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數字電路范文1
關鍵詞:計數器 數字 電路 應用
中圖分類號:TN79 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)11-0061-01
數字電路中,對脈沖進行計數是極其重要的操作,而這一操作的實現主要通過計數器實現。為此,加強計數器在數字電路中應用探討具有較強的現實意義。
1 在時序脈沖方面的應用
時鐘電路是數字電路的核心部分,能夠為數字電路的正常運行提供保障。時鐘電路中計數器是極其重要的組成部件,由于不同計數器之間存在差異,因此具體應用時需根據數字電路的實際情況,選擇合適類型的計數器。例如,74LS193十進制可逆同步計數器在輸出Q0、Q1、Q2時,通常按照000-111中間順序進行循環變化,因此,可按照CT74LS138譯碼器3位二進制方式輸入相關代碼,而且可實現與A0、A1、A2順序對應連接。當輸入計數脈沖時,時鐘電路中的Y0-Y7編譯器會輸出低電平的脈沖。時序脈沖發生器電路結構如圖1所示。
計數脈沖經由非門后反向成為選通脈沖,并和74LS138計數器的使能端進行連接,進而控制譯碼器防止其出現競爭冒險情況。當計數脈沖CP上升時計數器開始計數,此時由非門輸出的計數脈沖,能夠讓使能端處在低電平0的狀態下,封鎖譯碼器工作停止,此時Y0-Y7能夠輸出較高電平。當計數脈沖下降時高電平1為選通脈沖,此時使能端也在1的狀態下譯碼器進入工作狀態,并將低電平輸出。經過上述分析得出:時序脈沖電路中能夠錯開計數器中觸發器的翻轉和譯碼器的工作時間,以此避免競爭冒險情況。
2 在數字系統定時方面的應用
2.1 數字系統
數字系統和傳統模擬系統相比優點較為突出,例如,其定時方面的要求并不那么嚴格,而且切換器自身就具備自動定時功能,一定程度上能夠彌補定時出現的誤差。其能定時范圍在30s~150s內,不過具體數值由設備的性能決定。另外,考慮到部分數字視頻處理設備可能出現時延現象,因此數字系統場定時過程中應多加注意。數字電路中的定時由音頻定時、行定時、場定時,信號定時之分,其中數字信號定時相對較為簡單,使用數字波形監視器就能將信號檢測出來,例如WF601和WFM700等,將監視器A、B通道和兩路數字信號連接起來,而監視器的外基準由同步信號充當,完成信號終結操作;數字視頻信號中由于為無場脈沖,因此取值時可依據F/V/H等順序進行,最終實現對視頻的定位;進行場定時時需要定義基準點,通常選取視頻第一行為基準。另外,場定時運用的波形監視器可根據實際情況進行選行和兩行掃描模式;測量行定時時可將通道A和波形監視器進行切換,并將掃描方式設置為一行掃描;音頻定時其中的音頻發生模塊能實現默認和字時鐘輸出,不過還應注重視頻設備和音頻之間能夠實現同步。
2.2 計數器定時方面的應用
數字系統中計數器還可用于定時,例如設置為30s遞減計時,使用計數器不但順利完成計時,而且當遞減至0時可在數碼顯示器中以00方式顯示出來,同時發出報警提示信號,進而通過外部設置的開關,實現計數器的暫停、連續、復位等操作。計數電路設計時可采用兩片十進制的74LS192型號的集成電路,它不但具備異步清零和異步置數功能,而且能夠實現進位和錯位的輸出。由該類型電路構成的計數器可進行三十進制遞減預置,并由十進制連接成三進制,個位與十進制連接。另外,該電路的置數端經由開關實現和高低電平的連接。如和高電平相連時可進行其他置數。該電路中的計數器只有在低位端有錯位脈沖出現時,其高位計數器才開始進行遞減計數。
數字電路定時系統中,由一片74LS192型號的電路構成1s減計數電路。該類型減計數電路中低位和高位加計數脈沖發出引腳為1的信號,其中脈沖主要通過555組成的多諧振蕩發出。多諧振蕩為振蕩器的重要組成部分,而振蕩器則是數字定時系統的核心部件。因此振蕩器工作性能穩定與否,往往給定時系統的準確性產生重要影響。振蕩器屬于無穩態的電路,即當其與電源連接時,即便不添加出發信號,就能自動變換數字電路狀態,同時將矩形波輸出。另外,電路中的暫穩態包括放電和充電兩個過程。如將型號為74LS192的個位引腳添加到計數脈沖之中,當減計數達到0時錯位脈沖便出現在使能端,引發10位計數器實施減計數,計數器的高位和低位全為0時,其高位錯位輸出端仍能發揮作用進行報警。
3 結語
計數器在數字電路中發揮著極其重要的作用,由于其具備定時功能,在其他方面的應用非常廣泛。為進一步擴展計數器的應用范圍,應對計數器中的元件關系和工作原理進行深入的探討,進而為充分發揮數字電路的潛能,使其更好的為人們的生產生活服務。
參考文獻
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數字電路范文2
在高速數字電路設計技術的研究中,最為主要的研究點在于:
(1)高速數字電路信號的完整性;
(2)高速數字電路電源的設計兩個方面。在本節中,筆者將進行系統的闡述,強化對高速數字電路設計的認識與研究。具體而言,主要在于以下幾點內容:
1.1高速數字電路信號的完整性設計
在高速數字電路信號的完整性設計中,最主要的研究要點在于兩個方面:一是不同電路信號網傳輸信號的干擾情況;二是不同信號在電路信號網中的相互干擾情況。也就是說,在電路信號的完整性中,信號干擾是最為關鍵的因素,無論是對于干擾問題,還是對于反射問題,都是高速數字電路信號完整性設計的研究要點。在理想狀態之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在電路設計的過程中,要特別注意阻抗的控制,阻抗過小(過大)都會對線路中的電流及電壓造成影響,進而形成信號干擾問題。當然,在高速數字電路的設計中,是很難以讓臨界阻抗與電路新城相互匹配的狀態,這就強調,高速數字電路信號系統,應最可能的處于較為合適的狀態,以最大程度上提高高速數字電路的信號質量。
1.2高速數字電路電源的設計
高速數字電路電源設計,是設計技術研究的重點內容之一。對于高速數字電路而言,需要大量的低電壓元器件的應用,以更好地確保設計的需求。但是,低壓元器件的應用,帶來了一個問題,即電源穩定性受到一定的影響,造成電源設計問題的出現。因此,在實際的設計過程中,需要對高速數字電路電源設計作充分的考慮。在電源設計中“,電源完整性”是主要的關鍵因素,是指電源波形的質量。這一因素的影響主要表現為:
(1)瞬間電流產生過大,即在高速開關狀態下,線路器件極易產生過大的瞬間電流;
(2)信號回路阻抗變大,即在電路之中,過多的電感以至于回路阻抗變大,進而產生一定影響。因此,在高速數字電路電源的設計中,最為理想的狀態的設計就是在高速數字電路電源系統中,并不存在所謂的“阻抗”。這樣一來,不僅不存在阻抗所帶來的損耗,而且確保了系統中各電位的恒定,當然,在實際之中,理想狀態的設計是不存在,電源系統所形成的干擾噪聲,對高速數字電路系統的運行造成較大影響。于是乎,電路設計應對電源的電阻及電感做充分的設計考慮,提高高速數字電路設計的有效性。
2結語
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目前,高速數字電路的應用越來越廣泛,所以高速數字電路在前期設計和生產時,對于高速數字電路中的信號傳輸性問題應該給予重視,因為高速數字電路信號傳輸性是否完整會對相關的電子設備和元器件正產工作產生重要的影響。本文在查閱大量相關資料的前提下,首先論述了高速數字電路的基本概況,其次探討了影響高速數字電路信號傳輸性的原因,并且提出相應的解決措施。
【關鍵詞】高速數字電路 傳輸性 解決措施
通常情況下,絕大多數人以為電路運行時的效率高于50MHz時,線路就能夠被稱作高速電路。但是,真正的定義是依據信號沿變化的真實速度,因為信號沿變化的速度與高頻傳輸效應的產生有一定的關系,速度越快,發生的概率就會越高。當線路在實際建設中時,影響高速數字電路信號傳輸性的因素有很多,例如信號的反射現象、地彈以及線路之間的串擾都會對其產生影響。
1 高速數字電路的概況
高速數字電路在前期設計時不僅要準確的考慮邏輯上的準確性,其他的因素也要考慮在內,比如電路中的電器容量、電磁感應以及電阻等,相對于低速電路,高速電路在前期設計時不僅要注重提高導線的感抗和導線間的感性耦合,對于容抗和容性耦合也要重視。每一根導線都有自身體積方面的特征,隨之也會有相對應的電感電容,所以會給完整的電路帶來相應的感抗與容抗(X1)。針對兩者數值之間的計算公式一般有如下兩個:
Xc=1/(2πFkneeC)=Tr/(πC) (1)
X1=Lπ/Tr (2)
公式中的 表示電路導線的臨界頻率,電容就是公式中的字母C,公式中L表示為電感,通過上述的公式可知,Fknee代表的數值較大時,或者說當信號的變化速度快時,感抗和容抗的數值是不易忽略。
當有兩個導體時,前提條件是兩個導體不能進行連接,在其中一個導體上施加一定電壓時,在這個導體的周圍會形成一個電場,而且形成的電場會對導體上電荷的流動產生一些反應,因此會出現容性耦合的現象。當導體內存在流動的電荷時,在導體周圍便會產生一定的磁場,與此同時,產生的磁場也會對流動的電荷發生一定的反應,從而出現感性耦合現象,雖然感性耦合和容性耦合一般會不作考慮,可是在導體中電流變化比較快的情況下,就要考慮對信號傳輸產生的影響。通過以上論述的特點,高速電路在設計的時候應該考慮信號反射和信號之間的串擾給電路信號傳輸性帶來的不良影響。
2 影響高速數字電路傳輸性的問題與措施
2.1 信號反射問題與解決措施
通常情況下,當傳輸線內的阻抗沒有連續時,便會出現信號反射的現象。例如圖1,圖1顯示的是電路傳輸圖,圖中的R0表示為信號的驅動源內阻,Z0表示為傳輸線L內的特性阻抗,負載阻抗便是途中顯示的RL。
在現實性況下,一般會用R0=Z0=RL來表示,在這種情況下,傳輸阻抗表現出來的狀態是連續性的,反射的現象不會發生。假如RL>R0,負的一端變回產生過剩的能量,過剩的能量便會反射到源端,一般稱這種現象為欠阻尼,如果啥酥間的關系發生相反時,負載便會消耗更多的能量,當反射給前端后,前端就會繼續輸送更多的能量,一般稱這種情況為過阻尼。這兩種情況的出現都會發生反向傳播形式的波形,進而對信號的傳輸性產生干擾。
但對于電路和電路板來說,他們的非理想特性會產生傳輸性損耗、非無窮大阻抗以及非零輸入阻抗,這些情況的發生會使得信號震蕩的狀態表現為一阻尼震蕩。因此,電路信號反射在現實中出現時,觀察的重點應該放在第一次發射和第二次反射是否正常,觀察后在具體分析發生的原因,然后在對癥下藥。
2.2 地彈問題和解決措施
當數字電路在運行狀態下時,一般只存在高電平電壓和低電平電壓。如果數字邏輯輸出的電壓由高變低時,這個電子器件的接地管腳便會發生放電反應,進一步發展便會產生開關電流。當數字電路的傳輸速度越快,所要求的開關時間便會越短,當絕大多數的開關電路一起由高電壓轉變到低電壓時,這些開關電路便會造成邏輯地電壓出現波動,一般稱這種現象為地彈。地彈對電路傳輸的影響主要表現在雙時鐘反應,這種反應會對寄存的輸入的數據產生錯誤,進而造成邏輯上的錯誤判斷。通常情況下要從地彈造成的影響來分析,一般會降低負載器件的數量,或者使用驅動隔離器或者串接10Ω到30Ω電阻的方式來降低地彈所帶來的干擾。
2.3 串擾問題及解決措施
串擾自身就是比較復雜的電路現象,造成這種現象的原因有很多,當兩個導體電路內的電路方向不一樣時,串擾會比電流方向一樣時大很多,而且會增加干擾信號的頻率,帶來的串擾輻值也會因此而提升。解決措施要從三方面入手,
(1)將兩線的距離盡可能的加大。
(2)將底層和信號線之間的垂直距離盡可能的縮短。
(3)將兩線的平行長度能可能的縮小。
要注意的是,最好的辦法就是增加兩線之間的距離。其他方法的效果一般不太明顯。
3 結語
綜上所述,影響高速數字電路信號傳輸性因素較多,要想保證信號傳輸的完整性就要從電路設施在設計和建設過程中的每個細節進行分析,例如電源地的穩定、材料的導電性、信號層的次序以及連線的長度等。所以,在電路建設過程中,相關的工作人員要認真仔細的建設電路設施,讓人們能夠享受到高效和穩定的電網和電壓,為人們的生活保駕護航。
參考文獻
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【關鍵詞】數字電路 抗干擾 差模 共模
1 數字電路抗干擾研究的意義
隨高速電腦的發展,CPU時脈不斷的提升,PCB所能夠承受的時脈性能也相對地需要跟著增加。為了提高傳輸的效能,則必須降低電磁干擾的現象。如何設計較低電磁干擾的傳輸線,是目前高速數字時代非常重視的問題。要解決傳輸線的電磁干擾問題,首先需要從平行線去探討,因為兩條垂直的傳輸線的電磁干擾非常小,而兩條很靠近的平行線之間存在的電容效應及電感效應會產生串音(cross talk)的干擾現象。在差模的傳輸中,電磁幅射的現象較共模傳輸小,也即信號的能量損失較小,于是能夠保有較好的信號完整度且對于其它傳輸線的干擾比較小,因此對于整體的傳輸效能較佳。由于差模傳輸線能夠有效地解決串音現象,所以在數字電路的傳輸線中,已經漸漸地采用差模的傳輸方式。然而在高速數字電路中,效能是比較受到重視的,因此雖然使用差模傳輸需要付出額外的成本,但是這種額外的付出在效能提升的考量之下,是普遍可以接受的。
2 數字電路的干擾機理分析
一是共模與差模傳輸線干擾現象的機理分析。共模與差模傳輸線的干擾需要有一個基本的了解,就是兩條平行傳輸線之間的電感效應所造成的干擾現象遠大于電容效應所造成的干擾現象。當傳輸線越長時,電感效應所造成的干擾現象會更加地明顯,因為電感效應所造成的干擾現象與傳輸線的長度成正比。電容效應所造成干擾現象的大小則與傳輸線的長度無關當傳輸線越長時,這種差異會更大,所以差模傳輸線適用于高速與長度較長的場合。
二是不同步的差模傳輸線干擾現象的機理分析。差模傳輸在同步時有很好的抗干擾表現,但是當兩條線的信號不完全同步時,就會產生如前所述之共模干擾現象。共模的干擾現象遠大于差模的干擾現象。所以在差模傳輸中盡量避免信號不同步的情況,才能使差模的傳輸達到最佳的狀態。然而實際在應用時,經常會產生信號不同步的情況,因為在布線時,轉角是很難避免的,而轉角就會造成平行線的長度不一致,所造成信號傳輸的不同步,也就造成了干擾現象的增加。
3 數字電路抗干擾設計常用措施分析
(1)抑制干擾源。抑制干擾源就是盡可能減小干擾源的du/dt,di/dt,這是抗干擾設計中最優先考慮和最重要的原則,主要通過在干擾源兩端并聯電容來實現。減小干擾源的di/dt,則是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現。抑制干擾源的常用措施為;第一,繼電器線圈增加續流二極管,消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。只加續流二極管會使繼電器的斷開時間滯后,增加穩壓二極管后繼電器在單位時間內可動作更多的次數;第二,在繼電器接點兩端并接火花抑制電路,減小電火花影響;第三,給電機加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短;第四,電路板上每個IC要并接一個0.01uF~0.1uF高頻電容,以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應靠近電源端并盡量粗短,否則,等于增大了電容的等效串聯電阻,會影響濾波效果;第五,布線時避免90度折線,減少高頻噪聲發射;第六,可控硅兩端并接RC抑制電路,減小可控硅產生的噪聲。
(2)切斷干擾傳播路徑。干擾的傳播路徑基本分為傳導干擾和輻射干擾兩類。傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同,可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播,有時也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大,要特別注意處理。輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般是增加干擾源與敏感器件的距離,用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。
(3)提高敏感器件的抗干擾性能。其常用措施為:第一,布線時,盡量減少回路環的面積,以降低感應噪聲;第二,布線時,電源線和地線要盡量粗。除了減小壓降外,更重要的是降低耦合噪聲;第三,對于單片機閑置的I/O口,不要懸空,要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統邏輯的情況下接地或接電源;第四,對單片機使用電源監控及看門狗電路,如IMP809,IMP706等,可大幅度提高整個電路的抗干擾性能;第五,在速度能滿足要求的前提下,盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路;第六,器件盡量直接焊在電路板上,少用IC插座。
4 數字電路抗干擾設計經驗
(1)軟件方面。第一,將不用的代碼空間全清成“0”,等效于 NOP,或在跳轉指令前加幾個NOP,目的是可在程序跑飛時歸位;第二,在無硬件“看門狗”時,可采用軟件模擬“看門狗”,以監測程序的運行;第三,涉及處理外部器件參數調整或設置時,為防止外部器件因受干擾而出錯,可定時將參數重新發送一遍,使外部器件盡快恢復正確;第四,通訊中的抗干擾可加數據校驗位,采用3取2或5取3策略;第五在有通訊線時,將Data線、CLK線、INH線常態置以高位,其抗干擾效果要比置低位好。
(2)軟件方面。第一,地線、電源線的布線要盡可能的寬,且成網格狀;第二,線路要去偶;第三,數字地、模擬地要分開;第四,每個數字元件在地與電源之間都要加104電容;第五,為防I/O口的串擾,可將I/O口隔離,可用二極管隔離、門電路隔離、光偶隔離及電磁隔離等方法。
5 結語
數字電路信號在傳輸時需要考慮其完整性。從本文的探討中得知,為了維持信號的完整度,在差模傳輸線中,越是高速的信號,其所容許的平行線長度差越小。因此對于高速數字電路差模傳輸線而言,應該盡可能保持兩條線的長度一致,以避免信號的完整度受到破壞。然而在布線中難免會因為轉角而造成平行線的長度不一致,如果其長度差仍在容許范圍內,則信號仍可保有完整性。如果其長度差已經造成了信號的不完整,則需尋求改善長度差的方法,以維持信號的完整性。
參考文獻:
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關鍵詞 數字電路;故障檢測;原因
中圖分類號:TP277 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)09-0094-02
伴隨著經濟技術的迅猛發展,采用數字電路技術的產品遍布在大家生活的各個角落。正因為如此,電力工程方面的技術員在研發設計、調試安裝、后期維護數字電路時可能會遇到一些問題。于是精通檢測診斷數字電路故障的方法是保證數字電路能夠有效研發生產的重中之重。
1 產生數字電路故障的原因
1.1 電路元器件的老化
電路元器件在使用時由于相互摩擦就會對其造成一定的損壞。電路元器件多數是金屬質地的,如果長時間使用的話,電路元器件就會老化并且其參數性能也會變得很差。甚至一些電路元器件在極冷或極熱的情況下就會導致其參數值的改變。
1.2 電路元器件接觸不良
電路元器件接觸不良是致使數字電路出現故障的最普遍的因素。在平時由于使用不當或沒有妥善保管好,電器外殼遭到破壞,就可能發生電路元器件在潮濕的空氣里或不小心把水濺進電器里這樣的事情,于是就氧化了電器元件內部的焊點,電路板就極可能出現故障。
1.3 設備工作環境
設備能否順利工作是要具備一定條件的,由于空間資源的限制不是全部的設備都能在完全沒有干擾沒有影響的的環境中工作,所以當工作環境如溫濕度、電子磁場改變等不符合電路設備的需求的時候,數字電路便會出現故障,要想設備正常工作就很難了。
1.4 電路元件使用期限
不止是食品,電路元器件也有使用期限。在規定的使用期限內它的參數性能才最優。假如超出了使用的期限,電路元器件就會老化、參數性能降低,設備發生故障的機率就會變大。
2 數字電路故障的特點
2.1 數字電路特點
數字信號不管是在時間上還是在數值上都離散,數字電路是用來處理變換調制和解調這些信號的電路。其工作原理是利用“0”、“1”兩個高低電平來表示離散的信號,看起來很繁瑣,實際上基本電路非常簡單。除三態門以外,輸出狀態不是高電平就是低電平。
數字電路根據邏輯功能可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路兩種。按照功能說,時序邏輯電路具有記憶和表達功能,這一功能是由有著存儲功能的觸發器構成的電路來實現的。然而存儲電路的輸出狀態必須在輸出端上表現出來,并且要與輸出端邏輯運算后來決定時序電路的輸出電平。而組合邏輯電路是由多種電路構成的,那一時刻輸入的電平來決定組合邏輯電路的輸出電平,且它和之前電路的輸出電平并無直接聯系。
圖示邏輯電路門級描述
2.2 故障特點分析
進行數字電路檢測和診斷時,一定要根據時序邏輯電路和組合邏輯電路各自的順序,仔細地觀察數字電路的電平,判斷是不是正常。然后逐個檢測以發現產生故障的位置。除此之外,數字電路也是有一些物理缺陷的,組成集成電路的門和記憶元器件都封存在一個芯片里,所以對電路輸入輸出波形沒有辦法直接觀察以致于檢測它們的電平高低時困難重重,要想及時地查找到數字電路出現故障的位置,就要研究出方便且可行的檢測電路故障的措施。
3 數字電路故障檢測方法
3.1 直接觀察檢測法
有一些工作經驗的電路維修者經直接觀察來推理出現電路故障的大概位置。經過問詢在發生電路故障時的現象來判斷一下發生電路故障的可能原因,這樣做既省時又省力。比如,電燈突然很亮然后又滅掉了,我們應考慮可能是短路造成的,然后查找出現故障的位置,最后解決問題。
3.2 比較檢測診斷法
進行數字電路故障檢測時,比較法是所有檢測方法中較為常用的方法。一般情況下都需要盡快地檢測出數字電路出現故障的問題,以便及時地解決,這時首先測試電路的關鍵點,記錄下測試的參數值,再找沒有損壞的,能正常工作的器件,對相應的關鍵點的參數值進行測試,比較兩組參數值,數字電路發生故障的位置就在參數值不同的地方。然而大部分電路的故障發生的位置都在很細微的地方。由于在數字電路元器件生產時,廠商會特別注意電路板薄弱的關鍵點上,來保證器件的質量,于是電路故障發生的位置常常不在電路板的這些關鍵點上。于是比較檢查法還有一定的缺陷。
3.3 替代檢測法
電路復雜時,一般方法檢測不出故障時,這時用替代檢測法來檢測電路故障位置。替代檢測法就是用同樣的電路元器件來替換數字電路里的電子元器件,不過代替電路元器件的元器件參數性能要好一些,不然的話仍然沒有辦法檢測出電路故障出現的位置。當質量好一點的電路元器件替換好后,連接上電源,觀察電路板是不是能正常地工作。假如能正常工作就表明原電路元器件出現了故障,反之,就表明原電路元器件沒有故障。不管怎么說,替代檢測法在一定程度上也是費力和麻煩的。
4 結束語
現如今科學技術快速發展,數字電路也顯得尤其重要。只有探究出數字電路檢測診斷的好方法,才能更好地把數字電路運用到現實生活里。要及時預防并解決可能出現的電路故障,防止給大家的生活帶來極大的不便。于是在此基礎上,我們要不斷地尋找出數字電路檢測診斷的方法和措施,及實地解決實際的電路故障,為大家的優質生活服好務盡到責,以滿足社會進步發展的需求。這一切都需要專業人員以及非專業人員的共同努力來完成。
參考文獻
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關鍵詞: 數字電路課程教學 任務驅動教學 應用探索
數字電路是電子、通信、電氣和計算機等專業學生的必修課,具有很強的實踐性。根據數字電路學科特點,在課程教學中合理運用任務驅動教學有利于激發學生的學習興趣,培養分析、解決問題的能力,提高其自主學習能力。
一、任務驅動教學的內涵
任務驅動是以“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”的互動式教學模式,對學習者來說是一種學習方法,主要適用于實作類知識和技能的學習。所謂任務驅動就是教師的學和學生的習都是圍繞任務展開的,著重培養學生自學能力、獨立分析和解決實際問題的能力。這種教學法改變了以往“教師講,學生聽”的被動教學模式,真正實現了學生主動參與、自主協作、探索創新,將以傳授知識為主的傳統教學理念轉變為以解決問題為主的互動式教學理念,在教學過程中突出了學生的主體地位,能夠積極調動學習的積極性和創造性,達到鍛煉實踐動手能力、培養創新精神和創新意識的目的。
二、數字電路課程教學現狀
目前的數字電路課程教學主要以理論知識的課堂講授為主,輔以少量學時的實踐教學環節。這種將理論教學與實踐教學剝離開來的教學模式,直接導致了學生學習、消化了理論知識后,還要二度學習將理論知識應用到數字電路的分析、設計、制作等實作環節中,無形中增加了學習成本,降低了學習效率。
多數院校的實踐教學環節以單純的驗證性實驗為主,比如基本門電路的功能測試、各種集成器件的功能測試、觸發器功能的測試等,更是制約了學生的創造性發揮。值得一提的是,現在許多院校購置了各類集成的實驗箱。這些“先進”的教具使用起來十分方便,學生甚至不用做任何準備工作,只需對照書本接插幾根導線就可以完成電路的搭建。但是學生從這樣的實踐教學中根本無法鍛煉實踐動手能力,更談不上運用理論知識解決實際問題了。
由于數字電路的學科特點,引入任務驅動教學具有較強的可操作性,比較容易做到,效果比較明顯。課程以綜合任務為綱領,以目標任務引導理論教學,可取得很好的效果。
三、任務驅動教學法的應用探索
1.精心設計任務
任務驅動是一種有效的學習方法,確立合適的任務是任務驅動教學法實施效果良好的關鍵。
首先,教師要將數字電路課程總體目標模塊化,并把每一個學習模塊的內容細化為一個個容易掌握的任務,通過這些任務體現總的學習目標。其次,根據數字電路的學科特點,將任務分為理論問題任務、實驗任務及項目任務三種形式,確定每個任務的形式后,教師應根據專業、學生的情況,適時根據課程進度和課程內容,選擇與當前學習主題相關的任務內容和相匹配的任務形式。最后,在設計任務時應因材施教,針對學生的實際水平確定任務的難易度,使其具有一定的容量和梯度,除要求所有學生都要完成的基礎任務外,對學有余力的學生可提出更深層的任務。
2.科學組織實施
(1)營造和諧教學環境。教學是師生互動的一個動態過程,積極主動的教學氛圍和融洽和諧的師生關系有助于和諧教學環境的營造。在教學過程中,教師要努力營造民主和諧的學習氛圍,構建平等的師生關系,使學生對課堂產生安全感和愉悅感,從而調動學習的主動性和積極性,敢于和善于在教師面前提出問題和發表看法,使師生、生生保持某種對話式的、互動式的、學生自主的學習環境,為“任務”的實施提供軟環境。
(2)注重師生角色。從建構主義教學理論來看,任務驅動教學法最本質的特征就是在教師的指導下,學生尋找結果的途徑,關注的重點在于學習的過程而并不是學習的結果。讓學生帶著明確的實際任務學習,學生擁有學習的主動權。教師既可以是任務的參與者,又可以是任務的監控者和指導者。所以,當學生在實施的過程中遇到實際困難時,不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題,而是由教師向學生提供解決該問題的有關線索。教師要幫助學生學會如何通過查閱書籍、計算機網絡、圖書館等途徑收集信息,以及教會學生如何運用某些計算機軟件對數據處理,通過什么途徑尋找相關任務的解決方法,等等。
(3)培養團隊精神。由于數字電路的學科特點,同一任務的提出往往會有多種解決方案。在任務驅動教學過程中,一些目標任務需要多人合作完成。因此,在教學過程中,視情況可建立若干個學習團隊。在學習團隊工作中,成員可以互相交流、彼此爭論、互教互學、資源共享、共同提高。在團隊中,每個人都可以發表自己的觀點與思路,展示搜集的信息資料,提出思考的解決方案。當學生在一起討論時,他們不僅可以獲取更多的信息資料,獲得更多的解決思路,還可以從更多的解決方案中優選,以獲取最佳方案,學到的知識也會更多。當學生在融洽合作、和諧工作時,有利于培養良好的人際技能和團隊精神。