1、技術在數字電子技術課程教學中的應用探討    摘要以數字電子技術課程教學實踐為例，就如何巧妙利用電子設計自動化技術與多媒體技術，提高課堂教學效果，介紹了一些教學實例與體會。 關鍵詞電子設計自動化多媒體技術教學效果 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 數字電子技術課程是云南大學物理科學技術學院的專業基礎課與專業選修課程。通過本課程的學習，旨在使學生掌握數學電路的基本概念和原理，以及基本的分析和設計方法，進而培養學生分析問題和解決問題的能力。為了使學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。就我們學院來說，數字電子技術課程及配套實驗課程對于有些專業是必修課，而如物理學、數理基地班等理科非電類專業則是專業選修課，即選修了理論課的學生，可能不選實驗課，而這部分學生的電路基礎一般較薄弱。因此利用電子設計自動化(簡稱EDA)技術，發揮多媒體教學優勢，通過課堂教學增加學生感性認識顯得尤為重要。以

4、下是筆者多年教學實踐積累的一些有關計算機輔助教學的心得體會。 一、選用合適的電子設計仿真軟件，提高課堂演示效果 過去的電路實驗采用的是單一的傳統物理實驗方法，即用真實儀器、元件構建的實驗系統。隨著電子技術和計算機技術的發展，當今電子設計自動化(EDA)技術已日益普及，各種電路仿真軟件如orCAD、PSPICE、PROTEL、EWB等各具特色，因此計算機仿真技術不僅在實驗教學中起著重要的作用，而且也使實驗室搬進課堂，在課堂上進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、演示結果直觀明了的仿真軟件，這是提高教學演示效果的關鍵。筆者對于上述幾種市面流行的仿真軟件進行了

5、比對，只有EWB(虛擬電子工作臺)的窗口界面、測試儀器、實驗手段與傳統實驗環境非常相似，有實驗基礎的學生都是比較熟悉的。而在EWB的幾種版本中，Multisim 2001(6.0版本)的操作更為方便，是數字電路計算機輔助教學的理想演示工具。 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，在繪圖區搭建好實驗系統后，即可進行電路的分析測試。為了加強實驗效果，課堂上調出基本電路后，關鍵元件、重要參數和實驗儀器當場調入、設置。演示時，打開電源開關，電路仿真工作。通

6、過測試儀器觀看測試結果或波形。 二、用Multism仿真軟件演示電路工作原理 對數字電子技術課程而言，脈沖波形的產生與整形電路是教學重點之一，尤其是對于先期沒有學過電類課程的數理基地班學生而言，更是教學難點之一，很有必要通過仿真軟件演示電路的工作原理以增加學生的感性認識。下面舉出的例子是筆者為增強課堂演示效果積累的一些教學實例。 (一)脈沖波形產生原理演示 以圖2用CMOS門電路構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

7、置電路為振蕩狀態。即雙擊電容C，初始條件(Initial condition)設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。這種工作方式沒有反映起振原因，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作用加入一個尖峰脈沖，如圖3所示。打開電源開關后觀察，沒有加入尖峰脈沖時，電路處于靜態停振狀態，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.為了產生微小窄脈沖，可在輸入端通過函數發生器串入窄脈沖，如圖4所示。窄脈沖參數設置若按圖4設置，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，有助學生對電路工作原理的理解。多年的實驗教學實踐表明，上述幾種起振方式中學生最愿意接受第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 欄中數值)，步長值加大，表明一個周期內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，嚴重時轉折區曲線不重合出現寬帶的情況。根據采樣定理，只有當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據。再者，運算速度加快也減弱了演示效果。所以應選擇合適的分析

10、步長，即達到滿意的演示效果，又占用較少的時間。實際調試表明，對電壓傳輸特性曲線的演示，此要求更高。只有當采樣頻率超過信號頻率的100倍以上時，才能獲得正確結果。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、開發多媒體課件，提高課堂教學效果 為了提高課堂教學效果，采用多媒體課件教學是非常必要的。筆者認為，教學課件其內容的設計合理是內涵、靈魂，而課件制作手法則可以增強教學效果。對于理工科教學，課件畫面提供給學生的信息應該按照最有利于講授的順序層次出現，能做到與黑板教學的層次接近是最易被學生接受的。在色彩選擇上，筆者認為選用淺蘭或湖蘭色等作背景色對人眼傷害較小。為了增強教學效果，還可插入flash動畫演示或flash動畫圖片及以適當的電子聲音等，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，都能提高學生的學習興趣，有助學生的理解。 以上是筆者對電子設計自動化技術與多媒體技術在理科教學中