數(shù)字電路的基本原理精選(九篇)
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第1篇：數(shù)字電路的基本原理范文
關鍵詞：數(shù)字電子技術；Multisim；仿真；實踐教學；理論教學
中圖分類號：G431文獻標識碼：A文章編號文章編號：1672-7800（2013）012-0200-02
作者簡介：孫利華（1979-），女，碩士，中國地質大學江城學院講師，研究方向為電子和EDA技術。
0引言
數(shù)字電子技術是高等院校電子信息、通信、自動化類專業(yè)的一門學科基礎課，實用性很強[1]。該課程的教學目標是讓學生理解數(shù)字電路的工作原理與邏輯功能，掌握數(shù)字電路的分析與設計方法，最終能根據(jù)要求設計出較合理的電路。所以，該課程既包含了邏輯性強的理論又包含了很多具體實踐應用環(huán)節(jié)。在講授數(shù)字電子技術時要特別注意理論與實踐教學結合，但實際教學中受實驗硬件條件的限制，實驗課課時安排較少或時間安排不合理，無法做到老師講的同時讓學生操作，使學生缺乏對基本原理和概念的直觀認識。Multisim 軟件為數(shù)字電子技術課程教學提供了一個很好的平臺，可作為傳統(tǒng)教學手段的有力補充。借助Multisim 軟件對數(shù)字電路工作進行仿真演示，使理論和實踐教學內(nèi)容更加緊密地結合起來，既可以提高學生的學習興趣，又能幫助學生更好地掌握數(shù)字電子技術的基本理論，為后續(xù)課程打下堅實的基礎。
1Multisim10概述
Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim向用戶提供一個全方位功能強大的電子虛擬實驗平臺[2]。軟件自帶了型號豐富的元件庫和功能齊全外形逼真的各類主流虛擬儀器，可完成對模擬電路、數(shù)字電路、單片機電路的設計與仿真調(diào)試，用戶只需輕點鼠標即可觀看到逼真的電路運行。該軟件簡單易學，利于激發(fā)學生的學習興趣，目前已被廣泛應用到各高校電子類課程的教學中，取得了良好的教學效果。
2Multisim10 在數(shù)字電子技術理論教學環(huán)節(jié)中的應用
數(shù)字電子技術理論教學目的是幫助學生掌握數(shù)字電子技術的基本概念和理論。傳統(tǒng)教學方式采用多媒體課件加板書，學生缺乏對數(shù)字電路的直觀認識，教學效果欠佳。特別是在講授編碼器、競爭與冒險、觸發(fā)器等難以理解的內(nèi)容時，學生會因為不理解，要么死記硬背，要么喪失學習興趣。若引入Multisim軟件進行仿真，可以幫助學生更好地理解概念。
基本RS觸發(fā)器是進入時序電路學習的第一個內(nèi)容，是學好時序電路的關鍵，但學生往往難以理解基本RS觸發(fā)器的工作過程，特別是觸發(fā)器“不定”的工作狀態(tài)。教師可以在Multisim軟件中搭建如圖1所示電路，由兩個與非門構成基本RS觸發(fā)器[3]，借助小燈泡的亮與滅來演示RS觸發(fā)器的“置1態(tài)”、“置0態(tài)”、“不變”和“不定”四種狀態(tài)。其中，當R、S均置0時，觸發(fā)器的輸出都為1，兩個燈泡都等于1，當R、S都回到1時，兩只燈泡則不停地交錯閃爍，可以告訴學生這就是“不定”的狀態(tài)，讓學生對該狀態(tài)有了直觀認識，幫助他們理解和記憶觸發(fā)器的工作原理。
3Multisim10在數(shù)字電子技術實踐教學環(huán)節(jié)中的應用
把Multisim10應用到實踐教學環(huán)節(jié)中可以開展一些學校實驗室因為實驗設備、經(jīng)費等方面原因無法開展的實驗；可以避免真實實驗操作可能帶來的未知風險；可以提高實踐環(huán)節(jié)中實物搭建電路的成功率，降低儀器和元件的損壞率。
3.1驗證性實驗
驗證性實驗一般是讓學生在試驗箱上驗證數(shù)字電路的工作原理，以加深對基本概念的理解。試驗箱上已集成好所有元器件，學生要做的工作就是根據(jù)實驗指導書用導線把器件連接起來，往往是電路接了一遍，仍然不了解工作原理。若能在使用試驗箱前先在Multisim
中對電路進行仿真，有助于學生理解電路的原理，不僅了解應該怎么接電路，還能知道為什么這么接。以集成計數(shù)器74LS190邏輯功能驗證實驗為例，可以在實驗前讓學生在仿真軟件中搭建如圖2所示電路。當把開關E置為0，F(xiàn)置為1時，電路實現(xiàn)十進制的加法計數(shù)器的功能。通過電路仿真可以幫助學生了解74LS90芯片各引腳的功能，知道每個引腳應該如何接進電路，以及共陽極和共陰極數(shù)碼管的區(qū)別，還可借助如圖3所示邏輯分析儀仿真結果理解74LS90的QA、QB、QC和QC與時鐘信號的對應關系。教師可以把仿真軟件中的電路、虛擬儀器和試驗箱上的元器件、儀器結合起來講解，可提高學生在試驗箱上搭建電路的成功率，降低元件的損壞率。
3.2設計性實驗
在理論教學和驗證性實驗之后會安排設計性實驗教學環(huán)節(jié)，也就是課程設計。一般要求學生根據(jù)設計要求，利用所學過的數(shù)字電路的設計與分析方法，選擇合適的芯片，搭建電路并制作出實物。例如，設計一個汽車尾燈控制電路，要求：①假設汽車尾燈部左右兩側各3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）；② 汽車正常運行時指示燈全滅；③右轉彎時，右側3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；④左轉彎時，左側3個指示燈按左循環(huán)順序點亮；⑤臨時剎車時，所有指示燈同時點亮。學生拿到設計題目后，可查閱資料，首先在軟件中搭建出電路，如圖4所示，進行仿真以檢驗設計是否滿足題目要求，仿真結果達到要求后再利用實物焊接在實驗板上。該方式既能提高學生的電路設計能力，又可激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，真正達到設計性實驗的目標。
4結語
教學實踐證明， 將仿真軟件引進數(shù)字電子技術的理論和實踐教學中， 可以把抽象的理論通過軟件搭建的電路形象化，許多普通高校實驗室中不易接觸到的儀器設備可以方便地從軟件中選用， 從而增強課堂教學的直觀性和生動性， 加深學生對基本概念、原理的理解[3]，提升學生學習數(shù)字電子技術的興趣和積極性， 培養(yǎng)創(chuàng)新精神，為后續(xù)專業(yè)課學習打下堅實的基礎。
參考文獻參考文獻：
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Application of Multisim in the Teaching of Digital Electronic Technology
第2篇：數(shù)字電路的基本原理范文
關鍵詞：教學改革；教學方法；教學資源；實踐創(chuàng)新
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）49-0050-02
為了適應當今世界經(jīng)濟、科技、文化發(fā)展趨勢，滿足社會各界對當代大學生的復合型、應用型和創(chuàng)新型人才要求，2012年10月教育部高等教育司編輯出版了《普通高等學校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》[1]。新版專業(yè)目錄中重新規(guī)定了專業(yè)劃分、名稱及所屬門類，并提出了各專業(yè)的主要核心課程、專業(yè)實驗和實踐性教學環(huán)節(jié)等課程的示例。數(shù)字電路課程是電氣、電子信息、自動化和計算機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，是一門理論性和實踐性都較強的課程。它的主要任務是通過學習數(shù)字電路的基本概念、基本原理和基本技能，使學生在數(shù)字電路及數(shù)字系統(tǒng)方面具有一定的理論水平和實踐技能，該課程對于微型計算機原理、數(shù)字信號處理和數(shù)字圖像處理等學好后繼主要專業(yè)課程必不可少的基礎知識，并提高學生的工程實踐能力都有著極其重要的作用[2-4]。本研究通過立體式實驗課程設計，把理論教學與實驗課、課程設計、實訓課程結合起來，大學一年級開始初步接觸專業(yè)課程，可以增強教學的互動性、趣味性，培養(yǎng)學生學習單片機課程的積極性、創(chuàng)造性，并進一步降低了實驗教學成本，具有一定的實際意義。本文的第一部分分析了數(shù)字電路課程的教學安排、學時分配和考核體系，第二部分主要分析了傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗教學模式和數(shù)字電路實驗教學中遇到的問題，第三部分提出了數(shù)字電路實驗教學中引入數(shù)字芯片設計的必要性，并提出了基于Quartus Ⅱ軟件和FPGA開發(fā)板的實驗內(nèi)容和具體教學安排。
一、數(shù)字電路課程分析
在教學安排方面，數(shù)字電路課程是一門理論性和實踐性都較強的基礎課程，基本上不需要高等數(shù)學、大學物理、復變函數(shù)等前期理論基礎。因此，可以安排在大一的第二學期（四年制本科）；大一的短學期中可以安排“數(shù)字電路實訓課程”，通過數(shù)字電路實訓課程進一步提高學生的操作能力和創(chuàng)新能力；大二的第一學期中可以安排“數(shù)字芯片設計課程”或“集成芯片設計課程”，在此課程中首先學習VHDL語言，然后再學習Quartus Ⅱ可編程邏輯器件設計軟件的使用方法和上機實驗，并通過FPGA開發(fā)板來學習數(shù)字系統(tǒng)的設計和應用；基于以上基礎，大二的第二學期學生可以開始在教師的指導下參加校內(nèi)外各種設計競賽，并在大二開始為即將學習的微型計算機原理、數(shù)字信號處理和數(shù)字圖像處理等專業(yè)必修和選修課程奠定堅實的理論基礎。學時安排方面，數(shù)字電路理論課程可以安排3學分/48學時，實驗課程1學分/16學時，共4學分/64學時。課程改革積極探索教學活動和考核方式的多樣化，考核形式可以包括筆試、實驗課程、綜合性創(chuàng)新設計等。該課程的考核可以包括：①期末的筆試，考核基本知識，理論課程成績占60%；②實驗課程成績占15%；③平時成績占5%；④綜合性創(chuàng)新設計成績占10%。
二、數(shù)字電路實驗中存在的問題分析
數(shù)字集成芯片是在半導體表面上以CMOS門電路設計的現(xiàn)代化電子產(chǎn)品，由于CMOS門電路直接設計數(shù)字芯片時會出現(xiàn)時滯性、占用芯片面積、耗電量、結構復雜等一系列問題。而CMOS門電路的各子系統(tǒng)是利用與、或、非、同或、異或等邏輯門電路模擬化，同時實際設計的數(shù)字集成芯片內(nèi)部電路圖結構是無法看到的。因此，數(shù)字電路課程歷來是學生感到“抽象”的課程。在數(shù)字電路實驗課程方面，長期以來普遍利用74LS系列芯片實現(xiàn)理論課程上學到的觸發(fā)器、譯碼器、選擇器等組合邏輯電路，通過該實驗可以提高學生的基本邏輯電路的功能及測試技能。但是，傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗教學主要存在以下弊端：①形式單一、方法呆板，雖然利用74LS系列芯片實現(xiàn)理論教學上學到的邏輯電路，但是不能完全解決學生對數(shù)字電路課程感到“抽象”的問題；②理論與實踐脫節(jié)，在理論教學上，教師一般采用理論波形圖來描述輸入/輸出信號之間的邏輯運算結果，一般不采用總線（Bus）波形圖描述多位數(shù)的信號。在實驗教學上，一般采用模擬開關描述二進制數(shù)的輸入信號，并LED燈描述一位數(shù)的輸出信號，因此，在理論和實驗教學上學生沒有機會接觸實際數(shù)字集成芯片的設計和信息處理環(huán)境；③缺少互動性和創(chuàng)新性，學生自己提出某系統(tǒng)的邏輯控制及流程之后，利用基本的74LS系列芯片實現(xiàn)系統(tǒng)級別的數(shù)字系統(tǒng)時芯片的使用數(shù)量、輸入信號的控制、輸出信號的分析等會面臨較大的困難，難以提高學生的積極性和創(chuàng)新性。
三、數(shù)字芯片設計在實驗教學中的應用
在數(shù)字電路實驗課程中，為了實現(xiàn)進一步系統(tǒng)化、程序化、可視化的實驗，可以利用傳統(tǒng)的實驗課程和現(xiàn)代化的教學實驗設備來完成。Quartus II是Altera公司的綜合性PLD/FPGA開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、Verilog HDL以及AHDL等多種設計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程。利用Quartus II軟件的原理圖模塊（Block Diagram/Schematic File），可以補充完成數(shù)字電路實驗課程。數(shù)字電路實驗課程設置方面，如果整個實驗課程以16學時來計劃，前8學時可以做傳統(tǒng)的基于74LS系列芯片完的成硬件系統(tǒng)設計與測試實驗，后8學時可以完成基于模塊化方式的上機操作實驗。其中，Quartus II軟件安裝與波形圖分析占2學時，組合邏輯電路與全加期占2學時，選擇器和譯碼器/編碼器占2學時，綜合設計實驗占2學時。實驗內(nèi)容方面，首先讓學生利用Quartus II軟件的原理圖模塊（Block Diagram/Schematic File）設計相關邏輯電路圖，利用Quartus II軟件中的“功能仿真”功能驗證所設計邏輯電路圖結構是否正確，通過進一步修改和功能仿真過程驗證邏輯電路圖的結構設計。其次，建立時序圖框架，設置時脈信號、清零信號和輸入信號，通過Quartus II軟件中的“時序仿真”功能驗證輸入/輸出信號之間的連續(xù)性和正確性。同時可以利用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)該系統(tǒng)，并利用邏輯分析儀驗證FPGA輸出信號的正確性。在上機實驗過程中，學生應理解的內(nèi)容主要包括五個方面。①針對某一個邏輯電路，在教材上說明的理論波形圖、Quartus II軟件仿真出來的波形圖、邏輯分析儀實際仿真的波形圖等3個圖形之間為什么存在輸出信號的延遲？②設計某系統(tǒng)時，基于C語言等軟件系統(tǒng)設計和基于FPGA等硬件系統(tǒng)設計的優(yōu)點和缺點是什么？③占用芯片的面積和耗電量大約多少？④原始的組合邏輯電路設計結果和卡諾圖、布爾運算等方式簡化之后，對集成芯片的運算速度、占用面積和耗電量差異多少？⑤理論課上沒有提到的多位數(shù)的總線（Bus）信號怎么理解？
隨著社會的跨越式發(fā)展，社會各行業(yè)對當代大學生的獨創(chuàng)性、復合型要求越來越提高。相反，目前普遍存在培養(yǎng)出來的學生動手能力較弱，分析問題和解決問題的能力差，缺乏創(chuàng)新能力。本文基于2012年教育部高等教育司編輯出版的《普通高等學校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》，提出了傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗教學當中存在的問題，并建立了一種軟/硬件系統(tǒng)相結合的實踐教學體系和實驗方法。本文提出的實驗計劃及安排可以營造有利于學生的激發(fā)創(chuàng)新激情，挖掘學生創(chuàng)新潛能，充分發(fā)揮學生的獨創(chuàng)性，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供強有力的支撐。
參考文獻：
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第3篇：數(shù)字電路的基本原理范文
關鍵詞 數(shù)字電路 EDA技術 教學改革 電子設計
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.04.057
New Strategy of Digital Circuit Teaching Reform
Under the Condition of New Technology
LIAO Guicheng[1]， QIN Zetao[2]
（[1] College of Vocational and Technical Education，
Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545006;
[2] Engineering Training Center， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545006）
Abstract In the teaching of digital circuit course， it should be suitably deleted to the traditional manual design method， internal structure of door circuit， pulse waveform generating and shaping， and also the other traditional outdated technology and methods. At the same time EDA and other modern electronic new technology and new method should be integrated into the digital circuit course， so as to enhance the feeling of contemparaneity and practicality， to improve the students' innovation consciousness and application ability.
Key words digital Circuit; EDA Technology; teaching reform; electronic design
0 緒論
隨著現(xiàn)代電子技術的高速發(fā)展，以大規(guī)?？删幊碳夹g、嵌入式系統(tǒng)等為核心的最新科技學科已經(jīng)普遍出現(xiàn)在了高等教育的課程設置中，這些學科技術引領著未來電子技術的發(fā)展方向。電子技術專業(yè)的重要基礎課――“數(shù)字電路”的地位和重要性也被推到了前所未有的高度，同時也對這一課程的教學內(nèi)容提出了極大的挑戰(zhàn)。然而，目前國內(nèi)多數(shù)高校該課程的教學內(nèi)容幾乎仍停留在上個世紀八九十年代，并仍以那個年代的手工數(shù)字設計技術為核心教學內(nèi)容與考核內(nèi)容。這就導致了學生的設計能力較低，缺乏自主創(chuàng)新能力與意識，無法適應現(xiàn)代企業(yè)和社會的需要。當然也有好些教材也將VHDL等EDA內(nèi)容加到課程內(nèi)容中，但目前的數(shù)字電路教學體系還是呈現(xiàn)一種拼接的模式，整體內(nèi)容缺少因果鏈接。①因此改革數(shù)字電路中過時的內(nèi)容、將先進的電子設計自動化（EDA）技術系統(tǒng)地融入到數(shù)字電路課程中，是數(shù)字電子技術發(fā)展的必然選擇。
1 傳統(tǒng)舊技術與方法的取舍
數(shù)字電路中有一些傳統(tǒng)的技術與方法，在現(xiàn)代企業(yè)的電子設計中已經(jīng)沒有用武之地。學生花大量時間學習這些落后和被淘汰的知識和方法，是得不償失的，不僅耗費學生的精力和時間，妨礙新技術的學習，更是對國家和社會資源的浪費。對這些過時的內(nèi)容，我們要對其進行適當?shù)膭h減，使教學內(nèi)容適應時代的發(fā)展需要。
1.1 傳統(tǒng)手工設計方法
傳統(tǒng)手工設計方法的內(nèi)容包括以卡諾圖為工具的邏輯函數(shù)化簡、小規(guī)模門電路組成的組合邏輯電路分析與設計以及由觸發(fā)器及門電路構成的時序邏輯電路的分析與設計等。這部分內(nèi)容在數(shù)字電路課程中占據(jù)了主要的內(nèi)容與篇幅，這在上個世紀八九十年代自動化設計還不流行的時候是合適的，因為那時候的電氣產(chǎn)品及自動化控制電路很多都是采用中小規(guī)模的數(shù)字集成電路完成設計的，而現(xiàn)在的電子產(chǎn)品及控制電路，已經(jīng)幾乎見不到中小規(guī)模數(shù)字集成電路的影子，取而代之的是微處理器（含嵌入式處理器）以及大規(guī)?？删幊唐骷?、DSP等，只是在接口及驅動電路上還能偶爾見到中小規(guī)模數(shù)字電路。比如現(xiàn)代的家電產(chǎn)品洗衣機、空調(diào)、電視等都用到了微處理器控制，手機、導航儀等電子產(chǎn)品則用到了嵌入式處理器，語音、圖像識別等產(chǎn)品則用到了DSP（數(shù)字信號處理器），而在機頂盒、調(diào)制解調(diào)器等產(chǎn)品中則用到了FPGA等大規(guī)模可編程器件。采用中小規(guī)模數(shù)字電路設計的電子產(chǎn)品，還沒上市就已經(jīng)是落后的。
1.2 邏輯門內(nèi)部電路結構原理
門電路一章的教學應以集成門的外部特性教學為主，讓學生看到門電路的真值表就能夠應用該電路，而不管該電路的內(nèi)部結構如何。傳統(tǒng)教學內(nèi)容通常是以反相器為例，分析電路的內(nèi)部結構和工作原理，進而得到其邏輯功能，而對其外部特性及接口參數(shù)則認為是死記硬背、枯燥的東西就一筆帶過。而實際上我們應用數(shù)字電路設計實際的數(shù)字系統(tǒng)考慮得最多的除了器件的邏輯功能就是外部特性和接口參數(shù)，而內(nèi)部電路結構怎樣、如何工作基本上無需考慮。而且內(nèi)部電路的分析對于學生來說難度較大、理解困難，完全沒有必要讓學生把時間和精力浪費在這種沒有實際意義的知識的學習上。因此在內(nèi)容安排上，應著重介紹各種門電路的外部特性和接口參數(shù)，讓學生學會在實踐中正確選擇和使用合適的集成電路，設計出能適應實際環(huán)境和應用的優(yōu)秀電路。
1.3 脈沖波形的產(chǎn)生和整形
“脈沖波形的產(chǎn)生和整形”這部分內(nèi)容其實和“數(shù)字邏輯”沒有直接關系，實際上是屬于模擬電路的內(nèi)容。只不過在模擬電路中，波形的產(chǎn)生完全是用模擬的電路來實現(xiàn)，而在目前多本數(shù)字電路教材中，則是采用門電路加模擬的阻容元件來實現(xiàn)的，實質上是把門電路當集成放大器來應用。而這種應用是和“數(shù)字”的概念相背離的，不利于學生對“數(shù)字邏輯”的學習。這部分內(nèi)容的另一個重點是對“555”時基電路的介紹。其實這個555時基電路是上個世紀70年代的產(chǎn)物，距今已有40多年的歷史，在集成芯片技術飛速發(fā)展的今天，它已經(jīng)完全沒有了用武之地。對于學生來說，那么多新知識新技術要學，再花時間精力學習“555”時基電路，那就是舍本逐末了。
2 新技術與新方法的應用
2.1 新技術的優(yōu)勢
當前的電子新技術主要包括EDA技術、實時軟件仿真技術、先進自動化繪圖與制板技術等。EDA即電子設計自動化技術，是一種基于軟硬件平臺，通過軟件的方法來高效地完成硬件設計的計算機技術。EDA技術已成為電子系統(tǒng)設計的重要手段，它采用“自頂向下”的設計方法，利用功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，以硬件描述語言（HDL）為主要設計手段，以大規(guī)?？删幊唐骷–PLD或FPGA）為載體，完成電子系統(tǒng)的功能設計。這種硬件電路的軟件化設計，已經(jīng)完全改變了數(shù)字設計的整個面貌。
2.2 融入EDA等新技術的教學內(nèi)容安排
傳統(tǒng)的數(shù)字電路內(nèi)容主要包括邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯設計、觸發(fā)器、時序邏輯設計、存儲器與可編程器件等，實踐過程中，我們削減了一些陳舊過時的內(nèi)容，增加了VHDL硬件描述語言、QuartusII電子開發(fā)平臺、FPGA/CPLD大規(guī)?？删幊唐骷菶DA技術內(nèi)容。我們強調(diào)VHDL硬件描述語言是設計數(shù)字電路的語言工具，與邏輯代數(shù)這一分析設計數(shù)字電路的數(shù)學工具同等重要，并放在同一章節(jié)進行講解。而基于VHDL的相關電路描述與設計則結合相關的內(nèi)容，穿插到各個章節(jié)中進行詳細講述。QuartusII則是將VHDL設計變成電路實現(xiàn)的中間平臺與工具，將這部分內(nèi)容放到實驗環(huán)節(jié)中講解。FPGA/CPLD大規(guī)模可編程器件是實現(xiàn)VHDL設計的載體，與存儲器放在同一章中講解。
我們立足于數(shù)字邏輯設計的基本原理，將EDA技術融入到數(shù)字電路課程中，將這些原理與現(xiàn)代的工具與實踐技術相結合，提高了畢業(yè)學生的電子設計技術水準，也極大地豐富了數(shù)字電路課程的教學內(nèi)容。
2.3 新技術與傳統(tǒng)教學方法的融合
在數(shù)字電路課程的教學中，我們除了在教學內(nèi)容上增加EDA等電子新技術內(nèi)容外，在教學方法上，我們更注重新技術、新方法的與傳統(tǒng)知識的融合與因果鏈接。以加法器的學習為例，我們把加法器劃分為難易不同的功能模塊：半加器、全加器、4位加法器、8位乘法器，然后把不同功能模塊的描述方式（包括真值表、邏輯表達式、波形圖、卡諾圖等傳統(tǒng)的描述方式以及現(xiàn)代先進的VHDL描述等）和實現(xiàn)方式（包括傳統(tǒng)的集成門電路實現(xiàn)以及現(xiàn)代的大規(guī)?？删幊唐骷⑽⑻幚砥鲗崿F(xiàn)等）及各種方式的特點一一列舉并對比講解，也讓學生的發(fā)揮和補充，期間充分運用各種仿真軟件和開發(fā)工具進行仿真和實驗演示，讓學生對各模塊的描述方法、實現(xiàn)方式及特點深刻理解。如對加法器的一種擴展――8位乘法器，學生很容易就明白，用傳統(tǒng)描述方式無法去描述，而用VHDL描述卻只用一句“y<=a*b”就能完成;在實現(xiàn)方式上，用傳統(tǒng)集成門電路實現(xiàn)8位乘法器雖然理論上可以實現(xiàn)，但是卻需用到幾百個集成門，電路復雜，成本高，速度慢，可靠性低。而用大規(guī)?？删幊唐骷崿F(xiàn)時卻只需用一塊最簡的CPLD芯片就能實現(xiàn)，成本低、速度快、可靠性也高。在數(shù)字電路教學中引入EDA技術，其強大的仿真功能很容易把實踐帶入課堂、帶入教學的每一個環(huán)節(jié)，使得理論與實踐能夠緊密結合。
3 結束語
通過刪減過時內(nèi)容并引入EDA等現(xiàn)代數(shù)字電子新技術和新方法，提前至大二開設數(shù)字電路課程，保持學生從大一開始的一貫學習熱情和積極性，保證專業(yè)課學習的效果。同時也使學生有能力提早進入大學生課外科技活動，并在數(shù)字電路的基礎理論、實踐能力和創(chuàng)新精神等方面都有進步，提高了學生現(xiàn)代數(shù)字電子技術應用水平和工程實踐能力。通過對課程的改革，也完善和發(fā)展了數(shù)字電路課程的建設，使之適應現(xiàn)代電子技術高速發(fā)展的要求和社會的實際需要。
基金項目：新世紀廣西高等教育教改工程項目“新技術條件下數(shù)字電子技術課程綜合教學改革研究”（編號：2010JGB 061）
第4篇：數(shù)字電路的基本原理范文
【關鍵詞】單片機 數(shù)字頻率計 設計
數(shù)字頻率計又稱為數(shù)字頻率計數(shù)器是近代電子技術領域的重要測量工具之一，同時也是其他許多領域廣泛應用的測量儀器，是計算機，通訊設備，音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可或缺的測量儀器，它是一種十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。數(shù)字頻率計是在規(guī)定的基準時間內(nèi)把測量的脈沖數(shù)記錄下來，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字頻率計用于測量信號（方波，正弦波或其他周期信號）的頻率，并用十進制數(shù)字顯示，它具有精度高，測量速度快，讀數(shù)直觀，使用方便等優(yōu)點。
基于單片機的數(shù)字頻率計的設計，目的是設計一款數(shù)字頻率計，能夠測量1 Hz～20 MHz的數(shù)字頻率，包括三角波、正弦波及方波的測量，支持0.5 V～20 V電壓。本頻率計的特點是突破普通單片機頻率計喜歡選用的直接測量法，選擇了高頻用多周期同步法，低頻用周期法來測量頻率。這樣可以使頻率計達到更高的精度。而且本頻率計通過程序來控制分頻芯片自動分頻，無需測量者對信號進行預估計，超出測量范圍會自動警報，更加人性化。
那么單片機和數(shù)字頻率計的關系呢？為了實現(xiàn)智能化的技術，測頻實現(xiàn)寬領域，高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設計中去。單片機數(shù)字頻率計以其可靠性高，體積小，價格低，功能全等優(yōu)點，廣泛的應用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測量過程的控制中，達到了自動化傳統(tǒng)儀器中的開關和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測得的實驗數(shù)據(jù)。單片機測量的頻率精度高，速度快，在測量頻率時，能夠很好的解決測量精度和測量時間的矛盾。同時還具有時間顯示功能，為各種生活工作提供了方便。
隨著科學技術與計算機應用的不斷發(fā)展，以單片機作為核心的測量控制系統(tǒng)層出不窮。在被測信號中，較多的是以模擬和數(shù)字開關信號。此外還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的測量信號。例如流量，轉速晶體壓力傳感以及參變量-頻率轉換后的信號等等。對于這些以頻率為參數(shù)的被測信號通常采用測頻法，測頻率的測量在生產(chǎn)和科研部門中經(jīng)常使用，也是一些大型系統(tǒng)實時檢測的重要組成部分。數(shù)字頻率計是直接用十進制數(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號和其他具有周期特性的信號的頻率，而且還可以測量它們的周期。經(jīng)過改裝，可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測量儀；可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計價器等。因此數(shù)字頻率計在測量物理量方面應用廣泛。數(shù)字式頻率計基于時間或頻率的A/D轉換原理，并依賴于數(shù)字電路技術發(fā)展起來的一種新型的數(shù)字測量儀器。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展，所以，數(shù)字頻率計的發(fā)展也很快。通常能對頻率和時間兩種以上的功能數(shù)字化測量儀器，稱為數(shù)字式頻率計（通用計數(shù)器或數(shù)字式技術器）。
數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構成，計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。在電子技術中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得尤為重要。測量頻率的方法有多種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。
數(shù)字頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應用很廣泛的儀器。電子系統(tǒng)非常廣泛的應用領域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)字電路制造工業(yè)的進步，使得系統(tǒng)設計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。集成電路的類型很多，從大的方面可以分為模擬電路和數(shù)字集成電路2大類。數(shù)字集成電路廣泛用于計算機、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運行的電信號，其大小往往并不改變，但在實踐分布上卻有著嚴格的要求，這是數(shù)字電路的一個特點。數(shù)字集成電路作為電子技術最重要的基礎產(chǎn)品之一，已廣泛地深入到各個應用領域。
為了實現(xiàn)智能化的技術，測頻實現(xiàn)寬領域，高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設計中去。單片機數(shù)字頻率計以其可靠性高，體積小，價格低，功能全等優(yōu)點，廣泛的應用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測量過程的控制中，達到了自動化傳統(tǒng)儀器中的開關和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測得的實驗數(shù)據(jù)，這就是其優(yōu)勢之處。
參考文獻：
第5篇：數(shù)字電路的基本原理范文
【關鍵詞】單片機；調(diào)試；硬件；嵌入式系統(tǒng)；搶答器；cmos；proteus
0 引言
單片機是應用最為廣泛的智能芯片，也是微控制器里最基礎的集成電路芯片。單片機的內(nèi)部集成了多種應用功能，將微處理模塊、記憶存儲單元（包括只讀的存儲單元ROM，以及隨意存儲的記憶單元模塊RAM），還有相關的輸入輸出相關硬件接口有序的組織到一起，在節(jié)拍時序控制的作用時高校有序的完成程序事前所規(guī)劃好的任務。
單片機的品種繁多，80C51占到當前市場的最主要部分。這里相關的生產(chǎn)企業(yè)都遵循著一定的指標和兼容的結構、指令體系。比較出名的包括PHILIPS公司，ATMEL公司，在中國也有性能良好的TW系列?，F(xiàn)在性能良好廣泛得到應用的80C51系統(tǒng)都使用了HMOS（指高密度金屬氧化物半導體）以及CHMOS（是指互補高密度金屬氧化物半導體）的工藝生產(chǎn)。這種CMOS能夠以小功耗運作，卻無法達到高速性，而新的CHMOS方法既能保證功耗小、散熱小，同時還可以大范圍提高數(shù)字電路運行的速度。所以新材料和新工藝的應用使得單片機系統(tǒng)對電源的要求降低了，續(xù)航性也得到很大的提高。
1 系統(tǒng)功能設計
1.1設計理念
本設計就是基于單片機設計搶答系統(tǒng)，使搶答系統(tǒng)有了更多更完善的功能。跟以往由基本數(shù)字電路芯片搭建或者模擬器件所構成的搶答器相比，其電路構成大大簡化，與此同時卻有較好的性能和高超的可靠性。設計過程中，為了進一步發(fā)揮單片機系統(tǒng)的優(yōu)勢，還應該注意一些細節(jié)，就是：（1）對于芯片的選擇，應該從性價比上通盤考慮，最好使用功能強的芯片，價格也不是很昂貴，這樣能從總體上減少周口電路，這樣從結構上大大簡化。（2）在設計上應該注意冗余性，以及靈活的余地。在設計中，除了考慮當前電路的實現(xiàn)功能，還應該考慮到未來功能以及特性的擴展，便于保留相關的接口。（3）程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機。
1.2功能詳細設計
控制系統(tǒng)這里涵蓋了四個主要的模塊，依次是顯示、存儲、語音塊、搶答。具體功能描述如下：（1）搶答器同時供8名人員使用，系統(tǒng)清除和搶答控制開關由主持人控制。（2）系統(tǒng)可以實現(xiàn)信號鎖定，就是說搶答器被按動按鈕，就由相應的鎖存，并在數(shù)碼管展示號碼，蜂鳴響起報警（3）定時搶答功能，意思是每次搶答有時間上的限制并且可調(diào)節(jié)，主要是裁判員來控制。（4）循環(huán)工作模式，當一輪結束則出現(xiàn)結果以及按鍵時點，保持到下一循環(huán)初始清零工作。超時直接進入下一輪且需報警。
2 系統(tǒng)詳細設計
數(shù)碼管顯示：數(shù)碼管通過不同的接法，就可以出現(xiàn)基本原理不同的兩種接線方法：即靜態(tài)顯示方法以及動態(tài)顯示方法。前者的段選位和位選位都是單獨連接的，所以需要大量消耗I/O接口，雖然接線簡單但是只能接有限位數(shù)。當然這種模式編程較簡單，結構清晰，占用的CPU時間少。而后者是一種掃描的方式，就是把很多數(shù)碼管的同名端一起短接，與此還要通過片選信號對其不同的芯片顯示不同的內(nèi)容，所以額外需要選通控制器。按數(shù)碼管的接法分為共陰和共陽兩種。發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。本文采用動態(tài)接法。
鍵盤掃描：單片機應用中鍵盤用得最多的是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。本實驗用的是獨立式鍵盤。
功能鍵發(fā)聲：通過設定定時器產(chǎn)生不同頻率的矩形波，就能帶動蜂鳴器發(fā)出不同音高聲音。
外部中斷：在單片機上兩個引腳INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個引腳代表中斷引腳。在單片機內(nèi)部的TCON寄存器中有四位是與外中斷有關的。IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，由軟件進和置位和復位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負跳變觸發(fā)方式。IE0：INT0中斷請求標志位。當有外部的中斷請求時，這位就會置1（這由硬件來完成），在CPU響應中斷后，由硬件將IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。按鍵0接單片機P32腳，按鍵1接單片機的P33腳。本設計用到外中斷1和外中斷0，需接上跳帽W1和W2。
時鐘頻率：單片機作為數(shù)字時序電路，其運行需要必須在時鐘的驅動下才能工作。雖然其內(nèi)部擁有現(xiàn)成的時鐘振蕩電路，但是為了匹配速度還是需要需外接振蕩源，該電路主要通過晶振串聯(lián)兩個小電容實現(xiàn)，電容的作用是濾波，選擇12MHz為工頻。
復位：單片機一般露出來是40位管腳，而其RST位屬于第九腳，功能是使得單片機復位。其基本的原理是4個機器周期高電平的輸入脈沖，當然超過這個時間也可以，就能夠將單片機的pc清零，進入到初始愈發(fā)狀態(tài)。
3 系統(tǒng)調(diào)試
對于系統(tǒng)的運行調(diào)試可以采用多種方式進行，可以使用純軟件的環(huán)境，也可以放入到硬件電路里。但是一種最為方便、有利于查找功能性錯誤或者劣勢，同時方便改進的方法就是應用軟硬件聯(lián)合仿真的模式。這個模式需要硬件執(zhí)行、軟件執(zhí)行的交聯(lián)編程開發(fā)環(huán)境，這里通常采用Keil加Proteus的模式實現(xiàn)。的整合調(diào)試可以實現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Proteus作為硬件仿真和調(diào)試界面。在調(diào)試開發(fā)中，首先需要在proteus數(shù)字電路環(huán)境里布置相應的電路器件，同時這也有利于后期直接進行PCB的制作。需要在proteus調(diào)試選項里勾選use remote debug monitor，這樣就能通過keil51直接編寫語言代碼，然后輸入到keil調(diào)試，再返回proteus示波器以及相應的內(nèi)存、寄存器查看單元來觀察數(shù)值變化中，結合鍵盤部分以及數(shù)碼、蜂鳴以及LED集中觀察硬件執(zhí)行。
4 總結
在應用中，當比賽正式開始主持人宣布搶答后就可以通過按鍵按鈕來開始搶答相關題目，這時數(shù)碼管就立即實時顯示倒計時，當出現(xiàn)搶答的按鍵時，則調(diào)用顯示程序來顯示搶答器ID以及剩余答題時間值，蜂鳴作響加以提示搶答問題。計時結束時倘若答案還沒滿足那么就從新極零進入下一循環(huán)。通過系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試，實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。本系統(tǒng)從功能上看具有良好的實用性，擴展性較好，無論是操作還是維護都很容易，這主要是利用了嵌入式數(shù)字電路的優(yōu)勢，實際上現(xiàn)在集成數(shù)字控制器開發(fā)簡單，功能強大，只要能在應用上不斷加以拓寬，一定能大大便利豐富人們的生產(chǎn)以及生活。
參考文獻：
[1]馮育長.單片機系統(tǒng)設計與實例指導[M].北京：西安電子科技大學出版社，2007
第6篇：數(shù)字電路的基本原理范文
關鍵詞：數(shù)字電子技術實驗；綜合素質；教學
作者簡介：張大平（1965-），男，廣西合浦人，欽州學院物理與材料科學學院，副教授。（廣西欽州535000）
基金項目：本文系新世紀廣西高等教育教學改革工程項目（項目編號：2009C089）的研究成果。
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）06-0104-02
努力提高大學生的綜合素質是高等院校辦學的根本目標，也是檢驗高等院校辦學水平的根本標準。大學生的綜合素質包括思想道德素質、文化素質、心理素質、人文素質、身體素質、專業(yè)素質和創(chuàng)新素質7個方面[1]?！皵?shù)字電子技術”是高等院校自動化、電氣、電子、通信、計算機等專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課。為了使學生進一步掌握數(shù)字電子技術方面的基本理論、基本知識，掌握數(shù)字電路設計的基本技能，筆者所在學校開設了“數(shù)字電子技術實驗”課程，讓學生受到系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技能，培養(yǎng)學生敏銳的觀察力、嚴謹?shù)目茖W思維能力和創(chuàng)新能力，同時也培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，分析和解決科學實踐問題的能力。怎樣利用實驗課程的教學培養(yǎng)提高學生的綜合素質，是我們一直努力探索的問題，這同樣也是同行們關心和探究的熱點問題。
一、利用實驗制度，培養(yǎng)學生良好的思想道德品質
21世紀的教育，不僅要使學生有知識，會做事，更重要的是會做人。我們要把學生培養(yǎng)成有社會責任感和事業(yè)心的人，有科學文化知識和開拓能力的人，有志有為德才兼?zhèn)涞娜?。高校要緊跟時代步伐，積極吸取和借鑒社會的先進經(jīng)驗，深刻理解和運用科學技術的特點、作用，使思想道德教育和科技能力教育緊密結合起來，為大學生思想的進一步成長和科學文化知識的繼續(xù)積累營造良好的氛圍。在數(shù)字電子技術實驗教學中，首先，教師要嚴格要求學生遵守實驗室的有關規(guī)章制度，正確使用實驗儀器儀表，愛護公共財物，使學生養(yǎng)成遵守紀律、愛惜他人財物的良好品質。其次，嚴格要求學生的實驗報告要真實地根據(jù)該實驗現(xiàn)象和實驗結果撰寫而成，而不是捏造或抄襲他人的實驗數(shù)據(jù)，使學生養(yǎng)成不空想、重實際、一絲不茍的實驗態(tài)度和科學的實驗作風以及誠實的良好品格。另外，實驗是學生做實驗而不是教師做實驗，因此，教師要調(diào)動學生的積極性和學習興趣，讓學生自己主動根據(jù)實驗的任務目標完成實驗項目，并且認真按實驗步驟進行實驗，容不得半點馬虎，否則可能造成實驗結果有較大誤差，甚至得到錯誤的實驗現(xiàn)象。這樣可培養(yǎng)學生嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，使之養(yǎng)成不論學習還是干什么事都認真對待的好習慣和主動做事的良好品格。
二、利用實驗預習，培養(yǎng)學生的自學能力
認真預習是做好實驗的關鍵。預習的好壞，不僅關系到實驗能否順利進行，而且直接影響實驗效果。因此，實驗前要求學生必須參照實驗指導書，對實驗目的、原理和內(nèi)容有較為清楚的認識，做到認真復習有關實驗的基本原理，掌握有關器件的使用方法，熟悉實驗電路，擬出實驗方法和步驟，設計實驗表格，對如何著手實驗做到心中有數(shù)，并用電子仿真軟件Multisim對所預習的實驗內(nèi)容進行驗證，以保證所預習設計的內(nèi)容正確，這樣做不但可拓寬設計思路，也可大大節(jié)省實際上在實驗室操作的時間和排錯的時間，提高實驗效率，而且大大提高學生查找、收集、整理相關文獻資料的能力，極大地培養(yǎng)提高了學生的自學能力。
三、利用基礎性實驗，培養(yǎng)學生的專業(yè)文化素質
“數(shù)字電子技術”是一門實踐性很強的課程，為使學生建立起正確的數(shù)字電路的概念，明確邏輯和電路之間的關系，基礎實驗是必不可少的環(huán)節(jié)。其目的是教會學生常用電子儀器的使用方法、電子電路的測試方法、集成邏輯電路的應用、基本實驗技能，并加深對理論知識的理解，強調(diào)動手能力和基本概念?；A實驗內(nèi)容以中小規(guī)模集成電路為載體，強調(diào)與課堂講授相輔相成、相互補充[2]。比如，通過用異或門、與或非門、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器分別和與非門一起實現(xiàn)全加器的實驗，使學生熟悉各種中規(guī)模集成數(shù)字電路的邏輯功能及其應用，系統(tǒng)掌握了組合邏輯電路的基本理論和設計方法。因此，教師必須根據(jù)教學大綱，嚴格抓好基礎性實驗的教學，使學生能夠掌握數(shù)字邏輯電路的基本原理、基本電路，能夠系統(tǒng)地掌握數(shù)字邏輯電路的分析、設計及應用方法，以達到課程的教學目標，培養(yǎng)提高學生牢固的專業(yè)基礎知識和基本技能。
四、利用設計性實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
設計性實驗是提升學生實際動手能力的實驗。一般的做法是先給出實際問題（設計任務）和主要集成芯片，然后學生根據(jù)所學組合邏輯電路的設計步驟，根據(jù)實際問題要求列出真值表，寫出表達式，畫出邏輯電路圖，通過選件，連接電路調(diào)試完成設計任務，寫出完整的實驗報告。通過這樣的實驗訓練了學生分析和設計電路的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識[3]。為了激勵和調(diào)動學生的學習積極性，培養(yǎng)學生知識運用能力、實驗設計能力、創(chuàng)新能力、獨立分析思考問題和解決問題的能力，我們在數(shù)字電子技術實驗教學中增加了設計性實驗的比例，或者在驗證性實驗中增加設計的內(nèi)容，讓學生盡可能多地受到訓練。比如，在驗證了數(shù)據(jù)選擇器74LS153的邏輯功能后，讓學生用它來實現(xiàn)全加器的功能；在驗證了譯碼器74LS138的邏輯功能后，讓學生用它來實現(xiàn)全加器的功能[4]。又如讓學生驗證了計數(shù)器CC40192的邏輯功能后，讓學生用它來實現(xiàn)7進制、12進制等N進制計數(shù)器[5]。
另外，教師給出實驗任務時，注意強調(diào)各種設計方案的實現(xiàn)與創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，鼓勵創(chuàng)新與突破，同時要使學生盡可能多地了解數(shù)字電子技術領域的新概念、新技術和新方法；盡可能多地接受與“數(shù)字電子技術”相關的工程實踐訓練，啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識、培養(yǎng)學生的實踐能力。
五、利用排除故障，培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力
在數(shù)字電子技術實驗教學中，實驗過程完全不出現(xiàn)故障是不現(xiàn)實的，也是不正常的。數(shù)字電子技術實驗大多數(shù)實驗項目是在實驗箱上完成，而每塊集成芯片和少量元件都是插在管腳座上，每個實驗線路就是通過導線把芯片與芯片或芯片與元件連接而成，因此，接線錯誤是數(shù)字電子技術實驗中最為常見的故障，其包括漏線、錯線、斷線和線路接觸不良等。當學生實驗出現(xiàn)電路故障時，指導教師應注意啟發(fā)學生思維，充分發(fā)揮學生的主動性，給予必要的指點和提示，經(jīng)過學生自己思考，弄清楚前因后果后自己動手糾正，這樣有利于增強學生發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力。
另外，在實驗的過程中教師可人為設置故障，讓學生根據(jù)故障現(xiàn)象，先根據(jù)實驗原理、電路的組成，分析產(chǎn)生故障現(xiàn)象的原因和可能出現(xiàn)故障的部位，然后讓學生動手排除故障，這樣做極大地調(diào)動了學生的興趣，激勵學生探索問題的精神，很好地培養(yǎng)了他們的主動性及動手能力。
六、利用共同完成實驗項目，培養(yǎng)學生的團隊合作精神
由于客觀原因，有相當多的實驗項目是要求兩人合作、共同完成的。原則、感情與共同的利益和目標，是維系一個團隊的紐帶；有團隊精神，才能產(chǎn)生發(fā)展和創(chuàng)新的力量。兩人要共同完成某一實驗項目，有了一個共同的目標，那就要團結一致，互相幫助，互相照顧，互相配合，為完成這一目標而共同努力。但要完成這個實驗項目必須做許多工作：設計電路、選擇元器件、連接電路、讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等。這就要求團隊成員合理分工，如果不能合理分工，就不能在規(guī)定的時間內(nèi)順利完成實驗項目，這就促使學生有合作也要有分工，形成團隊合作精神。如果在實驗中有一位在完成任務的過程中遇到了技術上的難題，只會自己冥思苦想亂翻書，卻不屑于向坐在旁邊的高手請教；而這位高手此時不是把他當做共榮共辱的合作伙伴，而是坐在旁邊等著看笑話，那么他們共同承擔的實驗項目又怎么能按時完成？
另外，要求學生抓住實驗這個機會鍛煉表達能力，積極表達自己對實驗現(xiàn)象和實驗結果的看法和意見，并掌握與人交流和溝通的藝術，培養(yǎng)自己良好的與人相處的心態(tài)，這也是培養(yǎng)團隊精神的需要。
七、利用撰寫實驗報告，培養(yǎng)學生的寫作能力
實驗報告是培養(yǎng)學生總結能力、分析思維能力和寫作能力的有效手段，也是一項重要的基本功訓練，它能很好地鞏固實驗成果，加深對基本理論的認識和理解，從而進一步擴大知識面。我們要求學生每做一個實驗，在課后都要撰寫一份實驗報告，主體內(nèi)容包括：實驗目的、實驗原理、實驗環(huán)境、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理、實驗結論、實驗體會與建議等。要求學生撰寫實驗報告的目的就是讓學生理解每次實驗，不是實驗做完就結束了，而是通過撰寫實驗報告總結自己在實驗中遇到的問題，并理解透徹，使以后遇到相似問題知道如何處理，真正提高自己分析、處理問題的能力。實驗報告要求文字通順，字跡端正，符號標準，圖表規(guī)范，內(nèi)容清楚，討論深入，結論簡明，行文排版要符合規(guī)范要求，這樣可提高學生的科技寫作能力、方案表達能力。
當然，培養(yǎng)提高學生的綜合素質并不是通過某一個實驗或者某一門實驗課程就能全面達到的，而是通過一個個實驗、一門門課程，一點一滴的積累和培養(yǎng)而提高的。因此，我們必須嚴格要求學生做好每一個實驗，學好每一門課程，一步一個腳印地在實踐中不斷培養(yǎng)自己各方面的能力，努力提高自己的綜合素質，爭取把自己培養(yǎng)成為對社會有用的人才。
參考文獻：
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第7篇：數(shù)字電路的基本原理范文
關鍵詞：超聲波測距；遠近光燈自動轉化；STC89C52；1602液晶@示屏
引言
隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展進步，汽車成為了人們必不可少的代步工具，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，大量的交通事故是因為司機在夜間行駛時遠近光燈轉換錯誤或者不及時，燈光因素成為了汽車安全性的一大問題?；谝陨显?，本文通過使用STC89C52作為電子控制中心來實現(xiàn)超聲波測距并顯示在1602顯示屏上，遠近光燈自動轉換以及距離過小自動鳴笛警示系統(tǒng)。以此來盡可能消除由于燈光而帶來的安全隱患問題。
1 基本原理
本文是以STC89C52為中心電子控制系統(tǒng)，由電源模塊、按鍵模塊、燈光模塊、蜂鳴器模塊、超聲波測距模塊、遠近光燈自動切換模塊和1602液晶顯示屏模塊組成，通過設計電路圖、焊接電路板、設計程序和燒錄進STC89C52單片機來實現(xiàn)所需要的功能，功能包括按鍵實現(xiàn)左右轉向燈亮，按鍵實現(xiàn)蜂鳴器鳴笛，超聲波測距顯示在顯示屏上和以距離為界限的遠近光燈自動轉化和車距過小自動鳴笛。
2 電路設計
整個電路系統(tǒng)以及相應模塊如圖1所示。
2.1 單片機模塊
STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。擁有8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構，全雙工串行口。我們將其作為實現(xiàn)上述功能的中心控制元件。
2.2 燈光模塊
采用不同顏色的五個LED燈來分別代表遠、近、左、右和車內(nèi)燈光，并分別接入STC89C52 的p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 引腳，并且并聯(lián)通過一千歐的電阻接入VCC高電平，左右以及車內(nèi)燈光通過按鍵模塊各個按鈕控制，遠近光燈通過顯示屏顯示的超聲波所測得的距離遠近來控制。
2.3 蜂鳴器模塊
由電路圖原理可知，蜂鳴器的兩個引腳分別接入VCC高電平5V電壓和通過三極管和一千歐的電阻接入單片機p2.5引腳來實現(xiàn)按鍵和距離對于蜂鳴器的單向控制。從而實現(xiàn)按鍵和距離過小蜂鳴器發(fā)出鳴響。
2.4 遠近光燈自動切換模塊
該模塊的8腳接VCC高電平5V電壓，4腳接地，1 腳接入單片機的p2.4腳，電路模塊裝有光敏電阻，通過單片機內(nèi)燒錄的程序來實現(xiàn)對遠近光燈的控制。焊接簡單容易控制。
2.5 顯示模塊
1和16引腳分別接地，3引腳通過滑動變阻器保護后接地，2引腳接入VCC高電平5v電壓。液晶屏采用LCD1602，它是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。1602液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。我們用它來顯示距離。
3 軟件設計
根據(jù)所設計的電路圖和焊接的電路板用c語言寫實現(xiàn)單片機功能的程序并燒錄進單片機。本系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。
4 結束語
本系統(tǒng)通過運用簡單的單片機和一些簡單模塊實現(xiàn)了對遠近光燈根據(jù)距離自動切換，車距過小提出警示以及模擬了行駛過程中的常用功能，簡單易操作，成本低，實用性高，具有極高的經(jīng)濟性能，可以使汽車行駛更加方便和安全。而超聲波測距也使駕駛員更加清楚看到與前方車或者障礙物的距離，以便于做出應急措施，本系統(tǒng)與現(xiàn)實生活密切相關，而且在商業(yè)化中具有精確性和穩(wěn)定性。
參考文獻
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[3]郭強.液晶顯示模塊的應用于調(diào)試[M].電子工業(yè)出版社，2010.
第8篇：數(shù)字電路的基本原理范文
【關鍵詞】大規(guī)模；邏輯電路；進化
進化硬件，在鐵路信號特有的運送流程內(nèi)，得到了廣泛的應用，隨著鐵路信號特有的工程進展，線路的相關研究不僅要解決當前的線路評測評估的困難還要解決進化實驗中成功率不高的情形，進而解決當前的線路實驗中急需解決的線路進化的問題。
1 大規(guī)模數(shù)字電路演化設計的方法
1.1 函數(shù)級進化硬件
鐵路信號聯(lián)鎖動作依托進化硬件，在實現(xiàn)數(shù)字電路的設計過程中，在電路的每條染色體中的每個基因為中均包含了PFU功能及其硬件的連接關系信息，所以在函數(shù)級別的硬件遺傳操作中，其可能以及會產(chǎn)生的變異包括：
電路板特有的數(shù)字處理，應當明辨PFU輸入引腳的變更。PFU的變更指的是在PFU自帶的八種運算功能中的進行隨機的選擇或者是臨時性的變更；輸入的工程中可以根據(jù)實際情況對幾者進行隨機的選擇與變更。如果在輸入的過程中出現(xiàn)了變異之后的染色體中產(chǎn)生了原染色體中不包含PFU這一功能，那么在變異之后的染色體中將會相應的出現(xiàn)基因位。在PFU輸入的過程中可供選擇的輸入接口包括前列PFU輸出、外部的輸入以及常數(shù)發(fā)生器三者。
1.2 使用函數(shù)型可編程器件來實現(xiàn)硬件的演化
函數(shù)型的可編程器件具有樹形結構的特點，并且也正是因為這種結構的特點與優(yōu)勢使得可編程器件實現(xiàn)了外部進化的實驗，這種進化的基礎是數(shù)據(jù)選擇器作為了函數(shù)幾倍的FPGA的單元來的進行電路的進化與設計的。實現(xiàn)線路進化的函數(shù)器件的可編程模型為：
T=f（X，C），X=X1，X2......Xn，C=C1，，，Xj，Cj ∈（0，1）
在模型中X是輸入進來的矢量，C是控制的矢量，控制矢量C相當于染色體的結構位串，也就是說在C取的數(shù)值不同的時候便具有不要的表達式，從而也就同期的減少了可編程邏輯器件所能夠最終實現(xiàn)的基本功能。
1.3 基于函數(shù)級的FPGA原型的硬件的內(nèi)部進化的進行與實現(xiàn)
數(shù)字信號的運送，要依托擬定出來的邏輯函數(shù)。在最小項的編碼公式中，每一個最小項與變量的組合能夠實現(xiàn)一一的對應關系，在硬件進化過程中出現(xiàn)的基于函數(shù)變換的“最小項”編碼公式。邏輯函數(shù)的最小型是通過對全部的變量進行相“與”來實現(xiàn)的，所以每個變量便能夠以原變量或者是反變量的形式出現(xiàn)在模型公式中。
在表達式中存在著n個變量的模型的邏輯函數(shù)的“最小項表達式”的一般形式中，mi是第i個變量組合對應的最小項，Ci是其相對于的系數(shù)，Ci的取值僅為0或者1，并且最小項的集合{mi}具有正交且完備的性質。
這樣我們便能夠得到系數(shù)組{ci}構成的矢量空間中所包含的所有的變量的邏輯系數(shù)，并且在這個矢量空間中的點是與其相應的邏輯系數(shù)一一對應的。這樣從硬件進化的角度來看，這個矢量的空間便是能夠得到的最小的搜索空間，而系數(shù)組{ci}對應的編碼長度則是最小的，也就是能夠通過對SPLD以及CPLD及其各自的與陣列，便能夠按照“最小項的表達式”的方式來對組合函數(shù)進行表達，同時通過觸發(fā)器以及極性控制的配置位{ki}等組合的使用，便能夠得到最終的染色體，同時能夠對其進行二值的編碼：
CS=C0.....Ci.....CM-1K0.....KJ-1
在對模型進行評估以及編程的過程中，需要再次的將染色體翻譯成與其相對應的實際配置的位串，這樣相應的CSi表示的便是數(shù)值為i 的n位二值位串，也就是ci=1或者是存在著n位的全零位串，即ci=0的情況。此時的染色體的長度僅為直接進行編碼工作的1/n，同時進化設計的運算量也僅能夠達到直接進行編碼時候的1/n2的水平。
基于RAM查找表格的函數(shù)級別的FPGA模型的基本原理與構造過程為：因為主流的PLD器件結構對于上述的編碼方案都能夠很好的提供支持，所以在模型的構建過程中可以將SRAM的地址線作為輸入，并將其數(shù)據(jù)線作為輸出，這樣的設置所構成的查找表能夠實現(xiàn)任意的n輸入以及k輸出的組合邏輯，這種模型的基本運算原理可以表示為：
Fj=
j=0，1，......，k-1
模型中的Di以及j表示的是SRAM在第i個單元的第j位，Ai代表的是第i個地址，與編號為i的變量組合以及最小項的mi具有一一對應的基本關系。在模型構建以及基本結果計算的過程中，需要將RAM查找表作為基本的核心，并參照主流的PLD結構使得系統(tǒng)的每一個輸出的斷開都能夠與一個邏輯宏單元相對應，進而保證輸出的形式及其積極性，同時將各種OLMC的輸出反饋到RAM 的查找表中去，便能夠實現(xiàn)組合的邏輯同時獲得函數(shù)級的FPGA 的原型。
2 電路板處理特有的分解進化
鐵路信號特有的分解進化，密切關聯(lián)著電路板處理。分化的過程中以及分解的標準決定了分解的過程所采用的門級都是最基本的層級與形式，同時也能夠保證這種進化能夠快速的進行與實現(xiàn)。在對電路進行多級的分解進化的過程中，需要首先將復雜的邏輯電路系統(tǒng)分解為若干的不同的子系統(tǒng)。
如果被分解出來的子系統(tǒng)中仍然存在著較大規(guī)模的電路系統(tǒng)結構，則需要繼續(xù)對電路系統(tǒng)進行分解，直至所有的分解出來的子系統(tǒng)均足夠的簡單，分解工作便能夠停止了。在進化的過程中，通過對實際輸出與期望輸出的逐個染色的比較與分析以及對系統(tǒng)輸出的相同位數(shù)的相加與統(tǒng)計，便能夠將統(tǒng)計結果的大小作為評價系統(tǒng)優(yōu)劣程度的適應度函數(shù)了。在數(shù)字電路的多級分解進化的過程中，每一級的進化在電路的編碼方面都與門級的電路編碼的方式具有高度的相似性，在分解進化的過程中，適應度的函數(shù)在不同的進化級別上采用的都是將輸入的信號以組合輸入的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)演化的。
3 多位加法器的分級進化的實現(xiàn)
3.1 一位全加法器進化的實現(xiàn)
門級進化的一位全加法器的實現(xiàn)不僅需要輸入緩沖列還需要輸出鎖存列，我們設定演化區(qū)域的大小為m×n，也就是說壓花區(qū)域的行數(shù)為m，演化區(qū)域的列數(shù)為n，將兩輸入一輸出的邏輯們作為基本的演化單位，表征電路結構的染色體的長度則為2mn+L+mn，公式中的L表示的是實現(xiàn)功能電路的輸出引腳的數(shù)目。
這樣在進化實現(xiàn)的過程中便有了mn個邏輯門參與到了進程中來，并且每個邏輯門上都有兩個輸入的引腳，加上實現(xiàn)功能單元的輸出的引腳的數(shù)目，便能夠得到染色體A。
第9篇：數(shù)字電路的基本原理范文
為適合高職教學的特點，合理安排教學內(nèi)容?！峨娮蛹夹g》是一門基礎學科，其內(nèi)容必須與后續(xù)專業(yè)課相符合，其理論知識部分涵蓋內(nèi)容廣泛，包括模擬電路，數(shù)字電路，集成電路等等。所以在教學內(nèi)容的選取上應以必要夠用為度，減少數(shù)理論證，以掌握概念，突出應用培養(yǎng)技能為教學重點。重點介紹電子器件的外部特性與功能及電子電路的定性分析與應用，而對其工作原理的分析則可以簡略介紹即可。對于電子測量部分，主要介紹常用電工測量儀表的基本原理和應用及實驗，可以放到實測中去講解和應用。在數(shù)字電路部分，一般教材在集成電路與最新的電子技術的發(fā)展和應用上內(nèi)容很少，這部分內(nèi)容尤其對非電類專業(yè)的學生用處較大。這就需要通過閱讀大量的電子類讀物，及時了解本專業(yè)中的先進科技和技術應用，為學生彌補教材老化過時所造成的知識上的斷層。
2、采取適合的教學方法與手段
采用傳統(tǒng)的先理論后實踐的教學方法，在以知識學科體系為中心的理論教學過程中由于學生邏輯分析能力較弱、造成部分學生上課聽不懂，作業(yè)不會做，通學習積極性不高，從而對實踐動手也失去了應有的積極性。應用新的教育教學手段，增加學生的學習興趣。學習興趣是學生主動學習的動力之一，學生對學習的追求往往來源于興趣。有興趣的東西可以激發(fā)學生的學習熱情，引起學生思考。如果可以讓學生在學習過程中帶著興趣去學習，可以說教學就成功了一半。以往在《電子技術》這門課程的講授中，教學方法單一，只能通過傳統(tǒng)的粉筆加黑板的教學模式講解課程，尤其對于許多重點難點內(nèi)容更是如此，這也是造成學生對本課程無法產(chǎn)生學習興趣，覺得知識難懂，厭學的重要因素。《電子技術》這門課程中理論知識多，許多概念抽象，難以理解。在許多重點、難點內(nèi)容上即使教師和學生花了足夠的經(jīng)歷在上面也難以達到預定的教學目的和效果。現(xiàn)在有了多媒體技術，可以化抽象為具體。用多媒體技術把文字、動畫、圖像的一體化效果制作成圖文并茂的課件，用生動豐富的畫面和音效吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣。同時也便于增強學生對所學知識點的理解和記憶。此外，此種形式的使用，還可以解決在課堂上板書所花的時間多的問題，使學生有更多的思考時間，可以大大提高教學效率。
3、采用仿真教學與實際操作的實踐教學
傳統(tǒng)的實驗教學方式和手段也比較單一，實驗教學要求學生在指定的時間內(nèi)完成教師指定內(nèi)容的實驗，而且大多數(shù)實驗還必須嚴格按照規(guī)定好的操作步驟進行。為了培養(yǎng)學生對《電子技術》課程的學習興趣，同時強化學生的動手能力，我們壓縮理論課時，大大增加實踐學時的比例，在理論學習后，讓學生自行設計小電路，實現(xiàn)電路的基本功能。學生設計好電路后，先在仿真實訓室中，按照自己設計的電路選好電子元件，在連接好電路，進行仿真，以實現(xiàn)電路功能。這樣不但可以節(jié)省原材料，還可以使學生在電腦上反復的設計、驗證理論知識，增強學生的學習興趣。在仿真實訓后，在進入實際操作實訓室，按照自己設計的電路，對元器件進行識別、檢測，讓學生先制作相應的實用小電路，這樣在很大程度上培養(yǎng)學生學習興趣，提高學生的動手技能。
4、采取靈活的考核方式
考核、評價學生成績是教學過程的一個重要環(huán)節(jié)。如何通過考試全面反映每個學生掌握知識及各種技能的程度，如何充分發(fā)揮考核在學生綜合能力培養(yǎng)中的作用，就必須對學生成績評定方式的改革。好的考核方法能給學生一個正確的學習導向，合理的項目的評價體系也是項目教學的重要環(huán)節(jié)，改革后課程的實踐內(nèi)容大大增加，那么相應的總評成績中技能分值比例也要同步增加。學生成績可以由期末成績、平時成績和實踐成績按一定比例構成，這樣可以較公正地、全面地衡量一個學生對該課程的學習情況。項目成績也可以采用單獨計量方式，對項目制作像課程設計一樣單獨設一門課，可以更好地調(diào)動學生的積極性，使他們認真對待每一次項目制作，并通過一套自評、互評和教師測評合理的評價體系可使各小組、個人看到自己的成功之處和不足之處，有利于以后項目的改進和提高。還應鼓勵學生課外進行創(chuàng)新小電路制作，并采用彈性考核的方式把學生課外制作作為附加分納入考核的范圍。
