微型電子電路實驗裝置的設(shè)計

目前，在學(xué)校進行《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》和《電路》等電子類課程的教學(xué)中，為了給學(xué)生增強認識和理解，都要利用一些實驗設(shè)備進行實踐教學(xué)，這些設(shè)備主要有數(shù)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(shè)備一般可滿足課程的實驗與實訓(xùn)教學(xué)需要，但還存在著不足之處，具體體現(xiàn)為：體積過大、成本過高，不易攜帶，而且學(xué)生難購買得起，影響學(xué)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(shè)備的正常工作；用于實驗教學(xué)時，同一實驗裝置上不用到的設(shè)備易被學(xué)生破壞；開放性、擴展性與靈活性不夠強。本文設(shè)計了一種模塊化積木式微型電子電路實驗裝置，以解決現(xiàn)有設(shè)備存在的不足。同時，使用該裝置更利于進行項目教學(xué)，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生動手操作能力。

圖1 實驗裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖
二、實驗裝置的設(shè)計
如圖1所示為實驗裝置總體結(jié)構(gòu)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?zāi)K6，其中，電源模塊1為固定部分，電子電路實驗?zāi)K6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(cè)設(shè)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(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開關(guān)、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(cè)的上面，電源模塊1的內(nèi)側(cè)面為各電源、開關(guān)和指示燈等的連線路。電源模塊1和電子電路實驗?zāi)K6之間留有空隙，以利于散熱。電子電路實驗?zāi)K6主要為《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》和《電路》等電子類課程的實驗?zāi)K。電子電路實驗?zāi)K6設(shè)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。可以是每一模塊一種功能的電路，兩塊以上的模塊構(gòu)成各種復(fù)合電路。實驗?zāi)K6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(jié)構(gòu)示意圖
如圖2所示為實驗裝置以譯碼顯示電路為例的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中，以CD4511譯碼顯示電路模塊為例實施的實驗?zāi)K6。在CD4511譯碼顯示電路電路模塊中的每一個元件都由相應(yīng)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(shù)量和引出排針可以根據(jù)實際電路需要設(shè)計。圖2中僅為譯碼顯示電路的設(shè)計圖，其他電路可參考此設(shè)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(jié)合圖3一起來看，此時的實驗?zāi)K6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(yīng)；電路中每一個元件的引腳都由相應(yīng)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(yīng)圖3中的電阻R1，在電阻R1的兩端分別設(shè)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(yīng)，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(shù)碼顯示器的接地腳連接即可。各開關(guān)SW1～SW4與+5V電源、地GND和CD4511譯碼顯示電路的連接同理可推。在接線時，用排線將對應(yīng)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(yīng)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(shè)計的實驗裝置，利于學(xué)生熟悉內(nèi)部電路，益于鍛煉學(xué)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(shè)計，準(zhǔn)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?zāi)K沒什么影響，利于保護實驗?zāi)K電路。
三、實驗裝置的作用
1.促進教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革，通過本實驗裝置，益于采用項目導(dǎo)向和任務(wù)驅(qū)動法進行教學(xué)。
2.成本低、體積小，學(xué)生易購買得起本實驗裝置，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可更好提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；若學(xué)生沒有購買，也更容易借來使用。
3.實驗裝置模塊電路設(shè)計是開放的，更有利于提高學(xué)生的設(shè)計能力，可強化其實踐能力的培養(yǎng)。4.實驗裝置元件可長期重復(fù)使用，不易被破壞，極大節(jié)約實驗成本。
5.實驗裝置易于生產(chǎn)，有電子類課程的學(xué)校都可開發(fā)，然后自己制作，因此具有易于推廣的特點。
四、結(jié)束語