时间：2023-10-13 16:13:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇数字电路的设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【摘要】顺应时代的发展，高速大规模、超大规模数字集成电路不断涌现，在高速数字电路的设计中，需要对数字电路的噪讯干扰进行处理，要注意把握数字技术与模拟技术的融合，数字集成电路的选择都是应该注意的问题。
【关键词】高速数字集成电路
有人认为线传播延时大于数字信号上升时间的一半才能称得上高速数字电路，这是根据信号沿变化的速度来定义的。在高速数字电路的设计中需要从以下几个方面来把握，防止产生各种的问题。
首先要对数字电路的噪讯干扰进行处理。因为在数字电路中我们会经常采用布尔代数的数学方法，用来描述事件之间相互的逻辑关系。和一般普通代数层面中的变量不一样，逻辑变量则是用来描述逻辑关系中的二值变量，即用1和0这两个值来表示对立的逻辑状态。数字电路依照0和1的稳定情况来作为运算基础，所以这其中就会存在噪讯界限。相对于模拟电路而言，数字电路有着非常强大的噪讯。数字电路中，数字信号因为与电流变化中磁数变化的诱导电压的影响，电流变化就会在某个地方形成了噪讯的产生地，这又与电路长度、回路的面积息息相关。数字信号转变时会带来过渡性的电路，进而带动导体产生噪讯电压，再加上噪讯电流的流动会容易造成数字电路的误动作。电路的阻抗越高受到外部噪讯干扰就越容易，对抗噪讯的干扰除了控制噪讯电压以外，还应该加大结合阻抗，同时减少输入阻抗。数字IC中如果空端子表现出open的状态就会使阻抗变高，这进而又会导致数字电路极容易受到噪讯的误动作干扰。所以，数字IC的空端子需要连接电阻与电源。多层板信号线的阻抗，因为导线系设在背景的表面上，所以也可以减低阻抗的效果。
其次，要注意把握数字技术与模拟技术的融合。因为LSI和IC本身的高速化，为了能够使机器能够同时达到正常运行的目标，所以这就难免会使得技术的竞争越来越激烈。尽管系统构成的电路不一定有clock的设计，但是毋庸置疑的是系统是否可靠必须要考量到选用电子组件、封装技术等综合因素上。数字或模拟电路的极其小型化、多功能化、高速化会使得小功率信号与大功率信号、低输出阻抗与高输出阻抗、小电流与大电流等问题常常会在同一个密封密度的电路板中出现，设计人员置身于这样的环境就将面对如此高难度和富有设计思维的挑战。
最后，数字集成电路的选择上也需要注意。基本门电路是由简单的分离元件构成，虽然设计起来比较容易简单，但是运行和反映的速度很多时候相对较慢，负载承受的能力也较差，电气的性能也有待进一步提高。目前使用得最为广泛则是数字集成电路。其优点是：体积较分立元件设备小几百倍；抗干扰能力强；故障率和功耗率都很低，输出电阻低；输出特性好；稳定性强。数字集成电路中又以是CMOS和TTL系列电路这两种为主。CMOS系列器件的工作电压在3～18 V之间，TTL系列的工作电压是5 V，所以CMOS电路的工作范围相对较广，其噪声的容限也较大，所需要消耗的功率相对较低。尽管CMOS的电路输入端进行了保护电路的设置，但是因为限流电阻的尺寸有限和保护二极管，这就会难免使得其承受的脉冲功率和静电电压受到限制。CMOS电路在运输、组装和调试中因为不可避免的会接触到静电和高压的物件，所以要保护好输入的静电。此外，CMOS还会产生电路锁定效应，为了安全和方便的使用，人们一直在致力于从设计和制造上排除锁定效应的研究。因为，集成电路的要求都比较高，需要先进行芯片的设计和程序的编制，但是更多的时候在使用现成数字电路中进行了简单的分析，这是非常不够的。专用的集成电路是一种新型的逻辑器件，因为其具有灵活性和通用性的特点，所以成为了对数字系统进行设计和研制的首选器件。总的来说，数字电路在今后的发展中还有广阔的空间，但是其基础知识不会发生改变，如何进行进一步的改进，这就迫切需要新型的数字人才去发现并改进当中不大完善的地方，完善和弥补电路中的每一个缺点和不足，使得当中各个部分和环节都能发挥最大的作用。
最后数字电路系统设计也需要从原理方案出发，把整个系统按照一定的标准和要求划分成若干个单元电路，将各个单元电路间的连接方式和时序关系确定下来，在这个前提下进行数字电路系统的实验，最终完成总体电路。数字系统结构由时基电路、控制电路、子系统、输出电路、输入电路五部分构成，当中数字系统的核心是控制系统。数字电路系统的设计有分析系统要求、设计子系统、系统组装和系统安装调试等步骤组成。数字电路系统的设计也不是一次两次就能完成，需要设计人员进行反复的测试。
参考文献
[1]黄得勇.高速电路设计中的信号完整性研究[M].电讯技术，2004，20（2）：149-152
【关键词】MAX+PlusⅡ软件;数字电路设计;实例应用
在当代社会,电子产品更新换代的速度越来越快,以往的电路设计方法已经适应不了这种挑战,随着可编程逻辑器件集成规模的不断扩大,EDA(Electronic Design Automation)技术在现代电子系统设计领域的优势已有所突显。
EDA技术是指以计算机为工作平台,融合了电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果的现代电子设计技术。美国Altera公司推出的MAX+PlusⅡ软件被公认为是最易使用、人机界面最友善的PLD开发软件,现已成为电子系统设计、电子产品开发领域中一种全新的手段和便捷的方法。
一、MAX+PlusⅡ简介
MAX+PlusⅡ可编程逻辑开发软件结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具,不用搭建硬件电路,即可对自己的设计进行调试、验证,借助模拟示波器等虚拟设备直观显示仿真动态结果。而且设计者可以在友好的界面下很简便、高效地设计出各种复杂的专用IC。因此,MAX+PlusII对改善硬件系统设计环境,培养学生应用系统级设计的能力,培养具有创新精神的应用型、复合型专门人才有很大的推动作用。MAX+PlusⅡ软件的主要功能和特点有:
(1)设计输入、编译、校验、仿真、器件编程与配置全部集成在统一的开发环境中,可以加快动态调试,缩短开发周期。
(2)设计环境与芯片结构无关,它支持EPF10K等可编程逻辑器件系列,编译程序还提供强大的逻辑综合与优化功能。
(3)有丰富的模块化设计工具和器件库。
(4)支持VHDL, Verilog HDL和AHDL等硬件描述语言。
(5)提供Megacore系统级功能。
(6)具有开放性的特点,他允许设计人员添加自己的宏函数。
二、MAX+PlusⅡ设计流程
MAX+PlusⅡ软件提供了一种与结构无关的设计环境,其全面的逻辑设计能力,使设计者只需运用自己熟悉的输入工具(原理图、硬件描述语言)进行设计,就可以将文本、图形、波形等设计方法任意组合,建立起有层次的数字系统,MAX+PlusⅡ把这些设计转换成最终结构所需要的格式。而MAX+PlusⅡ的编译器则可完成资源利用的最小化和逻辑综合,把设计装配成1个或多个器件并产生编程数据。此外,还可进行功能仿真、定时仿真、延时预测等设计校验。使用MAX+PlusⅡ设计数字系统的步骤如下:
(1)设计输入 用户可使用MAX+plusII 10.0Baseline提供的图形编辑器和文本编辑器实现图形、AHDL、VHDL或Verilog HDL的输入,也可输入网表文件。
(2)编译 为完成对设计的处理, MAX+plusII10.0 Baseline提供了一个完全集成的编译器,可直接完成从网表提取到最后编程文件的生成。在编译过程中生成一系列标准文件可进行时序模拟、适配等。
(3)项目校验 项目校验过程包括功能和时序仿真,其作用是测试逻辑操作和设计的内部定时,若有错误则进行修改并重新编译。
(4)项目编程 将设计的项目编程/配置到所选择的器件中。
三、数字电路设计举例
本例用VHDL语言来实现8选1多路选择器,编写程序如下:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164 .all;
entity mux is
port(D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7: in std_logic;
A0,A1,A2: in std_logic;
Q: out std_logic);
end mux;
architecture rtl of mux is
signal sel: std_logic_vector(2 downto 0);
begin
sel
B:process(D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,sel)
begin
if(sel="000")then
Q
elseif(sel="001")then
Q
elseif(sel="010")then
Q
elseif(sel="011")then
Q
elseif(sel="100")then
Q
elseif(sel="101")then
Q
elseif(sel="110")then
Q
else
Q
end if;
end process;
end rtl;
上述8选1多路选择器经过时序仿真、功能仿真,仿真结果如图1所示,结果完全达到了设计目的,仿真通过后就可将设计结果编程/下载到目标器件中去。
四、结束语
EDA技术是电子设计的发展趋势,利用EDA工具MAX+PlusⅡ可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作,能够方便灵活地设计出体积小而系统性高的数字电子系统,彻底地改变传统数字系统的设计方法、设计过程乃至设计观念,拓宽了电子设计和产品开发的思路,是电子技术设计领域的一场革命。
【参考文献】
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。
关键词：LED路灯 光伏 充电桩 综合
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0145-01
1 引言
安装独立的充电桩需要建桩破路，不仅涉及到多个部门，面临用地贵、征地难的问题，还涉及到电线设施铺设、充电桩安装施工、设置固定停车位等环节是一桩不小的土木工程。而利用路灯节能改造开发路灯充电桩则可以有效地规避这些问题。
2 总体设计方案
在进行路灯改造时，利用光伏发电得到标准的直流电源，为 LED路灯进行直流供电，与此同时在LED路灯支架中设计一个直流充电桩设备，实现对电动汽车的充放电。系统总体框图如图1所示。
2.1 光伏发电设备的设计
在进行光伏发电设备的设计时，考虑到用电的安全性，我们单个升压电源模块采用低压供电的方式，其输出电压保证在36V，并且为了保证其能达到大功率输出的目的，输出端采用并联结构与串联结构混合的方式，原理框图如图2所示。
对于图2中的升压电源，我们用单片式的结构，所用的芯片是XL6009。其电路图如图3所示。
XL6009的5脚为电压反馈端，其可以保证输出电压的稳定性，其中输出电压的表达式为：
（1）
由（1）式可知，只要调节R2与R1的比值便可使输出电压达到36V，在本文中取R1=28K，R2=1K。
值得注意的是，在本文中为保证光伏发电设备可以有足够的输出功率，输出端采用了用多个升压电源并联与串联结合输出的结构。其中，单个升压电源输入电压与输出电压在空载时的测试数据如下表1：
由表1可知：当输入电压变化是，输出电压基本保持不变，该升压电路具有良好的电压稳定能力。
2.2 路灯照明电路的设计
其设计过程主要包括：变压器的设计、恒流反馈电路的设计。对于变压器的设计，它作为驱动电源的核心部件，主要与驱动电源的功率、工作频率、占空比、输出电流等息息相关。设计变压器时，就是选取一个合适的参数，使得电源的效率最高，发热最小。在本文中，考虑到输入电压为300～400V，输出电流为2A，输出功率为100W，我们利用查表法选择变压器的型号为EE35（材质为PC40）[1]，再结合相关的计算公式及后续的调试，最终取原边线圈匝数为，次边线圈匝数为，辅助线圈匝数为，气隙取0，31mm初级线圈采用0，4mm的漆包线，次级和辅助采用0，3mm的漆包线。对于恒流反馈电路的设计，如图4所示，我们选用型号为 LM358 的运算放大器，V2主要是给运算放大器和稳压二极管 Z1进行供电[2]。同时V2经过分压后提供一个基准电压，接入到运算放大器的正向输入端，通过改变基准电压便可改变输出电流，由于本文需要输出2A的电流，故取此基准电压为0，1V。
其总体电路图如图4所示。
2.3 充电桩的设计
考虑到光伏发电设备提供的是直流电，故在本文中涉及的充电桩为直流充电桩，其工作原理为：将光伏发电设备提供的直流电直接提供给IGBT桥，控制器通过控制IGBT桥将直流电压转换为脉宽调制的交流电压，接着，经脉宽调制的交流电压通过高频变压器隔离，最后经过整流滤波后给电池组充电。其原理框图如图5所示。
3 PCB设计
对于PCB设计主要注意以下几点[3]。
（1）对于升压电源部分，其电压输入端到XL6009的电源和地端，应使用单点接地，减小电磁干扰。（2）对于电路中有大电流经过的部分应尽量减小其闭环回路的面积，且走线要宽。（3）对于有高电压的接触点，要加大接触点的面积。（4）对于发热量大的器件，应放置在PCB板的边缘，加强其散热功能。
4 结语
本文提供了一种带充电桩的LED路灯设计方案。经测试，该方案可对100W的LED路灯进行照明，且随着光伏发电设备的增多，整个供电网络能提供的最大功率也线性地增加。
参考文献
[1]赵同贺，开关电源与LED照明的设计计算精选[M]，北京：机械工业出版社，2013（8）：20-21，
关键词：计算机 高速数字 电路设计技术
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00
1引言
高速数字电路的含义是通过电路，高速变化信号出现电熔以及电感等性状，计算机高速数字电路涉及两方面的技术，分别是计算机技术以及电子技术，优化了电路的所有参数，保证高速数字电路系统可以正常的运行。在进行高速数字电路设计时，最为关键的是合理搭配各个元件，这样才有利于电路信号以及相关元器件的稳定运行。
2影响计算机高速数字电路设计技术的问题
2.1 来自于信号线之间距离
高速数字电路设计技术的出现，对于计算机电子技术来讲，是一个很大的进步。不过目前这种技术还不成熟，还有很多弊端。举个例子，信号线之间的距离也对其带来一定的影响，通常来说，印刷版电路的密度越大，信号线之间的距离就会变小，同时，还会增加电磁耦合度，如果没有充分注意到这个问题，就会导致信号之间相互干扰，而且这种现象会越发的严重。
2.2 阻抗不能匹配
对于信号传输线来说，最主要的就是阻抗，但是目前在进行高速数字电路设计时，阻抗不能匹配的情况时有发生，这会引起反射噪声的出现，从而影响到信号的完整性。
2.3 来自于电源平面之间电感以及电阻方面的因素
具体来讲，计算机高速数字化电路设计技术就是结合具体条件，通过电子技术完成设计，在很大的范围内得到了推广。目前，在进行计算机高速数字电路设计时，因为电源平面之间是有电感以及电阻存在的，如果同时进行所有的电路输出，就会在电路上形成巨大的瞬间电流，影响到电源线电压以及极端级的电路地线，严重时还会造成波动。
3深入探讨计算机高速数字电路技术
3.1 通过科学的设计保证完整的计算机高速数字电路信号
我们经过上面的分析已经知道，目前，在进行计算机高速数字电路设计时，因为存在阻抗之间的不匹配，会造成电路信号的不完整，所以，要科学的设计计算机高速数字电路技术，最大程度保证完整传输电路信号。有关这个问题可以从两个方面进行研究，首先，研究不同种类电路之间电路信号传输的干扰现象，换句话来说，就是上面所说的干扰以及反射的现象。其次，我们还要研究不同种类信号在进行传输时，给电路信号网带来的影响。计算机高速数字电路处于正常运行状态时，因为阻抗不能匹配，传输的电路信号并不是很完整，此外，计算机高速数字电路在运行当中，是无法控制好阻抗的，阻抗有时过大，有时过小，这会影响到电路信号的波形，最终造成计算机高速电路不能传输完整的信号。为了解决这个问题，我们必须要进一步研究计算机高速数字电路技术，按照一般的规律，高速数字电路设计是无法让临街阻抗符合电路的，这就要改进计算机高速数字电路设计技术，确保系统是过阻抗的情况，这种方式可以解决由于阻抗的不匹配，造成计算机高速数字电路不能传输完整信号的问题，最大程度减少由于阻抗过大或者过小所带来的负面作用。
3.2 科学设计高速数字电路电源
计算机高速数字电路技术是离不开电源的，可以说，电源是包含在计算机高速数字电路技术之内的，我们通过上面的分析已经了解到，在进行计算机高速数字电路设计时，因为电源平面之间电感以及电阻带来的影响，电源在运行时，会产生过电压的现象，简单来说，就是干扰到电源的波形，无法保证计算机高速数字电路安全稳定的运行。按照理论来讲，在进行高速数字电路设计时，如果电源系统是没有阻抗的，电路设计就会进行的非常顺利，在这种情况下，信号回路就不容易消耗到阻抗，系统当中，每个点都会保持一种长期稳定的态势。但是这只不过是一种假设的理想状态，在现实当中，是不可能存在的，为了保证计算机高速数字电路系统的正常运行，就不能忽略电源的电感以及电阻带来的影响，为了将这种影响控制在最低的程序，需要我们采取科学的手段。我们考察目前计算机高速数字电路系统所用的电源材料可知，对于电路系统来说，大部分都是利用铜质材料的，但是根据电源系统的具体情况，铜质材料是不符合计算机高速数字电路电源的材质要求的，这会影响到计算机高速数字电路系统的正常运行。面对这种情况，我们要从多角度对各个影响因素进行探究，比如可以在电路中应用楼电容，这种方式有利于减少电源面的电感以及电阻所带来的影响，最终保证计算机高速数字电路系统可以长久稳定的运行。
4结语
总的来说，随着中国社会经济发展越来越快，推动了电子技术的不断进步，也催生了很多新的技术，就如文章所阐述的计算机高速数字电路设计技术，其就建立在电子技术的基础之上，通过科学设计而实现的，并且应用于各个行业，取得了显著的效果。文章深入分析了计算机高速数字电路设计技术，在结合笔者自身的实践经验，此外，还有对于计算机高速数字电路技术的初步认识，详细的阐述了计算机高速数字电路设计技术的相关影响因素，并且提出了具有针对性的完善手段，主旨在于通过上述的分析，可以将计算机高速数字电路系统的应有作用发挥出来，繁荣电子产品市场，并且成为同行的一种借鉴。
参考文献
[1] 蔡叶芳，田泽，邵刚 等.一种高速数模混合倒装芯片协同仿真技术研究[J].计算机技术与发展，2015（06）.
关键词：数字电路；思路；方法
1世纪是信息化时代，信息化时代又被称为数字时代，数字地球、数字化生存等概念已经被人们耳熟能详，今天的人们已经越来越多的与数字联系在一起，从个人的身份证号，手机号到IP地址、QQ号、信用卡密码等无不打上数字的烙印，数字已经不完全是1、2、3了，他已经用数字标记和管理的社会。今后，我们的生活可能就是用数字代码来管理的，复杂的信息资料将是用类似的1110011001这样的简单数字代替，所有这一切的基础就是我们的各类生产、生活、学习资料都必须转化一系列的数字，承担这一任务的就是以数字电路为基础的数据采集、分析和处理系统，该文章就是从数字信号的基本概念入手来认识我们的生活密切相关的数字电路。近年来，随着科学技术的飞速发展，数字电路课程从体系结构到内容组成均进行了较大力度的教改，笔者就从以下几点进行分析：
一、了解数字电路的基础知识
1.基本概念：工作在数字信号下的电路统称为数字电路
2.模拟电路和数字电路的区别:显然，模拟电路和数字电路的差异是很大的，初学者应当在学习方法上作一些改变，以适应数字电路的特点，才能取得良好的效果。
（1）在数字电路中，所有的变量都归结为0和1两个对立的状态。通常，我们只需关心信号的有或无，电平的高或低，开关的通或断，等等，而不必理会某个变量的详细数值。比如电平幅值的微小变化就可能毫无意义。
（2）数字电路的研究方法以逻辑代数（又称布尔代数）作为数学基础。它主要研究输入，输出变量之间的逻辑关系，并建立了一套逻辑函数运算及化简的方法。布尔代数又称双值代数，由于其变量取值只有0和1两种可能，比之模拟电路，数字电路中没有复杂的计算问题。
（3）由于数字集成电路技术的高度发展，数字电路更鲜明地体现了管路合一的特点。初学者应充分注意这一特点。一般来说，学习电路结构不是我们的目的，目的是掌握电路功能。
3.数字电路的特点：
（1）数字电路中只处理二进制中的“0”和“1”两种信号，“0”表示信号无，“1”表示信号有。从电路硬件这一角度上讲，电子电路中的元器件特别是三极管只工作在有信号和无信号两种状态，也就是数字电路中的三极管多伴工作在开关状态，不像模拟电路中的三极管工作在放大状态。 （2）数字电路中，用三极管的饱和状态与截止状态分别对应于数字信号中的“0”和“1”，可用三极管截止时输出的高电平表示数字信号的“1”状态，而用三极管饱和导通输出的低电平表示数字信号中的“0”状态。三极管的这一工作状态与模拟电路是完全不同的，在进行数字电路识图时电路分析方法就不能与模拟电路中三极管放大状态的分析方法相同。 （3）由于数字信号只有“1”和“0”两种，那么对数字电路的工作要求就是能够可靠地区别信号为“0”和信号为“1”两种状态，因此对数字电路的精度要求不高，这适合于对数字电路进行集成化，加上对数字信号的处理和运算都是相当复杂的过程，所以数字电路中都是采用集成电路，且许多是大规模集成电路，这一点又使数字电路工作的分析增加了一份神秘的色彩。 （4）数字电路是实现逻辑功能和进行各种数字运算的电路。数字信号在时间和数值上是不连续的，所以它在电路各只能表现为信号的有、无（或信号的高、低电平）两种状态。数字电路中用二进制数“0”和“1”来代表低电平和高电平两种状态，数字信号便可用“0”和“1”组成的代码序列来表示。因此，学习数字电路首先要了解有关二进制数知识，否则对数字电路的分析将寸步难行。
二、学习数字电路的方法
1.阅读——课后要认真阅读教材及相应的参考书，养成自主学习的习惯。无论学什么都要看看和教材的相关课外书，这是必备的。课外书是教材的延伸，是这个行业的基本拓展，不要以为简单就不看课外书了。一定要看如下几类课外书：1、教材辅导丛书，比如习题书，答案书，不要以为你会做书上的所有习题，就万事无忧。2、实验书本。教材相配套的实验书有助于动手能力的培养，对书本知识的加深和理解。3、相关交叉书籍。比如数电学习要看看单片机和模电书本，及数字-模拟转换，数电与电子技术，数电与逻辑门4、专业与行业书籍。以上所列书籍必不可少，多读精读。 转贴于
2.思考——不求多深，但求思考，课上紧跟老师，课下积极思考、开阔思维，找出各个章节之间的联系，力争对知识的理解、掌握达到融会贯通的程度。
3.提问——无论课上还是课下，多向教师提出问题与教师互动，彻底弄明白问题的根源。
4.作业——课后多做练习，巩固所学知识点，尤其自我检测题能够检测出各章节的知识的掌握程度。
5.实验——在学习完相关的理论知识后，要做相关的实验项目。通过实验过程，不仅巩固所学的数字电路基本理论，而且要加强知识的综合运用能力、分析实际问题和解决问题的能力，锻炼实践技能，培养工程意识。本课程实验也可在虚拟实验环境下进行动态仿真，加强计算机辅助设计电路的能力。
三、学习设计数字电路的体会
在设计数字电路时，不同设计模电需要考虑许多参数及温度等各方面的影响，只要满足相应的电路和它的连接即可，正明有此数字芯片的连接脚只能接地或电路的脚就仅能悬空。在设计一个电路时往往都是知道是否满足的功能，无论是数电还是模电都是如此。就像在电子设计大赛当中都是告诉电路的功能和要求。让你做出相应的电路并将其调试。而设计数电就更简单，只要在设计时把一些小问题都考虑到的话在调试时就没有什么问题了。我的建议是利用解析法来做，将要实现的功能进行分析和解后，得到相应的逻辑表达式和各个相应的模块。再将表达式理论上的分析及逻辑仿真等一些操作再得到你设计的原理图在机上仿真看能否得到你要的功能。最后一不就是将其制成板子，硬件仿真及调试操作也是最关键的一步。还要注意在制板时应注意高频对其的影响，应注意频蔽等措施。还有就是要注意工艺问题。应尽量做到美观等要求。
四、学习数字电路要打好基础
在数字电路的教材上，有许多章节在设计上都非常重要，比如组合逻辑电路，章节中编码器，译码器，触发器，章节中的几种常见触发器，时序逻辑电路中，寄存器，和存储器还有就是脉冲产生和整形电路，以及D/A，A/D电路.时序逻辑电路与FPGA 联系非常紧密，时序逻辑电路要用VHDL语言设计，而且在很多设计中应用频繁，脉冲产生和整形电路是非常基础但也是非常重要 的，只要是应用到单片机的基本上都要应用到脉冲产生电路，整形电路在模电设计上应用广泛，A/D，D/A转换电路，数字信号和模拟信号的转换我们现代化就是数字化应用时代，所以说模仪信号转化为数字信号在许多设计中是常见的，在通信中都是先模拟信号转化为数字信号，在通过信道，最后经过数字信号转化为模拟信号数字电路设计应用中大多数，都是我们非常常见的而且应用也非常多，我感觉我们应该把这些基础打好，以备见来之需.
关键词：数字电路；故障；检测技术；特点
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 18-0000-01
一、数字电路概述
数字信号，指的是以多个离散值表示的离散信号；数字电路，是指用于处理数字信号的电路。数字电路输出只有低电平和高电平两种状态（三态门除外）。通常来说数字电路可区分出高低电平状态。以逻辑规则为标准，可将数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。其中组合逻辑电路，是指输入信号、输出信号二者无反馈关系的数字电路，在该类电路中，各时刻输出的信号仅与实时输入信号有关，与之前的电路输出无关，其不具有记忆能力。依靠触发器存储功能所组成的电路称之为时序逻辑电路，其具有记忆功能，该类电路的输出内容，由输入端信号与输出端反馈信号共同决定。
二、数字电路故障的特点及原因分析
（一）特点分析
数字电路故障检测是一项复杂的工作，这是因为待检测电路同时存在多个输入输出，多者可达数百个，电路响应具有时序性，而并非简单的组合关系；同时，由于很多的记忆元件、电路门都被封装于同一芯片中，其可能存在较多的物理缺陷，对于这些元件的输入输出、逻辑电平是无法测量的。所以，有必要找寻到一些准确而简单的检测方法，对元器件芯片、数字电路故障进行检测。
（二）原因分析
数字电路发生故障的原因主要可分为5大类：
1.在进行电路设计时考虑不周全（如元件参数变化），出现了设计缺陷
随着使用时间的推移，电子元件会逐渐发生老化，其参数性能也会逐渐下降，同时温度的改变也可能导致参数变化。例如：1个与非门可带10个同类门电路输出低电压，然而与非门实际可带的同类门远大于10个。这就可能导致输出低电压迅速上升，从而对电路原功能产生破坏，使系统无法正常工作，在输出高电压时，也同样会出现此种问题。
2.信号线故障
电路板电路在潮湿、大电流等因素的影响下，会导致信号线断路、短路、烧蚀等现象，发生信号线故障，致使电路无法正常工作。
3.接触不良、布线不当
在数字电路中，元件接触不良、布线不当是最为常见的故障类型。焊点氧化、虚焊、插件松动等都可能导致电路板故障。另外，在安装过程中出现漏线、桥接、中断线、元器件插错、闲置输入端或使能端处理不当等都会引发电路故障。
4.使用期限过长
对于电子元器件，若使用时间过长，超出了使用期限，就会发生老化，各项性能指标都会下降，从而加大设备故障的发生概率。
5.工作环境太差
当设备所处环境不符合设计要求的电磁环境、湿度、温度、工作时间等规定时，就很难保证设备的可靠运行。很多数字设备都对工作环境方面具有较高要求，湿度过大、温度过低或过高等都可能造成设备故障。另外，环境中的电磁干扰过大，也可导致设备故障。
三、数字电路故障检测技术
在数字电路故障检测中，常用的方法主要有逻辑检测、常规检测两种方法。
（一）逻辑检测法
常用逻辑检测法包括群举测试法、伪群举测试法两种。其中群举测试法，是指将受测电路作为输入端，接受所有输入信号，将其作为测试码，再查看受测电路输出，判断其与电路逻辑功能间的关系。应用该方法时，先要确定测试码集合，其是电路故障检测的直接依据，把测试码集合加入受测电路，通过测试电路相应以进行故障判定。伪群举测试法，是改进后的群举测试法，其有效克服了原方法中测试效率低下、测试码众多的缺陷。伪群举测试法中，先对电路进行合理分块，然后运用群举测试法对各块电路进行测试，从而使测试效率大为提高。
（二）常规检测法
常规检测可总结为“望、闻、问、触、测”五个字，其中，“望”就是查看设备有无异常情况，例如渗液、破损、腐蚀等。“闻”就是闻元器件是否有异味。“问”，即询问故障情况，全面了解故障现象、产生原因，以缩短检测时间；“触”就是触摸元件，感受有无异常发热；“测”就是使用专业设备对电路进行测试，常用的专业测试设备有逻辑分析仪、逻辑笔、示波器等。
另外，顺序检测法也是一种常用的故障检测技术，该方法是指先在输入端加信号，跟随信号流向，从输出级到输出级逐级测量、检查，以判定故障部位，也可从输出级到输入级进行测量，在检测出异常信号后，再由故障级开始逐级检测，直到检测到正常信号为止。
四、故障检测步骤
数字电路故障的检测一般会经历隔离、定位、诊断排除3个步骤。首先，在深入、全面考察故障特征的基础上，尽量缩小故障范围，进行故障隔离。通常来说，若电路无信号，应使用探头对电路连接路径进行检测，以快速找出消失信号；其次，在隔离故障后，就要观察故障影响，此时多会运用到电流跟踪器、逻辑脉冲发生器、逻辑探头，以进一步锁定故障源；最后，在找出故障源后，先要对故障电路进行动态测试，控制故障范围，再进行静态测试，以找准故障点，最后顺利排除故障。
五、结束语
综上所述，随着数字电路应用的日益广泛，其发生故障的频率也越来越高，因此数字电路诊断、检测的作用也显得越发重要。在实际工作中，应当多积累经验，结合实际情况，合理选择故障检测方法，提高故障检测效率，以确保数字电路运行的可靠性与稳定性。
参考文献：
[1]蔡万清.关于数字电路的故障检测技术研究[J].中国科技纵横，2010（4）：25.
[2]卢振达，陈建辉.数字电路ATPGS实现的关键技术研究[J].仪表技术，2009（10）：21-22，25.
[3]姬昌.数字电路的故障检测与诊断初探[J].科海故事博览・科教创新，2009（2）：193-193.
关键词：EDA；数字电路课程设计；多功能数字钟
1.EDA技术[1]
EDA技术即电子设计自动化技术，英文全称Electronic Design Automation，它是以功能强大的计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、简化、分割、综合、布局布线及逻辑优化、仿真测试的电子产品自动化设计过程。
利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：
（1）用软件的方式设计硬件，且用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由相关的开发软件自动完成的；
（2）设计过程可用相关软件进行各种仿真；
（3）系统可现场编程，在线升级；
（4）整个系统可以集成在一个芯片上，具有体积小、功耗低及可靠性高的特点。
2.用EDA技术改进数字电路课程设计的必要性
数字电路课程设计是建立在数字电子技术基础上的一门综合实践性课程[2]，有利于培养学生的系统综合能力和创新能力，对提高办学档次，满足社会对高素质人才的需求，培养学生对未来社会的适应能力都是受益匪浅的。通过这一课程的学习，学生能够熟练地利用EDA技术掌握较复杂数字系统的设计方法，进一步增强学生分析问题、解决问题的能力，充分挖崛和激发学生的创新潜能。
目前在数字电路实践教学中，大部分学校仍然采用中小规模的集成电路来实现设计功能，当设计的系统比较复杂，需要多个集成芯片和大量连线时，就增加了设计电路板的难度和故障调试难度，延长了设计周期，降低了学生的学习兴趣；同时，常用中小规模集成芯片的大量重复使用也大大增加了设计成本；因此，在数字电路课程设计中引入EDA技术，采用当前国际先进的设计方法和理念，改革传统的课程设计方法，已经成为一种趋势[3]。用中小规模集成电路设计的数字系统存在以上诸多缺点，而运用EDA技术、可编程逻辑器件设计数字系统就成为行之有效的方法。这种设计方法从系统总体要求出发，自上而下地将设计细化，将功能具体化、模块化；直到最低层的模块适合用硬件描述语言或原理图描述为止，最后形成数字系统的顶层文件；再经EDA软件的自动处理而完成设计。
QuartusII是Altera公司的第四代EDA开发软件，此软件提供了一种与结构无关的全集成化环境，将设计、综合、布局和布线、系统的验证都整合到一个无缝的环境中，使设计者能方便地对Altera公司的PLD系列产品进行设计输入、快速处理和器件编程。是应用广泛的EDA开发软件之一。CPLD/FPGA通称为可编程逻辑器件，其中FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物。目前，QuartusII开发软件和CPLD/FPGA器件作为EDA开发工具被越来越广泛的应用到大型数字系统的设计中。
3. EDA技术在数字电路课程设计中的应用
多功能数字电子钟的设计是数字电路设计中的一个典型应用，用中小规模集成电路实现时，用到的器件较多，连线比较复杂，可靠性差。下面就以基于ALTERA公司的FPGA器件CycloneII240C8芯片和QuartusII9.0EDA开发系统进行多功能数字钟的设计为例来介绍数字电路系统的一般设计方法。运用此种方法进行课程设计时，需要先掌握QuartusII软件开发环境的使用和硬件描述语言VHDL语言的编程，掌握相关CPLD/FPGA实验开发系统的使用。
（一）数字钟的设计要求
（1）具有时，分，秒计数显示功能，以24小时循环计时，由6个7段共阴极数码管显示；
（2）能够通过手动按键实现清零和调节小时、分钟功能；
（3）具有整点报时功能，当时钟计数为59’51”、59’53”、59’55”、59’57”时，扬声器发出频率为1024Hz的声音，在59’59”即到整点时，扬声器发出最后一声整点报时，频率为4096Hz。
（4）用VHDL语言来完成上述电路功能的软件设计和软件仿真，仿真结果正确后，在实验系统上进行由硬件电路的下载和调试。
（二）数字钟的设计方案
多功能数字钟电路的系统结构框图如图1所示，由系统时钟、控制电路、秒计数器、分计数器、小时计数器、译码器、显示器和扬声器组成；控制电路负责控制计数器计时、校时和扬声器报时，译码器将各计数器输出的BCD码计数值转换成七段码送到显示器，显示器显示时、分、秒计时结果。
介于所使用的实验系统中有现成的译码器和显示器部分硬件电路，故只对图1所示控制电路和时、分、秒计数器模块进行软件设计，由VHDL语言编写源代码来实现。
（三）数字钟的实现
在设计过程中采用层次化设计方法进行设计，编写源程序，为了简化设计把控制计时和调时部分功能放到计数模块中，报时部分专门用一个模块，故将数字钟的实现分成秒、分、时三个计数模块和一个报时模块构成，报时模块同时完成对报时输入信号的分频。
通过系统分析论证后，在QuartusII9.0环境下，用VHDL硬件编程语言编写数字钟的报时模块、秒计数模块、分计数模块和时计数模块源代码，即分别对应alert.vhd、second.vhd、minute.vhd、hour.vhd文本文件，对这四个模块分别进行编译、综合和仿真测试无误后，生成这四个模块的符号图，最后通过原理图连接的方式把以上各模块生成的图形符号连在一起形成顶层的原理图，实现多功能的数字钟。下面给出通过原理图的形式所设计的顶层原理图如图2所示，顶层设计文件为clock.bdf，顶层实体图如图3所示，当然也可以通过元件例化语句来生成顶层实体。
（四）功能仿真与下载
以上各个模块设计好以后，都可以利用软件进行仿真，得到正确的功能仿真结果后，在顶层的设计中调用各功能模块，完成顶层原理图或实体的设计，最后针对顶层的实体再进行功能仿真，仿真结果如图4所示，从仿真结果的部分截图中可以得到该数字钟能够实现正常计时的功能。
仿真正确后，选定好所选用的实验系统的配置芯片，锁定引脚，完成引脚配置，重新进行编译综合后，即可生成下载文件clock.sof，将此文件下载到选定的目标芯片，接上器件，完成整个系统的设计。经过在杭州康芯电子有限公司生产的GW48EDA/SOPC实验开发系统下载验证，该设计完全符合数字钟的功能要求。
4.结束语
通过将EDA技术应用于数字电路课程设计提升了学生对数字电路的认识，在设计过程中可以预先进行仿真，仿真有误可以修改设计，在这个过程中不必搭接电路，做到有错就随时修改，不用担心设计实验失败的风险。通过EDA技术不仅可以很好地锻炼学生的综合设计开发能力和动手能力，从而激发他们的学习兴趣，还可以大大节约数字电路课程设计实验的成本，提高设计效率，培养了他们解决问题的综合能力，因此，使用EDA技术必将是数字电路实践课程改革的新动向。
参考文献
[1] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2010.
【关键词】数字电路;故障;特点;原因;诊断
一、数字电路特点
数字电路就是运用数字信号完成对数字量进行算数运算和逻辑运算的电路。因为它具备逻辑运算和逻辑处理的功能，因此又被称作数字逻辑电路。数字电路按照功能来分可以分为两类，即组合逻辑电路和时序逻辑电路，组合逻辑电路是由最基本的逻辑门电路组合而成的，电路没有记忆功能，它的输出值仅与输入值有关，所以出输出值总随着输入值的变化而变化;时序逻辑电路是由最基本的逻辑门电路和反馈逻辑回来或器件组合而成的，不同于组合电路，时序电路拥有记忆功能，因此它的输出值不仅与输入值有关，与电路之前的状态也有关。首先数字运算使用的是二进制数字信号，同时具备算术运算和逻辑运算的功能，非常适用于运算、比较、存储和决策等多方面的应用;以二进制为基础，操作实现起来比较简单，受电源电压的波动较小，对温差和工艺偏差的包容性较大，可靠性非常好;数字电路的突出优点还体现在它集成度高、体积小、功耗低等多方面上，电路在设计、调试、维护上比较灵活，随着微电子技术的高速发展，数字电路将会取得更大的进步。
随着微电子技术的迅速发展，电路将会越来越复杂，技术人员在设计、调试、安装、维修的时候将会遇到很多无法避免的故障。当电路在运行中，由于不可测的故障影响，电路可能不能正常工作，器械工作也会受到影响。电路故障是指一个或者多个电子元器件因为损坏或接触不良而引起导线短路、虚焊造成电路逻辑功能出现错误不能正常运行的现象。对于组合电路来说，电路如果没有按照真值表要求运行，就被认为出现故障;对于时序电路来说，如果不能按照规定的状态转换图来运行，就被认为存在故障。当电路出现故障时，就必须及时对电路进行检修，只有这样才能保证其他工作的正常运转。电路检修是一项复杂的工作，因为待检测的数字电路，输入值输出值高达上百个;电路包含了组合逻辑和时序逻辑两种结构，并非是简单的组合;有的电路门和记忆元件是封装于一个芯片之内的，本身存在的物理缺陷就很多，难以去直接测量，为此必须找准电路故障原因，对症下药，才能选择合适的检测方法，有效地解决故障问题。
二、电路产生故障的原因分析
1.电路在设计工作中没有充分考虑到电路的参数及其工作条件
（1）数字电路集成度高，负载能力有限
随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，从小规模集成电路集成、中规模电路集成、大规模电路集成发展至超大规模电路集成，虽然集成规模越来越大，但是针对于具体某一个电路来说，负载能力还十分有限。比如说一个普通的与非门的输出低电压最多可以带10个同类门电路，这就是它的极限值，如果超过了极限值就会出现问题，就会使得电路输出的低电压急速升高破坏电路的原有功能，致使系统不能正常的工作。为此我们必须选择那些负载能力强的集成电路。
（2）集成电路的工作速度较慢
因为数字化集成电路的工作原理，只有当第一组集成电路稳定输出之后才能输入第二组信号，当然也会出现内部延时的状况，进而影响了电路的工作状态。如果电路信号输出挡在输入脉冲较高的时候，就会在输出端产生不稳定故障现象。这些故障还不是很容易检测的，因此在设计的时候就需要考虑到这个因此，选用一些工作速度高的集成电路。
2.线路安装不当，导致接触不良
在线路安装的时候就特别要注意，如果布线和电路芯片安装不当，就会影响电路工作的正常运行。特别是在安装中如果出现断线、桥接、漏线、插错电子元器件、闲置输入端等情况，就都会使得电路运转出现故障。
3.电路工作环境较为恶劣，影响了电路的正常工作
因为现代数字化设备对自身的工作环境都是有一定的要求的，像温度偏高或者是偏低，湿度过大等都会影响电路设备的正常工作，另外对于电器产品来说，环境中过多的电磁干扰也会影响设备的正常运行。
三、数字电路的故障诊断
早在上世纪60年代，数字系统的故障诊断就引起了科技界、工业界的重视，也取得了重大的成果。在数字电路故障诊断中，关键的一步是测试向量的生成，确定施加什么样的激励、在什么地方施加激励可以使故障激活以及确定在什么地方作测量。目前获得数字系统测试主要有两种方法，那就是确定性测试生成和非测试生成两大类，确定性测试生成是指采用测试生成算法自动推导数字电路的测试矢量;非确定性测试生成算法是指人工测试生成，即由测试人员根据对被测系统功能的了解，并结合实际测试经验，用人工的方法产生检测被测系统故障。
不同种类的数字化系统电路有着不同的功能和故障特点。主要有故障字典法、特征分析法和边界扫描测试法。故障字典法就是根据故障特征编制编制成一部故障与特征对应的字典，将其存入标准数据库，建立故障查寻表;特征分析法就是在窗口内观测数据信号的波形，进而提取有效特征;边界扫描测试法是指是一种扩展的自测试技术，在测试时不需要其它的测试设备，只适用于具有边界扫描特性器件的电路板。
现代信息化社会，数字技术应用面非常广泛。随着微电子技术的迅速发展，电路将会越来越复杂。为了提升数字电路工作运行的效率，提高电器使用和产品的制造质量，必须加强对数字电路故障的诊断研究，。只有这样才能有效地提升数字电路的应用水平，提升数字电路的应用质量，拓展其应用范围。
四、总结
作为一名合格的工程技术人员首先必须要充分了解数字电路及其发生故障的特点、原因，然后根据实际情况进行故障诊断工作。只有这样才能保证电路工作的正常运行，促进数字化电路系统的健康发展。
参考文献
[1]江国栋.数字AV产品的抗干扰设计[J].电声技术，1999.
关键词：Multisim 计数器 数字电路 仿真
中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0109-02
1、前言
传统的数字电路课程的教学是按照大纲、章节来组织的，老师讲授知识，学生学习知识，知识的生产、接受与传递只限于师生之间，无法激发学生的兴趣。随着信息技术和教育大众化的发展，知识逐渐的表现为全球化、去地方化和去个人化，在这样的背景下，数字电路课程的改革刻不容缓。而Multisim仿真软件的出现为该课程的改革提供了基础。
2、Multisim技术
Multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的仿真软件，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程，有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析，时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析等电路分析方法，还可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图，实验中不消耗实际的元器件、实验所需原器件的种类和数量不受限制，实验成本低，速度快，效率高，设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。本文在Multisim的基础上对数字电路课程的内容进行重构和改革。
3、数字电路课程教学中存在问题
首先是教学内容方面，步调缓慢，跟不上时代的发展。目前大多数院校使用的教材内容都是十来年前的，即便是近几年出版的，也是在以前内容的基础上，稍作修改，体系结构基本相同，授课内容主要是原理性的和特点，老师只能在课堂上描述某个芯片的运行结果，不能跟实际紧密结合，学生只能被动的接受知识，不能理解电路的工作过程，学生的兴趣不能完全被激发出来。而由于教学时间和环境的限制，老师在理论课上不能花费太多的时间进行电路的搭接，最终影响学生学习的积极性。
其次是教学方法方面，目前常用的有讲授法、例题法、问题引导法、阅读指导法。讲授法是一种传统的教学方法，它主要是由老师口述一些基本的事实、原理、特点和推理过程，学生只需要认真听讲就可以了。例题法主要是通过一些典型的例题来掌握使用某个元器件的方法或某个定理的应用，这是数字电路课程中最常用的一种方法，尤其是组合逻辑电路和时序逻辑电路部分，有很多芯片的使用，通过大量的例题使学生理解和掌握此部分内容。问题引导法是一种以学生为主导，以问题为导向的教学方法，它引导学生发现问题、研究问题和解决问题，它可以激发学生的求知欲、好奇心和学习兴趣，是近几年流行的一种教学方法，可以提升教学效果。但是这些方法都是静态的，学生接受知识的层面也是很浅的，如果课程结束，就很容易遗忘，如果能使学生全身心的起来，自己操作，自己修改，自己调试、自己观察运行结果，这样不但教会了他们使用芯片的能力，而且使他们心、脑、手并用，强化了学习数字电路课程的兴趣，加深了记忆。
还有教学手段方面，多采用板书，同时配以多媒体课件，如果没有相应的软件辅助教学，这种方法对于数字电路课程来说，学生表面上掌握了知识，其实并不理解电路的工作过程。
最后是实践教学环节方面，实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径。但是目前很多高校，首先是实验设备陈旧，很多实验都是由固定芯片搭接完成，学生只能按照实验教材设计的实验内容按步骤做固定的实验，实验内容大多以芯片验证为主，即使是综合性、设计性的，由于学生根本就不了解电路的工作过程，盲目的操作出现很多错误，却不知道原因在哪儿，不会分析问题，更不会解决问题，最终也都是老师设计好图，学生只进行简单的连接就可以了，这样学生做实验只是为了完成任务，根本无法促进教学。而且由于设备问题，导致接触不良，学生电路连接完全正确，但是就是结果出不来，浪费很多时间去排除故障，这样不但激发不了他们的学习兴趣，相反阻碍了学生对知识的渴求。
4、Multisim技术在数字电路课程中的应用
在理论课上通过Multisim技术，把枯燥的芯片描述变成生动的仿真演示，可以提高学生的兴趣。例如门电路知识、组合逻辑电路方面、时序逻辑电路方面，可以给学生现场连线，现场演示，改变了以往的叙述过程、原理，使学生边学边用，还可以自己提出问题，自己设计电路，通过仿真来自己分析结果看结果。下面是利用Multisim技术对时序逻辑电路分析方面的演示例子。
利用74LS160芯片设计一个5进制计数器。课堂上用清零法来讲，利用Multisim现场设计，需要76LS160芯片、与非门74LS03，时钟信号由信号发生器XFG1提供，并用逻辑分析仪XLA1来进行分析波形。设计电路如图1所示。
利用Multisim中的逻辑分析仪对计数器的时钟波形和输出波形进行观测，得到图2所示的波形图。分析波形图可见，每5个时钟周期输出波形就重复一遍，因此，这是一个5进制计数器。
从逻辑分析仪给出的QDQCQBQA的波形图，还可以画出电路的状态转换图，如图3所示。
由此分析可得，用Multisim得到的仿真结果与理论设计结果完全吻合。也可以在教学过程中通过选用不同型号的芯片来实现相同的逻辑功能，以便比较不同设计方案的优劣，培养学生的工程意识和职业素养。
5、结语
本文提出了目前数字电路课程中存在的许多问题，并进行了讨论和分析，详细描述了Multisim软件的各种功能，并将该软件引入教学中，进行了实际仿真演示，结果表明，multisim对数字电路的分析设计修改具有明显的优势，体现了直观性和真实性，增强了学生的理解。它不仅能仿真计数器，还可以仿真译码器、门电路等其它数字电路，是数电设计、调试的有效工具。
参考文献
[1]李娜.虚拟仿真技术在数字电路课程改革实践中的应用研究[J]现代教育技术,2010,(7).
[2]白静.数字电路逻辑设计课程的教学实践研究[J].电气电子教学学报,2007,(29)10:69-71.
[3]黄培根等著.multisim 10计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.
关键词：数字电路；教学内容；教学手段；考核方式
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0084-02
数字电路是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，学生通过对该课程的学习，应能正确掌握数字电路的基本理论和设计方法，并具备一定的实践应用能力。数字电路课程内容较丰富，但学时却在不断减少，使得学生在课堂上没有过多的时间去理解所学知识，难以跟上教师的节奏，导致他们失去了学习的兴趣。而且，随着电子技术的迅猛发展和电子行业对人才的需求，高校数字电路课程传统的教学内容和模式已远远不能满足社会的需要，因此，有必要在教学内容、教学方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培养学生创新意识和创新能力为目标的教学新理念、新模式和新手段，以获得更好的教学效果。
一、课程教学内容的改革
数字电路课程理论体系非常丰富，内容较多，在教学中存在的问题主要有两方面。问题一是部分教师过分强调理论教学，对集成芯片的内部原理分析过于烦琐，以至于忽视了芯片的外部应用和数字电路设计中不断出现的新技术，导致学生疲于芯片电路原理的学习，疲于应付考试，而缺少时效性，不能将所学知识与实际应用相结合，毕业后不能适应企业的发展需求。问题二是部分教师教学体系安排不合理，过分强调开发工具的使用，而忽视基础理论的教学，这样使得学生对开发工具的应用操作能力较强，但不具备完整的知识体系，一旦遇到问题不能举一反三。因此，在实际教学中应体现课程的基础性、系统性和先进性，能够与时俱进，在教学内容的安排上，既要重视基础知识，又要紧跟时代的发展介绍开发工具的应用。在基础理论教学上，应该以集成电路为主线，对逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路和脉冲电路六大模块加以介绍，以小规模集成电路为基础，引入中、大、超大规模集成电路，逐步学习各类集成电路的芯片，教学中要着重强调各类电路的逻辑功能及应用。另外，要将基础理论与EDA技术相结合，使学生熟练掌握VHDL语言，熟练使用Quartus II软件，能够应用EDA技术设计数字电路，以培养学生的创新能力。
二、采用启发式教学
在传统的课堂教学中，往往都是课堂上教师讲授，课后学生做练习，课堂教学的信息量较大，学生难以接受，因此如何调动学生的学习积极性至关重要。而启发式教学，就是以教师为主导，在教学中不断引入实例，增强课堂上与学生的互动性，充分调动学生的主动性和创造性，引导学生能够举一反三，培养学生的自学能力和创新能力。
三、采用对比法介绍相关内容
在数字电路中，很多知识模块是相关的。例如，在介绍时序电路的设计时，可与组合电路的设计做对比。时序电路是在组合电路的基础上增加了记忆元件-触发器，因此两者的设计在步骤上是相近的。首先定义输入、输出变量是共同点，不同之处在于时序电路还需要定义不同的逻辑状态；其次要列写关于输出与输入变量的真值表，而时序电路还要表示出输出与输入变量、次态与初态之间的关系，因此对应的表称为状态转换表；然后需要写出关于输出与输入变量的逻辑函数式并化简，而时序电路要通过卡诺图化简写出状态方程、输出方程及驱动方程；最后都要画出逻辑电路图，但时序电路还要验证能否能自启动。
四、借助于网络，优化教学手段
目前，数字电路的课堂教学多采用课件，这样能够大大减轻教师板书的工作量，增加信息量，但是部分教师过分依赖于课件，不再写板书，这样虽然教学速度变快，但是学生难以与教师保持同步，很难做到互动，无法提高教学质量。因此，在课堂教学中应以“翻转课堂”为核心，以学校的网络教学平台为依托，建设数字电路课程教学资源，包括课程介绍、教学大纲、教学课件、试题库、在线测试[1]、录制教学微视频等内容，完善课程教学资源网站，使得学生在课堂教学的基础上能够借助于网络和多媒体技术完成课程基础知识的学习。在课堂教学中，教师可以针对不同的内容采用不同的教学方式。对知识性较强的章节可采用课件教学，如用卡诺图化简逻辑函数；对内容浅显的章节可以通过老师的指导，及与同学之间的交流，协助其完成知识的内化，如门电路内容；对于一些难点，可采用板书与课件相结合的方式，如异步时序电路的分析与设计、脉冲电路的分析与设计。
五、加强与完善实践环节
数字电路作为一门电子技术课程，具有很强的实践性，必须有相应的实践环节配合，进而加深学生对理论知识的理解，并能具体应用到实际生活中。因此，实践教学是数字电路教学中必不可少的一个重要环节。在实验课教学中，实验电路题目的设置要与课堂理论知识相对应，实验课进度要配合理论课的教学，让学生做实验时能够有的放矢。首先以验证性实验为基础，让学生熟悉实验仪器的操作，加深对数字电路集成芯片的认识，掌握如何解决实际问题；然后侧重于综合设计性实验，包括用译码器及数据选择器设计任意形式的组合电路，用触发器设计同步及异步时序电路，用集成计数器芯片设计电子秒表，基于译码器和计数器设计八路彩灯控制器，基于A/D和D/A转换器设计简易的数据采集系统等。另外，学生可以选做部分实验，在开学初就发给学生每人一块面包板和一套实验用元器件，让他们可以在课后根据教学进度完成实验电路的设计、调试等工作。还有部分实验，学生需要在EDA实验箱上完成，这样大大增加了学生的兴趣，提高了学生学习的自主性。在课程设计环节，设置每人一题，在期中就安排课设题目。因为实验课教学往往是针对某一个或几个知识点，具有局限性，恰巧课程设计环节可以弥补这个不足。课程设计题目的选择应具有一定的应用背景，与实际生活紧密联系，例如设计电风扇控制电路、酒店客房控制电路、彩灯控制电路、音量控制电路、全自动洗衣机控制电路等。在课堂教学中不断启发学生如何设计相应电路，用仿真软件Multisim设计、调试电路，最终在面包板上实现电路的功能。在整个课设过程中，学生的兴趣在不断提升，同时也培养了学生在“工程”设计、制作和组织管理等方面的创新能力[2]。
六、改革考核方式，重视能力的培养
目前，数字电路课程的考核方式还局限于传统的应试教育模式，只是以期末考试成绩作为评定学生的依据，导致教师仅为了提高及格率安排教学，而不注重学生创新能力的培养；反过来，学生仅为了考试及格而学，而不注重自身能力的提高。这种考核方式严重背离了高等学校教学的目标，因此在实际考核时既要重视知识的考核又要重视能力的培养[3]，其中以期末试卷形式的知识考核着重考查学生对基础知识和电路原理及应用的掌握程度，期末试卷的成绩占总成绩的60%―70%，其他部分则是对能力的考核。能力考核包括日常小测验及综合能力的测试，例如在实践环节的教学中，首先在课堂上提出综合设计性实验和课程设计的题目，学生在课间可以自由组合，提出电路设计的思路，再由教师引导学生思考各方案的利弊及改进方法，给出综合能力测试的成绩，最后以实际教学证明这种方法能够大大调动学生的积极性，促使学生踊跃发言，开阔思路，提升能力。
七、与留学生交流，互通有无
数字电路课程的教学对象除了国内学生，还包括来自多个国家的留学生，这些留学生性格迥异，学习能力也不同。在课堂教学中应采用自愿的原则，国内学生及留学生可以到对方课堂上学习、交流。由于学校国内学生和留学生教学进度不一样，而且国内学生基础知识要扎实一些，因此教师可以安排部分优秀的国内学生作为助教，到留学生课堂听课、指导实验和课程设计。实践证明这种交互的教学方式非常有效，学生进一步掌握了数字电路课程的基本理论和应用，提高了英语水平，促进了不同国家间学生的文化交流。通过近几年的教学改革与实践，不断完善多种教学手段，改革教学内容和考核方式，使得课堂教学质量得到提高，学生的学习兴趣得到提升。在今后的教学中，还要与时俱进，紧随数字电路发展的潮流，紧跟科技发展的前沿，不断改革教学方法与手段，培养高素质的应用型创新人才。
参考文献：
[1]王维，许青林，韩改宁.计算机科学与技术专业数字电路教学改革研究[J].福建电脑，2012，（09）：33-34.
[2]严国红，赵文来，张水英.基于Multisim和FPGA的数字电路实验教学改革与研究[J].中国校外教育（中旬刊），2013，（z1）：227.
[3]王帅.数字电路设计课程教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（19）：270-271.
Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course
XU Jin-li，GE Wen
（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，
Shenyang，Liaoning 110136，China）
关键词：高职院校；数字电路；课程设计；改革
数字电路课程设计是保证教学效率的重要措施，随着教学改革不断深入，以及社会各行业对实用技能型人才的的要求越来越高，高职院校的学生需要具有较强的工作岗位的的能力，这也加大了教师对该门课程的总体教学难度。为了更好地实现“因材施教”，高职院校的相关专业教师应当立足实践，优化课程设计、创新教学方法，并科学分析判断“数字电路”课程教学目标和现状，制定完善的课程教学计划，进而为培养应用型人才创造优质资源。
一、“数字电路”课程改革教学现状
学以致用是教育的最终目标，课程改革是完善教学质量、提升教学水平的重要措施。课程教学改革对学生和教师提出了新的要求和希望，由于目前高职院校普遍对课程改革存在认识错误，导致教学现状不容乐观。主要体现在：落后的教学模式、单一的教学方式、不健全的教学设施等因素。这些都严重影响课程教学质量，不利于课程改革计划的同步实施，制约了课程教学改革的可持续发展。
（一）教学模式落后
“数字电路”课程教学作为电子专业以及通信自动化等专业的专业基础课程，要求学生充分掌握并理解里面的理论知识。进一步来说，也是一门理论与实践相结合的学科，除了掌握扎实的理论基础，还要具备较强的实践动手能力，比如设计一些简单的数字逻辑功电路等，这对以后的工作有非常大的帮忙。但目前大多数高职院校依然沿用传统的教学模式，不管是理论还是实验实训，很多教师只是根据教材进行讲授，且所使用的课本教材几年不变，授课方式也主要以单一的说教模式为主，缺乏创新意识，导致课堂教学氛围枯燥乏味，大大降低了学生的学习积极性。
（二）教学方法单一
教学方法在一定程度上决定了教学的效果。数字电路属于理科范畴，对学生逻辑思维和理解能力要求较高。目前，高职院校“数字电路”课程教学以课本教学为主，以实验教学为辅，受课程教学目标限制，相对于普通本科教学来说对教学内容有所压缩，导致学生在实验操作中，大多是以样画瓢，没有真正领悟并正确应用理论知识，造成虚有其表的现状[1]。同时，由于教学方法相对单一，实践课程与理论课程分配严重不均，难以实现高效教学。
（三）教学资源匮乏
教学资源是优化教学水平的垫脚石，教学资源匮乏直接导致教学设备破旧、教学条件落后、师资力量薄弱等现状。高职院校重在培养一线岗位应用型人才，粗制滥造的教学资源，无法满足社会发展对岗位人才的高标准要求。进而形成教学质量与岗位需求质量不成比例，从而造成高职院校学生无法适应社会发展节奏，最终迫使其转变工作类型，造成严重的教学资源浪费。
二、高职院校“数字电路”课程改革对策分析
改革是推动发展，促进教学进步的重要途径。教学改革是时代进步发展的必然趋势，是应对社会稳定发展的前提。高职院校肩负着培养社会应用型人才的重要使命，其教学任务“任重而道远”。面对“数字电路”课程改革现状，高职院校需要制定高标准、高要求、高质量教学计划，进而为全面实现高效教学奠定基础。
（一）创新教学方法
教学方法直观体现在教学水平上，创新教学方法有利于实现高效教学。首先，学校应制定完善的教学计划，按照课程标准和内容以年度为单位。其次，完善各项教学措施，包括教学质量考核、教师能力考核、教学监督管理等制度。同时，针对“数字电路”课程改革要求，督促教师自我学习、自我完善，鼓励教师一教学大纲为基础大胆创新，包括开设多媒体教学、强化实验教学、尝试开放式教学，例如：双师教学模式的尝试，将理论与实践进行独立教学，进而充分发挥课程改革实践价值。
（二）优化教学内容
“数字电路”教学课程是一门综合性学科，包含组合逻辑电路、时序逻辑电路及相应测试信息，需要教师多渠道、多领域搜集教学资源[2]。因此，教师可以尝试定期跟新教学内容，以便于与时俱进。例如：将理论教学与实验教学进行同步，便于学生形象记忆更好地“学以致用”；融入创新教学特色，开设开放式课堂教学，以学生为主体，还可以通过开展模型、实验竞赛等形式，促进学生相互学习。同时加强教与学的融合，传统教学成分离现状，加强融合能够巩固基础知识；另外，教师在教学过程中应立足实践多引用案例，并鼓励学生自主探究学习，从而更好地适应社会发展要求。
（三）完善教学资源
教学资源是巩固教学质量的关键，教学资源包括硬件设设施、软件设施及师资力量。目前，高职院校普遍存在师资力量匮乏现象。“数字电路”课程作为应用型课程教学，对硬件设备及实验器材的消耗较大，学校应加强完善[3]。对于软件设备包括科研资金及师资力量的投入，应加强重视，并优化师资队伍建设。包括建立人才储备战略、提高教师应聘门槛等。在教学中，定期对教学设备进行质量验收，便于提高高职院校整体教学水平。
三、结语
综上所述，高职院校“数字电路”课程设计教学改革受众多客观因素影响依然存在许多现实性问题，严重阻碍了改革的步伐，不利于高职院校的可持续发展。随着教学改革的深入，高职院校要想健康稳定发展，必须要制定完善的课程改革应对措施，并进行课程教学评估，便于更好地改善高职院校落后的发展现状。总的来说，高职院校课程设计改革是一项长远的工作任务，需要制定明确的工作计划，才能最大限度发挥高职院校的实践教学价值。
【参考文献】
[1]施丽莲.应用型人才培养中“数字电路”课程教学模式改革[J].中国电力教育.2012，（8）：51-51.
