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數(shù)字電路設(shè)計知識范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字B超；時間增益控制；硬件電路

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）04-0867-03

在超聲診斷設(shè)備中，由探頭產(chǎn)生的超聲波在人體組織傳播時，由于組織對聲波的散射、吸收以及聲束自身的擴(kuò)散等因素，其能量（振幅，聲強(qiáng)等）會隨距離的增大而逐漸衰減，反射的回波信號也會逐漸減弱，這樣在縱向深度上，不同深度的同一組織器官將以不同的灰度值顯示，不能反映真實反射體的本質(zhì)。因此，必須采用時間增益控制器（TGC）補(bǔ)償超聲波在傳播過程中的衰減，本質(zhì)上就是利用一定的電壓曲線控制回波放大器的增益，實驗表明，人體組織對超聲波的衰減呈指數(shù)規(guī)律，補(bǔ)償電壓曲線也為一條指數(shù)函數(shù)曲線。

1 方案設(shè)計

TGC以一條指數(shù)曲線進(jìn)行增益補(bǔ)償，但在實際使用中，診斷醫(yī)生醫(yī)師需要調(diào)整局部增益，以獲得更高的圖像細(xì)節(jié)來查看感興趣的部位，補(bǔ)償曲線并不是一成不變的，所以，在設(shè)計出基礎(chǔ)TGC曲線后，需要根據(jù)使用情況，以該曲線為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該文采用單片機(jī)+FPGA的設(shè)計方案，如圖1所示。

單片機(jī)片內(nèi)ROM中存儲TGC基礎(chǔ)曲線波形表，通過偏移量采集電路獲取用戶對該TGC的控制信息，并在基礎(chǔ)曲線上進(jìn)行重新計算更新波形表，將新的波形表通過IO口以自定義協(xié)議傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA將接收到的TGC波形表存儲于片內(nèi)Ram，在B超掃描同步信號的作用下控制DAC完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，形成模擬電壓曲線，再通過放大器調(diào)節(jié)至壓控放大器所需要的電壓范圍。輸出曲線可以通過修改單片機(jī)內(nèi)部基礎(chǔ)曲線波形表以及調(diào)整算法修正，具有靈活性好的特點。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 TGC信號發(fā)生電路的設(shè)計

信號發(fā)生電路主要包括FPGA部分的邏輯電路、D/A變換器、放大電路等。FPGA產(chǎn)生對D/A的控制信號，D/A輸出STC曲線，再經(jīng)過放大輸出。

系統(tǒng)要求D/A的轉(zhuǎn)換速率至少在4MHz以上，選擇TI的TLC5602，該D/A的最小轉(zhuǎn)換速率為20MHz，+5V電源供電，而且功耗極低，典型功耗為80mW，該文中D/A的參考電壓為+4.02V，其輸出電壓范圍為4V～5V，所以其電壓精度為1/256=4 mV，很好的滿足了系統(tǒng)的要求。設(shè)計電路如圖2所示。

由于D/A的輸出范圍為4V～5V，而所需要的STC電壓調(diào)節(jié)曲線范圍在0～2V，因此需要通過模擬電路將電壓變換到0～2V，設(shè)計將信號加上-4V后，信號范圍為0～1V，放大2倍即得到0～2V，為了提高帶負(fù)載能力，增加一級電壓跟隨器，電路如圖3所示。

2.2 偏移量采集電路設(shè)計

TGC調(diào)節(jié)有9個，即8個分段調(diào)節(jié)以及1個總體調(diào)節(jié)，8個分段調(diào)節(jié)通過滑動變阻器進(jìn)行實現(xiàn)，偏移量的采集需要AD完成，該文選擇TLC5510集成A/D轉(zhuǎn)換器，AD部分電路設(shè)計如圖4所示。

由于TLC5510是單通道采樣，而所需采集的電壓有8個通道，在此采用一個模擬開關(guān)CD4051來進(jìn)行通道選擇，以實現(xiàn)對8個通道的分時采樣，該部分是模擬電路，對紋波要求比較高，需要考慮將模擬部分與數(shù)字部分隔離開來，以提高抗干擾能力。該文采取將電源和地單點相接的方法，用一個零歐姆電阻將模擬電源與數(shù)字電源及模擬地與數(shù)字地隔開。

由于單片機(jī)是3.3V供電，而A/D的輸出是5V的電平，控制CD4051也需要5V的電壓，因此，設(shè)計中采用了74LVC245ADR實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。74LVC245是一個可以選擇電平轉(zhuǎn)換方向的電平轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)DIR接高電平時候，是從A端的5V轉(zhuǎn)換到B端的3.3V，而當(dāng)DIR接低電平的時候，是從B端的3.3V轉(zhuǎn)換到A端的5V。

TGC的總體調(diào)節(jié)由旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)。其電路設(shè)計如圖6所示旋轉(zhuǎn)編碼器的A端接在單片機(jī)的外部中斷管腳上，EB端接單片機(jī)普通I/0，采用下降沿觸發(fā)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器時，會產(chǎn)生一個下降沿的中斷，判斷B端的高低電平就可以知道是正傳或者反轉(zhuǎn)。如果為高電平則為正轉(zhuǎn)，否則為反轉(zhuǎn)。

2.3 單片機(jī)與FPGA系統(tǒng)

在該TGC設(shè)計方案中，單片機(jī)和FPGA是整個系統(tǒng)的處理核心，常用的單片機(jī)類型多種多樣，考慮到開發(fā)的容易和安全性能，采用加密性較強(qiáng)的STC12LE5A60S2單片機(jī)，為傳統(tǒng)8051單片機(jī)劃時代升級換代產(chǎn)品，管腳完全兼容，可以直接取代傳統(tǒng)89C51/89S51系列單片機(jī)，單時鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12 倍。FPGA則選用ACTEL公司IGLOO系列的AGL060，該以Flash為工藝為基礎(chǔ)功，可重編程FPGA，不需要配置芯片，上電即可運(yùn)行，低功耗，安全性高。

3 結(jié)束語

采用FPGA和單片機(jī)加輔助電路相結(jié)合的方式完成數(shù)字B超TGC，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)展，靈活性高的特點，電路設(shè)計中盡可能采用集成器件具備較好的抗干擾性能，能很好滿足應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮若.超聲診斷設(shè)備原理與設(shè)計[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1993.

數(shù)字電路設(shè)計知識范文第2篇

【關(guān)鍵詞】Multisim10；數(shù)字電路；項目教學(xué)

一、引言

《數(shù)字電路》是高校電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著集成電路制造技術(shù)的迅速發(fā)展，中、大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路在各個領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，它已成為國民經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大推力，這對相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，在實際教學(xué)過程中，不宜采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，應(yīng)該嘗試一種新的教學(xué)方法，我們在對傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)進(jìn)行了深入的分析、研究之后，在數(shù)字電路教學(xué)中引入了德國“以培養(yǎng)關(guān)鍵能力為核心”的項目教學(xué)法。在項目教學(xué)的實施過程中，輔以仿真軟件Multisim10，通過計算機(jī)強(qiáng)大的輔助設(shè)計計算能力，提高電路設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性；通過仿真，學(xué)生可以根據(jù)需要任意調(diào)整所設(shè)計電路的各項參數(shù)，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、項目教學(xué)法在數(shù)字電路課程中的應(yīng)用

項目教學(xué)法萌芽于歐洲的勞動教育思想，最早的雛形是18世紀(jì)歐洲的工讀教育和19世紀(jì)美國的合作教育，經(jīng)過發(fā)展到20世紀(jì)中后期逐漸趨于完善，并成為一種重要的理論思潮。2003年7月德國聯(lián)邦職教所制定以行動為導(dǎo)向的項目教學(xué)法，其特點是把整個學(xué)習(xí)過程分解為一個個具體的工程或事件，設(shè)計出一個個項目教學(xué)方案，按行動回路設(shè)計教學(xué)思路，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。

《數(shù)字電路》的主要知識點包括：組合邏輯電路、時序邏輯電路、555定時器極其所構(gòu)成的電路、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、存儲器等[1]，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，數(shù)字電路課程都是按照上述知識點授課，這樣的授課體系由于目標(biāo)不明確，學(xué)生普遍反映數(shù)字電路課程內(nèi)容龐雜、頭緒紛亂、枯燥無味、無所適從，因此在學(xué)習(xí)過程中容易喪失興趣與信心。而在項目教學(xué)中，我們結(jié)合數(shù)字電路課程實踐性強(qiáng)的特點，將整門課程圍繞項目展開，根據(jù)項目的開發(fā)過程來安排授課內(nèi)容，將數(shù)字電路的各個知識點拆開，插入到項目的開發(fā)過程中，引導(dǎo)學(xué)生邊做邊學(xué)，在實踐中學(xué)習(xí)理論知識。教師不再把知識技能的傳遞作為教育的唯一目標(biāo)，或者說不是簡單地讓學(xué)生按照教師的安排和講授去得到一個結(jié)果，而是在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生邊做邊學(xué)，把看到的、聽到的、手上做的結(jié)合起來，通過在數(shù)字電路課程中采用項目教學(xué)法有效地建立起課堂與生產(chǎn)實踐之間的聯(lián)系。我們在設(shè)計項目時，力求教學(xué)過程模擬真實的工作過程，體現(xiàn)項目教學(xué)法整個過程的真實性，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有針對性和實用性。以組合邏輯電路的學(xué)習(xí)為例，我們針對知識點和學(xué)生實際情況提出兩個項目：項目一、三人表決器的設(shè)計與制作；項目二、搶答器的設(shè)計與制作。項目一比項目二容易，涉及的知識點較少，用到學(xué)生原有的知識較多，便于學(xué)生接受。項目一的主要作用是引入數(shù)字電路，讓學(xué)生對數(shù)字電路有一個初步的認(rèn)識和了解，熟悉數(shù)字電路的分析、設(shè)計和制作步驟，為項目二的進(jìn)行打下基礎(chǔ)；項目二則是一個綜合的組合邏輯電路實例，擴(kuò)寬了知識面和項目深度。當(dāng)然，我們還可根據(jù)學(xué)生的實際情況拓展其他相關(guān)的一些項目。學(xué)生在項目產(chǎn)品的制作過程中，通過自行設(shè)計電路，安裝，調(diào)試電路，提高運(yùn)用理論解決實際問題的能力，使每個成員專業(yè)知識、專業(yè)技能、工作能力和團(tuán)隊精神得到提高和發(fā)揮，因此在數(shù)字電路課程中實施項目教學(xué)法可以更好地完成高職院校的培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生的實踐能力和專業(yè)技能。

三、Multisim10軟件介紹

Muhisim10軟件是一種專門用于電子電路設(shè)計與仿真的軟件，以Windows為操作平臺，具有豐富的元件型，可以進(jìn)行電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入，能夠完成仿真和分析功能，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計[2]。

Multisim10具有以下特點：系統(tǒng)高度集成，界面直觀，操作方便；支持模擬電路、數(shù)字電路以及模擬/數(shù)字混合電路的設(shè)計仿真；電路分析手段完備；提供多種輸入/輸出接口。

四、Multisim10在數(shù)字電路項目式教學(xué)中的應(yīng)用

針對高職學(xué)生基礎(chǔ)薄弱的特點，我們在設(shè)計教學(xué)項目的時候遵循由簡到繁、由易到難的原則，通過分析課程知識和操作技能的要求，并結(jié)合學(xué)情，確立最合適的項目。在初學(xué)時可以用一些比較簡單的項目，隨著學(xué)習(xí)的深入，逐步增加項目的復(fù)雜度，在保持學(xué)生的自信心的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。應(yīng)用Multisim10軟件可以經(jīng)濟(jì)方便的進(jìn)行項目開發(fā)，很好的支持了數(shù)字電路項目式教學(xué)。

下面以“四人智力競賽搶答器電路的設(shè)計”為例，介紹在Multisim10軟件中如何完成數(shù)字電路項目。

1.下達(dá)項目教學(xué)任務(wù)

設(shè)計一個四人智力競賽搶答器電路，要求智力競賽搶答器電路能識別出4位數(shù)據(jù)中的第一位到來的數(shù)據(jù)，而對隨后到來的其它數(shù)據(jù)不再作出響應(yīng)，至于哪一位數(shù)據(jù)到來，通過LED指示。

2.學(xué)生通過查資料、自學(xué)、相互討論、合作協(xié)調(diào)，完成

（1）四人智力競賽搶答器電路設(shè)計；

（2）Multism10仿真，驗證設(shè)計電路的正確性。

在項目的實施過程中，教師一定要把握好指導(dǎo)的尺度，更多地放開手讓學(xué)生成為項目完成的主體，這樣能充分鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，并指導(dǎo)學(xué)生對項目進(jìn)行拓展和延伸。

圖1是學(xué)生設(shè)計的四人智力競賽搶答器電路，通過此仿真電路優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，形象地模擬四人搶答，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，效果良好。通過實際電路的焊接調(diào)試，培養(yǎng)了學(xué)生的操作技能。整個過程培養(yǎng)了學(xué)生從理論到實際、理論聯(lián)系實際的能力，實現(xiàn)了理論實踐一體化的教學(xué)目標(biāo).充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，大大提高了學(xué)生的動手能力。

總之，通過Multisim10仿真，學(xué)生不僅明白了設(shè)計方法，更清楚了數(shù)字電路的功能，加深了對理論的理解，建立起動態(tài)、形象、直觀的感性認(rèn)識；所以，在項目實施過程中要求學(xué)生設(shè)計好電路之后，使用仿真軟件進(jìn)行電路仿真、調(diào)試，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以以得出最佳、最優(yōu)的電路設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)

數(shù)字電路設(shè)計知識范文第3篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；VerilogHDL；FPGA；EDA；教學(xué)改革

中圖分類號：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0177-02

The teaching reform and practice of digital logic taking verilogHDL as the key points

ZHAO Tian-xiang， HE Jin-zhi

（Nanyang Institute of Technology， Nanyang 473000， China）

Abstract：Aiming at the backward methods and old content in the traditional digital logic course， the reform and practice of the digital logic teaching with VerilogHDL and FPGA as the key points are carried out， and the new teaching mode of the experiment drive is discussed. Not only make the students come into contact with the latest digital circuit design method， but also make it have a wide range of application prospects of the new skills. The students in the completion of this course， can really do the design， application.

Key words： Digital logic； VerilogHDL； FPGA； EDA； teaching reform

承擔(dān)《數(shù)字邏輯》這門課兩個學(xué)期了，我發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不適合現(xiàn)在社會的發(fā)展，并對此進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容的改革。在傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，邏輯表達(dá)式、真值表和波形圖等這些老舊的數(shù)字電路設(shè)計方法，是教學(xué)的重點。而CPLD、FPGA和VHDL、VerilogHDL等現(xiàn)代化的數(shù)字電路設(shè)計方法僅僅是一個簡單的介紹。這樣的數(shù)字邏輯課程學(xué)完后，學(xué)生僅僅是對數(shù)字電路的設(shè)計有所了解，至于設(shè)計是無從談起的，現(xiàn)在用邏輯表達(dá)式、真值表和波形圖等去設(shè)計一個數(shù)字電路簡直是可笑的。于是，我決定把基于VerilogHDL和FPGA的現(xiàn)代化的設(shè)計方法作為教學(xué)的重點，這樣使學(xué)生學(xué)完這門課程后，真正能做設(shè)計，做應(yīng)用。

1 VerilogHDL簡單易學(xué)

VerilogHDL是一種硬件描述語言，使用這種語言只需要把我們想設(shè)計的數(shù)字電路的功能或結(jié)構(gòu)描述出來，然后由計算機(jī)輔助電路設(shè)計軟件綜合出實際可用的數(shù)字電路出來。完全不用像傳統(tǒng)的設(shè)計方法那樣，用邏輯表達(dá)式或真值表那樣一個邏輯門一個邏輯門的去設(shè)計。傳統(tǒng)的設(shè)計方法，費(fèi)時費(fèi)力，在門數(shù)比較少的時候還可以。但在現(xiàn)在動輒數(shù)億門的集成電路設(shè)計中幾乎是不可能的。使用計算機(jī)輔助電路設(shè)計軟件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計是時展的必然。

使用計算機(jī)輔助電路設(shè)計件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計就必須要用硬件描述語言，現(xiàn)在主流的硬件描述語言主要有兩種，一種是VHDL，一種是VerilogHDL。VerilogHDL的風(fēng)格非常接近計算機(jī)軟件語言中的C語言，因此VerilogHDL比前者更容易被計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生接受和理解。VerilogHDL和VHDL都是IEEE標(biāo)準(zhǔn)，功能和性能上沒有太大的差異，在國內(nèi)使用Verilog HDL的用戶也比較多，因此我決定以VerilogHDL作為這門課的編程語言。VerilogHDL在語法，數(shù)據(jù)類型，控制語句等方面和C語言都有較多的相似性，學(xué)過C語言的計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生很容易就可以理解和掌握這門語言。

VerilogHDL需要在計算機(jī)輔助電路設(shè)計軟件中使用，現(xiàn)在這種軟件已經(jīng)非常成熟。我們使用的是Altera公司開發(fā)的Quartus II軟件，Altera公司是世界第二大FPGA廠商，其產(chǎn)品在國內(nèi)有廣泛應(yīng)用。FPGA是現(xiàn)場可編程邏輯陣列，可以通過編程變成我們想要的任意電路。我們用VerilogHDL做出設(shè)計，由Quartus II綜合出電路，如圖1所示。然后下載到FPGA，由FPGA實現(xiàn)驗證，最后由半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)出來使用。也可以直接使用FPGA，使用FPGA和使用專用芯片幾乎沒什么差別。

圖1 Quartus II綜合VerilogHDL設(shè)計生成的電路原理圖

2 實驗驅(qū)動的教學(xué)模式

我在教學(xué)中采用實驗驅(qū)動的教學(xué)模式，即通過大量可驗證的實驗，逐步把知識傳授給學(xué)生。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師往往從基本的語法，原理講起，等語法，原理講完了，再講復(fù)雜的應(yīng)用。結(jié)果，前期講理論時，學(xué)生覺得非?？菰?，后期講應(yīng)用時，前面的理論又忘得差不多了，教學(xué)效果不理想。實驗驅(qū)動的教學(xué)模式即把理論教學(xué)和應(yīng)用教學(xué)結(jié)合起來，穿插起來。前期不純講理論，而是以簡單的實驗，把理論融入實驗，一一驗證。每一個實驗都是一個較為完整的應(yīng)用，都可以通過軟硬件驗證，這樣可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由簡單到復(fù)雜，每一次實驗都會有一些收獲，跨度也不大，逐步深入，而且每一次實驗都印證了學(xué)科的實用性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和動力。

這些實驗可以通過軟件或硬件來驗證，在Altera公司的Quartus II軟件中自帶了一個由Mentor Graphics公司為Altera定制的ModelSim-Altera軟件。ModelSim-Altera是一個仿真分析軟件。VerilogHDL包括分析測試的功能，我們寫出的實驗例程可以包含一個測試模塊。在測試模塊中，我們可以通過對輸入端口賦值，設(shè)置時間點，對實驗進(jìn)行充分的測試驗證。在ModelSim-Altera仿真過程中，可以輸出虛擬示波器波形，對這些波形進(jìn)行分析可以查找錯誤，驗證功能。ModelSim-Altera還提供了豐富的系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù)幫助我們分析電路功能，可以按時間點輸出監(jiān)控的參數(shù)數(shù)值。

ModelSim-Altera雖然是一個簡單實用的好工具，但仿真還是有一些局限性的。這時候，一塊FPGA的開發(fā)板就非常重要了。我們寫的VerilogHDL設(shè)計，下載到FPGA開發(fā)板中，以硬件的方式進(jìn)行驗證，親眼看到，非常有說服力。使用FPGA開發(fā)板還可以進(jìn)行非常實用的應(yīng)用開發(fā)，比如紅外遙控、視頻編碼、VGA輸出等。

3 FPGA應(yīng)用前景廣泛

使用VerilogHDL和FPGA不僅使數(shù)字電路設(shè)計簡單方便，而且對于小規(guī)模的應(yīng)用，我們根本就不需要把電路生產(chǎn)出來，直接把設(shè)計寫入FPGA，直接用FPGA就行了。FPGA相對于單片機(jī)等傳統(tǒng)控制器，有很多優(yōu)點。例如：FPGA可以生成任何電路，大大簡化了控制器周邊的復(fù)雜度，一些譯碼器、編碼器等芯片不需要了，降低了成本，提高了可靠度。FPGA純硬件運(yùn)行，沒有CPU執(zhí)行延時，響應(yīng)速度非?？?。在一些實時性要求非常高的場合有著傳統(tǒng)控制器無法比擬的優(yōu)勢。比如：實時的視頻采集，高速運(yùn)動裝置的控制等。

4 結(jié)束語

以VerilogHDL和FPGA為重點的數(shù)字邏輯課程教學(xué)改革，經(jīng)過我這兩個學(xué)期的實踐，使原本邊緣化的一門傳統(tǒng)課程，煥發(fā)出新的活力。不但使學(xué)生接觸到最新的數(shù)字電路設(shè)計方法，而且使學(xué)生掌握了一門有廣泛應(yīng)用前景的新技能，為其以后的發(fā)展又增添了一條新的選擇。今后我將繼續(xù)在實用化，現(xiàn)代化的教學(xué)實踐中探索前進(jìn)。

⒖嘉南祝

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數(shù)字電路設(shè)計知識范文第4篇

關(guān)鍵字：Multisim10；數(shù)字電路；仿真

數(shù)字電路課程是我國高職院校電子、通信、自動化、計算機(jī)等同類型工科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，地位十分重要。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，對該課程的教學(xué)手段也提出了新的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)手段已不能滿足人才培養(yǎng)質(zhì)量的需要。本文將在教學(xué)中引入當(dāng)今世界上著名的電路仿真標(biāo)準(zhǔn)工具M(jìn)ultisim 10進(jìn)行教學(xué)，通過將枯燥的知識形象化，復(fù)雜的問題簡單化，增加學(xué)生的動手能力，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

1 數(shù)字電路課程特色及當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字電路課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念，理解數(shù)字邏輯電路的工作原理，掌握數(shù)字邏輯電路的分析和設(shè)計方法，熟悉相應(yīng)的實驗技能，培養(yǎng)解決數(shù)字邏輯問題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和開展電路設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)。該課程所具有的“核心性”、“基礎(chǔ)性”、“專業(yè)性”、“大面積性”及實驗教學(xué)所具有的“直觀性”、“實驗性”、“科研性”、“綜合性”等特點，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中占舉足輕重的地位。因此，數(shù)字電路課程的教學(xué)如何達(dá)到良好的效果是各高校該課程教師不斷探索的關(guān)鍵點。

從課程本身和教學(xué)環(huán)節(jié)來講，數(shù)字電路課程具有內(nèi)容多、更新快、實踐性強(qiáng)，且有實驗設(shè)施不足、課時相對較少的特點。從授課方式看，多數(shù)教師的教學(xué)方法還是“教師講學(xué)生聽，教師做學(xué)生看”的傳統(tǒng)教學(xué)方式，學(xué)生的興趣不濃，積極性不高。從學(xué)生的情況來看，高職學(xué)生自身基礎(chǔ)知識薄弱，很多同學(xué)認(rèn)為數(shù)字電路比較枯燥、抽象且難理解，從一開始就對這門課沒有信心。特別是近幾年，各高校工科專業(yè)文理兼收的生源，既給基礎(chǔ)不一的學(xué)生增加了學(xué)習(xí)的難度和壓力，也給任課教師提出了新的課題。

2 Multisim的主要功能和特點

Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的在Windows下運(yùn)行的電路設(shè)計和仿真分析軟件，它將電路原理圖、電路仿真及PLD設(shè)計三者合一，利用該軟件可以建立模擬、數(shù)字及其混合電路，并進(jìn)行仿真。其特點是：易學(xué)，實用性強(qiáng)，界面簡潔，元件庫齊全，仿真功能強(qiáng)大，支持遠(yuǎn)程控制。學(xué)生普遍反映電子類課程難學(xué)，主要問題是概念抽象、課程教學(xué)的直觀性差。隨著多媒體教學(xué)的普及，在教學(xué)中引入電路設(shè)計和仿真分析軟件Multisim 10在課堂進(jìn)行演示，可以解決數(shù)字電路課程概念抽象、課程教學(xué)直觀性差等普遍問題，達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效果【1】。

3 Multisim10在教學(xué)中的應(yīng)用實例

3.1 實例一：驗證JK觸發(fā)器的邏輯功能

3.1.1 原理圖。JK觸發(fā)器是數(shù)字電路教學(xué)中的重難點，電路如圖1所示。

圖1 JK觸發(fā)器電路圖

3.1.2 在Multisim10中創(chuàng)建電路

(1) 在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74系列，選中JK觸發(fā)器7473N。

(2) 在元(器)件庫中單擊Sources(信號源)，選中方波發(fā)生器V2、電源V1和地。方波發(fā)生器V2設(shè)置電壓為5V，頻率1 kHz。電源V1設(shè)置電壓為5V。

(3) 在元器件庫中單擊Basic(基本元器件)，然后單擊SWITCH，再單擊SPDT，選取開關(guān)J1、J2和J3。為了便于控制，選擇不同字母符號或者數(shù)字符號來表示對應(yīng)的開關(guān)的開關(guān)鍵。J1用空格鍵控制，J2用A鍵控制，J3用B鍵控制。

(4) 在儀器庫中選取邏輯分析儀。

(5) 在圖3中，JK觸發(fā)器的輸入端1J、1K，清零端1CLR分別由開關(guān)J1、J2、J3控制。CLR是清零端，低電平時清零。時鐘1CLK由信號源方波發(fā)生器V2提供。為了便于觀察，可將時鐘信號1CLK、JK觸發(fā)器輸出信號Q和分別接邏輯分析儀的管腳1、2、3。

3.1.3 觀測輸出

通過三個開關(guān)改變輸入數(shù)據(jù)，按對應(yīng)開關(guān)的開關(guān)鍵符號，即可改變開關(guān)位置，從而改變輸入數(shù)據(jù)，電源V1和地分別表示數(shù)據(jù)1和0。

(1) 改變開關(guān)J3，使1CLR=0，觀測清零，輸出波形如圖2所示?？梢娸敵鯭清零。

圖2 輸出波形

(2) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=0，輸出波形如圖2所示?？梢娸敵鯭保持原態(tài)。

(

3) 清零端ICLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=0，K=1，輸出波形如圖2所示。可見輸出Q置0。

(4) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=1，K=0，輸出波形如圖3所示。可見輸出Q置1。

圖3 J=1，K=0時的輸出波形

(5) 清零端1CLR=1，改變開關(guān)J1、J2，使J=K=1，輸出波形如圖4所示?？梢娸敵鯭翻轉(zhuǎn)。

圖4 J=K=1時的輸出波形

通過上例，可知利用Multisim軟件進(jìn)行仿真分析的基本步驟為：根據(jù)原理和設(shè)計需要，創(chuàng)建仿真電路原理圖，然后根據(jù)實際情況設(shè)置好電路圖選項，設(shè)定仿真分析方法，打開仿真開關(guān)，運(yùn)行所設(shè)計好的電路，借助仿真儀器，即可得到仿真結(jié)果，同時還可以對輸出的文件和數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析處理【2】。

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，講解本文所列JK觸發(fā)器的邏輯功能，照本宣科讓學(xué)生自由發(fā)揮想象去學(xué)習(xí)的較多。在條件好的高職院校，大多數(shù)只能通過多媒體給學(xué)生展示電子教案，學(xué)生感知到的只是靜態(tài)。縱然加上動畫效果，保證了形象、直觀，學(xué)生卻不能親自設(shè)計電路，對知識的掌握存在局限性。那么，使用Multisim10仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，利用其仿真效果，幫助學(xué)生加深對理論知識的理解和對重難點問題的掌握，使教學(xué)內(nèi)容更加形象、直觀、完善，課堂教學(xué)更加生動，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性明顯提高。特別是作者在機(jī)房上課時，學(xué)生主動參與使用Multisim10軟件進(jìn)行設(shè)計和演示，思考問題、解決問題的能力明顯增強(qiáng)，對增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力，提高教學(xué)效果起到了有利的促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語

通過將Multisim10軟件應(yīng)用在數(shù)字電路課程教學(xué)中的改革，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中實驗條件有限、生源知識基礎(chǔ)不一、學(xué)生參與少等問題，提高了教學(xué)效果。當(dāng)然，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路課程的教學(xué)方法和手段也將不斷改革，教師需要不斷尋求最適合學(xué)生的教學(xué)模式，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)出與時俱進(jìn)的高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張寧;;基于Multisim的電子線路分析與仿真[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年02期

[2] 鼓燕標(biāo);;Multisim2001在電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用;職業(yè)教育研究;2005年第10期

作者簡介：

數(shù)字電路設(shè)計知識范文第5篇

1、課程目標(biāo)

使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才所必需的電子電路邏輯設(shè)計基本知識和靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路實現(xiàn)邏輯功能的基本技能；為學(xué)生全面掌握電子設(shè)計技術(shù)和技能，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)職業(yè)變化的適應(yīng)能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力打下一定基礎(chǔ)；通過項目的引導(dǎo)與實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、敬業(yè)愛崗和吃苦耐勞的品德和良好職業(yè)道德觀。本課程目標(biāo)具體包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

（1）知識目標(biāo)：熟悉數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、術(shù)語，熟悉邏輯代數(shù)基本定律和邏輯函數(shù)化簡；掌握門電路及觸發(fā)器的邏輯功能和外特性；掌握常用組合邏輯電路和時序電路的功能及分析方法，學(xué)會一般組合邏輯電路的設(shè)計方法（用SSI和MSI器件），學(xué)會同步計數(shù)器的設(shè)計方法；熟悉脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的工作原理及其應(yīng)用；了解A/D，D/A電路及半導(dǎo)體存儲器、PLA器件的原理及其應(yīng)用。

（2）能力目標(biāo)：具有正確使用脈沖信號發(fā)生器、示波器等實驗儀器的能力；具有查閱手冊合理選用大、中、小規(guī)模數(shù)字集成電路組件的能力；具有用邏輯思維方法分析常用數(shù)字電路邏輯功能的能力；具有數(shù)字電路設(shè)計初步的能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電路的興趣；培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的意識，培養(yǎng)學(xué)生自己查找資料能力。

2、課程定位

《邏輯設(shè)計》是計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)和電子信息類專業(yè)的一門重要硬件基礎(chǔ)課，其理論性和實踐性很強(qiáng)，尤其強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用。是現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)硬件電路、通信電路、信息與自動化技術(shù)的和集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的電子產(chǎn)業(yè)中數(shù)字電路具有較簡單又容易集成。通過本課程學(xué)習(xí)，熟悉小中大規(guī)模數(shù)字集成電路分析與應(yīng)用，突出數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用性，獲得數(shù)字電子技術(shù)必要的基本理論基本知識和基本技能；了解數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況，為后繼課程及從事相關(guān)工程技術(shù)工作和科研與設(shè)計工作打下一定基礎(chǔ)?！哆壿嬙O(shè)計》在電子信息專業(yè)課程的地位，表現(xiàn)在其先導(dǎo)課程為《電工電子技術(shù)》，要求學(xué)生掌握由分立元器件組成的電子電路的識別與檢測、與基本分析方法，掌握有關(guān)晶體管以及晶體管電路的分析方法等；其后續(xù)課程有《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》、《EDA技術(shù)應(yīng)用》等。學(xué)習(xí)集成電路芯片在計算機(jī)及相關(guān)電子設(shè)備中的應(yīng)用與作用。

二、邏輯設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容

1、教學(xué)內(nèi)容選取依據(jù)

（1）以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才為目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容選擇與組織突出“以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目主體--任務(wù)貫穿”為總體設(shè)計要求，在內(nèi)容的選取上，首先立足于打好基礎(chǔ)。在確?；靖拍?、基本原理和基本教學(xué)方法的前提下，簡化集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的講述，減少小規(guī)模集成電路的內(nèi)容，盡可能多地介紹中大規(guī)模集成電路及其應(yīng)用。以能力培養(yǎng)為主線，以應(yīng)用為目的，突出思路與方法闡述，力求反映當(dāng)今數(shù)字電子技術(shù)的新發(fā)展。

（2）在教材內(nèi)容編排上精心組合，深入淺出，做到概念清晰，邏輯設(shè)計思想嚴(yán)謹(jǐn)。教學(xué)實施中注重重點突出，層次分明，相互銜接，邏輯性強(qiáng)，以利于教學(xué)做一體化的整合。在講義上力求簡潔流暢，通俗易懂，便于學(xué)生自學(xué)。

（3）以實訓(xùn)項目為載體，采取任務(wù)驅(qū)動教學(xué)做一體化的實施，體現(xiàn)理論指導(dǎo)實踐，實踐深化理論的素質(zhì)養(yǎng)成目的。

（4）依據(jù)各學(xué)習(xí)項目的內(nèi)容總量以及在該門課程中的地位分配各學(xué)習(xí)項目的課時數(shù)。

（5）知識學(xué)習(xí)程度用語主要使用“了解”、“理解”、“能”或“會”等用來表述。“了解”用于表述事實性知識的學(xué)習(xí)程度，“理解”用于表述原理性知識的學(xué)習(xí)程度，“能”或“會”用于表述技能的學(xué)習(xí)程度。

2、教學(xué)具體內(nèi)容安排

表決器電路設(shè)計與制作，搶答器電路設(shè)計與制作，同步計數(shù)器電路設(shè)計與制作，方波發(fā)生器電路設(shè)計與制作，數(shù)字鐘電路設(shè)計與制作。

三、邏輯設(shè)計課程教學(xué)模式與手段

1、教材編寫

教材編寫體現(xiàn)項目課程的特色與設(shè)計思想，教材內(nèi)容體現(xiàn)先進(jìn)性、實用性，典型產(chǎn)品的選取科學(xué)，體現(xiàn)地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點，具有可操作性。呈現(xiàn)方式圖文并茂，文字表述規(guī)范、正確、科學(xué)。

2、教學(xué)模式

采取項目教學(xué)，以工作任務(wù)為出發(fā)點來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)過程中要注重創(chuàng)設(shè)教育情境，采取“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式，將知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)職業(yè)教育教學(xué)改革研究，優(yōu)化完善我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系。

3、教學(xué)方法

從教學(xué)手段、教案設(shè)計、教學(xué)思路、語言表述、教學(xué)資源等方面著手，對如何在課堂教學(xué)中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣開展教研。教學(xué)過程有進(jìn)行項目引導(dǎo)，任務(wù)貫穿，“提出問題”、“引導(dǎo)思考”、“假設(shè)結(jié)論”、“探索求證”，把握課程的進(jìn)度，活躍課堂氣氛，使大多數(shù)學(xué)生能夠獲得盡可能大的收獲。采用“發(fā)現(xiàn)法”教學(xué)方式，使學(xué)生建立科學(xué)的思維方法與創(chuàng)新意識。學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握依賴于學(xué)習(xí)者的實踐，課程組加強(qiáng)了對教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理；為使學(xué)生理解和有效掌握課程內(nèi)容，在堅持課外習(xí)題練習(xí)、輔導(dǎo)答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加隨堂練習(xí)、單元測驗等即時性練習(xí)環(huán)節(jié)，督促學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握已學(xué)知識點。

4、教學(xué)手段

充分利用掛圖、投影、多媒體等現(xiàn)代化手段，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間距離限制的優(yōu)勢，讓學(xué)生能夠最大限度的利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高，彌補(bǔ)課堂上未能及時消化吸收的部分內(nèi)容。教學(xué)過程中相應(yīng)教學(xué)班成立課程提高學(xué)習(xí)小組，任課教師課外指導(dǎo)該小組進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)及課外科技活動指導(dǎo)，達(dá)到因材施教的目的；一方面教師指導(dǎo)有興趣能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，特別是對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識的答疑指導(dǎo)，為能力強(qiáng)的學(xué)生提供發(fā)展空間，解決因課時數(shù)限制而無法在課堂上深入講授特定工程應(yīng)用專題的矛盾。也加強(qiáng)了教師與學(xué)生的互動，教師可以第一手了解學(xué)生對教學(xué)過程的反饋，改進(jìn)教學(xué)方法，利用學(xué)習(xí)好的學(xué)生帶動整個班級的學(xué)習(xí)，促進(jìn)良好班風(fēng)學(xué)風(fēng)的形成。探討當(dāng)前教學(xué)環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生課外學(xué)習(xí)能力的新模式。