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數(shù)字電路的基本原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：QDPSK；FPGA；調(diào)制與解調(diào)；Verilog

中圖分類號：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3868-03

1 概述[1-2]

在信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代，通信已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，對通信系統(tǒng)功能要求的不斷提高，極大地推動了通信技術(shù)和通信器件的發(fā)展。QDPSK（四相相對相位調(diào)控）作為一種寬帶和功率相對高效、低誤差率的相對相位調(diào)制技術(shù)，被廣泛用于衛(wèi)星通信、蜂窩電話等通信系統(tǒng)中。FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，理論上可以完成任何數(shù)字電路的設(shè)計，其自帶豐富的數(shù)字電路功能模塊，可無限次重復(fù)編程，已經(jīng)成為各種數(shù)字系統(tǒng)最重要的硬件載體。因此，結(jié)合QDPSK與FPGA的特點在FPGA上實現(xiàn)QDPSK通信，能省去環(huán)形濾波器、VCO等硬件電路，設(shè)計更為方便靈活，日益成為通信系統(tǒng)一種主流的設(shè)計方法。

2 QDPSK基本原理[1-2]

QDPSK（四進(jìn)制相對移相調(diào)制）是一種寬帶和功率相對高效率的信道調(diào)制技術(shù)，在自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)中得到了較多的應(yīng)用。QDPSK是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息即將輸入的絕對碼變換成相對碼，然后用相對碼對載波進(jìn)行絕對移相。此時的已調(diào)波形并不是原數(shù)字序列的調(diào)相信號波形，而是表示絕對碼變換成相對碼后的數(shù)字序列的調(diào)相信號波形。因此，QDPSK產(chǎn)生器僅在QPSK（四進(jìn)制絕對移相調(diào)制）串并轉(zhuǎn)換器后多加一個碼變換器就可以實現(xiàn)。

3.2 加擾算法

3.3 差分運算

為避免兩路信號在差分運算時產(chǎn)生毛刺，帶來誤碼，考慮到II、QQ兩路信號碼元長度是前級時鐘周期的兩倍，編寫程序時II、QQ兩路的時鐘采用相異的觸發(fā)方式，即一路采用上升沿觸發(fā)，另一路采用下降沿觸發(fā)。

4.2解差分運算

4.3解擾運算

6 結(jié)束語

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)與FPGA相結(jié)合使得數(shù)字通信技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，也是的通信技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)變得更方便、更簡單。該文提出的全數(shù)字QDPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)沒有考慮調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)的同步問題，其仿真、硬件驗證用的是同一個系統(tǒng)時鐘，但是，該系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊的技術(shù)解決方案，對實際通信系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬海武，劉毓.通信原理[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[2] 樊昌信.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2001.

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[4] 王天權(quán)，馮全源，徐小文.基于狀態(tài)機的OPSK全數(shù)字解調(diào)的實現(xiàn)[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報，2010，15（4）：18-21.

[5] 朱玉穎，楊小華，姚遠(yuǎn)程.QPSK數(shù)字解調(diào)與FPGA的實現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2010，43（7）：61-63.

[6] 曹蛟，周蕭.基于FPGA的QPSK調(diào)制解調(diào)的系統(tǒng)仿真[J].科技資訊，2011，18：14-15.

[7] 吳求應(yīng)，趙秋明，莫瑋.基于選相法的DOQPSK調(diào)制器設(shè)計[J].信息技術(shù)，2006（6）：19-22.

數(shù)字電路的基本原理范文第2篇

關(guān)鍵詞：計算機硬件；集成電路設(shè)計；教學(xué)改革

信息系統(tǒng)工程教育論壇我院計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)始建于1987年，歷經(jīng)20年的發(fā)展，為油田及相關(guān)企事業(yè)單位培養(yǎng)了大量的計算機應(yīng)用人才?！熬哂辛己玫目茖W(xué)素養(yǎng)，系統(tǒng)地、較好地掌握計算機科學(xué)與技術(shù)包括計算機硬件、軟件與應(yīng)用的基本理論、基本知識和基本技能與方法，能在科研部門、教育單位、企業(yè)、事業(yè)、技術(shù)和行政管理部門等單位從事計算機教學(xué)、科學(xué)研究和應(yīng)用”是本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)?；谶@個培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合目前計算機硬件技術(shù)最新發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，提出本硬件系列課改方案。

一、硬件系列課改的目的及意義

當(dāng)前，計算機在信息社會中充當(dāng)了重要角色，也是發(fā)展最為迅速的一門學(xué)科。隨著這門學(xué)科的不斷發(fā)展，目前，計算機核心技術(shù)愈來愈集中在集成電路芯片設(shè)計和軟件設(shè)計這兩項技術(shù)中，其中CPU和OS設(shè)計技術(shù)是最核心的兩項技術(shù)，特別是高性能計算機技術(shù)一直是衡量國家實力的一個重要標(biāo)志。在硬件系列課程里，培養(yǎng)學(xué)生CPU及相關(guān)硬件的設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新并能夠設(shè)計出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機部件的能力，是當(dāng)前計算機硬件課程重要的改革方向，也是目前社會迫切需要的計算機硬件人才[1]。因此，適應(yīng)當(dāng)前計算機硬件技術(shù)的發(fā)展及社會對計算機硬件人才的需求，及時調(diào)整硬件系列課程的培養(yǎng)方向，既有利于學(xué)生及時掌握最新的計算機硬件技術(shù)，又有利于學(xué)生及時把所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力，對擴大我院學(xué)生就業(yè)，樹立我院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生良好的社會形象意義深遠(yuǎn)。

二、硬件系列教學(xué)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

由于我國的制造業(yè)比較落后，一直以來，計算機硬件的核心技術(shù)未能被國內(nèi)掌握。相應(yīng)地，在計算機硬件教學(xué)中，像計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)等重要硬件課程，傳統(tǒng)上僅僅以講授、分析原理為主，且內(nèi)容不能適應(yīng)現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展[2]。國外一些知名大學(xué)非常重視計算機硬件的教學(xué)，美國的許多高校本科計算機專業(yè)中都無一不是安排了CPU設(shè)計方面的課程和實驗內(nèi)容。例如麻省理工學(xué)院計算機專業(yè)的一門相關(guān)課程是《計算機系統(tǒng)設(shè)計》，學(xué)生在實驗課中，須自主完成ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至實現(xiàn)流水線32位MIPS CPU和Cache等的設(shè)計。Stanford大學(xué)計算機系的本科生也有相似的課程和實驗。隨著計算機硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)開展硬件設(shè)計技術(shù)的條件已逐漸成熟，這主要得益于計算機硬件發(fā)展中的兩個重要技術(shù)，一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA的成熟，可以在一個芯片中通過編寫硬件描述語言設(shè)計CPU和全部的相關(guān)硬件電路，減輕了硬件芯片間連接的復(fù)雜性，同時消除了硬件制造的限制。二是硬件描述語言的成熟，以VHDL和Verilog VHDL語言為代表的硬件描述語言，可以通過編寫程序的方式來描述極其復(fù)雜的硬件電路邏輯，大大降低了以前采用手工方式設(shè)計硬件電路的復(fù)雜性。國內(nèi)的一些知名大學(xué)，在最近幾年里，也相應(yīng)地增加了硬件電路設(shè)計在教學(xué)中的比重，據(jù)我們了解，清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈工大、哈理工等一些學(xué)校，已經(jīng)修改了計算機組成原理及計算機體系結(jié)構(gòu)等方面的課程教學(xué)內(nèi)容，把利用CPLD/FPGA和硬件描述語言設(shè)計CPU及其相關(guān)硬件電路作為重要內(nèi)容加入到課程體系里，取得了良好的教學(xué)效果，大大加強了學(xué)生對計算機工作原理的理解及計算機硬件的設(shè)計能力，逐步實現(xiàn)了與發(fā)達(dá)國家高校計算機本科教育的接軌。

三、目前我院硬件系列教學(xué)現(xiàn)狀及不足

計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)硬件系列主要課程設(shè)置始于20年前，期間雖經(jīng)過部分調(diào)整，但基本教學(xué)內(nèi)容依然延續(xù)20年前的知識體系。按授課先后次序排列，這些課程包括：《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》、《計算機組成原理》、《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》、《計算機體系結(jié)構(gòu)》、《單片機原理及應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)》、《硬件課程設(shè)計》等7門。基于當(dāng)前硬件課程系列教學(xué)現(xiàn)狀，我們認(rèn)為存在以下的不足：1.從整體上看，硬件系列教學(xué)內(nèi)容過于強調(diào)基本原理和基本方法，缺少能夠驗證原理、實際實現(xiàn)這些原理及方法的手段，導(dǎo)致學(xué)生缺少動手能力，對原理和方法認(rèn)識模糊，會說不會做的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，創(chuàng)新能力較弱。2.《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》和《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》，這兩門課之間存在較大的聯(lián)系，在內(nèi)容上存在承上啟下的關(guān)系，前者是講述數(shù)字電路的基本概念、組合及時序電路的傳統(tǒng)分析設(shè)計方法，后者則介紹組合及時序電路的現(xiàn)代分析設(shè)計方法，基于目前的教學(xué)實際情況，可以合并成一門課講述。3.《計算機組成原理》和《計算機體系結(jié)構(gòu)》是計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)非常重要的兩門課，通過這兩門課的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生能夠設(shè)計簡單的CPU及相關(guān)的硬件電路，從而加深對基本原理、基本方法的理解，增強實際動手能力?；诂F(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段還無法達(dá)到上述目的。4.《單片機原理及應(yīng)用》和《嵌入式系統(tǒng)》兩門課存在較大的內(nèi)容交叉。這兩門課都是講述特定計算機在控制及嵌入式產(chǎn)品中的應(yīng)用，《單片機原理及應(yīng)用》這門課介紹的是8位機MCS-51的原理，《嵌入式系統(tǒng)》這門課介紹的是32位機ARM的原理，鑒于目前嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，建議取消《單片機原理及應(yīng)用》這門課，以避免課程內(nèi)容重復(fù)。5.《硬件課程設(shè)計》作為硬件系列的最后一門硬件設(shè)計課，學(xué)生已掌握了較豐富的軟硬件知識，因此應(yīng)該具備設(shè)計較復(fù)雜的硬件電路的能力，目前的設(shè)計內(nèi)容較簡單并與《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》課程實驗存在一定交叉，建議選擇有一定復(fù)雜度并較實用的設(shè)計內(nèi)容。從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運用硬件知識及硬件設(shè)計能力。

四、硬件系列教學(xué)新課改方案

針對我院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實際情況，在保證總的硬件教學(xué)學(xué)時不變的前提下，對硬件系列教學(xué)提出如下建議：1.課程合并：《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》是計算機組成原理等的先修課，為保證能及時開課，同時該課和《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》這門課有密切的聯(lián)系，合并為一門課，仍稱為《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》，并適當(dāng)增加學(xué)時，建議在大二上學(xué)期開課，取消《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》這門課。2.《計算機組成原理》：這門課改為《計算機組成及設(shè)計》，增加CPU及相關(guān)硬件電路設(shè)計內(nèi)容，在講清楚組成原理的基礎(chǔ)上，以設(shè)計為重點，建議在大二下學(xué)期開課。 3.《計算機體系結(jié)構(gòu)》：適當(dāng)增加設(shè)計內(nèi)容，原學(xué)時保持不變，建議在大三上學(xué)期開課。4.《單片機原理及應(yīng)用》：本課程取消，鑒于目前嵌入式系統(tǒng)涉及軟硬件知識較多，難以在一門課程中全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此另開設(shè)一門《嵌入式軟件開發(fā)》課程，重點講述如何設(shè)計編寫嵌入式軟件程序，建議在大三下學(xué)期開課。5.《嵌入式系統(tǒng)》：這門課作為《嵌入式軟件開發(fā)》的先修課，重點講述嵌入式系統(tǒng)的基本概念及方法、ARM處理器的硬件工作原理、接口、匯編語言等，而相關(guān)操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計等知識暫不涉及，建議在大三上學(xué)期開課。6.《硬件課程設(shè)計》：在設(shè)計題目中，引入嵌入式系統(tǒng)、FPGA及計算機組成等知識，適當(dāng)增加設(shè)計的綜合性和復(fù)雜性，建議在大四上學(xué)期開課。基于新的硬件系列課程體系，能夠有效理順課程之間的先后關(guān)系，并把硬件課程均勻分散到大學(xué)四年的學(xué)習(xí)中，同時對重要的課程及相關(guān)的知識進(jìn)行了加強，例如數(shù)字電路設(shè)計貫穿在整個硬件系列課程中；舍棄了過時的技術(shù)，增加了新技術(shù)的份量，例如去掉了單片機，加強了嵌入式系統(tǒng)。因此，我們認(rèn)為：調(diào)整后的硬件系列課程是較合理的，它吸收了當(dāng)前先進(jìn)的硬件設(shè)計技術(shù)，保證了知識的實用性，有一定的前瞻性。

五、結(jié)束語

高等教育是為學(xué)生提供專業(yè)技能和生存本領(lǐng)、服務(wù)社會的最后一站，教學(xué)內(nèi)容及方法直接關(guān)系到學(xué)生的未來發(fā)展。通過不斷教學(xué)改革，保持教學(xué)的先進(jìn)性和實用性一直是高教課改的目標(biāo)之一。通過這次課改，理順了我院硬件系列課程的教學(xué)關(guān)系，增強學(xué)生未來服務(wù)社會的競爭力，因此很有實際意義。

作者:李軍 崔旭 李建平 單位:1.東北石油大學(xué) 2.大慶市薩東第二小學(xué)

參考文獻(xiàn)

數(shù)字電路的基本原理范文第3篇

關(guān)鍵詞：Multisim仿真軟件；數(shù)字電路；電子技術(shù)實驗教學(xué)

作者簡介：鄭寬磊（1981-），男，湖北仙桃人，武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院，講師；陳柳（1979-），女，湖北丹江口人，武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院，講師。（湖北 武漢 430205）

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0166-02

隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會對高校工科電子類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力的要求越來越高。尤其對“數(shù)字電子技術(shù)”這門理論性和實踐性都很強的電子類專業(yè)重要專業(yè)基礎(chǔ)課而言，其對學(xué)生實踐能力的要求尤其高。實驗教學(xué)是該課程的重要環(huán)節(jié)，通過理論聯(lián)系實際能夠有效地訓(xùn)練、提高學(xué)生的動手能力。傳統(tǒng)的純硬件實物電路實驗教學(xué)由于存在諸多弊病，不少學(xué)校已經(jīng)著手改革這種實驗教學(xué)模式，采用仿真設(shè)計與硬件實物電路相結(jié)合的實驗教學(xué)模式，將虛擬電子仿真軟件Multisim應(yīng)用于電子技術(shù)的實驗教學(xué)中，為學(xué)生提供更加靈活方便的實驗環(huán)境，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，提高學(xué)生的綜合動手能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

一、Multisim 軟件的特點

Multisim是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）電子線路仿真軟件EWB（ElectronicsWorkbench，虛擬電子工作臺）的升級版。[1]它界面友好，簡單直觀，軟件易學(xué)易用。它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中?？梢苑抡婺M電路、數(shù)字電路和模數(shù)混合電路，具有和真實環(huán)境一致的可視化界面，整個操作界面就像一個實驗工作臺，與實際操作幾乎相同，深受廣大教師、科研人員及電子設(shè)計工作者的喜愛。Multisim的基本特點有：

1.采用直觀的電路圖輸入方式

繪制電路圖所需元器件以及仿真所需儀器儀表均是由軟件方法虛擬，可直接從圖形界面的工作平臺上選取，實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。

2.提供豐富的元器件庫

同時用戶也可以根據(jù)從生產(chǎn)廠商產(chǎn)品使用手冊中查到的元器件參數(shù)新建或擴充已有的元器件庫，因此也很方便地在工程設(shè)計中使用。

3.強大的虛擬儀器功能[2]

不僅提供有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源等，而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器等。并且所有儀器都與實物相似，所有儀器都可以多臺同時調(diào)用，為電路的仿真提供了強大的保證。

4.完整的分析方法

提供了電路瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件線性和非線性分析等十幾種電路仿真分析方法，這些分析方法基本能滿足一般電路分析設(shè)計的要求。

二、數(shù)字電路的設(shè)計性實驗舉例

一般來說，對一個設(shè)計性實驗電路進(jìn)行設(shè)計和仿真前，首先需要對電路的工作原理有初步了解，明確實現(xiàn)該實驗電路所描述邏輯功能所需要的模塊電路、每個模塊的具體功能，以及模塊之間的信號傳輸關(guān)系等等，了解這些后根據(jù)參數(shù)指標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)脑骷ㄟ^Multisim 軟件完成各模塊電路初步設(shè)計，然后經(jīng)過仿真觀察分析，邊選擇邊測試，邊修改邊比對，不斷從仿真的測試現(xiàn)象中分析判斷，直到設(shè)計出符合要求的電路。該實驗電路要求設(shè)計一個在時鐘脈沖控制下實現(xiàn)8位并行數(shù)據(jù)輸入到串行輸出的轉(zhuǎn)換電路，具體來說分兩步來實現(xiàn)：

1.繪制電路原理圖

整個電路分為三個功能模塊：LMC555定時器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖模塊、4位二進(jìn)制加法計數(shù)器74LS163構(gòu)成的計數(shù)器模塊以及數(shù)據(jù)選擇器74LS151構(gòu)成的并轉(zhuǎn)串電路模塊。電路設(shè)計采用模塊設(shè)計的方法分塊設(shè)計。

第一個模塊，可根據(jù)其設(shè)計指標(biāo)要求，選擇數(shù)字模擬混合型的中規(guī)模集成電路LMC555定時器，在其配上標(biāo)稱電阻R1=4.7K、R2=5.1K、標(biāo)稱電容C1=0.1μF構(gòu)造一個多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖信號，[2]根據(jù)理論公式T=0.7（R1+2R2）C1計算其振蕩頻率約為1KHz。

第二個模塊，要求在時鐘脈沖控制下將8位并行輸入的數(shù)據(jù)串行輸出，控制8位數(shù)據(jù)的脈沖信號很明顯是以8個時鐘脈沖為一個循環(huán)周期，因此可以設(shè)計一個8 進(jìn)制的計數(shù)器，可選計數(shù)器很多，這里選擇一款常用4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，其輸出端QDQCQBQA的狀態(tài)從0000～1111可以看成兩組，分別為0000～0111和1000～1111，只需取其低三位QCQBQA作為輸出時即可構(gòu)成一個8進(jìn)制的加法計數(shù)器。將555定時器所產(chǎn)生的時鐘脈沖信號送入到74LS163 芯片的時鐘脈沖輸入端，則其低三位QCQBQA計數(shù)從000～111共8 種計數(shù)狀態(tài)輸出到下一個模塊中。

第三個模塊，要實現(xiàn)8位并行數(shù)據(jù)輸入到串行輸出的轉(zhuǎn)換，選用八選一的數(shù)據(jù)選擇器74LS151顯然是最合適的，將第二個模塊74LS163輸出的低三位QCQBQA分別與數(shù)據(jù)選擇器74LS151的3個地址輸入端（通道選擇信號）CBA相連，即可實現(xiàn)整個電路是在時鐘脈沖控制下，計數(shù)器的低三位QCQBQA循環(huán)產(chǎn)生從000～111這8種狀態(tài)，74LS151的地址輸入端CBA在接收到這循環(huán)的8種狀態(tài)后，可以將8個并行輸入的數(shù)據(jù)通道上的數(shù)據(jù)從D0～D7（10100010）依次送到151的輸出端Y，實現(xiàn)了在時鐘脈沖控制下，將8位并行數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換為串行輸出。

以上三個模塊的分步設(shè)計完成后，整個電路原理圖的設(shè)計就完成了。有了原理圖，利用Multisim豐富的元器件資源就可以很快找到所需器件，排放好元器件后對各元器件進(jìn)行連接，修改必要的元器件參數(shù)及屬性，并標(biāo)注相應(yīng)元器件標(biāo)簽，電路原理圖如圖1所示，即完成了原理圖繪制。

2.完成電路的仿真分析

Multisim軟件提供了充足的虛擬儀器對電路進(jìn)行仿真分析，在數(shù)字電路仿真設(shè)計中常用到示波器、邏輯分析儀、字信號發(fā)生器和邏輯轉(zhuǎn)換器等等。本實驗可以分兩部分仿真：第一個模塊部分，為加深對555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的原理的理解和學(xué)習(xí)，這里可以用雙蹤示波器觀察555定時器的充放電電容C1兩端波形，以及其輸出的脈沖方波信號波形，示波器仿真波形圖如圖2所示。由圖可見，方波信號的頻率約為1ms，周期約為1KHz，充電時間大于放電時間，仿真波形與理論分析及公式計算一致。

第二個模塊計數(shù)器和第三個模塊數(shù)據(jù)選擇器，可以使用邏輯分析儀對計數(shù)器的時序波形和數(shù)據(jù)選擇器串行輸出的波形一起觀測，邏輯分析儀仿真時序圖如圖3所示，設(shè)定數(shù)據(jù)選擇器74LS151的8位并行數(shù)據(jù)輸入端D0～D7=10100010。由圖3可知，在時鐘脈沖作用下，計數(shù)器74LS163的低三位QCQBQA循環(huán)計數(shù)產(chǎn)生000～111這8種狀態(tài)，假設(shè)計數(shù)初始狀態(tài)為000時，即151的通道選擇信號CBA=000，此時D0被選通，151的輸出Y=D0=1，來一個CP脈沖上升沿后，計數(shù)狀態(tài)加1變?yōu)?01，CBA=001，此時D1被選通，151的輸出Y=D1=0。同理，依次第7個脈沖到來后，計數(shù)狀態(tài)變111時，此時D7被選通，151輸出Y=D7=0，由仿真時序圖可以明顯看出151的八位并行輸入的數(shù)據(jù)10100010在時鐘脈沖控制下，來一個時鐘脈沖上升沿送出一位數(shù)，8位并行輸入的數(shù)據(jù)一個接一個的串行送出來，當(dāng)?shù)?個脈沖到來時8位數(shù)據(jù)全部送出來，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)并行輸入到串行輸出的轉(zhuǎn)換。

通過Multisim軟件平臺仿真設(shè)計的并轉(zhuǎn)串電路滿足設(shè)計要求，接下來按照仿真連線在實驗箱或者面包板上進(jìn)行接線，采用這種先仿真后硬件實物電路相結(jié)合的實驗教學(xué)模式可極大地節(jié)省試驗時間，提高實驗效率。

三、Multisim應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)的優(yōu)點

與基于Multisim仿真軟件的這種虛擬電路設(shè)計方法不同，學(xué)生在進(jìn)行傳統(tǒng)的純硬件實物實驗時，這種設(shè)計性實驗一般都需要事先大量查找資料，理解原理，按照電路指標(biāo)要求估算元器件的具體參數(shù)，畫出粗略的硬件電路圖，在面包板或者實驗箱上直接搭建硬件實物電路，同時也只能用實驗室有限的示波器、頻率計和萬用表等儀器儀表進(jìn)行觀察分析，實際操作中這樣的設(shè)計性實驗連線一般較多，若所選用芯片不合適，電路設(shè)計本身就存在問題，或者哪個芯片有問題，又或者哪一根線不通，有時候很難檢查出具體問題，即便檢查出來可能硬件電路設(shè)計也要推到重來，那么在四個學(xué)時內(nèi)實驗結(jié)果很難做出，通過本校最近幾年數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計性實驗開設(shè)的情況觀察發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生往往會為了完成實驗任務(wù)直接照搬其他同學(xué)的電路設(shè)計或者要求老師直接給出可行的電路圖，然后只是機械按照硬件電路圖連線，最后實驗結(jié)果是出來了，但大多這樣的學(xué)生即便實驗做完了，可電路工作原理卻完全不懂，根本達(dá)不到通過開設(shè)設(shè)計性實驗鍛煉學(xué)生實際動手能力、培養(yǎng)他們分析問題和解決問題能力的目的。

相反，如果先用仿真軟件仿真，學(xué)生只需在了解基本原理后就可以選擇元器件在仿真軟件工作平臺上直接搭建電路，可以大膽實踐任意選擇芯片而不必理會材料消耗、實驗室經(jīng)費不足或是元器件損壞和老化等故障問題，可以把元件的所有可能的連接方式全部試驗并通過仿真分析把所有可能的結(jié)果直觀呈現(xiàn)出來，通過在計算機上反復(fù)地實驗，不斷實時得到不同的實驗結(jié)果仿真觀察和對比分析，選擇符合要求的元器件，設(shè)計出滿意的仿真電路，然后再在實驗箱或面包板上搭建硬件實物電路，通過實物電路驗證最后的實驗結(jié)果。這種虛擬電路的仿真設(shè)計方法給了學(xué)生更大的創(chuàng)造自由度和設(shè)計空間，同時也節(jié)省了實驗時間，讓學(xué)生可以把更多的時間用在電路的具體設(shè)計、仿真、糾錯和創(chuàng)新等方面，幫助學(xué)生更快、更好地理解和掌握數(shù)字電路的基本概念和基本原理，彌補傳統(tǒng)數(shù)字電路實驗教學(xué)純硬件實物實驗的諸多不足，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了他們綜合分析和設(shè)計的能力、排除故障的能力，培養(yǎng)了他們創(chuàng)新的能力和應(yīng)用開發(fā)的能力。

四、結(jié)束語

從以上設(shè)計和仿真分析過程可以看到，利用Multisim仿真軟件可以為數(shù)字電路實驗教學(xué)的改革帶來極大的幫助。將Multisim仿真軟件引入到數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中起到了打通理論教學(xué)與實踐教學(xué)的橋梁作用，通過這種先仿真后實物硬件電路相結(jié)合的實驗教學(xué)模式不僅可以使學(xué)生能更好地掌握電子技術(shù)的基本理論和技能，還能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，最終達(dá)到提高學(xué)生實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的目的。[4]但虛擬仿真也有其局限性，仿真軟件設(shè)計的虛擬電路仍需實物電路的驗證，因而在進(jìn)行電子技術(shù)實驗時除了需要將“虛擬”與“實物”相結(jié)合，還需遵循“理論導(dǎo)入，虛實結(jié)合，仿真設(shè)計，實物驗證”的實驗步驟。此外，Multisim仿真軟件還可以用在電工電子類課堂教學(xué)、電子技術(shù)課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計等方面，對提高學(xué)生實際動手能力和培養(yǎng)科技創(chuàng)新意識都有積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]郭文川.Multisim在電子類課程教學(xué)中的實踐[J].中國電力教育，2006，（4）：351-357.

數(shù)字電路的基本原理范文第4篇

關(guān)鍵詞 數(shù)字電路 教學(xué)理念 教學(xué)方法 創(chuàng)新教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Take Teaching Philosophy and Teaching Methods as the Starting Point to Promote Innovative Teaching of Digital Circuit Courses

BAI Xuemei， LIU Shuchang

（Electronics Experiment Teaching Center， Changchun University of Science and Technology， Changchun， Jilin 130022）

Abstract Digital circuit course is an important professional basic course of electrical specialty. In recent years， in order to highlight the basic digital circuit courses， engineering and advanced， has been engaged in various attempts of reform and innovation. But the premise of every innovative teaching should be based on teaching philosophy and teaching methods in-depth innovation， under the guidance of the right teaching philosophy， in the practice of appropriate teaching methods， we can promote innovative teaching of digital circuit courses.

Key words digital circuit； teaching philosophy； teaching methods； innovative teaching

0 引言

數(shù)字電路課程作為電氣信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，圍繞我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以突出其基礎(chǔ)性、工程性和先進(jìn)性的課程目標(biāo)，進(jìn)行課程建設(shè)和創(chuàng)新教學(xué)改革。通過數(shù)字電路課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的基本理論和方法的基礎(chǔ)上，能運用先進(jìn)的EDA 工具，結(jié)合工程應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)字電路和數(shù)字邏輯的分析與設(shè)計。數(shù)字電路課程開設(shè)在第四個學(xué)期，與先行課程電路分析、電子線路緊密結(jié)合展開拓展，并為后續(xù)課程微機原理等課程打下了堅實的基礎(chǔ)。其課程培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計的基本原理和基本方法；使學(xué)生能靈活運用所學(xué)原理和方法，自頂向下和/或自下向上地分析和設(shè)計數(shù)字邏輯系統(tǒng)；通過科學(xué)而系統(tǒng)的實驗訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生知識自我更新和不斷創(chuàng)新的能力。圍繞著這一教學(xué)目標(biāo)，課程的設(shè)計和教學(xué)實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)以先進(jìn)的教學(xué)理念和科學(xué)的教學(xué)方法為出發(fā)點，才能實現(xiàn)教學(xué)的創(chuàng)新性。

1 數(shù)字電路課程中先進(jìn)的教學(xué)理念

教學(xué)理念是人們對教學(xué)和學(xué)習(xí)活動內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識的集中體現(xiàn)，同時也是人們對教學(xué)活動的看法和持有的基本的態(tài)度和觀念，是人們從事教學(xué)活動的信念?，F(xiàn)代教學(xué)理念注重以學(xué)生、作業(yè)、活動為中心，以學(xué)為主，教師在教學(xué)過程中起輔助和引導(dǎo)的作用，學(xué)生擁有主動權(quán)。教師主要工作是設(shè)定情境，讓學(xué)生產(chǎn)生興趣，發(fā)現(xiàn)問題，并在教師引導(dǎo)下，探索研究問題，找出解決方法并進(jìn)行驗證的一系列過程。①

1.1 教學(xué)設(shè)計

數(shù)字電路課程包括理論教學(xué)和實驗教學(xué)。理論教學(xué)48學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時。同時，還有與課程相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)——數(shù)字電路課程設(shè)計（1周）。在課程教學(xué)過程中，從邏輯代數(shù)基礎(chǔ)出發(fā)，以組合邏輯電路、時序邏輯電路以及模數(shù)接口電路為重點，以邏輯電路的分析、設(shè)計和應(yīng)用為最終目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計能力。

1.2 教學(xué)內(nèi)容整合

根據(jù)數(shù)字電路課程體系和目標(biāo)要求，將課程劃分為若干個教學(xué)階段模塊，對各階段模塊進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)計；在教學(xué)過程中做到點與面的結(jié)合、深入淺出，既掌握電路的細(xì)節(jié)內(nèi)容又能充分把握各章節(jié)的知識體系。同時，把分章教學(xué)、階段教學(xué)和項目教學(xué)相結(jié)合，在教學(xué)中在充分體現(xiàn)各章節(jié)間統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，著重闡述各自的特殊性，強調(diào)工程觀點和整體設(shè)計概念，注重工程問題的處理方法，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，加深學(xué)生對課程的理解。在布局好本門課程的同時，還要重視與相關(guān)學(xué)科內(nèi)容的銜接，不斷深入研究和探索，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使本課程在教學(xué)中盡可能體現(xiàn)知識點與其他課程的關(guān)系，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ) 。

在教學(xué)過程中注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)，講授給學(xué)生的不僅僅是知識點，更是培養(yǎng)學(xué)生知識獲取能力和知識應(yīng)用能力。例如，在講到時序邏輯電路分析和設(shè)計時，無論是計數(shù)電路、序列信號產(chǎn)生電路、序列信號檢測電路，重點強調(diào)“狀態(tài)”的概念，進(jìn)而引入一些應(yīng)用實例，如彩燈設(shè)計電路、自動售貨機等，從一個整體的類別去講解，將課程講授提高到一個新的高度。而學(xué)生所收獲的不再是一個個孤立的電路和概念，而是一個整體的、有機結(jié)合的知識體系。學(xué)生會對數(shù)字電路課程的興趣劇增，對整體的設(shè)計方法有一個飛躍的認(rèn)識和提高。通過課程內(nèi)容的合理安排和整合，讓學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和設(shè)計數(shù)字電路的能力。更有意義的是，還可以提高學(xué)生的專業(yè)興趣。由傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生的思考能力和學(xué)習(xí)模式發(fā)生根本性的改變。

2 在數(shù)字電路教學(xué)中引入合適的教學(xué)方法

（1）采用多種教學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生的積極性和主動性。在理論教學(xué)中采用以老師講授為主，兼用啟發(fā)式、互動式和討論式等教學(xué)方法，體現(xiàn)老師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用。本課程注重培養(yǎng)學(xué)生邏輯抽象思維能力，并且邏輯設(shè)計的方法十分靈活，教師授課要注重啟發(fā)式教學(xué)，給學(xué)生思考的空間，使之能夠由此及彼，舉一反三。同時，在教學(xué)中強調(diào)采用互動式教學(xué)，克服學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面。課堂上不僅僅是教師提問學(xué)生，同時鼓勵學(xué)生隨時向教師提問。并適當(dāng)?shù)亟M織討論，讓學(xué)生提出自己的思想和方法，由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)的潛能，培養(yǎng)了學(xué)生的興趣與學(xué)習(xí)的能力。同時，合理利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，擴大學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

（2）注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實踐能力。數(shù)字電路與邏輯設(shè)計是一門實踐性很強的課程，理論與實踐的結(jié)合十分緊密。教師不僅要具有扎實的專業(yè)理論功底，也要具有較熟練的實踐技能。要求教師對本門課程的理論和實踐相結(jié)合的教材分析及過程組合的能力。②因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)該始終堅持理論與實踐的統(tǒng)一，二者相互促進(jìn)。一方面在學(xué)時安排上，理論課與實驗課銜接，實驗內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容互相滲透與加深，另一方面采用分層次教學(xué)，即采用驗證型、設(shè)計型及綜合型三層次教學(xué)，尤其是一些綜合開發(fā)實驗，不僅延伸了教學(xué)內(nèi)容，而且對理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用。同時，本課程既要掌握靈活的思維方法和系統(tǒng)的理論知識，又要強調(diào)工程實施能力的訓(xùn)練，讓學(xué)生了解理論設(shè)計方案與工程實施之間的距離，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實的作風(fēng)。

（3）課程中貫穿EDA軟件的應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力。在課程中注重引入新器件、新技術(shù)、新方法，在課程中貫穿EDA軟件的應(yīng)用，要求學(xué)生以自學(xué)和實驗為主掌握EDA軟件的使用方法。在綜合實驗和系統(tǒng)實驗中，要求利用EDA軟件進(jìn)行分析、設(shè)計、仿真，然后再具體實現(xiàn)，使學(xué)生學(xué)會電子電路先進(jìn)的科學(xué)的設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生自己解決問題的能力和創(chuàng)新意識。培養(yǎng)學(xué)生完整數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。自頂向下，設(shè)定好各個部分的功能要求，將學(xué)過的電路模塊自行組合，先在EDA仿真中軟件實現(xiàn)，然后下載到硬件電路中。也可以到硬件實驗室進(jìn)行純硬件電路的搭建，完成最終測試。

3 小結(jié)

數(shù)字電路課程創(chuàng)新教學(xué)的推進(jìn)，依靠各個方面的配合，也需要從各個角度去理解，但是只有從根本上解決教學(xué)理念和教學(xué)方法的革新，才能從真正意義上去推進(jìn)數(shù)字電路課程的創(chuàng)新教學(xué)。

注釋

數(shù)字電路的基本原理范文第5篇

1、計算機導(dǎo)論。

內(nèi)容提要：為新學(xué)生提供一個關(guān)于計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的入門介紹，使他們對該學(xué)科有一個整體的認(rèn)識。

2、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯。

內(nèi)容提要：介紹數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)的基本概念、分析方法和設(shè)計原理，包括開關(guān)理論基礎(chǔ)、組合邏輯、時序邏輯、可編程邏輯器件、數(shù)字系統(tǒng)等。

3、計算機組成原理與匯編語言。

內(nèi)容提要：以馮諾依曼計算機模型為出發(fā)點，介紹計算機的組織結(jié)構(gòu)和工作原理，剖析計算機的運算器、存儲器、控制器和輸入輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和相互關(guān)系。

4、計算機網(wǎng)絡(luò)。

內(nèi)容提要：介紹數(shù)據(jù)通信的基本概念和計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理，包括計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通信的基本方法和協(xié)議、計算機網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用協(xié)議。

5、計算機體系結(jié)構(gòu)。

內(nèi)容提要：研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，使同學(xué)在具有一定的軟硬件知識基礎(chǔ)上能綜合認(rèn)識計算機系統(tǒng)的軟硬件功能分配與各種不同結(jié)構(gòu)類型機器的特性和性能評價方法。

6、離散數(shù)學(xué)。

內(nèi)容提要：包括集合論、數(shù)理邏輯、圖論、組合數(shù)學(xué)等內(nèi)容，形式化的數(shù)學(xué)證明貫穿此課程。

7、算法分析與設(shè)計。

內(nèi)容提要： 本課程延續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)，從算法分析和設(shè)計的角度出發(fā)，除去傳統(tǒng)的分類查找算法和一般的設(shè)計方法外，主要內(nèi)容包括如下幾個部分，算法研究的理論基礎(chǔ)，遞歸分析技術(shù)，基本算法設(shè)計策略。

8、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)容提要：介紹線性表及其鏈接存儲結(jié)構(gòu)與算法、數(shù)組與矩陣、堆棧與隊列、廣義表的存儲結(jié)構(gòu)與多元多項式表示、串與文本編輯、排序、樹、圖、文件結(jié)構(gòu)。

9、編譯技術(shù)。

內(nèi)容提要：介紹編譯原理的理論和實踐，包括編譯程序設(shè)計、詞法分析、語法分析、符號表、聲明和存儲管理、代碼生成以及優(yōu)化技術(shù)。

10、操作系統(tǒng)。