数字电路实验范文
时间：2023-03-04 11:41:59
数字电路实验范文第1篇
【关键词】编码器 译码器 比较器 数码管显示
随着国家的进步现代技术的提高，我们也开始重视数字电路技术基础器件的认识和实践，《数字电子技术基础教程》中有涉及编码器、译码器、比较器、数码管等相关知识的学习，为以后的深度研究和相关知识学习打下坚实的基础。本设计介绍基于数电课本相关知识合理运用于实践学习中，方便老师把课本知识具体化，同学把相关知识实践化。
1 按键显示综合实验原理图设计
如图1所示。
第一部分：主要是由10个6脚开关、1片74LS147、1片74LS00、 1片74LS85、3个10欧姆的电阻、3个LED等构成。这里随意按动一个按键（按键平时不按是输出为1，按下输出0），通过10线―4线编码器74LS147进行编码，送至74LS00取反，求反的结果送到74LS85的4个输入端“ABCD”―可进行二进制码和BCD码的比较。并对两个4位字的比较结果由三个输出端（Fa>Fb，Fa=Fb，Fa
第二部分：主要是由10个6脚按键开关、1片74LS147、1片74LS00、1片74LS48、7个的限流电阻（100欧姆～200欧姆）、1个共阴极数码管组成。开关对应0～9号，当按下其中任意一个开关，此时输出由“1”变为“0”，通过10线―4线编码器74LS147进行编码，送至74LS00取反，求反的结果送4线―7线译码器74LS48进行译码，最后通过数码管显示相应按键按下的数字。
2 数字电路综合实验电路板的PCB设计
如图4所示。
系统板PCB是通过Altium Designer软件绘制而成，它包含第一部分的“比较亮灯显示”模块和第二部分的“数码字符显示”模块。其中，PCB板相关参数设置如下：线宽35mil、焊盘内径40mil 外径X―70mil Y―100mil、排针PIN HEADER、开关―不锁六角开关、电阻―100欧姆。
3 数字电路综合实验电路板的按键显示实物
如图5所示。
4 结论与展望
通过《数字电子技术基础教程》相关知识的学习，把书本知识具体化。通过常见的编码器芯片和译码器器件及其数值比较器和共阴极的7段显示数码管组成我们按键显示的核心部分。增强了我们动手实践能力也提高了我们对相关知识的认知和熟悉度；另一方面方便老师课堂事物进行演示教学，提高了教学质量和同学的兴趣度。当然，按键显示模块还可以拓展到很多地方，比如：可以增强D触发器74LS74芯片构成抢答器模块，总开关可以由支持人控制，当开关被按下输出低电平；选手微动开关平时为0，按下为1，提高一个CP上升沿，相应触发器输出Q=1，同时其他触发器的D=0，故其他选手的动作不起作用。
（通讯作者：穆玉珠）
参考文献
[1]徐晓鸣，李胜成.数字技术中的模拟电路技术[J].中国新技术新产品，2010，（24）：36.
[2]程洁.新数字媒介发展分析[D].复旦大学，2004.
[3]胡国清.适于教学可供借鉴――浅评《数字电子技术基础简明教程》[J].教材通讯，1986，（05）：43-44.
[4]黄利君.优先编码器74LS147功能扩展 [J].集成电路应用，2003，（05）：33-35.
[5]顾永明.二进制码与BCD码间的转换――介绍两种二进制码至BCD码的转换器[J].工业仪表与自动化装置，1980，（02）：16-22.
[6]宋沛.格雷码到BCD码的转换[J].机电工程技术，2003，（05）：99-100.
[7]刘岩龙.二进制编码微波信号光子学生成研究[D].西南交通大学，2014.
[8]李伟民，褚玉晓.数值比较器电路的仿真分析及应用[J].计算机光盘软件与应用，2014，（14）：289+291.
[9]赵战民.数码管显示方法的比较[J].科技信息，2007，（03）：70+26.
[10]宁志刚，黄智伟，唐慧，胡芬芬.八位数显抢答器课程设计方法研讨[J].实验室研究与探索，2009，（01）：65-67+77.
[11]王秋云.基于双边沿触发的低功耗触发器逻辑设计[J].井冈山师范学院学报， 2003，（06）：24-26.
作者单位
数字电路实验范文第2篇
【关键词】数字电路;传统方式;VHDL
1.引言
随着计算机以及大规模集成电路应用的普及，电子行业正在迅速的发展。目前采用小中规模的数字电路逻辑设计已经不能满足数字电子技术发展的需要。例如传统的TTL电路或者COMS电路设计任务繁琐，设计效率低，所以迫切的需要我们做出调整，适应社会对数字电子技术发展的要求。伴随着集成电子工艺的发展，新型的逻辑器件也应运而生，到目前为止，市场上的逻辑器件大致可分为三类：第一是标准的逻辑芯片如COMS/TTL等系列芯片;第二是微型计算机芯片和各种微处理器;第三种就是应用规格芯片ASIC，其中ASIC芯片中就有我们接下来介绍的可编程逻辑器件（PLD）[1]。而使用可编程逻辑芯片就必须要求我们掌握编写VHDL语言的技术。这种设计数字电路实验的方法大大克服了传统数字电路设计出现的缺点，更加适应现在社会的发展。
2.传统数字电路设计优缺点
传统的数字电路设计过程大致经过以下几个步骤：一是分析问题画出状态转换图以及状态转换表，二是进行状态化简，三是状态编码，四是写出输入方程、驱动方程以及输出方程，五是画出逻辑电路图，经过这一系列步骤之后，还要在电路板上焊接电路，或者在面包板上拼接电路。传统的设计方法是数字电路设计的基础，它的优点是能够反映了数字电路的基本工作原理，系统内部构成的各个细节也能够很直观的反映出来，各部分之间的联系显而易见。因此，通过对设计的原理图的观察我们可以验证系统的合理性，同时也奠定了数字电路设计的基础。它的缺点是设计步骤复杂，在整个过程中需要用到大量的芯片和连线。而且传统的方法出错率高而且不易修复，在焊接电路板的时候如果不注意就会导致接触不良或者出现某个芯片损坏的情况，这就导致整个电路板都不起作用。
3.PLD器件芯片的出现
PLD又称可编程逻辑器件，PLD芯片上的金属引线和电路都是厂家做好的，但是器件的逻辑功能在出厂时是没有确定的，用户可以根据自己的需要合理的编程设计确定想要的功能。而编程用到的语言就是我们接下来要介绍的VHDL语言。目前PLD器件芯片具有微处理器灵活等优点，芯片的引脚也从一开始的20多个引脚发展到现在的200引脚[2]。可编程逻辑器件的出现从很大程度上使得数字电路设计发生了根本性变革。采用PLD设计电路不再是对电路板设计，而是对芯片设计，使之实现我们预想的功能。一般的PLD的集成度很高，可以满足一般的数字系统的需要。设计人员只需要自己编程到一块PLD上，而不用去供应商那儿买特定功能的芯片。我们可以对芯片内部的逻辑和外部的引脚进行设计。这样就克服了传统方式中对电路板进行焊接所花费的大量时间，克服了工作量大，难以调试等缺点，用户只需要编写适当合理的程序就可以实现预想的功能。如此大大简化了设计步骤，更加适应社会发展的需要。
4.VHDL简介
VHDL语言是一种应用于描述数字系统的功能、结构和接口的语言。VHDL含有许多具有硬件特征的语句而且语言的描述也更类似于一般计算机的高级语言。在编程上简单可行性高。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体。分成外部和内部，在对一个设计实体定义了外部界面后，当其内部开发完成后，其他的设计也能够直接调用这个实体。VHDL系统设计的基本点是将设计实体分成内外部分。VHDL语言之所以能够成为标准化的硬件描述语言并且获得广泛应用，正是因为它本身具有其他硬件描述语言不具有的优点。归纳起来，VHDL语言主要具有以下优点：
（1）VHDL语言设计多样：VHDL语言结构很强大，而且设计方法多样，既支持层次化设计也支持模块化设计，既可以采用自顶向下设计方式，也可以采用自底向上的设计方法。
（2）VHDL语言的设计是针对于芯片而并非器件，传统的硬件拼接的方法针对的是器件，但是VHDL语言是直接对芯片而言的，在设计电路时，用户可以不必考虑所选用的器件。设计者也可以不必考虑系统硬件结构，而进行独立的设计。
（3）VHDL语言可移植性强，对于同一个硬件的VHDL语言来说，它可以从一个工作平台移植到另一个工作平台上。
（4）VHDL语言有非常丰富的库函数和仿真语句，用户可以随时对系统进行仿真。
由此可见传统方式与应用VHDL的区别有以下几点：第一，传统的方法采用自上至下的设计方式，而应用VHDL语言则采用自下至上的设计方法;第二，传统方式采用的是通用的逻辑元器件，系统硬件的后期进行调试和仿真，而应用VHDL语言采用的芯片则是PLD（可编程逻辑器件），系统的设计早期进行调试与仿真;第三，传统的设计方式主要采用电路原理图的方式设计，而本文提出的设计方式主要则以VHDL语言描述为主，从而降低了硬件设计电路的难度。
5.VHDL语言结构及语言设计步骤
VHDL语言结构由library（库）定义区，entity（实体）定义区，architecture（构造体）定义区package（包集合）configuration（配置）组成，其中library，entity和architecture也是一个VHDL语言所必有的。
VHDL语言设计步骤大致可以分为以下三步：第一，分析系统结构并划分模块;第二，输入VHDL语言的代码，编写程序，并且将其编译，在此过程中如果有错误要及时修正;第三，对编译的后的VHDL文件进行仿真。
6.VHDL举例
下面介绍一个简单分频器的例子：
Library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity fenpin is
port（clk，clear：in std_logic;
q：out_std_logic）;
end fenpin;
architecture behave of fenpin is
signal m：interge range 0 to11
begin
p1：process（clear，clk）
begin
if clear =’0’then m<=’0’;
elsif “clk event and clk=’1’”then
if m=11 then m<=’0’;
else m<=m+1;
end if;
end if;
end process p1;
p2：process（m）
begin
if temp<6 then q<=’0’;
else q<=’1’;
end if;
end process p2;
end behave;
由例题可以看出，在设计分频器是可以不用硬件搭连的方式，用VHDL语言进行编程更简单易行。
7.小结
本文针对目前传统数字电路设计中存在的若干弊端，提出用VHDL语言编写适当合理程序来设计数字电路实验的方法，避免了硬件电路中若干繁琐的问题，使得系统简单明了，可维护性强，芯片也可以反复使用。传统的硬件设计方法已不能满足现代电子工业的发展，在数字电路的应用中，VHDL语言必将会被广泛的使用。
参考文献
[1]张有志.可编程逻辑器件PLD原理与应用[M].北京：中国铁道出版社，1996：1-3，91
[2]卢毅，赖杰.VHDL与数字电路设计[M].北京：科学出版社，2002.
数字电路实验范文第3篇
【关键词】数字电路；实验教学；教学改革
数字电路实验是数字电子技术课程的重要实践环节，进一步培养学生工程能力的一门专业技术基础课，是一门实践性很强的课程。学生通过验证、自行设计电路，安装，调试电路，排除电路故障，初步掌握数字电子技术的原理，并能根据需要合理选用所需集成电路，设计并制作出实际电路，培养学生的工程实践能力，提高动手操作能力和创新能力，为后续专业学习打下坚实的基础。但目前学院的数字电子技术实验教学从教学内容的设置到教学方法的运用都存在一些影响学生基本操作技能形成的不利因素，必要进行改革。
1 实验内容的改革
数字电路实验是一门理论性和实践性都很强的课程，但是目前学院所使用的教材多为验证性实验，而且偏重理论和实践性的内容较少，实验内容相对简单。内容老化，手段单一，造成大部分学生动手能力得不到加强，不利于培养学生的综合分析设计的能力，不能适应当今社会对应用性、创新型人才的要求。
根据学生知识、能力培养的总体要求，合理编排实验内容。在实验内容的选定上，既有一定量的验证型实验，也有适量的设计型、综合型实验。两者缺一不可，各自起作用，比如：集成逻辑门电路的功能测试。属于验证型实验，该实验主要是帮助学生认识基本的逻辑芯片，验证基本逻辑芯片的功能，与此同时，在单纯依靠实验台时，可以适当结合计算机仿真软件，增加适量仿真型实验内容。在实验的操作过程中，把每个实验都分成两部分，第一部分是基础实验，通过实验是学生进一步巩固和加深对相关课程基本理论的理解，巩固基本概念、提高综合运用所学知识的能力；第二部分是延伸实验，目的是进一步提高学生对教学系统的理解、培养学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新能力，培养学生进行科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。
2 实验教学方法的改革
实验过程机械化。实验过程一般是在实验箱上，学生按照老师的要求进行实验。每个实验分两节课。从实验内容、所用仪器，到实验步骤的安排，学生都没有选择的机会，处于一种相对被动的地位。因此，实验给学生的印象较肤浅。
实验设备比较陈旧、易损。 学院对实验室的资金投入不足，仪器质量不佳、易损。在实验过程中，元器件老化、损坏不可避免，但需要及时更新。检查芯片的好坏和线路相当复杂，每周的实验课时又多，严重影响教师和学生的学习。鉴于上述等等原因，笔者提出一些改进措施如下：
2.1 增加实验学时
基础实验、综合设计性实验、仿真实验学时分别按 3∶4∶3分配 ，以全面提高学生理论联系实际的能力、知识综合能力、创新设计能力。实行实验单独设课与实验成绩单独计算 ，极大地提高了实验环节在整个教学中的地位，改变过去实验教学只是从属于理论教学，实验学时不足，综合性实验偏少，创新性实验缺乏，实验质量的好坏对成绩影响不大的弊端。
2.2 改革考核方式
为了做到对学生的全面评价，实验成绩应标准化、定量化。实验课程的最后一次实验课程内容为实验考试，实验考试内容以考查学生完成综合性和设计性实验的实际能力为主旨，按A、B、C、D、E 评定成绩，该成绩占总成绩40 %。其中，实验报告占总成绩20%，平时的实验表现，特别是综合设计性实验的实验操作及完成情况占总成绩40% ，作为判断学生能力和全面发展的一个重要依据，这样提高广大学生的实验热情，变被动为主动。
3 改革实验教学手段
3.1 实施开放实验室
由于以往实验室横向定时开放，学生不能长时间的在实验室进行实验设计。横向定时开放指的是实验室只是根据课程表的安排，在规定的上课时间内开放。但是综合设计性实验不同于一般的验证性实验，需要的时间相对较长。为了能让学生学到更多的实验技术和科学的实验方法，从而也很难提高其实验技能和动手能力，必须开放实验室。开放实验室，首先，要求学生熟悉并已经掌握了简单的实验设备的使用。其次，要求学生在前一个星期就必须选择实验内容或者补做上课的实验内容。第三，要求学生必须严格遵守开放实验室管理条例进行实验操作。
3.2 仿真软件的使用
Multisim仿真软件具有丰富的元件库、虚拟仪器与仪表功能以及强大的仿真功能。教师可以借助该软件对数字电子技术中的部分设计型、综合型实验进行教学，引导学生使用Multisim设计数字电路，是学生能够通过反复修改设计，最终完成实验教学任务。在理论教学环节中，教师通过使用Multisim仿真软件，能够在理论教学过程中对数字电路进行现场演示并分析，用Multisim仿真软件进行仿真教学，教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种集成逻辑芯片的特性。演示小规模集成电路的工作情况。
4 结语
数字电路实验范文第4篇
关键词：数字电路实验 虚拟仪器 LabVIEW
实验教学是高等院校提高理工科学生动手能力的重要组成部分，它在培养学生综合素质，创新思维等方面起了非常重要的作用。因而创造一个优良的实验环境对人才的培养是必不可少的。
但是，就目前大多数高校的传统电子实验室[1]来讲，实验设备层次不齐而且大多数的实验设备落后于实验的要求。滞后且稀少的实验设备导致部分同学难以全部参与和投入 ，没能充分了解和掌握实验全过程。另外，实验的内容侧重于理论的验证和模仿训练，实验内容十分单一，同学们基本按照实验书和老师的指导按部就班的完成实验，这将学生们的思维限制在一个狭窄的范围内，缺乏对学生创新意识的培养和综合能力的提高，从而很大程度上制约了实验教学的发展和人才质量的提高。因而改革传统实验室迫在眉睫。
虚拟仪器是解决这个问题的方法之一。虚拟仪器[2]是以计算机为核心，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机融为一体。目前，最著名的虚拟仪器系统是NI的LabVIEW。运用LABVIEW技术，通过对实验设备与元器件模块化设计，在使用时只需点击选择该模块，就可以方便的使用这些模块进行实验。这大大的节省了实验器材的费用，而且虚拟器材更新速度快。这对培养学生的动手与创新能力有很大的帮助[3]。
一、平台的设计与实现
本项目利用NI ELVIS平台中的LabVIEW，其设计思想是基于计算机的强大功能 ，采用接口标准化的硬件、进行数据采集，而对数据的分析、处理、显示则通过软件编程实现，即采用“软面板“，我们可根据需要自己定义仪器功能[4]，这样既可以避开硬仪器问题，而突出、强化对学生分析及解决问题能力的训练，使虚拟仪器更好的为教学服务[5]。该项目主要针对的是数字电子技术实验， 结合虚拟仪器自身特点及数电实验的特点，利用LabVIEW完成数电实验，后期可继续利用NI Multisim和NI ELVIS相结合完成模电实验。
在数电实验中，由于虚拟仪器LabVIEW中提供的布尔运算VI比较完备，再加上系统本身图形化的语言风格，完全可以做到将“程序――逻辑图――实验过程――输入输出”等过程的结合，使过程简单明晰，可以完成数字逻辑电路中几乎所有的实验及演示，如：半加器、全加器、比较器、计数器、与非门、D触发器、JK触发器、译码器等等，而且，具体的实验或演示过程，还可运用LabVIEW中程序执行过程的“高亮度单步执行”模式，充分地观察到信号的动态流程和逻辑电路的运算过程，甚至可以将某种逻辑运算过程单独开发为专门的用户VI，形成一独特功能的新型概念的“虚拟芯片”，供需要时直接调用。
如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。另外，由于软件容易更新，随时可以加入最新的算法和研究成果，使实验系统的功能不断发展和完善。
二、平台的检测与应用
为了检测此实验平台的实用性和稳定性。将本平台应用于中南民族大学数字电子技术的实验，学生在短短两周的时间内不仅完成了教学计划规定的32个学时的所有实验，学生还完成了所有的附加实验，并且把许多课本上提到的芯片，但实验不作要求的，也全部完成。
1.实验实例
划拳实验
实验要求：A 、B两人划拳，每人出两只手，一只手可以代表 零或五。两人同时出拳，并且口中喊出一个数字（零、五、十、十五、二十），如果喊出的数字等于A、B两人四只手的数值，那就谁赢。但是当两人喊出的数字相等，结果都是打平。前面板如图1所示。
图1
2.虚拟仪器与传统仪器比较
通过以上实验的实例，学生反映到利用虚拟仪器完成实验，不再是枯燥的接线，或者是简单的指示灯来观察结果，而是有了自己的设计思想，不仅可以有更多的精力用于创新型实验的设计，还利用其图形化的界面进行直观的实验操作，实验过程充满新鲜感，激发了学生的求知欲，学习兴趣也大大的加强。将虚拟仪器与传统仪器的比较[6]如表1所示。
表1
三、展望
为了改善实验条件和改革实验教学方法，更新实验教学内容，提高实验教学课程的水平，把虚拟仪器引入实验教学必然成为一种趋势。通过虚拟实验室，可以随时将电子技术实验搬到课堂上进行演示，理论联系实践，实现实验室走进课堂，仪器搬上讲台，现场操作仪器，动态显示测试原理，强化了教学效果。在课下，还可以使每个学生立刻进入虚拟实验室，实地反复操作仪器，教师也不必担心仪器会被损坏。这样可以大大提高学生们在实际操作中的动手能力，提高实验教学的效果。电子技术虚拟实验室能够反复实现实验内容，对实验过程的细节放大，加深实验者的感受，为实验者提供大量的实验机会。而且，学生通过计算机的广博，对电子技术的各方面都能系统便捷地学习，这是普通的实验根本无法比拟的。发展虚拟实验室，能够节约大量资金和物力，减少器件的损坏，并且能够不断更新，利用现有的丰富的计算机资源，进行学习、设计和仿真。因此，虚拟实验室的建立有很重要的意义。
参考文献
[1]伊妍萍，王健，李天石，LabVIEW在教学测试实验中的应用[J].实验室研究与探索，2002
[2]李晓华，冯玉田. 基于组件技术的虚拟仪器开发[J].上海.上海大学学报，1999
[3]北京普源精电科技有限公司，虚拟仪器在电子技术教学，实验中的应用前景.北京，1999
[4]陈锡辉.LabVIEW8.2从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007
[5]中国电子行业信息网.虚拟仪器网络测控平台.2001
数字电路实验范文第5篇
由于自主性实验需要学生独立、系统的完成实验任务，需要耗费较多时间，如果实验题目不能引起学生们的兴趣，他们是不会花费精力和时间的。因此，选题是一个很重要的环节。
二、实验内容安排要有利于培养学生的创新能力
基础实验采用TDS－2数字电路实验系统，使用小规模集成电路(SSI)是资源密度仅几个门的集成逻辑门，如与门、或门、异或门和触发器等;中规模集成电路(MSI)是资源密度仅几十个门或几百个门的标准功能模块，如计数器，寄存器、译码器、数据选择器。综合实践平台采用GW48－SOPC实验系统，使用Altera公司的超大规模通用可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)，资源密度在上千门至百万门之间，使数字系统设计从电路级深入到了芯片级，用Al-tera公司的MAX_PlusⅡ或QuartusⅡ，允许学生在印刷线路板上编辑和修改器件逻辑功能，使硬件功能的重构与软件设计一样方便。
1．设计准备。学生首先根据任务要求进行设计分析，按系统复杂程度划分功能单元，然后进行方案论证，权衡系统工作速度、PLD器件资源、产品成本及连线的布通率等，选择合适的设计方案和性能比高的PLD器件。设计以项目工程的形式进行，新建项目时可指定项目的存放路径和目录、设计工程名称以及最高层设计实体的名称、指定目标器件的系列和型号，最后工程向导会给出设计报告。
2．设计输入。学生在编辑器中建立源文件，阐明设计要求。源文件可以是原理图方式或文本方式。原理图方式使用逻辑符号组构电路，容易理解与掌握。开发软件平台除提供功能强大的各类器件库外(如逻辑门、触发器、组合功能部件、时序功能部件、存储器等)，还允许学生自己建立特殊的器件符号。文本方式是采用硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage)描述电路的输入、输出关系及逻辑功能，学生可以不需要熟悉系统的底层电路和PLD的内部结构，通过逻辑描述就能确定设计方案的可行性;
3．分析与综合。分析与综合是PLD开发软件对设计文件进行处理的第一步骤。首先由编译器分析检验设计输入是否符合规范，包括逻辑规则检测、网络连接检测、信号来源和流向检测等。比如图形设计文件中信号线有无漏接、信号有无双重来源，元件端口属性是否匹配;文件设计中有无关键字、逻辑语法或结构等错误。检验通过后编译器对设计文件进行优化和综合，简化逻辑方程式以减少设计占用的资源，并综合成一个网表文件形成系统逻辑模型。
4．功能仿真。功能仿真可验证系统模型是否满足设计功能要求。仿真的测试码或测试序列可以通过建立矢量波形文件、矢量文件和矢量输出文件设置。其中矢量波形文件以设计文件的输入、输出时序波形直接显示设计对象的逻辑关系，与时序波形图相似，适用于具有重复状态变化特征的逻辑函数。在波形编辑器中，一般可以选择需要观察的输入、输出节点，对输入信号赋值、改变信号状态的显示方式等。只要给定各测试输入信号的时序关系或逻辑电平，仿真器就以信号波形图或仿真报告文件的形式给出逻辑仿真结果甚至信号的传输时间供设计者分析。如果逻辑功能不符合设计要求，学生可以修改设计直至要求满足。
5．时序仿真。由于不同器件的不同布局对系统信号延时有不同的影响，因此在器件适配完成后可以进行时序仿真，分析信号传输延时，检查和消除竞争冒险现象，估计系统设计性能。
三、为学生营造一个相互交流的课堂氛围
课堂是学生实施自己计划的主战场，教师不应再去面面俱到的指导学生如何做实验，而应针对不同学生的不同设计方案和不同问题做一些关键性的指导，形成一个以学生自己动手为主．教师引导与点评相结合的启发式教学模式。遇到问题时需更多的鼓励学生们自己想办法解决，教师切忌有问必答，一切包办代替，否则就失去了自主性实验的意义。只有这样才能更加活跃学生的思维，才能真正培养学生分析问题、解决问题的能力。
四、结论
选用中小规模集成电路芯片进行的试验，要在面包板上连接电路，做单元小样试验，体现了比较传统的教学内容和实验安排，往往因接线紊乱和接触不良带来各类麻烦，实验比较费时和枯燥;而采用计算机辅助设计EDA，使逻辑电路设计、模拟仿真等琐碎的工作都可以脱离具体对象，在构筑于计算机平台上的虚拟环境中自动实现。由于计算机的强大运算处理能力，采用EDA技术设计的逻辑电路不需要考虑逻辑化简问题，硬件试验也被功能仿真所取代，学生只要将功能要求在开发平台中建立起系统模型，然后输入合适的测试码或测试序列，EDA软件就会自动对电路模型进行测试，并以波形图或文本方式给出测试结果，供学生分析电路功能是否符合预期的设计要求。如需要修改设计，通常只需要对设计文件作适当调整，并无牵一发动全身之虑。EDA不仅可以提高试验教学效率、优化教学过程，而且还可以使实验教学更加生动、活泼、直观，不断激发学生的学习情感，提高学习兴趣，同时也提高了教师的教学水平。开设数字逻辑的课程设计，先分析实验目的和特点，利用已有的数字逻辑电路的基本知识，学生自己提出解决问题的方法，设计电路，模拟实验方案、设计数据表格等。不仅可以使学生由“被动式”实验转变为“主动探索式”实验，而且给学生提供了独立思考的空间，学生可以有足够的时间来反复修改实验方案，研究实验现象，分析实验结果，通过实验促进学生分析问题、解决问题和创新的能力，促进学生个性的发展。使实验室真正成为为培养学生综合能力和创新人才的重要基地。
数字电路实验范文第6篇
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.
[3]周文胜，汀静.可编程控制器与创意组合[J].实验技术与管理，2002，19（6）.
数字电路实验范文第7篇
关键词：数字电路；实践教学；改革
0 引言
数字电路的课程理论通常以基本逻辑电路、组合电路、时序电路、存储电路、时基电路、A/D和D/A转换电路为主线有序展开，其相应的课程实验也由易到难，分模块进行。在传统的数字电路实践课程中，主要实验项目包括集成逻辑电路的连接和驱动、组合逻辑电路的设计与测试、计数器及其应用、555时基电路及其应用、D/A、A/D转换器的应用等。依据上述5个基础项目，计算机与信息工程学院分别针对CMOS集成电路的驱动、TTL集成电路的驱动、数码管的显示、二三人表决器、两位数值比较器、八进制计数器、十进制加减计数器、单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器、A/D转换电路、D/A转换电路开展实验，形式均属于验证型，因此实践课程难度不大，收获也不显著。
为了改善学生课程实践的效果，提高其实践动手能力，计算机与信息丁程学院调整了数字电路实践课程模式，加入课程设计的环节，针对电子及相关专业的130名本科生了12个课程设计选题。题目公布后，学生选题大致情况如图1所示。
由图1不难看出，学生对逻辑性强、上手较快的设计题目兴趣较高，而综合型设计题目几乎无人问津。据进一步统计，学生选题后的完成情况同样不容乐观，130名选课学生及作品中，94名学生能够完成仿真电路设计；48个作品进行了实验仪上的系统调试，其中仅有14个作品完成实物制作且实现了基本功能。在12项课程设计选题中，完成质量较高的项目分别为病床呼叫器、16位广告灯、智能抢答器、24秒倒计时器；完成质量一般的包括交通灯、简易键盘、数字密码锁、简易电子琴、波形发生器；只能完成部分功能的项目是简易的出租车计费器、数字频率计和数字电压表。
随着课程改革的深入和课程设计的尝试，在突破了传统教学的单一模式之后，计算机与信息工程学院数字电路的课程实践仍遭遇了知难而退的尴尬局面。针对现状，笔者进一步探讨数字电路实验课改后几个能够明确改进的方向。
1 加强实验项目的题库建设
就实验项目而言，数字电路的实践课程尝试了9个基础实验和12项课程设计，但与实验项目多层次的特点相比，项目题库还是略显单薄。例如，在基础实验中，学生已经掌握了常用功能芯片（如数值比较器74LS85、计数器74LS192、NE555）的应用，甚至包括数码管的译码原理，但是当选中课程设计的题目（如模拟出租车计价器）时，学生仍然会力不从心，这就意味着从基本实验项目迈向课程设计，中间缺少桥梁。
数字电路的实验虽然分模块进行，但彼此关联，容易形成不同层次的项目。此外，数字电路情境项目的素材丰富，与实际问题联系紧密，如针对多谐振荡器、计数器、A/D转换实验，设计一个三角波发生电路用以结合三者，就能够自然地建立起模块之间的关联，强化学生的实验技能，而在此基础上完成波形发生器的课程设计，就使得课程设计变得直观、有趣和理所当然；又如在完成基本逻辑电路、555时基电路和计数器及数码管的显示等实验后，布置一个技巧性强的课程设计――数字频率计对学生来说跨度较大，那么在此前先引入一个1s脉冲计数器的设计，就能够引导学生理顺频率测量的思路了。因此，在实践环节中不断加入多层次的桥梁实验并按实验进度题目，将有助于学生很好地建立课程设计与基础实验之间的关联。
2 细化实验的目标和要求
数字电路课程的实践和其他课程一样由易到难，需要分层次进行。实验指导过程中除了需要区别实验的难易程度，还需要细化实验的目标和要求。
作为基础课程，数字电路的课程设计通常安排在试验仪上搭建硬件和验证功能，有意识地降低了设计的难度。目前可供学生使用的实验资源包括各类芯片、数字电路试验仪、仿真软件、示波器、万用表、信号源、电路板的焊接工具等，而且试验仪的集成化程度有逐年升高的趋势。若在此基础上完成课程设计，虽然提高了设计的成功率，但是牺牲了培养学生动手能力的机会。
实物作品可以系统地锻炼学生的电路设计能力，摆脱其眼高手低的现实局面。据统计，计算机与信息工程学院数字电路的课程设计期间，只有29%的学生能够将在试验仪上成功运行的电路搬到万用板上实现，可见其实物制作的水平有待大幅度地提高，但每个电路实验均要求实物制作并不现实，也不必要，所以对于基础实验可以安排学生在试验仪上完成，桥梁辅助实验可以通过仿真验证，课程设计则要求完成实物制作，这样便可以兼顾学习效率和实践目的。
3 加强仿真软件的应用
数字电路理想的设计通常是简洁的硬件和完整的功能。硬件的简单设计不仅能够简化制作的难度，更是系统稳定性和设计成本的要求，所以当学生用15块功能芯片设计一个10位数字密码锁时，应该提醒他尝试采用仿真软件重新部署原理图，简化实验电路。
目前基于数字电路的仿真软件包括Proteus软件、Multisim软件、ADS软件等，这类软件使用时易上手，仿真元件库中资源丰富。无论是基础实验、桥梁实验还是课程设计项目，首先应该借助此类平台搭建仿真电路，部署自己的元器件，验证设计原理。很多拥有电子设计经历的学生喜欢跳过仿真步骤，凭借经验直接焊接电路，其成功率往往较低又容易挫败设计的积极性。事实上，无论是从测试模块能否正常工作、验证系统是否正常运行方面，还是从电路能否继续简化或系统功能是否可以扩展方面考虑，仿真实验都比硬件平台实验更高效、更经济。
4
设计项目任务书
在课程设计的验收过程中，还暴露出电路设计的另一些问题，如简易键盘不能保存键值，24s倒计时器总是循环启动，交通灯中黄灯不闪烁；出租车计价器计时但不能计费，波形发生器采用高度集成函数发生器设计等，此类问题均应该采用设计任务书的形式来解决。
数字电路的课程设计任务书必须根据学生的知识水平和课程的理论进度编写。任务书中首先需要提出完整的设计功能，以便学生进行项目的需求分析；其次添加与设计相关的知识点，既能提示学生设计的思路，也能防止其对高度集成芯片和网络资源的过度依赖；最后应该明确设计制作要求，避免模棱两可的设计结果。以简易病床呼叫器为例，笔者列出参考设计任务书，见表1。
通过后续课程设计的开展，设计任务书的形式和内容还将不断更新，以适应学生的设计层次和知识水平。此外，任务书的过程也肩负着平衡课程设计难度的技术性要求，通过加、减系统功能，统一设计难度，降低选题的一边倒趋势。
5 积累芯片资料，建设模块资源库
为了逐步提高电路设计的成功率，有序提升设计的难度，在基础实验阶段，需要引导学生准备好一些常用的模块，储备自己的电路设计资源库，如常见的数码管显示电路、普通编/译码电路、555脉冲发生电路、加减计数器电路、A/D和D/A转换电路等。不仅如此，设计中还要注意不同芯片的选取和功能的区别，如在设计三角波发生器时，可参考的计数芯片不必是普通的74LS161芯片，而应该是具有加减计数功能的74LS191芯片，这样能够在不偏离考察目标的前提下大大简化硬件的设计。同样，由555构成的脉冲发生电路能够应用于交通灯、24s倒计时器等多种时序电路中，此模块只需设计一次就能满足通用的要求。
6 结语
目前，计算机与信息工程学院进行的数字电路课程设计只进行了一轮，能够推进和优化的课改措施已经有了初步的方案，这就意味着在数字电路课程改革的推进过程中，一定会有新的问题和新的解决方案不断涌现出来，唯有如此才能有效地推动学生实践能力的增长，实现课程改革的最终目标。
参考文献：
[1]阎石.数字电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2001：1-6.
[2]林涛，楚岩，田莉娟，等.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2009：2-4.
[3]张星卫.数字电路课程教学改革的探索[J].山西农业大学学报，2006（增刊1）：96-97.
[4]邱红.改革数字电路实验教学更好地培养学生的创新能力[J].高校实验室工作研究，2006（1）：14-17.
[5]白静，张雪英.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（增刊1）：72-74.
数字电路实验范文第8篇
【关键词】数字电路实验 Multisim13 仿真
【中图分类号】G43 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）11-0238-01
数字电路作为高校电子类专业的一门必修的基础课程，对后续课程的学习有着极其重要的引领作用，数字电路是一门实践性较强的科目，若只有理论而不付诸于实践，很难达到一个好的学习效果，因此，数字电路实验就凸显出其重要性，通过数字电路实验课程，可以加深学生对理论知识的理解，也可加强学生的动手能力。但是，在数字电路教学模式上，很多学校还采用较为传统的方式来进行，即通过数字电路实验箱来搭接电路，然后验证其功能。这种模式的好处在于学生可以接触到实物，通过搭接实物电路可以对理论知识起到很好的巩固作用，弊端在于局限性较大，学生只能用手中拥有的芯片来搭接电路，且必须在实验室当中才可以，受芯片种类和地点影响较大，无法调动学生课外学习的积极性，如果在传统基础上加入仿真软件的学习，一来是对传统教学模式的一个补充，其次可以让学生不受芯片种类和地点的限制，只要有计算机就可以学习，使学生的学习从课内扩展到课外，有利于提高学生的主观能动性，帮助学生更好的学好这门课程。
1.Multisim软件功能简介
Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件，最新版本是Multisim13.0。Multisim是一个完整的集成化设计环境，通过Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决实验教学中的局限性问题，学生可以很方便地把电路用计算机仿真真实的再现出来。
Multisim软件特点
（1）图形界面直观：整个操作界面就像一个数字电路实验平台，元器件和测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，仪器的操作方式与实物几乎一样。
（2）元器件库丰富：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括了大部分的常见器件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型。
（3）测试仪器丰富：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪等常用仪器外，Multisim新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。
（4）分析手段完备：除了EWB提供的常用分析外，Multisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。
（5）仿真能力强大：Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，射频（RF）电路的仿真。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。
2.Multisim在数字电路实验教学中的应用
本文以8位流水灯实验为例来介绍Multisim13在实际教学中的应用。
流水灯实验是数字电路实验课程中一个很常见的实验内容，实际内容为通过触发器设计一个8位计数器，然后通过3-8译码器实现流水灯的循环显示，然后观察输出端的波形。传统的使用实验箱搭接电路时，难度不在于电路和电路的设计过程有多复杂，而在于连线较多，学生在接线时容易接错，且接错后不易检查，导致很多学生在课堂时间内无法完成。如果采用Multisim软件来进行这个内容的教学，通过实际教学我们发现，效果要远远好于传统模式，原因在于：使用Multisim软件绘制电路时比实际接线要方便很多，且出错之后容易查找，在观察波形时不需要频繁的更换示波器探头的接线位置，也就避免了在更换过程中可能引发的接线接触不良的问题，实验结果不受外界环境的干扰，可以保证实验结果的准确性。
3.数字电路实验中引入仿真技术的必要性和仿真技术的局限性
在数字电路实验中加入仿真内容，通过实际教学的过程我们发现是很有必要的。首先，仿真技术的使用是数字电路发展的趋势，可以大大提高工作的效率。其次，解决了传统教学模式下的局限性问题，学生可以随时随地的进行电路的设计和验证，提高了学生学习的积极性。第三，避免了实验箱和芯片本身存在问题的情况，可以保证实验结果的准确性。但是仿真也存在一定的局限性，和传统模式相比，仿真都是基于计算机操作，看不见、摸不着实物，无法给学生一个直观的感受，同时，在使用面包板搭接电路的过程中，出现了问题也可以培养学生查找问题、排除问题的能力，加强学生的动手能力，这些是仿真技术无法提供的。
4.结语
数字电路实验范文第9篇
[关键词] 数字电路实验；Multisim；虚实结合；软硬兼顾
[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）02-0086-03
0 引言
《数字电子技术》是电气信息类学生的专业基础课程，也是实践性很强的技术基础课程。为了培养学生的工程实践能力及分析问题、解决问题的能力，在实验安排上，除2学时的验证性实验外，其他10学时均为设计性实验。要求学生运用所学理论知识，自行设计、连线与调试电路达到实验的要求。由于学生理论知识掌握不好、动手能力差、接触工程实践少等原因，在实验开展中，普遍存在着设计照抄课本、理论知识与工程实践脱节、实验成功率低、兴趣及主动性下降等现象。
实验的根本目的是培养学生的理论应用能力，以及分析问题和解决问题的能力，归根到底是培养学生的实践创新能力。数字电路实验一方面可以帮助学生巩固所学理论知识，另一方面可以锻炼学生的动手能力及解决工程问题的能力，任何忽视或轻视这一实践教学环节的行为，都将使学生走向工程实践的适应性降低或适应周期加长。这无论对学校培养创新人才还是对发挥学生的个人才智都是极为不利的。因此，提高对实验环节重要性的认识，加大对实验环节的建设，对保证这一教学实践环节有力、有序、有效地开展，具有极为重要的意义。
1 现行实验教学模式
现行的数字电路实验教学模式以传统的硬件搭试为主，采用常规的TTL逻辑器件（如74LS00、74LS10、74LS138等）在数字实验箱上进行硬件连线搭接，辅之以相关的电路和器件（如电平开关、LED灯、数码管等），实现一定的数字逻辑功能。此方法的优点在于操作对象为实际的电子器件，直观、易懂，能很好地激发学生的实验积极性，锻炼动手操作能力。缺点是容易出现硬件接触不良、集成芯片及导线耗损量大、线路复杂难以调试等一系列问题。在实验过程中如出现问题，教师要花费大量时间去帮助学生检查连线错误，排除一些技术上、工艺上的故障[1，2]。同时，由于电路的测试要用到许多专门的仪器，加上受实验室的规模和开放时间的限制，如果学生没有完成实验也无法利用课后时间继续进行，这对于实验管理、硬件及时间消耗等来说都是一种资源浪费，会导致学生实验课时得不到有效利用，影响实验效果。
2 虚实结合、软硬兼顾的实验教学模式
针对以上现行实验教学的不足，笔者探索一种新的实验教学模式――虚实结合、软硬兼顾的实验教学模式。该模式在数字电路实验教学中引入EDA技术，这样就使实验教学在时间和空间上不受课时和实验器材的限制，克服传统实验的不足，提高实验效率。
EDA是电子设计自动化（Electronics Design Automation）的英文缩写，是在20世纪90年代初计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）等概念的基础上发展而来的[3]。EDA软件有很多，Multisim是其中比较受欢迎的一种。Multisim前身是加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件EWB（Electrical Workbench），被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。它不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的接口和比较全面的仿真分析功能，还提供了一个庞大的元、器件模型库和一整套虚拟仪表（其中包括示波器、信号发生器、万用表、逻辑分析仪、逻辑转换器、字符发生器、波特图绘图仪、瓦特表等），满足对一般的数字逻辑电路、模拟电路以及数字-模拟混合电路进行分析和设计的需要。Multisim另一个突出优点是用户界面友好、直观，使用非常方便[4]。
Multisim引入数字实验教学中，有如下优势。
1）加强了实验预习。以往的实验预多是学生看看指导书，写一个预习报告，目的是让学生熟悉实验内容，而学生自己对实验的过程和结果很茫然。在实验教学中引入Multisim后，预习通过计算机软件仿真来完成。学生在做硬件实验前，先进入到计算机仿真环境中，对实验的全部过程进行仿真。这种方式的优点是不但可以避免因学生误操作带来的经济损失，而且能够让学生完整的操作整个实验。利用仿真软件的强大功能，使学生看到仿真结果及仿真过程中所出现的种种问题，掌握电子电路现代化设计方法，培养学生对新知识的掌握及应用能力。
2）建立了互动关系。课堂教学内容可以与实验内容相互融合，形成一种互动关系。在课堂上，讲授理论知识的时候可以有针对性地讲解一些实验所涉及的理论、实验内容，安排一些与应用、实验相关的习题或思考题，引导学生把理论与实际结合起来。另一方面，可以把那些讲起来既费事又费时的课堂教学内容放到实验过程中进行，通过硬件实验和Multisim软件仿真，学生可以直接观察到课堂上或习题中可能被忽略的现象，加深对基础知识的理解，积累一些实用性的知识和经验。
12年秋，电子实验教学中心对10级自动化卓越班学生的数字电路实验进行教学改革，按照虚实结合、软硬兼顾的实验教学模式，将Multisim引入数字电路实验教学中。学生在搭建实际电路之前，先在计算机上利用Multisim软件按照自己的设计思想设计电路、调试电路，找出原理设计中存在的问题，仿真电路功能，完成初步设计。一方面使学生在实验前就可以确定实验方案的可行性，增加了学生的自信心，避免了盲目实验；另一方面在Multisim中仿真设计电路时学生可以修改参数，观察参数变化对实验现象的影响，可以加深学生对理论知识的理解和掌握。这种虚实结合、软硬兼顾的实验教学模式，从一定程度上提高了学生的实验积极性以及分析问题、解决问题的能力，不但扩展了实验容量，提高了实验效率，节省了实验资源，而且有利于理论知识与实践的紧密结合。
3 用Multisim软件模拟数字实验箱
将Multisim引入数字电路实验教学中，通常是先在Multisim软件中设计电路、调试电路，仿真正确后再到数字实验箱上进行连线操作。为了方便学生更好地把硬件实物与软件模拟联系起来，就需要找出Multisim软件与数字实验箱的对应关系。燕山大学电子实验教学中心所用的数字实验箱是由清华科教仪器厂提供的SXJ-3C型。实验箱上包含：逻辑电平开关和脉冲信号源两种输入设备；电平显示和数码管两种输出显示设备；电源VCC、GND；元件库（电位器、电阻、电容）等。
3.1 逻辑电平开关（拨码开关）的对应
在数字实验箱中，逻辑电平开关是提供“0”、“1”两种电平输入的设备。在Multisim中可由图1所示模拟逻辑电平开关，节点A就相当于数字实验箱中的逻辑电平输入端。此电路常态时节点A输出为高电平“1”，开关闭合时节点A输出为低电平“0”。的范围为1～100K，一般取=10K。
3.2 电平显示（LED显示）的对应
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）具有类似于普通二极管的伏安特性，工作电流一般在10mA左右，导通结压降比普通二极管高，约为1～1.4V。从伏安特性上可以看出，LED属于电流驱动型器件，通常采用电压源串联电阻方法代替电流源来驱动LED。在数字实验箱中电平显示电路是预留阳极的LED发光管，即输出信号为高电平时驱动LED点亮。在Multisim中可由图2所示模拟电平显示，节点B相当于电平显示输出端。电路中限流电阻的大小决定LED的工作电流，（-1）/。这里=510，输入阻抗=100。
3.3 实验箱上其他设备的对应
数字实验箱中的脉冲信号源在Multisim中可以用仪器工具栏中的函数信号发生器产生相应的频率信号来模拟。Multisim元器件库中有各种型号的数码管、电阻元件、电位器，可以直接用来模拟数字实验箱中的BCD七段译码显示、电阻及电位器。另外，数字实验箱中的+5V电源及地线，在Multisim中用VCC+5V及GROUND模拟即可。
4 循环彩灯的设计
本节通过循环彩灯设计的例子来说明如何利用Multisim软件辅助数字电路实验。设计一个L1-L8的循环彩灯，要求其状态为L1-L8这八个彩灯依次熄灭（同一时刻只有一个灯熄灭），依此循环。
这个题目可以考虑用计数器级联译码器的设计思路。因为设计要求中总共有八个状态，所以需要一个八进制计数器和一个3线-8线译码器。采用置数法由同步十进制计数器74LS160构成八进制计数器，再通过3线-8线译码器74LS138译出循环彩灯的八个状态，用以驱动L1-L8按规律亮灭。数字实验室中的芯片都是TTL系列的，所以在Multisim中选用TTL元件库中74LS系列的芯片来设计电路。
在Multisim软件中按图3连线。计数器74LS160的脉冲激励信号CLK由函数信号发生器提供，其输出端QA、QB、QC、QD分别接到数码管显示器的A、B、C、D端。为了构成八进制计数器，当计数器计数到“111”状态时，通过一个三输入与非门使置数端有效，进而控制计数器的输出端置数到“000”状态。为了把000-111译成
（下转第92页）
Y0-Y7这八个状态，计数器的输出端QA、QB、QC分别接到译码器的输入端A、B、C上，而译码器的输出端Y0-Y7分别接到LED1-LED8上。连好线后打开仿真开关，可以看到，在脉冲的激励下，计数器开始工作，数码管上显示0、1、2、3、4、5、6、7，指示灯LED1-LED8依次熄灭。（图3中所示为计数到2的状态，LED3熄灭。）
仿真正确后，按照Multisim软件与数字实验箱的对应关系进行硬件连线。输入信号为脉冲信号源，1HZ、2HZ均可，输出连接到电平显示的八个红色信号指示灯上，核心芯片是74LS160、74LS138及74LS10。按图3所示连线，硬件实验现象符合设计要求，表明实验成功。
5 结束语
将Multisim引入数字电路实验教学中，可弥补传统的纯硬件实验的不足，使学生掌握用软件仿真辅助硬件实验，以实践验证理论，形成“理论教学计算机仿真实验环节”的教学模式。这种虚实结合、软硬兼顾的实验教学模式提高了实验效率，节省了实验资源，激发了学生的学习积极性，在更新实验教学方法、改进实验教学质量、改善实验教学效果等方面起着非常重要的作用。
参考文献
[1]刘银萍，陈惠珊.数字电子技术实验教学改革的探讨.实验室研究与探索[J]，2006，25（8）：981-983.
[2]汪建.将EDA技术引入电子类课程教学研究.电子科技大学学报（社科版）[J]，2002，（2）：91-94.
[3]黄春耀.现代EDA技术与电子类基础课实验教学改革.龙岩学院学报[J]，2005，23（3）：122-124.
数字电路实验范文第10篇
关键词：数字电路；实验教学；Multisim；虚拟仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.129
“数字电路”是我院电子类专业一门重要的、实践性很强的技术基础课，它包括课堂教学、实验教学、课程设计等多种教学环节。通过本门课程的教学，除了使学生掌握数字电路的基本理论、基本知识和基本方法以外，还要求其具备实验研究和工程设计能力[1]。
数字电路实验在数字电路教学中占有非常重要的地位，可以加强学生对理论知识的理解和掌握，培养学生的工程设计和实际动手能力。传统的数字电路实验仍然采用数字电路实验箱开展实验教学工作，有很多的局限性，为了适应新的形势要求，改革教学模式，创造更好的实验教学环境，以激发学生的创造性，提高学生的综合动手能力，逐步将虚拟电子仿真软件Multisim[2，3，4]应用于数字电路的实验教学中。
下面对传统的实验教学方法和基于虚拟仿真的实验教学方法进行具体分析和比较，
1 传统的实验教学
目前，传统的数字电路实验室采用数字电路逻辑实验箱开展实验教学工作，围绕 74 系列芯片进行内容设计，主要涉及的实验包括TTL 集成门电路测试、数据选择器的应用、触发器及计数器的应用等。
下面以74LS08与门为例进行实验设计并分析如下。
1.1 74LS08引脚图
74LS08为2输入四与门，其引脚图如图1所示。
1.2 真值表
真值表显示，当输入A、B有一个为低电平时，输出即为低电平；当输入A、B全为高电平时，输出为高电平。
1.3 实验内容
（1）根据74LS08的引脚图连接线路。由引脚图可知，74LS08有4组2输入与门，可以任意选择一组与门进行实验。将输入两个端子连接在可以控制高低电平的输入端，如果输入为高电平，则灯亮，低电平则灯不亮；将输出端连接在可以由灯的亮和灭来显示输出电平的一端，如果输出为高电平，灯亮，如果输出为低电平，灯不亮。
（2）根据真值表测试74LS08与门的功能。
（3）实验分析。根据测试结果，可以看出，输入端只要有一个为低电平，灯就不亮，只有两个输入端全为高电平的时候，灯才亮，结果与真值表保持一致，满足了与门的功能。
2 虚拟仿真实验教学
随着电子技术产业的高速发展，新器件、新电路不断地涌现，现有实验室的条件已经无法满足各种电路的设计和调试的要求，这在一定程度上影响了数字电路相关实验教学的效果，而且影响了高校对学生创新能力的培养。此时，在实验教学中引入具有强大分析、仿真电路功能的电路仿真设计软件Multisim，可以较好地解决这一问题[5]。
基于Multisim的仿真实验主要包括门电路功能测试、组合逻辑电路分析、半加器逻辑功能测试、计数器、555定时器的应用等。现以74LS00与非门为例进行实验设计与分析。
2.1 引脚图
74LS00为四组 2 输入与非门，其引脚图如图2所示。
2.2 真值表
真值表显示，当输入A、B只要有一个为低电平，输出即为高电平；当输入A、B全为高电平时，输出为低电平。
2.3 实验电路
在Multisim中的创建的仿真电路如图3所示。
2.4 实验说明
（1）放置74LS00：
用打开选择相应的元件，然后放置。“QUAD 2-INPUT NAND”四-2输入与非门。
（2）放置开关：
用第二个按钮，选择SWITCH，然后选择相应的开关，进行放置。
（3）放置电源VCC：
选择第一个按钮，选择VCC。放置接地，同样选择第一个按钮。
（4）放置万用表：
选择右边数列按钮的第一个，既是万用表。然后放置。
（5）放置灯泡：
选择指示器按钮，选择LAMP，然后选择合适的灯泡，放置。
2.5 功能测试
（1）测试表：
测试表如表4所示。
（2）分析：
从测试表可以看出，当输入端有一个为0时，输出就为1，灯泡就亮，当输入全为1时，灯泡不亮。测试结果与真值表保持一致，满足与非门的逻辑功能。
3 两种实验教学方法的比较
我院数字电路课程是电子类专业的专业基础课，对于两种实验教学方法，学生在具体操作的时候，每一种方法都有各自的优点。从教师的层面分析，传统的基于实验箱的教学方法在具体实施时，教师需要收集好实验需要用到的元器件，然后设计实验线路，课堂上连接线路给学生看，对元器件的功能及线路的功能都要给学生进行讲解。由于实验线路连接比较直观，讲解的工作量不大。对于虚拟仿真实验的教学方法，由于涉及到一种新的软件，首先对软件的功能和具体操作流程都要进行详细讲解，在具体操作时，每一个步骤，每一个元器件的选择和连接都要详细说明，讲解的工作量较大。在具体的实验过程中发现，传统的实验方法和虚拟仿真的实验方法，由于各自有自己的优点，在一定程度上都可以激发学生的兴趣，提高学生的动手能力。在此基础上，相比较而言，虚拟仿真的实验方法功能更强大，学生的可操作性更强。
通过分析，我们可以看出，用两种实验教学方法，都可以达到教学目的，但是从培B学生的动手能力和设计能力上出发，可以考虑两种实验教学方法相结合，将实验学时分成两部分，一部分时间让学生通过实验箱进行实验，一部分时间让学生利用计算机进行虚拟仿真实验。这样可以让学生更全面的了解实验内容，增强设计和分析能力。
4 结论
数字电路是一门重要的专业基础课程，包括理论学时和实验学时，对实验课程的讲解往往通过实验设计分析和具体操作来实现。传统的基于实验箱的实验教学方法，虽然比较直观，而且可以锻炼学生的动手动力，但有一定的局限性，比较新的基于仿真实验的教学方法可以激发学生的创造性，而且功能比较强大，具有可扩展性。通过比较，提出了两种方法相结合的实验教学方法，在今后的教学过程中，可以具体实施，以期取得良好的教学效果。
参考文献：
[1]李明旭.数字电路课程实验教学方法探索[J].广西大学报（自然科学版），2002（06）：148-149.
[2]黄济，李泽彬，汪明珠，姚有峰.组合逻辑电路设计与Multisim仿真[J].高科技产品研发，2012：58-98.
[3]包敬海，张大平，陆安山. Multisim在组合逻辑电路设计中的应用[J].钦州学院学报，2008（12）：30-33.
[4]郁玲艳.Multisim在数字逻辑电路中的应用[J].高校讲坛，2010（23）：661-720.
[5]王哲.Multisim在组合逻辑电路分析实验教学中的应用[J].山东工业技术，2017（02）：292-293.