數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)精選(九篇)

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第1篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

【摘要】提出了一種多頻信號(hào)采集系統(tǒng)，基于衛(wèi)星信號(hào)射頻的直接采樣技術(shù)，簡(jiǎn)化了射頻前端，提高了采樣帶寬，沒有混頻，實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)信號(hào)的同時(shí)采樣。再到FPGA重新采樣完成數(shù)字下變頻，進(jìn)行分路濾波，程序緩存到DDR3，以太網(wǎng)對(duì)多路信號(hào)同步采集。該方法不僅使射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，同時(shí)降低了射頻前端帶來的干擾，提高信號(hào)采樣質(zhì)量和信號(hào)完整性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以連續(xù)地采集多個(gè)頻帶的數(shù)據(jù)，并通過對(duì)GNSS信號(hào)的捕獲驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞 射頻直采；GNSS；FPGA；DDR3；濾波

Design and Implementation of Multi-frequency System in Direct-RF Quantization GNSS Software Receiver

WEI Wei

(China Electronic Technology Group Corporation 20th Research Institute, Xi’an Shaanxi 710086, China)

【Abstract】This paper puts forward a multi-frequency signal acquisition system based on sampling technology of RF satellite signals, simplifying RF front-end, increasing the sampling bandwidth, without mixing, multi-frequency signals can be sampled simultaneously. And then enter the FPGA sampling again to finish digital down conversion, shunts filtering, finally the procedure will be cached into DDR3, using Ethernet to realize the multi-channel signal synchronous acquisition. This method not only makes the RF system simple and flexible, but also reduces the interference caused by the RF front-end, achieving the integrity of the signals, improving the quality of sampling signal. The result of the experiment shows that the system is able to collect data from multiple bands continuously, and verifies the validity of this system through capturing the signals of GNSS.

【Key words】Direct-RF; GNSS; FPGA; DDR3; Filter

0引言

隨著電子技術(shù)和用戶需求的快速增長(zhǎng)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)計(jì)民生、社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，并顯現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。國(guó)際四大系統(tǒng)都開始運(yùn)營(yíng)，我國(guó)的北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展已經(jīng)有十幾年之久，目前只是覆蓋亞太區(qū)域的東南亞地區(qū)，為以后的全球系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)，北斗系統(tǒng)逐漸進(jìn)入到各個(gè)領(lǐng)域，具有重要的軍事戰(zhàn)略意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

利用多系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航將有效地減小電離層時(shí)延誤差，提高定位精度，在有遮擋的區(qū)域可以提高導(dǎo)航的連續(xù)性和有效性。傳統(tǒng)的導(dǎo)航接收機(jī)，射頻前端需要多級(jí)混頻、放大、濾波，混頻器和放大器設(shè)計(jì)難度較大，如果在多頻點(diǎn)和多系統(tǒng)接收機(jī)中，這個(gè)難度就更大，針對(duì)此問題，本文設(shè)計(jì)研究了射頻直接采樣GNSS數(shù)字電路，規(guī)避混頻，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)的靈活性，在接收不同頻段信號(hào)時(shí),接收機(jī)只需要調(diào)整前端的濾波器和AD采樣率。

1硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)硬件思想描述上，為了保證信號(hào)完整性、實(shí)時(shí)性，按照軟件無線電的設(shè)計(jì)思路，盡量讓AD靠近天線端口。若AD具有高增益、高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍，那么前端的設(shè)計(jì)就可以簡(jiǎn)化，首先在射頻前端用低噪放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、帶通濾波，然后對(duì)多頻信號(hào)進(jìn)行分路濾波，再將濾波后的信號(hào)送至高速AD進(jìn)行采樣，通過FPGA進(jìn)行緩沖和數(shù)據(jù)處理(FIR數(shù)字濾波及抽取)，最后將數(shù)據(jù)封裝成幀通過以太網(wǎng)口將數(shù)據(jù)打包送至上位機(jī)，上位機(jī)在物理層捕獲以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，解析MAC地址將需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤之中，最后通過軟件利用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲跟蹤及定位解算，圖1(a)為系統(tǒng)整體硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。

1.1射頻前端設(shè)計(jì)

目前，射頻直接采樣和數(shù)字下變頻主要有 2 種實(shí)現(xiàn)方式：一種是選擇較高采樣率對(duì)接收信號(hào)直接采樣，利用抽取濾波（在FPGA上實(shí)現(xiàn)）方法降采樣率的多系統(tǒng)多頻點(diǎn)接收機(jī)，可以選用 1600MHz 的 A/D 采樣速率（時(shí)鐘上下沿同時(shí)采樣可以達(dá)到3.2GHZ），由于受到硬件和布線水平的限制，此方法實(shí)現(xiàn)難度大；另一種是選擇較低的采樣率，對(duì)幾個(gè)窄帶信號(hào)通過射頻直接帶通采樣完成簡(jiǎn)單的數(shù)字下變頻，而直采技術(shù)具備與模擬射頻前端進(jìn)行多級(jí)下變頻具有一樣的性能。本文將采用前一種設(shè)計(jì)思路，選擇合適的采樣率對(duì)接收的多路導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行直采，然后利用多相濾波器結(jié)構(gòu)、積分梳狀濾波器、半帶濾波器與高階FIR 濾波器等技術(shù)設(shè)計(jì)抽取濾波網(wǎng)絡(luò)，降低信號(hào)采樣率，實(shí)現(xiàn)多頻信號(hào)的分離和下變頻。

ADC采樣時(shí)鐘來自于頻率合成器輸出的時(shí)鐘，為了滿足ADC對(duì)于采樣時(shí)鐘的相位噪聲，本設(shè)計(jì)使用了10MHz的原子鐘作為頻率合成器輸入，通過FPGA將頻率配置成需要的頻率，也可以由外部時(shí)鐘源直接倍頻輸出。前端需要將信號(hào)放大至ADC可以采樣的電平，接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)能量約為-141dB，GNSS天線增益為50dB，前端的增益足夠?qū)π盘?hào)采樣。

(a)硬件系統(tǒng)平臺(tái)

(b)濾波結(jié)構(gòu)

1.2基于射頻直接采樣的采樣頻率選擇

帶通采樣定理在頻分多路信號(hào)的編碼、數(shù)字接收機(jī)的中頻采樣數(shù)字化中有重要的應(yīng)用。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用帶通采樣定理對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行采樣。根據(jù)帶通采樣定理，采樣率將只與信號(hào)帶寬有關(guān)，與載波頻率無關(guān)，這將使采樣率大大降低。采樣率最低應(yīng)不小于兩倍頻率，也可以說成要求是不低于各頻帶帶寬和的兩倍，計(jì)算公式如下：

當(dāng)帶通信號(hào)的頻率分布在某一有限的頻帶(fL, fH)內(nèi)，由于帶通信號(hào)本身的帶寬并不一定很寬B=fH-fL，那么可以運(yùn)用帶通采樣定理完成對(duì)信號(hào)的采樣。

針對(duì)表 1 中列出導(dǎo)航信號(hào)載頻及信號(hào)帶寬分布關(guān)系，首先確定合適的射頻采樣頻率這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。1）利用數(shù)字混頻的方法將采樣頻率降低到124MHz（多路信號(hào)帶寬和），為了能夠進(jìn)行整數(shù)倍抽取，考慮選擇 124MHz 的整數(shù)倍頻率；2）從圖2上可以看到，低載頻的5路導(dǎo)航信號(hào)L2C、E5b、E5a(L5)、L2P(Y)、E6 信號(hào)的頻譜相距很近，近似看為一個(gè)信號(hào)，記為A；同理 L1C/A(E1b/c) 頻點(diǎn)的信號(hào)看作另一個(gè)信號(hào)，記為B；3）由于信號(hào)A的帶寬較寬，為 127.875MHz(1 166.22MHz~1 294.095MHz)，用式（1）對(duì)其進(jìn)行帶通采樣，然后，用相同的采樣頻率對(duì)信號(hào)B進(jìn)行采樣。

用此采樣頻率進(jìn)行射頻直接采樣，可達(dá)到頻譜無混疊。并且進(jìn)行D=3倍抽取后，即能降采樣到124MHz。采取分級(jí)抽取降采樣率的方法可實(shí)現(xiàn)。降采樣后，信號(hào)A與信號(hào)B相距很遠(yuǎn)，仍然可以當(dāng)作兩個(gè)窄帶信號(hào)來處理。

1.3降采樣率抽取濾波器的選擇

在FPGA上實(shí)現(xiàn)降采樣抽取濾波，濾波器選擇窄帶濾波器具有尖銳的截止特性（窄帶電調(diào)濾波器）。只有將帶寬參數(shù)趨近于信號(hào)帶寬，這樣就不會(huì)發(fā)生信號(hào)混疊，影響信號(hào)質(zhì)量。

AD采樣率太高，由于FPGA的工作頻率限制，必須降采樣運(yùn)行。抽取就是把原來采樣點(diǎn)按每隔D點(diǎn)生成新的序列，這樣新的采樣率就降為原來的1/D（D>1），通過PLL將FIR的時(shí)鐘分出不同的頻率，用這個(gè)頻率接收FIR輸出的數(shù)據(jù)，即可以完成數(shù)字信號(hào)D倍的抽取，抽取后將大大減少數(shù)據(jù)量，降低處理難度。

設(shè)原始輸入信號(hào)為X(n)，抽取后的信號(hào)為XD(m)，則抽取后的信號(hào)表示為：XD(m)= X(mD)。經(jīng)濾波抽取信號(hào)頻譜變?yōu)椋?/p>

要不想產(chǎn)生混疊，可以進(jìn)行如下操作，首先原始信號(hào)通過一個(gè)LDP數(shù)字低通濾波器(帶寬為π/D)，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波，使原始信號(hào)的頻譜中只含有小于π/D的頻譜存在，再進(jìn)行D倍抽取，那么抽取后的頻譜就不會(huì)發(fā)生混疊。

常用的抽取濾波器包括半帶(HB)濾波器、積分梳狀(CIC)濾波器。HB濾波器是一種特殊的低通FIR數(shù)字濾波器，特別適合2倍抽取(D=2)，并且HB濾波器的長(zhǎng)度為奇數(shù)，其沖激響應(yīng)h(k)為實(shí)數(shù)且為偶對(duì)稱。當(dāng)實(shí)際的抽取倍數(shù)不是2的冪次方，此時(shí)就需要用到積分梳狀濾波器進(jìn)行3倍抽取。

1.4抽取濾波器的設(shè)計(jì)

針對(duì)圖(b)所示經(jīng)直接采樣后的導(dǎo)航信號(hào)頻譜示意圖，要實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)多頻點(diǎn)的分離并且降采樣。由于信號(hào)A與信號(hào)B頻譜相距較遠(yuǎn)遠(yuǎn),采樣后信號(hào)利用一級(jí)CIC濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)3倍抽取，濾掉A信號(hào)，并且采樣率變?yōu)?24MHz。將L2C信號(hào)頻譜搬移到零頻，再用一個(gè)FIR低通濾波器，濾除帶外信號(hào)。L1 C/A信號(hào)的分離與降采樣率實(shí)現(xiàn)同L2C信號(hào)。對(duì)于A信號(hào)，將帶通采樣后的信號(hào)經(jīng)過一個(gè)3階高通濾波器后，濾除B信號(hào)，并進(jìn)行抽取。同理將E6信號(hào)頻譜搬移到零頻，使用一級(jí)CIC濾波器實(shí)現(xiàn)1倍抽取，再經(jīng)過一級(jí)HB濾波器實(shí)現(xiàn)1倍抽取，再用FIR低通濾波器低通濾波，此時(shí)E6信號(hào)分離并且采樣率降低為124MHz。

數(shù)字信號(hào)處理中濾波器是核心，單級(jí)CIC濾波器的旁瓣電平是比較大，低于主瓣13.46dB，通帶紋波對(duì)主瓣的影響，阻帶截止特性不夠明顯。如果采用3級(jí)CIC濾波器級(jí)聯(lián)，帶通特性明顯，阻帶衰減可達(dá)到40dB以上。幾百兆或者幾十兆的高速信號(hào)經(jīng)過CIC濾波器抽取不會(huì)發(fā)生頻譜混疊。HB濾波器具有良好的通帶抑制紋波小和阻帶截止?jié)L降特性明顯。以上兩種濾波器的幅頻特性由抽取次數(shù)和級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)決定，濾波和降采樣同時(shí)進(jìn)行。

1.5其他核心器件

兩個(gè)DDR3即雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。為了適應(yīng)高速信號(hào)的采集存儲(chǔ)，保證采集信號(hào)的完整性和存儲(chǔ)的連續(xù)性。系統(tǒng)使用了兩片MICRON公司的高存儲(chǔ)密度和高帶寬的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的理想選擇。

在多頻高速信號(hào)數(shù)字電路中，時(shí)鐘電路是整個(gè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵部件。采樣時(shí)鐘的抖動(dòng)和相位噪聲會(huì)完整地傳遞給采樣輸出，從而影響系統(tǒng)的載噪比。同步時(shí)鐘依賴的時(shí)鐘穩(wěn)定度取決于時(shí)鐘芯片的電源相噪。本系統(tǒng)采樣時(shí)鐘由外部時(shí)鐘源提供LVDS電平，因此不需要對(duì)輸入時(shí)鐘源進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換及電路匹配設(shè)計(jì)，可以達(dá)到ADC的時(shí)鐘輸入要求。選用TI公司的芯片對(duì)時(shí)鐘電路進(jìn)行管理，芯片傳輸延時(shí)75ps，周期間抖動(dòng)0.5ps，可滿足時(shí)鐘分配及傳輸要求。

本系統(tǒng)采用MICREL公司的千兆以太網(wǎng)芯片，通過BEL公司的網(wǎng)口接插件(自帶電平變壓器)，將采集的高速數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)或者至下級(jí)的DSP處理實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮娜藱C(jī)交互和顯控。以太網(wǎng)的PHY是直接連接到FPGA的內(nèi)部ARM核，將采集處理數(shù)據(jù)封裝成幀以MAC地址進(jìn)行發(fā)送。以太網(wǎng)參考時(shí)鐘是25MHZ，可以倍頻到千兆。而到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取時(shí)，F(xiàn)PGA發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)僅使用以太網(wǎng)的物理層，所以在PC主機(jī)抓包時(shí)僅需關(guān)注數(shù)據(jù)包的 MAC 地址信息即可，不需要再對(duì) TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行分析和處理。

2仿真實(shí)驗(yàn)

通過配置不同采樣率，對(duì)實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，利用快速捕獲算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲處理，獲得信號(hào)相關(guān)峰，如圖3所示。分析頻率與碼相位在二維搜索的影響，對(duì)1ms信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域的捕獲，并且噪聲系數(shù)和信號(hào)頻譜譜峰相差很大。因此，本文設(shè)計(jì)的直采系統(tǒng)適合GNSS系統(tǒng)。

圖3GNSS中頻捕獲仿真結(jié)果3結(jié)論

本文介紹了基于射頻直接采樣的GNSS多頻點(diǎn)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。論文從硬件平臺(tái)入手，主要有射頻前端、數(shù)字信號(hào)處理、以太網(wǎng)與上位機(jī)互傳等，對(duì)多系統(tǒng)多頻點(diǎn)采樣率選擇和FPGA采樣數(shù)據(jù)的抽取，利用半帶濾波和CIC濾波抽取方法實(shí)現(xiàn)中頻下變頻。該系統(tǒng)在靈活性和可擴(kuò)展性方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的下變頻采集系統(tǒng),具備很好的通用性。

參考文獻(xiàn)

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［4］常高嘉,馮全源.基于 FPGA 的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子器件,2012,10,35(5).

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第2篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路;VHDL;教學(xué)改革;設(shè)計(jì)方法

1.引言

數(shù)字電路是理工科中的電類專業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是信息類各專業(yè)的平臺(tái)課程。該課程在介紹有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)基本知識(shí)、基本理論、基本電路的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論數(shù)字系統(tǒng)中各種邏輯電路分析與設(shè)計(jì)的基本方法，以及該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及最新的技術(shù)。設(shè)置該課程的主要目的是為了讓學(xué)生了解各種基本邏輯電路，能熟練地運(yùn)用有關(guān)知識(shí)和理論對(duì)各類邏輯電路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。目前， 大多數(shù)高等院校仍是采用傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)模式， 以教材為中心，過于強(qiáng)調(diào)基本原理、公式的推導(dǎo)以及波形的分析，往往讓學(xué)生覺得抽象，不能夠很好地理解電路、集成芯片的功能及應(yīng)用。而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要在實(shí)驗(yàn)箱上完成，開設(shè)的是一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，對(duì)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的電路設(shè)計(jì)以手工為主，一般遵循自底向上的設(shè)計(jì)方法，從電路的功能分析，真值表、表達(dá)式、邏輯電路圖到器件的選擇、連線、測(cè)試等，學(xué)生的認(rèn)識(shí)僅僅停留在局部小部件上，復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想受到限制。在數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，大規(guī)模以及超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，這種缺乏實(shí)用性和創(chuàng)新性的傳統(tǒng)教學(xué)模式，已不再適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此，教學(xué)需要融入新技術(shù) 、突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，引入VHDL語言的數(shù)字電路教學(xué)改革就成為一個(gè)重要的研究課題。

2.VHDL語言及其特點(diǎn)

超高速集成電路硬件描述語言（VHDL） 是一種用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的高級(jí)語言，是被IEEE和美國(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言，其主要用于描述數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。基于這種描述結(jié)合相關(guān)的軟件工具，可以得到所期望的實(shí)際數(shù)字電路。利用VHDL語言進(jìn)行電路設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）VHDL可用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的、多層次的設(shè)計(jì)，并且支持設(shè)計(jì)庫(kù)和設(shè)計(jì)的重復(fù)使用;

（2）與其他的硬件描述語言相比，VHDL具有更強(qiáng)的行為描述能力;

（3）VHDL有豐富的仿真語句和庫(kù)函數(shù)，使其在設(shè)計(jì)的早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，借助于相關(guān)仿真器隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬;

（4）對(duì)于VHDL完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，一般可進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并能自動(dòng)的把VHDL描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級(jí)網(wǎng)表;

（5）VHDL語言支持電路描述由高層向低層的綜合變換，便于文檔管理，易于理解和設(shè)計(jì)的再利用;

（6）VHDL對(duì)于設(shè)計(jì)的描述具有相對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件設(shè)計(jì)。

3.VHDL語言較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)

通過上述特點(diǎn)，我們了解到VHDL語言功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活、容易掌握。將VHDL語言引入數(shù)字電路教學(xué)中，有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，掌握更多的設(shè)計(jì)方法，提高分析設(shè)計(jì)能力。本文針對(duì)六進(jìn)制約翰遜計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，分別采用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和VHDL方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)比可得出，VHDL可以顯著提升數(shù)字電路的教學(xué)效果。

3.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)采用自底向上的設(shè)計(jì)方法如圖1所示。本文選用JK、D觸發(fā)器及門電路來實(shí)現(xiàn)，采用3個(gè)觸發(fā)器連接產(chǎn)生8個(gè)狀態(tài)，六進(jìn)制約翰遜計(jì)數(shù)器只有6個(gè)狀態(tài)，將其中的010，011兩個(gè)狀態(tài)禁止掉，具體狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。

圖1 自底向上設(shè)計(jì)方法

表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

CLK Q2n'Q1n'Q0n Q2n+1'Q1n+1'Q0n+1

1 0..0..0 0...0...1

2 0..0..1 0...1...1

3 0..1..1 1...1...1

4 1..1..1 1...1...0

5 1..1..0 1...0...0

6 1..0..0 0...0...0

由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得出狀態(tài)方程：

，，

將Q2，Q1選用D觸發(fā)器，Q0選用JK觸發(fā)器，得出驅(qū)動(dòng)方程：

，，，

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程最終畫出邏輯原理圖如圖2所示。

圖2 邏輯原理圖

在得到邏輯原路圖后，還需要進(jìn)行邏輯驗(yàn)證，驗(yàn)證無誤后再對(duì)邏輯原理圖進(jìn)行邏輯驗(yàn)證無誤后，在PCB版上完成布線、裝配、焊接及調(diào)試，如有問題，再進(jìn)行局部修改，直至整個(gè)電路調(diào)試完畢為止。

圖3 自頂向下設(shè)計(jì)方法

3.2 VHDL設(shè)計(jì)方法

VHDL設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法如圖3所示。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)電路功能進(jìn)行行為級(jí)描述和仿真，然后再進(jìn)行RTL級(jí)描述和仿真，達(dá)到預(yù)期結(jié)果后再進(jìn)行邏輯綜合、布局布線，最終完成電路設(shè)計(jì)。

（1）行為描述，也就是對(duì)計(jì)數(shù)器數(shù)學(xué)模型的描述，通過代碼描述出輸入、輸出引腳和計(jì)數(shù)過程中狀態(tài)變化時(shí)序及關(guān)系，具體程序如下：

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.all;

entity counter6 is

port（clk，reset：in std_logic;

count_out：out std_logic_vector（2 downto 0））;

end counter6;

architecture rtl Of counter6 is

signal next_count：std_logic_vector（2 downto 0）;

begin count_proc：process（clk，reset）

begin if reset='0' then

next_count<="000";

elsif clk'event and clk='1' then

case next_count is

when "000"=>next_count<="001";

when "001"=>next_count<="011";

when "011"=>next_count<="111";

when "111"=>next_count<="110";

when "110"=>next_count<="100";

when "100"=>next_count<="000";

when others=>next_count<="000";

end case;

end if;

count_out<=next_count;

end process;

end rtl;

利用Max+plusⅡ軟件對(duì)上述程序進(jìn)行編譯、仿真，仿真結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明，該方案符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 仿真結(jié)果

（2）RTL描述，即用具體門電路、運(yùn)算器等來描述行為部分。行為描述程序抽象程度較高，故需轉(zhuǎn)化為RTL方式描述的VDHL程序，以便于映射到具體的邏輯元件，得到硬件的具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)于改寫后的RTL程序同樣需要進(jìn)行仿真，檢查正確性。

（3）邏輯綜合，利用MAX+PLUS II Advanced Synthsis ALtera將其轉(zhuǎn)換為門級(jí)網(wǎng)絡(luò)表，輸出邏輯原理圖并進(jìn)行仿真、檢查定時(shí)關(guān)系。最后根據(jù)需要利用門級(jí)網(wǎng)表做出ASIC芯片或生成FPGA碼點(diǎn)，完成電路設(shè)計(jì)。

3.3 VHDL與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較

相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，VHDL采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)，更利于分工合作，再加上各層次的仿真檢查，便于早期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正，提高了設(shè)計(jì)效率;同時(shí)設(shè)計(jì)描述的相對(duì)獨(dú)立性，使得學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)不必寫表達(dá)式、真值表，不必考慮所用器件，降低了設(shè)計(jì)難度;另外VHDL語言簡(jiǎn)單易學(xué)，MAX+PLUS II界面友好，通過仿真波形分析，學(xué)生能更形象、更深刻的理解所學(xué)內(nèi)容。

4.結(jié)束語

數(shù)字電路作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果的好壞，將直接影響后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。在數(shù)字電路教學(xué)中引入VHDL描述語言，利用MAX+PLUS II進(jìn)行編譯、仿真、演示，不但豐富了教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)了教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)興趣，還有助于學(xué)生消除“抽象感”;另外VHDL能將傳統(tǒng)教學(xué)中較難實(shí)現(xiàn)的電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為軟件設(shè)計(jì)，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作，還有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)集成芯片的認(rèn)識(shí)，提高分析設(shè)計(jì)能力，掌握更多的設(shè)計(jì)方法，以適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。

參考文獻(xiàn)

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[3]譚勇，朱斌.基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012（17）：43-44.

第3篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

【關(guān)鍵詞】高職教育 數(shù)字電路與仿真 教學(xué)改革 項(xiàng)目化教學(xué)法

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2014）20-0094-01

數(shù)字電路與仿真是高職電子類專業(yè)一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。一直以來，數(shù)字電路與仿真都是采用黑板和實(shí)驗(yàn)兩種教學(xué)模式。在進(jìn)行理論講授時(shí)是以老師為主體，學(xué)生總是被動(dòng)地接受知識(shí)；而在實(shí)踐環(huán)節(jié)教師仍以傳授知識(shí)為目的，實(shí)踐課程被作為課堂理論知識(shí)的驗(yàn)證。一般的教學(xué)方法造成了在教學(xué)過程中教師一手包辦、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)較少的現(xiàn)象。在這樣的教學(xué)模式下，學(xué)生就會(huì)缺乏對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)興趣，抑制學(xué)生的創(chuàng)造力和主動(dòng)性，所以必須對(duì)數(shù)字電路的教學(xué)方式進(jìn)行改革，引入項(xiàng)目化教學(xué)法。項(xiàng)目化教學(xué)法是將該課程的知識(shí)轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，然后老師和學(xué)生通過共同完成一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，這就是一種真正的理論與實(shí)踐相結(jié)合。在數(shù)字電路與仿真的課程改革中引入項(xiàng)目化教學(xué)，不僅打破了理論課、實(shí)驗(yàn)課的界限，也將理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、企業(yè)的相關(guān)要求融為一體，達(dá)到了高職教育與企業(yè)生產(chǎn)的零距離，而且實(shí)現(xiàn)了以就業(yè)為導(dǎo)向、以技能為核心的辦學(xué)宗旨。

根據(jù)高職高專的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合高職高專教學(xué)改革的要求，本著“工學(xué)結(jié)合、項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、教學(xué)做一體化”的原則。全書共有八個(gè)項(xiàng)目，包括三人表決器電路、搶答器電路、數(shù)碼顯示電路、計(jì)數(shù)分頻電路、觸摸式防盜報(bào)警電路、溫度檢測(cè)電路、數(shù)字鐘電路等的設(shè)計(jì)與裝調(diào)以及用FPGA實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器等。通過項(xiàng)目任務(wù)的完成，提高學(xué)生對(duì)數(shù)字電路的理解，使之能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成小型數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)制作，包括查閱資料、確定電路設(shè)計(jì)方案、計(jì)算與選擇元器件參數(shù)、安裝與調(diào)試電路，能使用相關(guān)儀器進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試和編寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。

數(shù)字電路主要課程內(nèi)容為數(shù)制與碼制、邏輯函數(shù)、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、存儲(chǔ)器、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路及應(yīng)用內(nèi)容。因課程內(nèi)容不集中，學(xué)生學(xué)后不加以運(yùn)用，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完后容易忘記。所以，在課程改革中要以項(xiàng)目為單元、以應(yīng)用為主線，將理論知識(shí)融入實(shí)踐項(xiàng)目中。讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，鞏固每個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)，提高自己的動(dòng)手能力。

一 項(xiàng)目任務(wù)的選取

項(xiàng)目化教學(xué)法有別于一般的教學(xué)方法，課程中理論知識(shí)和實(shí)踐技能的傳授是通過完成具體的項(xiàng)目來實(shí)施的。因此，在數(shù)字電路的項(xiàng)目化教學(xué)中，項(xiàng)目任務(wù)的選取力求具有典型性和可操作性，數(shù)字電路項(xiàng)目化教學(xué)的任務(wù)為：（1）三人表決器的設(shè)計(jì)與制作；（2）搶答器電路的設(shè)計(jì)與制作；（3）數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)與制作；（4）觸摸式防盜報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作；（5）數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。

二 項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過程

項(xiàng)目任務(wù)在教學(xué)實(shí)施的過程中是要讓所有學(xué)生的參與教學(xué)活動(dòng)，項(xiàng)目化教學(xué)注重的不是最終的結(jié)果，而是完成每個(gè)項(xiàng)目的過程。在數(shù)字電路的項(xiàng)目化教學(xué)過程中，要以項(xiàng)目為教學(xué)單元，采用分組的方法，每組包含4～5名學(xué)生，每個(gè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)子任務(wù)，在每個(gè)子任務(wù)里要明確學(xué)生應(yīng)掌握的每個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)和操作技能，子任務(wù)的實(shí)施要以學(xué)生為中心，老師充當(dāng)技術(shù)支持的角色，主要由各個(gè)小組成員一起探討問題和解決問題，老師可對(duì)學(xué)生給予指導(dǎo)和幫助，逐步培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自己思考的習(xí)慣。項(xiàng)目實(shí)施的過程為：（1）引入項(xiàng)目；（2）老師和學(xué)生共同分析項(xiàng)目，明確電路功能，確定若干個(gè)子任務(wù)；（3）學(xué)生通過查閱資料和所學(xué)的知識(shí)對(duì)每個(gè)子任務(wù)提出實(shí)施方案；（4）學(xué)生根據(jù)每組討論結(jié)果制定電路方案；（5）學(xué)生利用Multisim 10仿真軟件檢測(cè)所設(shè)計(jì)的電路是否符合要求，來依次完成各子任務(wù)；（6）學(xué)生把各子任務(wù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，通過綜合調(diào)試完成整個(gè)項(xiàng)目；（7）老師檢查設(shè)計(jì)及調(diào)試結(jié)果，然后進(jìn)行教師評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)；（8）書寫電路設(shè)計(jì)報(bào)告，分析電路設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。

三 項(xiàng)目化課程學(xué)習(xí)的管理制度

為了使每個(gè)項(xiàng)目順利進(jìn)行，老師專門制作了項(xiàng)目進(jìn)度表和子項(xiàng)任務(wù)卡。學(xué)生根據(jù)進(jìn)度表了解本次任務(wù)要求和內(nèi)容。老師在進(jìn)行學(xué)習(xí)管理時(shí)，采用學(xué)生實(shí)踐任務(wù)進(jìn)度公示的方法，對(duì)那些進(jìn)度較慢的學(xué)生給予輔導(dǎo)和幫助；對(duì)動(dòng)手能力較強(qiáng)、完成項(xiàng)目快的學(xué)生給予獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)老師對(duì)理論知識(shí)的講授時(shí)間和實(shí)踐技能的演示時(shí)間也作了合理安排。這樣項(xiàng)目化教學(xué)的設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生由被動(dòng)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)，還減輕了老師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。

四 考核方式的改革

考核分為兩部分：理論考試和實(shí)踐考試，其中理論考試占30%，實(shí)踐考試占70%。對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)能力的考核以筆試的形式進(jìn)行；對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的考核，參考制作過程的考查記錄和學(xué)生作品。這種綜合考核方式評(píng)價(jià)比較全面，更能體現(xiàn)高職教育培養(yǎng)目標(biāo)。

第4篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)，項(xiàng)目化教學(xué)方法，課程改革

 

EDA技術(shù)是以數(shù)字電子技術(shù)課程知識(shí)為基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)實(shí)踐性、工程性的專業(yè)課程。將數(shù)字電路設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單元器件單元電路設(shè)計(jì)，EWB軟件仿真提到了更高一級(jí)的可編程操作平臺(tái)上，進(jìn)一步鞏固和提高學(xué)生電子電路綜合設(shè)計(jì)能力。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是將兩門課程分開，先上數(shù)字電路，后上EDA技術(shù)，分兩學(xué)期授課。這樣的教學(xué)模式存在弊端，減弱了課程之間的聯(lián)系，降低了學(xué)生對(duì)數(shù)字電路理論的認(rèn)識(shí)程度。通過對(duì)EDA技術(shù)課程的教學(xué)改革，以實(shí)訓(xùn)的方式采用項(xiàng)目教學(xué)法，使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握EDA技術(shù)基礎(chǔ)及其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從數(shù)字系統(tǒng)的單元電路，如譯碼器、計(jì)數(shù)器等入手，加深對(duì)數(shù)字電路基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)，逐漸完成數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1. EDA技術(shù)及其在教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 EDA技術(shù)

EDA技術(shù)即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic DesignAutomation)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果而形成的一門新技術(shù)畢業(yè)論文格式，是一種能夠設(shè)計(jì)和仿真電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。采用”自頂向下”的層次化設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級(jí)設(shè)計(jì)，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標(biāo)器件。圖1為一個(gè)典型的EDA設(shè)計(jì)流程。

圖1 EDA設(shè)計(jì)流程圖

1.2 EDA技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)過程中，EDA技術(shù)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，以及配有輸入輸出器件(開關(guān)、按鍵、數(shù)碼管、發(fā)光二極管等)、標(biāo)準(zhǔn)并口、RS232串口、DAC和ADC電路、多功能擴(kuò)展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件開發(fā)平臺(tái)，使得在電子設(shè)計(jì)的各個(gè)階段、各個(gè)層次可以進(jìn)行模擬驗(yàn)證，保證設(shè)計(jì)過程的正確性。從而使數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)起來更加容易，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的電路離散元件的安裝、焊接、調(diào)試工作中解放出來，將精力集中在電路的設(shè)計(jì)上。同時(shí)，采用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)，不但提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性，方便學(xué)生對(duì)電路進(jìn)行修改、升級(jí)，讓實(shí)驗(yàn)不在單調(diào)的局限于幾個(gè)固定的內(nèi)容，使教學(xué)更上一個(gè)臺(tái)階，學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)新能力進(jìn)一步得到提高。

2.課程教學(xué)改革實(shí)施

2.1課程改革思路

課程改革本著體現(xiàn)鞏固數(shù)字電路基礎(chǔ)，掌握現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的原則來處理和安排EDA技術(shù)教學(xué)內(nèi)容。打破傳統(tǒng)的從EDA技術(shù)概述、VHDL語言特點(diǎn)、VHDL語句等入手的按部就班的教學(xué)方法，以設(shè)計(jì)應(yīng)用為基本要求，開發(fā)基于工作過程的項(xiàng)目化課程，以工作任務(wù)為中心組織課程內(nèi)容，讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中來構(gòu)建相關(guān)理論知識(shí)。將EDA技術(shù)分為四個(gè)方面的內(nèi)容，即：可編程邏輯器件、硬件描述語言、軟件開發(fā)工具、實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，其中，可編程邏輯器件是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體，硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具,實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。采用項(xiàng)目化教學(xué)方法，以實(shí)訓(xùn)的方式展開，讓學(xué)生在“學(xué)中做，做中學(xué)”。

2.2課程改革措施

以電子線路設(shè)計(jì)為基點(diǎn)，從實(shí)例的介紹中引出VHDL語句語法內(nèi)容。在典型示例的說明中，自然地給出完整的VHDL描述，同時(shí)給出其綜合后的表現(xiàn)該電路系統(tǒng)功能的時(shí)序波形圖及硬件仿真效果。通過一些簡(jiǎn)單、直觀、典型的實(shí)例畢業(yè)論文格式，將VHDL中最核心、最基本的內(nèi)容解釋清楚，使學(xué)生在很短的時(shí)間內(nèi)就能有效地掌握VHDL的主干內(nèi)容，并付諸設(shè)計(jì)實(shí)踐。這種教學(xué)方法突破傳統(tǒng)的VHDL語言教學(xué)模式和流程，將語言與EDA工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果，同時(shí)大大縮短了授課時(shí)數(shù)。表1為課程具體內(nèi)容及實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)分配。

 

能力

目標(biāo)

學(xué)習(xí)情境

項(xiàng)目載體

課時(shí)

QuartusⅡ開發(fā)工具使用能力

QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

二選一音頻發(fā)生器設(shè)計(jì)

6

VHDL語言編程能力

VHDL語言基本結(jié)構(gòu)

計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)

6

VHDL語言并行語句

8位加法器設(shè)計(jì)

8

VHDL語言順序語句

7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計(jì)

8

VHDL語言綜合運(yùn)用

數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)

8

層次化調(diào)用方法

4位加減法器的設(shè)計(jì)

4

綜合開發(fā)調(diào)試能力

8位16進(jìn)制頻率計(jì)設(shè)計(jì)；

十字路通燈設(shè)計(jì)；

數(shù)字鐘設(shè)計(jì)；

波形信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)，等。

(任選一題)

20

總計(jì)

 

第5篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞:興趣導(dǎo)向;數(shù)字電路設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)改革

作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門由本專業(yè)開設(shè)的硬件類實(shí)驗(yàn)課,數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)體系中起著極其重要的基礎(chǔ)性作用。首先,它承接了大學(xué)物理、電路理論基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等先修公共基礎(chǔ)課程;同時(shí),它又是計(jì)算機(jī)組成原理、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。

我校計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)自2004年起使用自主開發(fā)的微機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái),至今已有6年時(shí)間,歷經(jīng)了多個(gè)教學(xué)循環(huán)。本實(shí)驗(yàn)共24學(xué)時(shí),分8次課,其中5次課為純硬件實(shí)驗(yàn),3次課為仿真實(shí)驗(yàn)。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,本實(shí)驗(yàn)于大二下學(xué)期開設(shè),在此之前,學(xué)生已有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)及模擬電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),但對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用、電路的調(diào)試并不很熟悉,很多學(xué)生都是第一次見到一些電子元器件實(shí)物。因此,本門課程的實(shí)驗(yàn)起到了入門的作用,即通過數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),學(xué)生將基本掌握萬用表、示波器等各種常用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法,了解電子電路的調(diào)試步驟,學(xué)會(huì)排除實(shí)驗(yàn)當(dāng)中遇到的各種故障。

正因?yàn)檫@門實(shí)驗(yàn)課有著如此的基礎(chǔ)性地位,學(xué)生對(duì)這門課的重視程度就顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)課不同于理論教學(xué),實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生,學(xué)生的參與熱情直接決定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。下面,筆者將就如何提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的興趣與大家進(jìn)行探討。

1現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ叫Ч姆治?/p>

目前,計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有著如下特點(diǎn):內(nèi)容飽滿,課時(shí)緊張,對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)工作和動(dòng)手能力要求較高。由于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理論課所涵蓋的知識(shí)范圍非常廣泛,相應(yīng)地,數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容就要將其中的要點(diǎn)一一體現(xiàn),這就導(dǎo)致每次實(shí)驗(yàn)課的項(xiàng)目都很多,部分同學(xué)無法按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)操作。例如,在第一次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,我們安排了7個(gè)小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,雖然難度不大,但對(duì)于第一次接觸數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的學(xué)生來說,任務(wù)還是比較艱巨的。因?yàn)?在第一次實(shí)驗(yàn)課上,學(xué)生需要熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備,需要回憶萬用表和示波器的使用方法,需要了解74系列芯片的管腳分布,這些就要占用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,如果調(diào)試中再遇到一些故障,或是預(yù)習(xí)不充分的話,就無法在當(dāng)堂課上完成全部的實(shí)驗(yàn)任務(wù);即使完成了,也都比較匆忙,根本談不上體會(huì)這些實(shí)驗(yàn)的目的,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論間的關(guān)系。這樣一連幾次課下來,高強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練使得學(xué)生的動(dòng)手能力顯著增強(qiáng),但是驗(yàn)證理論、分析現(xiàn)象,尤其是體會(huì)過程,這些實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的初衷并沒有完全實(shí)現(xiàn)。更值得注意的是,這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課產(chǎn)生倦怠感,甚至?xí)绊憣W(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情與興趣。

2增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣的探索

學(xué)生的學(xué)習(xí)效果一直是教學(xué)當(dāng)中的重中之重,因此,本實(shí)驗(yàn)中心對(duì)于提高學(xué)生興趣、讓學(xué)生以更大的熱情參與實(shí)驗(yàn)作出積極的探索,并將一些想法逐步付諸實(shí)踐。

1) 改善實(shí)驗(yàn)條件,降低門檻。

本中心通過自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)、改造實(shí)驗(yàn)臺(tái)等方式為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作提供了方便,使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備的可靠性大大提高;同時(shí),在實(shí)驗(yàn)課前對(duì)設(shè)備、儀表等進(jìn)行測(cè)試,并通過儀器逐個(gè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)用芯片是否完好,大大降低了在實(shí)驗(yàn)中設(shè)備環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的可能性,從而讓學(xué)生能夠把更多的精力專注于實(shí)驗(yàn)本身。

2) 結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,提高興趣。

例如,在三態(tài)門的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,將三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線結(jié)合起來,使得學(xué)生能夠了解到這一電路在實(shí)際當(dāng)中的作用。

3) 強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)作用,避免機(jī)械操作。

雖然我校的每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)間為2.5小時(shí),遠(yuǎn)多于理論課的1.75小時(shí),但因?yàn)榭偟膶?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限,數(shù)字電路課程中大量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被壓縮到有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)中,其結(jié)果便是幾乎每次實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間都很緊張。要想在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間中取得良好的效果,預(yù)習(xí)工作就一定要做好。首先,要充分掌握課堂上所學(xué)的理論知識(shí);其次,要通過課前閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書充分了解本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),應(yīng)在課前完成電路的設(shè)計(jì),將課上有限的時(shí)間用于電路的搭建與調(diào)試,以充分利用實(shí)驗(yàn)室的資源。這樣,學(xué)生才能做到知其然并知其所以然,看到表象背后的原理,而不是機(jī)械的操作。

4) 學(xué)會(huì)排除故障,增強(qiáng)信心。

在實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生不可避免地會(huì)遇到種種問題,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出錯(cuò)。究其原因,既有可能是主觀上電路設(shè)計(jì)或連線過程中出現(xiàn)的問題,也有可能是實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)器材出現(xiàn)了故障。在實(shí)驗(yàn)課堂上,讓學(xué)生來修復(fù)設(shè)備的故障是不現(xiàn)實(shí)的,但是找到故障點(diǎn),發(fā)現(xiàn)問題之所在,并通過更換實(shí)驗(yàn)器材等方法來解決問題,這應(yīng)該是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上所應(yīng)掌握的技巧。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)課既是對(duì)課堂理論的一種驗(yàn)證,又是對(duì)現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境的一次模擬。在未來的實(shí)際工作中,學(xué)生將會(huì)遇到各種各樣的問題,而實(shí)驗(yàn)課正是鍛煉如何解決這些問題的好機(jī)會(huì)。一旦學(xué)生掌握了排除故障的方法,獨(dú)立解決了問題,他們就會(huì)很有成就感,甚至就此對(duì)排除故障產(chǎn)生了濃厚的興趣。因此,我們?cè)诒M力減少實(shí)驗(yàn)中因客觀原因造成問題的同時(shí),也應(yīng)該向?qū)W生講明排除故障的必要性,并引導(dǎo)其對(duì)獨(dú)立解決各種疑難問題的興趣,增強(qiáng)其信心,令其克服畏難情緒[1]。

5) 安排創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),拓展實(shí)驗(yàn)范圍。

通過理論課教師與實(shí)驗(yàn)中心的合作,充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源,為有興趣做數(shù)字電路類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件,并給予相應(yīng)的指導(dǎo)。例如,在大一學(xué)生中開展的“年度創(chuàng)新計(jì)劃”中安排了密碼鎖、自行車?yán)锍瘫淼群?jiǎn)單而有趣的小項(xiàng)目,供感興趣的學(xué)生自由選擇,使得同學(xué)們?cè)跊]有開始數(shù)字電路學(xué)習(xí)時(shí)就能夠?qū)Ρ菊n程的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí),并發(fā)現(xiàn)其有趣之處,進(jìn)而對(duì)今后的實(shí)驗(yàn)充滿了期待。

3今后實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步改革的構(gòu)想

隨著我校新一輪專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的制定,數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)也迎來了又一次改革發(fā)展的契機(jī)。我們認(rèn)為,在新的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置方面,應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),而在這一進(jìn)程中,對(duì)學(xué)生的興趣引導(dǎo)被擺在了突出的位置上。基于興趣導(dǎo)向的改革思路主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1) 引進(jìn)新型設(shè)備,進(jìn)一步降低門檻。

本中心計(jì)劃引進(jìn)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在增加了EDA實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同時(shí),將原有的面包板接線方式改為固定插孔式接線,大大提高了連線的可靠性,降低了設(shè)備操作上的難度,使得學(xué)生能以較快的速度熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái),不至于在實(shí)驗(yàn)伊始就產(chǎn)生畏難情緒。同時(shí),可以將實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表的使用方法及操作過程拍攝下來,制成視頻片斷并存放在實(shí)驗(yàn)中心的網(wǎng)站上,供學(xué)生在課前下載觀看,以利于其提前了解實(shí)驗(yàn)操作。

2) 設(shè)置演示實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生興趣。

讓學(xué)生能夠看到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,能夠知道數(shù)字電路具體的應(yīng)用。展示給學(xué)生的可以是一些常見的電子產(chǎn)品,也可以是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的成果。

3) 更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加其趣味性。

芯片內(nèi)部的電路是不可見的,芯片引腳的電平也無法直接觀察到。如果能設(shè)計(jì)一些直觀的實(shí)驗(yàn)效果,肯定會(huì)比讓學(xué)生查看儀表的讀數(shù)更令其感興趣。可以設(shè)置一些有趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(如電子琴、數(shù)字鐘等),充分利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的各種資源,產(chǎn)生各種聲光效果,讓實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果都變得生動(dòng)有趣。

第6篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)；數(shù)字邏輯電路；計(jì)算機(jī)專業(yè)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）29-6570-02

數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程是電氣、電子信息類和部分非電類專業(yè)本科生在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的技術(shù)課。它在電類專業(yè)中深受青睞，但在非電類專業(yè)中的教學(xué)沒引起足夠的重視。長(zhǎng)期以來，在我校計(jì)算機(jī)專業(yè)類數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教師難教學(xué)生厭學(xué)的現(xiàn)象。我們從學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的現(xiàn)狀著手，通過對(duì)該課程的先導(dǎo)課程及后續(xù)課程進(jìn)行調(diào)查分析，了解相關(guān)理論課學(xué)習(xí)的狀態(tài)，并據(jù)此提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施，分三個(gè)階段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及動(dòng)手能力進(jìn)行培養(yǎng)，我們稱之為數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程“過三關(guān)”[1]。

1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革思路

數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)類專業(yè)都把它作為一門主干必修課程，但相比專業(yè)課來說，非電類專業(yè)對(duì)該課程地位認(rèn)識(shí)和重視程度是不一樣的，普遍存在的一種現(xiàn)象是“重軟件輕硬件”[2]。我校計(jì)科專業(yè)、網(wǎng)工專業(yè)的“數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)”課，安排在第三學(xué)期，并具有第二學(xué)期的“模擬電子技術(shù)”課程的基礎(chǔ)。而軟工專業(yè)的“數(shù)電”課安排在第二學(xué)期，并沒有提前開設(shè)“模電”課程，缺乏電路知識(shí)的先導(dǎo)。在總課時(shí)數(shù)壓縮的情況下，由于理論課和實(shí)驗(yàn)課安排在同一學(xué)期，并在第一周同時(shí)開課，實(shí)驗(yàn)課嚴(yán)重滯后于理論課的進(jìn)度，造成學(xué)生想要學(xué)好又覺得心有余而力不足[3]。

第一關(guān)：克服對(duì)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課的心理恐懼關(guān)

對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，模擬電子技術(shù)和數(shù)字邏輯電路都很難學(xué)，更難于精。適合計(jì)算機(jī)專業(yè)的專用教材很少，更沒有比較適合的實(shí)驗(yàn)教材。不得已沿用電類專業(yè)的教材，理論偏多偏深。單純的數(shù)字邏輯分析抽象、枯燥、乏味，遇到復(fù)雜的邏輯現(xiàn)象更容易讓人感到無從下手，產(chǎn)生畏難情緒。例如：教材[4][5]的第二章邏輯門電路，是學(xué)生們共同認(rèn)為最難于理解、頭疼困難的內(nèi)容。在講解TTL（Transistor-Transistor Logic）基本邏輯門涉及到很多的電路基礎(chǔ)知識(shí)、基本電路元件（電阻、二極管、三極管等元件）、電路及結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體工藝、以及它們的電流、電壓、元件參數(shù)等內(nèi)部電氣參數(shù)的計(jì)算等。對(duì)電路原理的理解和對(duì)電子元器件認(rèn)識(shí)存在困難。然而，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)并不在這些電路的內(nèi)部原理和前端設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)所必需的電路基礎(chǔ)知識(shí)在課程中的應(yīng)用暫時(shí)不用十分深入，可以不用刻意去理解邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)應(yīng)放在：一是掌握器件輸入和輸出之間的邏輯功能；二是外部的電氣特性其主要參數(shù)。相應(yīng)的基本門電路實(shí)驗(yàn)，目的包括掌握TTL基本邏輯門的邏輯功能驗(yàn)證與參數(shù)測(cè)試；掌握TTL器件的使用規(guī)則；進(jìn)一步熟悉數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法?！拜p里重外”，將集成電路視為“黑匣子”，這樣電路基礎(chǔ)知識(shí)不再構(gòu)成計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改善實(shí)驗(yàn)條件，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性。讓生活走進(jìn)實(shí)驗(yàn)、貼近生活。理論實(shí)驗(yàn)化，實(shí)驗(yàn)生活化。例如： 邏輯門實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)數(shù)字電路的基本實(shí)驗(yàn)，電子門鈴的原理就是利用與非門構(gòu)成振蕩器，使輸出端的鈴聲信號(hào)輸出，從而驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出鬧鈴聲的。除此之外，實(shí)驗(yàn)還能進(jìn)行趣味游戲如乒乓球游戲機(jī)等的設(shè)計(jì)。通過增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改變實(shí)驗(yàn)方法，多做實(shí)驗(yàn)來改變學(xué)生怕做實(shí)驗(yàn)的恐懼心理。

根據(jù)現(xiàn)在的理論課學(xué)時(shí)、教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，改編有關(guān)內(nèi)容。以“與非門”邏輯為例說明改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。采用先理論講解，以邏輯代數(shù)為基本數(shù)學(xué)工具，從基本邏輯門電路入手。實(shí)驗(yàn)使用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件四2輸入與非門74LS00，，用它構(gòu)成傳統(tǒng)的與非門驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。再用硬件描述語言VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）[6]和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device） [7]實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“與非門”邏輯。這樣就建立了同一實(shí)際邏輯問題用多種不同層次方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的模式：數(shù)字邏輯單元理論設(shè)計(jì)，以門電路為基本單元電路構(gòu)成各種組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件中的中（MSI）、小規(guī)模（SSI）的TTL集成電路驗(yàn)證；利用通用集成電路模塊產(chǎn)品，主要是用中（MSI）大規(guī)模（LSI）集成電路模塊，構(gòu)成預(yù)定功能的邏輯電路；再用VHDL和CPLD構(gòu)成復(fù)雜的電路系統(tǒng)，步步推進(jìn)，穿行融合。

第二關(guān)：培養(yǎng)動(dòng)手能力關(guān)

從數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析，數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)主要由基本邏輯門電路，由門電路組成的基本組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路及通用集成電路模塊構(gòu)成。

在第一階段為數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（芯片級(jí)實(shí)驗(yàn)）。由“一門而入”，選用傳統(tǒng)典型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件與非門，進(jìn)行基本門電路邏輯功能測(cè)試與驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生熟練掌握數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)和使用方法，使用示波器記錄描述邏輯功能的波形圖，實(shí)驗(yàn)基本儀器測(cè)試集成電路外部電氣特性參數(shù)。掌握用與非門組成其它邏輯門及邏輯門之間的互換、解決不同門電路之間相互連接匹配問題。對(duì)集成門電路外形建立感性認(rèn)識(shí)，熟悉芯片的外形封裝、芯片的引腳數(shù)量和分布情況。通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練了學(xué)生的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基本功，為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。

第二階段為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（單元級(jí)實(shí)驗(yàn)）。主要有基本技能測(cè)試性綜合實(shí)驗(yàn)、組合電路設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)、時(shí)序電路設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器和D/A或A/D轉(zhuǎn)換電路的綜合實(shí)驗(yàn)。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要是小系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[8]，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以由多片標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯器件MSI、MSI的門電路組成。也可以用通用集成電路中的MSI、LSI的TTL集成電路芯片組成。實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)自己的設(shè)計(jì)做出不同種類的電路，培養(yǎng)對(duì)單元功能電路的理解和靈活運(yùn)用能力。例在傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)中，最為經(jīng)典的例子是“三人表決器實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)” [9]。其中SSI門電路設(shè)計(jì)最為靈活，可以選擇一種與非門構(gòu)成“與非-與非式”、一種或非門構(gòu)成“或非-或非式”、與非門+或非門構(gòu)成“與或非式”。也可以采用通用集成電路模塊譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和加法器分別設(shè)計(jì)多種三人表決器實(shí)驗(yàn)電路。

第三關(guān)：VHDL及CPLD實(shí)驗(yàn)提高復(fù)雜電路設(shè)計(jì)能力關(guān)

從第一、第二階段實(shí)驗(yàn)的效果來看，這些實(shí)驗(yàn)是在掌握SSI、MSI電路分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，達(dá)到預(yù)定的邏輯功能。這種方法設(shè)計(jì)的邏輯系統(tǒng)規(guī)模不宜太大，否則，系統(tǒng)需要很多芯片，連接線和接點(diǎn)復(fù)雜，導(dǎo)致可靠性下降、功耗增加，系統(tǒng)占用空間擴(kuò)大。為此，可以采用大規(guī)模集成和超大規(guī)模集成技術(shù)，把完成復(fù)雜功能的眾多芯片集成到一個(gè)芯片內(nèi)?？梢钥朔鲜鰡栴}。這種能夠完成特定功能的集成電路芯片稱之為專用集成電路。用VHDL語言設(shè)計(jì)后，在CPLD中實(shí)現(xiàn)，這已經(jīng)成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。

將新技術(shù)和新型電路設(shè)計(jì)的方法充實(shí)到教學(xué)中去，以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)性。第三階段的可編程器件的應(yīng)用與可編程電路的EDA設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)），要求學(xué)生用CPLD芯片重現(xiàn)第一階段的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和第二階段綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)。訓(xùn)練學(xué)生通過閱讀資料掌握可編程器件的功能及規(guī)范的使用方法。掌握EDA軟件的使用方法和設(shè)計(jì)語言。最終達(dá)到“了解一種器件，熟練使用一種設(shè)計(jì)工具，掌握一門設(shè)計(jì)語言，能夠設(shè)計(jì)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)”的目的。

通過三個(gè)不同階段的實(shí)驗(yàn)過程，將一種數(shù)字邏輯器件的基礎(chǔ)理論，用傳統(tǒng)器件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或?qū)崿F(xiàn)，再用VHDL及CPLD實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)，三者融合循環(huán)，螺旋式上升。實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，幫助學(xué)生突破在學(xué)習(xí)道路上的三道難關(guān)。

2 結(jié)論

侯建軍教授提出了“厚理博術(shù)，知行相成”的教育理念。通過數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)，既要加強(qiáng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又要踐行所學(xué)的知識(shí)，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)確定教學(xué)目標(biāo)，組織教學(xué)內(nèi)容，制定教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，“教法”適應(yīng)“學(xué)法”培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。倡導(dǎo)以啟發(fā)、探索和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為核心的研究式學(xué)習(xí)方式，鼓勵(lì)學(xué)生參與國(guó)家級(jí)和校級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，并參加各種國(guó)家電子技能大賽，取得很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 侯建軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2009.

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第7篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；故障；診斷；排除

中圖分類號(hào)：TN791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 08-0000-02

電路故障是電路的異常工作狀態(tài)。因?yàn)樗械碾娮釉骷加幸粋€(gè)可靠性及工作壽命問題，故出現(xiàn)故障的情況是難免的。因此，每一個(gè)電子技術(shù)人員應(yīng)掌握一定的故障分析診斷、查找定位及排除的方法。在進(jìn)行數(shù)字電路故障診斷之前，應(yīng)該做好兩方面的準(zhǔn)備工作。首先是知識(shí)的準(zhǔn)備，必須對(duì)數(shù)字電路的常用電路類型及相應(yīng)的工作原理有充分的了解，對(duì)其常用的元器件的工作原理及外觀、性能等要熟悉，并要掌握數(shù)字電路故障診斷的方法和步驟；其次是工具的準(zhǔn)備，各種常用的工具和儀器儀表如萬用表、邏輯表、示波器、電烙鐵、吸錫器等，并掌握其性能及使用方法。

一、數(shù)字電路故障分類

數(shù)字電路的故障因其產(chǎn)生原因不同，可以分成若干類。

（一）由元器件引起的故障電路中的電阻、電容、電感、晶體管、集成電路等元器件由于質(zhì)量問題或使用時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致性能下降甚至損壞變質(zhì)，電容、變壓器的絕緣層擊穿等問題最終都將導(dǎo)致該故障元器件失效。這一類故障原因常使電路出現(xiàn)如振蕩電路無輸出信號(hào)、數(shù)字邏輯電路有輸入信號(hào)卻沒有輸出信號(hào)的故障現(xiàn)象。

（二）因接觸不良而引起的故障電路中的各種接插件接觸不牢靠，焊接點(diǎn)的虛焊，開關(guān)、電位器接觸不良，空氣中的有害成分造成的印制電路板或連接線的氧化、腐蝕以及外力沖擊造成的機(jī)械性損壞等都有可能引起接觸不良故障。這類故障現(xiàn)象大多是電路完全不工作或間歇性地停止工作。

（三）人為原因引起的故障。在安裝的過程中，元器件的錯(cuò)焊、漏焊，元器件的錯(cuò)誤選擇，連接線的錯(cuò)接、漏接、多接。在調(diào)試的過程中，由于粗心引起的短路或碰撞造成的損壞等，都是由于操作者自身的原因引起的人為故障。此類故障的表現(xiàn)形式往往多種多樣，上面提到的各種故障現(xiàn)象都有可能表現(xiàn)出來。

（四）各種干擾引起的故障。數(shù)字電路在使用過程中往往會(huì)受到一些外界因素的于擾，從而造成電路工作的不穩(wěn)定。這一類的干擾原因多是以下幾類：

（1）直流電源質(zhì)量較差。數(shù)字電路使用的直流電源一般都是由交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的。若濾波效果不佳則會(huì)在直流成分上疊加上一定的紋波電壓，這種紋波電壓經(jīng)某種途徑竄入信號(hào)電路就會(huì)形成交流干擾。

（2）感應(yīng)和耦合產(chǎn)生干擾。電路連線及其中的電阻、電容等元件之間均存在一定的分布電感和分布電容，這些分布元件的存在使得電路很容易受到外界的放電設(shè)備、高頻設(shè)備等的干擾，導(dǎo)致電路產(chǎn)生寄生振蕩，在無輸入信號(hào)時(shí)使組合電路產(chǎn)生一些雜亂輸出或使時(shí)序電路發(fā)生一些錯(cuò)誤的狀態(tài)變化。

（3）電路設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的干擾。電路設(shè)計(jì)不當(dāng)如接地點(diǎn)的阻抗過大、位置不合理等原因均會(huì)導(dǎo)致干擾。由各種干擾引起的故障主要表現(xiàn)為輸出不穩(wěn)定或邏輯關(guān)系不正確、輸出數(shù)碼顯示錯(cuò)誤或不顯示等。產(chǎn)生故障的原因很多，上述所列的只是一些常見現(xiàn)象。故障發(fā)生的情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡(jiǎn)單故障，有的是多種原因相互影響而引起的復(fù)合故障。這就需要在掌握一定的故障檢測(cè)與定位方法的基礎(chǔ)上逐步提高排除故障的能力。

二、數(shù)字電路常見故障現(xiàn)象

比較常見的故障現(xiàn)象主要有以下幾種：

（1）振蕩電路無輸出信號(hào)。

（2）有輸入信號(hào)卻沒有輸出信號(hào)。

（3）電路完全不工作或間歇性地停止工作。

（4）雖然有輸出信號(hào)，但邏輯關(guān)系混亂。

（5）輸出不穩(wěn)定或邏輯關(guān)系不正確。

（6）輸出數(shù)碼顯示錯(cuò)誤或不顯示等。

三、數(shù)字電路常見故障的檢測(cè)與定位

數(shù)字電路故障的檢測(cè)與定位指的是：當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)故障現(xiàn)象，通過檢查、測(cè)量與分析查找故障的原因并確定故障的部位，找到發(fā)生故障的元器件的過程。一般比較簡(jiǎn)單的電路，其故障原因往往也比較簡(jiǎn)單，故障的檢測(cè)與定位較容易；而較為復(fù)雜的電路，其故障往往也較復(fù)雜，故障原因的檢測(cè)與定位相對(duì)也就要困難一些。故障的檢測(cè)與定位是排除故障必需的步驟，必須掌握一定的方法。故障檢測(cè)與定位的方法很多，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的故障現(xiàn)象、電路的復(fù)雜程度、可使用的儀器設(shè)備等情況綜合考慮使用，并根據(jù)電路的原理及實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷。這是一項(xiàng)需要積累一定經(jīng)驗(yàn)才能較好地完成的工作。下面討論常用的電路故障檢測(cè)與定位的方法。

（一）直接觀察法。所謂直接觀察法是指不借助任何的儀器設(shè)備，直接觀察待查電路的表面來發(fā)現(xiàn)問題、尋找故障的方法，一般為靜態(tài)觀察和通電檢查兩種。其中的靜態(tài)觀察包括：

（1）首先觀察電路板及元器件表面是否有燒焦的印跡，連線及元器件是否有脫落、斷裂等現(xiàn)象發(fā)生。

（2）觀察儀器使用情況。儀器類型選擇是否合適，功能、量程的選用有無差錯(cuò)，共地連接的處理是否妥善等。首先排除外部故障，再進(jìn)行電路本身的觀察。

（3）觀察電路供電情況。電源的電壓值和極性是否符合要求，電源是否確實(shí)接人了電路等。

（4）觀察元器件安裝情況。電解電容的極性、二極管和三極管的引線端子、集成電路的引線端子有無錯(cuò)接、漏接、互碰等情況，安裝位置是否合理，對(duì)干擾源有無屏蔽措施等。

（5）觀察布線情況：輸入和輸出線、強(qiáng)電和弱電線、交流和直流線等是否違反布線原則。靜態(tài)觀察后可進(jìn)行通電檢查。接通電源后，觀察元器件有無發(fā)燙、冒煙等情況，變壓器有無焦味或發(fā)熱及異常聲響。直接觀察法適用于對(duì)故障進(jìn)行初步檢查，可以發(fā)現(xiàn)一些較明顯的故障。

（二）參數(shù)測(cè)試法。參數(shù)測(cè)試法是借助于儀器來發(fā)現(xiàn)問題、尋找故障部位的方法。這種方法可分為斷電測(cè)試法和帶電測(cè)試法兩種。斷電測(cè)試法是在電路斷電條件下，利用萬用表歐姆擋測(cè)量電路或元器件電阻值，借以判斷故障的方法，如檢查電路中連線、焊點(diǎn)及熔絲等是否斷路，測(cè)試電阻值、電容器漏電、電感器喲通斷，檢查半導(dǎo)體器件的好壞等。測(cè)試時(shí)，為了避免相關(guān)支路的影響，被測(cè)元器件的一端必須與電路斷開。同時(shí)，為了保護(hù)元器件，一般不使用高阻擋和低阻擋，以防止高電壓或大電流損壞電路中半導(dǎo)體器件的PN結(jié)。帶電測(cè)試法是在電路帶電條件下，借助于儀器測(cè)量電路中各點(diǎn)靜態(tài)電壓值或電壓波形、支路電流等，進(jìn)行理論分析，尋找故障所在部位的方法，如檢查晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)是否正常，集成器件的靜態(tài)參數(shù)是否符合要求，數(shù)字電路的邏輯關(guān)系是否正確等。

（三）信號(hào)注入法。信號(hào)注入法是根據(jù)需要在電路輸入端加入一個(gè)符合要求的信號(hào)，按照信號(hào)的流程從前級(jí)到后級(jí)，用示波器或電壓表等儀器逐級(jí)檢查信號(hào)在電路內(nèi)各部分之間傳輸?shù)那闆r，分析電路的功能是否正常，從而判斷故障所在部位的方法。檢測(cè)時(shí)也可以從輸出級(jí)向輸入級(jí)倒推進(jìn)行，信號(hào)從最后一級(jí)電路的輸入端加入，觀察輸出端是否正常，然后逐級(jí)將信號(hào)加入前面一級(jí)電路輸入端，繼續(xù)進(jìn)行檢查。注意，只有在電路靜態(tài)工作點(diǎn)處于正常的條件下，才能使用這種方法。

（四）分割測(cè)試法。對(duì)于有故障的復(fù)雜電路，為了減少測(cè)試的工作量，可將電路分成幾部分，先找出有故障的部分，然后對(duì)有故障的部分再進(jìn)行對(duì)分檢測(cè)，一直到找到故障點(diǎn)為止。

（五）斷開反饋線檢查法。對(duì)于一些有反饋的環(huán)形電路，如振蕩器、穩(wěn)壓器等電路，它們各級(jí)的工作情況互相有牽連，這時(shí)可以采用分割環(huán)路的方法，將反饋環(huán)去掉，然后逐級(jí)檢查，可以更快地查出故障部位，對(duì)自激振蕩現(xiàn)象也可以用這種方法檢查。

（六）對(duì)比法。懷疑某一電路存在問題時(shí)，可找一個(gè)相同的正常電路進(jìn)行比對(duì)，將兩者狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行逐項(xiàng)對(duì)比，很快就可以找到電路中不正常的參數(shù)，進(jìn)而分析出故障原因并查找到故障點(diǎn)。

（七）替換法。有時(shí)故障比較隱蔽，不能很快找到，需做進(jìn)一步的檢查，這時(shí)可用已調(diào)試好的單元電路或組件代替有疑問的單元電路，以此來判斷故障是否在此單元電路。當(dāng)確定有問題的單元電路時(shí)，還可以在該單元電路中采用局部替代法，用確認(rèn)良好的元器件將懷疑有問題的元器件替換下來。逐步縮小故障的嫌疑范圍，最終找到故障點(diǎn)。

四、數(shù)字電路常見故障的排除方法

數(shù)字電路的故障類型較多，產(chǎn)生的原因也各不相同，因此排除的方法也不一樣。

（1）對(duì)由元器件引起的故障，當(dāng)確認(rèn)了故障元器件之后，只需將故障元器件用新的元器件代替即可。

（2）因接觸不良而引起的故障，當(dāng)找到了故障點(diǎn)之后，重新進(jìn)行焊接安裝或更換接觸不好的開關(guān)或接插件即可排除故障。

（3）人為原因引起的故障，由于其故障原因缺乏規(guī)律性，查找故障點(diǎn)相對(duì)困難些。但其出現(xiàn)的對(duì)象較有規(guī)律性，一般是在新手安裝、調(diào)試或維修的電路上出現(xiàn)，且是在安裝、調(diào)試或維修之后就沒有正常工作過。當(dāng)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象時(shí)就可以初步判定是人為原因引起的故障。此類故障一般使用直接觀察法就可以找到故障原因，但需要特別的仔細(xì)，需對(duì)照電路圖耐心地逐個(gè)檢查元器件連接線、接插件等，直到找到故障原因，及時(shí)處理。

（4）對(duì)各種干擾引起的故障，要分清原因，根據(jù)不同的干擾源，采用不同的對(duì)策。

1）直流電源質(zhì)量不佳產(chǎn)生的干擾，可采用紋波電壓小的穩(wěn)壓電源供電或引入濾波電路。

2）感應(yīng)和耦合產(chǎn)生的干擾，針對(duì)感應(yīng)或耦合產(chǎn)生的原因，可分別采用屏蔽、改變布局關(guān)系、改變走線方法、合理選擇接地點(diǎn)或增加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等方法排除。

3）電路設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的干擾，對(duì)此類故障需進(jìn)行認(rèn)真的研究和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，如確認(rèn)是電路設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的干擾，就應(yīng)該修改電路設(shè)計(jì)，將干擾排除。

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第8篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞：脈沖與數(shù)字電路；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）10-0019-02

一、引言

《脈沖與數(shù)字電路》是電子信息、通信、計(jì)算機(jī)控制等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是面向我院很多專業(yè)的一門基礎(chǔ)課。隨著“數(shù)字時(shí)代”的到來，該課程的作用與地位與日俱增。這不僅因?yàn)槠淅碚撝R(shí)在工科專業(yè)中占有重要的基礎(chǔ)性地位，更重要的這是一門理論聯(lián)系實(shí)際非常緊密的課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握課程的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程并與有關(guān)專業(yè)的結(jié)合打好基礎(chǔ)。

二、教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容改革

調(diào)整脈沖與數(shù)字電路課程的授課學(xué)期，建立層次化、模塊化的教學(xué)體系，對(duì)課程重新進(jìn)行整合。整合后的脈沖與數(shù)字課程包括：“理論體系”、“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”、“電路仿真”以及“課程設(shè)計(jì)”。調(diào)整了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了改革，進(jìn)一步精簡(jiǎn)小規(guī)模器件和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的介紹，加強(qiáng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的討論，提高了“脈沖與數(shù)字電路”課程的教學(xué)水平，使學(xué)生了解、掌握數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的最新知識(shí)。注重將課堂教學(xué)向課外延伸，鼓勵(lì)學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)理論知識(shí)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室自行開展創(chuàng)新活動(dòng)，學(xué)生通過理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，提高了自身的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。依托綜合性大學(xué)文化優(yōu)勢(shì)，以大學(xué)生科技活動(dòng)延伸課堂教育，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握的數(shù)字電路設(shè)計(jì)理論知識(shí)，在電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開發(fā)小制作等，通過理論與實(shí)際的結(jié)合，提高了自身的實(shí)踐能力和創(chuàng)新。

1.緊跟數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，適時(shí)引進(jìn)新的教學(xué)內(nèi)容。（1）“教、學(xué)、做相結(jié)合”的教學(xué)方法。教學(xué)中每章都從最基本的應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，由實(shí)際問題入手通過技能訓(xùn)練引入相關(guān)知識(shí)和理論，由實(shí)訓(xùn)引出相關(guān)概念及相關(guān)電路。（2）“循環(huán)式”教學(xué)方法。通過實(shí)訓(xùn)得到感性認(rèn)識(shí)、定性認(rèn)識(shí)。在簡(jiǎn)單電路的基礎(chǔ)上通過逐步完善的方式一步一步組合成復(fù)雜系統(tǒng)，通過對(duì)基本電路的多次重復(fù)，以循環(huán)向上的方式達(dá)到更高的程度。（3）“支架式”教學(xué)方法。將知識(shí)點(diǎn)分成基本邏輯器件、基本邏輯器件構(gòu)成的數(shù)字電路、基本數(shù)字電路構(gòu)成的簡(jiǎn)單數(shù)字電路應(yīng)用系統(tǒng)等模塊，每個(gè)模塊處于不同的層次，只有掌握了前面的模塊，才能學(xué)習(xí)后面的模塊，就像攀登支架一樣。

2.多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)方法。針對(duì)這門課程的教學(xué)特點(diǎn)，在授課過程中采用課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互交叉融合的教學(xué)結(jié)構(gòu)；制作《脈沖與數(shù)字電路》電子課件，利用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段教學(xué)；準(zhǔn)備建立《脈沖與數(shù)字電路》課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，充分利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所占比例高，實(shí)踐環(huán)節(jié)改革力度大。增加了軟件仿真環(huán)節(jié)，在教學(xué)內(nèi)容上更加注意體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)要求的背景知識(shí)的教學(xué)特色，將最新的知識(shí)與技術(shù)納入教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)將科研和教學(xué)改革中與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的成果引入教學(xué)過程中，通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

3.全新的考試方式。期末考試采用純理論試卷考試，占60%的成績(jī)；平時(shí)采用階段考試和實(shí)驗(yàn)考核結(jié)合的方式，分別給出成績(jī)，結(jié)合平時(shí)的出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課堂表現(xiàn)等方面給出40%的平時(shí)成績(jī)。

三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

在教學(xué)方法上，改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)模式，倡導(dǎo)并采用研究型學(xué)習(xí)。如針對(duì)“計(jì)算機(jī)輔助邏輯化簡(jiǎn)”、“計(jì)算機(jī)輔助狀態(tài)化簡(jiǎn)”等專題讓學(xué)生查閱資料、撰寫小論文，開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。并讓學(xué)生走上講臺(tái)介紹各自的研究結(jié)果，鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)，取得了很好的效果。為了使學(xué)生學(xué)習(xí)、了解器件的基本知識(shí)和使用方法，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，自己到市場(chǎng)選擇器件，使學(xué)生在實(shí)際工作中了解器件的價(jià)格，掌握器件選購(gòu)的方法和注意事項(xiàng)，為今后走向社會(huì)打好基礎(chǔ)。教師注重將科研成果轉(zhuǎn)化成本科教學(xué)的內(nèi)容，一方面體現(xiàn)在編寫的教材中，另一方面將自己的科研成果、工程設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)融入課堂教學(xué)中。如各種集成電路的特點(diǎn)、選擇方法以及正確使用方法等，如何根據(jù)集成電路的帶負(fù)載能力，在滿足應(yīng)用需求的條件下，正確選擇拉電流負(fù)載或灌電流負(fù)載以及采取必要的驅(qū)動(dòng)方式。這種理論結(jié)合實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，取得了非常好的效果。注重將課堂教學(xué)向課外延伸。以大學(xué)生科技活動(dòng)延伸課堂教育，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握的數(shù)字電路設(shè)計(jì)理論知識(shí)，通過理論與實(shí)際的結(jié)合，提高了自身的實(shí)踐能力和創(chuàng)新。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的教學(xué)手段必須體現(xiàn)在整個(gè)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中。本課程的特點(diǎn)是內(nèi)容豐富、圖表較多，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有一定的困難，而采用多媒體技術(shù)將復(fù)雜的圖表直觀、形象地展示出來，不僅便于教師的講解和學(xué)生的學(xué)習(xí)，而且還將大大增加課堂的信息量，解決課時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾。但是課堂教學(xué)不能完全依靠多媒體課件，從調(diào)動(dòng)學(xué)生思維、加強(qiáng)師生互動(dòng)和循序漸進(jìn)講解以便學(xué)生理解等方面考慮，目前“脈沖與數(shù)字電路”課程中主要采用了PowerPoint課件和板書相結(jié)合的方法，可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，效果較好。利用脈沖與數(shù)字電路課程網(wǎng)站，將教學(xué)內(nèi)容制作成視頻資源、課件等資源鏈接等放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間、距離限制的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生能夠最大限度地利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高，彌補(bǔ)課堂上未能及時(shí)消化吸收的部分內(nèi)容。

四、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

在傳統(tǒng)的教學(xué)理念中，長(zhǎng)期存在著重視理論教學(xué)而輕視實(shí)踐教育的問題。教師只注重對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的講授與輔導(dǎo)，相對(duì)忽視了理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，這導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力普遍偏低。此外，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是作為理論教學(xué)的補(bǔ)充，并不單獨(dú)設(shè)課，而且試驗(yàn)內(nèi)容往往都是驗(yàn)證性的，雖然能夠使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，但是會(huì)在一定程度上造成學(xué)生的思維局限于相應(yīng)的理論課程。從總體教學(xué)計(jì)劃上來說，相對(duì)于理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)相對(duì)較少，這讓學(xué)生沒有足夠的時(shí)間消化實(shí)驗(yàn)老師講解的內(nèi)容，只能被動(dòng)地按照要求完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而不能有效利用做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效率。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上，要改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，采用多樣化的實(shí)驗(yàn)課程組織方式。在實(shí)驗(yàn)課上教師可以只對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解，對(duì)稍微復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，給學(xué)生更大的自由發(fā)揮的空間。這樣學(xué)生會(huì)根據(jù)老師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，積極開動(dòng)腦筋，嘗試采用不同的試驗(yàn)方法來解決問題，從而達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。根據(jù)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的形勢(shì)，逐步改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，充分利用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)管理化系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)與監(jiān)控系統(tǒng)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，熟悉儀器工作原理和使用方法，從而充分利用實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和教學(xué)水平。

2.提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型模式，建立“以人為本”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革，增加實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生的吸引力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐的積極性。改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，變以老師為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生平等開放的教學(xué)方式，提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)真對(duì)待電子信息類專業(yè)中的每一個(gè)基礎(chǔ)的和專業(yè)的實(shí)驗(yàn)，把那種“質(zhì)疑一切，一絲不茍，勇于探索，努力學(xué)習(xí)，大膽動(dòng)手”的精神，貫穿于每一個(gè)實(shí)驗(yàn)之中。循序漸進(jìn)，通過由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由一般到個(gè)別的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的。學(xué)生在做完基本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，在學(xué)有余力的前提下，可以根據(jù)個(gè)人的興趣和愛好，選擇參加一些層次較高的具有綜合性和研究性的開放性實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容大多是來源于具體的橫向的項(xiàng)目或縱向的科學(xué)研究與技術(shù)革新課題，具有先進(jìn)性、綜合性和科研性。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí)，應(yīng)發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、敢于實(shí)踐的進(jìn)取精神。同時(shí)要鼓勵(lì)學(xué)生以市場(chǎng)為導(dǎo)向，尋找科研開發(fā)群體，運(yùn)用集體的智慧和力量，進(jìn)行創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得發(fā)揮創(chuàng)造才能的機(jī)會(huì)。這種開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，拓寬學(xué)生知識(shí)面，增長(zhǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的有效途徑。

五、結(jié)論

通過以上各項(xiàng)改革，提高了學(xué)生分析問題、綜合問題、解決問題的能力，既滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴求，又培養(yǎng)了獨(dú)立探索、富于創(chuàng)新、勇于開拓的精神；具有生動(dòng)、形象、操作性強(qiáng)的特點(diǎn)；加強(qiáng)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的講授和討論；注重將新技術(shù)和教師的最新科研成果、工程設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)融入課堂教學(xué)中，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；注重將課堂教學(xué)向課外延伸，積極開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)；通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉輝，許先番.電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐與探索[D].2008年全國(guó)高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)協(xié)作會(huì)議論文集，北京郵電大學(xué)出版社，2008.

第9篇：數(shù)字電路設(shè)計(jì)知識(shí)范文

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電路 《組合邏輯電路設(shè)計(jì)》 教學(xué)方案

組合邏輯電路是數(shù)字電路中的一個(gè)重要內(nèi)容，分為組合邏輯電路分析和設(shè)計(jì)兩大塊內(nèi)容。組合邏輯電路分析是根據(jù)已知電路確定其所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能，而組合邏輯電路設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)際問題所要求達(dá)到的邏輯功能，求出實(shí)現(xiàn)該功能的最簡(jiǎn)邏輯電路圖，兩者是相逆的過程。其中，組合邏輯電路設(shè)計(jì)在教材中起著承前啟后的作用，既是對(duì)前面所學(xué)的邏輯門電路、真值表、邏輯表達(dá)式和邏輯代數(shù)等知識(shí)的綜合應(yīng)用，又為后續(xù)編碼器、譯碼器等中規(guī)模組合邏輯電路的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，掌握這節(jié)內(nèi)容是學(xué)好數(shù)字電路的重要一環(huán)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生正確的邏輯思維能力，提高分析問題和解決問題的能力都有十分重要的作用。要想上好這一部分內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案是前提條件，我通過幾年的電路教學(xué)，總結(jié)出了該課題的教學(xué)方案，現(xiàn)與大家一起分享。

一、引入課題

通過復(fù)習(xí)組合邏輯電路的分析過程（根據(jù)電路寫出各輸出端的邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)和變換邏輯表達(dá)式列出真值表得到邏輯功能），我引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逆向思維，并提出問題：“當(dāng)遇到實(shí)際的邏輯問題應(yīng)如何解決？”讓學(xué)生推導(dǎo)出解決該邏輯問題的步驟，發(fā)現(xiàn)其實(shí)它就是組合邏輯電路分析的逆過程，從而引出本節(jié)課的課題――組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。

二、新課講授

1.舉例：利用基本門電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)三位判奇電路。

解題過程：（1）分析題目：根據(jù)題目要求確定輸入情況和輸出情況，本題中用A、B、C作為輸入變量，用F作為輸出變量。當(dāng)三個(gè)變量中有奇數(shù)個(gè)變量為1時(shí)，輸出為1。否則，輸出為0。

（2）列真值表

（（4）根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出電路圖

2.通過學(xué)習(xí)上面例題的解題過程，布置一道類似的題目：設(shè)計(jì)一個(gè)四位判偶電路，請(qǐng)學(xué)生完成，并請(qǐng)2位學(xué)生上黑板解題。

3.請(qǐng)學(xué)生觀察剛才兩道題目的解題過程，發(fā)現(xiàn)兩者的解題思路是一樣的，從而歸納出組合邏輯電路設(shè)計(jì)的步驟。

（1）分析題目的邏輯關(guān)系，列出真值表。

從實(shí)際問題抽象出電路的輸入輸出，建立輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系，并正確地列出真值表，是組合邏輯電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的正確與否直接關(guān)系著設(shè)計(jì)的正確與否。一般把引起事件的原因作為輸入變量，把事件的結(jié)果作為輸出變量，再以二值邏輯的0、1兩種狀態(tài)分別代表變量的兩種不同狀態(tài)，并根據(jù)給定的因果關(guān)系列出真值表。在教學(xué)過程中，教師可以采用多媒體手段，通過形象的比喻、生動(dòng)的畫面吸引學(xué)生的注意力，幫助學(xué)生理解題目。

（2）根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式。

具體方法為：①由真值表中找出使邏輯函數(shù)輸出為1的對(duì)應(yīng)輸入變量取值組合；②每個(gè)輸入變量取值組合狀態(tài)以邏輯乘形式表示，用原變量表示變量取值1，用反變量表示變量取值0；③將所有使輸出為1的輸入變量取值邏輯乘進(jìn)行邏輯加，即得到邏輯函數(shù)表達(dá)式。

（3）化簡(jiǎn)表達(dá)式。

為了使邏輯電路中包含的邏輯門最少且連線最少，要對(duì)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，求出描述實(shí)際問題的最簡(jiǎn)表達(dá)式。一般采用邏輯代數(shù)公式或卡諾圖進(jìn)行化簡(jiǎn)，但當(dāng)邏輯表達(dá)式較復(fù)雜時(shí)，采用卡諾圖化簡(jiǎn)更快更簡(jiǎn)單，且出錯(cuò)率低。

（4）根據(jù)題目要求畫出邏輯電路圖。

根據(jù)簡(jiǎn)化后的邏輯表達(dá)式，結(jié)合題目的具體要求，如果對(duì)所用邏輯門電路有一定限制，就需把表達(dá)式變換為與所選門對(duì)應(yīng)的形式，最后選擇合適的門電路替換表達(dá)式中的運(yùn)算符號(hào)，即可畫出邏輯圖。

4.分析剛才的例題，電路要求由三種基本邏輯門電路組成，請(qǐng)同學(xué)們思考一個(gè)問題：能否用其他學(xué)過的門電路實(shí)現(xiàn)它們的邏輯功能呢？我讓學(xué)生分組討論，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高分析問題、歸納總結(jié)問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新能力，最后每組推選一名代表起來作總結(jié)。我針對(duì)三組討論的結(jié)果進(jìn)行小結(jié)?？梢园l(fā)現(xiàn)例題的表達(dá)式可以寫成：F=ABC，從而得到如下的電路圖。

從上面兩個(gè)電路圖可以看出，組合邏輯電路的設(shè)計(jì)不是唯一的，利用不同的元器件可以設(shè)計(jì)出完全不同的電路圖。那么如何才能得到最簡(jiǎn)單最實(shí)用的電路呢？在組合邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，利用SSI電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，最簡(jiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是所有門電路的數(shù)目最少，輸入端數(shù)目也最少；利用MSI電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，最簡(jiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是MIS電路集成塊的個(gè)數(shù)最少、品種最小、連線也最少。只有了解了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生在設(shè)計(jì)電路時(shí)才能得到最佳電路。

三、課題總結(jié)

1.組合邏輯電路設(shè)計(jì)的步驟。

分析題目列真值表寫邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)表達(dá)式畫出邏輯電路圖。

2.組合邏輯電路的設(shè)計(jì)不是唯一的，學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)得到最佳電路。

上述就是組合邏輯電路設(shè)計(jì)的整個(gè)教學(xué)方案，當(dāng)然其中還有很多不足之處，還需不斷改進(jìn)和完善。教學(xué)方案設(shè)計(jì)的質(zhì)量是提高課堂教學(xué)質(zhì)量的第一關(guān)，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的教學(xué)方案，是廣大教師一生追逐的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］閻石.數(shù)字電子電路.中央廣播電視大學(xué)出版社.