微型電子電路實(shí)驗裝置的設計

目前，在學(xué)校進(jìn)行《數字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》和《電路》等電子類(lèi)課程的教學(xué)中，為了給學(xué)生增強認識和理解，都要利用一些實(shí)驗設備進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，這些設備主要有數字電路實(shí)驗箱、模擬電路實(shí)驗箱、電工電子實(shí)驗裝置等，這些設備一般可滿(mǎn)足課程的實(shí)驗與實(shí)訓教學(xué)需要，但還存在著(zhù)不足之處，具體體現為：體積過(guò)大、成本過(guò)高，不易攜帶，而且學(xué)生難購買(mǎi)得起，影響學(xué)生課余時(shí)間自主實(shí)驗；實(shí)驗時(shí)找元件花費過(guò)多時(shí)間，效率不高；一部分電路損壞可能影響整臺設備的正常工作；用于實(shí)驗教學(xué)時(shí)，同一實(shí)驗裝置上不用到的設備易被學(xué)生破壞；開(kāi)放性、擴展性與靈活性不夠強。本文設計了一種模塊化積木式微型電子電路實(shí)驗裝置，以解決現有設備存在的不足。同時(shí)，使用該裝置更利于進(jìn)行項目教學(xué)，增強學(xué)生自主學(xué)習能力，提高學(xué)生動(dòng)手操作能力。

圖1 實(shí)驗裝置總體結構示意圖
二、實(shí)驗裝置的設計
如圖1所示為實(shí)驗裝置總體結構示意圖，從圖中可知，該實(shí)驗裝置包括絕緣外殼7、電源模塊1和電子電路實(shí)驗模塊6，其中，電源模塊1為固定部分，電子電路實(shí)驗模塊6為可動(dòng)部分；絕緣外殼7為長(cháng)方體，密封式，有良好的防塵作用。在絕緣外殼7上的一側設置有電源模塊1，它包括電源輸入模塊2、DC5V電壓模塊3、DC±12V電壓模塊4、AC220V電壓模塊5。電源輸入模塊2還包括電源指示燈、電源保護電路、220V輸入接口等。DC5V電壓模塊3還包括5V開(kāi)關(guān)、5V指示燈、DC5V電路、DC5V輸出接口等。DC±12V電壓模塊4還包括12V開(kāi)關(guān)、12V指示燈、DC±12V電路、DC±12V輸出接口等。電源模塊1通過(guò)螺釘固定在絕緣外殼7一側的上面，電源模塊1的內側面為各電源、開(kāi)關(guān)和指示燈等的連線(xiàn)路。電源模塊1和電子電路實(shí)驗模塊6之間留有空隙，以利于散熱。電子電路實(shí)驗模塊6主要為《數字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》和《電路》等電子類(lèi)課程的實(shí)驗模塊。電子電路實(shí)驗模塊6設置成可拆卸替換的可動(dòng)部分，是開(kāi)放式、插接式的積木式模塊?？梢允敲恳荒K一種功能的電路，兩塊以上的模塊構成各種復合電路。實(shí)驗模塊6通過(guò)螺釘與絕緣外殼7固定連接，組成一個(gè)整體。

圖2 譯碼顯示電路結構示意圖
如圖2所示為實(shí)驗裝置以譯碼顯示電路為例的結構示意圖，在圖中，以CD4511譯碼顯示電路模塊為例實(shí)施的實(shí)驗模塊6。在CD4511譯碼顯示電路電路模塊中的每一個(gè)元件都由相應的排針引出，每一個(gè)引腳一般都由兩根排針引出，因部分電路需接到兩處，或者排針壞時(shí)可替換。有5組電源的排針引出，電源的數量和引出排針可以根據實(shí)際電路需要設計。圖2中僅為譯碼顯示電路的設計圖，其他電路可參考此設計。

圖3 CD4511譯碼顯示電路原理圖
如圖3所示為CD4511譯碼顯示電路原理圖，將圖2結合圖3一起來(lái)看，此時(shí)的實(shí)驗模塊6就是CD4511譯碼顯示電路模塊。做實(shí)驗時(shí)，把圖2的CD4511譯碼顯示電路模塊，通過(guò)連線(xiàn)按圖3所示的原理圖接線(xiàn)即可。其中圖2中的一個(gè)小方格為排針，與圖3中連線(xiàn)上的黑色圓點(diǎn)對應；電路中每一個(gè)元件的引腳都由相應的排針引出，每一個(gè)引腳一般都由兩根排針引出。如圖2中的電阻對應圖3中的電阻R1，在電阻R1的兩端分別設有兩個(gè)小方格，即用于與線(xiàn)連接的兩支排針，該排針與圖3中電阻R1兩端的黑點(diǎn)對應，電阻R1的一端用一根連線(xiàn)通過(guò)排針與地GND連接，同理，另一端也通用一根連線(xiàn)通過(guò)排針與數碼顯示器的接地腳連接即可。各開(kāi)關(guān)SW1～SW4與+5V電源、地GND和CD4511譯碼顯示電路的連接同理可推。在接線(xiàn)時(shí)，用排線(xiàn)將對應兩引腳的排針連接即可，后再連接到圖1的電源模塊1相應的電源。
實(shí)驗完畢，便可將圖2的CD4511譯碼顯示電路模塊拆卸收起來(lái)放好。這種設計的實(shí)驗裝置，利于學(xué)生熟悉內部電路，益于鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力。由于是由排針引出元件引腳，元件間電路連接未確定，這樣具有更強的開(kāi)放性、擴展性與靈活性。采用模塊化設計，準備實(shí)驗方便且效率高，維修維護方便，模塊間互不影響。實(shí)驗時(shí)，沒(méi)有多余的模塊，也就對別的實(shí)驗模塊沒(méi)什么影響，利于保護實(shí)驗模塊電路。
三、實(shí)驗裝置的作用
1.促進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革，通過(guò)本實(shí)驗裝置，益于采用項目導向和任務(wù)驅動(dòng)法進(jìn)行教學(xué)。
2.成本低、體積小，學(xué)生易購買(mǎi)得起本實(shí)驗裝置，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，可更好提高學(xué)生的自主學(xué)習能力；若學(xué)生沒(méi)有購買(mǎi)，也更容易借來(lái)使用。
3.實(shí)驗裝置模塊電路設計是開(kāi)放的，更有利于提高學(xué)生的設計能力，可強化其實(shí)踐能力的培養。4.實(shí)驗裝置元件可長(cháng)期重復使用，不易被破壞，極大節約實(shí)驗成本。
5.實(shí)驗裝置易于生產(chǎn)，有電子類(lèi)課程的學(xué)校都可開(kāi)發(fā)，然后自己制作，因此具有易于推廣的特點(diǎn)。
四、結束語(yǔ)