电子技术实训课程作品设计与制作

孙福玉，侯 曼，王天玮，贾宏鹏，郭 琦，韩云旺，李彦兵

（赤峰学院 物理与电子信息工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

★赤峰学院学人推介——孙福玉

孙福玉，男，1964年生人,赤峰学院教授.研究方向：传感器.近年来获两次赤峰学院“教学质量优秀”奖；2014年获内蒙古自治区优秀教师称号；2015年获赤峰学院师德标兵称号.2017年作为内蒙古自治区6名高校教师代表之一参加内蒙古自治区70周年大庆观礼并受到国家及自治区领导的接见.主持的教改立项《电子设计与创新能力的培养》获2009年内蒙古自治区教改成果二等奖；指导的学生作品获全国大学生电子信息类创新作品赛二等奖一项,三等奖两项；指导的学生作品获自治区级挑战杯三等奖三项.

主持赤峰学院科学研究项目《数字系统的PLD设计》；承担内蒙古自治区高等学校科学研究项目《多粒子系统纠缠性质的研究》；主持内蒙古自治区高校科研项目《基于FPGA的数字系统设计》；主持赤峰学院教改立项《虚拟实验教学模式研究与实践》等.

申请专利60多项，发表学术论文24篇，其中被ISTP检索1篇，SCI检索2篇，国家专业核心期刊4篇，出版著作3本.

1 引言

为更好地培养应用型、复合型、创新创业型人才，赤峰学院各个专业于2017进行了人才培养方案的全面改革，人才培养方案改革的特点之一是实践创新学期的开设，物理与电子信息工程学院的电子信息工程专业和物联网工程专业在3个实践创新学期里开设了9门实训类课程，电子技术实训是这两个专业共同开设的一门实训课.通过该课程的学习，使学生初步掌握常用电子元器件的性能参数及其检测方法，电子电路的安装工艺及其调试、测量方法，电子电路常见故障的基本分析方法，电路焊接与调试方法，常用电子仪器、仪表的使用和维护方法.综合训练学生运用所学专业知识解决实际问题的能力,培养学生的创新能力[1].电子技术实训课程作品设计的好坏是能否完成上述教学目标的前提.

2 电子实训课程作品设计

2.1 作品设计的原则

通过教师的反复讨论及学生的焊接练习，我们认为，一个好的作品应该满足下述条件：能够使学生认识及检测常用的电子元器件；具有较为复杂的电路，能够使学生获得充足的焊接练习；原理简单，具有较好的应用性和趣味性.结合上述作品设计的原则，在我们一些专利的基础上，我们设计了光电计数器与秒表，电子沙漏两个电路，学生总共焊接三块电路板，用时32学时，安排在4天完成.

2.2 光电计数器与秒表

图1 光电计数器与秒表电路图

光电计数器与秒表电路图如图1所示，传感器模块为集成光电传感器[2]，使用时需接电源VCC和GND，为了消除抖动[3]，其输出管脚DO送入双D触发器的2管脚，左上面的555构成的多谐振荡器输出的信号作为双D触发器的时钟信号，双D触发器的输出送入拔码开关的1管脚.左下面的555构成的多谐振荡器输出频率为1赫兹的信号，此信号送入拔码开关的4管脚，上述所有元器件焊接在第一块电路板上.第二块电路板的下面焊接4个16脚芯片座用于插放模十计数器74HC160，中间焊接4个16脚芯片座用于插放CD4511，上面焊接两条排针座用于插放4个数码管，74HC160采用同步时钟级联，其输出经CD4511译码后控制数码管点亮.两块电路板通过三组杜邦线连接电源、地和时钟信号.

2.3 电子沙漏

电子沙漏单元电路图如图2所示，共计有30个单元，每个单元包括一个三极管、一个电阻、一个LED灯.上面的15个单元呈倒三角放置，使用的三极管为NPN型，可以选用9013或8050，下面的15个单元呈正三角放置，使用的三极管为PNP型，可以选用9012或8055，器件的布局如图3所示，在放置器件时，下面的单元三极管的发射极与电阻的一端上下对齐并焊接在一起，电阻的另一端与LED灯的负极上下对齐并焊接在一起.电路板上焊接3组排针，每组15个，一组为电源VCC，一组为地GND，一组为P口，上面15个单元和下面15个单元对应的三极管基极B连接在一起分别接在P口的15个排针上.

图2 电子沙漏电路图

图3 器件的布局

3 电子实训课程作品焊接与调试

3.1 作品焊接注意事项

焊接电路板前先排好器件的位置，为防止器件脱落，可先用黑胶带固定；标记位置后，先焊接较低位置的元件；所有管脚都焊好后再连线；对管脚不规则的器件（如轮式可变电阻），把某些管脚轻轻掰平，用导线芯穿过通孔两面焊接；数码管、拨码开关应使用排针坐放置；电路板翻过来时左右正好相反，为防止芯片座上的管脚接错，可在焊接面贴一小块口曲纸，上面标管脚；不要急于剪断元器件的管脚，有时可以直接跨接到周围的待连接元器件管脚上；先焊短线（平面连接），如果连线较多，长线、交叉线可立体走线；同样性质的线一起连，如四个CD4511的13脚与数码管的7脚；不同板子要有公共地，如最小系统板和电子钟板应共地；焊接线两端焊接的部分不要太长；注意板子翻过来时左右正好相反，不要把数码管的位焊反；LED灯、电解电容有正负极，使用时不能接反.

图4 管脚的标注

3.2 作品调试

光电计数器与秒表测试如图5所示，主要的测试工具有三个，信号发生器、万用电表和示波器.使用信号发生器测试时，输出的方波信号作为光电计数器与秒表的时钟信号，调节其输出频率可方便的改变计数的速度.使用万用电表的短路档位可以方便地测试连线情况，插放好芯片后，万用电表的两个表笔搭在对应芯片的两个管脚上即可测出这两个管脚的连线是否正常.用示波器可以测试时钟部分的信号输出情况.

图5 光电计数器与秒表测试

电子沙漏工作过程就是数字1和0移位的过程，所以有多种测试方法，第一种是手动测试，把P口的15个排针用杜邦线与电源VCC的15个排针连接，一侧的15个灯亮，把与电源VCC的15个排针连接的杜邦线逐个的移动到GND上，原来点亮的15个灯逐个熄灭，另一侧的15个灯逐个点亮.第二种是移位寄存器测试方法，可以用两片8位移位寄存器级联测试.第三种是单片机测试方法[4]，电子沙漏单片机测试如图6所示，把P口的15个排针用杜邦线与单片机的15个P口相连，通过编程测试.

图6 电子沙漏单片机测试

3.3 作品评分标准

计数器部分40分，时钟部分20分，电子沙漏部分40分；用完电烙铁不放烙铁架、最后用完电烙铁不关电源开关或高温海绵没蘸水减20分；芯片、拔码开关没放芯片座减10分；数码管、集成光电传感器没放排针座减10分；焊接线两端焊接的部分太长减1-5分；计数器反向减5分；焊点不标准减1-5分.

4 结论

文章针对电子技术实训课程讨论了作品设计的原则.利用传感器模块、双D触发器、555、模十计数器 74HC160、CD4511、数码管、三极管、电阻、电容、LED等基本器件设计了光电计数器与秒表和电子沙漏两个学生实训作品.介绍了使用信号发生器、万用电表、示波器和单片机对作品调试的方法.针对作品的制作，制定了具体的制作时间安排和作品评分标准，通过学生制作过程的反馈，给出了作品焊接注意事项.作品可加强学生对模拟电路、数字电路、电路分析、单片机、传感器等课程的理解，更好地培养应用型、复合型、创新创业型人才，综合训练学生运用所学专业知识解决实际问题的能力.