微型電子電路實驗裝置的設計

目前，在學校進行《數字電子技術》、《模擬電子技術》和《電路》等電子類課程的教學中，為了給學生增強認識和理解，都要利用一些實驗設備進行實踐教學，這些設備主要有數字電路實驗箱、模擬電路實驗箱、電工電子實驗裝置等，這些設備一般可滿足課程的實驗與實訓教學需要，但還存在著不足之處，具體體現為：體積過大、成本過高，不易攜帶，而且學生難購買得起，影響學生課余時間自主實驗；實驗時找元件花費過多時間，效率不高；一部分電路損壞可能影響整臺設備的正常工作；用于實驗教學時，同一實驗裝置上不用到的設備易被學生破壞；開放性、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驗裝置，以解決現有設備存在的不足。同時，使用該裝置更利于進行項目教學，增強學生自主學習能力，提高學生動手操作能力。

圖1 實驗裝置總體結構示意圖
二、實驗裝置的設計
如圖1所示為實驗裝置總體結構示意圖，從圖中可知，該實驗裝置包括絕緣外殼7、電源模塊1和電子電路實驗模塊6，其中，電源模塊1為固定部分，電子電路實驗模塊6為可動部分；絕緣外殼7為長方體，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開關、5V指示燈、DC5V電路、DC5V輸出接口等。DC±12V電壓模塊4還包括12V開關、12V指示燈、DC±12V電路、DC±12V輸出接口等。電源模塊1通過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、開關和指示燈等的連線路。電源模塊1和電子電路實驗模塊6之間留有空隙，以利于散熱。電子電路實驗模塊6主要為《數字電子技術》、《模擬電子技術》和《電路》等電子類課程的實驗模塊。電子電路實驗模塊6設置成可拆卸替換的可動部分，是開放式、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。實驗模塊6通過螺釘與絕緣外殼7固定連接，組成一個整體。

圖2 譯碼顯示電路結構示意圖
如圖2所示為實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施的實驗模塊6。在CD4511譯碼顯示電路電路模塊中的每一個元件都由相應的排針引出，每一個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3一起來看，此時的實驗模塊6就是CD4511譯碼顯示電路模塊。做實驗時，把圖2的CD4511譯碼顯示電路模塊，通過連線按圖3所示的原理圖接線即可。其中圖2中的一個小方格為排針，與圖3中連線上的黑色圓點對應；電路中每一個元件的引腳都由相應的排針引出，每一個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小方格，即用于與線連接的兩支排針，該排針與圖3中電阻R1兩端的黑點對應，電阻R1的一端用一根連線通過排針與地GND連接，同理，另一端也通用一根連線通過排針與數碼顯示器的接地腳連接即可。各開關SW1～SW4與+5V電源、地GND和CD4511譯碼顯示電路的連接同理可推。在接線時，用排線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。
實驗完畢，便可將圖2的CD4511譯碼顯示電路模塊拆卸收起來放好。這種設計的實驗裝置，利于學生熟悉內部電路，益于鍛煉學生動手操作能力。由于是由排針引出元件引腳，元件間電路連接未確定，這樣具有更強的開放性、擴展性與靈活性。采用模塊化設計，準備實驗方便且效率高，維修維護方便，模塊間互不影響。實驗時，沒有多余的模塊，也就對別的實驗模塊沒什么影響，利于保護實驗模塊電路。
三、實驗裝置的作用
1.促進教學模式和教學方法的改革，通過本實驗裝置，益于采用項目導向和任務驅動法進行教學。
2.成本低、體積小，學生易購買得起本實驗裝置，激發學生學習興趣，可更好提高學生的自主學習能力；若學生沒有購買，也更容易借來使用。
3.實驗裝置模塊電路設計是開放的，更有利于提高學生的設計能力，可強化其實踐能力的培養。4.實驗裝置元件可長期重復使用，不易被破壞，極大節約實驗成本。
5.實驗裝置易于生產，有電子類課程的學校都可開發，然后自己制作，因此具有易于推廣的特點。
四、結束語