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數字集成電路分析與設計范文1
“數字電路”是中職學校電工、電子、機電、信息、通信等專業的一門非常重要的專業課。在實際教學中，多數中職學校的教師們往往只是在黑板上進行電路分析和邏輯分析，實際效果非常抽象，學生難于理解和掌握有關知識點。目前，針對這門課程所用到的實驗、實訓設備，要么是實驗箱，要么是實訓桌。這些設備存在成本較高（數千元甚至上萬元）、操作不夠靈活等問題，一般條件不夠好的學校都沒有能力配備使用。在使用這些設備的學校中也普遍存在損壞嚴重、使用率不高等現象。更主要的是，這種實驗箱、實訓桌開發創新的功能不夠強，基本上只能按部就班進行操作，對學生的創新思維培養極為不利，而且對學生的專業能力和動手能力培養的效果也不是很好，更談不上讓學生進行數字電路的開發。為解決這些問題，我經過不斷查找資料，不斷與學校老師、企業技術人員探討，不斷改進，最終設計出這種數字電路開發板。
開發板結構及工作原理實現過程
總體結構
完成后的開發板如圖1所示。此開發板采用層疊結構，整個開發板分為主板和擴展板（可多塊），擴展板可用4個螺絲固定在主板的上方。開發板的主板上設置了穩壓電源、可調電源、信號發生、觸發脈沖、BCD譯碼、數碼顯示、二極管顯示、按鍵、開關等電路，擴展板上設置了眾多的電子元件擴展接線柱或集成電路測試座。各電子元件的連接是通過固定在開發板上的銅雞眼進行插按的，具有結實耐用、直觀明了的特點。圖1顯示的是開發板上安裝了1塊NE555和1塊CD4017集成電路以及幾個阻容元件，安裝了1個十進制閃爍電路。圖1中，1塊擴展板已經裝在主板上，主板和擴展板也能分開放置。擴展板還可以進行多層構建。
電源電路
穩壓電源、可調電源電路如圖2所示。
三極管V101、V102、可控硅T、紅色發光二極管LEDl以及電阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、電容C103等組成過載保護、過載指示電路。三極管V101、V102組成復合三極管。平時可控硅T截止，復合三極管通過R101、R102得到電流而工作。當流過負載的電流達到300mA以上時，R105上的壓降達到0.7V左右，導致可控硅T被觸發導通，對應復合三極管截止，切斷電源輸出，同時紅色LEDl發光指示。此時，只有先切斷開關S101，對負載進行檢查后，再閉合S101才能使電源恢復輸出。電路中，三端穩壓器7805內部具有過流保護、熱保護和調整管安全工作區保護功能，由于保護措施完善，所以即便使用過程中發生輸出端瞬時對地短路，也不會燒毀。二極管D101可確保外按的直流電源只能是上正下負。二極管D102可防止三端穩壓器的輸出端電壓比輸入端電壓高。經過多次用導線對5V電源進行短路測試，過載保護電路每次均能可靠工作，確保5V電源安然無恙。通過調節RW101電位器的阻值，可改變0～5V的輸出電壓。
信號發生電路
用1塊NE555時基集成電路和1塊CD4069六反相器中的2個反相器，以及電位器、電阻電容等元件，組成脈沖信號發生電路。改變電位器阻值，可改變脈沖信號的頻率。由于此脈沖信號是加給數字集成電路作為控制信號的，所需的負載電流很小，因此在脈沖信號輸出端處設置了限流電阻，可有效防止學生因按線錯誤而導致開發板的損壞。
觸發脈沖電路
用1塊NE555時基集成電路和上文所述CD4069六反相器中的另外3個反相器，以及常開按鈕、電阻電容等元件，組成觸發脈沖發生電路。每按一次按鈕，就可同時輸出1個正脈沖、1個負脈沖。由于此脈沖信號是加給數字集成電路作為控制信號的，所需的負載電流很小，因此在脈沖信號輸出端處按照與信號發生電路的相同處理方法，也設置了限流電阻，可有效防止學生因接線錯誤而導致開發板的損壞。
BCD譯碼與數碼顯示電路
BCD譯碼與數碼顯示電路如圖3所示。
CD4511是1塊用于驅動共陰極LED數碼管顯示器的BCD碼7段譯碼器，具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、7段譯碼及驅動功能。它能提供較大的拉入電流，可直接驅動LED顯示器。開發板上設置了2組BCD譯碼、數碼顯示電路。每組電路都設計了4個BCD碼輸入插口及7個擴展輸出插口。在輸入插口和擴展輸出插口處也都設置了限流電阻R401—404和R405R411，可有效防止學生因接線錯誤而導致開發板的損壞。
二極管顯示、按鍵與開關電路
LEDI—EDl0發光二極管可作為數字集成電路輸出高電平時的顯示，LEDlI—ED20發光二極管可作為數字集成電路輸出低電平時的顯示。每個發光二極管電路中都串按有1個1的限流電阻，因此，無論學生如何錯誤接線也不會導致開發板的損壞。
按鍵電路中按鍵未按下時，輸出為高電平；按鍵按下后，輸出為低電平。按鍵與開關電路中同樣設置有保護用限流電阻。
使用
使用時，不用其他任何電子元件，僅僅利用主板就可以進行有關555振蕩、555觸發延時、BCD譯碼、數碼顯示等電路的探究。
利用主板，外加相應的集成電路，可以進行有關數字集成電路以及555時基電路的實驗驗證、電路探究。
如果再利用擴展板，外加相應的電阻電容、晶體管以及集成電路等電子器件，就可以有效、方便地進行眾多有關數字電路方面的電路設計、開發創新，有效實現行動導向教學、項目教學等。
例如可利用此開發板進行各種邏輯門電路包括與門、或門、與非門、或非門等的設計與創新開發，各種組合邏輯電路包括編碼器、譯碼器、數碼顯示器、譯碼驅動器、數據選擇器和數據分配器等的設計與創新開發，各種集成觸發器包括基本RS觸發器、同步觸發器、邊沿觸發器等的設計與創新開發，各種時序邏輯電路包括寄存器、計數器的設計與創新開發，脈沖波形的產生、整形及其應用設計與創新開發，555時基電路及其應用設計與創新開發，等等。
項目特點及創新性
此開發板不僅能有效地進行數字電路的實驗驗證，更重要的是能有效地進行數字電路的創新開發。與傳統的實驗箱、實訓桌平面化、符號化的形式不同，這種開發板是開放的，元器件以及它們的連接全部展現在學生眼前。這種開發板可用于常見的各種數字集成電路的教學實驗和創新開發，輸入/輸出信號都能用發光二極管指示或數碼管顯示，具有功能較全、構造簡單、價格低廉、體積小巧、不易損壞、開放直觀、創新性強、易于推廣等特點。教學中使用這種開發板，能真正實現理論與實踐相結合，非常適合行動導向教學法、項目教學法和系統分析法的開展，對學生行動能力開發、關鍵能力培養非常有效，可以大大提高學生的實踐能力、操作能力、創新能力和解決實際問題的能力。此開發板的優點和創新性體現在如下幾個方面：
功能較全。幾乎所有中職數字電路課程教學中講到的電路都能進行實驗、驗證。
構造簡單。只要具備當前一般中職學生的基礎，都能很快熟練操作使用，順利進行創新開發。
價格低廉。每套成本不到100元，一般的中職學校都能實現人手一套，確保行動導向教學法、項目教學法的順利開展。
體積小巧。采用層疊結構，可以在較小的面積內進行更多的電路連接、電路設計。
不易損壞。多重的短路保護、限流保護，一改傳統實訓桌、實驗箱的嬌氣，能有效防止開發板因線路按錯而造成損壞。
開放直觀。開發板上各部分的電路組成直觀明了，而不必像傳統實訓桌、實驗箱那樣“暗箱操作”。
此開發板經過1年多在多個中職學校使用，感覺效果很好。對學生學習興趣的培養、行動能力的開發，以及對實踐能力、操作能力和創新能力的提高都非常有效。
數字集成電路分析與設計范文2
關鍵詞 數字電路 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
隨著現代電子技術的高速發展，以大規?？删幊碳夹g、嵌入式系統等為核心的最新科技學科已經普遍出現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展方向。電子技術專業的重要基礎課――“數字電路”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容提出了極大的挑戰。然而，目前國內多數高校該課程的教學內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字設計技術為核心教學內容與考核內容。這就導致了學生的設計能力較低，缺乏自主創新能力與意識，無法適應現代企業和社會的需要。當然也有好些教材也將VHDL等EDA內容加到課程內容中，但目前的數字電路教學體系還是呈現一種拼接的模式，整體內容缺少因果鏈接。①因此改革數字電路中過時的內容、將先進的電子設計自動化（EDA）技術系統地融入到數字電路課程中，是數字電子技術發展的必然選擇。
1 傳統舊技術與方法的取舍
數字電路中有一些傳統的技術與方法，在現代企業的電子設計中已經沒有用武之地。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。對這些過時的內容，我們要對其進行適當的刪減，使教學內容適應時代的發展需要。
1.1 傳統手工設計方法
傳統手工設計方法的內容包括以卡諾圖為工具的邏輯函數化簡、小規模門電路組成的組合邏輯電路分析與設計以及由觸發器及門電路構成的時序邏輯電路的分析與設計等。這部分內容在數字電路課程中占據了主要的內容與篇幅，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品及自動化控制電路很多都是采用中小規模的數字集成電路完成設計的，而現在的電子產品及控制電路，已經幾乎見不到中小規模數字集成電路的影子，取而代之的是微處理器（含嵌入式處理器）以及大規?？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模數字電路。比如現代的家電產品洗衣機、空調、電視等都用到了微處理器控制，手機、導航儀等電子產品則用到了嵌入式處理器，語音、圖像識別等產品則用到了DSP（數字信號處理器），而在機頂盒、調制解調器等產品中則用到了FPGA等大規?？删幊唐骷２捎弥行∫幠底蛛娐吩O計的電子產品，還沒上市就已經是落后的。
1.2 邏輯門內部電路結構原理
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，而不管該電路的內部結構如何。傳統教學內容通常是以反相器為例，分析電路的內部結構和工作原理，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字電路設計實際的數字系統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，而內部電路結構怎樣、如何工作基本上無需考慮。而且內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。因此在內容安排上，應著重介紹各種門電路的外部特性和接口參數，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境和應用的優秀電路。
1.3 脈沖波形的產生和整形
“脈沖波形的產生和整形”這部分內容其實和“數字邏輯”沒有直接關系，實際上是屬于模擬電路的內容。只不過在模擬電路中，波形的產生完全是用模擬的電路來實現，而在目前多本數字電路教材中，則是采用門電路加模擬的阻容元件來實現的，實質上是把門電路當集成放大器來應用。而這種應用是和“數字”的概念相背離的，不利于學生對“數字邏輯”的學習。這部分內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年代的產物，距今已有40多年的歷史，在集成芯片技術飛速發展的今天，它已經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，以大規模可編程器件（CPLD或FPGA）為載體，完成電子系統的功能設計。這種硬件電路的軟件化設計，已經完全改變了數字設計的整個面貌。
2.2 融入EDA等新技術的教學內容安排
傳統的數字電路內容主要包括邏輯代數、門電路、組合邏輯設計、觸發器、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容，增加了VHDL硬件描述語言、QuartusII電子開發平臺、FPGA/CPLD大規?？删幊唐骷菶DA技術內容。我們強調VHDL硬件描述語言是設計數字電路的語言工具，與邏輯代數這一分析設計數字電路的數學工具同等重要，并放在同一章節進行講解。而基于VHDL的相關電路描述與設計則結合相關的內容，穿插到各個章節中進行詳細講述。QuartusII則是將VHDL設計變成電路實現的中間平臺與工具，將這部分內容放到實驗環節中講解。FPGA/CPLD大規?？删幊唐骷菍崿FVHDL設計的載體，與存儲器放在同一章中講解。
我們立足于數字邏輯設計的基本原理，將EDA技術融入到數字電路課程中，將這些原理與現代的工具與實踐技術相結合，提高了畢業學生的電子設計技術水準，也極大地豐富了數字電路課程的教學內容。
2.3 新技術與傳統教學方法的融合
在數字電路課程的教學中，我們除了在教學內容上增加EDA等電子新技術內容外，在教學方法上，我們更注重新技術、新方法的與傳統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、卡諾圖等傳統的描述方式以及現代先進的VHDL描述等）和實現方式（包括傳統的集成門電路實現以及現代的大規?？删幊唐骷?、微處理器實現等）及各種方式的特點一一列舉并對比講解，也讓學生的發揮和補充，期間充分運用各種仿真軟件和開發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;在實現方式上，用傳統集成門電路實現8位乘法器雖然理論上可以實現，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?？删幊唐骷崿F時卻只需用一塊最簡的CPLD芯片就能實現，成本低、速度快、可靠性也高。在數字電路教學中引入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節，使得理論與實踐能夠緊密結合。
3 結束語
通過刪減過時內容并引入EDA等現代數字電子新技術和新方法，提前至大二開設數字電路課程，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，并在數字電路的基礎理論、實踐能力和創新精神等方面都有進步，提高了學生現代數字電子技術應用水平和工程實踐能力。通過對課程的改革，也完善和發展了數字電路課程的建設，使之適應現代電子技術高速發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“新技術條件下數字電子技術課程綜合教學改革研究”（編號：2010JGB 061）
數字集成電路分析與設計范文3
關鍵詞：計算機專業 課程進度 數字電路與設計
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.132
“數字電路與邏輯設計”是電氣信息類專業一門重要的專業基礎課。該課程是后續專業基礎課和專業課的先修課程和基礎，是學生開展課外科技創新活動的必備知識，是解決工程實際問題的重要理論和方法，結合目前的實際情況，對數字電路與邏輯設計教學進行改革。
1 數字電路與邏輯設計的本質
數字電路與邏輯設計是計算機科學與技術必修的一門重要課程。該課程中介紹了與數字系統相關的知識，體系等。設置這門課程的重要性在于讓學生能夠更好地了解數字計算機和其他系統的基本邏輯電路，能夠熟練運用課程中所學到的知識并在實際操作中對案例進行分析，客觀地提出要求。
通過這門課程的系統學習，可以加強同學的邏輯思維能力，落實到具體工作中，可以解決具體問題，可以對系統硬件進行檢測，并有一定的創新能力。數字電路課程教學之所以進行改革是為了提高學生對計算機硬件設施的了解，為日后的學習做鋪墊。我們從計算機科學的角度劃分，可以把其課程分為：分析電路，數字電路與邏輯設計，微機原理等。從這些課程不難看出，數字電路與邏輯設計起的是承上啟下的作用。
2 電子技術的廣泛應用加快了數字電路的發展
現階段，是科技的時代，電子技術已經應用廣泛，電子元素是計算機和電路不可缺少的構成元素。國民經濟和國防各領域的逐漸滲透，使得數字電子技術在相關專業的地位越來越重要。通過探討，認為要對以前的教程進行革新，減少理論性過強的內容，著重掌握數字集成電路器的特性與實際運用，將重點放在學生的實際操作上面。
此外要加強創新能力的培養，引導學生們多進行課外實踐活動，讓學生們把課堂上所學的知識用于實踐，這樣讓學生們在實踐中總結理論知識，有利于學生們知識的全面掌握。多媒體技術可以形象并明了地展示復雜的圖表，便于老師課堂上的教學，還方便了學生們觀看和理解。更重要的一點是，它節約了課堂信息量，增加了課堂上的教學內容。以培養學生創新精神和實踐能力為主線，堅持“三個結合”，實現“二個轉變”，達到“一個提高”。堅持實踐內容與理論知識相結合，創新實驗與科學研究相結合，課堂教學與課外實驗相結合；實現由基礎驗證性實驗向綜合設計性實驗轉變，由傳統型實驗向創新型實驗轉變；達到學生實踐能力和創新精神的提高。提高教學的工作環境，利于開展實踐教學，從而有利于人才的培養和教學質量的提高。圍繞實踐這個中心，增加新的教學內容，根據電子信息技術的專業特點，制定科學的實驗課程，在內容中多以實驗為主，增加教學模板，提高教學方法，總結出一套科學性、系統性的教學體系。
3 數字電路教學的改革方向
由于數字電路與邏輯設計的實踐性很強，所以，在實際的教學改革中要做到周全考慮，針對各項內容都要做出調整。還需要注意的是，做到書本上所學的知識配套進行實踐。理論結合實際，多結合實際情況進行訓練。其內容包括：工具運用能力，繪制電路，電路分析能力，項目綜合能力等。
3.1 課程體系的調整
為了更好地適應電子科學技術的發展，要優化課程結構的總體要求出發，進行模塊化的設計，使數字電路與邏輯課程內容體系具有系統性，科學性，先進性等。
數字電路與邏輯設計基礎從課程內容上被分為兩大塊。數字電路介紹了數字系統的組成，數字信號的特點等；在內容上先邏輯電路，邏輯部件，先單元電路后系統電路等等。數字電路多以理論為重點，在講解中多涉及外部邏輯功能。數字電路部分多以運用為主。這樣的課程組合可以讓學生對數字電路更加了解。
3.2 教學內容的調整
數字電路與邏輯設計的課程很多，為了讓學生在有限的實踐內把課程學好，要求教師掌握基本理論的同時有效地組織課程教學。在介紹運用時，要根據其不同的側重點進行分析。實驗教學從隨堂實驗到改革教學后進行獨立實驗，這其中包括驗證性實驗等。
通過有效的組織，可以增加學生們的實踐操作，調動學生們的積極性，從而有助于知識能力的提高。
3.3 加大實踐的內容與次數
數字電路與邏輯設計在教學中需要增加實踐內容，這有利于課程的安排，更提高了學生們的動手能力。在實踐中發揮良好的教學效果，要合理地拆分實踐內容：①基本實驗；②設計實驗。我們來了解一下這兩種實驗的概念：基本實驗室使用電子儀器的能力；而設計實驗則是為了實現邏輯功能，而采用的是數字系統。在設計實驗中鼓勵學生自擬實驗的項目，并將課外活動結合進來，使學生的思維更加廣闊。
目前的電子大賽就是為高校的改革服務，它是結合了電子信息的專業內容，這種比賽在教學改革中起到了引導的作用。這十多年來，在全國開展了很多電子計算機的競賽，這些競賽對高校體系改革幫助十分明顯，它有助于有才能的年輕人展示自己的能力與專業水平。在電子竟賽出題中增大數字電路EDA的內容可以引導高校建設EDA的實驗室，例如：SOPC（系統集成芯片）是我國“十一五”制定的重大專項，目前全國已在12個高校中成立了集成電路人才培養基地。
4 結語
現階段是電子化的時代，科學的進步帶動了電子技術的廣泛應用。大量的可編程器件被采用，這使得傳統的數字邏輯方法明顯變化。計算機的應用范圍越來越高，使得人們對計算機的認識逐漸深刻，計算機的設計理念開始突破原有的范圍。數字電路與邏輯設計在各種現代技術的合力推動之下，得到了明顯的提升，可以做到使學生緊跟在市場的前沿。所以，數字電路和邏輯設計的改革加快了這門科學的發展，提高了學生們解決實際問題的能力，給學生們的就業和發展打下了堅實的基礎。
參考文獻：
[1]李曉輝.數字電路與邏輯設計[J].
[2]曹魏，徐東風.計算機教育[J].
數字集成電路分析與設計范文4
【關鍵詞】Multisim 函數信號發生器 仿真分析
函數信號發生器由正弦波、三角波和矩形波組成，通過RC橋式正弦波振蕩電路產生正弦波后，將正弦波經過零比較器得到同頻的方波，將正弦波經過電壓比較器和積分器產生三角波。振蕩電路是一種能將直流能量轉換成具有一定頻率和幅度以及一定波形的交流能量輸出的電路，按振蕩波形可分為正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路，正弦波振蕩電路是一種基本的電子電路，電子技術實驗中經常使用的低頻信號振蕩器就是一種正弦波振蕩電路。大功率的振蕩電路還可以直接為工業生產提供能源。無論對于哪種振蕩電路，用傳統方法精確分析起振、振幅、振蕩頻率的大小都是十分困難的，而用Multisim軟件則可靈活方便的進行仿真分析。
一、MultiSim仿真軟件簡介
MultiSim是一款將電子電路設計及其測試分析相集成的電路設計仿真軟件。它具備信號源、基本元器件、模擬數字集成電路、指示器件、控制部件、機電部件等各類元器件，可以對各類電路進行仿真，并且提供十多種虛擬儀器（如示波器、萬用表、信號發生器、波特圖圖示儀、功率表等），以及18種仿真分析功能（如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析、噪聲分析、直流掃描分析等）。由于元件庫中有若干個與實際元件相對應的現實性仿真元件模型，配合強大的仿真分析，使結果更精確、更可靠。
二、函數信號發生器的系統設計
根據設計要求，函數信號發生器由正弦波、方波、三角波信號發生器、放大輸出及直流穩壓電源組成，設計出系統框圖如圖1所示。
三、函數信號發生器的仿真分析
（1）正弦波仿真分析。運行Multisim10，在繪圖編輯器中選擇直流電源、運算放大器、電阻、電容、電位器、二極管等元件，組成函數信號發生器的正弦波電路。其中由U1A LM324、R1、W1、C3、C4、J3和R2、W2、C1、C2、J2，組成RC橋式正弦波振蕩電路，通過轉換J2、J3實現頻率的粗調，調節電位器W1、W2實現頻率的細調，達到頻率的連續可調。由VD1、VD2、W3、R3、R4組成穩幅電路，使產生的正弦波幅度穩定。調整電位器W3，觀察示波器顯示的正弦波，當調到9%時，失真最小。
（2）矩形波仿真分析。運行Multisim10，在繪圖編輯器中選擇直流電源、運算放大器U1B、電阻R6、R12、穩壓二極管VD3、VD4元件，組成函數信號發生器的矩形波電路。其輸入端是正弦波，將正弦波產生電路輸出的正弦波經過零比較器即可得到同頻的方波。
（3）三角波仿真分析。運行Multisim10，在繪圖編輯器中選擇直流電源、運算放大器U1C、U1D、電阻、穩壓二極管、電容等元件，組成電壓比較器和積分器，即產生函數信號發生器的三角波電路。
其仿真的電路用波形如下圖所示。
四、結論
應用Multisim10仿真軟件進行工程設計，可以縮短設計周期，節省設計費用，提高設計質量；應用Multisim10仿真軟件進行仿真教學，在課堂上使模擬電子技術教學更形象、靈活，更貼近工程實際，達到幫助學生理解原理，更好地掌握所學的知識的目的。尤其適用于綜合設計性實驗項目，可有效克服傳統實驗與實驗室開放的局限。學生可據所學知識和能力，自選實驗內容，自行設計電路方案，進行電路分析，從而掌握電子電路的設計與仿真分析過程，對提高學生動手能力和分析問題、解決問題的能力、綜合設計能力和創新能力，具有重要的意義。
參考文獻：
數字集成電路分析與設計范文5
關鍵詞:電路實驗;仿真技術;EWB軟件
電路分析與計算是電工基礎、電路理論、模擬電子技術、數字電子技術等理工類專業基礎課程的重要教學內容。學習電路知識既要從理論上分析和推導,又要在實踐中驗證和應用。傳統的教學模式教學效果難以保證,即使想利用仿真技術輔助教學,一則以前的計算機速度慢,二則當時的仿真軟件操作復雜,在實際工作中也難以普及。本文通過對電路課程教學現狀和EWB軟件特點的分析,提出模擬仿真技術在電路實驗中應用的技術高效性和應用可行性。
一、電路課程的教學現狀分析
電路課程是許多理工類專業的基礎課程,學好電路課程,不僅需要打好理論基礎,更重要的是搞好實踐操作訓練。電路知識的抽象性和實踐性是許多學生感到難學的根本原因,傳統的教學模式一般是在教室講授理論,在實驗室做實驗、訓練技能,即使是條件較好的學校,由于受時間、場地、設備等各方面因素的影響,一般也很難按實驗實訓大綱的要求完成實驗實訓任務。隨著計算機的飛速發展,實驗仿真技術為我們帶來了全新的教學觀念和教學模式。作為電路課程重要組成部分的電路實驗能否利用計算機模擬仿真?復雜的操作一直制約著電路仿真技術的普及。電路仿真專用軟件EWB的問世,使得電路實驗的計算機仿真變得操作簡單、結果直觀。將EWB應用到電路知識的理論演示和實驗仿真,可以增加學生的感性認識,增強學生的理論水平,提高學生的操作技能,是利用現代科技提高教學效率的重要工具和手段。
二、EWB仿真軟件的特點
EWB是Electronics Workbench(電子工作臺)的簡稱,是加拿大Interactive Image Technologies公司開發的專用電路仿真分析和設計軟件。該軟件提供了內容豐富、品種齊全的元器件庫,包括分立元件、模擬集成電路、數字集成電路、混和集成電路等數千種元器件;提供了萬用表、示波器、掃頻儀、函數發生器、字符發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器等多種虛擬儀器設備;提供了對電路的瞬態分析和穩態分析、時域分析和頻域分析、線性分析和非線性分析、噪聲分析和失真分析等常規電路分析方法;提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等高級分析方法。該軟件可以對各種模擬電路、數字電路和混和電路進行多種仿真實驗,適合各層次學生使用。由于元器件庫中提供了各種元器件的理想值,因此仿真結果也就是該電路的理論值,這有利于驗證電路的理論分析結果。同時,元器件的真實參數和故障設置(如開路、短路、不同程度漏電等),可以觀察到電路工作的實際狀況和不同故障情況條件下電路的異常情況。另外,通過從生產廠的產品使用手冊中查找元器件參數來新建或擴充已有元件庫,可以極大方便使用人員。與常用線路分析軟件(如SPICE)和常見線路排版軟件(如PROTEL)的兼容,還可以滿足各類人員的各種需要,更進一步地提高了軟件的使用范圍。
三、EWB技術的高效性
利用EWB軟件進行實驗仿真,可以在計算機上進行電路設計、模擬仿真、檢測調試等以前只能在實驗室完成的工作。只要擁有計算機,裝上EWB仿真軟件,就相當于擁有一個設備先進的電子組合實驗室。利用EWB進行實驗仿真,操作過程類似實際實驗;選用的元器件和儀器與實際情形非常相近;繪制電路所需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏上選取;元器件品種齊全,儀器設備豐富;對電路的輸入采用原理圖輸入方式,易學易懂;軟件提供的虛擬儀器與實際儀器的外形和操作基本一致,可以像實際一樣調節和使用,因此,通過電路仿真,既可測量電路工作的性能指標,又可熟悉儀器的使用方法。利用EWB技術,既解決了購買高檔儀器和大量元器件的困難,又避免了儀器設備損壞和人身安全危險等不利因素。強大的仿真功能使EWB可以完成電工基礎、電工學、電路理論、模擬電子技術、數字電子技術等多門課程幾乎所有的演示和學生實驗。同時,直觀的電路圖形顯示和形象的測試結果使操作者有身臨實驗室使用真實儀器的感覺和效果。利用EWB進行電路實驗仿真教學,有利于學生對理論知識的理解和掌握,有利于培養學生的實踐操作技能和電路分析能力,有利于學校和教師的實踐性教學管理,有利于學校提高科技水平,也有利于學校資金的使用效率。由于不受時空和資金限制,教師的教學和學生的學習都變得非常方便,更有利于突出以學生為中心的開放式教學模式。這種以虛代實、以軟代硬的仿真教學手段,其高效性顯而易見。
四、EWB應用的可行性
EWB作為一種優秀的電路技術實驗實訓工具和輔助教學手段,它既可彌補實驗儀器和元器件的不足,還可排除材料消耗和儀器損壞的不利,可以幫助學生更快、更好地掌握課堂講述的內容,加深對概念、原理的理解,是一種高效電路仿真軟件。與其它的電路仿真軟件相比,它改變了一些電路仿真軟件采用文本方式輸入電路的不便之處,采用原理圖輸入方式創建電路,實驗仿真所需的元器件和測試儀器均可直接從屏上選取,形象直觀的工作界面、簡單方便的操作方法,只要具有一般的計算機操作技術均能在數小時內學會EWB的基本操作。同時,根據使用對象基礎不同,可以把實驗內容分層劃級供各層次學生選擇使用。凡計算機和英語水平達一級以上的學生均可應用EWB進行實驗仿真。從實際使用情況來看,只要教師對教學過程設計恰當、教學內容把握適度,各類大中專業學校均可利用EWB進行電路仿真實驗。這種寬范圍、多層次應用特點,可以保證在各類電路課程中應用EWB是可行的。
五、結束語
利用計算機仿真技術模擬電路實驗,目前在各類大中專學校的實驗實訓教學工作中開始使用,與傳統教學模式相比,教學效率較為理想。將計算機仿真應用到實驗教學,是目前利用計算機進行輔助教學的一個應用熱點。它將對傳統的教學模式、教學內容、教學方法、教學手段和課程結構產生深遠影響。
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數字集成電路分析與設計范文6
模擬電子技術課程對于理解計算機硬件和通信原理方面的知識顯得十分重要，為強化基礎，培養合格的應用性人才，我們必須給予模擬電子技術課程的教學應有的重視。
2教學過程中存在的問題
模擬電子技術課程所涉及的理論、設計及分析方法具有很強的工程應用性和實用性，在學生的整個知識體系中占有相當的比例，對于培養學生的邏輯思維能力、工程實踐能力、創新能力及后續課程的學習都十分重要。計算機類專業的模擬電子技術課程在教學實踐中遇到的問題很多，主要有以下幾個方面：
2.1學時少，內容多
為了突出專業課程的學習，很多學校的做法是壓縮電路分析課程的學時數，甚至取消了電路分析課程。而模擬電子技術課程知識多且比較分散，它集高等數學、電磁學、物質結構理論和電路分析等知識于一體，該課程的學時數（含實驗）一般在80學時以下，在如此緊張的時間內要完成該課程的教學工作，不僅老師感到困難，學生也有很吃力。
2.2學生認識不到位
很多學生錯誤地認為模擬電子技術課程應該是電子、機械類專業學生的專業課程，他們在專業學習中一般都有重視軟件而輕視硬件的傾向，而且，學習模擬電子技術課程的成就感往往不及其他課程來得快和強烈，因此，就造成了學生的學習積極性不高。剛剛從中學過度到大學的學生，很多還沒有找到適合本課程的學習方法，模擬電子技術主要以原理分析為主，而學生更多地相信精確的數值計算，他們往往認為只有經過嚴格的數學推算得出的結果才是可信的，當實際結果與嚴格的理論演算結果有出入時，他們難免會感到困惑。學生的認識不到位和思維方式上的差異，導致了計算機類專業中該課程的教學效果一直不太理想。
2.3課程教學本身存在問題
計算機專業的模擬電子技術課程的教學內容和方法完全套用電子、機械類專業的那一套，有些學校甚至完全由機電類專業的老師來教授該門課程。這些教學內容和方法在一定程度上與計算機類專業存在脫鉤的現象，沒有突出本專業的特色。近些年來，很多高校的計算機類專業的同仁們對本課程進行了一定的改革探索，并總結了許多值得借鑒的經驗，但是，對于不同的學校和不同的學生，這些教學改革舉措應該不盡相同，在具體的教學實踐中，切忌“拿來主義”和生搬硬套。我們也對賀州學院的計算機類專業的模擬電子技術課程的教學做了一些研究和探索工作，實踐表明這些工作有益于提高教學效果。
3教學改革的內容和措施
為了使模擬電子技術課程的教學更切合計算機類專業的實際，我們做了一定的探索以提高教學效果和應用型人才培養質量。
3.1教學內容的甄別與整合
模擬電子技術課程涉及的內容多且知識面廣，為了提高學生的工程實踐能力和創新能力，我們根據計算機類專業的特點，依據“必用、夠用”的原則甄別和整合課程內容。受學時數的限制，計算機類專業一般無法系統開設電路分析等先導課程，但電路分析的基本原理和方法貫穿于模擬電子技術課程教學的全過程，因此，我們把電路分析課程的主干內容整合到模擬電子課程之中。在正式講解模擬電子技術課程的內容之前，我們花4至6個學時重點講解電路分析的基本原理及其應用，主要有KCL、KVL、疊加原理、戴維寧定理、諾頓定理及密勒定理。經過對多部國家級模擬電子技術教材的比較，我們選定康華光教授主編的《電子技術基礎（模擬部分）》（第五版）作為我院計算機類專業的教材。該教材加強了基礎理論，如加強了半導體的物理基礎和電路的基本分析方法；同時也注意吸取國內外的先進技術，如加強了線性集成電路和數字集成電路（包括中、大規模集成電路）的原理和應用，新增了電子電路的計算機輔助分析等內容。該教材歷經多次改版以緊跟當代電子技術的發展步伐，但我們不是全部講解教材內容，依據“必用、夠用”的原則甄選講解內容，其他內容留作學生課外閱讀，以開闊視野。經過討論，我們將教材內容整合成半導體器件、放大電路基礎、信號產生與處理三大部分，將直流穩壓電源的內容作為任務驅動式教學內容。
（1）半導體器件部分簡要介紹常用半導體二極管、三極管及場效應管的基本結構等基本知識，重點講解它們的應用及經典電路的分析方法。
（2）放大電路基礎部分重點分析三極管單管共射放大電路，包括靜態工作點的設計及穩定措施、輸入輸出特性、電壓增益計算、輸入輸出電阻等特性，然后介紹集成運算放大器的“虛短”和“虛斷”等基本概念及集成運算放大電路的基本分析方法等知識。
（3）信號產生與處理部分重點介紹有源濾波電路和正弦波振蕩電路，信號產生與處理部分知識是今后學習接口技術、理解芯片電路設計原理的基礎，所以，不能簡單地將這部分知識從模擬電子技術課程的內容中刪掉。
3.2教學方法的改革與創新
我院計算機類專業的模擬電子技術課程一般安排在大二的第一個學期，由于課程內容多、難度大，而且相當多學生的前導課程知識掌握不牢，所以，他們在心理上產生一定的畏懼感，鑒于我院學生的實際情況，我們對模擬電子技術課程的教學實踐做了一定的探索。
3.2.1理論教學靈活多變
課堂教學方法很多，常見的有講授法、討論法、直觀演示法、練習法、讀書指導法、任務驅動發、啟發式教學法等，要生動有趣講解好本課程的內容，往往要靈活應用多種教學方法才能取得預期效果。本文重點介紹啟發式教學法和任務驅動法在模擬電子技術課程教學實踐中的應用。
（1）啟發式教學法。
課堂教學最忌諱的是老師一言堂，教師必須想辦法活躍課堂氣氛，啟發式教學法是調動學生學習積極性，激發學生學習激情最有效的手段之一。這就要求教師在教學中根據教學內容的鋪展由表及里循序漸進地不斷引出問題，啟迪學生去思考、分析問題，直到提出解決問題的方法或途徑。比如，在講解KCL時有學生對定律無法理解，教師就可以用水管中水流的特性做類比以啟發學生的思維，然后借用中學電學中關于電流、電荷的知識來引出電荷在導線上不能積聚，從而得出任意時刻流進節點的電流之和必然等于流出節點的電流之和的結論。為了進一步鞏固KCL相關知識，教師應該提出節點的相對概念，即電路中的節點既可以是一個電路分支的交叉點，也可以是任何一部分電路。這樣擴大了節點的概念，學生自然就掌握了KCL的更廣泛的應用。比如在講到NPN和PNP型三極管時，發射極上的箭頭標識的方向不同于集電極和基極上的電流方向，如果將三極管看作是一個節點，那么從宏觀上就很容易得出放大電路中三極管三個極上的電流分配關系：Ie=Ib+Ic。有了宏觀認識以后，再講解三極管電流分配關系的微觀解釋就顯得較為輕松。
（2）任務驅動法。
任務驅動式教學方法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法，它將傳授知識為主的傳統教學，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學。模擬電子技術課程的工程實踐性比較強，因此，當學生具備一定模擬電子技術基礎以后，教師就可以在課程的教學中使用任務驅動式教學法。比如，當學生學完二極管電路的分析方法以后，學生具備了二極管半波整流的知識，然后給他們布置新的任務：查閱資料，掌握常用全波整流電路的相關知識。很多學生通過網絡和圖書館的資料掌握了橋式整流電路的結構特點和工作效率，在此基礎上，我給他們演示一臺卡式錄音機的故障現象：單獨用干電池供電時，錄音機工作正常；單獨用220伏交流電供電時，錄音機不工作。然后拆開錄音機，讓學生觀察電源部分電路的結構特點，最后給他們布置任務：畫出錄音機電源部分原理圖，分析各部分電路的功能。采用任務驅動式教學法可以將教材中直流穩壓電源部分知識的教學徹底轉換為以學生為主體，這樣，有利于培養學生的綜合能力，提高他們解決實際問題的能力。
3.2.2理論與實驗教學交叉融合
計算機類專業的學生大多計算機操作能力較強，因此，在模擬電子技術課程的教學中，我們引入了SPICE仿真軟件。有了此類仿真軟件，理論教學和實驗教學的界線越來越模糊。在理論教學中可以先用仿真軟件演示有關理論或電路的宏觀外在表現，使抽象知識具體化。學生在用物理器件做實驗前也可以先用仿真軟件做一遍，這樣可以提高實驗效率，降低實驗損耗。有了仿真軟件，課堂上無法及時完成的實驗，學生還可以在自己的電腦上完成。所以，利用仿真軟件可以實現理論教學與實驗教學的相互交融，當然，為了強化理論知識，突出學生工程實踐能力的培養，我們在實踐中堅持理論教學與實驗教學必須是同一位老師的做法，這樣，有利于老師掌握學生的學習動態，提高教學的針對性。
3.3多角化課程考核方式
課程考核是課程教學改革的重要方面，好的考核機制有利于提高學生的學習積極性、激發他們的學習興趣。實踐中，我們以專業知識和技能考核為主，兼顧學生德育和出勤率考查。課程考核項目包括出勤情況（占總分10%）、課堂表現（占總分20%）、平時作業（占總分20%）、期末測評（含理論筆試和技能測試，占總分50%）。按時出勤可以培養學生的集體主義觀念和遵守紀律的習慣，也是課程教學得以正常進行的必要條件。筆者的做法是全勤記10分，缺席一次扣2分，缺席三次者給予警告，缺席五次取消該門課程考核資格。為鞏固理論知識，適當加重對平時作業的考核是否必要的。筆者的做法是整個學期共布置、批改作業五次，每次4分，根據作業的質量分D、C、B、A四個檔次，每個檔次分別給為1分、2分、3分和4分。另外，為防止相互抄襲，限制作業必須按時完成，不得補交，一旦發現存在抄襲作業的情況，抄襲與被抄襲者雙方本次作業都做零分處理。為活躍課堂氣氛，激發學生的學習主動性，課堂表現考核顯得十分重要。筆者的做法是主動回答問題者，正確的一次記2分，錯誤的不扣分；被點名回答問題，正確的計1分，錯誤的不扣分。期末測評包括試卷筆試和技能測試。筆試是學生對知識掌握情況的集中體現，占課程考核40%的比重，專業技能測試是考查學生實際動手能力的主要手段，占課程考核10%的比重。通過多角化課程考核方式改革，取得了令人滿意的效果。學期課程的平均出勤率達到98%以上，學生的學習興趣和主動性明顯提高，課堂教學秩序良好，氣氛活躍，學習效果明顯提高。
4結語
