传奇《数字电子技术》计算机辅助教学和实验系统的研制 |
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文章来源:第一九传奇网 发布时间:2012-01-14 18:24 |
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| 本文作者： 黎旺星， LI Wang-xing 第7卷第2期2008年6月广东交通职业技术学院学报JoURNALoFGUANGDoNGCoMMUNtCAT}oNSPoLYTECHNlCV01．7NO．2June2008文章编号：16718496一(2008)02．0054-03黎旺星(广东行政学院，广东广州510053)摘要：奉系统实现r《数字电子技术》课程的计算机辅助教学和实验系统一体化，从而可以边做实验边进行交互式理论指导，真正意义上实现一体化教学。其中计算机辅助教学系统由计算机来演示讲述电路工作原理并可传送控制指令，辅助实验系统由单片机系统模拟逻辑电路功能。该系统的制作还达到了综向推进课程实训项的目的，在掌握数字电子技术知识的同时，为学生学好单片机课程奠定坚实的基础。关键词：单片机数字电子技术仿真实验中图分类号：G712文献标识码：ADesignof“DigitalElectronicTechnology”Computer-aidedTeachingandExperimentalSystemLIWangxing(GuangdongInstituteofPublicAdministration，Guangzhou510053，China)Abstract：Ofthesystemtoachievethe”digitalelectronictechnology．”computeraidedinstructionandcurriculumexperimentalsystemintegration，SOthatwecandoexperiments，theregimentedgeinteractivetheoreticalguidance．Realmeaningoftheintegrationofteachingprogress．Computeraidedteachingsystemdemonstratedbythecomputertoworkoncircuittheoryandtransmissioncontrolinstructions，assistedbytheexperimentalsystemSCMsystemlogiccircuitsimulationfunctions．ThesystemalsomeetstheproductionoftheIntegratedTrainingcoursespromotingtheprojectisinthegraspofthedigitalelectronictechnologyknowledge，atthesametime，thesinglechipmicrocomputercoursestolayasolidfoundationforstudentslearning．Keywords：SCMLogicCircuitemulationalexperiment《数字电子技术》课程是工程类专业的一门重要的专业基础课程。该课程涉及内容广，既有逻辑代数的知识，又有数字电路的知识，还有大量的数字集成电路的应用知识。高职教育，从3年完全在校学习，逐步演变为2．5+0．5的形式，即在校学习时间只有2．5学年，有0．5学年在校外实习，而2+1的模式在一些高职院校进行试点，课程学时的压缩在所难免。在有限的教学时数内，仍然高质量地完成《数字电子技术》课程的教学，主要依赖于提高该课程的教学效率。本系统采用计算机辅助教学与辅助实验一体化的设计，可方便学生自主交互式地学习理论知识，并即时地通过计算机控制实验板观察所讲述的单元电路的逻辑功能，并进行实时控制。 这种方式可极大地提收稿日期：2007．1225作者简介：黎旺星(1968．)，男，高级工程师，硕士研究方向：计算机应用高学生的学习兴趣和学习效率，对帮助他们建立概念、培养他们的动手能力有很大的帮助。1系统的组成与原理本系统由计算机系统和单片机逻辑功能演示系统实验板组成，两个系统通过串行口连接，如图1。由计算机系统完成计算机辅助教学及辅助实验系统的人机交互由单片机实验板完成数字电路功能的配置，然后演示电路的工作过程。本系统的计算机辅助教学系统设计时日志，用VB编写计算机辅助教学软件，建立软件工作界面。利用该界面，可了解实验系统的功能，掌握电路的工作原理，选择实训项目，控制单片机实第2期黎旺星：55图1《数字电子技术》计算机辅助教学和实验系统的组成验板完成电路功能的演示。数字电路的配置及功能的演示采用单片机实验系统实现。输入使用拔码开关及按钮等，输出采用发光二极管、七段数码管。单片机实验系统依据接收计算机发送的控制数据工作，可以实现常用的逻辑电路功能，也可以依据计算机发送的真值表或状态图来实现任一逻辑功能，这一作用对提高学生的设计能力有很大的帮助。学生可以根据所学的知识，根据训练的目的配置好电路的输入输出关系，然后传送到单片机实验系统中去，从而了解所设计的电路是否合理。2系统的主要功能由于计算机辅助教学系统集音像、图形、文本等诸多媒体的优点于一身，故能灵活、动态、有机地将各种媒体综合联接起来，利用该系统进行教学能形象介绍逻辑代数的基本知识、二进制数表示数量及符号的形式、数字电路的逻辑功能。图2所示是正进行实验演示时的教学介面。由于计算机辅助教学系统能够方便地实现动画，因此可利用多媒体动态地展示电路中信号形式，及传送方向。通过对典型电路进行图示、动画演示，同时配合大量的文字及语音解说，利用页面的交互按钮，学生可以自主学习，如控制学习进度、对某一问题重复学习，也可以根据自己的需要拓宽知识面、或对某一知识进行更深入的学习。图2计算机辅助教学界面在学习过程中，若要了解实际电路的工作情况，可以在计算机多媒体学习软件中按相应的实验演示按钮，通过计算机接口控制实验板演示相应的实验电路功能，如图3所示。 可以通过实验板的拔码开关或按钮输入信号，通过发光二极管显示输出结果。学生通过这样的操作，可以很方便地认识电路的实际功能，建立相应的概念。而且这一实训模式，对数字电子技术课程教学中，不再研究集成电路的内部结构，而是利用黑匣子原理，着重掌握集成电路功能，掌握集成电路运用的设计思想，与培养应用型人才的教学改革思路非常吻合。图3计算机辅助实验系统计算机部分界面演示数字电路的功能主要利用单片机系统实现，单片机依据接收到计算机的数据改变工作状态，仿真相应的逻辑功能。本系统可实现基本逻辑门电路、常用逻辑门电路、常用的组合电路、触发器、常用时序逻辑电路等40多种数字逻辑电路功能。除可以验证电路的功能外，本系统还可以让学生进行分析电路的练习，分析结果，可以通过实验板验证学生的分析结果是否正确。并能在单片机实验系统板上直接仿真学生自行设计的数字电路的功能，验证学生的设计思想的正确性。本系统还可验证学生设计的电路是否满足设计要求。原理是计算机根据学生输入的真值表或逻辑表达式、或逻辑图，计算机内首先把这些逻辑关系的表达形式都转换为真值表然后由计算机发送真值表给单片机系统，单片机根据真值表控制的输出。这样可锻炼学生设计电路的能力。3系统实现的关键技术本系统中计算机辅助教学系统的实现与多媒体教学软件的实现技术相似。计算机辅助实验与计算机辅助教学一体化是本系统的优势，其关键技术是单片机系统仿真逻辑电路的功能以及计算机控制单片机系统的工作。3．1计算机系统的控制软件部分56广东交通职业技术学院学报第7卷用户PC机上操作运行控制软件的工作流程如图4。在需演示或验证相应的功能时，点击相应按钮，通过串口把相应的控制信息发送出去。图4PC机多媒体教学软件的工作流程3．2单片机系统仿真逻辑电路的功能的实现单片机系统部分的工作流程如图5。单片机在初始化串行口等部件之后，由“转换逻辑程序人口”决定单片机系统模拟的逻辑功能。逻辑功能的实现由单片机的程序代码实现。每个模块均相互独立，因此，要扩展本系统的逻辑功能是非常方便，各仿真逻辑功能的模块之问是没有影响的。其中有一个模块是专门依据真值表的功能工作，实际上就是把真值表保存在单片机RAM中，然后通过查表完成。每一模块都通过读人输入数据、依逻辑功能处理，输出来完成。由于单片机的处理速度很快，本系统中大部分逻辑功能的程序不超过10个指令周期，当单片机时钟为12MHz时，完成的时间若10-15US，完全满足实验的一般要求。图5单片机系统的工作流程为了实现计算机系统随时可以控制单片机系统的工作，单片机系统中，把串行口中断的优先等级设为最高。只要接收到有效的，而且与原工作状态不同的要求的数据时，则转换逻辑程序的人口，也就是从串行中断服务程序直接跳转到主程序的“转换逻辑功能入口”处，重新选定相应的模拟功能的程序。3．3计算机控制单片机系统的实现PC机的程序的串口程序采用MS控件完成。3．3．1波特率、校验位、数据位、停止位的初始设置MSComml．Settings2”9600，N，8，1”3．3．2端口选择及开启端口I=Combo1．ListIndexSelectCaseICase0：MSComml．CommPort=lMSComm1．PortOpen=TrueCase1：MSComilll．CommPort=2MSComm1．PortOpen=TrueCase2：MSComml．CommPort=3MSComm1．PortOpen=TrueCase3：MSComml．CommPort=4MSComm1．PortOpen=TrueEndSelect4结语《数字电子技术》这门课，对于计算机专业的学生来说，最重要的是掌握逻辑代数的知识以及常用逻辑电路的功能。本实验系统的创新点就是把理论学习和实验系统有机的结合在一起，真正意义上地实现该课程的一体化教学。本系统可很好的演示或验证所有逻辑电路的外部功能特性。利用该系统，学生可以很方便的认识常用数字电路的功能外，立时验证自己设计的电路是否满足要求，具有方便快捷、直观，效率高。由于STC89C54RD+单片机可以直接利用串口下载程序，因此，在不改变硬件电路的条件下，可以很方便的扩展其功能。 而且该系统的工作数据也可以预先写入到单片机中，在脱离计算机系统的情况下，依据实训指导书也可以很好地完成数字电路功能的演示。 参考文献：[1]徐丽香．数字电子技术[M]．北京：电子工业出版社，2006．[2]徐丽香．基于AT89S51单片机的监控与管理系统的设计【J]．微计算机信息，2007(1)．[3]肖海荣，王凤瑛，等．基于AT89C2051和ISD2560的录放音系统设计[J]．微计算机信，2004(1)．。 本文《《数字电子技术》计算机辅助教学和实验系统的研制》 --- 作者： 黎旺星， LI Wang-xing |
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