【摘要】本文在分析《士官大专数字电路》学员具体情况、教学内容和课程目标的基础上，论述了该课程的教学目标设计、教学策略设计等问题，主张整合教学内容，增大课堂信息量，改革教学方法，注重素质教育，以期全面提高教学质量。
【关键词】士官大专；数字电路；课程目标；教学目标；教学设计
《数字电子技术》课程是电类的专业基础课，具有很强的理论性和实践性，传统的教学方式重视理论而忽略实践，因此在教学设计中应突出实验在学习过程中的作用；使学员形成一定的分析和解决简单实际问题的能力。为专业知识的学习和岗位任职的需要打下一定的基础。
一、教学起点分析
1、学员情况
2、教学内容及教学目标
《数字电子技术》是士官大专学员一门必修的专业基础课程，是学员知识体系的重要组成部分。学习本课程的目的是培养学员的逻辑思维方式，养成学员自主学习、独立思考和实际动手的能力，为后继专业课程的学习打下相应的基础。
（1）教学内容及教学目标。教学内容主要包括七部分：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、小规模时序电路及其应用、中规模集成（MSI）时序模块及其应用、数模和模数转换器原理与应用以及存储器与可编程逻辑器件。
教学目标：通过本课程的学习，学会数字电路的基本原理和基本分析方法；感受实验在学习过程中的作用；形成分析和解决实际问题的能力；为专业知识的学习和适应岗位任职的实际需要打下基础。养成独立思考、刻苦钻研、善于质疑等良好习惯，形成严谨求实、一丝不苟的优良作风。
（2）对教学内容的理解。数字电子技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的实用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化。但是，在数字电子技术中作为理论基础的基本原理并没有改变，理解大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电路的有关概念。因此，作为数字电子技术基础课程，介绍数字系统中常用的基本单元电路、基本功能模块及基本的分析方法仍然是其基本内容。
本课程的重点为：组合逻辑电路和时序逻辑电路。对于重点内容，要以板书讲解为主，尽可能结合工程实际多举例题，讲习题课，以达到强化基本概念、基本原理的目的。难点为：小、中规模时序电路及其应用。对于难点内容，要以板书和多媒体相结合来讲解，便于学员理解，同时要通过多举例题，讲习题课、适当增加学生习题量等来巩固。
3、经验提醒
（1）为了增加学员的学习兴趣，教学中内容应减少理论部分增加应用实例。在教学方法的处理上精讲多练，运用仿真工具演示电路的工作过程提高学习的趣味性、可视性和效能性；加强课堂练习提高课堂的利用率。学员在学习过程中应注意学习方法，提高自信心、主动性，多看书，多做练习、多做实验。（2）数字电路是一门实践性很强的课程，应重点强调理论与实验相结合。特别是本课程的重点内容及难点内容。通过实验学员不仅可以加深理论知识的理解.而且还能锻炼学生的动手能力。（3）总结归纳，在教学中要善于归纳，每次上完课应对所讲内容进行归纳总结，使学员更加明确本次课的重点及难点内容。（4）利用现代多媒体手段将一些不好理解的内容形象地显示出来。（5）要求学员通过做大量习题，掌握理论知识。
二、课程目标设计
1、总体目标
通过本课程的学习，熟悉数字电路的基本知识和基本分析方法；感受实验在学习过程中的作用；形成一定的分析和解决简单实际问题的能力。为专业知识的学习和岗位任职的需要打下一定的基础。
2、课程目标
依据课程标准并结合本教学班的情况，确定各单元（章节）教学目标如下：
（1）知识与技能。①说出逻辑代数的基本公式。②知道常用组合逻辑电路的特点，归纳分析方法。③描述时序逻辑电路的工作原理和功能，归纳常用时序电路的分析方法。④说出PLD的工作原理和功能。
（2）过程与方法。①学会简单逻辑函数的化简方法。②学会常用的组合电路的分析方法。③学会同步时序电路的分析方法。④感受PLD器件的发展动态，了解科学前沿。⑤通过查找和阅读数字集成电路芯片的资料，学会资料的查找和阅读方法。⑥通过课堂演示Multisim2001软件仿真数字逻辑电路工作过程，感受仿真软件的基本使用方法。
（3）情感态度价值观。养成独立思考、刻苦钻研、不断学习、善于质疑等良好习惯；形成严谨求实、一丝不苟的优良作风。
三、教学策略设计
1、整合教学内容，增大课堂信息量
随着科学技术突飞猛进的发展，新理论、新技术、新成果的不断涌现，教学内容在不断增加，使原教学课时数相对减少，要保证有线通信、视讯通信专业对《电子技术基础Ⅲ》课程的教学要求，就必须在课程体系、教学内容和教学方法上加以改进，提高教学起点，增大课堂信息量，不断提高课堂教学质量，在有限的学时内实现加强基础、强化应用、拓宽专业知识面的目标。
（2）根据学员的实际情况及课程标准，确定每节课的内容。主要讲述基本概念、基本原理及基本的分析方法等，同时适当扩大知识面并融入一些具有工程实践应用的实例；并通过课堂练习、课后作业加深对所学知识的理解。
（3）理论与实验相结合，通过实验使学生加深理论知识的理解同时锻炼学生的动手能力。
（4）组织课堂讨论，激发学员的学习兴趣；了解学员学习过程中的疑难问题并及时讲解，促进教学互动。
（5）板书与现代化教学手段相结合。根据教学内容采用板书与多媒体技术相结合的教学方法。对于重难点知识可以采用板书具体讲解，再结合多媒体技术讲解，使用现代化教学手段能够将抽象的内容形象化、直观化，提高学生的学习兴趣和效率，便于学员理解。
（6）鼓励学员树立自信心。士官学员，部分学员基础差，胆子小，不善于参与课堂交际。教员应对这类学员暗含期望，多给他们一次表现的机会，及时表扬、肯定与鼓励，来激发他们学习的兴趣。
2、改革教学方法，注重素质教育
目前在高等教育中还存在着偏重理论学习忽视实践能力培养的现象。不少学生处于被动学习的状态，缺乏主动性和创新精神，教员教得很辛苦，但教学效果却不理想。原因是课堂教学中强调了教员的主导作用，而学生的主体作用却未能体现。因此要把学生培养成具有创新精神和较强实践能力的高素质人才，必须改革教学方法，注重素质教育和学习能力的培养。
（1）探索课堂教学方法。课堂教学方法应贯彻由简到繁、循序渐进、深入浅出的原则，并给学生留下思考的空间。在应用知识解题方面，一般是学生最薄弱的环节，如组合逻辑电路的分析和时序逻辑电路的分析，学生普遍感到不易掌握，教学时应通过典型例题着重讲清分析思路，让学生学会举一反三，能够触类旁通。引导学员开展积极的发散思维活动，师生之间应不断进行情感交流，保持心灵上的沟通，营造平等、宽松的课堂氛围，使学生处于心情舒畅、思维活跃的心理状态，从而获得较好的教学效果。
（2）采用启发式教学，启迪学生思维。人的思维活动常常是由提出问题开始的，因此，在教学过程中，教员要善于提出问题，引导和鼓励学生去发现疑难，提出问题，启迪学生去积极思考，寻求答案。教员要善于启发引导，调动学员的学习主动性，重视培养学员的参与意识。在讲课中应注意体现本课程的工程性和实践性，结合教学内容介绍一些生活中的典型应用实例，从而激发学生对本课程产生浓厚的学习兴趣。
【关键词】中职学校；电子电路设计；音响设计；创新教学
与中职学校的其他专业相比，电子专业对于学生的动手实践能力要求更高。因此在进行电子电路设计课程的教学中，应当充分将理论与实践结合起来进行教学。但是受教学资源和教学条件的限制，部分中职电子电路设计专业教学仍然以理论教学为主，只注重学生在CAD软件上的操作是否熟练，而忽略了电子电路设计的实际应用。以下笔者就结合自己的教学实践经验，来谈谈电子电路设计实用性项目的创新教学方法。
1、开展实用性项目教学的必要性
一般来讲，电子电路设计工作都是在CAD软件上制作完成的，因此现如今很多中职电子专业在教学中往往只将教学实践的重心放在培养学生的CAD制图能力上，也就是说，中职电子电路设计教学除了进行理论教学以外，就是对学生进行CAD软件应用能力培训，并认为这样就能够培养出优秀的电子电路设计人才。然而事实上却并非如此，很多学生在进入企业进行实际生产时，仍然不能在短期内掌握生产设计要领，实践能力很弱。
2、开展实用性项目创新教学实践的方法
通常在中职电子电路设计课程的项目式教学中，包含了绘制单管放大电路原理图、制单片机系统层次原理图、绘制元件原理图、单管放大电路PCB板设计、单片机系统PCB板设计、U盘PCB板设计和PBC封装设计几大项目。在本文中，笔者提出可以在此基础上增设一个新的项目，即音响电路PCB板的设计项目。
之所以要提出在电子电路设计项目中增设音响电路设计，是因为当前的电子产品基本上都会配备语音系统，而电子产品的发展又是趋势于轻巧、单薄的方向。也就是说，现代电子产品对电子电路板的密度要求越来越高，PCB板的密度大小、精度高低都直接决定着其性能好坏。而在PCB板的设计中，若布线过于紧凑，会出现严重的干扰，因此要增大密度，就必须要提高PCB板的抗干扰能力。为此，我们应当将音响电路PCBLAYOUT设计也作为电子电路板设计的一个重要项目内容。
3、基于实用性的音响电路设计项目实践
音响电路的PCBLAYOUT一般由集合数字电路、模拟电路和高频电路组成，在对其进行设计时应当充分考虑到电路板的使用稳定性。而影响其使用稳定性的主要因素有电源、接地和信号线处理等，这些因素对电路板的抗干扰性影响也较大。为此以下我们重点对这三个因素的实践处理方法进行探讨。
3.1电源的处理
在组合音响的使用电源种，运用到很多降压、稳压电路，所以在做线路图时就应当把他们分开。但是在选用降压呵稳压电路时，必须要考虑到承受工作的电流问题，在同一组电压给不同模块时应当将磁珠分开。
3.2地线的处理
在做组合音响的地线处理时，必须要考虑的就是电流问题。
我们都知道一个原理，那就是电源从哪里来，那么底线就要回哪里去。比如一个5v的电源，它给CD部分供电，那么CD部分的地也要回到5v电源的地上，如果这个5v电压是经过12V降下来的，那么它的地也就再回到12V电源的地线上，都是一级一级串起来的，最后到总电源输入的地上。
DA解码芯片的地线、FM音频输出的地、DECK的地、AUX输入的地、LINEIN输入的地都应该直接接入到功放的地线上。很多时候，我们画功放电路都会想到单点接地，都想把所有地都接入到滤波电源的电容上，认为这个地方的地是最干净的，其实还是有局限性。因为AUX输入的是音频信号，电压的幅度起伏不定，功放的电流波动也很大，也就造成功放的地不稳定。
喇叭的地要接到电源地上，不能放在功放的IC地上，众所周知，功放的IC地上是存在一定电压的，如果把喇叭的地接放到这里，不仅输出功率降低了，还相当于是吧喇叭的地与功放IC的地接在了一起，这样使得喇叭的地变得更加不稳定，电压相对也起伏加大了。
3.3信号线的处理
在模拟功放里信号线已经很少，一般只有声道。
在音频输入输中间要用地线隔开，最好音频线的两边要用地线包起来。
LR声道线上的滤波电容要离开得远些（在音频信号幅度很大的时候，这点影响很明显）。相隔太近，容易引起失真，串音。
在电流很大的信号线电源及地线上可增加露铜区，在过波峰焊的时候露铜的地方会沾上锡，从而减少铜铂上的阻抗，一般是在地线上，或者音频输出线上。
3.4音响产品的PCB工艺
贴片元器件基本上和MP3的工艺是一样的。音响产品使用到插件的物料很多，所以在焊接上可能还会使用到波峰焊，因此在一些插件元器件中和贴片是不一样的。
在一些大的焊脚上需要增加SOLDER缺口，以便过波峰焊的时候，不至于出现连锡，但是过波峰焊的方向一定要和缺口方向一致。
3.5认证
我们都知道，音响产品不比MP3和U盘，它还多了一个需要认真的安规UL。所以在选用器件时，一定要选择过了UL认证的物料，还要选择在认证时变压器一定是没有被浸漆的，在做安规测试时要有耐压和过流保护作用的。如果选用好的变压器，那么耐压问题是不会出现的，在电路中增加保险丝，也是为了做过流的保护作用。
FCC，CE认证的处理方法基本上都是适用于音响产品的。此外就音响产品还有一种特殊的处理方法，就是在连接线上增加磁环。
4、结语
综上所述，在中职电子电路设计的课程教学中进行实用性项目教学的创新和改进是非常有必要的，也是未来社会发展对中职学校人才培养提出的新的要求。作为电子专业的学生，不但要能够充分掌握电子电路设计的理论知识和软件设计方法，还要能够与实际生产相结合，掌握生产中需要注意的设计要点。本文中提出在电子电路设计的项目教学中加设音响电路设计正是基于这种理论而提出的，希望能够为广大同行提供一些借鉴和参考，从而促进中职电子专业教学模式的改革和教学水平的提高。
参考文献
[1]赵永杰，郭英.项目教学在电子线路CAD教学中的探索与实践[J].吉林广播电视大学学报.2010（05）
古人云“活到老，学到老”。学习伴随人的一生，一个学习者具备的基本素质是其自主学习能力。最早引入“自主学习”的Holec将其定义为“负责自己学习的能力”[1]。通俗讲，自主学习能力是由学习者自觉确定学习目标，制订学习计划，选择学习方法，调控学习过程，评价学习结果的过程或能力[2]。自主学习需要做到“四学”，即“想学”“能学”“会学”“恒学”。基于信息化条件的自主学习是指借助现代化技术及工具完成自主学习。信息化条件包括互联网、电子图书馆、学习软件(如Multisim，EWB，CAD)、音频视频、Flash等。信息化条件下的自主学习改变了以往的师生学习模式，学员成为学习的主体，教员主要以问题引导、知识顾问、技术支持、效果评价为主要任务，引导学员充分利用和开发信息化资源，将先进的信息技术和学习过程优化整合，开展自主性学习，提高教育的质和量，更好地适应新时代的要求。
2信息化条件
2.1互联网
2.2电子图书馆
电子图书馆以互联网为平台，主要由实地图书馆和虚拟图书馆两部分构成。实地图书馆是与传统图书馆具有一样的馆藏图书功能，资源归本单位共享；虚拟图书馆是指本馆没有收藏但是从网络系统、数据库中可以获得信息的图书馆，例如维普、万方、CNKI等电子期刊，超星、国图、阿帕比、中国军事等数字图书以及硕博论文、外文数据库等等。学习者在相应数据库进行文献搜索、下载需要的论文、书籍完成知识的自主学习与深化，多角度、多维度的学习理论，广范围、广视角的了解应用。我院电子图书馆馆藏丰富，既有实地图书馆又有虚拟数据库，为学员学习提供了资源保障。
2.3软件工具
软件工具是指能够辅助学习的工具软件，例如绘图工具AutoCAD，ProE，3DMAX等，仿真工具simulink，EWB，Multisim，ansys等，不同领域选择不同的软件工具。以数字电子技术中常用的Multisim和EWB为例(如图1和2所示)，它具有丰富的元器件库和仪表库，当学完电路理论之后，学员大部分直观认识不深入，对电路是否能够实现所讲述的功能持怀疑态度，仿真软件恰好解决了这个问题。利用仿真软件构建虚拟的电路，通过仪表及指示装置，直观形象地看到电路现象，加深对理论的理解。同时，在实际搭建电路时，为了避免资源浪费及烦琐的调试，可利用仿真软件先验证设计电路的正确性，之后再去实际搭建。目前学员具有电脑使用条件，只需安装软件即可使用，软件工具的出现为自学提供了又一个有力的条件。
2.4自主学习平台
3以组合电路设计为例，借助信息化条件培养学员自主学习能力
3.1组织流程
3.1.1设计任务
1个主评委和3个副评委共4人鉴定某项目，当主评委不赞同，但3个副评委全部赞同项目时，裁定项目通过鉴定；当主评委赞同并且3个副评委中多数赞同项目时，也裁定项目通过鉴定。试设计满足要求的逻辑电路。你还能想到哪些器件设计方法？
3.1.2小组分配
本教学班次共计43人，4～5人为一小组。组长负责分工，一般2人设计方案，1人学习仿真软件，1人撰写设计报告，最终集思广益，拓展创新方法。
3.1.3丰富的设计方案，多样化的仿真实现
借助分立元件实现电路设计组合电路是课本中主要讲述的方法，其他方法课本中并没有专门提及。另外，仿真软件使用方法，如何仿真电路都需要学员自行摸索。但从效果分析，学员都能够通过自学或者小组互助学习方式解决上述问题。现列举几种学员的设计方案及仿真电路。
3.1.4答辩环节
3.1.5设计报告
第一项设计任务，第二项设计方案，第三项拓展及心得体会。前两项旨在对整个知识的梳理，第三项作用有两点，一是学员方面，总结收获及不足，创新新思路，例如第九组写到“电路设计注意布局，图纸与虚拟实验有着本质差距”，第一组写到“一个好的团队不光有一个好的带头人，还要有一群踏实肯干认真听话、积极进言的成员”。二是教员方面，便于发现学员学习中存在的问题，调查学员对教学实施的满意度，为后续教学提供宝贵经验。例如第五组写到”开关的选择开始由单刀开关接入不工作，后经小组讨论和教员指导换为单刀双掷开关完成电路仿真”。第二组写到“课程使我们认识到数电并非纯粹的理论学习，而是课堂发挥、试验动手等综合能力的培养”“增强了我们的发散性思维，是一种能力的提升”。
4效果分析
按照传统讲授组合逻辑电路设计方法，一般学员比较容易想到教员或者课本上讲述的方法，思路禁锢到此无法跳出。时序电路设计与组合电路设计课程形成了鲜明的对比，时序电路设计任务是课后习题，教员只讲授了一种设计方法，因此学员在设计过程中多数应用了这种方法，很难扩展思路，开拓创新。而此次组合电路设计是学员没有见过的任务，教员对其没有过多的限制，因此设计方案多种多样，学员自学的潜力此刻淋漓尽致地表现出来。在网络、仿真软件等信息化条件下，学员顺利完成了本讲内容的学习。学员不仅掌握了组合逻辑电路设计的多种方法和仿真软件的使用方法，还提升了自身的综合能力。从期末考试成绩上分析，平均分79.44，其中良好及以上24人。通过设计报告的心得体会及期末成绩分析采取自主学习模式学员多数比较赞同，收获颇丰。上述事实证明只要给予适合的条件，学员有能力并且能够出色完成自主学习，同时锻炼了学员的提出问题、分析问题、解决问题、语言表达等多种能力，强化了团队协作意识，激发了创新思维。
5结束语
关键词：高职电子设计电子线路CAD技术应用
对于高职学生而言，要学习的不仅仅是专业知识，动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次，也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中，电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题，因此，在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索，说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。
1、电子线路CAD技术与电子设计的关系
随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用，电路在设计方面也越来越复杂与集成化，因此，对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求，在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以，就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。
2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用
电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件，然后结合学过的专业知识进行设计，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面：
2.1绘制电路图
在进行电子设计的过程中，要实现电路的功能最重要的就是编程，但是只有编程并不能完善整个设计，还需要有一个完善的电路来承载这个程序，让它实现它本该实现的功能。在电子设计中，我们一般运用的软件是PROTEL,绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库，能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度，并且绘制过程也更为方便。比如：我们在画好一个元器件后，觉得它应该放在其他的位置，则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。
2.2计算机仿真
电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能，检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能，并且能够对一些数据进行仿真，可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言，在它的MULTISIM中有很多种仿真功能，这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候，我们首先要进行一个功能仿真，大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能，然后进行数据仿真，对该电路进行具体的分析，并改正错误的地方。在进行仿真过后，分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。
2.3PCB板的设计
PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前，首先要将电路原理图导入，而导入的电路原理图必须是通过仿真的，而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后，设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线，设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线，然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。
2.4三维视图
在将PCB板设计好之后，在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单，只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。
3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术
解决这一问题的方法以，通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是：
(1)先整体后具体：在学习CAD技术时，先期进行总体介绍，让学生有全局的认识，打消畏难的情绪；而后开始进入各项目的的学习实践。
(2)先低频后高频：总体而言学生进入学习后应从简而繁，低频的一些电子产品其电路较之高频的简单，学习应从其中入手。
(3)先规范后异型：突出异型电路板的设计制做，其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力，在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。
(4)先单层后多层，先分立后贴片。此处不再缀言。
最后一点是，对于各个CAD制作的电路，不应仅停留于电脑的设计，在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观，并更有成就感，随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然，这种做法也会使教学的成本大幅上扬，但从人才培养的角度看，这样的投入是值得的。
在电子设计中运用电子线路CAD技术，不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时，让学生通过在自主地进行一些电子设计，并在的过程中运用该技术，适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。
[1]朱洁.电子线路CAD技术在高职电子信息工程专业毕业设计中的应用[J].中国现代教育装备,2010,(15):55～57.
关键词:EDA技术;现场可编程逻辑器件;教学改革
中图分类号:G642文献标识码:A
“数字逻辑电路”课程在高等院校电气信息类学科各专业教育中的作用举足轻重,一方面,它是电气信息类学科最重要的专业基础课之一,是学生巩固理论知识,学好众多专业课程的基础,将影响学生对以后专业课程的学习兴趣;另一方面,它具有极强的逻辑性和实用性,通过这门课程的学习,可以培养学生动手能力和创新能力。目前,懂数字电路设计、FPGA的专业人才备受用人单位青睐,这赋予了“数字逻辑电路”课程教学更加重要的现实意义。
教学活动中应当强调给学生留有足够的想象空间,引导学生培养逻辑思维能力和创新应用、开发数字逻辑电路器件的能力。通过课程的教学,使学生掌握逻辑代数和逻辑设计基础理论,掌握数字逻辑电路分析和数字逻辑电路设计的基本方法,为他们今后在信息技术天地中驰骋奠定坚实的硬件基础。为此,我们以“实用、有趣、建立学生自信”为指导思想,探索数字逻辑电路理论及实验教学改革方法。从理论教学、实验教学等方面对“数字逻辑电路”教学进行大胆改革,摒弃陈旧的教学内容和落后的教学手段,在实验环节,以活泼的实验来促进理论教学,调动学生主动性。
1传统数字逻辑电路教学存在问题分析
(1)设计电子开关,当键盘按下,LED灯亮,再次按下LED灯灭,再按下亮。要求采用3种以上方式,需要考虑消除按键信号中的毛刺。
(2)用8路拨码开关和一个按键设计一个密码锁,通过拨码开关设置密码,按下按键作为确认,如果密码输入3次错误,密码锁失效。
(3)实现一个秒表,已知:6个共阳极七段码的a,b,c,d,e,f,g分别相连,其中各七段码的共阳端分别引出。
(4)给定一段乐谱,用蜂鸣器实现乐谱的播放。
(5)设计一个串行通信模块,实现数据到PC的传输,要求9600波特率,无校验位。
(6)以555电路为基础,用手指作为启动源,当手触摸电路后,LED灯亮10秒后熄灭。
(7)一块8x8的点阵LED,设行为x,列为y,(0≤x≤7,0≤y≤7),当y0为高,x0为低,坐标为(x0,y0)对应的LED灯亮,请实现不断变化的英文字母和阿拉伯数字的显示。
(8)控制DAC0832实现一个锯齿波、三角波,要求信号周期可调。
调查结果显示,只有少数可以使用数字逻辑模块实现其中的个别设计;多数学生对上述工程实例束手无策;部分学生表示如果借助“硬件描述语言”可以实现。基础的工程应用设计尚且如此,可以想象实现更为复杂的数字逻辑电路工程的情况。经过分析,我们认为原因在于“数字逻辑电路”教学存在如下问题:
(1)理论课内容充斥以技巧性解题为目标的题型,学生很难把抽象知识和实践结合应用;
(2)现有教材的内容多与其它课程孤立,很少注重和其它课程的联系和延伸;
(3)教材内容滞后于科学技术发展,和实际工作严重脱节;
(4)以旧式实验箱、接线板实验设备为代表的传统数字逻辑电路实验设备仍旧广泛地在高校使用,实验手段落后。
针对传统数字电路的不足,我们从优化理论教学手段和内容、实验教学改革和建设两方面着手,对数字电路理论教学和实验教学大胆改革。
2优化理论教学手段和内容
同时,项目组从工程实践中总结大量素材,设计的教学内容力求接近工程实践,又带有一定的趣味性和启发性,让学生知道如何将学到的知识点应用到工程实践中,这是本项目与传统数字逻辑电路理论教学的不同之处,具体表现在如下几个方面。
2.1内容活泼,摒弃呆板的教学描述
案例1:教材讲述74138和计数器的应用时引用的是“8路脉冲分配器电路”的例子,“脉冲分配器”名称描述过于抽象和呆板。如果把这个电路稍微改造一下,把图1中74138的输出端都接入LED灯,那么这个电路就是一个很形象直观的“跑马灯”控制电路,学生理解起来会更容易,同时也能明确“脉冲分配”概念。
案例2:教材讲述74151以及计数器的应用时,引用的是“11100100序列产生器”的例子,如图2所示。“11100100序列产生器”本身就是一个古板的名词,如果把这个电路稍微改造一下,74151的输出接蜂鸣器,74151的八路数据输入端接乐音频率,那么这个电路就可以播放一段音乐,如果结合存储乐谱的ROM就成了一个能播放音乐的音乐盒,学生对这样的例子往往表现出浓厚的兴趣和“动手”实现的欲望。
2.2突出实践意义,注重联系实际,并通过展开引导来启发学生创新
案例3:教材在说明555电路的作用时,其中有一个555构成单稳态触发器的实例,如图3所示,学生学后经常反映印象不深刻,不知如何应用。
在授课时,为帮助学生理解,我们是这样提示学生的:
(1)如果你的手指摸一下VI处会有什么情况发生
――因为人手的静电,会导致Vo产生一个高电平宽度为Tw的信号。
(2)Tw这个信号如果接一个LED灯呢,可以应用在什么地方
――原来可以手一摸VI,就可以让一个LED灯亮Tw秒,这正是触摸开关啊。
(3)我们知道Tw=RCln3,假设我们不知道电容C的值,那么这个电路可否用于测量电容容值的方法呢
――通过公式可以说明,如果知道R以及Tw,电容值就确定下来,这个电路可以用于某些电容式传感器的测量中。
2.3注重与其它课程的联系
案例4:在讲授移位寄存器的时候,传统教材一般都只说明移位寄存器的级联方法,并没有通过联系其它课程突出移位寄存器的应用价值。
在授课时,通过74198级联构成的16位左移寄存器,如图4所示,如果结合计算机通信原理的异步串行通信协议对这个电路稍微修改一下,那么这个电路就是一个和PC机串口通信接口的电路。学生原本觉得玄奥的与PC机通信以及异步通信协议原来这么容易实现。
2.4联系PC机的软件开发语言鼓励学生设计软硬件结合作品
在教学过程,鼓励学生制作软硬件结合的作品,如让学生学习Delphi、C++builder等软件开发工具设计软件,并把软件和数字电路平台结合起来。例如把电位器作为游戏中飞机的方向盘,其AD值通过串口传输到PC机的游戏软件中,实现对飞机飞行的控制;拨码开关值传输到PC软件,实现对图片的选择播放。
在理论教学初期,设计了很多模拟数字电路功能的“软件芯片”,通过在课堂PC机演示“芯片”功能,帮助学生对知识点的理解和课程入门;随后逐渐通过EDA工具仿真,来帮助学生加深对课程的印象。与实际工程应用联系不大且难于理解的内容,我们适当取舍,甚至略弃,减少学生学习课程时的挫折感。
现代数字逻辑电路的发展对传统的数字逻辑电路设计模式影响深远,很多传统数字逻辑电路的设计方法已经被淘汰甚至被彻底颠覆。在教学中,我们适当加大硬件描述语言的学习比重,鼓励学生采用硬件描述语言实现电路设计,并要求学生掌握EDA工具QuartusII软件,让学生体会现代的数字逻辑电路的设计方法。
3实验教学平台改革和建设
针对这一情况,我们以教材为依据,开发以综合性、创新性实验为目的的基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台。该平台可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大部分实验,却具有传统实验设备无法实现的大部分功能,如图5所示,该平台具有如下特点:
(1)该平台以FPGA为核心,以综合性、创新性实验为导向,具有丰富的外设接口、丰富的设计资源,可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大多功能,却有传统实验设备所不具备的大部分功能,不仅可以实现传统实验,另外我们在该平台的基础上做了很多特色的开发,供学生学习和提高。该平台可以支持如AD转换、DA转换实验,555电路等传统实验;提供了丰富的外设接口,如串口、
VGA显示器接口、PS2接口;借助该实验平台可以做出很多活泼的功能实验,如音乐播放功能、红外报警功能、触摸灯等。
(2)该平台借助EDA工具,学生得以从繁重的插线工作解脱出来,具有灵活的设计风格、高效的设计效率,这是传统数字逻辑电路实验箱无法比拟的。
(3)该平台以及实验设置是专门针对高校数字逻辑电路课程和大学生心理设计的实验教学系统。
实验过程中,学生可以借助EDA工具直接通过仿真实现设计,并下载到平台运行,脱离传统实验设备实验过程中的硬件的干扰,把学生从繁重的插线中解脱出来。另外各种丰富的数字逻辑模块以及表达丰富的硬件描述语言给了学生良好的发挥空间,配合理论教学方法,学生很快就能够进行实际工程应用开发。
4结语
“数字逻辑电路”教学改革进行以来,我院数字电路教学收效明显,在我院受训班级中起到了意想不到的效果,学生的动手能力明显增强,许多本科学生能够作出让研究生都汗颜的作品来。另外基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台批量生产,在该平台接受训练的班级、学生人数不断增多,许多兄弟院校使用了该实验平台后,也取得了不错的效果。
参考文献:
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ReformoftheDigitalLogicCircuitTeachingandConstructionofExperimentPlatform
DENGChun-jian,LIWen-sheng,SHIJian-guo,YANGLiang,LVYi,LIUWei
(UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,ZhongshanInstitute,Zhongshan528402,China)