浅谈实验在数字电子技术基础教学中的运用

黑龙江 刘亚明

浅谈实验在数字电子技术基础教学中的运用

黑龙江 刘亚明

数字电子技术是电子技术的重要组成部分，是数字电子产品的核心部分。对于电子技术专业的学生来说，深入扎实的理解和掌握数字电子技术基础是后续学习的基础。而这门专业基础课由于自身使用了陌生的逻辑数学，电路在使用时以集成电路形式出现，中专初学者理解起来非常困难。为此在教学中尝试着先避开理论教学，用直观的实验作为引导，渐进的融入理论解释，取得了良好的教学和学习效果。

依照实验自身的特点和学生最容易理解的形式，每次实验我们按照如下步骤进行：

第一步，引导学生认识数字电子技术实验系统，确定输入信号源的电气特性及位置，输出信号的电气特性及显示元件位置，实验电路的区域；

第二步，识别实验所用集成电路的型号、功能、引脚排列顺序；

第三步，按照接线图用实验系统专用线将实验电路连接好；

第四步，按照测试表的测试顺序给出输入信号，观察现象得出输出信号的状态；

第五步，总结实验结果，做出理论解释，确定电路功能；

第六步，重新做一遍本实验，体会理论与实践是如何结合的。

每次实验都是以上步骤，但是重点不同。

一、以突破基础知识为重点的实验，如基础逻辑门电路的实验

该实验是数字电子技术基础课程的第一个实验，每一个实验步骤都需要详细的解释说明示范，重点在于理解逻辑量0和1的逻辑意义，集成电路的引脚排列及功能。第一步除说明实验系统各个位置的功能外，主要测试输入信号源的电气特性。该信号源有一控制开关，能够提供两种电压0V和5V，用万用表可以测量。在此处，要解释数字信号的概念及特点，说明用0和1正逻辑表示两种电压的方法，并强调逻辑量0和1的逻辑意义，区别于数字量0和1的数值意义。第二步以74LS00（四2输入与非门）为例，说明双列直插式集成电路引脚编号的排列顺序及引脚功能。强调电路的功能与电路的型号是对应的，这是每次实验不同的地方。第三步接线示范，按接线图中的引脚号用导线将电路输入引脚与输入信号源连好、电路输出引脚与输出信号显示发光二极管连好。第四步测试，在测试表中输入信号0V和5V用逻辑量0和1表示，用观察发光二极管亮（高电平用逻辑1表示）和灭（低电平用逻辑0表示）的方式确定输出信号的状态。第五步总结逻辑功能。观察测试表，用逻辑与非概念解释，在此处要解释基本逻辑关系与、或、非的概念并反复用实验的方式说明逻辑法则。第六步用74LS04、74LS86再做实验，再总结新的逻辑关系。

该实验中每一步的解释说明在每个实验中都会进行，加强巩固，熟记于心。

二、以理解逻辑功能表为重点的实验

从应用角度，我们已经不必掌握集成电路内部的组成，电路功能的认识主要通过功能表。所以对于基础集成数字电路，看懂功能表并能测试出功能表里所体现出的功能是使用该集成电路的前提。以译码器实验为例，选用74LS138（3—8线译码器）做实验。实验前我们准备了其引脚功能排列图和功能表，并按实验系统的需要画好接线图，实验时按步骤进行，第四步获得测试出的功能表，第五步分析解释说明该表是重点。在此处，要解释译码的概念，输入输出有效电平的概念，控制端的概念。然后再重复做该实验，这时对测试结果不是盲目性的了，能够有所期待，一旦结果不对就涉及到检查电路故障，这是电子专业学生进一步学习的内容，在实验过程中可以进行初步的练习。

三、以突破难点为重点的实验

如触发器，它的难点在于同一输出端有相邻两个时刻的状态需要记录，即同一输出两个状态（现态和次态）。所以重点在第四步记录测试结果。在此处，要解释说明前后两个状态，后一状态相对前一状态{现态}是次态，而此状态相对于下一状态又是现态。通过实验反复说明状态的相对变化，以促进理解。

四、以突出现象激发学习兴趣为重点的实验

如计数器实验，计数的种类很多，选用74LS161（可预置数的四位二进制同步加法计数器）做实验。按照实验图接好线，测试时，将输出端接发光二极管的同时，又接到8421BCD码数码显示器上。记录完发光二极管的状态后，已经可以看出该电路输出的十六个循环状态了，此时再观看8421BCD码数码显示器，看到的是0——9依次出现，然后是六个乱的形状，接着又是0——9依次出现，然后是六个乱的形状，循环进行。学生看了感觉非常有意思，但不知道为什么会出现乱的形状。在此处，需要解释十六个循环状态0000——1111前十个是8421BCD码，送到8421BCD码数码显示器可以依次显示0——9；而后六个是伪码送到8421BCD码数码显示器将显示乱码。学生理解之后，问了很多问题，都与显示数有关，如交通灯计数，数字钟表计数。这些是我们的扩展内容会继续以实验的方式解释。

五、以扩展功能、与实际应用相接近为重点的实验

在基础电路的学习过程中，扩展了很多功能，如编码器的扩展，译码器的扩展，寄存器的扩展，加法器的扩展，计数器的扩展等。其中，加法器扩展实验、计数器的扩展实验因其直观、贴近实际应用给学生的印象最深。我们选用了74IS283（四位超前进位全加器），做完了它自身的测试实验后，我们给出了由其组成的8421BCD码加法器的接线图，其输出接在两位8421BCD码数码显示器。测试时，由输入端送入任意两个一位十进制数的8421BCD码，显示器上将显示两个数相加的结果。再如利用上面提到的74LS161可以形成任意进制计数器。首先按置数法或置零法将其形成十进制计数器，8421BCD码数码显示器上将依次显示0——9，循环显示；然后再拿来一个74LS161形成六进制计数器，8421BCD码数码显示器上将依次显示0——6，循环显示；将两个电路前一个作为低位计数，后一个作为高位计数，串联形成六十进制计数器，结果两个8421BCD码数码显示器上依次显示00——59，循环显示。这就是数字钟当中秒或分计时的最简单电路。学生看到这样的现象非常高兴，体会到学习的乐趣。

通过做基础电路实验，进行理论解释说明，再做扩展实验这样一个循序渐进的过程，能够基本理解掌握数字电子技术中的逻辑概念和基础电路，为进一步学习数字应用系统做好了基础准备，同时学习过程中的快乐感觉也会激发学生进一步积极主动的学习新知识。

(作者单位：齐齐哈尔铁路工程学校)