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数字电路实验范文1
作为计算机专业的第一门由本专业开设的硬件类实验课,数字电路设计实验在计算机专业的培养体系中起着极其重要的基础性作用。首先,它承接了大学物理、电路理论基础、模拟电子技术等先修公共基础课程;同时,它又是计算机组成原理、微型计算机接口技术等后续课程的基础。
我校计算机专业的数字电路实验自2004年起使用自主开发的微机硬件实验台,至今已有6年时间,历经了多个教学循环。本实验共24学时,分8次课,其中5次课为纯硬件实验,3次课为仿真实验。对于计算机专业的学生,本实验于大二下学期开设,在此之前,学生已有大学物理实验及模拟电路实验的基础,但对于实验设备的使用、电路的调试并不很熟悉,很多学生都是第一次见到一些电子元器件实物。因此,本门课程的实验起到了入门的作用,即通过数字电路设计实验,学生将基本掌握万用表、示波器等各种常用实验设备的使用方法,了解电子电路的调试步骤,学会排除实验当中遇到的各种故障。
正因为这门实验课有着如此的基础性地位,学生对这门课的重视程度就显得尤为重要。实验课不同于理论教学,实验的主体是学生,学生的参与热情直接决定了实验教学的效果。下面,笔者将就如何提高学生在实验当中的兴趣与大家进行探讨。
1现行实验模式效果的分析
目前,计算机专业的数字电路设计实验有着如下特点:内容饱满,课时紧张,对学生的预习工作和动手能力要求较高。由于数字电路设计的理论课所涵盖的知识范围非常广泛,相应地,数字电路实验的内容就要将其中的要点一一体现,这就导致每次实验课的项目都很多,部分同学无法按时完成实验操作。例如,在第一次实验当中,我们安排了7个小的实验项目,虽然难度不大,但对于第一次接触数字电路实验的学生来说,任务还是比较艰巨的。因为,在第一次实验课上,学生需要熟悉实验设备,需要回忆万用表和示波器的使用方法,需要了解74系列芯片的管脚分布,这些就要占用相当长的时间,如果调试中再遇到一些故障,或是预习不充分的话,就无法在当堂课上完成全部的实验任务;即使完成了,也都比较匆忙,根本谈不上体会这些实验的目的,实验现象与理论间的关系。这样一连几次课下来,高强度的实验训练使得学生的动手能力显著增强,但是验证理论、分析现象,尤其是体会过程,这些实验课开设的初衷并没有完全实现。更值得注意的是,这会导致学生对实验课产生倦怠感,甚至会影响学生做实验的热情与兴趣。
2增强学生实验兴趣的探索
学生的学习效果一直是教学当中的重中之重,因此,本实验中心对于提高学生兴趣、让学生以更大的热情参与实验作出积极的探索,并将一些想法逐步付诸实践。
1) 改善实验条件,降低门槛。
本中心通过自制实验台、改造实验台等方式为学生的实验操作提供了方便,使得实验设备的可靠性大大提高;同时,在实验课前对设备、仪表等进行测试,并通过仪器逐个检测实验用芯片是否完好,大大降低了在实验中设备环节出现故障的可能性,从而让学生能够把更多的精力专注于实验本身。
2) 结合实际应用,提高兴趣。
例如,在三态门的应用实验当中,将三态门与数据总线结合起来,使得学生能够了解到这一电路在实际当中的作用。
3) 强调预习作用,避免机械操作。
虽然我校的每次实验课时间为2.5小时,远多于理论课的1.75小时,但因为总的实验学时有限,数字电路课程中大量的实验内容被压缩到有限的实验课时中,其结果便是几乎每次实验课的时间都很紧张。要想在有限的实验时间中取得良好的效果,预习工作就一定要做好。首先,要充分掌握课堂上所学的理论知识;其次,要通过课前阅读实验指导书充分了解本次实验的内容,对设计性实验,应在课前完成电路的设计,将课上有限的时间用于电路的搭建与调试,以充分利用实验室的资源。这样,学生才能做到知其然并知其所以然,看到表象背后的原理,而不是机械的操作。
4) 学会排除故障,增强信心。
在实验过程中,学生不可避免地会遇到种种问题,导致实验结果出错。究其原因,既有可能是主观上电路设计或连线过程中出现的问题,也有可能是实验设备或实验器材出现了故障。在实验课堂上,让学生来修复设备的故障是不现实的,但是找到故障点,发现问题之所在,并通过更换实验器材等方法来解决问题,这应该是学生在实验课上所应掌握的技巧。因为实验课既是对课堂理论的一种验证,又是对现实工作环境的一次模拟。在未来的实际工作中,学生将会遇到各种各样的问题,而实验课正是锻炼如何解决这些问题的好机会。一旦学生掌握了排除故障的方法,独立解决了问题,他们就会很有成就感,甚至就此对排除故障产生了浓厚的兴趣。因此,我们在尽力减少实验中因客观原因造成问题的同时,也应该向学生讲明排除故障的必要性,并引导其对独立解决各种疑难问题的兴趣,增强其信心,令其克服畏难情绪[1]。
5) 安排创新实验,拓展实验范围。
通过理论课教师与实验中心的合作,充分利用实验室现有资源,为有兴趣做数字电路类创新实验的学生提供实验条件,并给予相应的指导。例如,在大一学生中开展的“年度创新计划”中安排了密码锁、自行车里程表等简单而有趣的小项目,供感兴趣的学生自由选择,使得同学们在没有开始数字电路学习时就能够对本课程的实验有一个感性的认识,并发现其有趣之处,进而对今后的实验充满了期待。
3今后实验进一步改革的构想
随着我校新一轮专业培养计划的制定,数字电路设计实验也迎来了又一次改革发展的契机。我们认为,在新的实验课程设置方面,应进一步强调对学生创新能力的培养,而在这一进程中,对学生的兴趣引导被摆在了突出的位置上。基于兴趣导向的改革思路主要体现在如下几个方面。
1) 引进新型设备,进一步降低门槛。
本中心计划引进新的实验设备,在增加了EDA实验项目的同时,将原有的面包板接线方式改为固定插孔式接线,大大提高了连线的可靠性,降低了设备操作上的难度,使得学生能以较快的速度熟悉实验台,不至于在实验伊始就产生畏难情绪。同时,可以将实验设备和仪器仪表的使用方法及操作过程拍摄下来,制成视频片断并存放在实验中心的网站上,供学生在课前下载观看,以利于其提前了解实验操作。
2) 设置演示实验,激发学生兴趣。
让学生能够看到实验的结果,能够知道数字电路具体的应用。展示给学生的可以是一些常见的电子产品,也可以是创新实验中学生的成果。
3) 更新实验内容,增加其趣味性。
芯片内部的电路是不可见的,芯片引脚的电平也无法直接观察到。如果能设计一些直观的实验效果,肯定会比让学生查看仪表的读数更令其感兴趣。可以设置一些有趣的实验项目(如电子琴、数字钟等),充分利用实验台上的各种资源,产生各种声光效果,让实验的过程和结果都变得生动有趣。
数字电路实验范文2
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
在数字电路实验工作中，我们不仅注重实践动手能力的培养，更注重逻辑思维能力、综合运用知识能力、创新意识的培养，更要学生掌握工程设计的主要程序和方法，树立正确的设计思想。此外，如何将硬件和软件有机结合起来，如何利用现有的实验条件，对于实验室系统的运行和管理进一步完善，这些都还需要继续探讨。
参考文献：
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数字电路实验范文3
［关键词］虚拟实验 Virtoois 系统 设计
［中图分类号］G432［文献标识码］A［文章编号］1009-5349（2011）04－0122－02
引言
目前，虚拟实验教学系统已作为实验教学的辅助工具被引入高等教育，在提高实验教学质量、缓解实验教学压力等方面发挥着积极而重要的作用。虚拟实验教学系统是高度集成了各种技术的网络信息化虚拟环境的系统集合，因其广泛的应用前景而日益得到人们的重视。
Virtools是一套功能强大的整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。这里采用Virtoois开发数字电路虚拟实验设计。
一、需求分析
虚拟实验教学系统有三大主要功能：课程开发、实验支持和教学管理。在系统中，学习者和助学者（包括：教师、专家、辅导者等）彼此之间经常在学习过程中进行沟通、交流和分享各种学习资源，共同完成一定的学习任务。根据系统中不同角色功能的差别，这里将系统用户群分为学生、教师和管理员三大子系统。如图1所示。
（一）学生用户
以学生身份登录系统后（学生用户名和密码已由管理员用户或教师用户创建），选择相应实验课程。学生用户群能够完成学习的整个活动过程，具体包括个别学习和群体学习两种学习活动。
（二）教师用户
除具备学生用户的基本功能外，教师用户需要实现教学管理。虚拟实验教学系统教师用户群能够建立教学课程和教学活动，能够进行授课、解答疑问等教学工作。
二、系统工作流程设计
（一）前台学习系统
在网上实验过程中，学生根据自己的用户名和密码登录虚拟实验教学系统，可以进行个人资料录入与修改，进行虚拟实验学习，参与教学论坛讨论等，最终生成学生信息文件和数据列表，作为成绩评价标准，其数据流图如图2所示。
（二）后台管理系统
在后台管理系统中，涉及到管理员和教师两种类型的管理权限。管理员建立教师和课程科目，教师建立实验列表，由学生依据用户名和密码登录系统学习，形成学生信息文件，再由教师统一管理，生成有效数据，最终形成数据列表。
三、虚拟实验系统设计
本系统的设计目的是在保证实现逻辑模型功能的基础上，尽可能提高系统的简单性、可变性、一致性、完整性、系统的运行效率和安全性，将分析阶段所获得的系统逻辑模型，转换成一个具体的计算机实现方案的物理模型。
虚拟实验教学系统采用目前流行的B/S三层模型设计，三层包括交互层、中间层及数据层。
四、利用Virtoois实现实验资源
以在数字逻辑电路实验箱中验证74LS00芯片逻辑输出的连接方式为例，74LS00芯片输入端1接一个500HZ的方波信号，输出端接示波器，用示波器CH2通道观察显示结果：若输入端2为高电平，则CH2显示的状态为输入端1状态的反相；若输入端2为低电平，则输出端为高电平。正好验证74LS00芯片为与非门。
用Virtoois实现资源器材库设计及相关仪器设备。
（一）功能描述
从资源器材库中找出相应器材和设备，在屏幕上拖动，用户通过鼠标点击操作，即可实现器材在场景中显示和隐藏。
（二）程序描述
此模块由两大程序部分组成，程序设计图如图4所示。
此交互功能模块能够控制资源器材库在屏幕范围内自由拖放位置。如图5所示。
其他几种实验器材开关、直流稳压电源、信号发生器、示波器、各种集成芯片等程序均使用同类设计方法加以实现。
五、结束语
在设计系统和划分系统各个功能模块作用的基础上，应用Virtools及相关软件实现资源库的实现，系统提供了大量数字电路虚拟实验教学系统的基本模型。实现在虚拟场景中的仪器装配和实验过程中的数据存储，基本实现了教学环境中对真实实验过程的初步仿真。
【参考文献】
数字电路实验范文4
关键词:数字电路与逻辑设计;实验教学;教学改革
中图分类号:G642文献标识码:B
1引言
“数字电路与逻辑设计”是计算机类专业的专业基础课,具有综合性与实践性两大特点,特别是实践动手能力是学好这类课程的关键,这也是学生进入大学的第一门与工程相关的硬件课程,学生需要掌握的不仅仅是相关的课程知识,更应该通过实际电路的分析与设计学会逻辑思考,为后续的计算机组成原理、微机接口与通信、嵌入式系统原理等硬件系列课程打好基础,这就要求将所学的知识综合运用、融会贯通。
由于学生缺乏工程实践经历,习惯用数学思维思考,不做可行性分析和定性分析,所以对课程的学习经常抱怨“上课听不懂、实验没头绪、太难……”,最后失去对硬件系列课程的兴趣,不能很好地理解计算机结构和工作原理,对于很多问题,包括软件设计等问题都不可能找到最优的解决方案。如何通过实验的训练,使学生掌握工程设计的主要程序和方法,培养分析和解决工程实际问题的能力,树立正确的设计思想,训练逻辑思维能力和创新意识是值得探讨的问题。
2实验课程改革思路
华南农业大学为计算机类专业开设的“数字电路与逻辑设计”课程计划学时数为88学时,其中授课64学时,实验24学时。以下介绍我们在实验教学中为提高学生学习积极性、训练逻辑思维能力和实际操作能力所提出的教学改革思路和实践情况。
2.1实验组织模式的改革
“数字电路与逻辑设计”实验主要包含验证性实验、
设计性实验、课程设计和创新实验四大类。在实验课上针对这四种不同类别和层次的实验,采用不同的实验组织模式,如图1所示。
图1实验组织模式
对于重点考察基础知识、基本分析设计能力的验证性、设计性实验要求学生独立完成,每个实验又包含必做实验和选做实验,难度分级适当,既有多数学生都能完成的基本设计和制作,使他们在实验过程中掌握基本的知识并获得成就感,又有具有挑战性的项目,可激发学生的研究探索兴趣,以期实现较好的教学效果。
课程设计是单独设立的一个实验教学环节,学时数为两周,时间安排在讲授完“数字电路与逻辑设计”课程之后到“计算机组成原理”课程开课之前,用以加强数字逻辑的学习,并为“计算机组成原理”课程的学习作好预备。课程设计要求学生组队合作完成,设计过程采用开放式的管理。
作者简介:曹维(1978-),女,陕西西安人,实验师,工程硕士,主要研究方向为计算机硬件研究及应用。
创新实验是在完成课程实验和课程设计后,吸收部分对硬件感兴趣的优秀学生加入到创新实验的团队中来参加各种创新项目。
实验课的组织模式涵盖了各种层次的需求,既满足课程要求,又有延伸。
2.2实验内容的改革
实验内容的设置非常重要,不但要涵盖基本概念、基础知识,还要有实用性、可操作性。要有新意,与工程应用相结合;难度有层次性,既可以使大部分学生都可以完成基础实验,又有挑战性。“数字电路与逻辑设计”课程的实验安排如表1所示,每个实验都分成两部分。第一部分是基础实验,通过实验使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数字系统的理解、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。
表1实验安排
实验名称 学时 实验延伸
实验一:芯片检测和基本门的构建 2 学习示波器和万用表的使用
实验二:组合逻辑电路的分析与设计 4 多进制全加、全减器的分析设计;OC门、三态门的认识。
实验三:中规模组合逻辑电路设计一
(并行加法器) 4 各种码形变换电路
实验四:中规模组合逻辑电路设计二
(译码器、数据选择器) 4 串并变换电路、交通灯故障报警电路、密码电子锁电路、表决器电路的分析与设计
实验五:触发器测试 2 加强时序概念的理解
实验六:同步时序逻辑电路分析设计 4 不完全确定同步时序逻辑电路分析设计
实验七:中规模集成电路计数器的功能及应用 4 综合运用
综合实验:课程设计 2周 硬件描述语言VHDL
2.3实验方法的改革
实验课教学不再是单纯的老师讲解、学生照电路图连线,也不是简单地完全交由学生独立完成,而应是根据实验类别分别处理。
验证性实验和设计性实验主要进行基本技能训练,先由老师讲述知识点的背景、问题产生的缘由、电路构成的思路等,之后才要求学生动手实验。对每一个讲解的电路,都要留给学生一系列问题:电路的设计思路是什么?有没有问题?适用在什么场合等等。要求通过实际电路的检测
来寻求答案,学生通过主动思考来解决问题,大大激发了学习兴趣。在此基础上,再要求学生完成较有难度的设计,学生根据所学逻辑电路的设计步骤,设计、连接电路并调试,写出完整的实验报告。
课程设计要求综合运用当前课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通,对所学专业课程知识进行综合和实际应用。实验前给出设计要求,要求学生按设计任务书中的要求独立完成探索研究、查阅资料、设计方案、选择设备和安装调试、评估优化,写出完整的项目说明书。老师只进行答疑,但不涉及基础知识。
创新实验不是针对所有学生开设的,选择吸收部分对硬件感兴趣的优秀学生加入到创新实验的团队中来参加各种创新实验活动。实验室提供了元器件、硬件组装平台、各种产品开发平台,学生经过市场调研、分析设计、确定开发工具、项目实现、评估优化、开发说明书等过程,需要综合运用各门课程的知识,还要涉及到一些未曾接触过的领域,老师只进行设计思路的指导。通过创新实验即培养学生的科研兴趣也提高他们开发硬件产品的水平。
3实验课程改革实施情况分析
“数字电路与逻辑设计”的实验教学改革经过4年的实施,取得了一定的效果,学生普遍对硬件类课程产生了兴趣,提高了综合运用知识的能力,训练了逻辑思维。
3.1培养了分析和解决工程实际问题的能力
在同步时序逻辑电路分析设计(实验六)这个实验中,实验课上给了学生电路图(图2),要求学生分析,并搭建实际电路验证,大部分学生都可以根据电路图写出方程式(输出方程、驱动方程、状态方程)、列状态转移真值表、画状态转移图和时序图、说明逻辑功能,得出的结论是“111……”序列检测器,再按电路图搭建实际电路,测试结果。学生发现实验时两个1输入之后,输出就为Z=1,与分析结果不符,继而查找出原因是输方程为Z=xy2 y1,在11状态之后,输入x=1,在时钟未到来输出已经置1,修改电路为Moore型,则可实现“111……”序列检测器。
图2同步时序逻辑电路分析设计电路图
通过这个实验,学生们加深了对时序概念的理解,训练了独立思维的能力和动手能力,发现了指导老师也未注意的问题,对课程的学习产生了信心。
3.2训练了逻辑思维能力和创新意识
中规模组合逻辑电路设计(实验三)要求选用4位并行加法器和适当的逻辑门电路实现(X+Y)×Z,其中,X=X2X1X0、Y=Y2Y1Y0、Z=Z1Z0均为二进制。实验中希望同学积极思考,采用不同的方法来实现。下面介绍其中2种设计。
根据乘数和被乘数的取值范围,可知乘积范围处在0～48之间。故该电路应有6个输出,设输出用W5W4W3W2 W1W0表示。
第一种设计方案,两数先加再乘,过程如图3。
图3第一种设计方案
第二种设计方案,两数先分别乘,如图4、图5;再将结果相加,过程如图6。
经过这个实验,大部分的学生愿意积极主动思考,敢于创新,并通过实验训练了逻辑思维能力。
图4第二种设计方案(1)
图5第二种设计方案(2)
图6第二种设计方案(3)
4结束语
在“数字电路与逻辑设计”课程的实验教学工作中,我们不仅注重实践动手能力的培养,更注重逻辑思维能力、综合运用知识能力、创新意识的培养,更要使学生掌握工程设计的主要程序和方法,培养分析和解决工程实际问题的能力,树立正确的设计思想。
实验教学改革是一个长期过程,它需要在实践中不断深入与完善,适应科学技术的发展和社会对高素质人才的需求。
参考文献:
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数字电路实验范文5
关键词：教学改革；实验；数字逻辑电路；计算机专业
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）29-6570-02
数字逻辑电路实验课程是电气、电子信息类和部分非电类专业本科生在电子技术方面入门性质的技术课。它在电类专业中深受青睐，但在非电类专业中的教学没引起足够的重视。长期以来，在我校计算机专业类数字逻辑电路实验的实验教学中，出现实验教师难教学生厌学的现象。我们从学生学习该课程的现状着手，通过对该课程的先导课程及后续课程进行调查分析，了解相关理论课学习的状态，并据此提出了相应的实验教学改革措施，分三个阶段对学生的学习能力及动手能力进行培养，我们称之为数字逻辑电路实验课程“过三关”[1]。
1 数字逻辑电路实验的教学改革思路
数字逻辑电路实验在计算机类专业都把它作为一门主干必修课程，但相比专业课来说，非电类专业对该课程地位认识和重视程度是不一样的，普遍存在的一种现象是“重软件轻硬件”[2]。我校计科专业、网工专业的“数字逻辑电路实验”课，安排在第三学期，并具有第二学期的“模拟电子技术”课程的基础。而软工专业的“数电”课安排在第二学期，并没有提前开设“模电”课程，缺乏电路知识的先导。在总课时数压缩的情况下，由于理论课和实验课安排在同一学期，并在第一周同时开课，实验课严重滞后于理论课的进度，造成学生想要学好又觉得心有余而力不足[3]。
第一关：克服对数字电路实验课的心理恐惧关
对计算机专业的学生来说，模拟电子技术和数字逻辑电路都很难学，更难于精。适合计算机专业的专用教材很少，更没有比较适合的实验教材。不得已沿用电类专业的教材，理论偏多偏深。单纯的数字逻辑分析抽象、枯燥、乏味，遇到复杂的逻辑现象更容易让人感到无从下手，产生畏难情绪。例如：教材[4][5]的第二章逻辑门电路，是学生们共同认为最难于理解、头疼困难的内容。在讲解TTL（Transistor-Transistor Logic）基本逻辑门涉及到很多的电路基础知识、基本电路元件（电阻、二极管、三极管等元件）、电路及结构、半导体工艺、以及它们的电流、电压、元件参数等内部电气参数的计算等。对电路原理的理解和对电子元器件认识存在困难。然而，计算机专业学习的重点并不在这些电路的内部原理和前端设计，实验所必需的电路基础知识在课程中的应用暂时不用十分深入，可以不用刻意去理解逻辑器件的内部结构。重点应放在：一是掌握器件输入和输出之间的逻辑功能；二是外部的电气特性其主要参数。相应的基本门电路实验，目的包括掌握TTL基本逻辑门的逻辑功能验证与参数测试；掌握TTL器件的使用规则；进一步熟悉数字逻辑电路实验装置的结构、基本功能和使用方法。“轻里重外”，将集成电路视为“黑匣子”，这样电路基础知识不再构成计算机专业的学生学习的障碍。
在实验教学中，改善实验条件，增强实验教学的趣味性。让生活走进实验、贴近生活。理论实验化，实验生活化。例如： 逻辑门实验是认识数字电路的基本实验，电子门铃的原理就是利用与非门构成振荡器，使输出端的铃声信号输出，从而驱动喇叭发出闹铃声的。除此之外，实验还能进行趣味游戏如乒乓球游戏机等的设计。通过增加实验内容、改变实验方法，多做实验来改变学生怕做实验的恐惧心理。
根据现在的理论课学时、教学计划和实验设备，改编有关内容。以“与非门”逻辑为例说明改革实验教学方法。采用先理论讲解，以逻辑代数为基本数学工具，从基本逻辑门电路入手。实验使用传统标准数字逻辑器件四2输入与非门74LS00，，用它构成传统的与非门验证实验。再用硬件描述语言VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）[6]和复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device） [7]实验实现“与非门”逻辑。这样就建立了同一实际逻辑问题用多种不同层次方法进行实验的模式：数字逻辑单元理论设计，以门电路为基本单元电路构成各种组合逻辑电路和时序逻辑电路，使用标准数字逻辑器件中的中（MSI）、小规模（SSI）的TTL集成电路验证；利用通用集成电路模块产品，主要是用中（MSI）大规模（LSI）集成电路模块，构成预定功能的逻辑电路；再用VHDL和CPLD构成复杂的电路系统，步步推进，穿行融合。
第二关：培养动手能力关
从数字逻辑电路实验课程的知识结构和特点分析，数字逻辑电路实验主要由基本逻辑门电路，由门电路组成的基本组合逻辑电路和时序逻辑电路及通用集成电路模块构成。
在第一阶段为数字逻辑电路基础实验（芯片级实验）。由“一门而入”，选用传统典型标准数字逻辑器件与非门，进行基本门电路逻辑功能测试与验证，通过实验使学生熟练掌握数字电路实验箱的结构和使用方法，使用示波器记录描述逻辑功能的波形图，实验基本仪器测试集成电路外部电气特性参数。掌握用与非门组成其它逻辑门及逻辑门之间的互换、解决不同门电路之间相互连接匹配问题。对集成门电路外形建立感性认识，熟悉芯片的外形封装、芯片的引脚数量和分布情况。通过基础实验，训练了学生的数字逻辑设计的基本功，为综合设计性实验打下良好的基础。
第二阶段为综合设计实验（单元级实验）。主要有基本技能测试性综合实验、组合电路设计性综合实验、时序电路设计性综合实验、存储器和D/A或A/D转换电路的综合实验。
综合设计性实验主要是小系统逻辑设计实验[8]，每一个实验系统可以由多片标准数字逻辑器件MSI、MSI的门电路组成。也可以用通用集成电路中的MSI、LSI的TTL集成电路芯片组成。实验者可根据自己的设计做出不同种类的电路，培养对单元功能电路的理解和灵活运用能力。例在传统数字逻辑电路实验中，最为经典的例子是“三人表决器实验电路的设计” [9]。其中SSI门电路设计最为灵活，可以选择一种与非门构成“与非-与非式”、一种或非门构成“或非-或非式”、与非门+或非门构成“与或非式”。也可以采用通用集成电路模块译码器、数据选择器和加法器分别设计多种三人表决器实验电路。
第三关：VHDL及CPLD实验提高复杂电路设计能力关
从第一、第二阶段实验的效果来看，这些实验是在掌握SSI、MSI电路分析和设计的基础上进行，达到预定的逻辑功能。这种方法设计的逻辑系统规模不宜太大，否则，系统需要很多芯片，连接线和接点复杂，导致可靠性下降、功耗增加，系统占用空间扩大。为此，可以采用大规模集成和超大规模集成技术，把完成复杂功能的众多芯片集成到一个芯片内。可以克服上述问题。这种能够完成特定功能的集成电路芯片称之为专用集成电路。用VHDL语言设计后，在CPLD中实现，这已经成为数字系统设计的主流。
将新技术和新型电路设计的方法充实到教学中去，以体现实验与时俱进的先进性。第三阶段的可编程器件的应用与可编程电路的EDA设计实验（系统级实验），要求学生用CPLD芯片重现第一阶段的基础实验和第二阶段综合设计性实验中的电路设计。训练学生通过阅读资料掌握可编程器件的功能及规范的使用方法。掌握EDA软件的使用方法和设计语言。最终达到“了解一种器件，熟练使用一种设计工具，掌握一门设计语言，能够设计较复杂的数字系统”的目的。
通过三个不同阶段的实验过程，将一种数字逻辑器件的基础理论，用传统器件实验验证或实现，再用VHDL及CPLD实验复现，三者融合循环，螺旋式上升。实现数字逻辑电路实验的教学改革，帮助学生突破在学习道路上的三道难关。
2 结论
侯建军教授提出了“厚理博术，知行相成”的教育理念。通过数字逻辑电路实验，既要加强知识的学习，又要践行所学的知识，提高实践动手能力和创新能力。根据学生的特点确定教学目标，组织教学内容，制定教学方法，以学生为主体，“教法”适应“学法”培养学生的学习兴趣。倡导以启发、探索和创新性实验为核心的研究式学习方式，鼓励学生参与国家级和校级的大学生创新创业项目，并参加各种国家电子技能大赛，取得很好的效果。
参考文献：
[1] .“模拟电子线路”的“过三关”——谈“模拟电子线路”教与学[J].电气电子教学学报，2002（11）.
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[3] 管冰蕾，胡家芬.计算机专业《数字逻辑》课程教学改革的研究[J].时代教育：教育教学版，2009（3）.
[4] 侯建军.数字电子技术基础[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.
[5] 侯建军.电子技术基础实验综合设计实验与课程设计[M].北京：高等教育出版社，2009.
[6] Volnei A Pedroni.VHDL数字电路设计教程[M].北京：电子工业出版社，2013.
[7] 王诚，赵延宾，梁成志.Lattice FPGA/CPLD设计（基础篇）[M].北京：人民邮电出版社，2011.
数字电路实验范文6
关键词：实验教学；EWB；虚拟仪器
电子信息类系列课程是电类专业学生极其重要的技术基础课和专业课，这些电类课程的实验能否有效和高效开展，对电类专业学生的高质量培养起至关重要的作用。在电子信息类系列课的实验教学中处理好传授知识与培养能力的关系，把重点放在培养学生能力和提高学生科学素质上。
一、电子信息类专业基础实验课教学中存在的主要问题及现有的手段
（一）电子信息类专业基础实验课教学中存在的主要问题
1、教学内容多，教学时数少
教学改革后大纲规定的学时数比较少。但为了学生后续课的学习及能力的培养其内容不应减少。由于教学时数的减少，电子线路实验只能做以下几个内容：“模电”实验开设12个验证性实验，另外开设有设计性小制作实验，设计制作的内容不限，学生可以根据自己的兴趣爱好，自选内容。数字电路实验开设2个验证性实验和6个设计性实验，但在通常情况下，专业基础课教学在实验课教学的比例应为3 ：1 左右，而目前我们的实际情况离这一要求相差甚远。这必将对学生在素质的提高，能力的培养上产生严重的影响。
2、重知识传授，轻能力培养
传统的教学方法一般是以传授知识为主，教师按照教学大纲一课课地讲，学生被动地一课一课地听，教师讲到哪里学生就听到哪里。学生反应：“教师讲课时我都能听明白，但是让我自己做就不知道如何下手。”这就是典型的能力不够的问题。
3、传统教学思想阻碍实验室功能发挥
高等院校要培养学生创新意识、创新精神和创新能力。应当说：高等院校的实验和实践环节是培养学生创新精神和创新能力最生动、最活泼的场所。但这一方面往往被忽视了，传统的教学思想、教学方法、教学手段，阻碍了实验室功能的发挥。诺贝尔奖获得者丁肇中教授说过，他是第一个通过自己实验得到诺贝尔奖的中国人，希望能提高中国人对实验的认识，摆脱轻实验，过分重视理论的旧传统。由此可见，不重视实验课的教学，培养高素质的人才就是一句空话。
（二）电子信息类专业基础实验课教学中的现有手段
这是一种传统的实验方式，学生根据实验电路在面包板上插装元器件和连接导线，然后接入信号源进行性能指标的测试。对于大型设计型试验，在对所设计的电路进行实验和调试时，需要根据实验结果不断更换元器件或修改参数，直至达到设计要求。这种试验方式受仪器设备和元器件品种、数量的限制，而且实验课时有限，有些实验往往无法及时完成。学生分析、解决电子技术小型综合系统的能力差，动手操作能力弱，离素质教育、综合能力的培养目标还有很大的距离。总之，在现行教学方式和手段下，保证学生学习好、掌握好电子技术系列课程的措施尚不够充分。
二、虚拟技术在电子信息类课程实验中的应用前景
（一）“电子工作台”——EWB在电子信息类课程实验中的应用
随着计算机技术的发展，电子电路的模拟或仿真，已成为电子电路系统设计的必要手段。在仿真过程中，仅需操作鼠标即可设计电路、更换元器件、修改参数、测量数据和观察波形，直至电路性能最优。虚拟“电子工作台”þWB)。它可以仿真模拟电路、数字电路和混合电路。目前，己在现代电子工程设计和电子类课程教学领域得到了广泛应用。
电子技术发展特点是：电子系统数字化，电子器件高度集成化，电子系统设计智能化，电子技术普及化。因此调整与改革电子技术系列课程实验教学内容、方法与手段势在必行。采用先进的电子技术虚拟仿真实验手段，它不仅可以弥补实验仪器、元器件缺乏带来的不足，而且排除了原材料消耗和仪器损坏等因素，弥补课堂理论教学的不足，熟悉常用电子仪器的测量方法，进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力。在虚拟“电子工作台”上制作电子技术系列实验课程虚拟仿真实验电路，并用于学生训练和操作。
EWB的使用对实验教学是很有帮助的。学生既可以在做实验前，首先使用EWB软件工具将实验内容仿真，以便使实验做的又快又准确。又可以用EWB作实验室中不易进行的实验，例如温度特性、频率特性等实验室不能或不易完成的实验，我们可以用EWB进行仿真。使学生认识温度、频率等参数对电路的影响。。
（二） 电子信息类课程实验教学的新思路——虚拟仪器技术
1、虚拟仪器技术
虚拟仪器（Virtual Instruments 简称VI ）即利用计算机、嵌入式硬件、软件完成“测量—存储—处理—控制”功能合二为一的新型仪器。是基于计算机的数字化测量测试仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。虚拟仪器不仅可以用于测量、分析等领域，而且还广泛的应用于设备的监控、工业过程的自动化，它代表了国际上测控领域的最前沿技术。它的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的功能面板和库函数大大增强了C 语言的功能。应用CVI ，引入虚拟技术，是当前测试界的发展趋势。
传统的测量测试仪器的主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示等三大部分组成，如果数据分析和结果输出由基于计算机的软件系统来完成，只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器——虚拟仪器技术。虚拟仪器和诸如EWB 、Multisim 、EDA 等仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同，它可以完全替代传统台式测量测试仪器，而仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的，不具备数据采集、信号的输入与输出功能，不能应用于测试、计量等科学研究领域。虚拟仪器通过在普通计算机上加上相应的软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。
