论文部分内容阅读
摘要：在《数字电子技术》教学中，数字钟电路是时序逻辑电路中说明计数功能的典型电路。通过数字钟电路原理的学习，能使学生在理解计数原理的同时，学会如何设计任意进制计数电路。一个合理的教学设计，能够帮助学生更快捷的进入电路分析状态、同时更主动的索取知识内容。在“学有所成”的过程中，找到自信，找到学习的积极性。
关键词：時序逻辑电路、计数器、数字钟、异步计数器
一、知识点分析
在数字电子技术课程中，触发器是时序逻辑电路的基本单元，同样是计数器的灵魂。尤其是通过改变JK触发器的输入端的连接形式得到D计数器，或是T`计数器，是学习多位二进制计数的基础。了解单个JK触发器是如何计数的，就能了解多位二进制计数的秘诀，从而理解集成计数器的工作方式、计数连线方式。
二、目标分析
通过教学应该达到几个基本的教学效果。首先是学生学会如何使用集成计数器;其次学生懂得如何运用集成计数器设计任意进制计数电路;再次学生能熟练的搭接电路，实现电路功能;最后学生在学习过程中找到兴趣、提升自信。
三、案例设计
1、复习JK触发器的基本知识，压实知识点。
充分观察JK触发器的逻辑符号，详细说明JK触发器真值表及状态转换表，使学生充分明白J和K两个输入端的使用方法。强调由JK触发器构成T`计数器，说明计数器的工作方式。
2、提出疑问-兴趣引导
引导学生思考，1个JK触发器虽然能连接成计数器，但是单个JK触发器的计数能力有限（只能数0和1），缺乏实用性，我们需要的是更大数值范围的计数，也就是更多位的计数器，例如0000-1001（0-9）计数。如何实现？
3、引入异步计数器和同步计数器概念
运用PPT课件的演示功能，从异步计数器开始说明如何实现四位二进制计数。通过对典型的异步十进制加法计数器的分析，使学生明确计数原理。同时应当使学生明白同步计数器和异步计数器的区别及各自的优缺点。
4、任务布置
查找资料，指导学生分别查找74LS90和74LS161芯片的管脚图、逻辑符号、管脚功能、使用方法。学生查找后，教师应带领学生对查找的资料进行筛选和汇总，选出最清晰明确的核心知识点，引导学生对知识点进行消化理解。其中将74LS90的十进制工作方式列为学习掌握的重点，作为学生后续分析和设计数字钟电路的知识铺垫。
5、提出任务
驱动学生做任务，根据任务布置环节中学到的74LS90构成0-9十进制计数，将电路在面包板上完成连线，并连接好译码器和显示器（译码和显示部分的电路由教师直接提供），完成后，观察显示器的计数现象。
6、课件演示分析工作过程
利用课件的演示功能将电路信号的传输和变化体现出来，其中需要明确各环节功能，尽量言简意赅，让学生一步看到核心关键内容。
A.74LS90十进制工作形式已经连接好。
B. 时钟脉冲输入端送入脉冲信号。
C. 74LS90开始计数，将计数结果从Q3Q2Q1Q0四个输出端送给译码器。
D. 译码器接收到计数信息后，将信息传给共阳数码管。
7、提出数字钟计数需求
学生头脑风暴：秒时钟的计数范围是多少。给学生观察电子手环的时钟显示动态画面，得到00-59的计数范围之后，学生面临两个问题的思考：
A.如何实现0-5的六进制计数？
根据异步计数器的特点，0-5的计数，需要利用数字“6”的编码0110中的高电平使74LS90的置0端有效，从而使74LS90立即清0，重新从0-5进行计数。
B.如何完成两位计数器的电路？
将电子手环上的计数状态展示给学生，观察电子手环上的秒计数是十位为“0”，个位从0开始计数，直到个位从9归0，同时十位变为“1”，也就是十位的计数是发生在个位9归0的同时，也就是说，当个位9归0时，给十位的计数器74LS90脉冲输入端一个下降沿脉冲，触发它计数一次即可。
8、学生设计时钟秒计时电路图
绘图环节要求学生以小组为单位清晰的绘制出秒电路的连线图，明确标好管脚序号及对应的符号。绘制好以后，对各小组绘制的电路进行对比和分析，找到正确又清晰的电路图作为后期做电路板的依据。
9、完成电路板的制作与调试
在教学环节第5步学生已经做好的秒的个位电路的基础上，学生继续连线，完成完整的秒的计时电路的制作，利用信号发生器、直流稳压电源观察成品电路效果。学生难免连错线，通电后出现各种问题，教师应选取几个典型的问题做统一的分析，教学学生对电路进行查错。
10、设计数字钟小时电路并完成电路的安装调试
学生头脑风暴：观察电子手环的小时电路是如何计数的，确认00-23的二十四进制计数范围，启发学生思考，小时的个位和十位的计数是一种组合关系，即当小时的十位计数处于0或者1时，小时的个位正常0-9计数，而当小时的十位数到2时，小时的个位只能数到3，随即小时的十位和个位同时清0。
学生需要思考两个问题：
A、小时的个位与十位如何相连？
连接方法与秒的个位与十位的连接方法相同，即利用9归0时，Q3出现的高电平转低电平的下降沿作为十位计数器74LS90的脉冲输入端的触发脉冲。
B、如何实现当小时电路数到23后，重新从00开始计数？
同样根据异步计数器的特点，想要实现00-23的计数，就要利用24的编码特征（0010 0100），利用编码中的“1”使十位和个位的置0端高电平有效，两个计数器同时清0。
在整个教学进程中，不要忘记保持住学生的兴趣，培养学生自信。注意观察学生的变化，每一点滴的进步，哪怕是态度上的积极，都要予以充分的表扬和肯定，努力提高学生自尊水平，自尊水平的提高能够使孩子们更自律，根据每个孩子不同的性格特点和状态，常用肯定的语言表达方式有助于培养学生学习的主动性。
参考文献：
1、《数字电子技术（第二版）》中国铁道出版社，刘海江、吴万国，2011年8月
2、《电子设计从零开始（第2版）》清华大学出版社，杨欣 / 莱·诺克斯 / 王玉凤 / 刘湘黔，2010年10月
关键词：時序逻辑电路、计数器、数字钟、异步计数器
一、知识点分析
在数字电子技术课程中，触发器是时序逻辑电路的基本单元，同样是计数器的灵魂。尤其是通过改变JK触发器的输入端的连接形式得到D计数器，或是T`计数器，是学习多位二进制计数的基础。了解单个JK触发器是如何计数的，就能了解多位二进制计数的秘诀，从而理解集成计数器的工作方式、计数连线方式。
二、目标分析
通过教学应该达到几个基本的教学效果。首先是学生学会如何使用集成计数器;其次学生懂得如何运用集成计数器设计任意进制计数电路;再次学生能熟练的搭接电路，实现电路功能;最后学生在学习过程中找到兴趣、提升自信。
三、案例设计
1、复习JK触发器的基本知识，压实知识点。
充分观察JK触发器的逻辑符号，详细说明JK触发器真值表及状态转换表，使学生充分明白J和K两个输入端的使用方法。强调由JK触发器构成T`计数器，说明计数器的工作方式。
2、提出疑问-兴趣引导
引导学生思考，1个JK触发器虽然能连接成计数器，但是单个JK触发器的计数能力有限（只能数0和1），缺乏实用性，我们需要的是更大数值范围的计数，也就是更多位的计数器，例如0000-1001（0-9）计数。如何实现？
3、引入异步计数器和同步计数器概念
运用PPT课件的演示功能，从异步计数器开始说明如何实现四位二进制计数。通过对典型的异步十进制加法计数器的分析，使学生明确计数原理。同时应当使学生明白同步计数器和异步计数器的区别及各自的优缺点。
4、任务布置
查找资料，指导学生分别查找74LS90和74LS161芯片的管脚图、逻辑符号、管脚功能、使用方法。学生查找后，教师应带领学生对查找的资料进行筛选和汇总，选出最清晰明确的核心知识点，引导学生对知识点进行消化理解。其中将74LS90的十进制工作方式列为学习掌握的重点，作为学生后续分析和设计数字钟电路的知识铺垫。
5、提出任务
驱动学生做任务，根据任务布置环节中学到的74LS90构成0-9十进制计数，将电路在面包板上完成连线，并连接好译码器和显示器（译码和显示部分的电路由教师直接提供），完成后，观察显示器的计数现象。
6、课件演示分析工作过程
利用课件的演示功能将电路信号的传输和变化体现出来，其中需要明确各环节功能，尽量言简意赅，让学生一步看到核心关键内容。
A.74LS90十进制工作形式已经连接好。
B. 时钟脉冲输入端送入脉冲信号。
C. 74LS90开始计数，将计数结果从Q3Q2Q1Q0四个输出端送给译码器。
D. 译码器接收到计数信息后，将信息传给共阳数码管。
7、提出数字钟计数需求
学生头脑风暴：秒时钟的计数范围是多少。给学生观察电子手环的时钟显示动态画面，得到00-59的计数范围之后，学生面临两个问题的思考：
A.如何实现0-5的六进制计数？
根据异步计数器的特点，0-5的计数，需要利用数字“6”的编码0110中的高电平使74LS90的置0端有效，从而使74LS90立即清0，重新从0-5进行计数。
B.如何完成两位计数器的电路？
将电子手环上的计数状态展示给学生，观察电子手环上的秒计数是十位为“0”，个位从0开始计数，直到个位从9归0，同时十位变为“1”，也就是十位的计数是发生在个位9归0的同时，也就是说，当个位9归0时，给十位的计数器74LS90脉冲输入端一个下降沿脉冲，触发它计数一次即可。
8、学生设计时钟秒计时电路图
绘图环节要求学生以小组为单位清晰的绘制出秒电路的连线图，明确标好管脚序号及对应的符号。绘制好以后，对各小组绘制的电路进行对比和分析，找到正确又清晰的电路图作为后期做电路板的依据。
9、完成电路板的制作与调试
在教学环节第5步学生已经做好的秒的个位电路的基础上，学生继续连线，完成完整的秒的计时电路的制作，利用信号发生器、直流稳压电源观察成品电路效果。学生难免连错线，通电后出现各种问题，教师应选取几个典型的问题做统一的分析，教学学生对电路进行查错。
10、设计数字钟小时电路并完成电路的安装调试
学生头脑风暴：观察电子手环的小时电路是如何计数的，确认00-23的二十四进制计数范围，启发学生思考，小时的个位和十位的计数是一种组合关系，即当小时的十位计数处于0或者1时，小时的个位正常0-9计数，而当小时的十位数到2时，小时的个位只能数到3，随即小时的十位和个位同时清0。
学生需要思考两个问题：
A、小时的个位与十位如何相连？
连接方法与秒的个位与十位的连接方法相同，即利用9归0时，Q3出现的高电平转低电平的下降沿作为十位计数器74LS90的脉冲输入端的触发脉冲。
B、如何实现当小时电路数到23后，重新从00开始计数？
同样根据异步计数器的特点，想要实现00-23的计数，就要利用24的编码特征（0010 0100），利用编码中的“1”使十位和个位的置0端高电平有效，两个计数器同时清0。
在整个教学进程中，不要忘记保持住学生的兴趣，培养学生自信。注意观察学生的变化，每一点滴的进步，哪怕是态度上的积极，都要予以充分的表扬和肯定，努力提高学生自尊水平，自尊水平的提高能够使孩子们更自律，根据每个孩子不同的性格特点和状态，常用肯定的语言表达方式有助于培养学生学习的主动性。
参考文献：
1、《数字电子技术（第二版）》中国铁道出版社，刘海江、吴万国，2011年8月
2、《电子设计从零开始（第2版）》清华大学出版社，杨欣 / 莱·诺克斯 / 王玉凤 / 刘湘黔，2010年10月