微型电子电路实验装置的设计

一、引言
目前，在学校进行《数字电子技术》、《模拟电子技术》和《电路》等电子类课程的教学中，为了给学生增强认识和理解，都要利用一些实验设备进行实践教学，这些设备主要有数字电路实验箱、模拟电路实验箱、电工电子实验装置等，这些设备一般可满足课程的实验与实训教学需要，但还存在着不足之处，具体体现为：体积过大、成本过高，不易携带，而且学生难购买得起，影响学生课余时间自主实验；实验时找元件花费过多时间，效率不高；一部分电路损坏可能影响整台设备的正常工作；用于实验教学时，同一实验装置上不用到的设备易被学生破坏；开放性、扩展性与灵活性不够强。本文设计了一种模块化积木式微型电子电路实验装置，以解决现有设备存在的不足。同时，使用该装置更利于进行项目教学，增强学生自主学习能力，提高学生动手操作能力。

图1 实验装置总体结构示意图
二、实验装置的设计
如图1所示为实验装置总体结构示意图，从图中可知，该实验装置包括绝缘外壳7、电源模块1和电子电路实验模块6，其中，电源模块1为固定部分，电子电路实验模块6为可动部分；绝缘外壳7为长方体，密封式，有良好的防尘作用。在绝缘外壳7上的一侧设置有电源模块1，它包括电源输入模块2、DC5V电压模块3、DC±12V电压模块4、AC220V电压模块5。电源输入模块2还包括电源指示灯、电源保护电路、220V输入接口等。DC5V电压模块3还包括5V开关、5V指示灯、DC5V电路、DC5V输出接口等。DC±12V电压模块4还包括12V开关、12V指示灯、DC±12V电路、DC±12V输出接口等。电源模块1通过螺钉固定在绝缘外壳7一侧的上面，电源模块1的内侧面为各电源、开关和指示灯等的连线路。电源模块1和电子电路实验模块6之间留有空隙，以利于散热。电子电路实验模块6主要为《数字电子技术》、《模拟电子技术》和《电路》等电子类课程的实验模块。电子电路实验模块6设置成可拆卸替换的可动部分，是开放式、插接式的积木式模块。可以是每一模块一种功能的电路，两块以上的模块构成各种复合电路。实验模块6通过螺钉与绝缘外壳7固定连接，组成一个整体。

图2 译码显示电路结构示意图
如图2所示为实验装置以译码显示电路为例的结构示意图，在图中，以CD4511译码显示电路模块为例实施的实验模块6。在CD4511译码显示电路电路模块中的每一个元件都由相应的排针引出，每一个引脚一般都由两根排针引出，因部分电路需接到两处，或者排针坏时可替换。有5组电源的排针引出，电源的数量和引出排针可以根据实际电路需要设计。图2中仅为译码显示电路的设计图，其他电路可参考此设计。

图3 CD4511译码显示电路原理图
如图3所示为CD4511译码显示电路原理图，将图2结合图3一起来看，此时的实验模块6就是CD4511译码显示电路模块。做实验时，把图2的CD4511译码显示电路模块，通过连线按图3所示的原理图接线即可。其中图2中的一个小方格为排针，与图3中连线上的黑色圆点对应；电路中每一个元件的引脚都由相应的排针引出，每一个引脚一般都由两根排针引出。如图2中的电阻对应图3中的电阻R1，在电阻R1的两端分别设有两个小方格，即用于与线连接的两支排针，该排针与图3中电阻R1两端的黑点对应，电阻R1的一端用一根连线通过排针与地GND连接，同理，另一端也通用一根连线通过排针与数码显示器的接地脚连接即可。各开关SW1～SW4与+5V电源、地GND和CD4511译码显示电路的连接同理可推。在接线时，用排线将对应两引脚的排针连接即可，最后再连接到图1的电源模块1相应的电源。
实验完毕，便可将图2的CD4511译码显示电路模块拆卸收起来放好。这种设计的实验装置，利于学生熟悉内部电路，益于锻炼学生动手操作能力。由于是由排针引出元件引脚，元件间电路连接未确定，这样具有更强的开放性、扩展性与灵活性。采用模块化设计，准备实验方便且效率高，维修维护方便，模块间互不影响。实验时，没有多余的模块，也就对别的实验模块没什么影响，利于保护实验模块电路。
三、实验装置的作用
1.促进教学模式和教学方法的改革，通过本实验装置，益于采用项目导向和任务驱动法进行教学。
2.成本低、体积小，学生易购买得起本实验装置，激发学生学习兴趣，可更好提高学生的自主学习能力；若学生没有购买，也更容易借来使用。
3.实验装置模块电路设计是开放的，更有利于提高学生的设计能力，可强化其实践能力的培养。4.实验装置元件可长期重复使用，不易被破坏，极大节约实验成本。
5.实验装置易于生产，有电子类课程的学校都可开发，然后自己制作，因此具有易于推广的特点。
四、结束语
本文设计了一种微型电子电路实验装置，采用模块化、积木式的设计思想，该装置由电源模块和可动的电子电路实验模块组成，电源模块提供电子电路实验模块所需的电源，电子电路实验模块根据课程实验教学内容确定，实验模块中的每一个元件的引脚通过2根排针引出。该实验装置具有体积小、成本低、不易被破坏、节约实验成本、方便管理等特点，解决现有实验装置存在的问题，这样更利于采用项目导向和任务驱动法进行教学，增强学生自主学习能力，提高学习效果。