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(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；Multisim；仿真；實(shí)踐教學(xué)；理論教學(xué)

中圖分類號(hào)：G431文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：1672-7800（2013）012-0200-02

作者簡介：孫利華（1979-），女，碩士，中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院講師，研究方向?yàn)殡娮雍虴DA技術(shù)。

0引言

數(shù)字電子技術(shù)是高等院校電子信息、通信、自動(dòng)化類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，實(shí)用性很強(qiáng)[1]。該課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)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(shè)計(jì)方法，最終能根據(jù)要求設(shè)計(jì)出較合理的電路。所以，該課程既包含了邏輯性強(qiáng)的理論又包含了很多具體實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)。在講授數(shù)字電子技術(shù)時(shí)要特別注意理論與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，但實(shí)際教學(xué)中受實(shí)驗(yàn)硬件條件的限制，實(shí)驗(yàn)課課時(shí)安排較少或時(shí)間安排不合理，無法做到老師講的同時(shí)讓學(xué)生操作，使學(xué)生缺乏對基本原理和概念的直觀認(rèn)識(shí)。Multisim 軟件為數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，可作為傳統(tǒng)教學(xué)手段的有力補(bǔ)充。借助Multisim 軟件對數(shù)字電路工作進(jìn)行仿真演示，使理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容更加緊密地結(jié)合起來，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本理論，為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1Multisim10概述

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)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(gè)全方位功能強(qiáng)大的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[2]。軟件自帶了型號(hào)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(jī)電路的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試，用戶只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可觀看到逼真的電路運(yùn)行。該軟件簡單易學(xué)，利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，目前已被廣泛應(yīng)用到各高校電子類課程的教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。

2Multisim10 在數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)目的是幫助學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本概念和理論。傳統(tǒng)教學(xué)方式采用多媒體課件加板書，學(xué)生缺乏對數(shù)字電路的直觀認(rèn)識(shí)，教學(xué)效果欠佳。特別是在講授編碼器、競爭與冒險(xiǎn)、觸發(fā)器等難以理解的內(nèi)容時(shí)，學(xué)生會(huì)因?yàn)椴焕斫?，要么死記硬背，要么喪失學(xué)習(xí)興趣。若引入Multisim軟件進(jìn)行仿真，可以幫助學(xué)生更好地理解概念。

基本RS觸發(fā)器是進(jìn)入時(shí)序電路學(xué)習(xí)的第一個(gè)內(nèi)容，是學(xué)好時(shí)序電路的關(guān)鍵，但學(xué)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(gè)與非門構(gòu)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(dāng)R、S均置0時(shí)，觸發(fā)器的輸出都為1，兩個(gè)燈泡都等于1，當(dāng)R、S都回到1時(shí)，兩只燈泡則不停地交錯(cuò)閃爍，可以告訴學(xué)生這就是“不定”的狀態(tài)，讓學(xué)生對該狀態(tài)有了直觀認(rèn)識(shí)，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(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

把Multisim10應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中可以開展一些學(xué)校實(shí)驗(yàn)室因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等方面原因無法開展的實(shí)驗(yàn)；可以避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作可能帶來的未知風(fēng)險(xiǎn)；可以提高實(shí)踐環(huán)節(jié)中實(shí)物搭建電路的成功率，降低儀器和元件的損壞率。

3.1驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般是讓學(xué)生在試驗(yàn)箱上驗(yàn)證數(shù)字電路的工作原理，以加深對基本概念的理解。試驗(yàn)箱上已集成好所有元器件，學(xué)生要做的工作就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書用導(dǎo)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(yàn)箱前先在Multisim

中對電路進(jìn)行仿真，有助于學(xué)生理解電路的原理，不僅了解應(yīng)該怎么接電路，還能知道為什么這么接。以集成計(jì)數(shù)器74LS190邏輯功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為例，可以在實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生在仿真軟件中搭建如圖2所示電路。當(dāng)把開關(guān)E置為0，F(xiàn)置為1時(shí)，電路實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器的功能。通過電路仿真可以幫助學(xué)生了解74LS90芯片各引腳的功能，知道每個(gè)引腳應(yīng)該如何接進(jìn)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(jié)果理解74LS90的QA、QB、QC和QC與時(shí)鐘信號(hào)的對應(yīng)關(guān)系。教師可以把仿真軟件中的電路、虛擬儀器和試驗(yàn)箱上的元器件、儀器結(jié)合起來講解，可提高學(xué)生在試驗(yàn)箱上搭建電路的成功率，降低元件的損壞率。

3.2設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

在理論教學(xué)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之后會(huì)安排設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，也就是課程設(shè)計(jì)。一般要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用所學(xué)過的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與分析方法，選擇合適的芯片，搭建電路并制作出實(shí)物。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，要求：①假設(shè)汽車尾燈部左右兩側(cè)各3個(gè)指示燈（用發(fā)光二極管模擬）；② 汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅；③右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；④左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；⑤臨時(shí)剎車時(shí)，所有指示燈同時(shí)點(diǎn)亮。學(xué)生拿到設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否滿足題目要求，仿真結(jié)果達(dá)到要求后再利用實(shí)物焊接在實(shí)驗(yàn)板上。該方式既能提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力，又可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，真正達(dá)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。

4結(jié)語

教學(xué)實(shí)踐證明， 將仿真軟件引進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的理論和實(shí)踐教學(xué)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(shí)驗(yàn)室中不易接觸到的儀器設(shè)備可以方便地從軟件中選用， 從而增強(qiáng)課堂教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性， 加深學(xué)生對基本概念、原理的理解[3]，提升學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的興趣和積極性， 培養(yǎng)創(chuàng)新精神，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

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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(guān)鍵詞：教學(xué)改革；教學(xué)方法；教學(xué)資源；實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）49-0050-02

為了適應(yīng)當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)、科技、文化發(fā)展趨勢，滿足社會(huì)各界對當(dāng)代大學(xué)生的復(fù)合型、應(yīng)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(xué)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(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性教學(xué)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(dòng)化和計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程。它的主要任務(wù)是通過學(xué)習(xí)數(shù)字電路的基本概念、基本原理和基本技能，使學(xué)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(shí)踐技能，該課程對于微型計(jì)算機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字圖像處理等學(xué)好后繼主要專業(yè)課程必不可少的基礎(chǔ)知識(shí)，并提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力都有著極其重要的作用[2-4]。本研究通過立體式實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，把理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)課程結(jié)合起來，大學(xué)一年級(jí)開始初步接觸專業(yè)課程，可以增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性、趣味性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的積極性、創(chuàng)造性，并進(jìn)一步降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，具有一定的實(shí)際意義。本文的第一部分分析了數(shù)字電路課程的教學(xué)安排、學(xué)時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的問題，第三部分提出了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入數(shù)字芯片設(shè)計(jì)的必要性，并提出了基于Quartus Ⅱ軟件和FPGA開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和具體教學(xué)安排。

一、數(shù)字電路課程分析

在教學(xué)安排方面，數(shù)字電路課程是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，基本上不需要高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、復(fù)變函數(shù)等前期理論基礎(chǔ)。因此，可以安排在大一的第二學(xué)期（四年制本科）；大一的短學(xué)期中可以安排“數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)課程”，通過數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)一步提高學(xué)生的操作能力和創(chuàng)新能力；大二的第一學(xué)期中可以安排“數(shù)字芯片設(shè)計(jì)課程”或“集成芯片設(shè)計(jì)課程”，在此課程中首先學(xué)習(xí)VHDL語言，然后再學(xué)習(xí)Quartus Ⅱ可編程邏輯器件設(shè)計(jì)軟件的使用方法和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并通過FPGA開發(fā)板來學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用；基于以上基礎(chǔ)，大二的第二學(xué)期學(xué)生可以開始在教師的指導(dǎo)下參加校內(nèi)外各種設(shè)計(jì)競賽，并在大二開始為即將學(xué)習(xí)的微型計(jì)算機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字圖像處理等專業(yè)必修和選修課程奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。學(xué)時(shí)安排方面，數(shù)字電路理論課程可以安排3學(xué)分/48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程1學(xué)分/16學(xué)時(shí)，共4學(xué)分/64學(xué)時(shí)。課程改革積極探索教學(xué)活動(dòng)和考核方式的多樣化，考核形式可以包括筆試、實(shí)驗(yàn)課程、綜合性創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。該課程的考核可以包括：①期末的筆試，考核基本知識(shí)，理論課程成績占60%；②實(shí)驗(yàn)課程成績占15%；③平時(shí)成績占5%；④綜合性創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績占10%。

二、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中存在的問題分析

數(shù)字集成芯片是在半導(dǎo)體表面上以CMOS門電路設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化電子產(chǎn)品，由于CMOS門電路直接設(shè)計(jì)數(shù)字芯片時(shí)會(huì)出現(xiàn)時(shí)滯性、占用芯片面積、耗電量、結(jié)構(gòu)復(fù)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(shí)實(shí)際設(shè)計(jì)的數(shù)字集成芯片內(nèi)部電路圖結(jié)構(gòu)是無法看到的。因此，數(shù)字電路課程歷來是學(xué)生感到“抽象”的課程。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程方面，長期以來普遍利用74LS系列芯片實(shí)現(xiàn)理論課程上學(xué)到的觸發(fā)器、譯碼器、選擇器等組合邏輯電路，通過該實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)現(xiàn)理論教學(xué)上學(xué)到的邏輯電路，但是不能完全解決學(xué)生對數(shù)字電路課程感到“抽象”的問題；②理論與實(shí)踐脫節(jié)，在理論教學(xué)上，教師一般采用理論波形圖來描述輸入/輸出信號(hào)之間的邏輯運(yùn)算結(jié)果，一般不采用總線（Bus）波形圖描述多位數(shù)的信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，一般采用模擬開關(guān)描述二進(jìn)制數(shù)的輸入信號(hào)，并LED燈描述一位數(shù)的輸出信號(hào)，因此，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)上學(xué)生沒有機(jī)會(huì)接觸實(shí)際數(shù)字集成芯片的設(shè)計(jì)和信息處理環(huán)境；③缺少互動(dòng)性和創(chuàng)新性，學(xué)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)別的數(shù)字系統(tǒng)時(shí)芯片的使用數(shù)量、輸入信號(hào)的控制、輸出信號(hào)的分析等會(huì)面臨較大的困難，難以提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性。

三、數(shù)字芯片設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程中，為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步系統(tǒng)化、程序化、可視化的實(shí)驗(yàn)，可以利用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程和現(xiàn)代化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)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(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計(jì)流程。利用Quartus II軟件的原理圖模塊（Block Diagram/Schematic File），可以補(bǔ)充完成數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置方面，如果整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程以16學(xué)時(shí)來計(jì)劃，前8學(xué)時(shí)可以做傳統(tǒng)的基于74LS系列芯片完的成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試實(shí)驗(yàn)，后8學(xué)時(shí)可以完成基于模塊化方式的上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)。其中，Quartus II軟件安裝與波形圖分析占2學(xué)時(shí)，組合邏輯電路與全加期占2學(xué)時(shí)，選擇器和譯碼器/編碼器占2學(xué)時(shí)，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)占2學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，首先讓學(xué)生利用Quartus II軟件的原理圖模塊（Block Diagram/Schematic File）設(shè)計(jì)相關(guān)邏輯電路圖，利用Quartus II軟件中的“功能仿真”功能驗(yàn)證所設(shè)計(jì)邏輯電路圖結(jié)構(gòu)是否正確，通過進(jìn)一步修改和功能仿真過程驗(yàn)證邏輯電路圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其次，建立時(shí)序圖框架，設(shè)置時(shí)脈信號(hào)、清零信號(hào)和輸入信號(hào)，通過Quartus II軟件中的“時(shí)序仿真”功能驗(yàn)證輸入/輸出信號(hào)之間的連續(xù)性和正確性。同時(shí)可以利用FPGA開發(fā)板實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，并利用邏輯分析儀驗(yàn)證FPGA輸出信號(hào)的正確性。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生應(yīng)理解的內(nèi)容主要包括五個(gè)方面。①針對某一個(gè)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(shí)際仿真的波形圖等3個(gè)圖形之間為什么存在輸出信號(hào)的延遲？②設(shè)計(jì)某系統(tǒng)時(shí)，基于C語言等軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于FPGA等硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)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(shè)計(jì)結(jié)果和卡諾圖、布爾運(yùn)算等方式簡化之后，對集成芯片的運(yùn)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(hào)怎么理解？

隨著社會(huì)的跨越式發(fā)展，社會(huì)各行業(yè)對當(dāng)代大學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性、復(fù)合型要求越來越提高。相反，目前普遍存在培養(yǎng)出來的學(xué)生動(dòng)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(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中存在的問題，并建立了一種軟/硬件系統(tǒng)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)方法。本文提出的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃及安排可以營造有利于學(xué)生的激發(fā)創(chuàng)新激情，挖掘?qū)W生創(chuàng)新潛能，充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供強(qiáng)有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：數(shù)字電路的基本原理范文

關(guān)鍵詞 數(shù)字電路 EDA技術(shù) 教學(xué)改革 電子設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shù)的高速發(fā)展，以大規(guī)?？删幊碳夹g(shù)、嵌入式系統(tǒng)等為核心的最新科技學(xué)科已經(jīng)普遍出現(xiàn)在了高等教育的課程設(shè)置中，這些學(xué)科技術(shù)引領(lǐng)著未來電子技術(shù)的發(fā)展方向。電子技術(shù)專業(yè)的重要基礎(chǔ)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(shí)也對這一課程的教學(xué)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(xué)內(nèi)容幾乎仍停留在上個(gè)世紀(jì)八九十年代，并仍以那個(gè)年代的手工數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)為核心教學(xué)內(nèi)容與考核內(nèi)容。這就導(dǎo)致了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力較低，缺乏自主創(chuàng)新能力與意識(shí)，無法適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)和社會(huì)的需要。當(dāng)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(xué)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(shí)的內(nèi)容、將先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)系統(tǒng)地融入到數(shù)字電路課程中，是數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

1 傳統(tǒng)舊技術(shù)與方法的取舍

數(shù)字電路中有一些傳統(tǒng)的技術(shù)與方法，在現(xiàn)代企業(yè)的電子設(shè)計(jì)中已經(jīng)沒有用武之地。學(xué)生花大量時(shí)間學(xué)習(xí)這些落后和被淘汰的知識(shí)和方法，是得不償失的，不僅耗費(fèi)學(xué)生的精力和時(shí)間，妨礙新技術(shù)的學(xué)習(xí)，更是對國家和社會(huì)資源的浪費(fèi)。對這些過時(shí)的內(nèi)容，我們要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減，使教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要。

1.1 傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)以及由觸發(fā)器及門電路構(gòu)成的時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)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(gè)世紀(jì)八九十年代自動(dòng)化設(shè)計(jì)還不流行的時(shí)候是合適的，因?yàn)槟菚r(shí)候的電氣產(chǎn)品及自動(dòng)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(shè)計(jì)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)模可編程器件、DSP等，只是在接口及驅(qū)動(dòng)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(jī)、空調(diào)、電視等都用到了微處理器控制，手機(jī)、導(dǎo)航儀等電子產(chǎn)品則用到了嵌入式處理器，語音、圖像識(shí)別等產(chǎn)品則用到了DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），而在機(jī)頂盒、調(diào)制解調(diào)器等產(chǎn)品中則用到了FPGA等大規(guī)?？删幊唐骷?。采用中小規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)原理

門電路一章的教學(xué)應(yīng)以集成門的外部特性教學(xué)為主，讓學(xué)生看到門電路的真值表就能夠應(yīng)用該電路，而不管該電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容通常是以反相器為例，分析電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)而得到其邏輯功能，而對其外部特性及接口參數(shù)則認(rèn)為是死記硬背、枯燥的東西就一筆帶過。而實(shí)際上我們應(yīng)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)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(jié)構(gòu)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(xué)生來說難度較大、理解困難，完全沒有必要讓學(xué)生把時(shí)間和精力浪費(fèi)在這種沒有實(shí)際意義的知識(shí)的學(xué)習(xí)上。因此在內(nèi)容安排上，應(yīng)著重介紹各種門電路的外部特性和接口參數(shù)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)在實(shí)踐中正確選擇和使用合適的集成電路，設(shè)計(jì)出能適應(yīng)實(shí)際環(huán)境和應(yīng)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(shí)和“數(shù)字邏輯”沒有直接關(guān)系，實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)的，實(shí)質(zhì)上是把門電路當(dāng)集成放大器來應(yīng)用。而這種應(yīng)用是和“數(shù)字”的概念相背離的，不利于學(xué)生對“數(shù)字邏輯”的學(xué)習(xí)。這部分內(nèi)容的另一個(gè)重點(diǎn)是對“555”時(shí)基電路的介紹。其實(shí)這個(gè)555時(shí)基電路是上個(gè)世紀(jì)70年代的產(chǎn)物，距今已有40多年的歷史，在集成芯片技術(shù)飛速發(fā)展的今天，它已經(jīng)完全沒有了用武之地。對于學(xué)生來說，那么多新知識(shí)新技術(shù)要學(xué)，再花時(shí)間精力學(xué)習(xí)“555”時(shí)基電路，那就是舍本逐末了。

2 新技術(shù)與新方法的應(yīng)用

2.1 新技術(shù)的優(yōu)勢

當(dāng)前的電子新技術(shù)主要包括EDA技術(shù)、實(shí)時(shí)軟件仿真技術(shù)、先進(jìn)自動(dòng)化繪圖與制板技術(shù)等。EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，是一種基于軟硬件平臺(tái)，通過軟件的方法來高效地完成硬件設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。EDA技術(shù)已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要手段，它采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，以硬件描述語言（HDL）為主要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。這種硬件電路的軟件化設(shè)計(jì)，已經(jīng)完全改變了數(shù)字設(shè)計(jì)的整個(gè)面貌。

2.2 融入EDA等新技術(shù)的教學(xué)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(shè)計(jì)、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器與可編程器件等，實(shí)踐過程中，我們削減了一些陳舊過時(shí)的內(nèi)容，增加了VHDL硬件描述語言、QuartusII電子開發(fā)平臺(tái)、FPGA/CPLD大規(guī)?？删幊唐骷菶DA技術(shù)內(nèi)容。我們強(qiáng)調(diào)VHDL硬件描述語言是設(shè)計(jì)數(shù)字電路的語言工具，與邏輯代數(shù)這一分析設(shè)計(jì)數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具同等重要，并放在同一章節(jié)進(jìn)行講解。而基于VHDL的相關(guān)電路描述與設(shè)計(jì)則結(jié)合相關(guān)的內(nèi)容，穿插到各個(gè)章節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)講述。QuartusII則是將VHDL設(shè)計(jì)變成電路實(shí)現(xiàn)的中間平臺(tái)與工具，將這部分內(nèi)容放到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中講解。FPGA/CPLD大規(guī)模可編程器件是實(shí)現(xiàn)VHDL設(shè)計(jì)的載體，與存儲(chǔ)器放在同一章中講解。

我們立足于數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基本原理，將EDA技術(shù)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(shí)踐技術(shù)相結(jié)合，提高了畢業(yè)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)技術(shù)水準(zhǔn)，也極大地豐富了數(shù)字電路課程的教學(xué)內(nèi)容。

2.3 新技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法的融合

在數(shù)字電路課程的教學(xué)中，我們除了在教學(xué)內(nèi)容上增加EDA等電子新技術(shù)內(nèi)容外，在教學(xué)方法上，我們更注重新技術(shù)、新方法的與傳統(tǒng)知識(shí)的融合與因果鏈接。以加法器的學(xué)習(xí)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(dá)式、波形圖、卡諾圖等傳統(tǒng)的描述方式以及現(xiàn)代先進(jìn)的VHDL描述等）和實(shí)現(xiàn)方式（包括傳統(tǒng)的集成門電路實(shí)現(xiàn)以及現(xiàn)代的大規(guī)模可編程器件、微處理器實(shí)現(xiàn)等）及各種方式的特點(diǎn)一一列舉并對比講解，也讓學(xué)生的發(fā)揮和補(bǔ)充，期間充分運(yùn)用各種仿真軟件和開發(fā)工具進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生對各模塊的描述方法、實(shí)現(xiàn)方式及特點(diǎn)深刻理解。如對加法器的一種擴(kuò)展――8位乘法器，學(xué)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(shí)現(xiàn)方式上，用傳統(tǒng)集成門電路實(shí)現(xiàn)8位乘法器雖然理論上可以實(shí)現(xiàn)，但是卻需用到幾百個(gè)集成門，電路復(fù)雜，成本高，速度慢，可靠性低。而用大規(guī)模可編程器件實(shí)現(xiàn)時(shí)卻只需用一塊最簡的CPLD芯片就能實(shí)現(xiàn)，成本低、速度快、可靠性也高。在數(shù)字電路教學(xué)中引入EDA技術(shù)，其強(qiáng)大的仿真功能很容易把實(shí)踐帶入課堂、帶入教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，使得理論與實(shí)踐能夠緊密結(jié)合。

3 結(jié)束語

通過刪減過時(shí)內(nèi)容并引入EDA等現(xiàn)代數(shù)字電子新技術(shù)和新方法，提前至大二開設(shè)數(shù)字電路課程，保持學(xué)生從大一開始的一貫學(xué)習(xí)熱情和積極性，保證專業(yè)課學(xué)習(xí)的效果。同時(shí)也使學(xué)生有能力提早進(jìn)入大學(xué)生課外科技活動(dòng)，并在數(shù)字電路的基礎(chǔ)理論、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神等方面都有進(jìn)步，提高了學(xué)生現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用水平和工程實(shí)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(shè)，使之適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)高速發(fā)展的要求和社會(huì)的實(shí)際需要。

基金項(xiàng)目：新世紀(jì)廣西高等教育教改工程項(xiàng)目“新技術(shù)條件下數(shù)字電子技術(shù)課程綜合教學(xué)改革研究”（編號(hào)：2010JGB 061）

第4篇：數(shù)字電路的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 數(shù)字頻率計(jì) 設(shè)計(jì)

數(shù)字頻率計(jì)又稱為數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要測量工具之一，同時(shí)也是其他許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的測量儀器，是計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備，音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可或缺的測量儀器，它是一種十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的數(shù)字測量儀器。數(shù)字頻率計(jì)是在規(guī)定的基準(zhǔn)時(shí)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(jì)用于測量信號(hào)（方波，正弦波或其他周期信號(hào)）的頻率，并用十進(jìn)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(diǎn)。

基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，目的是設(shè)計(jì)一款數(shù)字頻率計(jì)，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(jì)的特點(diǎn)是突破普通單片機(jī)頻率計(jì)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(jì)達(dá)到更高的精度。而且本頻率計(jì)通過程序來控制分頻芯片自動(dòng)分頻，無需測量者對信號(hào)進(jìn)行預(yù)估計(jì)，超出測量范圍會(huì)自動(dòng)警報(bào)，更加人性化。

那么單片機(jī)和數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)系呢？為了實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)，測頻實(shí)現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是將單片機(jī)用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中去。單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高，體積小，價(jià)格低，功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)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(dá)到了自動(dòng)化傳統(tǒng)儀器中的開關(guān)和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。單片機(jī)測量的頻率精度高，速度快，在測量頻率時(shí)，能夠很好的解決測量精度和測量時(shí)間的矛盾。同時(shí)還具有時(shí)間顯示功能，為各種生活工作提供了方便。

隨著科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，以單片機(jī)作為核心的測量控制系統(tǒng)層出不窮。在被測信號(hào)中，較多的是以模擬和數(shù)字開關(guān)信號(hào)。此外還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的測量信號(hào)。例如流量，轉(zhuǎn)速晶體壓力傳感以及參變量-頻率轉(zhuǎn)換后的信號(hào)等等。對于這些以頻率為參數(shù)的被測信號(hào)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(shí)時(shí)檢測的重要組成部分。數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來顯示被測信號(hào)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(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)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(jì)價(jià)器等。因此數(shù)字頻率計(jì)在測量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字式頻率計(jì)基于時(shí)間或頻率的A/D轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)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(jì)的發(fā)展也很快。通常能對頻率和時(shí)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(jì)（通用計(jì)數(shù)器或數(shù)字式技術(shù)器）。

數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)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(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在電子技術(shù)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(jié)果都有十分密切的關(guān)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(jì)數(shù)器測量頻率具有使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測量的重要手段之一。

數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對比測量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時(shí)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(jì)是用數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的儀器，被測信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)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(jì)算機(jī)、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運(yùn)行的電信號(hào)，其大小往往并不改變，但在實(shí)踐分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個(gè)特點(diǎn)。數(shù)字集成電路作為電子技術(shù)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，已廣泛地深入到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)，測頻實(shí)現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是將單片機(jī)用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中去。單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高，體積小，價(jià)格低，功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)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(dá)到了自動(dòng)化傳統(tǒng)儀器中的開關(guān)和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就是其優(yōu)勢之處。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：數(shù)字電路的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；調(diào)試；硬件；嵌入式系統(tǒng)；搶答器；cmos；proteus

0 引言

單片機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的智能芯片，也是微控制器里最基礎(chǔ)的集成電路芯片。單片機(jī)的內(nèi)部集成了多種應(yīng)用功能，將微處理模塊、記憶存儲(chǔ)單元（包括只讀的存儲(chǔ)單元ROM，以及隨意存儲(chǔ)的記憶單元模塊RAM），還有相關(guān)的輸入輸出相關(guān)硬件接口有序的組織到一起，在節(jié)拍時(shí)序控制的作用時(shí)高校有序的完成程序事前所規(guī)劃好的任務(wù)。

單片機(jī)的品種繁多，80C51占到當(dāng)前市場的最主要部分。這里相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)都遵循著一定的指標(biāo)和兼容的結(jié)構(gòu)、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(yīng)用的80C51系統(tǒng)都使用了HMOS（指高密度金屬氧化物半導(dǎo)體）以及CHMOS（是指互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體）的工藝生產(chǎn)。這種CMOS能夠以小功耗運(yùn)作，卻無法達(dá)到高速性，而新的CHMOS方法既能保證功耗小、散熱小，同時(shí)還可以大范圍提高數(shù)字電路運(yùn)行的速度。所以新材料和新工藝的應(yīng)用使得單片機(jī)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(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)理念

本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)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(gòu)成的搶答器相比，其電路構(gòu)成大大簡化，與此同時(shí)卻有較好的性能和高超的可靠性。設(shè)計(jì)過程中，為了進(jìn)一步發(fā)揮單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢，還應(yīng)該注意一些細(xì)節(jié)，就是：（1）對于芯片的選擇，應(yīng)該從性價(jià)比上通盤考慮，最好使用功能強(qiáng)的芯片，價(jià)格也不是很昂貴，這樣能從總體上減少周口電路，這樣從結(jié)構(gòu)上大大簡化。（2）在設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意冗余性，以及靈活的余地。在設(shè)計(jì)中，除了考慮當(dāng)前電路的實(shí)現(xiàn)功能，還應(yīng)該考慮到未來功能以及特性的擴(kuò)展，便于保留相關(guān)的接口。（3）程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)。

1.2功能詳細(xì)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)這里涵蓋了四個(gè)主要的模塊，依次是顯示、存儲(chǔ)、語音塊、搶答。具體功能描述如下：（1）搶答器同時(shí)供8名人員使用，系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)由主持人控制。（2）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)鎖定，就是說搶答器被按動(dòng)按鈕，就由相應(yīng)的鎖存，并在數(shù)碼管展示號(hào)碼，蜂鳴響起報(bào)警（3）定時(shí)搶答功能，意思是每次搶答有時(shí)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(dāng)一輪結(jié)束則出現(xiàn)結(jié)果以及按鍵時(shí)點(diǎn)，保持到下一循環(huán)初始清零工作。超時(shí)直接進(jìn)入下一輪且需報(bào)警。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

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(dòng)態(tài)顯示方法。前者的段選位和位選位都是單獨(dú)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(dāng)然這種模式編程較簡單，結(jié)構(gòu)清晰，占用的CPU時(shí)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(hào)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(dòng)態(tài)接法。

鍵盤掃描：單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的是獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。本實(shí)驗(yàn)用的是獨(dú)立式鍵盤。

功能鍵發(fā)聲：通過設(shè)定定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的矩形波，就能帶動(dòng)蜂鳴器發(fā)出不同音高聲音。

外部中斷：在單片機(jī)上兩個(gè)引腳INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個(gè)引腳代表中斷引腳。在單片機(jī)內(nèi)部的TCON寄存器中有四位是與外中斷有關(guān)的。IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，由軟件進(jìn)和置位和復(fù)位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負(fù)跳變觸發(fā)方式。IE0：INT0中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)有外部的中斷請求時(shí)，這位就會(huì)置1（這由硬件來完成），在CPU響應(yīng)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(jī)P32腳，按鍵1接單片機(jī)的P33腳。本設(shè)計(jì)用到外中斷1和外中斷0，需接上跳帽W1和W2。

時(shí)鐘頻率：單片機(jī)作為數(shù)字時(shí)序電路，其運(yùn)行需要必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。雖然其內(nèi)部擁有現(xiàn)成的時(shí)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(gè)小電容實(shí)現(xiàn)，電容的作用是濾波，選擇12MHz為工頻。

復(fù)位：單片機(jī)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(jī)復(fù)位。其基本的原理是4個(gè)機(jī)器周期高電平的輸入脈沖，當(dāng)然超過這個(gè)時(shí)間也可以，就能夠?qū)纹瑱C(jī)的pc清零，進(jìn)入到初始愈發(fā)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

對于系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試可以采用多種方式進(jìn)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(cuò)誤或者劣勢，同時(shí)方便改進(jìn)的方法就是應(yīng)用軟硬件聯(lián)合仿真的模式。這個(gè)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(shí)現(xiàn)。的整合調(diào)試可以實(shí)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(yīng)的電路器件，同時(shí)這也有利于后期直接進(jìn)行PCB的制作。需要在proteus調(diào)試選項(xiàng)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(yīng)的內(nèi)存、寄存器查看單元來觀察數(shù)值變化中，結(jié)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(jié)

在應(yīng)用中，當(dāng)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(guān)題目，這時(shí)數(shù)碼管就立即實(shí)時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)搶答的按鍵時(shí)，則調(diào)用顯示程序來顯示搶答器ID以及剩余答題時(shí)間值，蜂鳴作響加以提示搶答問題。計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)倘若答案還沒滿足那么就從新極零進(jìn)入下一循環(huán)。通過系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。本系統(tǒng)從功能上看具有良好的實(shí)用性，擴(kuò)展性較好，無論是操作還是維護(hù)都很容易，這主要是利用了嵌入式數(shù)字電路的優(yōu)勢，實(shí)際上現(xiàn)在集成數(shù)字控制器開發(fā)簡單，功能強(qiáng)大，只要能在應(yīng)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(xiàn)：

[1]馮育長.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例指導(dǎo)[M].北京：西安電子科技大學(xué)出版社，2007

第6篇：數(shù)字電路的基本原理范文

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；綜合素質(zhì)；教學(xué)

作者簡介：張大平（1965-），男，廣西合浦人，欽州學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院，副教授。（廣西欽州535000）

基金項(xiàng)目：本文系新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2009C089）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.423     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）06-0104-02

努力提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)是高等院校辦學(xué)的根本目標(biāo)，也是檢驗(yàn)高等院校辦學(xué)水平的根本標(biāo)準(zhǔn)。大學(xué)生的綜合素質(zhì)包括思想道德素質(zhì)、文化素質(zhì)、心理素質(zhì)、人文素質(zhì)、身體素質(zhì)、專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新素質(zhì)7個(gè)方面[1]?！皵?shù)字電子技術(shù)”是高等院校自動(dòng)化、電氣、電子、通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。為了使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)，掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本技能，筆者所在學(xué)校開設(shè)了“數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課程，讓學(xué)生受到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技能，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，分析和解決科學(xué)實(shí)踐問題的能力。怎樣利用實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)培養(yǎng)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，是我們一直努力探索的問題，這同樣也是同行們關(guān)心和探究的熱點(diǎn)問題。

一、利用實(shí)驗(yàn)制度，培養(yǎng)學(xué)生良好的思想道德品質(zhì)

21世紀(jì)的教育，不僅要使學(xué)生有知識(shí)，會(huì)做事，更重要的是會(huì)做人。我們要把學(xué)生培養(yǎng)成有社會(huì)責(zé)任感和事業(yè)心的人，有科學(xué)文化知識(shí)和開拓能力的人，有志有為德才兼?zhèn)涞娜?。高校要緊跟時(shí)代步伐，積極吸取和借鑒社會(huì)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，深刻理解和運(yùn)用科學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)、作用，使思想道德教育和科技能力教育緊密結(jié)合起來，為大學(xué)生思想的進(jìn)一步成長和科學(xué)文化知識(shí)的繼續(xù)積累營造良好的氛圍。在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先，教師要嚴(yán)格要求學(xué)生遵守實(shí)驗(yàn)室的有關(guān)規(guī)章制度，正確使用實(shí)驗(yàn)儀器儀表，愛護(hù)公共財(cái)物，使學(xué)生養(yǎng)成遵守紀(jì)律、愛惜他人財(cái)物的良好品質(zhì)。其次，嚴(yán)格要求學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要真實(shí)地根據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫而成，而不是捏造或抄襲他人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生養(yǎng)成不空想、重實(shí)際、一絲不茍的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)以及誠實(shí)的良好品格。另外，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生做實(shí)驗(yàn)而不是教師做實(shí)驗(yàn)，因此，教師要調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生自己主動(dòng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)目標(biāo)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且認(rèn)真按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，容不得半點(diǎn)馬虎，否則可能造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大誤差，甚至得到錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣可培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使之養(yǎng)成不論學(xué)習(xí)還是干什么事都認(rèn)真對待的好習(xí)慣和主動(dòng)做事的良好品格。

二、利用實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

認(rèn)真預(yù)習(xí)是做好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。預(yù)習(xí)的好壞，不僅關(guān)系到實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行，而且直接影響實(shí)驗(yàn)效果。因此，實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生必須參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，對實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗蛢?nèi)容有較為清楚的認(rèn)識(shí)，做到認(rèn)真復(fù)習(xí)有關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本原理，掌握有關(guān)器件的使用方法，熟悉實(shí)驗(yàn)電路，擬出實(shí)驗(yàn)方法和步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，對如何著手實(shí)驗(yàn)做到心中有數(shù)，并用電子仿真軟件Multisim對所預(yù)習(xí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，以保證所預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)的內(nèi)容正確，這樣做不但可拓寬設(shè)計(jì)思路，也可大大節(jié)省實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)室操作的時(shí)間和排錯(cuò)的時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率，而且大大提高學(xué)生查找、收集、整理相關(guān)文獻(xiàn)資料的能力，極大地培養(yǎng)提高了學(xué)生的自學(xué)能力。

三、利用基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)文化素質(zhì)

“數(shù)字電子技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為使學(xué)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(guān)系，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)。其目的是教會(huì)學(xué)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(yīng)用、基本實(shí)驗(yàn)技能，并加深對理論知識(shí)的理解，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和基本概念?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以中小規(guī)模集成電路為載體，強(qiáng)調(diào)與課堂講授相輔相成、相互補(bǔ)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(shí)現(xiàn)全加器的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉各種中規(guī)模集成數(shù)字電路的邏輯功能及其應(yīng)用，系統(tǒng)掌握了組合邏輯電路的基本理論和設(shè)計(jì)方法。因此，教師必須根據(jù)教學(xué)大綱，嚴(yán)格抓好基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，使學(xué)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(shè)計(jì)及應(yīng)用方法，以達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)提高學(xué)生牢固的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。

四、利用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的實(shí)驗(yàn)。一般的做法是先給出實(shí)際問題（設(shè)計(jì)任務(wù)）和主要集成芯片，然后學(xué)生根據(jù)所學(xué)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟，根據(jù)實(shí)際問題要求列出真值表，寫出表達(dá)式，畫出邏輯電路圖，通過選件，連接電路調(diào)試完成設(shè)計(jì)任務(wù)，寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過這樣的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練了學(xué)生分析和設(shè)計(jì)電路的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[3]。為了激勵(lì)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)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(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，或者在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中增加設(shè)計(jì)的內(nèi)容，讓學(xué)生盡可能多地受到訓(xùn)練。比如，在驗(yàn)證了數(shù)據(jù)選擇器74LS153的邏輯功能后，讓學(xué)生用它來實(shí)現(xiàn)全加器的功能；在驗(yàn)證了譯碼器74LS138的邏輯功能后，讓學(xué)生用它來實(shí)現(xiàn)全加器的功能[4]。又如讓學(xué)生驗(yàn)證了計(jì)數(shù)器CC40192的邏輯功能后，讓學(xué)生用它來實(shí)現(xiàn)7進(jìn)制、12進(jìn)制等N進(jìn)制計(jì)數(shù)器[5]。

另外，教師給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，注意強(qiáng)調(diào)各種設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)與創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，鼓勵(lì)創(chuàng)新與突破，同時(shí)要使學(xué)生盡可能多地了解數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法；盡可能多地接受與“數(shù)字電子技術(shù)”相關(guān)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

五、利用排除故障，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力

在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)過程完全不出現(xiàn)故障是不現(xiàn)實(shí)的，也是不正常的。數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是在實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)線路就是通過導(dǎo)線把芯片與芯片或芯片與元件連接而成，因此，接線錯(cuò)誤是數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中最為常見的故障，其包括漏線、錯(cuò)線、斷線和線路接觸不良等。當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)電路故障時(shí)，指導(dǎo)教師應(yīng)注意啟發(fā)學(xué)生思維，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，給予必要的指點(diǎn)和提示，經(jīng)過學(xué)生自己思考，弄清楚前因后果后自己動(dòng)手糾正，這樣有利于增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決實(shí)際問題的能力。

另外，在實(shí)驗(yàn)的過程中教師可人為設(shè)置故障，讓學(xué)生根據(jù)故障現(xiàn)象，先根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(xué)生動(dòng)手排除故障，這樣做極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣，激勵(lì)學(xué)生探索問題的精神，很好地培養(yǎng)了他們的主動(dòng)性及動(dòng)手能力。

六、利用共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

由于客觀原因，有相當(dāng)多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(biāo)，是維系一個(gè)團(tuán)隊(duì)的紐帶；有團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有了一個(gè)共同的目標(biāo)，那就要團(tuán)結(jié)一致，互相幫助，互相照顧，互相配合，為完成這一目標(biāo)而共同努力。但要完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須做許多工作：設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)成員合理分工，如果不能合理分工，就不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這就促使學(xué)生有合作也要有分工，形成團(tuán)隊(duì)合作精神。如果在實(shí)驗(yàn)中有一位在完成任務(wù)的過程中遇到了技術(shù)上的難題，只會(huì)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(shí)不是把他當(dāng)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(dān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又怎么能按時(shí)完成？

另外，要求學(xué)生抓住實(shí)驗(yàn)這個(gè)機(jī)會(huì)鍛煉表達(dá)能力，積極表達(dá)自己對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的看法和意見，并掌握與人交流和溝通的藝術(shù)，培養(yǎng)自己良好的與人相處的心態(tài)，這也是培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神的需要。

七、利用撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)能力、分析思維能力和寫作能力的有效手段，也是一項(xiàng)重要的基本功訓(xùn)練，它能很好地鞏固實(shí)驗(yàn)成果，加深對基本理論的認(rèn)識(shí)和理解，從而進(jìn)一步擴(kuò)大知識(shí)面。我們要求學(xué)生每做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在課后都要撰寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主體內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)體會(huì)與建議等。要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的目的就是讓學(xué)生理解每次實(shí)驗(yàn)，不是實(shí)驗(yàn)做完就結(jié)束了，而是通過撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)自己在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求文字通順，字跡端正，符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，圖表規(guī)范，內(nèi)容清楚，討論深入，結(jié)論簡明，行文排版要符合規(guī)范要求，這樣可提高學(xué)生的科技寫作能力、方案表達(dá)能力。

當(dāng)然，培養(yǎng)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)并不是通過某一個(gè)實(shí)驗(yàn)或者某一門實(shí)驗(yàn)課程就能全面達(dá)到的，而是通過一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)、一門門課程，一點(diǎn)一滴的積累和培養(yǎng)而提高的。因此，我們必須嚴(yán)格要求學(xué)生做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)好每一門課程，一步一個(gè)腳印地在實(shí)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(zhì)，爭取把自己培養(yǎng)成為對社會(huì)有用的人才。

參考文獻(xiàn)：

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第7篇：數(shù)字電路的基本原理范文

關(guān)鍵詞：超聲波測距；遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)轉(zhuǎn)化；STC89C52；1602液晶@示屏

引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，汽車成為了人們必不可少的代步工具，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大量的交通事故是因?yàn)樗緳C(jī)在夜間行駛時(shí)遠(yuǎn)近光燈轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤或者不及時(shí)，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(shí)現(xiàn)超聲波測距并顯示在1602顯示屏上，遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及距離過小自動(dòng)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(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換模塊和1602液晶顯示屏模塊組成，通過設(shè)計(jì)電路圖、焊接電路板、設(shè)計(jì)程序和燒錄進(jìn)STC89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)所需要的功能，功能包括按鍵實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向燈亮，按鍵實(shí)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(yuǎn)近光燈自動(dòng)轉(zhuǎn)化和車距過小自動(dòng)鳴笛。

2 電路設(shè)計(jì)

整個(gè)電路系統(tǒng)以及相應(yīng)模塊如圖1所示。

2.1 單片機(jī)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(chǔ)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。我們將其作為實(shí)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(gè)LED燈來分別代表遠(yuǎn)、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(gè)按鈕控制，遠(yuǎn)近光燈通過顯示屏顯示的超聲波所測得的距離遠(yuǎn)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(gè)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(jī)p2.5引腳來實(shí)現(xiàn)按鍵和距離對于蜂鳴器的單向控制。從而實(shí)現(xiàn)按鍵和距離過小蜂鳴器發(fā)出鳴響。

2.4 遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)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(jī)的p2.4腳，電路模塊裝有光敏電阻，通過單片機(jī)內(nèi)燒錄的程序來實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)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(dòng)變阻器保護(hù)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(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。1602液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。我們用它來顯示距離。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖和焊接的電路板用c語言寫實(shí)現(xiàn)單片機(jī)功能的程序并燒錄進(jìn)單片機(jī)。本系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過運(yùn)用簡單的單片機(jī)和一些簡單模塊實(shí)現(xiàn)了對遠(yuǎn)近光燈根據(jù)距離自動(dòng)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(shí)用性高，具有極高的經(jīng)濟(jì)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(yīng)急措施，本系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)，而且在商業(yè)化中具有精確性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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[2]王曉榮，余穎.電子電工技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢理工大學(xué)出版社，2010.

[3]郭強(qiáng).液晶顯示模塊的應(yīng)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(guān)鍵詞】大規(guī)模；邏輯電路；進(jìn)化

進(jìn)化硬件，在鐵路信號(hào)特有的運(yùn)送流程內(nèi)，得到了廣泛的應(yīng)用，隨著鐵路信號(hào)特有的工程進(jìn)展，線路的相關(guān)研究不僅要解決當(dāng)前的線路評(píng)測評(píng)估的困難還要解決進(jìn)化實(shí)驗(yàn)中成功率不高的情形，進(jìn)而解決當(dāng)前的線路實(shí)驗(yàn)中急需解決的線路進(jìn)化的問題。

1 大規(guī)模數(shù)字電路演化設(shè)計(jì)的方法

1.1 函數(shù)級(jí)進(jìn)化硬件

鐵路信號(hào)聯(lián)鎖動(dòng)作依托進(jìn)化硬件，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程中，在電路的每條染色體中的每個(gè)基因?yàn)橹芯薖FU功能及其硬件的連接關(guān)系信息，所以在函數(shù)級(jí)別的硬件遺傳操作中，其可能以及會(huì)產(chǎn)生的變異包括：

電路板特有的數(shù)字處理，應(yīng)當(dāng)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(yùn)算功能中的進(jìn)行隨機(jī)的選擇或者是臨時(shí)性的變更；輸入的工程中可以根據(jù)實(shí)際情況對幾者進(jìn)行隨機(jī)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(huì)相應(yīng)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(shí)現(xiàn)硬件的演化

函數(shù)型的可編程器件具有樹形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并且也正是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與優(yōu)勢使得可編程器件實(shí)現(xiàn)了外部進(jìn)化的實(shí)驗(yàn)，這種進(jìn)化的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)選擇器作為了函數(shù)幾倍的FPGA的單元來的進(jìn)行電路的進(jìn)化與設(shè)計(jì)的。實(shí)現(xiàn)線路進(jìn)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(jìn)來的矢量，C是控制的矢量，控制矢量C相當(dāng)于染色體的結(jié)構(gòu)位串，也就是說在C取的數(shù)值不同的時(shí)候便具有不要的表達(dá)式，從而也就同期的減少了可編程邏輯器件所能夠最終實(shí)現(xiàn)的基本功能。

1.3 基于函數(shù)級(jí)的FPGA原型的硬件的內(nèi)部進(jìn)化的進(jìn)行與實(shí)現(xiàn)

數(shù)字信號(hào)的運(yùn)送，要依托擬定出來的邏輯函數(shù)。在最小項(xiàng)的編碼公式中，每一個(gè)最小項(xiàng)與變量的組合能夠?qū)崿F(xiàn)一一的對應(yīng)關(guān)系，在硬件進(jìn)化過程中出現(xiàn)的基于函數(shù)變換的“最小項(xiàng)”編碼公式。邏輯函數(shù)的最小型是通過對全部的變量進(jìn)行相“與”來實(shí)現(xiàn)的，所以每個(gè)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(dá)式中存在著n個(gè)變量的模型的邏輯函數(shù)的“最小項(xiàng)表達(dá)式”的一般形式中，mi是第i個(gè)變量組合對應(yīng)的最小項(xiàng)，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(xiàng)的集合{mi}具有正交且完備的性質(zhì)。

這樣我們便能夠得到系數(shù)組{ci}構(gòu)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(gè)矢量空間中的點(diǎn)是與其相應(yīng)的邏輯系數(shù)一一對應(yīng)的。這樣從硬件進(jìn)化的角度來看，這個(gè)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(yīng)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(xiàng)的表達(dá)式”的方式來對組合函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)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(shí)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行二值的編碼：

CS=C0.....Ci.....CM-1K0.....KJ-1

在對模型進(jìn)行評(píng)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(yīng)的實(shí)際配置的位串，這樣相應(yīng)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(shí)的染色體的長度僅為直接進(jìn)行編碼工作的1/n，同時(shí)進(jìn)化設(shè)計(jì)的運(yùn)算量也僅能夠達(dá)到直接進(jìn)行編碼時(shí)候的1/n2的水平。

基于RAM查找表格的函數(shù)級(jí)別的FPGA模型的基本原理與構(gòu)造過程為：因?yàn)橹髁鞯腜LD器件結(jié)構(gòu)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(gòu)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(shè)置所構(gòu)成的查找表能夠?qū)崿F(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(yùn)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(gè)單元的第j位，Ai代表的是第i個(gè)地址，與編號(hào)為i的變量組合以及最小項(xiàng)的mi具有一一對應(yīng)的基本關(guān)系。在模型構(gòu)建以及基本結(jié)果計(jì)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(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的每一個(gè)輸出的斷開都能夠與一個(gè)邏輯宏單元相對應(yīng)，進(jìn)而保證輸出的形式及其積極性，同時(shí)將各種OLMC的輸出反饋到RAM 的查找表中去，便能夠?qū)崿F(xiàn)組合的邏輯同時(shí)獲得函數(shù)級(jí)的FPGA 的原型。

2 電路板處理特有的分解進(jìn)化

鐵路信號(hào)特有的分解進(jìn)化，密切關(guān)聯(lián)著電路板處理。分化的過程中以及分解的標(biāo)準(zhǔn)決定了分解的過程所采用的門級(jí)都是最基本的層級(jí)與形式，同時(shí)也能夠保證這種進(jìn)化能夠快速的進(jìn)行與實(shí)現(xiàn)。在對電路進(jìn)行多級(jí)的分解進(jìn)化的過程中，需要首先將復(fù)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(jié)構(gòu)，則需要繼續(xù)對電路系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)化的過程中，通過對實(shí)際輸出與期望輸出的逐個(gè)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(jì)，便能夠?qū)⒔y(tǒng)計(jì)結(jié)果的大小作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣程度的適應(yīng)度函數(shù)了。在數(shù)字電路的多級(jí)分解進(jìn)化的過程中，每一級(jí)的進(jìn)化在電路的編碼方面都與門級(jí)的電路編碼的方式具有高度的相似性，在分解進(jìn)化的過程中，適應(yīng)度的函數(shù)在不同的進(jìn)化級(jí)別上采用的都是將輸入的信號(hào)以組合輸入的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)演化的。

3 多位加法器的分級(jí)進(jìn)化的實(shí)現(xiàn)

3.1 一位全加法器進(jìn)化的實(shí)現(xiàn)

門級(jí)進(jìn)化的一位全加法器的實(shí)現(xiàn)不僅需要輸入緩沖列還需要輸出鎖存列，我們設(shè)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(jié)構(gòu)的染色體的長度則為2mn+L+mn，公式中的L表示的是實(shí)現(xiàn)功能電路的輸出引腳的數(shù)目。

這樣在進(jìn)化實(shí)現(xiàn)的過程中便有了mn個(gè)邏輯門參與到了進(jìn)程中來，并且每個(gè)邏輯門上都有兩個(gè)輸入的引腳，加上實(shí)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(xué)的特點(diǎn)，合理安排教學(xué)內(nèi)容。《電子技術(shù)》是一門基礎(chǔ)學(xué)科，其內(nèi)容必須與后續(xù)專業(yè)課相符合，其理論知識(shí)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(xué)內(nèi)容的選取上應(yīng)以必要夠用為度，減少數(shù)理論證，以掌握概念，突出應(yīng)用培養(yǎng)技能為教學(xué)重點(diǎn)。重點(diǎn)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(yīng)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(yīng)用及實(shí)驗(yàn)，可以放到實(shí)測中去講解和應(yīng)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(shù)的發(fā)展和應(yīng)用上內(nèi)容很少，這部分內(nèi)容尤其對非電類專業(yè)的學(xué)生用處較大。這就需要通過閱讀大量的電子類讀物，及時(shí)了解本專業(yè)中的先進(jìn)科技和技術(shù)應(yīng)用，為學(xué)生彌補(bǔ)教材老化過時(shí)所造成的知識(shí)上的斷層。

2、采取適合的教學(xué)方法與手段

采用傳統(tǒng)的先理論后實(shí)踐的教學(xué)方法，在以知識(shí)學(xué)科體系為中心的理論教學(xué)過程中由于學(xué)生邏輯分析能力較弱、造成部分學(xué)生上課聽不懂，作業(yè)不會(huì)做，通學(xué)習(xí)積極性不高，從而對實(shí)踐動(dòng)手也失去了應(yīng)有的積極性。應(yīng)用新的教育教學(xué)手段，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力之一，學(xué)生對學(xué)習(xí)的追求往往來源于興趣。有興趣的東西可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引起學(xué)生思考。如果可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中帶著興趣去學(xué)習(xí)，可以說教學(xué)就成功了一半。以往在《電子技術(shù)》這門課程的講授中，教學(xué)方法單一，只能通過傳統(tǒng)的粉筆加黑板的教學(xué)模式講解課程，尤其對于許多重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容更是如此，這也是造成學(xué)生對本課程無法產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，覺得知識(shí)難懂，厭學(xué)的重要因素。《電子技術(shù)》這門課程中理論知識(shí)多，許多概念抽象，難以理解。在許多重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容上即使教師和學(xué)生花了足夠的經(jīng)歷在上面也難以達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目的和效果?，F(xiàn)在有了多媒體技術(shù)，可以化抽象為具體。用多媒體技術(shù)把文字、動(dòng)畫、圖像的一體化效果制作成圖文并茂的課件，用生動(dòng)豐富的畫面和音效吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)也便于增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)點(diǎn)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(shí)間多的問題，使學(xué)生有更多的思考時(shí)間，可以大大提高教學(xué)效率。

3、采用仿真教學(xué)與實(shí)際操作的實(shí)踐教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和手段也比較單一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在指定的時(shí)間內(nèi)完成教師指定內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，而且大多數(shù)實(shí)驗(yàn)還必須嚴(yán)格按照規(guī)定好的操作步驟進(jìn)行。為了培養(yǎng)學(xué)生對《電子技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力，我們壓縮理論課時(shí)，大大增加實(shí)踐學(xué)時(shí)的比例，在理論學(xué)習(xí)后，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)小電路，實(shí)現(xiàn)電路的基本功能。學(xué)生設(shè)計(jì)好電路后，先在仿真實(shí)訓(xùn)室中，按照自己設(shè)計(jì)的電路選好電子元件，在連接好電路，進(jìn)行仿真，以實(shí)現(xiàn)電路功能。這樣不但可以節(jié)省原材料，還可以使學(xué)生在電腦上反復(fù)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在仿真實(shí)訓(xùn)后，在進(jìn)入實(shí)際操作實(shí)訓(xùn)室，按照自己設(shè)計(jì)的電路，對元器件進(jìn)行識(shí)別、檢測，讓學(xué)生先制作相應(yīng)的實(shí)用小電路，這樣在很大程度上培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手技能。

4、采取靈活的考核方式

考核、評(píng)價(jià)學(xué)生成績是教學(xué)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。如何通過考試全面反映每個(gè)學(xué)生掌握知識(shí)及各種技能的程度，如何充分發(fā)揮考核在學(xué)生綜合能力培養(yǎng)中的作用，就必須對學(xué)生成績評(píng)定方式的改革。好的考核方法能給學(xué)生一個(gè)正確的學(xué)習(xí)導(dǎo)向，合理的項(xiàng)目的評(píng)價(jià)體系也是項(xiàng)目教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，改革后課程的實(shí)踐內(nèi)容大大增加，那么相應(yīng)的總評(píng)成績中技能分值比例也要同步增加。學(xué)生成績可以由期末成績、平時(shí)成績和實(shí)踐成績按一定比例構(gòu)成，這樣可以較公正地、全面地衡量一個(gè)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)情況。項(xiàng)目成績也可以采用單獨(dú)計(jì)量方式，對項(xiàng)目制作像課程設(shè)計(jì)一樣單獨(dú)設(shè)一門課，可以更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使他們認(rèn)真對待每一次項(xiàng)目制作，并通過一套自評(píng)、互評(píng)和教師測評(píng)合理的評(píng)價(jià)體系可使各小組、個(gè)人看到自己的成功之處和不足之處，有利于以后項(xiàng)目的改進(jìn)和提高。還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生課外進(jìn)行創(chuàng)新小電路制作，并采用彈性考核的方式把學(xué)生課外制作作為附加分納入考核的范圍。