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数字集成电路分析与设计范文1
“数字电路”是中职学校电工、电子、机电、信息、通信等专业的一门非常重要的专业课。在实际教学中，多数中职学校的教师们往往只是在黑板上进行电路分析和逻辑分析，实际效果非常抽象，学生难于理解和掌握有关知识点。目前，针对这门课程所用到的实验、实训设备，要么是实验箱，要么是实训桌。这些设备存在成本较高（数千元甚至上万元）、操作不够灵活等问题，一般条件不够好的学校都没有能力配备使用。在使用这些设备的学校中也普遍存在损坏严重、使用率不高等现象。更主要的是，这种实验箱、实训桌开发创新的功能不够强，基本上只能按部就班进行操作，对学生的创新思维培养极为不利，而且对学生的专业能力和动手能力培养的效果也不是很好，更谈不上让学生进行数字电路的开发。为解决这些问题，我经过不断查找资料，不断与学校老师、企业技术人员探讨，不断改进，最终设计出这种数字电路开发板。
开发板结构及工作原理实现过程
总体结构
完成后的开发板如图1所示。此开发板采用层叠结构，整个开发板分为主板和扩展板（可多块），扩展板可用4个螺丝固定在主板的上方。开发板的主板上设置了稳压电源、可调电源、信号发生、触发脉冲、BCD译码、数码显示、二极管显示、按键、开关等电路，扩展板上设置了众多的电子元件扩展接线柱或集成电路测试座。各电子元件的连接是通过固定在开发板上的铜鸡眼进行插按的，具有结实耐用、直观明了的特点。图1显示的是开发板上安装了1块NE555和1块CD4017集成电路以及几个阻容元件，安装了1个十进制闪烁电路。图1中，1块扩展板已经装在主板上，主板和扩展板也能分开放置。扩展板还可以进行多层构建。
电源电路
稳压电源、可调电源电路如图2所示。
三极管V101、V102、可控硅T、红色发光二极管LEDl以及电阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、电容C103等组成过载保护、过载指示电路。三极管V101、V102组成复合三极管。平时可控硅T截止，复合三极管通过R101、R102得到电流而工作。当流过负载的电流达到300mA以上时，R105上的压降达到0.7V左右，导致可控硅T被触发导通，对应复合三极管截止，切断电源输出，同时红色LEDl发光指示。此时，只有先切断开关S101，对负载进行检查后，再闭合S101才能使电源恢复输出。电路中，三端稳压器7805内部具有过流保护、热保护和调整管安全工作区保护功能，由于保护措施完善，所以即便使用过程中发生输出端瞬时对地短路，也不会烧毁。二极管D101可确保外按的直流电源只能是上正下负。二极管D102可防止三端稳压器的输出端电压比输入端电压高。经过多次用导线对5V电源进行短路测试，过载保护电路每次均能可靠工作，确保5V电源安然无恙。通过调节RW101电位器的阻值，可改变0～5V的输出电压。
信号发生电路
用1块NE555时基集成电路和1块CD4069六反相器中的2个反相器，以及电位器、电阻电容等元件，组成脉冲信号发生电路。改变电位器阻值，可改变脉冲信号的频率。由于此脉冲信号是加给数字集成电路作为控制信号的，所需的负载电流很小，因此在脉冲信号输出端处设置了限流电阻，可有效防止学生因按线错误而导致开发板的损坏。
触发脉冲电路
用1块NE555时基集成电路和上文所述CD4069六反相器中的另外3个反相器，以及常开按钮、电阻电容等元件，组成触发脉冲发生电路。每按一次按钮，就可同时输出1个正脉冲、1个负脉冲。由于此脉冲信号是加给数字集成电路作为控制信号的，所需的负载电流很小，因此在脉冲信号输出端处按照与信号发生电路的相同处理方法，也设置了限流电阻，可有效防止学生因接线错误而导致开发板的损坏。
BCD译码与数码显示电路
BCD译码与数码显示电路如图3所示。
CD4511是1块用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码7段译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、7段译码及驱动功能。它能提供较大的拉入电流，可直接驱动LED显示器。开发板上设置了2组BCD译码、数码显示电路。每组电路都设计了4个BCD码输入插口及7个扩展输出插口。在输入插口和扩展输出插口处也都设置了限流电阻R401—404和R405R411，可有效防止学生因接线错误而导致开发板的损坏。
二极管显示、按键与开关电路
LEDI—EDl0发光二极管可作为数字集成电路输出高电平时的显示，LEDlI—ED20发光二极管可作为数字集成电路输出低电平时的显示。每个发光二极管电路中都串按有1个1的限流电阻，因此，无论学生如何错误接线也不会导致开发板的损坏。
按键电路中按键未按下时，输出为高电平；按键按下后，输出为低电平。按键与开关电路中同样设置有保护用限流电阻。
使用
使用时，不用其他任何电子元件，仅仅利用主板就可以进行有关555振荡、555触发延时、BCD译码、数码显示等电路的探究。
利用主板，外加相应的集成电路，可以进行有关数字集成电路以及555时基电路的实验验证、电路探究。
如果再利用扩展板，外加相应的电阻电容、晶体管以及集成电路等电子器件，就可以有效、方便地进行众多有关数字电路方面的电路设计、开发创新，有效实现行动导向教学、项目教学等。
例如可利用此开发板进行各种逻辑门电路包括与门、或门、与非门、或非门等的设计与创新开发，各种组合逻辑电路包括编码器、译码器、数码显示器、译码驱动器、数据选择器和数据分配器等的设计与创新开发，各种集成触发器包括基本RS触发器、同步触发器、边沿触发器等的设计与创新开发，各种时序逻辑电路包括寄存器、计数器的设计与创新开发，脉冲波形的产生、整形及其应用设计与创新开发，555时基电路及其应用设计与创新开发，等等。
项目特点及创新性
此开发板不仅能有效地进行数字电路的实验验证，更重要的是能有效地进行数字电路的创新开发。与传统的实验箱、实训桌平面化、符号化的形式不同，这种开发板是开放的，元器件以及它们的连接全部展现在学生眼前。这种开发板可用于常见的各种数字集成电路的教学实验和创新开发，输入/输出信号都能用发光二极管指示或数码管显示，具有功能较全、构造简单、价格低廉、体积小巧、不易损坏、开放直观、创新性强、易于推广等特点。教学中使用这种开发板，能真正实现理论与实践相结合，非常适合行动导向教学法、项目教学法和系统分析法的开展，对学生行动能力开发、关键能力培养非常有效，可以大大提高学生的实践能力、操作能力、创新能力和解决实际问题的能力。此开发板的优点和创新性体现在如下几个方面：
功能较全。几乎所有中职数字电路课程教学中讲到的电路都能进行实验、验证。
构造简单。只要具备当前一般中职学生的基础，都能很快熟练操作使用，顺利进行创新开发。
价格低廉。每套成本不到100元，一般的中职学校都能实现人手一套，确保行动导向教学法、项目教学法的顺利开展。
体积小巧。采用层叠结构，可以在较小的面积内进行更多的电路连接、电路设计。
不易损坏。多重的短路保护、限流保护，一改传统实训桌、实验箱的娇气，能有效防止开发板因线路按错而造成损坏。
开放直观。开发板上各部分的电路组成直观明了，而不必像传统实训桌、实验箱那样“暗箱操作”。
此开发板经过1年多在多个中职学校使用，感觉效果很好。对学生学习兴趣的培养、行动能力的开发，以及对实践能力、操作能力和创新能力的提高都非常有效。
数字集成电路分析与设计范文2
关键词 数字电路 EDA技术 教学改革 电子设计
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.04.057
New Strategy of Digital Circuit Teaching Reform
Under the Condition of New Technology
LIAO Guicheng[1]， QIN Zetao[2]
（[1] College of Vocational and Technical Education，
Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545006;
[2] Engineering Training Center， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545006）
Abstract In the teaching of digital circuit course， it should be suitably deleted to the traditional manual design method， internal structure of door circuit， pulse waveform generating and shaping， and also the other traditional outdated technology and methods. At the same time EDA and other modern electronic new technology and new method should be integrated into the digital circuit course， so as to enhance the feeling of contemparaneity and practicality， to improve the students' innovation consciousness and application ability.
Key words digital Circuit; EDA Technology; teaching reform; electronic design
0 绪论
随着现代电子技术的高速发展，以大规模可编程技术、嵌入式系统等为核心的最新科技学科已经普遍出现在了高等教育的课程设置中，这些学科技术引领着未来电子技术的发展方向。电子技术专业的重要基础课――“数字电路”的地位和重要性也被推到了前所未有的高度，同时也对这一课程的教学内容提出了极大的挑战。然而，目前国内多数高校该课程的教学内容几乎仍停留在上个世纪八九十年代，并仍以那个年代的手工数字设计技术为核心教学内容与考核内容。这就导致了学生的设计能力较低，缺乏自主创新能力与意识，无法适应现代企业和社会的需要。当然也有好些教材也将VHDL等EDA内容加到课程内容中，但目前的数字电路教学体系还是呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接。①因此改革数字电路中过时的内容、将先进的电子设计自动化（EDA）技术系统地融入到数字电路课程中，是数字电子技术发展的必然选择。
1 传统旧技术与方法的取舍
数字电路中有一些传统的技术与方法，在现代企业的电子设计中已经没有用武之地。学生花大量时间学习这些落后和被淘汰的知识和方法，是得不偿失的，不仅耗费学生的精力和时间，妨碍新技术的学习，更是对国家和社会资源的浪费。对这些过时的内容，我们要对其进行适当的删减，使教学内容适应时代的发展需要。
1.1 传统手工设计方法
传统手工设计方法的内容包括以卡诺图为工具的逻辑函数化简、小规模门电路组成的组合逻辑电路分析与设计以及由触发器及门电路构成的时序逻辑电路的分析与设计等。这部分内容在数字电路课程中占据了主要的内容与篇幅，这在上个世纪八九十年代自动化设计还不流行的时候是合适的，因为那时候的电气产品及自动化控制电路很多都是采用中小规模的数字集成电路完成设计的，而现在的电子产品及控制电路，已经几乎见不到中小规模数字集成电路的影子，取而代之的是微处理器（含嵌入式处理器）以及大规模可编程器件、DSP等，只是在接口及驱动电路上还能偶尔见到中小规模数字电路。比如现代的家电产品洗衣机、空调、电视等都用到了微处理器控制，手机、导航仪等电子产品则用到了嵌入式处理器，语音、图像识别等产品则用到了DSP（数字信号处理器），而在机顶盒、调制解调器等产品中则用到了FPGA等大规模可编程器件。采用中小规模数字电路设计的电子产品，还没上市就已经是落后的。
1.2 逻辑门内部电路结构原理
门电路一章的教学应以集成门的外部特性教学为主，让学生看到门电路的真值表就能够应用该电路，而不管该电路的内部结构如何。传统教学内容通常是以反相器为例，分析电路的内部结构和工作原理，进而得到其逻辑功能，而对其外部特性及接口参数则认为是死记硬背、枯燥的东西就一笔带过。而实际上我们应用数字电路设计实际的数字系统考虑得最多的除了器件的逻辑功能就是外部特性和接口参数，而内部电路结构怎样、如何工作基本上无需考虑。而且内部电路的分析对于学生来说难度较大、理解困难，完全没有必要让学生把时间和精力浪费在这种没有实际意义的知识的学习上。因此在内容安排上，应着重介绍各种门电路的外部特性和接口参数，让学生学会在实践中正确选择和使用合适的集成电路，设计出能适应实际环境和应用的优秀电路。
1.3 脉冲波形的产生和整形
“脉冲波形的产生和整形”这部分内容其实和“数字逻辑”没有直接关系，实际上是属于模拟电路的内容。只不过在模拟电路中，波形的产生完全是用模拟的电路来实现，而在目前多本数字电路教材中，则是采用门电路加模拟的阻容元件来实现的，实质上是把门电路当集成放大器来应用。而这种应用是和“数字”的概念相背离的，不利于学生对“数字逻辑”的学习。这部分内容的另一个重点是对“555”时基电路的介绍。其实这个555时基电路是上个世纪70年代的产物，距今已有40多年的历史，在集成芯片技术飞速发展的今天，它已经完全没有了用武之地。对于学生来说，那么多新知识新技术要学，再花时间精力学习“555”时基电路，那就是舍本逐末了。
2 新技术与新方法的应用
2.1 新技术的优势
当前的电子新技术主要包括EDA技术、实时软件仿真技术、先进自动化绘图与制板技术等。EDA即电子设计自动化技术，是一种基于软硬件平台，通过软件的方法来高效地完成硬件设计的计算机技术。EDA技术已成为电子系统设计的重要手段，它采用“自顶向下”的设计方法，利用功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，以硬件描述语言（HDL）为主要设计手段，以大规模可编程器件（CPLD或FPGA）为载体，完成电子系统的功能设计。这种硬件电路的软件化设计，已经完全改变了数字设计的整个面貌。
2.2 融入EDA等新技术的教学内容安排
传统的数字电路内容主要包括逻辑代数、门电路、组合逻辑设计、触发器、时序逻辑设计、存储器与可编程器件等，实践过程中，我们削减了一些陈旧过时的内容，增加了VHDL硬件描述语言、QuartusII电子开发平台、FPGA/CPLD大规模可编程器件等EDA技术内容。我们强调VHDL硬件描述语言是设计数字电路的语言工具，与逻辑代数这一分析设计数字电路的数学工具同等重要，并放在同一章节进行讲解。而基于VHDL的相关电路描述与设计则结合相关的内容，穿插到各个章节中进行详细讲述。QuartusII则是将VHDL设计变成电路实现的中间平台与工具，将这部分内容放到实验环节中讲解。FPGA/CPLD大规模可编程器件是实现VHDL设计的载体，与存储器放在同一章中讲解。
我们立足于数字逻辑设计的基本原理，将EDA技术融入到数字电路课程中，将这些原理与现代的工具与实践技术相结合，提高了毕业学生的电子设计技术水准，也极大地丰富了数字电路课程的教学内容。
2.3 新技术与传统教学方法的融合
在数字电路课程的教学中，我们除了在教学内容上增加EDA等电子新技术内容外，在教学方法上，我们更注重新技术、新方法的与传统知识的融合与因果链接。以加法器的学习为例，我们把加法器划分为难易不同的功能模块：半加器、全加器、4位加法器、8位乘法器，然后把不同功能模块的描述方式（包括真值表、逻辑表达式、波形图、卡诺图等传统的描述方式以及现代先进的VHDL描述等）和实现方式（包括传统的集成门电路实现以及现代的大规模可编程器件、微处理器实现等）及各种方式的特点一一列举并对比讲解，也让学生的发挥和补充，期间充分运用各种仿真软件和开发工具进行仿真和实验演示，让学生对各模块的描述方法、实现方式及特点深刻理解。如对加法器的一种扩展――8位乘法器，学生很容易就明白，用传统描述方式无法去描述，而用VHDL描述却只用一句“y<=a*b”就能完成;在实现方式上，用传统集成门电路实现8位乘法器虽然理论上可以实现，但是却需用到几百个集成门，电路复杂，成本高，速度慢，可靠性低。而用大规模可编程器件实现时却只需用一块最简的CPLD芯片就能实现，成本低、速度快、可靠性也高。在数字电路教学中引入EDA技术，其强大的仿真功能很容易把实践带入课堂、带入教学的每一个环节，使得理论与实践能够紧密结合。
3 结束语
通过删减过时内容并引入EDA等现代数字电子新技术和新方法，提前至大二开设数字电路课程，保持学生从大一开始的一贯学习热情和积极性，保证专业课学习的效果。同时也使学生有能力提早进入大学生课外科技活动，并在数字电路的基础理论、实践能力和创新精神等方面都有进步，提高了学生现代数字电子技术应用水平和工程实践能力。通过对课程的改革，也完善和发展了数字电路课程的建设，使之适应现代电子技术高速发展的要求和社会的实际需要。
基金项目：新世纪广西高等教育教改工程项目“新技术条件下数字电子技术课程综合教学改革研究”（编号：2010JGB 061）
数字集成电路分析与设计范文3
关键词：计算机专业 课程进度 数字电路与设计
中图分类号：G642.0 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.132
“数字电路与逻辑设计”是电气信息类专业一门重要的专业基础课。该课程是后续专业基础课和专业课的先修课程和基础，是学生开展课外科技创新活动的必备知识，是解决工程实际问题的重要理论和方法，结合目前的实际情况，对数字电路与逻辑设计教学进行改革。
1 数字电路与逻辑设计的本质
数字电路与逻辑设计是计算机科学与技术必修的一门重要课程。该课程中介绍了与数字系统相关的知识，体系等。设置这门课程的重要性在于让学生能够更好地了解数字计算机和其他系统的基本逻辑电路，能够熟练运用课程中所学到的知识并在实际操作中对案例进行分析，客观地提出要求。
通过这门课程的系统学习，可以加强同学的逻辑思维能力，落实到具体工作中，可以解决具体问题，可以对系统硬件进行检测，并有一定的创新能力。数字电路课程教学之所以进行改革是为了提高学生对计算机硬件设施的了解，为日后的学习做铺垫。我们从计算机科学的角度划分，可以把其课程分为：分析电路，数字电路与逻辑设计，微机原理等。从这些课程不难看出，数字电路与逻辑设计起的是承上启下的作用。
2 电子技术的广泛应用加快了数字电路的发展
现阶段，是科技的时代，电子技术已经应用广泛，电子元素是计算机和电路不可缺少的构成元素。国民经济和国防各领域的逐渐渗透，使得数字电子技术在相关专业的地位越来越重要。通过探讨，认为要对以前的教程进行革新，减少理论性过强的内容，着重掌握数字集成电路器的特性与实际运用，将重点放在学生的实际操作上面。
此外要加强创新能力的培养，引导学生们多进行课外实践活动，让学生们把课堂上所学的知识用于实践，这样让学生们在实践中总结理论知识，有利于学生们知识的全面掌握。多媒体技术可以形象并明了地展示复杂的图表，便于老师课堂上的教学，还方便了学生们观看和理解。更重要的一点是，它节约了课堂信息量，增加了课堂上的教学内容。以培养学生创新精神和实践能力为主线，坚持“三个结合”，实现“二个转变”，达到“一个提高”。坚持实践内容与理论知识相结合，创新实验与科学研究相结合，课堂教学与课外实验相结合；实现由基础验证性实验向综合设计性实验转变，由传统型实验向创新型实验转变；达到学生实践能力和创新精神的提高。提高教学的工作环境，利于开展实践教学，从而有利于人才的培养和教学质量的提高。围绕实践这个中心，增加新的教学内容，根据电子信息技术的专业特点，制定科学的实验课程，在内容中多以实验为主，增加教学模板，提高教学方法，总结出一套科学性、系统性的教学体系。
3 数字电路教学的改革方向
由于数字电路与逻辑设计的实践性很强，所以，在实际的教学改革中要做到周全考虑，针对各项内容都要做出调整。还需要注意的是，做到书本上所学的知识配套进行实践。理论结合实际，多结合实际情况进行训练。其内容包括：工具运用能力，绘制电路，电路分析能力，项目综合能力等。
3.1 课程体系的调整
为了更好地适应电子科学技术的发展，要优化课程结构的总体要求出发，进行模块化的设计，使数字电路与逻辑课程内容体系具有系统性，科学性，先进性等。
数字电路与逻辑设计基础从课程内容上被分为两大块。数字电路介绍了数字系统的组成，数字信号的特点等；在内容上先逻辑电路，逻辑部件，先单元电路后系统电路等等。数字电路多以理论为重点，在讲解中多涉及外部逻辑功能。数字电路部分多以运用为主。这样的课程组合可以让学生对数字电路更加了解。
3.2 教学内容的调整
数字电路与逻辑设计的课程很多，为了让学生在有限的实践内把课程学好，要求教师掌握基本理论的同时有效地组织课程教学。在介绍运用时，要根据其不同的侧重点进行分析。实验教学从随堂实验到改革教学后进行独立实验，这其中包括验证性实验等。
通过有效的组织，可以增加学生们的实践操作，调动学生们的积极性，从而有助于知识能力的提高。
3.3 加大实践的内容与次数
数字电路与逻辑设计在教学中需要增加实践内容，这有利于课程的安排，更提高了学生们的动手能力。在实践中发挥良好的教学效果，要合理地拆分实践内容：①基本实验；②设计实验。我们来了解一下这两种实验的概念：基本实验室使用电子仪器的能力；而设计实验则是为了实现逻辑功能，而采用的是数字系统。在设计实验中鼓励学生自拟实验的项目，并将课外活动结合进来，使学生的思维更加广阔。
目前的电子大赛就是为高校的改革服务，它是结合了电子信息的专业内容，这种比赛在教学改革中起到了引导的作用。这十多年来，在全国开展了很多电子计算机的竞赛，这些竞赛对高校体系改革帮助十分明显，它有助于有才能的年轻人展示自己的能力与专业水平。在电子竟赛出题中增大数字电路EDA的内容可以引导高校建设EDA的实验室，例如：SOPC（系统集成芯片）是我国“十一五”制定的重大专项，目前全国已在12个高校中成立了集成电路人才培养基地。
4 结语
现阶段是电子化的时代，科学的进步带动了电子技术的广泛应用。大量的可编程器件被采用，这使得传统的数字逻辑方法明显变化。计算机的应用范围越来越高，使得人们对计算机的认识逐渐深刻，计算机的设计理念开始突破原有的范围。数字电路与逻辑设计在各种现代技术的合力推动之下，得到了明显的提升，可以做到使学生紧跟在市场的前沿。所以，数字电路和逻辑设计的改革加快了这门科学的发展，提高了学生们解决实际问题的能力，给学生们的就业和发展打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]李晓辉.数字电路与逻辑设计[J].
[2]曹魏，徐东风.计算机教育[J].
数字集成电路分析与设计范文4
【关键词】Multisim 函数信号发生器 仿真分析
函数信号发生器由正弦波、三角波和矩形波组成，通过RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波后，将正弦波经过零比较器得到同频的方波，将正弦波经过电压比较器和积分器产生三角波。振荡电路是一种能将直流能量转换成具有一定频率和幅度以及一定波形的交流能量输出的电路，按振荡波形可分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路，正弦波振荡电路是一种基本的电子电路，电子技术实验中经常使用的低频信号振荡器就是一种正弦波振荡电路。大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源。无论对于哪种振荡电路，用传统方法精确分析起振、振幅、振荡频率的大小都是十分困难的，而用Multisim软件则可灵活方便的进行仿真分析。
一、MultiSim仿真软件简介
MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件，可以对各类电路进行仿真，并且提供十多种虚拟仪器（如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等），以及18种仿真分析功能（如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等）。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合强大的仿真分析，使结果更精确、更可靠。
二、函数信号发生器的系统设计
根据设计要求，函数信号发生器由正弦波、方波、三角波信号发生器、放大输出及直流稳压电源组成，设计出系统框图如图1所示。
三、函数信号发生器的仿真分析
（1）正弦波仿真分析。运行Multisim10，在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器、电阻、电容、电位器、二极管等元件，组成函数信号发生器的正弦波电路。其中由U1A LM324、R1、W1、C3、C4、J3和R2、W2、C1、C2、J2，组成RC桥式正弦波振荡电路，通过转换J2、J3实现频率的粗调，调节电位器W1、W2实现频率的细调，达到频率的连续可调。由VD1、VD2、W3、R3、R4组成稳幅电路，使产生的正弦波幅度稳定。调整电位器W3，观察示波器显示的正弦波，当调到9%时，失真最小。
（2）矩形波仿真分析。运行Multisim10，在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器U1B、电阻R6、R12、稳压二极管VD3、VD4元件，组成函数信号发生器的矩形波电路。其输入端是正弦波，将正弦波产生电路输出的正弦波经过零比较器即可得到同频的方波。
（3）三角波仿真分析。运行Multisim10，在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器U1C、U1D、电阻、稳压二极管、电容等元件，组成电压比较器和积分器，即产生函数信号发生器的三角波电路。
其仿真的电路用波形如下图所示。
四、结论
应用Multisim10仿真软件进行工程设计，可以缩短设计周期，节省设计费用，提高设计质量；应用Multisim10仿真软件进行仿真教学，在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，更好地掌握所学的知识的目的。尤其适用于综合设计性实验项目，可有效克服传统实验与实验室开放的局限。学生可据所学知识和能力，自选实验内容，自行设计电路方案，进行电路分析，从而掌握电子电路的设计与仿真分析过程，对提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力、综合设计能力和创新能力，具有重要的意义。
参考文献：
数字集成电路分析与设计范文5
关键词:电路实验;仿真技术;EWB软件
电路分析与计算是电工基础、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术等理工类专业基础课程的重要教学内容。学习电路知识既要从理论上分析和推导,又要在实践中验证和应用。传统的教学模式教学效果难以保证,即使想利用仿真技术辅助教学,一则以前的计算机速度慢,二则当时的仿真软件操作复杂,在实际工作中也难以普及。本文通过对电路课程教学现状和EWB软件特点的分析,提出模拟仿真技术在电路实验中应用的技术高效性和应用可行性。
一、电路课程的教学现状分析
电路课程是许多理工类专业的基础课程,学好电路课程,不仅需要打好理论基础,更重要的是搞好实践操作训练。电路知识的抽象性和实践性是许多学生感到难学的根本原因,传统的教学模式一般是在教室讲授理论,在实验室做实验、训练技能,即使是条件较好的学校,由于受时间、场地、设备等各方面因素的影响,一般也很难按实验实训大纲的要求完成实验实训任务。随着计算机的飞速发展,实验仿真技术为我们带来了全新的教学观念和教学模式。作为电路课程重要组成部分的电路实验能否利用计算机模拟仿真?复杂的操作一直制约着电路仿真技术的普及。电路仿真专用软件EWB的问世,使得电路实验的计算机仿真变得操作简单、结果直观。将EWB应用到电路知识的理论演示和实验仿真,可以增加学生的感性认识,增强学生的理论水平,提高学生的操作技能,是利用现代科技提高教学效率的重要工具和手段。
二、EWB仿真软件的特点
EWB是Electronics Workbench(电子工作台)的简称,是加拿大Interactive Image Technologies公司开发的专用电路仿真分析和设计软件。该软件提供了内容丰富、品种齐全的元器件库,包括分立元件、模拟集成电路、数字集成电路、混和集成电路等数千种元器件;提供了万用表、示波器、扫频仪、函数发生器、字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器等多种虚拟仪器设备;提供了对电路的瞬态分析和稳态分析、时域分析和频域分析、线性分析和非线性分析、噪声分析和失真分析等常规电路分析方法;提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等高级分析方法。该软件可以对各种模拟电路、数字电路和混和电路进行多种仿真实验,适合各层次学生使用。由于元器件库中提供了各种元器件的理想值,因此仿真结果也就是该电路的理论值,这有利于验证电路的理论分析结果。同时,元器件的真实参数和故障设置(如开路、短路、不同程度漏电等),可以观察到电路工作的实际状况和不同故障情况条件下电路的异常情况。另外,通过从生产厂的产品使用手册中查找元器件参数来新建或扩充已有元件库,可以极大方便使用人员。与常用线路分析软件(如SPICE)和常见线路排版软件(如PROTEL)的兼容,还可以满足各类人员的各种需要,更进一步地提高了软件的使用范围。
三、EWB技术的高效性
利用EWB软件进行实验仿真,可以在计算机上进行电路设计、模拟仿真、检测调试等以前只能在实验室完成的工作。只要拥有计算机,装上EWB仿真软件,就相当于拥有一个设备先进的电子组合实验室。利用EWB进行实验仿真,操作过程类似实际实验;选用的元器件和仪器与实际情形非常相近;绘制电路所需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏上选取;元器件品种齐全,仪器设备丰富;对电路的输入采用原理图输入方式,易学易懂;软件提供的虚拟仪器与实际仪器的外形和操作基本一致,可以像实际一样调节和使用,因此,通过电路仿真,既可测量电路工作的性能指标,又可熟悉仪器的使用方法。利用EWB技术,既解决了购买高档仪器和大量元器件的困难,又避免了仪器设备损坏和人身安全危险等不利因素。强大的仿真功能使EWB可以完成电工基础、电工学、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术等多门课程几乎所有的演示和学生实验。同时,直观的电路图形显示和形象的测试结果使操作者有身临实验室使用真实仪器的感觉和效果。利用EWB进行电路实验仿真教学,有利于学生对理论知识的理解和掌握,有利于培养学生的实践操作技能和电路分析能力,有利于学校和教师的实践性教学管理,有利于学校提高科技水平,也有利于学校资金的使用效率。由于不受时空和资金限制,教师的教学和学生的学习都变得非常方便,更有利于突出以学生为中心的开放式教学模式。这种以虚代实、以软代硬的仿真教学手段,其高效性显而易见。
四、EWB应用的可行性
EWB作为一种优秀的电路技术实验实训工具和辅助教学手段,它既可弥补实验仪器和元器件的不足,还可排除材料消耗和仪器损坏的不利,可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲述的内容,加深对概念、原理的理解,是一种高效电路仿真软件。与其它的电路仿真软件相比,它改变了一些电路仿真软件采用文本方式输入电路的不便之处,采用原理图输入方式创建电路,实验仿真所需的元器件和测试仪器均可直接从屏上选取,形象直观的工作界面、简单方便的操作方法,只要具有一般的计算机操作技术均能在数小时内学会EWB的基本操作。同时,根据使用对象基础不同,可以把实验内容分层划级供各层次学生选择使用。凡计算机和英语水平达一级以上的学生均可应用EWB进行实验仿真。从实际使用情况来看,只要教师对教学过程设计恰当、教学内容把握适度,各类大中专业学校均可利用EWB进行电路仿真实验。这种宽范围、多层次应用特点,可以保证在各类电路课程中应用EWB是可行的。
五、结束语
利用计算机仿真技术模拟电路实验,目前在各类大中专学校的实验实训教学工作中开始使用,与传统教学模式相比,教学效率较为理想。将计算机仿真应用到实验教学,是目前利用计算机进行辅助教学的一个应用热点。它将对传统的教学模式、教学内容、教学方法、教学手段和课程结构产生深远影响。
参考文献:
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数字集成电路分析与设计范文6
模拟电子技术课程对于理解计算机硬件和通信原理方面的知识显得十分重要，为强化基础，培养合格的应用性人才，我们必须给予模拟电子技术课程的教学应有的重视。
2教学过程中存在的问题
模拟电子技术课程所涉及的理论、设计及分析方法具有很强的工程应用性和实用性，在学生的整个知识体系中占有相当的比例，对于培养学生的逻辑思维能力、工程实践能力、创新能力及后续课程的学习都十分重要。计算机类专业的模拟电子技术课程在教学实践中遇到的问题很多，主要有以下几个方面：
2.1学时少，内容多
为了突出专业课程的学习，很多学校的做法是压缩电路分析课程的学时数，甚至取消了电路分析课程。而模拟电子技术课程知识多且比较分散，它集高等数学、电磁学、物质结构理论和电路分析等知识于一体，该课程的学时数（含实验）一般在80学时以下，在如此紧张的时间内要完成该课程的教学工作，不仅老师感到困难，学生也有很吃力。
2.2学生认识不到位
很多学生错误地认为模拟电子技术课程应该是电子、机械类专业学生的专业课程，他们在专业学习中一般都有重视软件而轻视硬件的倾向，而且，学习模拟电子技术课程的成就感往往不及其他课程来得快和强烈，因此，就造成了学生的学习积极性不高。刚刚从中学过度到大学的学生，很多还没有找到适合本课程的学习方法，模拟电子技术主要以原理分析为主，而学生更多地相信精确的数值计算，他们往往认为只有经过严格的数学推算得出的结果才是可信的，当实际结果与严格的理论演算结果有出入时，他们难免会感到困惑。学生的认识不到位和思维方式上的差异，导致了计算机类专业中该课程的教学效果一直不太理想。
2.3课程教学本身存在问题
计算机专业的模拟电子技术课程的教学内容和方法完全套用电子、机械类专业的那一套，有些学校甚至完全由机电类专业的老师来教授该门课程。这些教学内容和方法在一定程度上与计算机类专业存在脱钩的现象，没有突出本专业的特色。近些年来，很多高校的计算机类专业的同仁们对本课程进行了一定的改革探索，并总结了许多值得借鉴的经验，但是，对于不同的学校和不同的学生，这些教学改革举措应该不尽相同，在具体的教学实践中，切忌“拿来主义”和生搬硬套。我们也对贺州学院的计算机类专业的模拟电子技术课程的教学做了一些研究和探索工作，实践表明这些工作有益于提高教学效果。
3教学改革的内容和措施
为了使模拟电子技术课程的教学更切合计算机类专业的实际，我们做了一定的探索以提高教学效果和应用型人才培养质量。
3.1教学内容的甄别与整合
模拟电子技术课程涉及的内容多且知识面广，为了提高学生的工程实践能力和创新能力，我们根据计算机类专业的特点，依据“必用、够用”的原则甄别和整合课程内容。受学时数的限制，计算机类专业一般无法系统开设电路分析等先导课程，但电路分析的基本原理和方法贯穿于模拟电子技术课程教学的全过程，因此，我们把电路分析课程的主干内容整合到模拟电子课程之中。在正式讲解模拟电子技术课程的内容之前，我们花4至6个学时重点讲解电路分析的基本原理及其应用，主要有KCL、KVL、叠加原理、戴维宁定理、诺顿定理及密勒定理。经过对多部国家级模拟电子技术教材的比较，我们选定康华光教授主编的《电子技术基础（模拟部分）》（第五版）作为我院计算机类专业的教材。该教材加强了基础理论，如加强了半导体的物理基础和电路的基本分析方法；同时也注意吸取国内外的先进技术，如加强了线性集成电路和数字集成电路（包括中、大规模集成电路）的原理和应用，新增了电子电路的计算机辅助分析等内容。该教材历经多次改版以紧跟当代电子技术的发展步伐，但我们不是全部讲解教材内容，依据“必用、够用”的原则甄选讲解内容，其他内容留作学生课外阅读，以开阔视野。经过讨论，我们将教材内容整合成半导体器件、放大电路基础、信号产生与处理三大部分，将直流稳压电源的内容作为任务驱动式教学内容。
（1）半导体器件部分简要介绍常用半导体二极管、三极管及场效应管的基本结构等基本知识，重点讲解它们的应用及经典电路的分析方法。
（2）放大电路基础部分重点分析三极管单管共射放大电路，包括静态工作点的设计及稳定措施、输入输出特性、电压增益计算、输入输出电阻等特性，然后介绍集成运算放大器的“虚短”和“虚断”等基本概念及集成运算放大电路的基本分析方法等知识。
（3）信号产生与处理部分重点介绍有源滤波电路和正弦波振荡电路，信号产生与处理部分知识是今后学习接口技术、理解芯片电路设计原理的基础，所以，不能简单地将这部分知识从模拟电子技术课程的内容中删掉。
3.2教学方法的改革与创新
我院计算机类专业的模拟电子技术课程一般安排在大二的第一个学期，由于课程内容多、难度大，而且相当多学生的前导课程知识掌握不牢，所以，他们在心理上产生一定的畏惧感，鉴于我院学生的实际情况，我们对模拟电子技术课程的教学实践做了一定的探索。
3.2.1理论教学灵活多变
课堂教学方法很多，常见的有讲授法、讨论法、直观演示法、练习法、读书指导法、任务驱动发、启发式教学法等，要生动有趣讲解好本课程的内容，往往要灵活应用多种教学方法才能取得预期效果。本文重点介绍启发式教学法和任务驱动法在模拟电子技术课程教学实践中的应用。
（1）启发式教学法。
课堂教学最忌讳的是老师一言堂，教师必须想办法活跃课堂气氛，启发式教学法是调动学生学习积极性，激发学生学习激情最有效的手段之一。这就要求教师在教学中根据教学内容的铺展由表及里循序渐进地不断引出问题，启迪学生去思考、分析问题，直到提出解决问题的方法或途径。比如，在讲解KCL时有学生对定律无法理解，教师就可以用水管中水流的特性做类比以启发学生的思维，然后借用中学电学中关于电流、电荷的知识来引出电荷在导线上不能积聚，从而得出任意时刻流进节点的电流之和必然等于流出节点的电流之和的结论。为了进一步巩固KCL相关知识，教师应该提出节点的相对概念，即电路中的节点既可以是一个电路分支的交叉点，也可以是任何一部分电路。这样扩大了节点的概念，学生自然就掌握了KCL的更广泛的应用。比如在讲到NPN和PNP型三极管时，发射极上的箭头标识的方向不同于集电极和基极上的电流方向，如果将三极管看作是一个节点，那么从宏观上就很容易得出放大电路中三极管三个极上的电流分配关系：Ie=Ib+Ic。有了宏观认识以后，再讲解三极管电流分配关系的微观解释就显得较为轻松。
（2）任务驱动法。
任务驱动式教学方法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法，它将传授知识为主的传统教学，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学。模拟电子技术课程的工程实践性比较强，因此，当学生具备一定模拟电子技术基础以后，教师就可以在课程的教学中使用任务驱动式教学法。比如，当学生学完二极管电路的分析方法以后，学生具备了二极管半波整流的知识，然后给他们布置新的任务：查阅资料，掌握常用全波整流电路的相关知识。很多学生通过网络和图书馆的资料掌握了桥式整流电路的结构特点和工作效率，在此基础上，我给他们演示一台卡式录音机的故障现象：单独用干电池供电时，录音机工作正常；单独用220伏交流电供电时，录音机不工作。然后拆开录音机，让学生观察电源部分电路的结构特点，最后给他们布置任务：画出录音机电源部分原理图，分析各部分电路的功能。采用任务驱动式教学法可以将教材中直流稳压电源部分知识的教学彻底转换为以学生为主体，这样，有利于培养学生的综合能力，提高他们解决实际问题的能力。
3.2.2理论与实验教学交叉融合
计算机类专业的学生大多计算机操作能力较强，因此，在模拟电子技术课程的教学中，我们引入了SPICE仿真软件。有了此类仿真软件，理论教学和实验教学的界线越来越模糊。在理论教学中可以先用仿真软件演示有关理论或电路的宏观外在表现，使抽象知识具体化。学生在用物理器件做实验前也可以先用仿真软件做一遍，这样可以提高实验效率，降低实验损耗。有了仿真软件，课堂上无法及时完成的实验，学生还可以在自己的电脑上完成。所以，利用仿真软件可以实现理论教学与实验教学的相互交融，当然，为了强化理论知识，突出学生工程实践能力的培养，我们在实践中坚持理论教学与实验教学必须是同一位老师的做法，这样，有利于老师掌握学生的学习动态，提高教学的针对性。
3.3多角化课程考核方式
课程考核是课程教学改革的重要方面，好的考核机制有利于提高学生的学习积极性、激发他们的学习兴趣。实践中，我们以专业知识和技能考核为主，兼顾学生德育和出勤率考查。课程考核项目包括出勤情况（占总分10%）、课堂表现（占总分20%）、平时作业（占总分20%）、期末测评（含理论笔试和技能测试，占总分50%）。按时出勤可以培养学生的集体主义观念和遵守纪律的习惯，也是课程教学得以正常进行的必要条件。笔者的做法是全勤记10分，缺席一次扣2分，缺席三次者给予警告，缺席五次取消该门课程考核资格。为巩固理论知识，适当加重对平时作业的考核是否必要的。笔者的做法是整个学期共布置、批改作业五次，每次4分，根据作业的质量分D、C、B、A四个档次，每个档次分别给为1分、2分、3分和4分。另外，为防止相互抄袭，限制作业必须按时完成，不得补交，一旦发现存在抄袭作业的情况，抄袭与被抄袭者双方本次作业都做零分处理。为活跃课堂气氛，激发学生的学习主动性，课堂表现考核显得十分重要。笔者的做法是主动回答问题者，正确的一次记2分，错误的不扣分；被点名回答问题，正确的计1分，错误的不扣分。期末测评包括试卷笔试和技能测试。笔试是学生对知识掌握情况的集中体现，占课程考核40%的比重，专业技能测试是考查学生实际动手能力的主要手段，占课程考核10%的比重。通过多角化课程考核方式改革，取得了令人满意的效果。学期课程的平均出勤率达到98%以上，学生的学习兴趣和主动性明显提高，课堂教学秩序良好，气氛活跃，学习效果明显提高。
4结语
