1、技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用探討    摘要以數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)實踐為例，就如何巧妙利用電子設(shè)計自動化技術(shù)與多媒體技術(shù)，提高課堂教學(xué)效果，介紹了一些教學(xué)實例與體會。 關(guān)鍵詞電子設(shè)計自動化多媒體技術(shù)教學(xué)效果 The Study on the EDA Technique Used for Digital Electronics Technique Teaching Wang Cai-junYang Rui Huang Zhi-jin (Department of Physics, Yunan University, Kunming 650091) A

2、bstractTaking the teaching practice of Digital Electronics Technique as an example, some teaching cases and skills using electronics design automation technique and multi-media technique are introduced to improve classroomteaching effect. Key words Electronics design automation Multi-media technique

3、 Teaching effect 數(shù)字電子技術(shù)課程是云南大學(xué)物理科學(xué)技術(shù)學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)選修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，旨在使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)電路的基本概念和原理，以及基本的分析和設(shè)計方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。為了使學(xué)生鞏固及加深對基本理論知識的理解，該門課程通常都有配套的實驗課程。就我們學(xué)院來說，數(shù)字電子技術(shù)課程及配套實驗課程對于有些專業(yè)是必修課，而如物理學(xué)、數(shù)理基地班等理科非電類專業(yè)則是專業(yè)選修課，即選修了理論課的學(xué)生，可能不選實驗課，而這部分學(xué)生的電路基礎(chǔ)一般較薄弱。因此利用電子設(shè)計自動化(簡稱EDA)技術(shù)，發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢，通過課堂教學(xué)增加學(xué)生感性認(rèn)識顯得尤為重要。以

4、下是筆者多年教學(xué)實踐積累的一些有關(guān)計算機(jī)輔助教學(xué)的心得體會。 一、選用合適的電子設(shè)計仿真軟件，提高課堂演示效果 過去的電路實驗采用的是單一的傳統(tǒng)物理實驗方法，即用真實儀器、元件構(gòu)建的實驗系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)已日益普及，各種電路仿真軟件如orCAD、PSPICE、PROTEL、EWB等各具特色，因此計算機(jī)仿真技術(shù)不僅在實驗教學(xué)中起著重要的作用，而且也使實驗室搬進(jìn)課堂，在課堂上進(jìn)行電路工作仿真演示成為可能。 由于課堂仿真演示受課時限制，必須選擇操作簡便、演示結(jié)果直觀明了的仿真軟件，這是提高教學(xué)演示效果的關(guān)鍵。筆者對于上述幾種市面流行的仿真軟件進(jìn)行了

5、比對，只有EWB(虛擬電子工作臺)的窗口界面、測試儀器、實驗手段與傳統(tǒng)實驗環(huán)境非常相似，有實驗基礎(chǔ)的學(xué)生都是比較熟悉的。而在EWB的幾種版本中，Multisim 2001(6.0版本)的操作更為方便，是數(shù)字電路計算機(jī)輔助教學(xué)的理想演示工具。 Multisim 2001軟件的主窗口如圖1所示。從圖中可以看出，Multisim模擬了一個實際的電子實驗臺。在主窗口中有實驗所需的各種命令，有存放元器件的元件箱和存放測試儀器的儀器庫，在繪圖區(qū)搭建好實驗系統(tǒng)后，即可進(jìn)行電路的分析測試。為了加強(qiáng)實驗效果，課堂上調(diào)出基本電路后，關(guān)鍵元件、重要參數(shù)和實驗儀器當(dāng)場調(diào)入、設(shè)置。演示時，打開電源開關(guān)，電路仿真工作。通

6、過測試儀器觀看測試結(jié)果或波形。 二、用Multism仿真軟件演示電路工作原理 對數(shù)字電子技術(shù)課程而言，脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路是教學(xué)重點之一，尤其是對于先期沒有學(xué)過電類課程的數(shù)理基地班學(xué)生而言，更是教學(xué)難點之一，很有必要通過仿真軟件演示電路的工作原理以增加學(xué)生的感性認(rèn)識。下面舉出的例子是筆者為增強(qiáng)課堂演示效果積累的一些教學(xué)實例。 (一)脈沖波形產(chǎn)生原理演示 以圖2用CMOS門電路構(gòu)成的非對稱式多諧振蕩器電路為例。對于真實實驗，電路的起振是由于某種原因(如電源波動或外界干擾等)使vi1有微小跳變引起正反饋而形成的。而仿真實驗沒有這種環(huán)境。為了起振，有以下幾種做法： 1.目前已公開的通常的做法是預(yù)

7、置電路為振蕩狀態(tài)。即雙擊電容C，初始條件(Initial condition)設(shè)置為與所用門電路相配的高電平值，再選擇SimulateDefault Instrument Settings 命令，在打開的對話框中，初始條件(Initial conditions)選用戶自定義(User-defined)，電路即可起振。這種工作方式?jīng)]有反映起振原因，與實際工作不符，所以筆者不建議用。 2.為了反映起振是由于電路受電源波動或干擾、噪音等的影響引起的，可以在輸入端通過開關(guān)作用加入一個尖峰脈沖，如圖3所示。打開電源開關(guān)后觀察，沒有加入尖峰脈沖時，電路處于靜態(tài)停振狀態(tài)，電路各點電位均為電源電壓VDD的(1

8、/2)，如2V。加入尖峰脈沖(在此為負(fù)脈沖，幅值即為2V。也可正脈沖起振)，電路起振。這種工作方式反映了起振原因，但尖峰脈沖與實際的微小窄脈沖不符，演示效果不理想。 3.為了產(chǎn)生微小窄脈沖，可在輸入端通過函數(shù)發(fā)生器串入窄脈沖，如圖4所示。窄脈沖參數(shù)設(shè)置若按圖4設(shè)置，其中頻率可選擇為與振蕩頻率接近，即可得到一個脈寬僅為信號周期的1，幅值僅為1uV的微小窄脈沖。這種起振方式與實際情況最接近，因此演示效果較理想，有助學(xué)生對電路工作原理的理解。多年的實驗教學(xué)實踐表明，上述幾種起振方式中學(xué)生最愿意接受第3種，且影響深刻。 (二)波形變換原理演示 以集成施密特觸發(fā)器40106為例。選擇真實仿真，工作電源V

9、DD為10V。 1.電壓傳輸特性曲線演示 測試電路如圖5所示。設(shè)置輸入波形的幅值變化范圍在0VDD間，利用示波器的X-Y圖形功能即可演示電壓傳輸特性曲線。注意，在此必須選擇合適的分析步長(可選擇Simulate Default Instrument SettingsMaximum time step 欄中數(shù)值)，步長值加大，表明一個周期內(nèi)對信號的采樣點間隔加大，采樣點減少，采樣頻率降低，盡管運算速度加快，但運算精度降低，嚴(yán)重時轉(zhuǎn)折區(qū)曲線不重合出現(xiàn)寬帶的情況。根據(jù)采樣定理，只有當(dāng)采樣頻率超過信號波形中最高有效頻率的兩倍以上時才不會丟失數(shù)據(jù)。再者，運算速度加快也減弱了演示效果。所以應(yīng)選擇合適的分析

10、步長，即達(dá)到滿意的演示效果，又占用較少的時間。實際調(diào)試表明，對電壓傳輸特性曲線的演示，此要求更高。只有當(dāng)采樣頻率超過信號頻率的100倍以上時，才能獲得正確結(jié)果。對于10KHz輸入信號而言，步長值必須小于106S。  2.波形變換原理演示 利用示波器的y-t波形功能即可演示輸入正弦波轉(zhuǎn)換為輸出脈沖波。對于波形的演示，對采樣頻率的要求可低些。只要采樣頻率超過信號頻率的10倍以上時，在此步長值小于105S時，波形不畸變。 三、開發(fā)多媒體課件，提高課堂教學(xué)效果 為了提高課堂教學(xué)效果，采用多媒體課件教學(xué)是非常必要的。筆者認(rèn)為，教學(xué)課件其內(nèi)容的設(shè)計合理是內(nèi)涵、靈魂，而課件制作手法則可以增強(qiáng)教學(xué)效果。對于理工科教學(xué)，課件畫面提供給學(xué)生的信息應(yīng)該按照最有利于講授的順序?qū)哟纬霈F(xiàn)，能做到與黑板教學(xué)的層次接近是最易被學(xué)生接受的。在色彩選擇上，筆者認(rèn)為選用淺蘭或湖蘭色等作背景色對人眼傷害較小。為了增強(qiáng)教學(xué)效果，還可插入flash動畫演示或flash動畫圖片及以適當(dāng)?shù)碾娮勇曇舻?，如三極管工作波形演示、RC充放電回路中電流方向用動畫箭頭演示等，都能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助學(xué)生的理解。 以上是筆者對電子設(shè)計自動化技術(shù)與多媒體技術(shù)在理科教學(xué)中