数字电路实验十篇

数字电路实验篇1

关键词：数字电路；实验设计；实验过程

本文从提高教学效率、能力培养、学习兴趣三个方面对中职教育的数字电路实验环节进行了相关的设计。以期能够对我国数字实验教学环节中存在的相关问题在一定程度上进行解决。

一、精选教学内容，提高教学效率

“兴趣是最好的老师。”在数字电路教学中，经常会存在很多理论性的东西，这种理论性特别深的东西，对于学生来说，直接以普通的“课堂知识传授”方式进行教学，效果并不理想。好的教学内容能够培养学生的适应能力，因此，作为老师，应该精选教学内容，从而提高教学的效率，及时对实验内容进行充实、重组和更新。在实际的教学过程中理论联系实际，重视实例的讲述，让学生在具体的实例中了解相关理论的内涵。对于整体教学任务的讲述，教师可以把教学任务设计成一个或多个具体的、与实际相关联的技术支持点，从而将枯燥的知识转变为生动的技术实现，有利于学生理解和掌握所学知识，培养学生的创新应用能力。它将对学生的学习兴趣和学习效果都带来重大的影响。

二、用“设计性实验”取代“验证性实验”，以能力培养为根本目标

在数字教学的实验环节，常用的教学方式是由教师给出实验的准备、操作以及可能出现的结果，由学生来进行相关操作，这种机械化的教学方式，对于学生来说只是进行验证，不能激发学生的创新能力，造成学生“认死理”的现象比较严重，即只知对错，对于其他的开放性的实验环节没有思考。这种情况下，老师可以通过给出任务的方式，让学生自学，借助自身的创造力，发挥各自潜能，完成指定的任务，从而巩固和加深学生对理论知识的理解。这样学生经过对所接受的任务进行具体分析，可以掌握任务所涉及的内容、所需知识要点和难点，初步设立一个解决任务的大致步骤。同时经过借助图书资料、网络、其他人的思路和想法等汇总，确定具体的实验方案。在实验方案真正实施的过程中，学生的综合应用知识的能力将进一步得到锻炼。

三、用网络手段，发挥现代教育技术优势

随着我们科技的迅猛发展，用网络实施教学已经成为“数字电路实验”教学改革的内在需求。适当地利用网络、多媒体发挥现代教育的技术优势，使得我们的教学方式可以得到相应改善。作为老师可以建立一个相关的教学网站，将数字电路试验相关的课件、实验内容、教学计划全部到网站上，供学生查阅下载。学生还可以直接在网络上进行相关的测评，对老师的教学环节中的相关问题进行咨询，同时还可以提出建议，这样可以避免师生当面交流中存在的一些问题，比如：有的学生比较害羞、有的学生不敢向老师提出问题、不敢直接向老师质疑，等等。

四、改革考核方式，激发学习兴趣

课程考核是教学的环节之一，一个学生的整体表现将在课程的考核中得到充分体现。传统的考核多是以平时成绩+考试成绩来评定的，这样的考核方式存在平时成绩的不公平性和不公正性，以及期末考试的突击性的弱点。再加之应试教育的影响，我国的学生普遍比较重视成绩的高低，不把实践作为主体，只求一味地提高学习成绩，不注重实验过程和能力的提高。从而使得学生始终处于教学实践的客体地位，不利于发挥学生的能动性。为了避免这样的情况发生，可以将学生的最终考核分为三个部分，即实验预习、实验操作和实验报告三部分。在实验预习这一块中，可以预设分值为30分，其中包括对于实验原理、实验电路图、实验步骤拟定、数据记录表格设计等的预习，可以说这一部分是学生对数字电路实验的态度得分。在实验操作部分，预设分值为40

分，其中包括设备操作方法、实验结果的正确性、排除故障的能力等项目，这一部分就是学生在实际学习中的基本功。在接下来的实验报告中，预设分值为30分，其中包括实验原理与电路图、实验内容和过程的陈述、实验数据记录和处理、实验结果、实验方案的总结以及心得体会等部分。在为学生计算总成绩时，不要按照那种A、B、C、D等级的方式来划分，而是按照具体成绩来定，但是导向是让学生把主要精力放在平时的实验课题上，放在能力培养上，而不是在最后的考试中“押宝”，这样有利于培养良好的学风。通过这样的考核方式可以使学生的学习积极性得到了极大的提高，投入实验的时间增多了，动手能力增强了，实验操作以及实验报告的质量有了明显的提高。

我国数字电路实践教学在人才培养中有着基础性的作用，数字电路实验课的教学质量直接影响学生的学习积极性及学习效果。只有将电子科学技术发展的新变化、新趋势不断地融入数字电路实验教学实践中去，同时不断创新、不断接受外来挑战，才能够起到培养学生能力的最终要求，才能够适应社会对电子人才的需求。

参考文献：

[1]卢庆利.数字电路实验教学的发展趋势[J].实验室研究与探索，1997.

数字电路实验篇2

关键词：数字电路 EDA 设计系统 仿真

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0102-01

数字电路的发展经过了电子管、半导体分立器件以及集成电等几个阶段，与模拟电路发展类似，到上世纪六十年代，数字电路逐渐发展成为了由双极型工艺制成的小规模、中规模的逻辑器件。随着计算机技术的不断发展，微处理器的出现，到七十年代末，数字电路在性能上又发生了飞跃性的变化。

1 数字电路与EDA实验设计系统

1.1 数字电路

数字电路即是以数字信号来对数字量进行运算的电路，包括算术运算与逻辑运算。由于数字电路同时具有逻辑运算与处理的功能，因此也被称为逻辑电路，是由若干数字集成器件所构成的。随着数字电路中可编程逻辑器件PLD的出现，以及现场可编程门阵列FPGA的发展，数字电子技术规模不断扩大，而在结合相应软件后器件功能更加完善，使用更加灵活。

1.2 EDA实验设计系统

EDA实验设计系统即电子设计自动化，是一种用软件设计方式对电子系统到硬件系统进行设计的新的实验设计系统。该系统的设计载体为大规模可编程逻辑器件，设计工具包括计算机、大规模可编程逻辑器件的开发设计与试验系统开发软件等。EDA实验设计系统的应用实现了逻辑编译、逻辑分割，以及逻辑综合、化简与优化，同时也实现了逻辑布局与仿真，进而对特定的目标芯片进行适配编译、逻辑映射、编程下载，最终形成集成电子系统。

2 数字电路及EDA的应用及意义

2.1 数字电路及EDA的应用

随着数字电路的迅速发展，EDA在科研、教学、产品设计中的应用逐渐扩大，尤其是在教育领域，电子科技类高校几乎都上设置了EDA 课程，包括EDA概念、原理的学习，以及VHDL 描述系统逻辑方法和EDA电子电路模拟仿真实验的学习等等。高校教学中，可借助CPLD/ FPGA 器件进行课程设计、实验教学、设计竞赛与毕业设计等，进而提升实验设备与设计电子系统的经济性、可靠性、快速性，使之容易实现，方便修改，更多的提供学生践动手的机会，达到提高学生分析能力、思维能力、创新能力、动手能力以及设计开发能力。

通过电路模拟工具来完成对电路的设计、仿真与调试等应用，CPLD/ FPGA 器件的开发可直接应用到少量产品的芯片中，也能够在具体的仪器设备中使用，同时也可以应用到大批量产品的芯片前期开发中，尤其是机电产品的改造与升级，能够大幅度的提升产品的性能、质量、技术含量等。

2.2 应用意义

首先，EDA实验设计系统是现代电子设计的原动力。数字电路与EDA实验设计系统技术的掌握，对广大的高职学生、等学历的电子工程师来说意义重大，并且势在必行，只有与时俱进掌握EDA 技术，才能够有效地提升设计效率，参与到世界电子工业市场竞争中来，得以长远的发展。EDA实验设计系统的发展是电子设计、电子产品发展，以及电子产业的一项技术革命，这对电子类课程教学也提出了更高的要求。理工科的高校都开设了此类课程，特别是对电子信息类专业的学生而言，在日常的教学过程、毕业设计等都可以借助CPLD/FPGA器件，使试验设备具有高可靠性，设计出的电子系统经济快速。通过以上方面的训练，学生的实践动手能力乃至创新能力大大提升。

其次，EDA实验设计系统能够增加电子设计的核心竞争力。电子技术发展迅速，电子产品更新换代时间很短，而EDA作为电子产品开发的原动力，掌握好该技术能够增加电子设计的核心竞争力。EDA技术在科研、产品设计以及教学等方面都发挥着很大的作用。在产品设计方面，无论从微处理器到彩电音响等，EDA技术不单在前期的工作中如计算机模拟仿真等，也在电子设备研制与电路板制作等过程中有很大的作用。在科研方面，其目的是利用有效电路工具进行电路设计仿真，将某些元器件应用开发到仪器设备中，利用虚拟的仪器进行产品调试。在传统的机电产品开发升级过程中，CPLD/FPGA的应用可提高传统产品的性能，提高产品的市场竞争力。对于电子产品的研发而言，EDA技术是赋予产品的源源不断的生命力，是现代电子设计核心所在。

3 结语

随着电子技术全面的纳入了EDA的范畴，而各学科也因电子自动界限变得更加模糊与相互包容，尤其体现在以下几个方面：

（1）ASIC作为基于EDA实验系统设计工具的设计标准单元，已经在IP核模块以及大规模的电子系统中得以运用；（2）硬件与软件IP核在电子自动化行业不断发展；（3）电子设计成果可能以自主知识产权的模式予以明确的表达和确认。

参考文献

[1]谢良友.SZX数字电路实验箱.湖南师范大学自然科学学报.第18卷第2期.1995.6.

[2]周仲.国产集成电路应用500例北京：电子工业出版社出版，1988.

数字电路实验篇3

关键词：数字逻辑电路；立体化实验教材；实验报告

0 引言

教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》的第八条明确提出强化实践育人环节。制订加强高校实践育人工作的办法，强化实践教学环节，结合专业的特点和人才培养要求，分类制订实践教学标准，增加实践教学比重，确保各类专业实践教学必要的学分（学时），配齐配强实验室人员，组织编写一批优秀实验教材，提升实验教学水平。“十二五”以来，这些有关加强实验教学改革文件的出台，表明深化实践教学方法改革，加强学生实践能力和创新能力的培养，已经到了刻不容缓的地步。教育部指出，要把加强实践教学方法和人才培养模式改革作为专业建设的重要内容。加强实践教学，实验教材改革是改革教学内容和教学方法的关键一环，实验教材质量的好坏、水平的高低直接影响到学生的培养质量。

1 目前实验教材存在的问题

目前，我国高校实验教材整体上没有摆脱依附并服务于课程的格局，而且以单一的纸质实验教材为主，其他形式的实验资源比较匮乏，传统教材能满足系统化实验教学的需要，但在培养学生创新能力和实践能力方面存在明显的不足。近年来，很多高校对传统实验项目和内容进行了一系列改革，减少了验证性实验项目，增加了综合性、研究性和设计性实验项目，但仍然没有脱离课程体系，只是传统实验项目的修改与增删，还是按照原有的知识体系，配合理论教学而开展的辅实验教学活动，其目的仍然是为了强化理论教学，帮助学生巩固和掌握理论知识，没有把学习方法作为实验教学的重点加以重视。在实验教材的内容编排上还是按照实验目的与原理，操作步骤与方法这一传统教材的样式，并没有从引导、启发的角度进行组织，一些学校自己印刷的实验指导书，离正式出版还有一定的距离，也没有其他数字化的辅导性材料。总之，现在的实验教材，按照粗放而统一的要求，让学生“按方抓药”式地进行验证，学生的自主学习能力和创新能力得不到锻炼。

“十二五”以来，深化实践教学改革，加强学生实践能力和创新能力的培养，实验教材的建设已引起各高校的重视。同时，科技的发展与知识的更新也促进了实验教学设备的改进，也促进实验教材的改进。因此，在实验教材的建设上，针对上述问题，必须按照学生的能力体系来构建实验教学体系，把信息技术与实验教学内容进行有效整合作为一个重要任务来抓，在写好传统纸质教材的同时，建设适合开放教学和创新能力培养要求的多媒体实验教学资源。

2 数字逻辑电路立体化实验教材建设

学习最终还是要归本的，教材是学生学习的主要参考书和理论依据，立体化实验教材主要包括实验教程（主教材）、实验报告、多媒体课件以及其他与实验有关的实验教学资源，立体化教材提供了一种综合性的教学资源，加快了实验教学内容、教学体系和教学方法及手段的改革，优化实验教学过程，推动创新教育模式，教材质量的高低会对教学效率以及学生学习水平产生直接的影响。数字逻辑电路的实验内容具有一定的独立性，实验项目的设置、实验软件的使用、仪器设备、实验开发语言等在理论课中很少涉及，因此，开发数字逻辑电路的立体化实验教材具有可行性。笔者将从实验教材的编写思路、实验内容编排、实验报告规范、数字化的实验资源等4个方面来探讨数字逻辑电路立体化实验教材建设。

2.1 实验教材的编写思路

为了配合开展实践教学及适应教学改革的需要，提高实验教学质量，要不断改革实践教学内容和教学方法，高质量的实验教材是关键，为此我们组织技术骨干编写实验教材。在数字逻辑电路立体化实验教材的建设上，除了介绍实验的基础理论知识外，坚持“以高水平的实验吸引人、以数字化的资源方便人”为宗旨，以提高学生实际动手能力和工程设计能力为目的，尊重学生的个性差异和工程素养差异，精心选择实验教学内容。

2.2 实验教材的内容编排

在实验大纲允许的范围内，我们采用的方法是“给通才定规则，给天才留空间”，在实验教材的编写过程中，在大纲规定的基本要求的基础上，精心选择了新颖、有趣，实用性、可行性较强，有助于培养创新型人才的15个不同难度的基础实验和5个典型的综合性、设计性实验，可供不同专业、不同层次、不同学时数的学生使用，这些实验基本包含了本专业课程标准要求的相关知识点，帮助学生将教材上的分立知识点有机地、系统地联系起来，培养综合分析、设计、制作和调试的能力。设计的每个实验项目都具有一定的层次性，即同样的实验项目，可以设计的简单些，也可以设计的复杂些，分层次对学生提出要求，对能力差的学生，引导其如何将理论与实际结合起来，把设计思想弄清楚，使其有能力完成实验的基本要求；对能力强的学生提出更高要求，采用启发式的方法，充分发挥学生的主体作用，鼓励他们根据自己的能力，提出多种设计方案，体现教学内容的可伸缩性和开放性。

实验预习是提高实验效果的一个重要环节，只有预习充分，实验操作时才会做到思路清晰。实验预习质量的高低取决于实验教材的质量。为此，在编写实验教材时，对每个实验项目除了常见的实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤外，对实验预习、实验思考与提高等也提出明确要求。在预习要求中明确了实验预习必须完成的任务，要求学生理解每一个实验的实验原理、编写或完善实验代码等强制性的任务，从而增加了学生对实验原理、开发语言、实验代码的理解。在实验过程中按照实验步骤完成实验要求，在完成实验的基本要求后，通过实验思考与提高来提高学生的分析与设计能力。例如，在进行7人表决器电路的设计时，设计方法很多，可以使用原理图方法实现，还可以使用VHDL语言实现，而使用VHDL语言可以使用行为描述、结构描述、数据流描述3种方法。在实验思考与提高中，要求学生比较各种实现方法的区别，可以对实验提出更高的要求，如要求将表决结果在数码管显示出来、7个人中有一个人具有否决权、限制表决时间等提高要求，要求学生修改代码实现相应功能，从而加深对组合逻辑电路设计的理解和硬件描述语言描述组合逻辑电路的方法。

2.3 实验报告格式的规范

“问题式”教学或“任务式”教学是经常采用的有效的教学方式，有利于学生明确学习目的，能够激发学生的学习积极性，改善以往被迫学习的方式，变被动为主动，增强实践动手能力。计算机科学是一门实践性很强的学科，强调的是“做中学”，就是指在完成实验的过程去学习，在完成报告中去加深理解。实验报告是实验过程的记录、实验现象的分析和实验的总结，书写实验报告是实验教学的重要环节。

在数字逻辑电路实验中，我们规范了实验报告内容和要求，并单独印刷成册，在实验报告的设计上，改变以往使用统一的实验报告纸的形式，实验报告中不需要学生抄写实验目的、实验原理等内容，而是将实验内容和要求设计成各种不同的任务，按照实验步骤来完成这些任务时就完成了实验报告。在报告中，只需写出实验代码的关键部分，调试实验代码、画出实验的仿真波形、写出设计中的管脚分配关系，使用测试数据进行实验验证、分析实验现象、将实验过程中出现的问题进行实验总结，回答实验思考题，从而加深对实验原理的理解，提高设计能力。通过书写实验报告，培养了学生认真做好实验，仔细观察实验过程中所发生的现象，有利于加强对理论知识的理解和记忆，促使学生重视基本技能的学习及应用。一份高质量的实验报告应能反映出学生的综合素质，如高度的注意力、敏锐的观察力、丰富的想象力、准确的判断力、科学的思维能力和正确的表示能力。

2.4 开发丰富的数字化实验资源，构建网络化的实验教学辅助平台

数字化实验教学资源是立体化实验教材的重要组成部分，可以解决目前实验教学资源相对单一的问题，在进行实验教材建设时，利用网络技术开发数字化实验教学资源，构建网络化的实验教学平台。在数字化实验教学资源建设时，要避免实验教材的电子化，开发能满足创新人才培养、适应开放式实验教学要求的多媒体实验资源，使学生能借助校园网络环境，利用数字化资源进行实验前预习、讨论，甚至自行提出实验方案，开展实验后总结和实验数据分析。网络化的实验教学辅助平台，主要包含实验仪器的使用、开发软件的使用，实验中常见的问题及解决办法，让学生借助辅助平台解决实验过程中出现的问题，这样减轻了教师的指导工作，同时也为开放实验教学提供条件。学生通过对数字化实验教学资源的有效利用，革新了传统“按部就班”式的实验教学模式，激发学生的主观能动性，调动师生积极参与实践活动，在实验中提高了学生分析问题、解决问题的能力，培养其创新意识和创新能力。

3 结语

立体化实验教材建设实现了实验教学信息化、网络化。整合实验教学资源，优化实验教学要素的配置，是一种新型的整体实验教学解决方案，不仅充分考虑到任课教师的教学需要和学生的学习要求，还能促进教学改革的不断深入，促进教学水平的不断进步和教学质量的不断提高。数字逻辑电路立体化实验教材的纸质教材、实验报告已使用了两年，电子课件以及数字化实验资源及辅助实验平台也在实践中得到完善，满足了个性化、层次化、开放性实验教学的要求，有利于大学生自主学习能力和创新能力的培养，也为培养适应信息化社会学习、生活和工作的高素质人才奠定坚实的基础。目前《数字逻辑电路设计实验教程》已作为高等院校实验与实践系列示范教材在清华大学出版社出版，对计算机硬件课程的实验教材建设具有一定的示范作用。

参考文献：

[1]刘洪婧，朱艳辉，侯俐，等.计算机实践教学多元化环境建设与研究[J].计算机教育，2013（2）：33-36.

[2]玄金红，盖彦荣.浅谈实验教学中实验教材的意义[J].新课程研究，2008（5）：118-119.

[3]何唐梅.论立体化实验教材建设[J].科技信息，2008（5）：172.

[4]王永会，高智琛.高校实验教材建设[J].中国教育装备，2012（13）：55-56.

[5]曹海平.实验课程群的立体化教材建设[J].实验室研究与探索，2011，30（5）：104-106.

[6]田淑珍，全成斌，李山山.数字逻辑电路实验课的教学改革探索[J].实验技术与管理，2010，27（11）：169-171.

[7]高智琛，王永会.浅谈高校实验教材的建设[J].实验室科学，2012，15（4）：203-205.

[8]孙丽华，刘庆瑞，赵静，等.电力工程课程立体化教材建设[J].电气电子教学学报，2007，29（4）：43-44.

[9]戚梅，东野长磊.构建计算机硬件实验教学体系[J].实验室研究与探索，2009（9）：131-132.

[10]毕效辉，于春梅.高融合立体化教材及其建设实践[C]∥湖南工业大学法学院.第三届教学管理与课程建设学术会议论文集，2012：148-150.

[11]刘伦.开放式计算机实验教学改革研究[J].计算机教育，2013（2）：100-102.

数字电路实验篇4

论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。

随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。

1高职院校实验教学存在的问题

数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0

2开设数字电路设计性实验采取的措施

通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。

2. 1构建实验教学课程体系

数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。

为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。

基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。

提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。

创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。

数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。

2. 2加强实验教师队伍的建设

近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。

2. 3开放实验室

为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。

2. 4建设创新实训室

为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。

2. 5完善实验考核机制

对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。

数字电路实验篇5

关键词:EDA技术;现场可编程逻辑器件;教学改革

中图分类号:G642 文献标识码:A

“数字逻辑电路”课程在高等院校电气信息类学科各专业教育中的作用举足轻重,一方面,它是电气信息类学科最重要的专业基础课之一,是学生巩固理论知识,学好众多专业课程的基础,将影响学生对以后专业课程的学习兴趣;另一方面,它具有极强的逻辑性和实用性,通过这门课程的学习,可以培养学生动手能力和创新能力。目前,懂数字电路设计、FPGA的专业人才备受用人单位青睐,这赋予了“数字逻辑电路”课程教学更加重要的现实意义。

然而,高等院校“数字逻辑电路”教学存在教学效果不明显,学生收获甚小等问题。理论课的学习最终是为培养和提高学生的动手能力和创新能力。但不少学生反映,他们在这门课程上花费了很多时间,认为“学得不错”,课本中较难的题目也都能很快作答,只是到了实践环节,特别遇到实际工程,就感觉束手无策。

教学活动中应当强调给学生留有足够的想象空间,引导学生培养逻辑思维能力和创新应用、开发数字逻辑电路器件的能力。通过课程的教学,使学生掌握逻辑代数和逻辑设计基础理论,掌握数字逻辑电路分析和数字逻辑电路设计的基本方法,为他们今后在信息技术天地中驰骋奠定坚实的硬件基础。为此,我们以“实用、有趣、建立学生自信”为指导思想,探索数字逻辑电路理论及实验教学改革方法。从理论教学、实验教学等方面对“数字逻辑电路”教学进行大胆改革,摒弃陈旧的教学内容和落后的教学手段,在实验环节,以活泼的实验来促进理论教学,调动学生主动性。

1传统数字逻辑电路教学存在问题分析

我们曾经设计了一些数字逻辑电路工程应用中较为基础的例子,通过多种形式向多所院校相关专业的本科生、研究生做过一次非正式调查,要求被调查者使用数字电路逻辑模块,实现如下设计:

(1) 设计电子开关,当键盘按下,LED灯亮,再次按下LED灯灭,再按下亮。要求采用3种以上方式,需要考虑消除按键信号中的毛刺。

(2) 用8路拨码开关和一个按键设计一个密码锁,通过拨码开关设置密码,按下按键作为确认,如果密码输入3次错误,密码锁失效。

(3) 实现一个秒表,已知:6个共阳极七段码的a,b,c,d,e,f,g分别相连,其中各七段码的共阳端分别引出。

(4) 给定一段乐谱,用蜂鸣器实现乐谱的播放。

(5) 设计一个串行通信模块,实现数据到PC的传输,要求9600波特率,无校验位。

(6) 以555电路为基础,用手指作为启动源,当手触摸电路后,LED灯亮10秒后熄灭。

(7) 一块8x8的点阵LED,设行为x,列为y,(0≤x≤7,0≤y≤7),当y0为高,x0为低,坐标为(x0,y0)对应的LED灯亮,请实现不断变化的英文字母和阿拉伯数字的显示。

(8) 控制DAC0832实现一个锯齿波、三角波,要求信号周期可调。

调查结果显示,只有少数可以使用数字逻辑模块实现其中的个别设计;多数学生对上述工程实例束手无策;部分学生表示如果借助“硬件描述语言”可以实现。基础的工程应用设计尚且如此,可以想象实现更为复杂的数字逻辑电路工程的情况。经过分析,我们认为原因在于“数字逻辑电路”教学存在如下问题:

(1) 理论课内容充斥以技巧性解题为目标的题型,学生很难把抽象知识和实践结合应用;

(2) 现有教材的内容多与其它课程孤立,很少注重和其它课程的联系和延伸;

(3) 教材内容滞后于科学技术发展,和实际工作严重脱节;

(4) 以旧式实验箱、接线板实验设备为代表的传统数字逻辑电路实验设备仍旧广泛地在高校使用,实验手段落后。

传统实验设备是采用固定数字逻辑电路芯片搭建的实验,学生只能按教科书设计的实验内容按固定的套路做验证性的实验,无法支持综合性、创新性的实验,学生把大部分时间都花在接线连线上,实验结果只能看到实验现象而已,很难真正提高数字逻辑电路设计能力。

针对传统数字电路的不足,我们从优化理论教学手段和内容、实验教学改革和建设两方面着手,对数字电路理论教学和实验教学大胆改革。

2优化理论教学手段和内容

传统数字逻辑电路理论教学最明显的特征是和实践脱钩,内容生硬,学生很难把抽象的知识和实践结合并具体应用,为解决这一问题,我们抛弃传统的教科书主要或纯粹考学生做题能力为目的的教学思路,大量引入活泼生动的教学实例和相关的工程应用。

同时,项目组从工程实践中总结大量素材,设计的教学内容力求接近工程实践,又带有一定的趣味性和启发性,让学生知道如何将学到的知识点应用到工程实践中,这是本项目与传统数字逻辑电路理论教学的不同之处,具体表现在如下几个方面。

2.1内容活泼,摒弃呆板的教学描述

案例1:教材讲述74138和计数器的应用时引用的是“8路脉冲分配器电路”的例子,“脉冲分配器”名称描述过于抽象和呆板。如果把这个电路稍微改造一下,把图1中74138的输出端都接入LED灯,那么这个电路就是一个很形象直观的“跑马灯”控制电路,学生理解起来会更容易,同时也能明确“脉冲分配”概念。

案例2:教材讲述74151以及计数器的应用时,引用的是“11100100序列产生器”的例子,如图2所示。“11100100序列产生器”本身就是一个古板的名词,如果把这个电路稍微改造一下,74151的输出接蜂鸣器,74151的八路数据输入端接乐音频率,那么这个电路就可以播放一段音乐,如果结合存储乐谱的ROM就成了一个能播放音乐的音乐盒,学生对这样的例子往往表现出浓厚的兴趣和“动手”实现的欲望。

2.2突出实践意义,注重联系实际,并通过展开引导来启发学生创新

案例3:教材在说明555电路的作用时,其中有一个555构成单稳态触发器的实例,如图3所示,学生学后经常反映印象不深刻,不知如何应用。

在授课时,为帮助学生理解,我们是这样提示学生的:

(1) 如果你的手指摸一下VI处会有什么情况发生?

――因为人手的静电,会导致Vo产生一个高电平宽度为Tw的信号。

(2)Tw这个信号如果接一个LED灯呢,可以应用在什么地方?

――原来可以手一摸VI,就可以让一个LED灯亮Tw秒,这正是触摸开关啊。

(3) 我们知道Tw=RCln3,假设我们不知道电容C的值,那么这个电路可否用于测量电容容值的方法呢?

――通过公式可以说明,如果知道R以及Tw,电容值就确定下来,这个电路可以用于某些电容式传感器的测量中。

2.3注重与其它课程的联系

案例4:在讲授移位寄存器的时候,传统教材一般都只说明移位寄存器的级联方法,并没有通过联系其它课程突出移位寄存器的应用价值。

在授课时,通过74198级联构成的16位左移寄存器,如图4所示,如果结合计算机通信原理的异步串行通信协议对这个电路稍微修改一下,那么这个电路就是一个和PC机串口通信接口的电路。学生原本觉得玄奥的与PC机通信以及异步通信协议原来这么容易实现。

2.4联系PC机的软件开发语言鼓励学生设计软硬件结合作品

在教学过程,鼓励学生制作软硬件结合的作品,如让学生学习Delphi、C++builder等软件开发工具设计软件,并把软件和数字电路平台结合起来。例如把电位器作为游戏中飞机的方向盘,其AD值通过串口传输到PC机的游戏软件中,实现对飞机飞行的控制;拨码开关值传输到PC软件,实现对图片的选择播放。

2.5改善课堂教学手段,关注新技术发展,引入新的设计手段

在理论教学初期,设计了很多模拟数字电路功能的“软件芯片”,通过在课堂PC机演示“芯片”功能,帮助学生对知识点的理解和课程入门;随后逐渐通过EDA工具仿真,来帮助学生加深对课程的印象。与实际工程应用联系不大且难于理解的内容,我们适当取舍,甚至略弃,减少学生学习课程时的挫折感。

现代数字逻辑电路的发展对传统的数字逻辑电路设计模式影响深远,很多传统数字逻辑电路的设计方法已经被淘汰甚至被彻底颠覆。在教学中,我们适当加大硬件描述语言的学习比重,鼓励学生采用硬件描述语言实现电路设计,并要求学生掌握EDA工具QuartusII软件,让学生体会现代的数字逻辑电路的设计方法。

3实验教学平台改革和建设

电子技术实验,大部分院校采用各类实验箱(或面包版),实验过程学生要完成电路搭建、结果验证,可扩展性差,实验种类是固定的、功能也十分有限。对于一些小型电路,各类实验箱还能完成实验,但对于稍微复杂一些的电路就难以支持了,往往由于芯片短缺、实验箱长期使用导致接触不良,加上电路连接过于复杂,使得故障难以查找。在实际实验过程中,学生往往把大部分时间浪费在接线上,看到的却是单一枯燥的实验现象,学生难以发挥主动性,开展综合性、设计性、创新性实验,而且电路搭建成功率低,导致学生对实验的兴趣下降,影响实际教学效果。因此如果没有良好的实验设备支撑,学生无法真正掌握理论知识,更谈不上规模较大的工程实例。

针对这一情况,我们以教材为依据,开发以综合性、创新性实验为目的的基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台。该平台可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大部分实验,却具有传统实验设备无法实现的大部分功能,如图5所示,该平台具有如下特点:

(1) 该平台以FPGA为核心,以综合性、创新性实验为导向,具有丰富的外设接口、丰富的设计资源,可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大多功能,却有传统实验设备所不具备的大部分功能,不仅可以实现传统实验,另外我们在该平台的基础上做了很多特色的开发,供学生学习和提高。该平台可以支持如AD转换、DA转换实验,555电路等传统实验;提供了丰富的外设接口,如串口、

VGA显示器接口、PS2接口;借助该实验平台可以做出很多活泼的功能实验,如音乐播放功能、红外报警功能、触摸灯等。

(2) 该平台借助EDA工具,学生得以从繁重的插线工作解脱出来,具有灵活的设计风格、高效的设计效率,这是传统数字逻辑电路实验箱无法比拟的。

(3) 该平台以及实验设置是专门针对高校数字逻辑电路课程和大学生心理设计的实验教学系统。

实验过程中,学生可以借助EDA工具直接通过仿真实现设计,并下载到平台运行,脱离传统实验设备实验过程中的硬件的干扰,把学生从繁重的插线中解脱出来。另外各种丰富的数字逻辑模块以及表达丰富的硬件描述语言给了学生良好的发挥空间,配合理论教学方法,学生很快就能够进行实际工程应用开发。

4结语

“数字逻辑电路”教学改革进行以来,我院数字电路教学收效明显,在我院受训班级中起到了意想不到的效果,学生的动手能力明显增强,许多本科学生能够作出让研究生都汗颜的作品来。另外基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台批量生产,在该平台接受训练的班级、学生人数不断增多,许多兄弟院校使用了该实验平台后,也取得了不错的效果。

参考文献:

[1] 吕D,邓春健,黄杰勇. 利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J]. 福建电脑,2008,24(6):208-209.

[2] 黄杰勇,邓春健. 基于Verilog HDL的数字逻辑电路教学改革与探索[J]. 计算机教育,2008(16):59-60.

[3] 黄杰勇,邓春健. 数字逻辑电路与语言相结合的教学方法探索[J]. 现代计算机,2008(11):56-58.

[4] 邓元庆,关宇,贾鹏. 数字设计基础与应用[M]. 北京:清华大学出版社,2006.

[5] 汤永华,李晓游,孙洪林,等. 基于EDA技术的数电课程设计新模式的探索与实践[J]. 实验室技术与管理,2008,25(1): 124-126.

Reform of the Digital Logic Circuit Teaching and Construction of Experiment Platform

DENG Chun-jian, LI Wen-sheng, SHI Jian-guo, YANG Liang, LV Yi, LIU Wei

(University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan Institute, Zhongshan 528402, China)

数字电路实验篇6

关键词：数字电路；CDIO；实验教学

软件工程专业是实践性很强的工科类专业。培养能够适应经济社会发展的高素质的应用型、创新型软件人才是我们的最终目标。然而，目前国内外普遍面临工程人才缺乏、工程教育质量良莠不齐等问题。因此，如何革新教育理念、改变教育模式、提高学生的工程素质是每一位教育工作者都应该思考的、不可回避的重要课题。

数字电路作为软件工程专业的一门重要的专业基础课，要求学生不仅要掌握数字逻辑电路的课程知识，还要具备分析和解决实际工程问题的能力，具有很强的工程实践性。长期以来，由于本身的专业特点及学校对硬件课程的重视不够等问题，学生中普遍存在电路及硬件基础薄弱、动手操作能力差等现象，加上传统实验模式的诸多弊端，导致学生缺乏解决实际问题和工程综合的能力，无法适应新世纪对软件人才的需求。

1、全新的CDIO教学理念

传统的数字电路实验教学通常安排在理论教学之后，实验内容基本按照理论课程的进展逐一开设，以验证理论知识为主，实验类型多是单纯的验证性实验和简单的设计性实验。

这种模式的弊端在于：①实验教学与理论教学的界线过于明显，二者相辅相成、相互促进的关系无法得到体现；②实验项目缺少工程性，各实验内容孤立存在，缺乏相互间的衔接，学生对这些零散的知识很难融会贯通；③以教师为中心，教师是教育的主动实施者，学生则成为知识的被动接受者，学生的主观能动性受到很大的抑制；④学生获取的能力范围有限，除知识能力外，其他方面的能力很难得到提升。

CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）的缩写，是近年来国际工程教育改革的最新成果。它是以美国麻省理工学院为首的全球几十所著名大学探索实践出来的一种全新的工程教育模式，给国内的工程教育带来了一场新的教育改革风暴。

CDIO以产品研发至产品运行的生命周期为载体，以培养高素质的应用型、创新型工程师为目标，强调工程教育应当关注实践，将教育过程置身于产品/系统生命周期的具体环境中，培养学生各方面的工程能力。这种能力不仅包括知识学习能力，而且包括工程组织能力、团队交流能力以及在企业环境下的项目构思、设计、实施和运作能力等。

CDIO是一种倡导“做中学”的新型工程教育教学模式，将它引入到数字电路实验教学的优势在于：①打破先理论、后实验的传统教学模式，以实际工程项目为主线来组织课程，理论课与实验课均围绕项目来开展，实现理论和实践的一体化教学；②实际工程项目被分解成不同的实验子项目，并被穿插到平时的实验中，实验子项目间形成一个紧密联系的有机整体；③坚持以学生为主体，教师为主导，通过项目的一步步实施，不断激发学生探索的欲望和乐趣，不断启发学生对项目方案加以创新、完善，主观能动性得到充分的发挥；④通过小组实验及项目答辩的形式，学生的表达能力、解决问题的能力及项目组织能力等都得到很好的锻炼，综合素质得到提高。

图1所示为传统教学模式，图2所示为CDIO理念下的教学模式，两图直观地描述了CDIO理念下教学模式与传统模式的区别。

2、CDIO理念下的实验教学开展流程

根据CDIO的教育理念及其他院校的成功案例，我们对实验教学的开展流程作了总结和规范，图3所示为基于CDIO的实验教学开展流程。

1）实际工程项目：将课程教学与实际项目紧密联系起来，对教学资源进行优化重组，选取合适的工程项目，并以此为主线来组织课程教学。选择的工程项目既要涵盖多数的理论知识点，又要具有一定的实用性、趣味性，从而不断激发学生学习的兴趣。

2）项目分解：工程项目的分解与实施过程，就是学生学习与掌握知识的过程。通过分析，工程项目被分解为一个个由浅入深、层次分明的子项目。教师通过子项目的需求来讲解相应的理论知识，实现对项目的自然引入。

3）学生分组及项目调研：将学生分成若干个项目小组，每个小组推选出一名项目经理，负责项目进展把握、资源调配及沟通交流，组织小组成员做好项目调研、资料搜索等工作。

4）方案设计及可行性论证：各项目小组根据所学的知识及充分的资料调研，给出初步的设计方案并对方案进行可行性和可靠性论证。

5）子项目的实施与完善：教师根据各项目组的进展情况及时穿插相关的理论知识，对学生作进一步的启发和引导，以不断完善和优化子项目的设计。

6）子项目验收：项目小组在每一个子项目结束后要提交一份项目报告并由教师对其进行验收。

7）其他新的子项目：教师根据总项目的进展需求引入其他新的子项目。

8）完成总项目及项目评价：如此周而复始，直至完成整个实验总项目。最后教师补充项目案例中未涉及的知识点，并组织各项目组进行项目答辩和项目评价。在项目评价方面，针对不同阶段的能力培养侧重点不同，采取的评价方式也有所不同。

每一个阶段都有相应的能力培养目标，基于CDIO教学模式的能力培养如图4所示。项目分解和实施的过程，也是学生能力培养和发展的过程，通过一步步能力的提升，最终实现学生综合素质的全面提高。

总之，在CDIO模式下，工程项目的分解与实施过程，就是实验教学开展的过程，也是学生学习与掌握知识的过程。学生在做中学，在学中做，学习兴趣不断被激发，实现了快乐学习。

3、CDIO理念下的项目设计

结合上述CDIO实验教学流程图，我们选取交通灯控制系统为实际工程项目。最简单的交通灯控制系统应包含如下功能：红灯亮表示该通道禁止通行；绿灯亮表示该通道允许通行，且允许左转弯；红灯、绿灯按一定的时间交替显示，显示的时间可以相等，也可以不相等；红绿灯交替显示之前（如4s）黄灯闪烁；采用“手动/自动”开关对信号灯进行控制；手动控制状态下，红绿灯直接翻转，黄灯不闪烁（功能扩展部分内容）。

根据以上要求，交通灯控制系统被分解成以下几个子项目：

1）时钟信号产生电路：可选用555定时器来产生时钟信号，利用分频器进行分频，得到秒脉冲，作为计数译码显示部分的计数脉冲。

2）减计数控制：实现红灯或绿灯显示时间秒递减功能，可用触发器实现，涉及时序逻辑电路知识。

3）译码控制：当减计数控制计数到4s时，黄灯闪烁，当减计数至0s时，实现红绿灯交替，并重新置入设置的初始值，可通过译码器实现，涉及组合逻辑电路知识。

4）时间显示电路：显示计数器的计数结果，时间显示为2位，故可用2位数码管来显示。

5）初始值设置电路：设定红绿灯显示时间长短，可由拨动开关和编码器实现，涉及组合逻辑电路知识。

6）红绿灯切换电路：实现红绿灯的“手动/自动”切换，可用数据选择器来完成，涉及组合逻辑电路知识。

7）红绿灯控制电路：实现“手动/自动”状态下对黄灯的不同要求，可由简单的门电路实现。

根据上述思想，交通灯控制电路被分解成很多不同的实验子项目，并被穿插到平时的实验教学中。教师根据项目需求，讲解基础知识，又在讲解基础知识的过程中，导入相关的实验目标，实现理论与实践的一体化教学。同时，我们鼓励学生积极思考、勇于探索，学会在众多的知识中提取项目相关的知识，并学会将所学知识加以转化以增强分析和解决实际问题的能力。

从项目的到一步步实施，学生的实验兴趣渐学渐浓。他们不仅从中体验到了探索的乐趣，同时也加深了对知识的理解。而且，由于实验项目涵盖知识面广泛，内容前后联系性强，有利于学生掌握和构建完整的知识体系。

4、实验评价方式

传统的实验考核模式大多是根据实验报告和实际操作情况给出平时成绩（约占30%～50%），期末考试是再进行一次统一命题的实验理论考试和实验操作考试（占50%～70%），最后再结合平时成绩评定总成绩。这种方法总体来说比较科学规范，但标准过于单一，不足以反映学生独立综合设计和创新能力。

基于CDIO的数字电路实验教学的评价注重学生在项目活动中的能力培养及发展过程，评价体系更加多元化，评价内容包括专业能力、项目组织能力、团队合作协调能力及创新能力等。

针对不同阶段能力培养的侧重点不同，我们采取的评价方式也有所不同。对阶段性的子项目，主要采取提交项目报告及教师评定的办法。而学期项目除上述评价方法外，还增加了学生互评及项目展示、答辩环节，并邀请企业工程师对学生的工程能力及项目的可靠性等进行评价。

5、结语

数字电路实验篇7

关键词：数字电子技术；逻辑电路；实践教学；软件仿真

中图分类号：G642 文献标识码：B

1引言

“数字电子技术”是计算机专业学生必修的一门专业基础课。本课程的主要目的是使学生掌握数字系统分析和设计的基本知识与原理，熟悉各种不同规模的逻辑器件，掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字计算机和其他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。

为了使学生能够真正将课本上的理论知识与实际的数字电子技术电路融会贯通，我校“数字电子技术”课程组授课教师在课堂教学的基础上，精心组织、设计该课程的相关实验，让实践教学环节成为理论教学的有力支撑，使学生更好地将理论与实际结合，高效率地吸取本学科的前沿知识。

2实验教学现状

数字电子技术主要包括小、中和大规模数字电路的分析与设计、可编程逻辑器件和现场可编程门阵列器件、数字系统分析与设计。其教学侧重整个电路的逻辑功能及其应用。在以往相当长一段时间内，由于不具备支持大规模实验的设备，数字系统仿真软件也不成熟，因此国内大多高校只基于“SD―2型数字电子技术实验设备”开设了传统的中、小规模电路的实验，均未开设体现现代电子技术的中、大规模电路的实验。这导致本课程的理论不能全面与实验交融，更不能体现现代数字电子技术的核心，显然不利于学生接受该门课的知识，也与计算机技术的发展格格不入。

近年来，多功能专用硬件实验设备的投产给“数字电子技术”课程提供了全方面的基础实验平台，使“数字电子技术”大规模硬件实验的开设具备了基本条件。另外，为了让学生掌握EDA核心技术，一种可行的方式是在PC机上利用VHDL实现硬件功能，仿真其工作过程，根据时间波形图分析、改进和完善逻辑电路。这种软件仿真模式为学生掌握现代技术，适应社会需求提供了极大的帮助。

3实验教学目标

对逻辑变量、逻辑运算、逻辑函数、逻辑电路的感性和理性认知，能描述各种逻辑问题，并基于逻辑设计和物理设计的层次给予实现，这是学生在“数字电子技术”课程中必须达到的水平。为此，授课教师在给学生提供理性认知帮助的基础上，必须精心设计配套的实验课程，让学生通过实践环节透彻感性地掌握教学内容，进而掌握数字逻辑电路的设计与实现方法，以及性能分析、评价的手段。

“数字电子技术”实践教学内容的设计是在验证性实验和开放性课程设计并存、“软硬兼施”的模式下实施的，目标是使学生感性地认识、理解数字逻辑的基本概念、并能灵活运用，还能掌握先进的数字电子技术，实现复杂数字电路的分析和设计。

4实验教学内容

为了使学生全面地了解和掌握数字电子技术，在具体实践中加深对所学理论知识的理解，针对“数字电子技术”课程教学中的重点难点，我们安排了两类实验：基于硬件的验证性实验和基于软件仿真的实验。

4.1硬件实验

硬件实验采用了浙江大学方圆科技有限公司开发生产的“SD-2型数字电子技术教学实验系统”实验箱作为实验平台，用来达到验证性实验的目的。本课程选择开设如下硬件实验。

① 集成逻辑门的测试

实验目的：掌握TTL集成与非门逻辑功能的测试方法；了解TTL与非门主要参数的意义及其测试方法；学习用与非门实现其他逻辑门的逻辑功能。

在这个实验中，要求学生74LS00芯片完成TTL与非门的逻辑功能，高低电压等测试，以及实现与、或、非、异或等逻辑关系，达到感性理解逻辑变量、逻辑运算的目的。

② 利用SSI设计组合逻辑电路

实验目的：掌握用SSI器件设计组合逻辑电路的基本方法；学习用给定的SSI器件设计组合逻辑电路。

在这个实验中，要求学生利用74LS10等小规模芯片实现一个保密电子锁、产品质检器和一个灯控电路，达到掌握小规模组合逻辑设计的能力。

③ 利用MSI设计组合逻辑电路

实验目的：掌握用MSI器件设计组合逻辑电路的基本方法；学习用给定的MSI器件设计组合逻辑电路。

在这个实验中，要求学生利用74LS138、74LS151和74LS283等中规模芯片实现一个数字判断电路、多功能组合逻辑电路和一个代码转换器，达到掌握中规模逻辑设计的能力。

4.2软件仿真实验

如前所述，数字电子技术的硬件实验只能提供中、小规模电路的设计，而且实用数字逻辑器件的电路一般较复杂，连线繁多，学生在实验中极易出错，且难以及时查错，导致实验效率不高，同时无法实现大规模电路的设计，也不能为学生提供掌握现代数字系统设计技术的条件。为此，我们在硬件实验的基础上采用MAX+PLUSⅡ在PC上进行仿真，实现各种规模的数字电路和简易系统。这既能开拓学生的创新设计能力，又方便可行。具体开设的实验分别在验证性实验的后阶段和开放性课程设计阶段完成，具体来说以下实验①②为实验内容，③④⑤为课程设计内容。

① 移位寄存器

实验目的：掌握软件MAX+PLUSⅡ的安装方法；掌握软件的初步使用方法；掌握原理图输入方法；熟悉FPGA设计流程和相关步骤的主要命令；掌握移位寄存器的逻辑功能及其测试方法；学习移位寄存器的应用。

在这个实验中，要求学生在PC机上用MAX+PLUSⅡ验证74LS194芯片的功能，并用来实现环行脉冲分配器、分频器，达到熟练运用MAX+PLUSⅡ的水平。

② 计数译码显示电路

实验目的：进一步熟悉软件的使用和原理图输入法FPGA设计流程；掌握层次设计方法；掌握中规模TTL集成计数器74LS161的逻辑功能及其应用；学习使用74LS48BCD―7段译码／驱动器和共阴极七段显示器；学习设计计数译码显示电路，并了解其计数、译码显示过程。

在这个实验中，要求学生用层次设计方法，先用74LS00、74LS161和74LS48等芯片实现模10的计数器，再级联扩展成模100的计数器，并用十进制显示，达到能设计中规模时序电路的能力。

③ 数字电子钟的设计

实验目的：熟悉使用VHDL文本输入法设计PLD芯片的流程；学习数字电子钟的秒信号源及秒、分、时、星期计时器的设计；学习秒、分、时、及星期译码，显示电路的设计；掌握对波形图的量化分析方法以及调试技术，提高设计能力。

在这个课程设计实践中，让学生主动学习，开拓创新，在老师的指导下掌握方便的VHDL文本设计方法。

④ 控制器的设计

实验目的：掌握控制器的ASM图描述方法；熟练掌握控制器VHDL文件的建立。

在这个课程设计实践中，学生可以利用各种资料学习现成的程序代码，并加以改进后实现自己确定的控制功能，实现大规模集成电路的设计，达到训练学生收集资料和合理运用资料的能力。

⑤ 十字路通管理器

实验目的：进一步掌握ASM图的应用；编写十字路通管理器的VHDL文件；深入理解层次化描述的基本要领；进一步掌握对时间波形图的量化分析方法。

以上课程设计内容只是学生在选题时的一个启发，抛砖引玉，学生还可以自由发挥，结合实际应用和自己的兴趣确定很多实用有效的选题，并完成相应的任务。

5实验教学效果

实践教学环节的实施表明，“数字电子技术”实验课程很受学生欢迎。以上硬软两部分实验将传统简单的数字电子方法和现代先进的数字电子技术有机地结合起来，让学生既深入理解了成熟的理论，又掌握了现代化数字电路的开发技术。特别是基于软件仿真的课程设计，调动学生的自主创新激情，学生将抽象的理论与实际相结合，对书本的理论知识有了更深入、更具体的认识，并掌握了量化分析方法，最后达到从数字逻辑部件整体功能的角度来研究、评价数字系统的目的，这使得学生在学好“数字电子技术”专业基础课后，为后续的课程学习打下坚实的基础。

 本门课程的实践教学从06级学生开始改革实施。06级学生在“数字电子技术”的实践教学环节中表现出强烈的兴趣和积极性，他们按照要求很好地完成了每一个实验。在调查问卷中，学生们对于“数字电子技术”课程的实践教学给予了高度认可。

调查问卷中也体现出学生对软件仿真实验的兴趣和收获大于硬件实验。经分析，原因在于硬件实验平台对实验内容有一定的局限，没有软件仿真实验那么充分的设计和创新空间，也不如仿真实验那么灵活方便。

6结束语

我校“数字电子技术”课程组在教学中，本着理论结合实践的宗旨，突破传统数字电子技术实验平台的局限，

开设各类规模电路的设计，软硬兼施，提供可行的实验环境，设计可操作的实验内容。实施效果表明它很好地支撑了理论教学，有利于培养学生分析问题和解决问题的能力，开拓了学生的创新思维。

下一步我们将着重研究和设计如何把模拟仿真正确的代码、文档下载到CPLD，使其更有设计性和创新性，为“数字电子技术”课程的教学构建更有利的实验平台。

参考文献：

[1] 欧阳星明. 数字逻辑(第二版)[M]. 武汉:华中科技大学出版社，2005.

[2] 汪国强. EDA技术与应用(第二版)[M]. 北京:电子工业出版社,2007.

数字电路实验篇8

关键词：数字逻辑电路；芯片驱动编写；实践教学

一、引言 

数字逻辑电路是计算机专业的一门基础课，其教学目标包括数字信号的概念，组合逻辑电路和时序逻辑电路，常用的数字集成芯片，数字电路设计流程及应用。传统的数字逻辑电路实践教学一般采用传统的验证性实验[1-2]。为了提高学生的学习兴趣和动手能力，基于数字模块的综合设计[3]将抽象的数字逻辑模块与具体应用联系起来，对学过的电路模块通过仿真实现出来。基于硬件描述语言的数字集成电路前端设计法[4-5]将硬件描述语言引入进来，用硬件语言行为描述法描述。这些实践教学方法取得了一定的成效，一定程度上提高了教学效果。但针对计算机专业的同学来说，更注重的是数字集成芯片将来的应用，特别是数字集成电路驱动的编写和应用，如何将数字逻辑电路驱动的编写嵌入到数字逻辑电路时间教学中，并通过时序控制使得数字集成芯片工作起来是数字逻辑电路教学的一个重要任务。 

本文提出以驱动编写为导向的数字逻辑电路实践教学，针对数字逻辑电路常用组合逻辑模块，如编码器和译码器模块、数据选择和分配器模块、串并并串转换等模块进行分析，通过微控制单元（MCU）对其时序进行控制，实现集成数字芯片的驱动；针对常用时序逻辑模块，如计数器模块，寄存器模块，通过MCU收发信号，实现相关集成数字模块的驱动。这种实践教学方式不仅提高了学生的学习兴趣，加深了对数字逻辑模块的理解，掌握相关硬件编程方法，而且对嵌入式开发过程有了一定的了解，为后续学习打下基础。教学结果表明以驱动为导向的实践教学较大程度的提高了数字逻辑电路的教学效果。 

二、以驱动编写为导向的数字集成电路实践教学的教学设计 

针对数字逻辑电路涉及的基本教学模块，根据数字逻辑电路教学的经验，在教学中设计了三个部分的实践教学：针对组合逻辑电路部分的实践，针对时序逻辑电路部分的实践安排和综合实践教学安排。 

针对组合逻辑电路涉及的数字集成电路芯片，设计了以下相关模块：集成双全加器74LS183/C661的连线及驱动、4位集成数值比较器74LS85/C663的连线及驱动、8线-3线优先编码器74LS148、集成3-8译码器74LS138、电平驱动显示译码器74LS48、集成4选1选择器74LS151、1路4路数据分配器74LS139。 

针对时序逻辑电路涉及的数字集成电路芯片，设计了以下相关模块：集成4位二进制同步加法计数器74161的连线方式及驱动实现、集成十进制同步加法计数器74160、8位单向集成移位寄存器74164、4位双向移位寄存器74LS194的连线及驱动实现、串并转换芯片74HC595和并串转换芯片74HC165的驱动的实现。 

综合实践安排包括常用组合和时序逻辑模块组成的综合系统，本部分安排了两个小系统的实现：数字时钟的设计和实现和六路抢答器的设计和实现。 

数字时钟利用基本数字电路制作小时电子钟，显示时分秒，其电路包括24进制计数器，60进制计数器，译码电路和显示电路模块。 

六路抢答器利用数字电路设计抢答器，它允许8路参加，用LED小灯显示抢答结果，利用清除键对LED小灯灭灯。此电路包括门控电路、开关控制电路、数据锁存电路、8-3优先编码模块，案件输入模块、显示模块。 

本实践教学穿插在理论课上和课后进行，在学习每部分数字模块基础上，对相关模块的应用环境和作用作以介绍，给出相应的原理图及时序控制原理介绍。这部分的教学要求学生进行预习，在时间教学课堂前，以报告形式完成硬件电路设计及相关关键代码设计，循序渐进，在实践教学时进行调试，并利用互动教学来验证、巩固教学内容。 

三、数字集成电路芯片驱动编写--以串并转换集成芯片74HC595为例 

数字集成电路芯片驱动编写的实质即对该芯片工作时序的控制。本小节为串并74HC595并串集成芯片为例，说明集成电路芯片驱动的编写方法。 

74HC595是将串行信号转成并行数据信号的数字集成芯片，为了实现串并转换，它具有一个串行输入口，通过内部8位移位寄存器经过8个时钟周期将8个1位的串行信号转换成一个8位的并行信号，通过其内部8位缓冲寄存器及一个具有三态输出的移位寄存器将并行数据送出。为了让74HC595实现串并转换，必须根据其工作时序给出正确的控制信号。其工作时序图在图1中给出，该结构串行数据的输入和并行数据的输出分别用不同的时钟控制，分别为SCK和LCK，[Q0→Q7]并行输出端，[Q7']串行数据输出。 

如时序图所示，其基本时序运行如下：在输入时钟SCK的上升沿控制下，8位串行数据从SDI送入，8个周期后，该8位数据被送入到74HC595的缓冲区；接着在输出时钟LCK的控制下，将8位并行数据从输出端Q0-Q7送出。并行数据输出在时钟信号LCK控制下，一个时钟上升沿便可完成输出。8位串行数据num1转成并行数据的关键时序代码为：for （j=0；j<8；j++） {CY=num1&0x01；num1=num1>>1；ds=CY；SCK=1； SCK=0； } 

四、小结 

本文提出以驱动编写为导向的数字电路的实践教学方法，并应用到数字电路实践教学中，学生反映较好。以驱动编写为导向进行数字电路的实践教学将抽象概念具体化，使学生认识到数字模块的作用和其应用场合，并利用proteus仿真软件进行仿真，增加了学生的学生兴趣。通过综合系统的实现，提高了学生的动手能力，并提高了学生利用C语言进行硬件编程的编程能力，为后续相关硬件课程的学习及从事数字集成电路的工作打下基础。 

参考文献 

[1]王尔中，庞涛，李鹏，郑丹，Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用，实验技术与管理，30（3）：78-81.2013. 

[2]唐凯，吴伟力，集成电路设计课程实验内容的探索，集美大学学报， 2013，14（3）：121-124. 

[4]陈海进，硬件描述语言与数字集成电路课程教学，2003，2（3）：60-62. 

[5]夏少波，荣丽丽，陈兆庆，数字集成电路试验教学探讨，山东电大学报，2008，4：39-40. 

数字电路实验篇9

一、教学整合的意义

根据高等职业教育培养目标的要求，结合教育部大力推行的高职高专教学改革，高职院校电类专业对部分课程进行了教学改革。《数字电路与EDA技术》这门课程就是将数字电路和EDA技术的教学进行整合。

数字电路课程是电类专业的专业基础课，通过对本门课程的学习，使学生掌握典型的数字电路的组成、工作原理和工作特性，能够设计一些逻辑功能电路，并为专业主干课程的学习打下基础。对于数字电路的设计，传统的设计方法是以逻辑门和触发器等通用器件为载体，以真值表和逻辑方程为表达方式，依靠手工调试。随着数字电子技术的迅速发展，特别是专用电子集成电路的迅速发展，基于EDA技术的设计方法成为数字系统设计的主流。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件开发平台上，使用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、仿真等，最终对特定目标芯片进行适配编译、逻辑映射和编程下载。

EDA技术的设计方法正在成为现代数字系统设计的主流，作为即将成为工程技术人员的职业技术学院的电类专业的学生只懂电子技术的基本理论和方法，而不懂如何设计电路，会限制就业的岗位。实际上数字电路和EDA技术是不能分家的，因为前者是理论基础，后者是工具，将两者整合既能学好理论又能提高实践技能。如果作为两个课程分别学习则不适应高职高专的学制长度。因此，将数字电路与EDA技术有机地融为一体是高职教育的要求和未来发展的需求。

二、教学方法探讨

在整合后的课程中我们把EDA技术贯穿于数字电路课程教学全过程。例如，在讲授门电路时，就开始用EDA软件仿真演示，熟悉用原理图输入一个简单门电路的过程，通过编译、功能仿真检验门电路的功能，可以加深学生对门电路知识的理解；在讲授组合逻辑电路时，引入硬件描述语言的设计方法，并介绍基于EDA技术的数字电路设计方法；在讲授时序逻辑电路时，可以引入一些简单的综合性的电路设计，为学生创造一个宽阔的设计空间。在开始讲解基于EDA技术的数字电路设计方法时，可以通过引入简单的数字电路的设计流程，使学生从宏观上对EDA设计方法有一个整体的了解，让学生在潜意识里建立这部分内容的知识框架。下面简单介绍组合逻辑电路中的二选一数据选择器的EDA设计流程：

（1）编写硬件描述语言（以VHDL语言为例）。在EDA编程软件中输入设计源文件，如图1所示。

（2）逻辑编译。逻辑编译过程包括检查设计源文件是否有误，进而提取网表、进行逻辑综合和器件的适配，最后形成编程文件。

（3）功能仿真。通过模拟仿真测试电路的逻辑功能是否达到设计要求，仿真波形如图2所示。

（4）锁定引脚。将程序中各端口名称与硬件电路中的各引脚对应。

（5）编程下载。功能仿真成功后，就可以将设计好的项目下载到逻辑器件中，实现既定的功能。

在课程教学中，我们采用项目教学的方法，制定一系列由易到难的项目，例如，基本门电路的设计、数据选择器的设计、全加器的设计、数字频率计的设计、交通信号灯控制器的设计、数字钟的设计等。通过各个项目展开知识点的讲解，包括数字电路的基础知识、EDA技术的入门、数字电路的分析方法、原理图的设计方法、硬件描述语言的描述方法及软件仿真和硬件下载等。在教学中尽可能地将课堂搬到实验室，让学生边学边练，将理论教学与实验教学融为一体。教学可以一部分安排在数字电路实验室，一部分安排在EDA实验室，比如对于一些简单的数字电路可以安排用数字电路实验箱进行一般的实验验证，使学生知道如何搭建一个简单的电路，如何验证一个电路的功能，从而对数字电路产生一个感性的认识。在EDA实验室，学生可以学习用EDA技术设计数字电路，包括原理图或硬件描述语言的输入、编译、功能仿真、引脚分配、下载等。

数字电路实验篇10

关键词：数字电路 教学 课堂教学 实验教学

中图分类号：TN79-4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0121-02

数字电路是电子信息类专业的一门学科基础课程，通过本课程的学习，同学们能够了解数字电子技术的基本概念、数字逻辑电路分析和设计方法，掌握常用集成电路芯片的使用，实现简单数字应用电路设计，为后续有关专业课程学习和解决工程实践中遇到的数字逻辑问题打下良好的基础，培养具有一定创新能力的应用型人才。

数字电路是现代电子系统的必要组成部分，从一般的数字逻辑电路、微处理器控制电路、到复杂的信号处理系统，无不留下数字电路的身影，因此掌握数字电路分析、设计方法和测试方法是电子信息类专业的基本要求。

1、对数字概念的建立是该门课程的重要基础。

数字电路是真正接触数字逻辑、数字概念的第一门课，这部分概念的掌握与否，直接影响到后续课程的学习，比如：微机原理、单片机原理、数字信号处理和EDA等。

（1）逻辑量概念和逻辑运算是数字电路的基础，逻辑量是用来表示事件是否发生的物理量，在具体电路实现上用高低电平来表示逻辑量0和1。逻辑关系表示了事件之间的因果关系，在具体电路方面用各种门电路来实现。

（2）编码方法、二进制概念、算术运算是数字逻辑的具体应用。用多位有序逻辑量排列来表示不同的符号和不同的数就形成了编码，其中二进制是表示数的一种常用方法，这时的0和1也变成了数，但是其运算电路实现仍然是用逻辑电路来实现的。

比如一位全加器就是一个典型的二进制运算器，其运算规则是按照二进制运算进行的，每个变量的值，代表真实的二进制数0和1，但是其实现电路有时按照逻辑电路来实现的。

假设一位全加器的输入信号两个加数分别为Ai，Bi与低位进位Ci-1，输出信号分别为和Si与进位Ci，则得到真值表如下。

由上述逻辑表达式就可以得到一位二进制全加法器，如果有多个这样的二进制全加器就可以实现多位二进制加法器，实现加法运算。

2、组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计是数字电路教学的主要内容

组合逻辑电路的分析和设计主要包括各种门电路和一些常用组合逻辑电路，这部分内容是逻辑运算关系的具体实现，也是一些常用小规模集成电路原理理解和应用的具体实现，特别是译码器74LS138和数据选择器74LS151的理解和应用。

时序逻辑电路的分析和设计主要包括触发器原理介绍、由触发器构成的时序电路和中小规模集成电路的应用，这部分内容是数字电路教学的主要内容，特别是用时序电路来解决具体应用问题时，如何把具体问题转换成电路设计问题时一大难点。其中两个重要的集成电路模块是移位寄存器74LS194和异步复位十六进制计数器74LS161。

组合逻辑电路和时序逻辑电路是按照电路中有无触发器来区分的两种电路形式，实际时序逻辑电路中往往肯定包含组合电路，按照一定的分析和设计思路，就可以顺利完成电路的分析和设计。

图一是用译码器和数据选择器分别实现全加器的电路图，我们在输入端用拨动开关来表述不同的输入信号，在输出端用发光二级管来表示输出结果，这样非常直观，利于同学们的理解。

（b）用74LS151数据选择器实现

图1 全加器实现与演示

3、积极改进教学内容，注重应用技能的培养

数字电子技术的发展、电子设计手段的进步已经发生了巨大的变化，但是我们教材的主要内容和20多年前没有大的变化，强调数字技术的基础性，在门电路、集成电路方面花了很多的篇章，这也是现在同学们学习时比较难掌握的部分，但是这一部分也是绝大部分同学今后很少用到的部分。另外一方面，现代设计所需要的CPLD、FPGA知识和HDL语言没有介绍或介绍不够。因此，我们在教学中，弱化门电路和集成电路的教学，强调集成电路的功能和接口条件，在介绍集成电路芯片的同时，介绍其Verilog HDL描述。这样对照硬件和软件进行学习，相互印证，能够得到比较好的效果。这种学习方法，可以适应硬件设计的软件化设计趋势。

4、积极改进理论和实验教学方法，加强动手能力的培养

在数字电路教学中多讲解各种实用电路的设计和实验，可以提高课程教学的效果，帮助同学们理解数字电路理论教学内容，增强同学们感官认识和动手能力。现在数字电路实验特别是多个集成电路芯片的实验因为接线问题，常常影响同学们的实验效果，甚至得不到所需要的结论。另外硬件实验要花费较多的时间资源和硬件资源，并且以后的工作需要更多的是软件仿真工作，因此仿真工作是很多设计过程中不可或缺的一个重要环节。因此在教学过程中我们要求学生掌握Multisim仿真软件。通过老师演示，学生自己仿真，花时间少，可以充分发挥自己的想象。

Mutilsim软件具有非常强大的功能，不仅可以满足数字电路的仿真还可以满足模拟电路的仿真要求，系统提供了大量的信号源和测试设备，使系统的运行看起来非常逼真。系统还可以实现硬件描述语言编程的仿真，还可以进行CPU软件编程程序的仿真，因此建议同学们掌握Mutilsim软件的使用。（如图2）

图2是60进制计数器的电路，图中不仅包含由两个74LS161组成的60进制计数器，还包含了两个数码管驱动电路和两个7段数码管。这样通过仿真软件实现具有下列优点：

（1）可以方便地修改60进制计数器的各种设计方法，只需简单修改就可以实现同步计数电路、异步计数电路、同步置零、异步清零等计数器控制策略；

（2）可以方便地实现其他进制的计数器，如果采用74LS160电路可以更简单；

（3）进一步理解数码管驱动电路的原理和使用方法。

（4）进一步理解数码管的模块的连接方法。

本文针对数字电路课程教学中的数字电路概念、教学内容和教学方法等问题做了比较具体的分析，并用具体实例进行了说明。

参考文献

[1]谢剑斌，李沛秦等.在“数字电子技术”教学中培养学生创新能力.电气电子教学学报，Vol.32，No.6，2010.12.

[2]张振亚.数字电路教改探讨.西南民族大学学报·自然科学版第37卷5，2011.5.

[3]宋伟，朱幼莲.“数字电路”课程设计教学改革探索.江苏技术师范学院学报Vol.17，No.8，2011.8.