数字电子技术课程多功能学习板系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字电子技术课程多功能学习板。包括输入模块，组合逻辑模块，时序逻辑模块和输出模块。各模块间只有电源线和地线连接在一起，实现统一供电。输入模块包含：开关量输入、手动时钟产生单元和连续时钟产生单元。输出模块包括：LED灯和七段数码管。组合逻辑模块包含：门电路、译码器、数据选择器、编码器、数值比较器、加法器。时序逻辑模块包含：触发器、计数器和双向移位寄存器。本发明专利技术的优点在于：1)实验操作更方便。2)缩短连接电路时间，降低连接电路出错概率，让学生有更多精力理解、设计和验证数字逻辑电路。3)学习板能够一板多用。4)采用最常用的2.54间距插针或插排和杜邦连接线，方便了维修。

【技术实现步骤摘要】
数字电子技术课程多功能学习板系统
本专利技术属于数字电子
，尤其涉及一种辅助数字电子技术课程学习的多功能实验系统
技术介绍
数字电子技术一直以来都是高等学校电类专业核心基础课，兼有理论性、实践性和工程性，对学生实践能力、应用能力和创新能力的培养有着重要的作用。数字电子技术实验目前主要采用实验箱，主流的实验箱均采用14脚或16脚通用芯片插座，用到什么芯片就插上什么芯片。这种实验箱主要缺陷在于：1)进行实验时需要将相应芯片插入通用芯片座，实验内容改变后则需更换芯片，如此反复插拔很容易损坏芯片引脚，造成实验经费的浪费。2)由于芯片座是通用的，接线端处无法标注芯片引脚名称，致使电路连接时需要不断对照实验指导书或芯片数据手册才能保证连接的正确性。连接电路对于实验技能薄弱的低年级大学生来说可算是费时费力，使不少学生感到理解困难，实验难度大，从而造成实验效果不佳。3)对于需要多个芯片同时使用的综合性实验，课程设计或一些实际系统，会出现芯片插座不足，需要接入额外的电路板；就算芯片插座勉强够用电路连接也将会是一件更加麻烦且困难的事情，稍有错误就会造成实验结果不正确，从而影响学生的学习热情和学习效果。中国专利说明书“活板式数字电子技术实验箱”(授权公告号：CN103198742B)公开一种实验教学数字电子技术实验箱，缺陷在于：1)所有芯片都布局在实验板的背面，学生看到只是实验板正面的芯片符号，致使学生对芯片缺乏感性认识。2)由于实验板背面仍然是通用芯片插座，因此实验板正面没有芯片引脚名称标注，学生连接电路依然容易出错。3)实验板背面芯片座数量不足，虽然不用每次更换芯片，但作某些常规性实验和综合性实验时还是需要更换芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决数字电子技术课程实验存在的问题，提出了一种多功能学习板，所述的学习板把完成课程实验、进行课程设计、辅助课程学习、设计并验证小规模实际系统或该实际系统的子模块等多个功能集于一身。所述的学习板特别适合学习数字电子技术课程的低年级大学生使用。本专利技术是这样实现的：学习板将数字电子技术课程涉及的实验内容制作在一整块电路板上。学习板包含输入模块，组合逻辑模块，时序逻辑模块和输出模块。各模块间只有电源线和地线连接在一起，实现统一供电。各模块中的芯片全部安装在所述的学习板正面，各芯片的输入、输出信号都引出到常规的2.54cm插针或插排上，输入信号和输出信号间采用常规的杜邦线进行互连。信号线布线均在芯片安装面，即所述的学习板正面，学习板背面只布电源线和地线。各模块中的每个芯片设计为一个独立单元，芯片各引脚名称都有文字标注；芯片的每个输入端连接一个1芯或2芯连通的插针；芯片的每个输出端连接一个2x3插排，且2x3插排上6根插针是连通的；这样设计可使芯片的输出信号通过杜邦线方便地连接多个输入信号。输入模块包含：开关量输入、手动时钟产生单元和连续时钟产生单元。开关量分为频繁切换“高”“低”电平的信号和固定电平信号，使用单刀双掷开关输入“高”“低”电平频繁变化的信号；固定电平的输入只需就近连接学习板四周的电源、地的插排。手动时钟产生单元利用拨动开关和74LS00芯片组成RS触发器，保证每拨动一次开关只输出一个时钟边沿。连续时钟产生单元利用555定时器构成多谐振荡器产生频率可调的连续时钟信号。输出模块包括：LED灯和七段数码管，按正逻辑方式设计，LED灯和七段数码管均采用共阴极接法。七段数码管用于显示计数器芯片的输出值，还使用显示译码器74LS48可将4位二进制数值直接转换成数码管上显示的十进制数。组合逻辑模块包含：门电路、3-8译码器、2-4译码器、4选1数据选择器、8选1数据选择器、8-3编码器、数值比较器、加法器。门电路最大支持4变量逻辑函数实现，门电路包含4输入与门，4输入与非门，4输入或门，4输入或非门，非门，异或门。选用4输入，是因为4输入与、或门芯片还可当作2输入或3输入的与、或门来使用。时序逻辑模块包含：RS触发器、同步D触发器、边沿D触发器、JK触发器、十进制计数器，4位二进制计数器、十六进制加减计数器和双向移位寄存器。根据本专利技术的多功能学习板，把组合逻辑模块、时序逻辑模块、输入模块和输出模块集中设计在一块电路板上，各芯片外围电路独立设计，芯片引脚按输入/输出方式分别采用常规的2.54cm插针或插排引出，且每个引脚的名称用文字标注。输入信号和输出信号间只需使用常规的杜邦线进行互连本专利技术的优点在于：(1)组合逻辑模块、时序逻辑模块、输入模块和输出模块集中设计在一块电路板上，不需要更换芯片，也不需要增加其它电路板，使实验操作更方便。(2)每个芯片设计为一个独立单元，芯片各引脚名称都有文字标注；芯片的每个输入端连接1芯或2芯连通的插针；芯片的每个输出端连接一个2x3插排，且2x3插排中6根插针是连通的。使芯片与芯片，芯片与输入，芯片与输出间的连线更容易理解；连接电路时间明显缩短、出错概率大幅降低；让学生有更多精力去理解、设计和验证数字逻辑电路。(3)所述的学习板可以帮助学生理解理论知识、验证作业题，完成课程实验和课程设计，还能进行小规模实际应用项目或应用项目中子模块的设计和调试，具有一板多用的好处。(4)学习板上所有芯片及芯片的外围电路都布线在芯片安装面，这样设计好处在于：学生能实在地看到芯片及芯片的外围电路布线，不仅消除了黑匣设计给学生带来的神秘感，而且增加了学生的感性认识、激发了学习热情和兴趣，还为学生和实验室人员使用示波器或万用表检查电路工作状态带来了方便。(5)学习板采用最常用的2.54cm间距插针或插排和杜邦连接线，价格便宜可节约实验经费，而且这类消耗品容易购买使实验室人员可以快速地进行维修和更换。附图说明图1为本专利技术的学习板组成框图。图2本专利技术双四输入与门74HC21单元设计。其中(a)为电路原理图，(b)为对应的PCB布线图。图3本专利技术3-8译码器74LS138单元设计。其中(c)为电路原理图，(d)为对应的PCB布线图。图4本专利技术下降沿触发JK触发器74LS112单元设计。其中(e)为电路原理图，(f)为对应的PCB布线图。图5本专利技术JK触发器实现流水灯逻辑电路图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例：本实施例中的学习板以数字电子技术课程教学大纲和实验教学大纲为依据，将需要用到的所有芯片、输入模块和输出模块一起制作在一块电路板上。学习板上包含：输入模块，组合逻辑模块，时序逻辑模块和输出模块。各模块间只有电源线和地线连接在一起，实现统一供电。板上将各芯片的输入、输出端口都使用最常用的2.54cm插针引出，学生使用常规杜邦线就可以实现输入信号、芯片和输出信号间的任意互连。信号的PCB布线均在芯片安装面，即所述的学习板正面，学习板背面只布电源线和地线。图1为本专利技术的学习板组成框图，是按照本专利技术实现的多功能学习板，由输入模块101，组合逻辑模块102，时序逻辑路模块103和输出模块104构成。输入模块101包含开关量输入1011，手动时钟产生单元1012和连续时钟产生单元1013。开关量分为频繁切换“高”“低”电平的信号和固定电平信号，频繁切换“高”“低”电平的信号使用单刀双掷开关输入；固定电平信号的输入直接就近连接学习板四周的电源、地的插排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字电子技术课程多功能学习板系统，其特征在于数字电子技术课程多功能学习板系统包括：输入模块，组合逻辑模块，时序逻辑模块和输出模块；各模块间只有电源线和地线连接在一起，实现统一供电，各模块中的芯片全部安装在所述的学习板上，各芯片的输入、输出信号都引出到常规的2.54插针或插排上，输入信号和输出信号间采用常规的杜邦线进行互连，信号线布线均在芯片安装面，学习板底面只布电源线和地线；各模块中的每个芯片设计为一个独立单元，芯片各引脚名称都有文字标注；芯片的每个输入端连接一个1芯或2芯连通的插针；芯片的每个输出端连接一个2x3插排，且2x3插排上6根插针是连通的；输入模块包含：开关量输入、手动时钟产生单元和连续时钟产生单元；手动时钟产生单元利用拨动开关和74LS00芯片组成RS触发器，连续时钟产生单元利用555定时器构成多谐振荡器产生频率可调的连续时钟信号；输出模块包括：LED灯和七段数码管，LED灯和七段数码管均采用共阴极接法；使用显示译码器74LS48可将4位二进制数值直接转换成数码管上显示的十进制数；组合逻辑模块包含：门电路、3‑8译码器、2‑4译码器、4选1数据选择器、8选1数据选择器、8‑3编码器、数值比较器、加法器；门电路最大支持4变量逻辑函数实现，门电路包含4输入与门，4输入与非门，4输入或门，4输入或非门，非门，异或门；时序逻辑模块包含：RS触发器、同步D触发器、边沿D触发器、JK触发器、十进制计数器，4位二进制计数器、十六进制加减计数器和双向移位寄存器。...

【技术特征摘要】
1.一种数字电子技术课程多功能学习板系统，其特征在于数字电子技术课程多功能学习板系统包括：输入模块，组合逻辑模块，时序逻辑模块和输出模块；各模块间只有电源线和地线连接在一起，实现统一供电，各模块中的芯片全部安装在所述的学习板上，各芯片的输入、输出信号都引出到常规的2.54插针或插排上，输入信号和输出信号间采用常规的杜邦线进行互连，信号线布线均在芯片安装面，学习板底面只布电源线和地线；各模块中的每个芯片设计为一个独立单元，芯片各引脚名称都有文字标注；芯片的每个输入端连接一个1芯或2芯连通的插针；芯片的每个输出端连接一个2x3插排，且2x3插排上6根插针是连通的；输入模块包含：开关量输入、手动时钟产生单元和连续时钟产生单元；手动时钟产生单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飙，董明刚，周国清，王永杰，蒋小华，杨光杰，周祥，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45