。

图5 74HC279 功能

在抢答器电路中，进一步理解74HC148 和74HC279 的级联。因主持人开关在上侧，74HC279 的1R—4R 输入端均接高电平，而编码器输出A2A1A0的001 和GS 输出的低电平送至锁存器，所以74HC279的4S 为0，3S2S1S 为001，所以锁存器的输出4Q 为1，3Q2Q1Q 为110，同时4Q 的高电平反馈到74HC148的EⅠ输入端，编码器停止工作。

2.2.3 译码显示模块

该模块完成抢答的译码和显示功能，通过阅读文献查找显示译码器74HC4511 和七段数码管的逻辑图和功能。学生首先要理解七段数码管的显示原理，如何使用是重点，实际应用中分共阴和共阳2 种，共阴的公共端接低电平，每段需高电平点亮；共阳的公共端接高电平，每段需低电平点亮。其次理解74HC4511的译码功能，主要理解对8421BCD 的译码功能，其控制端的控制功能，强调该显示译码器是输出高电平有效的译码器，也即输出高电平去点亮数码管的相应字段，那么提出问题让学生思考，使用时是选用共阴的还是共阳的数码管？然后进行扩展，显示译码器也有输出低电平有效的，那么选用时注意配用关系，否则电路设计就会出错，所以在该抢答电路中，就选用的是共阴数码管。最后，完成二者之间的级联，只需将每一段分别连接即可，但使用中注意要用限流电阻，否则数码管容易烧坏，在此就强调学生在学习过程中要从实际出发，不能满足于理论分析即可。

那么74HC4511 如何和前一级电路74HC279 的输出进行级联呢？将74HC279 的输出3Q、2Q、1Q 分别连接到74HC4511 的C、B、A 端，D 端直接接低电平，74HC4511 的控制端接有效电平才能正常译码，这里的问题是其BⅠ输入端的处理，为什么要和前一级的4Q连在一起呢？学生要进一步思考加以分析才能解开谜底，当4Q 的高电平反馈到74HC148 芯片的控制端EⅠ的同时，也即编码器不工作，而译码器满足了工作条件，正常译码，对输入端D、C、B、A 的8421BCD码0110 进行译码，从而使得数码管显示6 数字。

系统分析到这里，看似已经完成，实则并未透彻，在编码器收到反馈信号的控制不工作时，74HC148 的输出也发生了变化，那么会不会因此影响到整个电路的输出呢？当74HC148 不工作时，输出端全部为高电平，锁存器74HC279 在输入端全部为高电平时是保持功能，因此锁存器的输出保持状态，那么后面的电路信号都将保持不变。无论其他七路如何抢答，数码管仍然只显示6 不变。

学生在教师的一步步引导下，不断地去探寻电路内部信号的控制，在解决一个又一个问题中获得知识的满足感，学习的兴趣会越来越浓厚。

2.2.4 设计验证

通过抢答器电路分析，把相关的理论知识一环接一环地学习到位，并且已经把所学内容系统化，而且也学会了举一反三。但结果的正确与否是需要调试的，对于还没有开展专业课学习的学生来说，这些都是全新内容，大学的专业课程学习中，也会用到仿真软件，当然工具有很多种，不必拘泥于一种，如Proteus、Multisim、Protel 等专业软件都是电类专业在学习中将会使用的，通过介绍拓宽学生的视野，在课上引导学会一种，课下自学其他，从而培养学生的自学能力。在用Proteus 进行抢答器电路仿真中，用到的库中元器件如图6 所示。

图6 抢答器电路元器件

电路设计并非一种方案，也有很多种其他思路，让学生利用课外时间分组去探索其他的设计方案或者尝试进行一些其他的数字电路设计，并进行软件仿真调试；并且学生也需要进一步完成实物的搭建和调试，在完成实物的过程中，又会遇到很多实际的问题，比如手边没有现有的元器件，能否用其他元器件代替，也需要走线和焊接多方面的知识，完成的过程需要组内成员团结协作，不但培养学生的实践动手能力，也培养学生之间的团结协作和沟通能力。

3 结语

在“数字电子技术”课程的教学过程中，教师应从整体上把握数字电子基础课程前后之间的联系，形成整体，选取比较典型的综合性项目引入教学，将从元器件学习到单元电路的学习，最终再到系统分析和设计的学习，形成整体意识，从而优化了课程内容，能在有限的时间内使得学生把握住了重点，也提高了学生的学习积极性，培养数字系统整体的分析和设计能力，从而提高学生的创新能力和实践能力，完成应用型本科学生的培养目标。