数字电路基础范文（精选11篇）
数字电路基础 第1篇
近年来, 全国各高校都开设了EDA技术的教学和实践课程。对高职电子专业的学生而言, 数字电子技术课程设计是学生在学习数字电子技术理论课程后进行的一次综合性训练, 其目的是培养学生综合运用所学理论知识的能力、独立设计电子产品的能力及对电子产品实际安装调试的能力。学生从原理图设计开始, 一直做到样机调试成功, 经历整个电子产品的设计、开发过程, 所以, 将传统课程设计与EDA技术训练相结合, 使学生对该技术在电子设计中所起的作用建立整体的认识, 能对学生综合能力的培养有所帮助。
课程设计的总体思路
课程设计过程
数字电路课程设计的过程主要分为两个阶段:一是应用Multisim仿真设计电路。在学生根据设计课题拟定初步方案后, 要求他们先在电路仿真与分析软件Multisim平台上对所设计的电路进行仿真, 观察电路功能是否满足设计要求, 主要元器件参数对分析电路指标的影响, 在Multisim平台上调试电路使之达到技术指标, 为实践做准备。二是应用Protel设计印刷电路板。在Multisim仿真后, 要求学生应用Protel设计软件设计出PCB印刷电路板图。PCB版图必须布局合理, 符合电气布线规则。总体过程可用流程图 (见图1) 表示。
课程设计时间安排
课程设计安排两周时间。第一周, 安排学生自行查阅资料, 进行基本电路设计, 计算相关电路参数。对于学生设计所用的元件, 出于成本的考虑, 在设计过程中要求学生尽可能地采用实验室的器件, 教师应尽量增加器件的种类供学生挑选, 其他的特殊器件均由学生在给定的经费额度内自行采购。学生完成电路的理论设计以后, 画出理论设计的电路图, 给出有关设计依据, 并由Multism 9.0软件仿真通过后交指导教师审核, 再利用Protel DXP软件进行印刷板设计, 由于是自行加工制作, 所以工艺上要求设计成单面板。这样, 一方面, 培养了学生工程设计的成本控制意识;另一方面, 也给学生熟悉市场的机会。第二周, 学生在完成以上工作后, 进入实验室制作电路板, 对腐蚀后的电路板进行打孔, 最后完成元器件的焊接、电路调试等工作。最后安排两天的时间进行课程设计报告的编写和答辩。
课程设计评分
课程设计评分分为设计报告和设计功能实现两部分。评分指标如下: (1) 设计报告30分; (2) 作品功能70分, 分成以下几个评分点:印刷版布线10分;焊接技术10分;电路功能50分 (实现功能20分, 其余基本功能每完成一部分给10分) 。发挥部分考虑到能完成的学生不多, 只把此部分功能的实现作为额外计分的因素。以上的评分指标明确了评分的要点, 从而引导学生在设计过程中不仅要注意理论设计, 而且要注意追求科学合理的电路工艺和良好的电路性能指标, 促使学生在电子技术基本技能和电路设计能力方面得到全面和系统的训练, 以达到提高学生综合能力的目的。
课程设计的教学实践
以下是我院应用电子技术专业一次“六路智力竞赛抢答器”课程设计的全过程。
设计要求:
可同时供6名选手进行比赛, 各用一个抢答按钮, 按钮的编号分别与选手的编号相对应;给节目主持人设置一个控制开关S, 用来控制系统清零和抢答开始;抢答器具有数据锁存和显示功能, 抢答开始以后, 若有选手按动抢答按钮, 编号便立即锁存, 并在LED数码管上显示选手的编号, 同时, 扬声器发出音响提示。此时, 输入回路封锁, 禁止其他选手抢答。优先抢答的选手编号一直保持到主持人将系统清零时为止。
发挥部分:
参赛选手在设定的时间内抢答有效, 显示器上显示选手的编号和抢答的时间, 并保持到主持人将系统清零时为止。根据设计意图可以确定设计框图 (如图2所示) 。
1.在多媒体机房中, 根据设计要求利用Multism 9.0设计电路原理图, 并通过Multism 9.0自带的仿真仪器对所设计电路进行仿真分析, 逐步改进电路, 直至达到设计要求。在这里抢答部分采用的是一个74ls148编码器对选手抢答信号编码, 并通过74ls175D功能数据锁存器锁存, 最后经4511译码后驱动7段LED共阴数码管显示。同时74ls30形成锁存脉冲控制D功能数据锁存器锁存信号;音响报警部分由555振荡器完成。 (如图3所示)
2.利用在Multism 9.0中生成的网络表, 导入到Protel Dxp软件中设计PCB电路板 (如图4所示) 。在生成网络表时, 要注意自制元件封装与原理图中的名称一致, 在此自制了按钮和数显的封装, 方法是拿实物在万能板上进行尺寸比对, 由于万能板的两个孔距为标准的100mil, 所以, 无需特殊的测量工具就可完成元件的封装测量。我们设计的走线线宽为20mil, 焊盘的直径为60mil。事实证明, 该尺寸是手工制板的最低数据, 若低于该数据, 在腐蚀的时候很容易断裂。当然, 在满足安全间距的条件下, 可以尽可能地加大线宽和焊盘直径。由于设计的是单面板, 不可避免会出现无法布通的线路 (红线) , 可以在最后装配的时候在元件面用跳线来连接。
3.在电子制作实验室中, 学生将打印出来的电路板图通过电路板制作设备制作成实际电路板 (如图5所示) 。打孔完毕后, 再用流动的自来水清洗, 然后刷上酒精松香溶液并用吹风机吹干, 对于一些腐蚀过度断裂的线路, 可采用拖锡的方法补好。
4.在电子制作实验室中, 学生学习各种元器件的选择、常用工具与仪器仪表的使用以及练习焊接技术, 最后完成整机组装, 并通电测试是否达到设计标准 (如图6所示) 。
5.在课程设计实验室中, 学生组装调试所设计的电路, 使用自己所学的方法分析和排除电路故障, 并撰写课程设计报告。
课程设计的教学效果和启示
通过几年课程设计的实践, 对抢答器、数字温度计、数字钟、交通灯控制器等设计课题, 采用EDA软件指导学生进行电子技术课程设计, 取得了较好的教学效果。课程设计过程培养了学生的竞争意识、创新意识, 提高了学生的计算机应用水平, 学生在学习方法、遵守纪律、团结协作、创新能力、独立分析问题与解决问题的能力、写作和语言表达能力、吃苦耐劳和踏实严谨的作风、言行举止和文明礼貌等方面都受到很好的锻炼和培养。同时, 我们也从中获得了一些启示。
教学内容要先进、新颖、实用
课题内容应涉及理论课中学到的各种规模集成器件, 这样可以调动学生的学习热情, 提高学生的学习兴趣, 发挥学生的主观能动性和积极性, 而且可以促进教师不断学习, 更新知识结构, 真正做到教学相长。
设计过程的优化
数字电子技术课程设计是一个循序渐进的过程。在这一过程中, 每一个阶段的成功与否, 对下一阶段乃至整个课程设计是否达到预期效果都起着非常重要的作用。在整个设计过程中, 教师主要应侧重于三个方面:方案设计、安装调试、撰写报告。这样, 可使整个设计过程起点高、要求严、效果好。同时, 要遵循“教师主导, 学生主体, 训练为主”的教学思路, 以便在整体上形成最佳的教学组合。
自主学习能力的培养
数字电路课程设计从查阅资料、提出初步方案到完善方案, 从原理图的仿真、实施以及设计的完成到写出设计报告, 整个过程都要求学生自己动手。教师可定期组织学生进行讨论, 指导学生在自主学习过程中发现问题、解决问题, 进一步培养学生分析、解决问题的能力, 培养学生的团结协作精神, 充分激发学生的学习主动性。
重视课程设计报告的撰写
培养学生科技论文写作能力, 重视课程设计后期的总结工作, 不仅可以培养学生良好的科学态度和素质, 同时, 还能使学生在总结中获得知识和经验, 培养学生科技论文撰写能力。课程设计报告的撰写包括如下的内容:设计任务、设计方案的论证与比较、具体电路的设计、元器件的选择和调试、设计工作总结等, 基本上是按毕业设计的要求完成的。设计报告总结的过程就是一个对知识深入理解和提高的过程, 可以使学生对工程设计的方法更加明确、对知识的理解更加深刻。
让答辩过程成为再学习、再提高的过程答辩时, 每个学生都要先概述自己的设计过程, 重点讲述设计过程中遇到的问题以及分析问题和解决问题的方法。然后教师提问, 学生回答。最后教师结合各组的设计情况进行点评、讲解, 同时发起讨论, 引导学生对不同的设计方案进行比较, 训练学生的综合分析问题的能力, 每个学生都可以提问、参与讨论, 提出自己的看法。通过答辩、讲评, 学生可以体会别人的设计思路, 开阔眼界, 也能从别人的设计中吸取经验教训。这样, 答辩过程就成了再学习、再提高的过程。
经过这几年的探索与实践, 笔者深刻体会到在课程设计中引入EDA技术, 设置适合的教学内容是十分必要的, 对理论教学和传统实验教学都是有益的补充。有的学生在总结时写道:“通过两周的课程设计, 不仅考查了我们对组合和时序逻辑电路的掌握情况, 同时, 也锻炼了我们使用仪器和计算机辅助设计的技能, 使学过的知识得到了复习与巩固。更重要的是把原来所学的理论知识与实际生活联系在了一起, 使学习变成了一种乐趣, 使知识形象具体地被掌握!”
通过课程设计的锻炼, 学生可以增强综合分析问题和解决问题的能力, 激发了学习兴趣和潜在能力。所以, 在教学中应当注意做到少讲多练, 使理论教学与实践紧密结合, 在实践过程中, 让学生了解和体会EDA技术在电子技术设计领域的重要作用。
参考文献
[1]徐丽香.数字电子技术[M].北京:电子工业出版社, 2006.
[2]崔建明.电工电子EDA仿真技术[M].北京:高等教育出版社, 2004.
数字电路基础 第2篇
1、PN结正偏时（导通），反偏时（截止），所以PN结具有（单向）导电性。
2、漂移电流是（反向）电流，它由（少数）载流子形成，其大小与（温度）有关，而与外加电压（无关）。
3、所谓理想二极管，就是当其正偏时，结电阻为（零），等效成一条直线；当其反偏时，结电阻为（无穷大），等效成断开；
4、三极管是（电流）控制元件，场效应管是（电压）控制元件。
5、三极管具有放大作用外部电压条件是发射结（正偏），集电结（反偏）。
6、当温度升高时，晶体三极管集电极电流Ic（增大），发射结压降（减小）。
7、三极管放大电路共有三种组态分别是（共集电极）、（共发射极）、（共基极）放大电路。
8、为了稳定三极管放大电路的静态工作点，采用（直流）负反馈，为了稳定交流输出电流采用（交流）负反馈。
9、负反馈放大电路和放大倍数AF=（A/1+AF），对于深度负反馈放大电路的放大倍数AF=（1/F）。
10、带有负反馈放大电路的频带宽度BWF=（1+AF）BW，其中BW=（fh-fl），（1+AF）称为反馈深度。
11、差分放大电路输入端加上大小相等、极性相同的两个信号，称为（共模）信号，而加上大小相等、极性相反的两个信号，称为（差模）信号。
12、为了消除乙类互补功率放大器输出波形的（交越）失真，而采用（甲乙）类互补功率放大器。
13、OCL电路是（双）电源互补功率放大电路； OTL电路是（单）电源互补功率放大电路。
14、共集电极放大电路具有电压放大倍数（近似于1），输入电阻（大），输出电阻（小）等特点，所以常用在输入级，输出级或缓冲级。
15、差分放大电路能够抑制（零 点）漂移，也称（温度）漂移，所以它广泛应用于（集成）电路中。
16、用待传输的低频信号去改变高频信号的幅度称为（调波），未被调制的高频信号是运载信息的工具，称为（载流信号）。
17、模拟乘法器输出与输入的关系式是U0=（KUxUy）1、1、P型半导体中空穴为（多数）载流子，自由电子为（少数）载流子。
2、PN结正偏时（导通），反偏时（截止），所以PN结具有（单向）导电性。
3、反向电流是由（少数）载流子形成，其大小与（温度）有关，而与外加电压（无关）。
4、三极管是（电流）控制元件，场效应管是（电压）控制元件。
5、当温度升高时，三极管的等电极电流I（增大），发射结压降UBE（减小）。
6、晶体三极管具有放大作用时，发射结（正偏），集电结（反偏）。
7、三极管放大电路共有三种组态（共发射极）、（共集电极）、（共基极）放大电路。
8、为了稳定三极管放大电路和静态工作点，采用（直流）负反馈，为了减小输出电阻采用（电压）负反馈。
9、负反馈放大电路和放大倍数Af=（A/1+AF），对于深度负反馈Af=（1/F）。
10、共模信号是大小（相等），极性（相同）的两个信号。
11、乙类互补功放存在（交越）失真，可以利用（甲乙）类互补功放来克服。
12、用低频信号去改变高频信号的频率称为（调频），低频信号称为（调制）信号，高频信号称高频（载波）。
13、共基极放大电路的高频特性比共射极电路（好），fa=（1+B）fβ。
14、要保证振荡电路满足相位平衡条件，必须具有（正反馈）网络。
15、在桥式整流电阻负载中，理想二极管承受最高反压是（2U2）。
二、选择题（每空2分 共30分）
1、稳压二极管是一个可逆击穿二极管，稳压时工作在（B）状态，但其两端电压必须（C）它的稳压值Uz才有导通电流，否则处于（F）状态。A、正偏 B、反偏 C、大于 D、小于 E、导通 F、截止
2、用直流电压表测得放大电路中某三极管各极电位分别是2V、6V、2.7V，则三个电极分别是（C），该管是（D）型。
A、（B、C、E）B、（C、B、E）C、（E、C、B）D、（NPN）E、（PNP）
3、对功率放大器的要求主要是（B）、（C）、（E）。A、U0高 B、P0大 C、功率大 D、Ri大 E、波形不失真
4、共射极放大电路的交流输出波形上半周失真时为（B），此时应该（E）偏置电阻。A、饱和失真 B、截止失真 C、交越失真 D、增大 E、减小
5、差分放大电路是为了（C）而设置的。A、稳定Au B、放大信号 C、抑制零点漂移
6、共集电极放大电路的负反馈组态是（A）。A、压串负 B、流串负 C、压并负
7、差分放大电路RE上的直流电流IEQ近似等于单管集电极电流ICQ（B）倍。A、1 B、2 C、3
8、为了使放大器带负载能力强，一般引入（A）负反馈。A、电压 B、电流 C、串联
9、分析运放的两个依据是（A）、（B）。A、U-≈U+ B、I-≈I+≈0 C、U0=Ui D、Au=1
1、三端集成稳压器CW7812的输出电压是（A）。A、12V B、5V C、9V
2、用直流电压表测得放大电路中某三极管各管脚电位分别是2V、6V、2.7V，则三个电极分别是（C），该管是（E）型。
A、（B、C、E）B、（C、B、E）C、（E、C、B）D、（PNP）E、（NPN）
3、共射极放大电路的交流输出波形上半周失真时为（B）失真，下半周失真时为（A）失真。A、饱和 B、截止 C、交越 D、频率
4、差分放大电路是为了（C）而设置的。A、稳定Au B、放大信号 C、抑制零点漂移
5、共模抑制比是差分放大电路的一个主要技术指标，它反映放大电路（A）能力。A、放大差模抑制共模 B、输入电阻高 C、输出电阻低
6、LM386是集成功率放大器，它可以使电压放大倍数在（B）之间变化。A、0~20 B、20~200 C、200~1000
7、单相桥式整流电容滤波电路输出电压平均值Uo=（C）Uz A、0.45 B、0.9 C、1.2
8、当集成运放线性工作时，有两条分析依据（A）（B）。A、U-≈U+ B、I-≈I+≈0 C、U0=Ui D、Au=1
9、对功率放大器的主要要求有（B）（C）（E）。A、U0高，B、P0大 C、效率高 D、Ri大 E、波形不失真
数字电路基础 第3篇
由于学生在模拟电路的实习中已做过模拟循环灯电路, 为了使学生更好地掌握新的知识内容, 现将模拟循环灯与数字循环灯电路 (见图1、图2) 进行对比讲解。
将两个电路放在一起, 对学生进行提问:哪个电路简单?哪个电路的元器件少?有谁了解计算机的发展史?
由计算机的发展史让学生了解到, 集成芯片是在模拟元件之后发展起来的。集成芯片是把电子器件集成在一块半导体材料上制作而成的。集成芯片的出现和发展将使电子产品朝着越来越小的方向发展。
二 了解集成芯片
在对电路图有了了解之后, 对电路中主要元件 (集成芯片) 进行讲解。
首先, 介绍芯片555的管脚图 (见图3) 。以555芯片为例, 讲解芯片管脚及管脚顺序的识别方法 (见图4) 。
其次, 以4040、4017为例, 介绍芯片的电源、接地、CLK、RST、ENA管脚的功能。
最后, 总结芯片中电源、接地管脚位置 (大部分芯片的最大管脚为电源脚、电源脚对角线的管脚为接地脚) 。芯片正常工作电源与接地必须连接好。对于芯片, 需要了解输入、输出的管脚, 输入信号与输出信号之间关系, 以及芯片正常工作需具备的条件。
三 电路分析
在学生了解数字芯片的管脚和功能之后, 对每个芯片及周围元件组成的电路进行分析讲解。
1. 电路框图 (见图5)
2. 电路工作原理
第一, 时钟信号电路。该电路的主要器件是555定时器, 由它外接R1、R2、C1和C2构成, 是一个多谐振荡器, 产生的数字周期信号T=0.7 (R1+2R2) C1, 该周期信号送到分频器CD4040的CLK端。
第二, 分频器。分频器的作用是将时钟信号电路产生的信号进行频率变换。CD4040计数工作时, Q1是CP脉冲的二分频;Q2又是Q1输出的二分频……所以有T1=2T, T2=2T1=4T, …, TN=2nT。
第三, 分配器。分配器的作用是将连续的周期信号一一取出来, 然后顺序输出。CD4017输出高电平的顺序分别是3、2、4、7、10、1、5、6、9脚。本电路只接3、2、4、7脚作输出, 10脚接复位端RST, 工作中当10脚为高电平时电路复位, 输出又可以按3、2、4、7脚的顺序输出高电平, 这样发光二极管被循环点亮。
第四, 四路发光二极管。选用不同颜色的发光二极管构成循环彩灯。
四 调试电路
在电路原理讲解完之后, 引导学生去思考电路的调试方法和调试步骤。并总结如下:第一, 通电前检查。用万用表检查元件管脚有没有错连、没连上, 各芯片是否都接电源和地, 检查+5V电源与接地端是否有短路现象。第二, 通电中检查。按照电路信号流程, 从左到右检测每一部分电路的信号输出是否正常。如果输出不正常, 检查芯片正常工作的条件是否具备。
五 提问
问1:如何能加快循环灯的循环速度?问2:要增加一路发光二极管, 应如何修改电路?问3:如何减慢循环灯的循环速度?通过以上提问检查学生对电路的掌握程度, 同时可以引导学生对电路的进一步分析。
六 结束语
通过数字循环灯电路的实习教学, 让学生了解数字电路的特点, 并掌握数字电路的分析方法。过程中注意培养学生独立思考和分析的能力, 使学生从被动接受到自主学习, 真正提高学生能力。
摘要：在职业技术学校电子实习的教学中, 模拟电路实习结束后, 将开展数字电路的实习教学。为了使学生在数字电路实习中掌握得更好, 现以“数字循环灯电路”为例来探究此教学进程。
数字电路课程设计——数字钟 第4篇
《模拟电子技术课程设计》任务书
一、课题名称：数字钟的设计
二、技术指标：
（1）掌握数字钟的设计、组装和调试方法。（2）熟练使用proteus仿真软件。（3）熟悉各元件的作用以及注意事项。
三、要求：
（1）设画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。（2）设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。（3）选择合适的元器件，设计、选择合适的输入信号和输出
方式，确保电路正确性。
指导教师：廖俊东 学生：蔡志荷
电子信息工程学院
2018年1月 10日
课程设计报告书评阅页
课题名称：数字钟的设计 班级：15级电子信息工程4班 姓名：蔡志荷
2018年1月 10日
指导教师评语：
考核成绩：指导教师签名： 年月
目录
摘要..................................................................................................................................................1 第1章设计任务与要求...................................................................................................................2
1.1 设计指标数字钟简介.....................................................................................................2 1.2 具体要求.........................................................................................................................2 1.3 设计要求.........................................................................................................................3 第2章元件清单及主要器件介绍...................................................................................................4
2.1 元件清单.........................................................................................................................4 2.2 主要器件介绍.................................................................................................................4
2.2.1 74LS90计数........................................................................................................4 2.2.2 74LS47.................................................................................................................5 2.2.3 七段数码显示器.................................................................................................7
第3章设计原理与电路...................................................................................................................8
3.1 计时电路.........................................................................................................................8
3.1.1 计秒、计分电路.................................................................................................8 3.1.2 计时电路.........................................................................................................10 3.2 校时电路.......................................................................................................................11 3.2.1 报时锁存信号...................................................................................................13 3.2.2 报时...................................................................................................................13 第4章仿真结果及误差分析.........................................................................................................15 4.1 实验结果.......................................................................................................................15 4.2 实时分析.......................................................................................................................15 第5章设计总结.............................................................................................................................16 参考文献.........................................................................................................................................17
四川工业科技学院数字电路课程设计
摘要
本次课程设计的主题是数字电子钟。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。
数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入的信号在显示器上输出；用控制电路和调节开关对LED显示的时间进行调节，以上两部分组成主体电路。通过译码电路将秒脉冲产生的信号在报警电路上实现整点报时功能等，构成扩展电路。本次设计由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，可以实现：计时、显示，时、分校时，整点报时等功能。
关键词：数字时钟，振荡器，计数器，报时电路
四川工业科技学院数字电路课程设计
第1章 设计任务与要求
1.1 设计指标数字钟简介
数字钟电路是一款经典的数字逻辑电路，它可以是一个简单的秒钟，也可以只计分和时，还可以计秒、分、时，分别为12进制或24进制，外加校时和整点报时电路。
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点。
因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点，电路装置十分小巧,安装使用也方便而受广大消费的喜爱。
1.2 具体要求
1、掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；
2、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；
3、提高电路布局，布线及检查和排除故障的能力。
四川工业科技学院数字电路课程设计
1.3设计要求
1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。
2、用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试
3、画出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。
4、整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第2章 元件清单及主要器件介绍
2.1 元件清单 1、74LS90（6个）2、74LS47（6个）3、74LS00（6个）4、74LS20（6个）5、74LS04（6个）
6、共阳七段数码显示器（6个）
7、蜂鸣器（1个）
8、快关若干，电阻若干
2.2 主要器件介绍
2.2.174LS90计数
本题目核心器件是计数器，常用的有同步十进制计数器74HC160以及异步二、五、十进制计数器74LS90.这里选用的是74LS90芯片。
74LS90的引脚图如图2-1表示。
图2-1 74LS90内部是由两部分电路组成的。一部分是由时钟CKA与一位触发器Q0组成的二进制计数器，可记一位二进制数；另外一部分是由时钟CKB与三个触发器Q1、Q2、Q3组成的五进制异步计数器，可记五个数000~111.如果把Q0和CKB连接起来，CKB从Q0取信号，外部时钟信号接到CKA上，那么由时钟CKA和Q0、Q1、Q2、Q3组成十进制计数器。
R0(1)和R0(2)是异步清零端，两个同时为高电平有效；R9(1)和R9(2)是置
四川工业科技学院数字电路课程设计
9端，两个同时为高电平时，Q3Q2Q1Q0=1001,；正常计数时，必须保证R0(1)和R0(2)中至少一个接低电平，R9(1)和R9(2)中至少一个接低电平。
74LS90的功能表如表2-1所示。
表2-1 2.2.274LS47 74LS47的引脚图如图2-3表示。
图2-3 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。
表2-2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。
四川工业科技学院数字电路课程设计
表2-2 H=高电平，L=低电平，×=不定 74LS47译码器原理如图2-4.图2-4
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了 单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已较少用，大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。
四川工业科技学院数字电路课程设计
2.2.3 七段数码显示器
共阳极七段数码管引脚图如图2-5表示。
图2-5 LED数码管中的发光二极管共有两种连接方法：
1、共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。实验中使用的LED显示器为共阴极接法。
2、共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮，而输入高电平的则不点亮。
注：课设中使用的是共阳极数码管。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第3章 设计原理与电路
3.1 计时电路
计时电路共分三部分：计秒、计分、计时。其中计秒和记分都是60进制，而计时为24进制。难点在于三者之间进位信号的实现。
3.1.1 计秒、计分电路
1、个位向十位的进位实现。
用两片74LS90异步计数器接成一个一步的60进制计数器。所谓异步60进制计数器，即两片74LS90的时钟不一致。各位时钟为1Hz方波来计秒，十位计数器的时钟信号需要从个位计数器来提供。
进位信号的要求是在十个秒脉冲中只产生一个下降沿，且与第十秒的下降沿对齐。只能从个位计数器的输出端来提供，不可能从其输入端来找。而计数器的输出端只有Q0、Q1、Q2、Q3四个信号，要么是其中一个，要么是它们之间的逻辑运算结果。
把个位的四个输出波形画出来，如图3-1所示。
图3-1 由于74LS90是在时钟的下降沿到来时计数，所以Q3正好符合要求，在10秒之内只给出一个下降沿，且与第19秒的下降沿对齐。Q2虽然也只产生一个下降沿，但产生的时刻不对。这样，个位和十位之间的进位信号就找到了，把个位的Q3（11端）连接到十位的CKA（14端）上。
四川工业科技学院数字电路课程设计
2、六十进制的实现
当几秒到59时，希望回00.此时个位正好计满十个数，不用清零即可自动从9回0；十位应接成六进制，即从0~5循环计数。用异步清零法，当6出现的瞬间，即Q3Q2Q1Q0=0110时，同时给R0(1)和R0(2)高电平，使这个状态变成0000，由于6出现时间很短，被0取代。接线如图3-2所示。
图3-2 当十位计数到6时，输出0110，其中正好有两个高电平，把这两个高电平Q2和Q1分别接到74LS90的R0(1)和R0(2)端，即可实现清零。一旦清零，Q2和Q1都为0，不能再继续清零，恢复正常计数，直到下次再同时为1。
计秒电路的仿真图如图3-2所示，计分电路和计秒电路是完全一致的，只是周期为1S的时钟信号改成了周期为60秒即1分钟的时钟信号。
3、秒向分的进位信号的实现
积分电路的关键问题是找到秒向分的进位信号。当秒电路计到59秒时，产生一个高电平，在计到60秒时变成低电平，来一个下降沿送给计分电路做时钟。计秒电路在计到59时的十位和个位的状态分别为0101和1001，把这四个1与起来即可，即十位的Q2和Q0，个位的Q3和Q0，与的结果作为进位信号。使用74LS20四入与非门串反相器构成与门，如图3-3所示。
四川工业科技学院数字电路课程设计
图3-3 计分电路与计秒电路一样，只是四输入与门产生的信号应标识为59分。
3.1.2 计时电路
用两片74LS90实现二十四进制计数器，首先把两片74LS90都接成十进制，并且两片之间连接成具有十的进位关系，即接成一百进制计数器，然后在计到24时，十位和个位同时清理。计到24时，十位的Q1=1，个位的Q2=1，应分别把这两个信号连接到双方芯片的R0（1）和R0(2)端。如个位的Q2接到两个74LS90的R0(1)清零端，十位的Q1接到两个74LS90的R0(2)清零端。
计时电路的个位时钟信号来自秒、分电路产生59分59秒两个信号相与的结果，如图3-4所示。
图3-4
四川工业科技学院数字电路课程设计
计分和计时电路可以先单独用秒脉冲调试，以节省时间。联调时，可把秒脉冲的频率加大。
图3-5是一个链接好的简单的没有校时和报时的数字时钟电路。
图3-5 图中为了把数显集中到一块，可以直接把时、分、秒的数码管拖动到一起。但为了仿真时使器件管件的逻辑状态显示不影响数显的效果，可以从主菜单中把逻辑显示去掉即可。
3.2 校时电路
接下来把校时电路加上，校时电路主要完成校分和校时。选择较分时，拨动一次开关，分自动加一；选择校时时，拨动一次开关，小时自动加一。校时校分应准确无误，能实现理想的时间校对。校时校分时应切断秒、分、时计数电路之间的进位连线。
如图3-6，红色线框内是校时电路，由去抖动电路和选择电路组成。
四川工业科技学院数字电路课程设计
图3-6 其中，计到59分的信号已有，如图3-6中所示。只需把它和计秒电路的十位中的Q2Q0相与作为开始报时的一个条件即可。见图3-7，U16:A和U10:D组成的与门输出即为报时开始信号。
图3-7
四川工业科技学院数字电路课程设计
3.2.1 报时锁存信号
用秒个位的计数器输出进行四高一低的报时锁存信号。现在来分析一下50~59秒之间秒个位的状态。
秒个位：Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1
结合题目要求，通过这些状态的观察发现，秒个位的Q3’和Q0逻辑与后，正好在秒个位计到1、3、5、7时产生高电平，0、2、4、6时产生低电平，可作低四声报时的锁存信号；秒个位的Q3和Q0逻辑与后，正好在秒个位为9时产生高电平，可做高音的报时锁存信号；这样就产生了两个报时锁存信号。
3.2.2 报时
把上述分析所得到的的报时开始信号分别和两个报时锁存信号相与，产生两路报时锁存信号，如图3-7，上面一路为高音报时锁存，下面一路为低音报时锁存。图中左面三个与非门实现的是与或逻辑，前面已介绍。
上下两路报时锁存信号分别与1kHz和500Hz的音频信号（20Hz~30kHz）相与或来驱动数字喇叭，实现整点报时功能。这里喇叭使用元件SOUNDER,它接收数字信号。
实验时，把59分50秒这个报时开始信号直接用高电平取代，这样比较省时。另外实际连接电路时，可用555定时器产生一个1kHz的方波，再经D触发器二
四川工业科技学院数字电路课程设计
分屏得到500Hz的方波信号。计时电路的1Hz方波也可由555定时器产生，但由于标准电阻和电容值的选择会带来一些积累误差，也可选用其他更精确的振荡电路来实现。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第4章 仿真结果及误差分析
4.1 实验结果
成功设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，有校时功能的电子钟。能够实现整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。且能够正常仿真。
如图4-1是完整的数字钟电路图。
图4-1 4.2 实时分析
本次课程设计电路完全按照仿真图所连的，在测试时，当开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。
仿真时用的脉冲是用的软件里的时钟脉冲，没有使用555定时器，可能会造成一定的误差。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第5章 设计总结
通过这次数字电子钟的课程设计，我们把学到的东西与实践相结合，深化了我对数字电路设计和模拟电路的设计，让我在设计的实践中获得了更多的知识，同时锻炼了我的动手能力。在这过程中对我们学的知识了更进一步的理解，而且更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这只是一次学期末的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课设计的一般步骤、方法和设计中应注意的一些问题。我觉得这次设计是很有重要意义的，它锻炼了同学们对待问题时的态度和处理事情的能力，了解了各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点，同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。
总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的。在此我要感谢我同组的搭档蔡西！然后，非常感谢廖老师的耐心指导！
四川工业科技学院数字电路课程设计
参考文献
美国数字电路教学方法浅析 第5篇
關键词：数字电路；教学方法；考核方式
1. 引言
随着社会经济发展模式的多元化，世界范围内科学技术迅猛发展和新技术革命的兴起，用人单位对高校毕业生实践能力和综合素质的要求越来越高，对掌握专业知识又掌握专业外语的高素质、复合型、拔尖型人才的需求日益增长，尤其是迫切需求具有国际竞争力的工科电子类拔尖人才 [1 ]。高等学校作为培养社会高端人才的主要基地，理应主动适应社会的需求，培养具有创新精神的高素质、复合型人才，培养这种人才是现阶段中国高等教育发展的重要目标之一。我国高等教育在继全方位的体制改革和大范围的的布局结构调整之后，人才培养计划、教学内容和教学方法等教学改革被提上了日程，综合型大学正在向技术密集和知识密集的综合型教学科研基地发展 [2 ]。教学方法处于教学体系改革的中心地位，直接制约着高等教育课堂效果的好坏，是高等学校能否培养创新人才的关键。
由国家留学基金委员会资助，笔者于2006年以《教育部高校基础课教师双语教学出国研修项目》到美国加州大学圣地亚哥分校（University of California， San Diego， UCSD）学习了2学期，近距离考察美国高校的现代化教学方法。本文从课程目标与学制设置、教材选用、教学方法、成绩评定本等方面作一些抛砖引玉的介绍与分析，希望籍此促进园际教育的研究、合作与交流，促进中国高等教育教学改革适合创新人才、拔尖型人才培养的发展目标 [3 ]。
2 .课程目标与学制设置
美国加州大学圣地亚哥分校是一所拥有20名诺贝尔奖获得者的国家公立性质大学，建校于1960年，本科是四年制，其课程设置前两年是基础课程的教育，后两年偏向于专业方面的教育。该校在学期的设定上与国内高校不尽相同，一年分为四个学期，一个学期只有十周。这种学期制安排，使得课程安排更为紧凑，专业性更强，每个学期内学生可以负担的课程数相应减少，大大缩短了学生的学习周期和教师的授课周期，便于学生在一段时间内把精力集中到少数课程上，有利于提高学习质量 [4 ]。
美国加州大学圣地亚哥分校校电子电气、电子通讯工程专业为本科生开设的《数字电路》课程，其课程目标是：学习和发展数字电路的设计技术。主要学习数字电子技术的基础知识，如数制与码制、卡诺图等，门级电路设计方法，时序电路的设计方法，并利用计算机辅助设计。通过课程学习，学生能用逻辑电路实现一个简单的工程实际应用，并能用实验方法实现。从课程目标来看，美国加州大学圣地亚哥分校注重数字电路的设计应用，注重与工程实际联系，较好地起到了技术基础课的平台作用。
3. 教材选用
该校《数字电路》课程的教材主要包括文字教材和网络资料。文字教材由任课教师指定的名校大师编写有权威性的教材，且长期修订，多次再版，以适应新的学科发展变化，保证教材的科学性与系统性。不同层次学校教师可在教学过程中添加新的资料或删减某些内容，以满足不同层次学生的需求。网络资料包括课程安排、参考书目、课程大纲、课程教学计划、讲授要点、实验预习、实验预约、作业和测验等，学生可通过校园网下载。教师在教学过程中如果需要解答问题、提供与课程相关的背景材料、查看选课学生的基本信息、实验预约情况等信息也需要在校园网上进行。校园网已经成为学校师生非常重要的教学信息获取的工具，在课程教学中起着重要的作用。
4. 教学方法与教学手段的运用
美国加州大学圣地亚哥分校《数字电路》课程任课教师采用的互动式教学法。
（1）课前准备
教师每次上课之前为学生们精心设计本次课程的课程目标、给出学生需要查阅的文献、图书、图片、视频等相关资料，并且要求学生要课前自己读书预习，查阅教师列出有关的书名及重要章节，这些资料都可在校园网上下载，有时还要求学生在互联网上查找。另一方面，学生选修了这门课程，就意味着课外要花费大量的时间、精力，通过阅读大量的书籍、资料去准备上课所需的资料，以保证课堂互动效果。我所考察的班级学生一般要花费5～15学时来准备，才能保证自己有足够的知识储备积极地参与到一堂两学时的课堂教学。
（2）多样化教学手段
美国加州大学圣地亚哥分校《数字电路》课程与国内基本相同，大班上课，阶梯教室可容纳200人，教室里无线上网，配有大屏幕的投影仪、实物幻灯机、多个大黑板，教室的布置尽可能地满足不同教学风格的教师使用。学生带上笔记本电脑，记录教师教授的内容，也可随时查阅教师的讲义、大纲和课件。
（3）互动式教学法
美国加州大学圣地亚哥分校《数字电路》课程的整个教学过程中看，讲授法并不教师使用的惟一的教学方法，穿插使用提问-回答、启发、互动、实习、实验等教学方法把各种教学方法综合在一起运用。课堂教学以讲授为主，采用互动式教学法。整门课程分导论和布尔代数、二进制码、最小项与最大项、卡诺图、组合逻辑电路、触发器和时钟、时序逻辑电路设计等教学内容，教师精讲内容，注重学生自学 [5 ]。在一堂典型的课堂教学课上，教师在课堂教学中主要采用讲授法进行教学80%，教师的讲授时间大致在一个小时 [6 ]。在讲授结束后，教师通常都要安排提问，有学生的问题、自己的看法和自己的疑惑，教师回答。该校《数字电路》课程的教学方法更注重培养学生运用知识的实际能力，注重培养学生对知识和权威的置疑与批判精神，注重学生实践能力的培养和创新意识的养成。
5. 学生成绩的评定
美国加州大学圣地亚哥分校《数字电路》课程管理及考核制度与国内高校相比差别很大，比较注重学生的综合学习能力，在评定过程中引入多元化标准，以确保评定的准确性和客观性。学生的成绩评定除了期中、期末考试成绩之外，还包括平时作业成绩、小测验成绩、上课出勤情况、实验情况、上课思维活跃程度等等，更加重视学生学习的过程，重视平时的检查和评价，重视学生的实验。在这种考核体制下，学生必须注重平时成绩的积累，使学生的成绩能够更直接地反映学生本人的水平，而不受考试难易程度等随机因素的影响 [7 ]。
6 .结束语
通过美国加州大学圣地亚哥分校的《数字电路》课程教学实施过程中，课程目标与学制设置、教材选用、教学方法与教学手段的运用、学生成绩的评定等教学环节，可看出美国大学在教学理念和人才培养方面与国内同类课程之间存在差别。无论从学生学习态度重视程度、学生能力培养到对学生知识传授方法上，可以引发我们对高等院校教学改革的整体思考，借鉴和学习以进一提高素质教学的质量。
参考文献：
[1] 沈蓓绯.荣誉学院：美国高校本科生“拔尖创新人才”培养模式研究[J].高教探索，2010，（4）：59-63.
[2] 周婷婷，王磊，曹素玲.当前中国和美国高校课程改革的比较研究[J].西北医学教育，2007，（2）：8-10.
[3] 顾小存.感受美国高校的现代化课堂教学模式[J].中国高等教育，2010，（4）：59-63.
[4] 蓝江桥.中美大学“数字电路”课程教学的比较[J].空军雷达学院学报，2005，（12）：72-73.
[5] 黄继元，白志红.中美两国大学教学方法比较研究[J].云南高教研究，1997，（2）：110-113.
[6] 侯蓉.中美高校课堂教学方法比较[J]. 湖南第一师范学报，2004，（12）：52-53.
[7] 刘显翠.中美两国高等教育的差异比较[J]. 牡丹江教育学院学报，2007，（4）：72-73.
数字电路课程教学体会 第6篇
1 现行数字电路课程教学存在的问题
数字电路技术是一门应用技术课程, 具有较强的理论性和实践性。传统的教学模式往往偏重理论知识的教学, 使用的教材跟不上数字技术的发展, 采用按部就班的教学模式, 力求对教材讲细讲透, 学生习惯于被动接受老师灌输的知识, 学习一些枯燥乏味的理论, 而且很多学生在学习中不能灵活掌握要点, 而去死记硬背, 学生的学习兴趣在学习过程中逐渐消失。理论课往往只注重对教材知识的分析和灌输, 在广度上对知识没有拓展和延伸, 必定会影响对知识深度的剖析。而实践课程通常被放在了次要的位置, 很多时候是在走形式, 学生只管按老师实验要求做出结果, 而不探究实验的原理和方法。这就造成了理论课没有起到为实践课打基础的作用, 实践课也没有起到巩固、应用理论课的作用。学生在学习中处于被动的接受知识的地位, 没有机会主动参与到学习中来, 导致学习兴趣不浓, 学习停留在表面, 对所学知识一知半解。由于接受的多是课本知识, 所以动手能力差、应用能力差, 不能把自己所学的知识应用到实践中去。这样就达不到教学的目的, 培养出来的学生也不能满足社会的需要。
2 对数字电路课程教学的改进思路
作为电子技术课的教师, 如何适应新的形势, 如何引导学生学好理论, 练好技术, 真正实现专业基础课程的价值和作用是我们研究的重要课题。数字电子技术是随着电子技术的发展而发展的, 我们不可能在有限教学时间内, 解决学生以后遇到的所有数字电路问题, 因此必须对课程的内容进行必要的提炼和加工, 对学生进行基本的思维和操作训练, 培养自主学习的能力和创新能力, 去学习和处理专业课学习和工作中遇到的各种各样数字电路问题。在多年的教学过程中, 笔者尝试多种教学方式, 不断总结教学经验, 探索新的教学方法。
2.1 了解我们的学生
教学的主体是学生。目前, 由于国家教育形式的发展, 高职教育中学生的基础和水平都比较低, 这一点必须正视, 如果不能正确对待这一点, 将学生的基础与水平估计过高, 学生上课听不懂, 那么无异于拔苗助长;如果估计过低, 则会造成教育的浪费。正确估计学生的水平, 是课程定位的前提和基础。其次要明确高职教育的培养层次, 因材施教, 对于专科课程, 应以实用够用为原则, 培养应用型专业技术人才。
2.2 上好第一节课, 激发学生的学习动力
第一节课是最基础的理论知识课, 如介绍数字电路的发展历程、课程的发展、特点、知识的应用、前期课程后续课程的相互联系作用等内容, 授课中对学生的学习、纪律、作业要求等。这些往往不被老师所重视。上好第一节课至关重要, 他关系着学生是否会对学习产生兴趣, 渴望进行后续内容的学习问题, 所以绝对不能照本宣科。让学生了解本课程在电类及相近各专业中的举足轻重地位, 如果不打好该基础, 学生将无法学好计算机硬件、仪器仪表、自动控制系统等相关课程。
2.3 详细讲解基础知识, 注重知识的连续性, 激发学生的学习兴趣, 始终要理论联系实际, 用生动活泼的教育语言, 将灌输式教学方法改为启发式、理论和实际相互渗透式的教学方法
使学生掌握各种基本电子器件的工作原理和使用, 要使学生熟练掌握各种组合逻辑电路和时序逻辑电路器件的工作状态的条件、特点和应用。要对基本电子器件的结构、原理有所了解, 基本电子器件的特性、参数要讲透并深刻理解, 这对于电路分析、选择、使用器件以及不同型号器件的替代是必不可少的, 也是实际工作中分析处理数字电路问题所必需的。比如对于组合逻辑电路中的编码器和译码器, 时序逻辑电路中的计数器和寄存器, 在学习中可对他们的结构、工作原理等进行比较, 了解其各自的特点, 这样学起来就简单轻松多了。
2.4 在实践教学中进行教学的创新
目前在课程实践教学上, 由于我们老师编写的实训指导书详尽有余, 明明白白, 加之所做的实训、实验都是简单验证性或机械重复性方面的项目, 学生在实验中只需要按照实验指导书电路图, 要求的步骤简单操作即可顺利完成。学生在实验中动脑少, 能力培养的效果不够明显。在实践教学中要增加综合性、设计性实验, 启发学生创新思维, 培养学生自主学习能力, 突出数字电路知识的实用性。职业学校的学生是一个学习基础、学习习惯和学习动机差异很大的一个群体, 这就要求我们职业学校的老师无论是理论教学还是实训教学, 都要努力做到因材施教。因此在实训教学时采用分层教学法, 即按学生的能力分组。学习能力差的学生在规定的时间内只需做完基本实训项目即可, 而学习能力好的同学除了做完基本实训项目外, 还要安排一定量的选修实训项目, 促使学生自主的分析实训中存在的问题, 自己独立的找出解决问题的办法。
2.5 改进教学形式, 提高教学效果
其一, 引入多媒体教学, 教师既能减轻教师板书工作, 又节约了教学时间, 更重要的是多媒体教学可以用形象的手段来表达一些抽象的教学内容。其二, 鼓励教师同时承担理论教学和实验教学, 加强理论教师和实验教师的教学交流。其三, 理论与实践相结合, 将理论教学与融入到实践教学中来, 逐渐模糊两者之间的界限。
3 结语
为了适应数字电路技术的高度发展需要, 我们要从课程设置总体优化的角度出发, 整合教学内容, 解决好“基础与应用”、“理论与实践”、“重点内容与知识面”等矛盾, 使课程内容体系具有系统性、先进性、实用性。目前数字电路课程教学中仍然有很多需要改进的地方, 如何提高实践教学质量, 使理论与实践相结合, 仍需要在教学过程中不断的探索与改革。
参考文献
高速数字电路系统概述 第7篇
高速数字电路通常是指由于信号的高速变化而使得数字电路中的模拟特性如导线的电感、电容等发生作用的电路。一般认为, 工作频率超过50MHz的电路是高速电路。还有一种定义方法是根据信号边沿变化的速度来定义。信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高, 是信号快速变化的上升沿与下降沿 (或称信号的跳变) 引发了传输的非预期结果。因此, 通常约定如果线传播延时大于驱动端数字信号上升时间的1/2, 则认为此类电路是高速电路, 并产生传输线效应。
高速信号的定义也可以由信号的上升沿速度决定, 设Tr为信号上升时间, Tpd为信号线传播延时, 定义为:当Tr≥4Tpd, 为安全区域;当2Tpd≤Tr≤4Tpd, 信号落在不确定区域;当Tr≤2TPd, 信号落在问题区域。
对于落在不确定区域及问题区域的信号, 会出现信号质量的突变。一般认为, 上升时间小于4倍信号传输延迟时间的信号可视为高速信号, 设计时应采用高速数字电路的设计方法。
2 时间和频率
在低频时, 普通互连线可有效地将两电路短路。而在高频时情况则不同。在高频时, 仅有宽而平的导体能短路两个电路。相同的一根导线在低频情况下能有效地短路电路, 而在高频时这根导线会产生太大的电感以至于它不能用来使电路短路。我们可以用它作为高频电感线圈而不能作为高频短路电路。一个10-12Hz的正弦波需要30C联]年完成一个周期。在10-12Hz时, 晶体管-晶体管逻辑门电路 (TTL) 的正弦波在一天变化少于l V的百万分之一。这是一个非常低的频率, 但也不是全为0。如果把频率大幅度提高, 时间周期会变得非常短, 某些电气参数将会发生变化。例如, 在1KHz时, 一段短的接地导线经测量得到的电阻是0.01Ω, 而由于趋肤效应, 在1GHz时其电阻增加到了1.0Ω。不仅如此, 还得到了50Ω的感抗。
为了从频谱角度分析问题, 引入转折频率 (记为几动的概念。对于任何数字信号, 转折频率与其数字边沿的上升 (和下降) 时间有关, 而与它的时钟速率无关。
上式中, Fknee为转折频率, 数字脉冲的大部分能量集中在该频率以下。Tr为脉冲上升时间。上升时间越短, 转折频率越高;上升时间越长, 转折频率越低。
任何数字信号的时域特性主要由Fknee频率以下的信号频谱决定, 根据这一原理, 我们可以定性地推导出数字电路的两个重要特性:任何在Fknee频率以内 (包括Fknee频率) 具有一个平坦频率响应的电路, 可以允许一个数字信号凡乎无失真地通过。数字电路在Fknee频率以上的频率特性对于它如何处理数字信号几乎没有影响。
3 时间和距离
电信号在导线和印刷电路板走线中的传播速度取决于其周围的介质。传播延迟的大小以皮秒瑛寸印s方对为单位, 它是传播速度的倒数。导线的传播延迟与其周围介质的介电常数的平方根成比例增加。导线的时间延迟仅指信号传播过整个线长所用的时间总量。下列公式表明了传播速度、传播延迟、时间延迟和介电常数之何的关系:
其中, v为传播速度, c为光速, εt为介电常数, x为传输线长度, PD为传播延迟, TD为信号在传输线上传播x长度的时间。
布线的几何结构决定了其电场是驻留在电路板内还是进入空气中。当电场停留在电路板中时, 实际的介电常数增大, 因而信号传播较慢。当一个电路走线的环绕电场被封闭在电路板内两个地平面间时, 其环绕电场完全驻留在电路板内。对于典型的FR-4印刷电路板材料, 形成的实际介电常数为4.5。当电路走线位于印刷电路板的外表层时 (外层走线) , 它的电场一部分存在于空气中而另一部分存在于FR-4基板材料中, 由此形成的介电常数一般在2.8和4.5之间。因此, 印刷电路板外层走线的传播速度比内层走线快。
4 四种类型的电抗
有四个电路概念将高速数字电路与低速数字电路区分开来, 它们是电容、电感、互容和互感。这四个概念是描述和理解数字电路元件在高速电路中的特性的基础。
在高速数字电路中通常使用阶跃响应来研究电容和电感。通过观察阶跃响应并运用以下三个经验法则, 可描述出被测设备的特征:电阻器显示的是一个平坦的阶跃响应。在计时起点, 输出电压上升到一个固定值并保持不变。电容器显示的是一个上升的阶跃响应。在计时起点, 阶跃响应从零开始, 但随后上升为一个满幅值的输出。电感器显示的是一个下降的阶跃响应。在计时起点, 输出立即升至满幅值, 随后逐渐衰减到零。阶跃响应作为时间的一个函数, 我们可以根据其是否保持为常数, 上升还是下降, 就可以描述任何一个电路元件的特性, 并且分别将这些元件划分为电阻性的、电容性的或电感性的。电抗的效应 (电容和电感) 可以进一步细分为普通的和相互的两种类型。普通类型的电容和电感描述的是独立电路元件似端器件) 的特性。互容和互感的概念描述的是一个电路元件对另一个电路元件的影响。在数字电路中, 互容和互感通常会引起不必要的串扰, 我们应该尽量使其最小化。
5 高速数字电路的信号完整性定义
信号完整性 (Signal Integrity, 简称SI) 是指在信号线上的信号质量。差的信号完整性不是由单一因素导致的, 而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹、串扰等。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射, 负载会将一部分电压反射回源端。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素均会导致此类反射。
信号的振铃和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起, 振铃属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。在电路中有大的电流涌动时会引起地弹, 如大量芯片的输出同时开启时, 将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过, 芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声, 这样会在真正的地平面上产生电压的波动和变化, 这个噪声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。串扰是两条信号线之间的祸合, 信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性祸合引发祸合电流, 而感性祸合引发祸合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
6 特性阻抗
传输线的特性阻抗与定义为线上任意点电压波和电流波的比率, 即V/I=Z0。图1所示为一条传输线的二种表示法。图1a所示为用RLCG*单元建模的长度为dz的传输线微分段, 并且用一个阻抗为Z0的器件终结。RLCG单元的特性阻抗被定义为电压V和电流I的比率, 如图1a所示。假定负载而完全等于RLCG单元的特性阻抗, 图1a所示可以用图4b所示的无限长传输线表示。图1a中的终端岛简单表示了组成整个传输线模型的无限个阻抗为Z0的附加RLCG片段。从电压源看过去, 图1a和b是没有区别的。利用这个简化就可以导出无限长传输线的特性阻抗。
为了导出传输线的特征阻抗, 必须分析图2.4a, 假定线的特征阻抗等于终端阻抗Z0, 求解图4a的等效电路的输入阻抗得到等式:
其中, R为每单位长度欧姆, L为每单位长度亨利, G为每单位长度西门子, C为每单位长度法拉, 而ω为每秒弧度。
摘要：随着微电子技术的快速发展, 高速数字电路器件不断涌现, 在如今的电子设计领域, 高速数字电路设计已逐渐成为主流。当系统工作在如此高的速度时, 将产生传输线效应和信号的完整性问题。合理设计电路, 消除或者减小以上影响信号完整性的因素, 提高高速数字信号的信号质量, 是目前高速数字电路设计工程师所面临的主要问题。
关键词：高速数字电路,阻抗,频率
参考文献
[1]陈飞.PCB高速数字设计中的阻抗控制IJ].电子产品世界.2003, 4
[2]郝志松, 阂洁, 陈晖.高速数字电路的传输线效应分析[J].无线电通信技术.2005, (5)
数字电路故障检测诊断分析 第8篇
根据实际运用过程中暴露出来的问题, 可总结出数字电路在运用中导致故障的原因分为客观原因和主观原因, 具体如下:
1.1 导致数字电路故障的客观原因
1.1.1 电子元器件参数偏差
数字电路由多个电子元器件组成, 每个元器件有着不同参数设置和要求并对整个数字电路产生相应的功效。在使用中如果其中任何一个元器件的参数偏离既定值极有可能引起数字电路的故障导致无法运行或达不到理想的状态。通常情况下导致元器件发生变化的原因, 除了人为调整之外, 其自身的老化或运行温度的变化亦是导致参数偏差的主要原因之一。
1.1.2 信号线的损坏
信号线在线路板起到连接作用, 其功能不可忽视, 牵一发而动全身, 在实际运用中往往一个信号线的损害即有可能导致整个电路板的无法正常工作。受潮、短路、断路、烧损等是导致数字电路板损坏无法正常运行的主要原因, 在使用过程中尤其要注意避免大电流的经过。
1.1.3 内部接触不良
由于数字电路板是通过焊接技术将诸多元器件连接而成, 经过长期使用、震动、摔打、焊接不良、插件的松动、焊点被氧化等极有可能造成内部之间的接触不良进而引发数字电路的运行故障。在实际使用中, 元器件与电路板之间的接触不良是引发数字电路故障的主要原因。
1.1.4 工作环境因素
数字电路板虽然经过多年的研究与开发但依旧受到工作环境因素的影响, 尤其是潮湿的环境中不仅影响到数字电路的正常工作而且有可能导致损坏。如数字电路工作环境的湿度或磁场过高, 极可能引起元器件的性能发生变化, 改变数字电路的运行状态进而导致故障的出现。此外, 使用过期或老化的元器件, 加上环境的不利因素其参数就会随之发生偏差, 轻者到时工作的不稳定, 重者导致损坏无法正常运行。
1.2 主观原因
1.2.1 数字电路设计缺陷
科学合理的设计是保障数字电路正常工作的前提和基础, 设计上缺陷是其致命伤, 极易导致数字电路的运行故障。如在设计中对于元器件的参数设置不合理或诸多元器件组装之间的搭配不合理, 就会引起数字电路运行的不稳定与故障。
1.2.2 线路连接产生的故障
线路连接是保证电路板正常工作的重要保障之一, 因为电路板中的元器件较多, 这就使得线路的连接非常复杂, 也不容易操作。线路连接的错误通常会导致线路之间的短路, 从而使电路板出现故障。
2 数字电路故障的检测方法
2.1 直接观察检测法
顾名思义直接观察法指的是, 不使用任何工具即通过肉眼的观察来发现数字电路的运行的故障问题, 进而确定解决问题的方法。此法又分为静态观察和动态观察, 前者指的是在断电的情况下, 检查数字电路中各器件是否安装正确、插件是否稳固、信号线是否有断裂、电源是否有接入、器件是否有损害, 尤其是冒烟与异味以及发烫等情况;后者指的是在通电的情况下, 检查电路板是否接入有脉冲。直接观察法由于没有借助专业检测工具, 因此只能作为初步检测, 针对有明显故障问题的情况。如无明显的故障特征还应结合其他的专业工业或方法加以检查, 确保发现故障的原因所在。
2.2 分块测试法
在检查中如果无法通过直接检查法发现导致故障的原因, 运用分块检测法将数字电路划分诸多小块, 根据特性进行针对性检测。在实际运用中可以根据电路的性能与结构, 将相似或相近的元器件归类进行检测, 大多数情况下即可快速找出故障的原因。找到原因之后再顺藤摸瓜找到导致故障的具体位置, 采取相应的处理措施恢复正常运行。例如, 计数译码显示电路, 可以分为计数器电路和译码显示电路。我们可以先检测计数器电路, 如果计数器电路能够正常工作, 再检测译码显示电路。采用这种检测方法可以大大提高检测的速度和效率。
2.3 对比替代检测法
对比替代检测法不论是在数字电路还是其他电器维修当中都是最为常用的方法之一, 包含两个方面。其一, 指的是在检查中根据积累的经验大概猜测是哪部分电路导致的故障, 对该部分的元器件、线路、信号线等进行检查, 收集数据再与正常运行的电子线路进行对比, 分析两者差距进而得知是否为导致故障的原因所在;其二, 是在不确定是哪短电路或元器件损坏的情况下, 采用更换同型号且正常运行的元器件进行替代, 以找出导致故障的“元凶”。
2.4 电阻检测方法
电阻检测法主要是针对数字电路在使用中发现有器件有烧焦味、冒烟、小火光等明星不正常现象时而采取的检查方法。首先, 面对上述问题要及时切断电源, 防止事故进一步扩大导致更大的危害;其次, 检查线路查看是否有短路、信号线断裂、焊脚松动等现象, 采用电阻检测法一一进行检查与维修。
2.5 波形检测方法
我们还可以通过用示波器对各级的输出波形进行检测, 观察所输出的波形是否正常, 以此来检测出电路的故障。这种方法被广泛的用在脉冲电路中。
3 结语
科技改变生活, 随着社会经济的发展数字电路已经成为了我们生活中不可缺少的组成部分, 改善了生活的质量。同时对于数字电路的检测与维修日益成为一门工艺或行业, 成为时代发展中的必修课。面对数字电路的飞速发展, 在使用过程中不可避免的要遇到各类运行故障, 要求我们在日常使用、研发、维修过程中不断积累经验, 利用现有科技与检修方法快速检测与维修, 保障其稳定运行, 发挥更大的功效。
参考文献
[1]严之琦.数字电路故障检测与诊断的策略探讨[J].赤峰学院学报 (科学教育版) , 2011, 5 (7) :39-42.
数字电路的功耗优化分析 第9篇
1.数字电路低功耗分析
为降低数字电路总体功耗,对其低功耗技术进行分析时,主要可以从低功耗电路设计和低功耗EDA软件两个方面着手,其中低功耗电路设计关键是速度、面积等因素,就电路实际运行现状,选择适当手段进行优化,降低电路运行功耗。将低功耗技术应用到电路设计不同阶段,可以对数字电路设计进行划分,包括系统级、算法级、寄存器传输级、逻辑门级、版图级、电路级,每个层次均对应着低功耗技术,优化效果也存在一定差异。电路低功耗设计层次越高,则具有越大的优化空间,对应不同设计层次,多选择用动态功耗优化和静态功耗优化两种方法。其中,动态功耗大小受电路电压、电路翻转次数、电容等影响,在设计时可以针对降低供电电压、减小电路负载电容、降低时钟频率以及降低电路平均翻转次数等方面优化[1]。静态功耗形成主要受工艺影响,设计时需要重点控制工艺参数,优化技术如工艺控制阀、输入向量控制阀、阈值电压控制法以及电源电压控制法等。
2.数字集成电路低功耗优化技术
■2.1工艺级功耗优化
2.1.1封装技术
对电路芯片进行封装处理,使其与外界环境保持隔离,避免环境中存在的杂质腐蚀芯片而影响其电气性能,同时对芯片功耗也有较大影响。对芯片进行合理封装处理后,可以提高其散热效果,降低功耗。例如多芯片系统,芯片间接口单元占据较大比重功耗,应用MCM技术可以降低I/O功耗,减少片间互连线长度以及互连寄生电容,减少电路延时同时降低系统功耗[2]。
2.1.2比例缩小技术
数字电路集成度不断提高,器件尺寸与电容减小,且芯片间通信量降低,能够有效降低功耗。应用按比例缩小技术,不仅可以对晶体管进行比例缩小,还可以对互连线进行按比例缩小设计。缩小器件关键参数一个无量纲因子时,器件性能不变,且可以应用紧缩小沟道长度,其他参数不变的栅压缩技术对器件进行横向缩小,达到缩短延时时间及降低功耗目的。互连线比例缩小一般是缩小所有尺寸,或者是不改变线高,同时会造成边缘电容增加,存在延迟问题。如果选择应用此种技术降低电路功耗,需要重点分析其对电路可靠性的影响,并且尺寸缩小会加重噪声。
■2.2版图级低功耗优化
版图级低功耗优化需要同时对器件和互连进行优化,在数字电路集成度提高基础上,器件优化技术水平也在提高,器件尺寸越来越小,功耗也逐渐降低,开关速度增加,从此方面对电路进行优化设计时,需要根据实际情况来选择合适的器件优化。互连即连接各个器件的导线,对整个系统性能有着重要影响。数字电路集成度提高,晶体管开关速度增加,且导线横截面积降低,互连阻抗增加,导致导线RC延迟增加。同时导线间距减小,相互间串扰与感应耦合更为严重,设计时需要提高此方面重视。在对信号进行布线时,可以将电源、地和关键信号,以及高活动性信号以横截面大、间距大顶层金属布线,来降低系统运行功耗,并缩小延时。
■2.3电路级低功耗优化
2.3.1动态逻辑
数字电路存在多种逻辑结构,如静态逻辑、动态逻辑等,之间存在明显的差异。静态数字电路每个输入都要连接到一个MOS管上,逻辑功效大。而动态数字电路逻辑分为N沟道动态MOS逻辑与P沟道动态MOS逻辑,逻辑功能主要包括NMOS管陈列组成的PDN,所需晶体管数量比较少,且因为负载电容低且无短路电流,开关速度更快[3]。另外,电源与地之间无电流通路,不存在静态功耗,进而能够降低电路功耗。
2.3.2异步电路
异步电路受严格统一全局时钟控制,完成逻辑状态翻转。时钟频率分析需要结合电路延时特点,进而会产生不必要的功耗。异步电路用于时序电路时无统一时钟,输入信号基本上是在稳定状态下才会翻转,避免了输入信号间造成的竞争冒险,减少了功耗的同时避免伪跳变。
■2.4门级低功耗优化
2.4.1公因子提取
逻辑综合过程中,应用公因子提取方法可以实现逻辑网络的简化设计,且减小电路翻转、降低逻辑深度,对提高电路稳定性,降低功耗具有重要效果。在电路设计中,对于相同逻辑功能,可以选择不同逻辑结构设计,但是不同逻辑结构实现,高翻转率信号越接近输出端,经过器件越少,信号驱动负载也越少,电路功耗越低,且电路运行稳定性增强。
2.4.2单元映射
单元映射的实现,即电路设计时从门级网表到逻辑单元布局布线过程。基于图模式匹配逻辑单元映射等合理映射算法,以及合理映射而工具,可以有效降低电路功耗。对单元映射来说,手工输入对电路进行门级综合时,应用低功耗特性单元库可以从一定程度上降低电路损耗。并且,较小负载电容逻辑单元内部安排较高活动性节点,也可以达到降低电路总体功耗的效果。
3.结束语
随着专业技术水平的不断提高,近年来数字电路芯片集成度不断提高,但是芯片总体功耗一直持高不下,已经成为数字电路专业重点研究内容。结合数字电路特点,分析其常用低功耗技术,从多个层次对电路系统进行优化设计,对系统进行优化效果分析,确定数字集成电路低功耗设计方法,在提高电路运行稳定性的同时,降低其综合功耗。
摘要：功耗作为数字电路设计研究的要点,需要从技术角度出发,对各影响因素进行分析,运用低功耗技术对电路进行优化设计,提高电路性能。本文结合数字电路功耗特点,确定了电路低功耗设计方向,并重点分析了低功耗技术要点以及其在数字电路优化设计中的应用方式。
关键词：数字电路,功耗优化,电路设计
参考文献
[1]蒋文栋.数字集成电路低功耗优化设计研究[D].北京交通大学,2008.
[2]王璐璐.数字电路功耗分析及优化的研究[D].吉林大学,2013.
中职数字电路实验教学的思考 第10篇
关键词：中职学校 数字电路 实验教学
一、 引言
数字电路实验课程的开展不仅可以提高学生的思维能力、创造能力，更重要的是为电子信息行业提供更多优质的人才。随着大规模集成电路、EDA技术、可编程器件的高速发展，国家和社会对数字电路这方面的人才需要越来越高。但是从目前我国整体教学水平来看，数字电路实验教学质量并不高，受到诸多条件的影响，导致数字电路实验教学效果和质量不高。为顺应当今社会的飞速发展，培养综合素质高的新一代人才，对中职学校数字电路实验教学进行了剖析，为激发学生学习的主动性、营造积极良好的课堂氛围、提高教学质量奠定基础。
二、强化中职数字电路实验课程的重要性
传统的数字电路实验课程与理论课合为一门课程，且实验成绩仅仅占数字电路课程总成绩的15%，这就使得中职学生对数字电路实验课程的重视程度低，对学生实验能力和教学质量的提高造成了抑制作用。另外，中职生的文化知识基础普遍薄弱，思维方式传统单一，对数字电路实验这门动手性、思维能力以及创造能力要求较高的课程来讲，他们往往遇到稍微复杂的问题就会产生畏难情绪，对自身的发展十分不利。再加上数字电路实验课教学中，老师往往就是让学生进入实验室，将实验的题目和内容告知后学生按部就班的进行，最终得出结果填写表格，记录好数据，那么实验就完成了。这样难以开发学生的创新思维，久而久之学生便会产生厌学情绪，严重影响了教学质量。
为提高中职数字电路实验课程的教学质量，使学生认识到实验课程的重要性，激发学生的学习积极性和主动性，提升学生的动手能力、思维能力以及创新能力，必须强化中职数字电路实验课程教学，将数字电路实验设为一门独立课，引起学生们的重视。另外还应该对教学模式和教学内容进行创新，打破传统两位老师共同授课的模式，避免学生因理论老师和实验老师的教学思路与模式不同而产生不良的影响。因此实验课程独立设课后，主讲老师应该由实验老师来承担，根据中职生的文化水平，加强实验原理和步骤的引导，重点强调实验器材的使用，这样有利于激发学生的积极性和创造性，使学生顺利完成实验。
三、 加强中职数字电路实验教学的改革
（一） 教学形式的改革
（1）数字电路理论教学
数字电路理论课教学比较枯燥乏味，由于中职生的耐心较差，一小阶段讲解后学生注意力往往就不能集中了，出现了玩手机、睡觉、看其他课外书的现象，不愿意积极配合老师完成教学任务。这主要是因为中职生渴望学到生动、形象、有趣的东西，对理论性太强的知识毫无兴趣可言，难以提高教学质量。因此必须在数字电路理论教学过程中，营造出轻松、愉快的教学氛围，让学生真的“活”起来。比如在对多功能函数发生器数字电路课程设计的讲解中，老师可以把设计多功能函数发生器相关的设计问题列在多媒体投影仪上：①设计的多功能函数发生器有哪些功能？②实现这些功能需要什么芯片？③它的逻辑原理是什么？④数字电路图应该怎么设计？⑤你能代表你们小组上台讲述吗？这些问题可以通过抢答或者自愿的方式，让学生能较快的融入在教学当中。
（2） 使实践性实验取代验证性实验
目前中职学校数字电路实验教学往往以验证性为主，能强化学生对基础知识的理解与消化。但是随着电子信息技术的飞速发展，我们不能完全停留在实验验证阶段，实验教学的知识往往具有一定的层次性和相关性，因此老师需要设计出更多具有递进型的问题，引导学生进行正确的实验，使其能更好的掌握知识，提升能力。比如在对555定时器进行实验教学时，首先老师应该让学生明白555集成定时电路结构和工作原理，掌握555集成定时电路的基本应用等知识。如图1所示为555定时器内部框图与引脚排列。老师在设计问题时，应该循序渐进，保持前后联系，逐渐加深。比如①利用555定时器设计出楼道灯光定时？②利用555设计出闪烁灯，保持其闪烁频率为1HZ？③利用555设计两种频率声音的门铃？这几个任务前后相连，比较符合学生发展和认知的规律，能最大程度激发学生的学习积极性与创造性，提高教学质量。
图1 555定时器内部框图与引脚排列（二） 教学内容的改革
（1）基础性试验
基础性实验主要以数字电路典型的案例为主，提高学生对基础知识的理解。比如在对典型实例多功能数字钟功能设计时，根据VHDL的特点，设计人员无需对固定功能的标准芯片进行考虑，直接从实现系统功能出发，建立多功能数字钟系统模块，如图2所示。本系统主要采用分底层和顶层两个层次设计，采用VHDL编写各个功能模块，通过输入原理图方式对各模块间的连接关系进行描述。通过该案例的分析，可以对EDA技术知识有了一个清晰、全面、系统的认识。
图2 多功能数字钟系统模块示意图（2） 设计性实验
设计性实验是对学生动手能力、创新能力的体现。在这个环节，数字电路实验课程可以把生活中的實际应用作为课题，让学生融入生活、观察生活，使其体会到知识的实用性。在实验设计过程中，学生不能一味的求助老师，可以借助网络和图书馆中的大量资料，设计出电路图和相关芯片，最后可以让老师进行引导、点评，使实验更加完美。在这个环节教学质量提升的效果是十分明显的，不仅让学生学习到了专业知识，也学到了书本外的知识。
（3） 大型实验
虽然中职生的文化基础普遍薄弱，但是其中不缺少一些水平和能力较高的同学。这部分学生除了完成平时的数字电路实验教学任务外，还可以参加市级省级乃至全国性的比赛，这样的实验往往要求学生从选题—设计方案—设计电路图—购买元器件—组装—进行实验—撰写报告等环节必须独立完成，这样不仅可以提高学生的创新能力和动手能力，还能为后期进入社会、走上工作岗位创造有利的条件。
（三）实验成绩考核方式的改革
传统数字电路实验成绩考核方式由平时上课出勤率和实验报告完成情况组成，由于学生在实验报告中存在严重抄袭的行为，老师难以对学生真正的水平进行衡量。因此必须对成绩考核方式进行改革，平时成绩占60%，期末卷面成绩占40%，两部分组成实验课程的期末总成绩。在对卷面考试题目进行设置时，可以把学生平时操作过的所有实验项目进行汇总，考试时由学生抽签决定，确保考试的公平性，这样也可以调动学生平时实验操作的积极性和主动性。
四、 结束语
在教育体系不断改革与创新的条件下，中职学校和老师应该根据中职生文化、能力的实际情况，优化教学模式和教学内容，增强课堂的趣味性，营造积极向上、轻松愉快的课堂氛围。在加强数字电路理论教学的同时，更重要的是提高实验的实践性，培养学生的动手能力、思维能力和创造能力，同时对课程成績考核方式进行改革，充分调动学生平时实验操作的积极性，最终形成一种科学、高效的实验教学新模式，促进我国中职学校数字电路实验教学质量与水平的提升。
参考文献：
[1]刘彦飞，代永红，张荣.EDA软件在电路实验教学中的应用[J].长江大学学报（自然版），2011，08（7）.
[2]莫琳.数字电路课程设计实验教学改革的探索与实践[J].中国电力教育，2013，（14）.
[3]张菁.EDA仿真在数字电路教学中的应用研究[J].魅力中国，2009，（22）.
[4]曹维.数字电路与逻辑设计"实验教学改革探索与实践[J].计算机教育，2009，（15）.
[5]蒋媛.通过数字电路实验教学培养学生综合能力的探讨[J].科技信息（科学·教研），2008，（3）.
数字电子电路测试技术 第11篇
1 IC系统简介
为了保证数字产品的合格率, IC生产出来以后要进行测试。IC调试贯穿在IC设计、生产和应用的全过程, 被认为是IC产业4个分支 (设计、制造、封装与测试) 中一个极为重要的组成部分。随着超大规模集成电路的出现, 芯片中晶体管的数目已变得非常巨大, 数字电子电路的测试变得更加困难, IC的测试开销:测试时间和测试费用等不断增大。有人预计到2012年, IC测试所需费用在IC设计、制造、封装和测试的总费用中将占到80%-90%的比例。因此, 研究安全可靠的测试方法具有重大的理论意义和实用价值。集成电路按其功能、结构的不同, 可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。其中数字电子电路是传递和处理离散值信号的电路。针对数字系统的测试, 主要是验证数字系统的功能、逻辑关系和时序关系等。本学位论文主要研究数字电路的测试。
2数字电子电路测试
2.1数字电子电路测试的目的与作用
对于某一个系统的设计或者是VLSI设备设计和加工的过程中, 每一个环节都有可能会存在着一定的问题, 这样也就使得产品生产出来无法满足其应用的需要, 对于生产的厂商而言, 测试主要是为了可以尽早充分的了解导致产品出现问题的因素和最终的原因, 同时对产品进行及时的调整和改进, 这样就防止了一些质量不达标的商品到达商家的手中, 企业自身的信誉也得到了保证, 如果在生产的过程中, 质量不达标的产品数量增多, 这样就会使得商家的成本投入大大的增加, 因此测试的质量直接影响到了企业自身的销售, 此外对实现企业自身的经济效益也有着十分积极的作用, 所以用户在应用的过程中, 必须要保证系统在运行的过程中可以正常平稳的运行, 这就需要用户定期的对系统进行维修和养护, 因为系统在运行的过程中, 一个很小的故障, 都有可能会对系统运行的效果产生非常重大的影响, 所以在系统运行的过程中, 必须要对其进行全面的测试。
2.2测试类型
2.2.1设计验证。如果一个新的产品生产出来, 为了对产品在一定环境和工作条件下能不能达到预期的功能和运行效果, 同时还要确定其在运行的过程中是否会出现相关指标不满足规定的情况, 需要对系统进行全面的测试, 按照测试的相关数据对产品的实际情况进行全面的评估, 此外还要在这一过程中按照产品产生问题的根本原因采取有效的措施对其进行适当的调整和改进, 在产品的性能得到了全面的改进之后, 就可以对其采取大批量的生产方式。
2.2.2生产测试。生产测试通常就是指产品在全面投产之后在生产线上所进行的测试, 这样做最重要的一个原因就是要保证出厂产品自身的质量可以充分的满足其相应的要求, 按照测试的实际结果筛选出质量和性能不符合要求的商品。在这一过程中还要通过严格的故障诊断分析出出现故障的根本原因, 这样才能更加有针对性的去提升生产的工艺和流程, 这样一来也就使得产品自身的性能得到了非常显著的提升。
2.2.3可靠性测试。虽然在生产的过程中通过了生产测试, 产品自身还是可能会在运行了几个小时或者是几十个小时之后出现一些故障或者是运行异常现象, 为了更好的预测产品自身的可靠性, 估算产品的使用寿命, 需要对IC进行严格的可靠性测试。可靠性测试在应用的过程中可以很好的提升系统使用的是假案长度, 提升供电电压的数值, 运行环境的温度也在这一过程中得到了非常显著的提升, 这样就可以将不合格的产品挑选出来, 这样也就有效的降低了返修率。
2.2.4成品检测。在将原件安装到系统内部之前, 用户或者是系统的制造商都要对产品进行成品检测, 这样也就可以对器件进行全面的检查, 保证其不存在缺陷之后, 才能将其应用到系统建设当中, 不然就会使得后期的检修成本大大的提升, 如果我们按照工作条件和工作方式对其进行划分, 测试可以分成两种, 一种是在线测试, 一种是离线测试。在IC系统运行的过程中测试就被称作是在线测试。而非正常工作状态之下使用专业的测试仪对其进行全面测试的过程, 就叫做离线测试。
2.3数字电子电路测试中的挑战
缺陷 (defect) —是指IC芯片的硬件实现与期望的设计之间存在的非故意差别。常见的缺陷有:工艺缺陷;材料缺陷 (晶体不完整、表面杂质等) ;寿命缺陷 (电解质朋演、电迁移等) ;封装缺陷 (触点退化、密封泄露等) 。
故障 (fault) —是缺陷抽象的函数表示。错误 (error) —是由存在缺陷的系统产生的与预期不一致的输出信号。失效 (failure) —是指电路和系统偏离了正常的行为进入了一个错误的状态。
2.4故障类型
2.4.1固定型故障。固定型故障是近几十年来最为成功且应用最为广泛的一种逻辑故障模型。固定型故障是指电路内部信号线的逻辑状态永远保持不变, 即固定在逻辑0或逻辑1, 因此它包括固定型0故障 (stuck-at-0) 和固定型1故障 (stuck-at-1) 两种。固定型故障可以反映绝大部分的制造缺陷, 能够检测所有固定型故障的测试只能够检测90%以上的物理故障。
2.4.2晶体管故障。晶体管故障属于开关级故障模型。如果晶体管由于存在故障而永远不能导通, 就认为是固定开路。相反, 如果晶体管永远是导通的, 就认为是固定短路。一个CMOS逻辑门由多个晶体管构成, 因此固定型故障模型通常不能精确地反映CMOS逻辑电路中晶体管固定开路和固定短路故障的行为。
3结论
随着超大规模集成电路的出现, 芯片中晶体管的数目已变得非常巨大, 数字电子电路设计复杂度的提高, 数字电子电路电路的测试变得更加困难, IC的测试开销:测试时间和测试费用等不断增大。IC测试所需费用在IC设计、制造、封装和测试的总费用中将占到极大的比例。因此, 研究安全可靠的测试方法可以提高整个产品的设计进步, 提高产品质量。提高公司信誉等诸多方面具有重大的理论意义和实用价值。
参考文献
[1]任艳焱.浅谈数字电子钟的设计方法[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2013 (16) .