数字电子技术立体实验模式初探

赵立辉

摘 要：本文首先指出了当前数字电子技术实验课程单一实验模式存在的问题，阐述了这种单一的实验模式存在的弊端。进而提出了改进模式，即数字电子技术立体实验模式。这种三位一体的立体实验模式彻底解决了当前数字电子技术实验单一模式中存在的问题，能够充分发挥学生的主观能动性，切实提高学生的动手能力，使学生能更好、更快地掌握数字电子技术的理论并付诸实践，为今后学习其它课程打下坚实的基础。

关键词：数字电子技术；立体实验模式

1 问题的提出

当前，在几乎所有的高校电气、自动化和计算机类专业中都开设了《数字电子技术》课程，它是电气、自动化和计算机类专业的基础课程。这门课程的实践性较强，学生不仅要学习相关的理论知识，而且还要通过大量的实验才能掌握其精髓。

目前，这门课程的实验大多数是采用硬布线的方式。即在数字电子技术实验箱上利用小规模集成电路搭设起一个电路，开关量、脉冲信号等作为输入，发光二极管、七段数码管等作为输出观察结果。这是一种传统的数字电子技术实验模式，比较单一。存在的问题是：

1） 学生在做比较复杂的实验时连线过多，如果有一根线连接错误或少接一根线就会造成实验不能成功。

2） 学生检查实验连线非常繁琐。

3） 如果一个小规模集成电路中的个别门电路损坏，学生无法检查，导致实验不能按时做完。

4） 学生一般是在大二上学期开设本门课程，在之前无相关的实验经验，造成实验时间经常推迟。

5） 每年需要补充购买元器件、导线、芯片等实验耗材。

6） 这种实验模式只能完成小型电路的设计，它不能满足课程设计、毕业设计或大规模电路设计的需要。

总之，这种实验模式的缺点是：效率低、效果差、花费时间长、实验耗材多。

那么怎样解决这些问题呢？

针对当前数字电子技术实验课程单一实验模式存在的问题和弊端。我们提出了改进模式，即数字电子技术立体实验模式。这种三位一体的立体实验模式彻底解决了当前数字电子技术实验单一模式中存在的问题，能够充分发挥学生的主观能动性，切实提高学生的动手能力，使学生能更好、更快地掌握数字电子技术的理论并付诸实践，为今后学习其它课程打下坚实的基础。

2 数字电子技术立体实验模式

2.1 什么是数字电子技术立体实验模式

所谓的数字电子技术立体实验模式是指在保留传统单一实验模式的基础之上，加上Proteus制图与仿真和基于VHDL/Verilog 硬件描述语言的EDA（电子设计自动化）技术构成的三位一体的数字电子技术实验模式。

2.2 数字电子技术立体实验模式的优点

1） 引入Proteus制图与仿真实验模式的理由

Proteus软件提供了完备的模拟电路、数字电路、小规模集成电路、51单片机乃至ARM元件库，实现了从绘制电路图到仿真的全过程。学生只需在自己的电脑上安装Proteus软件，不用进实验室即可完成电路的设计、制图和仿真，在时间和地点上无任何限制，为学生实验提供了极大的便利；学生无須购买任何元器件，实验成本为零；电路可任意修改、完善与扩充，消除了硬布线模式连线不易修改、不易查找等弊病。这种实验模式最适合用在实验的第一阶段，即教师布置实验任务，学生在自己的电脑上用Proteus软件设计、绘图和仿真。这样做的好处是学生进入实验室之前就已经对要做的实验有了一个充分的了解，再用其它模式做实验就会收到事半功倍的效果。

2） 引入基于VHDL/Verilog 硬件描述语言的EDA（电子设计自动化）实验模式的理由

EDA（电子设计自动化）实验模式也是针对硬布线模式的弊病而提出的。它使用VHDL或Verilog作为 硬件描述语言，用软件的方式来描述硬件电路，然后把电路下载到可编程逻辑器件进行仿真和模拟。这种方式介于Proteus实验模式和硬布线模式之间，具有这两种方式的优点，前期部分类似于Proteus实验模式，后期部分类似于硬布线模式。

3） 保留传统单一实验模式的理由

不管是Proteus实验模式还是EDA实验模式，都和实际电路有一定的误差，所以有充分的理由保留传统的硬布线实验模式。

4） 数字电子技术立体实验模式的优点

数字电子技术立体实验模式就是将Proteus实验模式、EDA实验模式和传统的硬布线实验模式有机地结合在一起，为学生提供了多种实验模式选择。一般地说，Proteus实验模式适合学生在业余时间、课外进行（第一阶段）；传统的硬布线实验模式适合学生在实验室进行（第二阶段）；EDA实验模式适合学生设计大规模电路时使用，比如毕业设计或课程设计（第三阶段）。

3 数字电子技术立体实验模式在教学中的可行性分析

现在的大学生一般都有电脑，学校一般都配备有微机实验室，所以Proteus实验模式的条件能够满足；在学校的硬件技术实验室一般都配备了数字电子实验实验设备，EDA实验模式和传统的硬布线实验模式可以在实验室进行。因此数字电子技术立体实验模式在教学中是可行的。

4 数字电子技术立体实验模式在教学中的实践性报告

我们从2013年起开始进行数字电子技术立体实验模式改革和探索，经过两年的实践，收到了很好的效果。学生经过立体实验模式的训练，很好地掌握了理论知识，动手能力和前面几届相比有了显著的提高。

5 数字电子技术立体实验模式在教学中发现的问题

1） 大多数学生能够在课外业余时间利用Proteus完成电路的设计、绘制和仿真，为下一阶段到实验室进行硬布线或EDA做好了准备。但是有少数同学并没有完成这一阶段的任务，这样在实验室要花很长的时间才能完成实验。

2） EDA实验模式需要学生掌握VHDL或Verilog 硬件描述语言的语法，因为数字电子技术理论学时的限制，不可能单独讲授VHDL或Verilog，学生如果有C语言的基础，可以自学。所以应该提前让学生用业余时间自学VHDL或Verilog，在理论课结束后的课程设计时使用EDA实验模式比较合适。

3） 购买数字电子实验设备时要求能够同时满足实现硬布线和EDA实验模式。

6 结语

数字电子技术立体实验模式结合了三种实验模式的优点，克服了单一实验模式的弊端。在实践中得到了很好的效果，值得在高校数字电子技术实验方面推广。

参考文献

[1] 张靖武 周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真.电子工业出版社 [M].北京：2007.

[2] 徐惠民 安德宁. 数字逻辑设计与VHDL描述.机械工业出版社 [M].北京：2002.