1、学分制下“数字电子技术”项目式教学的研究打开文本图片集摘要：本文分析了在学分制下“数字电子技术”课程教学中存在的困难和不足，提出了项目式教学的方法，并对项目式教学的实例设计进行了深入地研究，学生根据项目的设计任务，选择总体方案，设计单元电路，选择器件，计算参数，画电路图，进行仿真试验和性能测试，在实际设计过程中学生往往反复进行以上各步骤，实践证明，该方法提高了学生的理论知识水平和实践动手能力，并取得了非常好的教学效果。关键词：学分制；“数字电子技术”；项目式；教学研究中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0194-04一、引言内蒙古农业大学积极
2、推动本科教学，提出本科生的完全学分制教育，将“数字电子技术”课程的学时压缩至 54 学时，留出更多的时间让学生来主动学习和增强动手能力。笔者试图在“数字电子技术”课程的基础教学中增加一个项目式教学环节，它使学生自己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，巩固和加深在“数字电子技术”课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练电子产品制作时的动手能力。这需要研究出适合学生动手实践的项目，学生根据项目要求设计出符合要求的电路，从而掌握数字电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力，同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础1。
3、二、项目式教学的目的通过数字电子技术项目式教学，使学生能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法，能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI 等）器件实现规定的数字系统2。培养学生独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力，培养学生独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力，培养学生书写综合设计实验报告的能力3。三、项目式教学的步骤学生根据设计教师步骤的项目任务，从选择设计方案开始，进行电路设计4；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能，对电路要求布局合
4、理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告5。1.总体方案选择。设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标6。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。2.单元电路的设计。（1）设计单元电路的一般方法和步骤：根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。单元电路设计应采用符合的电平标准。（2）元器件的选择。针对数字电路的
5、课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。比如时钟电路选 555，转换电路选 0809，译码及显示驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的，往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需熟悉相应内容，比如运算放大器的种类和基本用法、集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。总之，构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性很重要。普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。单元电路设计过程中，阻容元件
6、的选择也很关键。它们的种类繁多，性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完整化。3.单元电路调整与连调。数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了设计内容的成败。具体步骤要求每一个单元电路都须经过调整，有条件的情况下可应用逻辑分析仪进行测试，确保单元正确。各单元之间的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹配。它也是整个设计成功的关键一步。4.衡量设计的标准。工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。5.课程设计报告要
7、求。课程设计报告应包括以下内容：对设计课题进行简要阐述；设计任务及其具体要求；总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）；整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）；器件清单；调试结果记录；课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据翔实。四、项目式教学实例1.实例简述。为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图 1
8、所示。2.设计任务和要求。设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下。（1）满足如图 2 的顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为 NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为 EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。（2）应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图 3 所示，假设每个单位时间为 3 秒，则南北、东西方
9、向绿、黄、红灯亮的时间分别为15 秒、3 秒、18 秒，一次循环为 36 秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。（3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减 1 计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。（4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。（5）在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道，主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干
10、道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮的时间的 2 倍或 3 倍。用 LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的 LED 发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。3.可选用器材。通用实验底板；直流稳压电源；交通信号灯及汽车模拟装置；集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248 及门电路；显示：LC5011-11，发光二极管；电阻；开关。4.设计方案提示。根据设
11、计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路，设计方案可以从以下几部分进行考虑。（1）秒脉冲和分频器。因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为516，所以，若选 4 秒（也可以 3 秒）为一个单位时间，则计数器每计 4 秒输出一个脉冲，这一电路就很容易实现。逻辑电路参考前面有关课题。（2）交通灯控制器。计数器每次工作循环周期为 12，所以可以选用 12 进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模 74LS164八位移位寄存器组成扭环形 12 进制计数器。扭环形计数器的状态表如表 1 所示。由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标 1s 和 EWY 或 NSY
12、 黄灯信号相“与”即可。（3）显示控制部分。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用 74LS248 BCD 码七段译码器，显示器用 LC5011-11 共阴极 LED 显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如 74LS168、74LS193 等。（4）手动/自动控制、夜间控制。这可以用一个选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。（5）汽车模拟运行控制
13、。用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。如图 4 所示，为南北方向汽车模拟控制电路。五、结语项目教学法主张先练后讲、先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生唱“主角”，而教师转为“配角”，实现了教师角色的换位，有利于加强对学生自学能力、创新能力的培养。笔者就多个方面对项目教学法进行了尝试性的研究与实践，也取得了非常好的效果。参考文献：1马英，陈朝辉.数字电子技术课程教学方法改革与实践J.科技信息，2009，（29）：227-2
14、28.2谢剑斌，李沛秦，闫玮，刘通，丁文霞.在“数字电子技术”教学中培养学生创新能力J.电气电子教学学报，2010，（06）：5-6，9.3陈柳，戴璐平.“数字电子技术”课程教学改革研究与探索J.中国电力教育，2013，（02）：96-97.4张学成.数字电子技术实验改革与创新J.实验室研究与探索，2011，（08）：285-288.5李江昊，常丹华，张宝荣，黄震，郭璇，刘雪强.“卓越工程师计划”试点班课堂教学改革与实践以数字电子技术基础为例J.教学研究，2012，（01）：46-49，64.6郑洁.“数字电子技术”课程实施研究性教学的探索J.电气电子教学学报，2007，（06）：94-96.基金项目：内蒙古农业大学教育教学改革研究项目资助（JG-2012）作者简介：宣传忠（1977-），男，讲师，内蒙古农业大学机电工程学院，硕士，研究方向：农业工程测试与控制。
