北邮数字电路与逻辑设计实验报告

北邮数字电路与逻辑设计实验报告（精选7篇）

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇1

电子电路仿真实验报告

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电子电路仿真实验报告

摘要：OrCAD Capture(以下以Capture代称)是一款基于Windows 操作环境下的电路设计工具。利用Capture软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息。本实验运用OrCAD10.5对晶体管共射放大电路分别进行了静态工作点仿真、直流扫描仿真、交流小信号频率特性仿真、瞬态特性仿真，以及参数扫描仿真。

一功率放大电路

如上图：电路为一带有发射级负反馈的分压工作点稳定电路，类型为共射放大电路，信号源内阻为50Ω，信号源与防大电阻之间、放大电路和负载之间分别通过容值为100μF、10μF的电容做做容耦合，放大电路采用由Rb1、Rb2以及发射极电阻Re构成的电路提供静态工作点，在Re两端还并联了一个大的电容Ce,在交流时旁路掉Re，该电路的集电极电阻为阻值为2KΩ的电阻Rc，负载阻值为10KΩ，信号源Vcc为12V。设计发达倍数为50倍。

二仿真过程及分析

1.静态工作点仿真

仿真结果：

分析：基射之间电压约为0.7V，与理论大致相符

2.直流扫描仿真

参数设置

仿真结果：

分析：由图可知，基极电压在直流信号下随着Vcc的增加线性递增

3.交流小信号频率特性仿真

参数设置：从1Hz开始到110MHz,步长为10Hz

仿真结果：输入波形

输出波形：

分析：有输入波形可知当信号源频率达到一定程度时（这里约为1MHz），电容Cb的阻抗不能忽略，它会分走一部分电源电压，导致输入不稳定，所以，放大是在一定的频率内才吻合。有输出波形可知，带宽约为8.7MHz,上截止频率约为8.7MHz,下截止频率约为40Hz 放大倍数约为56，与理论大致想似

4.瞬态特性仿真

参数设置：瞬态分析截止时间为2500μs,开始保存数据的时间为500μs，允许的最大时间间

隔为10μs。因为最初可能电路不稳定，所以保存数据从半个周期开始，共记录两个周期的数据。

仿真结果：输入波形

输出波形：

分析：由输出波形可知，输出略有失真，不过在可接受的范围内

5.参数扫描仿真

参数设置：以Rb2为例，需要将Rb2设置为全局参数

仿真结果：输出波形随Rb2变化时的波形

分析：

三结论与心得体会

通过仿真我发现理论和仿真大致相仿，但还是有一定差别，数据上还存在一定误差。当然仿真和具体时间还有一定差距，很多数据和结果还有待实践的具体检验。通过此次仿真，我学会了安装OrCAD，并学会了一些基本的仿真操作，期间遇到了一些困难，但在同学们的帮助下也顺利完成了。以后要多加强此类能力的锻炼，在学习中学会合理的利用某些软件工具，以加深和强化自己对所学知识的理解和掌握。

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇2

数字电路是高等院校电子信息类专业的一门重要的专业基础课程, 具有很强的工程性和实践性[1]。为帮助学生理解数字电路的知识, 掌握数字电路的设计方法, 设计一系列涉及知识点多、综合性强的设计性实验是非常必要的[2]。然而, 目前国内多数高校的数字电路实验, 主要以结合课程教学内容进行的验证性实验为主[3,4], 综合性、设计性实验项目过少, 这不利于培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力[5,6]。其次, 综合性实验往往涉及的知识点较多, 所需的器件数量、种类繁多, 如果仍然采用传统的模式即通过搭接各种74系列中、小规模集成电路 (MSI、SSI) 来完成, 不仅会受到现有实验设备和器件的限制[7], 而且电路设计、调试起来十分困难, 这不利于培养学生的学习积极性和主动性[8]。

针对上述问题, 我们在实验过程中积极引入了现代EDA (Electronic Design Automation) 技术[5~9], 提出了应用EDA技术来开展数字电路综合性实验教学这一思路。在EDA技术平台上相继开发了一系列涉及知识点广泛、综合性强的数字电路研究性实验, 如多功能数字时钟, 数字频率计, 出租车计价器等。这些综合实验的设计不仅覆盖了数字电路课程的主要教学内容, 而且还包含了竞争-冒险现象的识别和消除等工程实际问题[10]。下面以"出租车计费器"综合实验[11]为例, 介绍我们在应用EDA技术开发数字电路综合实验方面所做的探索。

2 EDA设计软件

根据学校现有的EDA实验设备和条件, 我们采用Altera公司的Quartus II作为综合实验的设计平台, Quartus II具有强大的设计能力、友好的图形界面及简便的使用方法, 是当今业界最优秀的EDA设计工具之一[1]。它支持原理图、VHDL、Verilog HDL等多种设计输入形式, 利用其内嵌的综合器以及仿真器, 可以完成从设计输入到器件编程的全部功能。Quartus II提供了丰富的数字电路逻辑功能库, 其中包含了74系列全部器件的等效宏功能 (Macro Function) 库, 这为学生学习数字电路时进行原理图的设计提供了极大的方便。此外, Quartus II还具有完备的功能与时序仿真工具, 可以方便的对所设计的数字电路进行逻辑功能仿真和时序分析。借助Quartus II的编程工具和下载电缆, 还可将所设计电路下载到EDA实验开发系统上, 进行实际的硬件验证和测试。

3 实验系统设计

3.1 实验系统方案设计

在本文中, 我们以日常所见的出租车计费器为设计目标, 同时考虑可实现性在功能上作了适当的简化。要求采用数字电路中常用的SSI/MSI集成器件和门电路, 设计并实现以下要求[11]:

1) 车型可以选择, 以适应不同车轮直径的车辆;

2) 起步里程和起步价可在一定范围内进行设置:起步里程:0~9公里, 起步价:0~15元;

3) 车辆起步后开始计费, 并显示起步价;当实际行驶里程超出起步里程, 在起步价的基础上每行驶500米增加1元;

4) 实际行驶里程和费用各采用3位十进制数显示。

根据以上设计要求, 可以将整个系统划分成主控模块、设置模块、百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块等5个模块, 其整体结构框图及各模块之间的关系如图1所示。

图1中, 主控模块接收外部输入信号, 并根据接收的输入信号产生整个系统所需的各种控制信号, 如计数使能信号、清零信号和预置数信号等, 控制其他模块完成输入信号所指定的功能。设置模块通过外部的调整按键来实现车型, 起步里程和起步价等参数的设置。百米脉冲发生模块在主控模块的控制下对来自车轮的脉冲进行计数, 并根据选定的车型产生连续的百米脉冲信号, 作为里程计数模块的时钟。里程计数模块用来对输入的百米脉冲信号进行计数, 并将计数的结果 (实际行驶里程) 送到数码管显示。计费模块根据预定的计费规则和车辆实际行驶里程进行计费并显示。

3.2 实验系统模块设计

1) 主控模块

该模块用来设置系统的工作模式并产生系统所需的各种控制信号, 包括百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块的计数使能信号EN及清零信号CLR, 以及计费模块的起步价预置信号LOAD等, 其电路如图2所示。图中, Mode为功能选择输入端, START为计费器启动信号。计费器有两种功能模式, 设置模式和工作 (或计费) 模式, 当Mode为高电平时为设置模式, 这时用户可以通过调整按键对车型、起步价和起步里程进行设置。当Mode为低电平时进入工作模式, 按下START键, 启动计费器, 当车辆到达目的地后, 再按一次START即可停止计费, 同时显示实际里程和所需费用。

由于该模块的输出作为其它模块的控制信号, 必须避免竞争-冒险现象的产生。为此, 本文采用一个由两个D触发器、一个与门及一个非门组成的同步整形电路 (如图2中虚线框内部分) 对START信号进行整形, 将其转变为与外部1k Hz时钟同步且脉宽为一个周期的脉冲信号ST, 对ST进行二分频即可得到计数使能信号EN。当EN有效时先输出一个计数清零信号CLR, 接着输出一个LOAD信号将起步价预置到计费模块的计数器中。图3给出了该模块的工作时序图。

2) 设置模块

该模块用来设置出租车的车型, 起步里程和起步价等参数, 其电路如图4所示由子模块ADJ_MODE_SET (图4虚线框内部分) 、4片74160 (CNT1~CNT4) 及若干门电路构成。

因为要设置3种取值范围不同的参数, 因此, 我们设计了两个按键 (Key1和Key2) 和三个不同模的计数器来分别调整并存储它们的值。其中, Key1用来切换设置参数的类型, Key2按键用来调整具体的参数值。这两个按键仅在Mode为高电平时有效。车型计数器是一个模4计数器, 由计数器CNT1和二输入与非门G3采用同步置数法构成, 其输入时钟为Key C, 输出车型为两位二进制数Car_Type, 车型与轮胎直径及行驶百米所需圈数之间的关系如表1所示。起步里程计数器CNT2输入时钟为Key B, 输出用4位二进制数START_MILE表示。计数器CNT3、CNT4与四输入与非门G9构成了一个模16的计数器, 用来设置起步价, 其输入时钟为Key A, 输出为8位二进制数START_MONEY (高4位为十位, 低4位为个位) 。

子模块ADJ_MODE_SET主要由一个3进制计数器 (计数状态:00→01→10→00) 和一个2-4译码器74139构成, 其中, 2-4译码器74139构成一个时钟分配器, 它根据计数器的输出结果Q[1]Q[0]将Key2分别送到Key A、Key B和Key C, 输出LED用来指示当前设置的参数类型, 表2列出了该模块的逻辑功能。

3) 百米脉冲发生模块

该模块根据输入的车型信息Car_Type和来自轮胎的脉冲信号Tyre_Pulse来产生百米脉冲信号P100M, 主要由两片十六进制加法计数器74161和一片双四选一数据选择器74153构成, 如图5所示。该电路实际上是一个模可变的加法计数器, 首先采用同步级联法将两片74161构成一个模16×16的计数器, 然后通过同步预置数法来构成不同模的计数器。同步预置信号LDN可由计数器的模来产生。计数器的模有四种情况, 分别对应四种不同的车型, 如表3所示。

根据表3, 可得LDN的逻辑表达式如下:

其中:

式 (1) 中, CT1、CT0是车型信息Car_Type的高位和低位。式 (1) 中括号内部分正好可以用一个四选一的数据选择器来实现, CT1、CT0为其地址输入端, C0、C1、C2和C3作为其4个数据输入端, 可根据式 (2) 用门电路的组合来实现, 如图5中虚线所示。

4) 里程计数模块

该模块要实现两方面的功能:一是对来自百米脉冲发生模块的P100M信号进行计数并输出显示计数结果Mile (代表实际里程, 用12位二进制数表示, 从低到高每4位一组分别表示0.1公里数、公里数和10公里数) , 二是根据当前里程和起步里程的比较结果来确定是否产生500m的脉冲信号P500M。图6给出了该模块的实现电路, 图中, CNT1~CNT3是3个由74160构成的带异步清零、计数使能功能的十进制加法计数器, 用来对输入的百米脉冲信号P100M进行计数, 所得到的计数结果即为实际里程。CNT4是一个带异步清零、计数使能功能的五进制加法计数器, CMP4B是一个由一片7485构成的4位比较器。由图可知, 当Mile中间4位如果大于起步里程Start_Mile时, 即代表当前实际公里数已超过起步里程, 这时比较器的输出AGTB经D触发器锁存后送到CNT4的计数使能端, CNT4开始对P100M进行五进制计数, 输出的进位信号P500M即代表500米的脉冲信号。

5) 计费模块

该模块根据当前的行驶里程数来计算产生的费用, 由三个带异步清零和计数使能控制的十进制加法计数器以异步级联的方式构成, 如图7所示。其中两个CNT10_A还带有异步预置功能, 用来预置起步价Start_Money。该模块的清零信号CLR、计数使能信号EN和预置数信号LOAD由主控模块产生和控制, 输出信号Money代表每次计费产生的费用, 用12二进制数表示, 从高到低每4位一组分别表示费用的百位、十位和个位 (单位为元) 。每次计费器启动后, 该模块先将起步价预置到计数器中, 然后等待来自里程计数模块的500米的脉冲信号P500M, 每来一个脉冲计数值加一, 表示每行驶500米加收1元。

6) 顶层模块

完成上述各电路模块的设计后, 即可根据图1所示的系统组成框图进行组装, 得到如图8所示的顶层模块电路。图中, control、adjust、p100m_gene、mile_calc和money_calc分别表示图1的主控模块、设置模块、百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块。输入信号Tyre_Pulse表示来自轮胎的脉冲信号, Adj_Type、Adj_Key分别用来调整参数的类型和参数值。输出信号Adj_Mode_Disp指示当前的调整参数类型, Mile_Disp和Money_Disp分别显示当前行驶的里程数和费用。

4 软件仿真及硬件测试

4.1 软件仿真

Quartus II具有完善的电路功能与时序仿真工具。在设计过程中, 每完成一个功能模块的设计后, 都可借助Quartus II仿真工具Simulator对其进行逻辑功能仿真和时序分析, 以验证所设计电路的正确性。这也是基于EDA技术的设计方法相对于传统设计方法的一个突出优势。图9和图10分别给出了设置模块和顶层模块的时序仿真波形。在图9中, 当Mode为高电平时, 通过Key1和Key2将车型、起步里程和起步价分别设成了11 (车型4) 、5公里和11元。图10中, 在起步里程等于5公里、起步价为11元的条件下, 车辆行驶了6.6公里, 计费器算出费用为14元。可见, 这两个电路都正确实现了预期功能。其他模块的软件仿真与此类似, 限于篇幅不一一给出。

4.2 硬件测试

各个模块及顶层模块经过仿真验证无误后, 即可对整个系统进行硬件测试。首先将图8所示的顶层模块的输入输出信号锁定到FPGA的相应引脚上, 然后利用Quartus II编程工具Programmer通过下载电缆将.sof编程文件配置到EDA实验开发系统的FPGA芯片上, 车轮脉冲Tyre_Pulse用实验开发系统上时基信号来模拟。经实际电路测试, 所设计的出租车计费器系统运行正常, 正确实现了预期的设计要求。

5 在数字电路综合实验教学中引入EDA的优势

通过以上综合实验的设计可以看出, 应用EDA开展数字电路综合实验具有以下优点:

1) 符合现代电子设计技术发展趋势。EDA技术代表了现代电子技术最新发展方向, 因此这种综合实验方式可以帮助学生熟悉和掌握先进的电路设计方法和技能。

2) 可以将传统的数字电路设计与调试问题变成一个"软件"问题, 因此不受现有实验条件的限制, 大大降低了实验成本, 同时综合实验的规模和复杂程度可以大大增强, 有利于综合性和创新性实验的设计。

3) 利用EDA设计工具强大的仿真和分析功能, 可大大简化调试的过程, 学生可以将主要精力集中在实验方案设计、电路设计及实验数据分析等方面, 从而提高实验教学的效率。

6 结束语

应用EDA技术来开展数字电路综合实验, 是数字电路实验教学方法改革的一个发展趋势。这种基于EDA的数字电路综合实验设计方法, 一方面由于在设计过程中用到了数字电路课程中众多常用器件和设计方法, 因此能很好的锻炼学生对数字电路知识的综合运用能力。另一方面, 还可以给学生提供一个先进的数字电路设计平台, 使他们跟上现代电子技术发展的步伐。实践证明, 这种数字电路综合实验设计的新模式, 对加深学生对课程知识的理解和运用, 提高他们对本课程的学习兴趣与效率, 都起到了良好的促进作用。

参考文献

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[10]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

论数字电路系统的测试与实验分析篇3

掌握数字系统的分析和设计方法。

能够熟练地、合理地选用集成电路器件。

提高电路布局、布线及检查和排除故障的能力。

培养书写综合实验报告的能力。

（二）实验要求

1.根据设计任务要求，掌握数字系统的分析和设计方法。首先按单元电路进行设计，然后选择合适的元器件，最后画出总原理图。

2.安装调试电路直至实现任务要求的全部功能。对电路要求布局合理、走线清楚、工作可靠。

3.写出完整的实验报告，包括调试中出现异常现象的分析和讨论。

（三）实验说明

1.数字系统的设计方法。数字电路通常是由组合逻辑和时序逻辑功能部件组成的，这些功能部件可以由各种各样的SSI（小规模）、MSI（中规模）、LSI（大规模）器件组成。数字电路系统的设计方法有试凑法和自上而下法。下面对这两种方法进行简要介绍。

试凑法的基本思想是把系统的总体方案分成若干个相对独立的功能部件，然后用组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法，分别设计并构成这些功能部件；或者直接选择合适的SSI、MSI、LSI器件实现上述功能，最后把已经确定的部件按要求拼接组合起来，构成完整的数字系统。

近年来，随着中、大规模集成电路的迅猛发展，许多功能部件的读数据选择器、译码器、计数器和移位寄存器已经大量生产和广泛使用，不需按照组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法来设计，可直接用这些部件来构成完整的数字系统。对于一些规模不大，功能不太复杂的数字系统，选用中、大规模器件，采用试凑法设计，具有设计过程简单，电路调试方便，性能稳定可靠等优点，因此，仍被广泛使用。

自上而下（或自顶向下）的设计方法适合于规模较大的数字系统。由于系统的输入变量、状态变量和输出变量的数目较多，很难用真值表、卡诺图、状态表和状态转换图来完整、清晰地描述系统的逻辑功能，需要借助某些工具对所设计的系统功能进行描述。通常采用的工具有：逻辑流程图、算法状态机流程图、助记文件状态图等。

这种方法的基本思想是，把规模较大的数字系统从逻辑上划分为控制器和受控制器电路（受控电路）两大部分，采用逻辑流程图或ASM图或MDS图来描述控制器的控制过程，并根据控制器及受控制器电路的逻辑功能，选择适当的SSI、MSI功能器件来实现。控制器或受控器可分别看成一个子系统，所以，逻辑划分的工作还可以在控制器或受控器内部多重进行。按照这种设计思想，一个大的数字系统，首先被分割成不同层次的许多子系统，再用具体的硬件实现这些子系统，最后把它们连接起来得到完整的数字系统。自上而下设计方法的步骤如下：

（1）明确设计系统的逻辑功能。

（2）拟定数字系统的总体方案。

（3）逻辑划分，即把系统划分成控制器和受控电路两大部分，规定具体的逻辑要求，不涉及具体的硬件电路，如下图所示。

（4）设计受控电路及控制器。受控电路可以根据其逻辑功能选择SSI、MSI、LSI功能部件来实现，由于控制器是个复杂的时序逻辑系统，很难用传统的状态图来描述其逻辑功能，如果采用ASM图或MDS图来描述控制器的逻辑功能，再通过程序设计反复比较判断各种方案，则可不受条件限制地导出控制器的最佳方案。

现代数字系统的设计，可以用EDA工具，选择PLD器件来实现电路设计，可以将上面的描述直接转换成EDA工具使用的硬件描述语言送入计算机，由EDA完成逻辑描述、逻辑综合及仿真等工作，完成电路设计。

自上而下的设计过程，并非是一个线性过程，在下一级定义和描述中往往会发现上一级定义和描述中的缺陷或错漏。因此，必须对上一级的定义和描述加以修正，使其更真实地反映系统的要求和客观可能性。整个设计过程是一个反复修改和补充的过程，是设计者追求自己的设计目标日臻完善的积极努力的过程。

2.试验电路的故障检查和排除。在实验中，当电路不能完成预期的逻辑功能时，就称电路有故障。典型故障有三类：设计错误导致的故障，布线错误导致的故障，器件与底板故障。其中大量的故障是由于接触不良造成的，其次是布线错误（漏线和错线），因集成器件本身问题导致的故障是较少的。

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇4

传统教学中,学生要完成实验任务却难以解决设备资源和时空限制。随着计算机科学的发展,仿真和虚拟技术有了迅速发展,建立虚拟实验平台成为解决实验室诸多弊端的发展方向。经过不断探索,国内外都有了重大突破和实际应用。

从技术层面分析,虚拟仿真大致有基于VRML技术、Active技术、Java技术、Flash技术实现,通过综合分析研究,Flash Builder相比其他虚拟仿真技术具有很多优势:开发周期短,交互性强,对操作系统和浏览器兼容性强等。充分利用其强大的交互能力和方便的互联网支持,设计出了全交互式、网络化数字电路虚拟实验室,实现了基本逻辑电路设计功能,并能对元件进行方便的操作及电路的保存和还原功能,并具有很好的开放性和可扩展性。虚拟实验室的应用减少了教学硬件的资金投入,方便了学生的学习,有利于培养学生的动手能力,促进了教学手段的改革。

1 Flash Builder概述

FB是由Adobe公司开发的RIA平台,涵盖了支持富客户端技术开发和部署的一系列技术组合。只要客户端安装了Flash Player就可以体验富客户端应用,而目前世界上95%的计算机都安装有Flash播放器,FB项目最终编译成的swf文件在Flash Player中是以字节码形式运行,执行效率远远高于浏览器解析执行的JavaScript。不论技术上还是界面处理上,Flex技术堪称目前开发RIA程序最为成熟的技术之一。 FB是一个高效、免费的开源框架,可以通过智能编码、交互式遍历调试以及可视设计用户界面布局等功能加快了应用程序的开发。

FB包括MXML语言和ActionScript语言,一般情况下,FB应用程序是由MXML和ActionScript编写,其中MXML语言便于用户界面设计,而ActionScript语言主要用于客户端逻辑及程序控制处理,并且MXML语言和ActionScript语言都具备访问FB类库的能力,利用类库中的组件、管理器辅助开发,极大提高了开发效率,改善了应用程序。 FB编译器可以把MXML、ActionScript程序及通过它们相关联的FB类库编译成为swf,由Flash Player在客户端执行swf文件实现对应用的访问。

FB具有很多应用程序的开发优势,第一,不需要进行浏览器兼容测试, 不论你用什么样的操作系统和浏览器,只要安装了合适的Flash Player版本就能对FB应用程序进行访问;第二,支持完全自定义皮肤,能设计出绚丽的视觉效果;第三,与Flash无缝衔接,完成复杂动画效果;第四,具有强大的数据展示方式;第五,拥有功能强大的组件和特效,具有丰富的表现力;第六,可以创建突破平面限制的应用;第七,良好的数据传递和处理机制;第八,丰富的人机交互方式,便于开发逻辑性较强的应用。

2 数字电路虚拟实验室设计与实现

2.1 设计方案

数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大部分,此针对组合逻辑电路进行分析研究,数字电路的特点就是逻辑性强,侧重处理布尔类型数据的逻辑运算,主要由输入电平、逻辑元件、输出元件等组成[1]。实现数字电路虚拟实验室设计的关键是分析电路元件功能属性、电路工作原理、电路排错等。另外,实验平台要便于学生操作和师生互动学习。

设计方案具体如下:第一,构建元件库,首先在元件基类中定义元件公有属性和方法,然后各个具体元件类继承元件基类,并根据需要在其中定义自身属性和方法或者重写父类属性和方法,另外,需要单独定义电路板类和导线类;第二,实现电路连线和电路排错功能,排错包括连线实时排错和电路完整性检错;第三,电路元件和导线的常规操作,例如,元件和导线的任意拖动,元件和导线的添加和删除等[4](该部分功能实现比较简单,设计实现部分没做分析);第四,实现电路的保存和打开功能,以便学生分时段进行电路设计[5];第五,实现实验平台的网络化,实现用户管理和在线交流功能。

2.2 设计实现

2.2.1 构建元件库

基于ActionScript类的编程思想设计元件库,首先构造元件接口IElement,其中定义了元件的输入、输出和运算的空方法,然后Element类继承此接口,并具体设定了元件的大小、元件管脚形状和分布规律等公共属性,而后在Element类基础上构造了电平类LevelElement、输出类OutElement、与门类AndElement、或门类OrElement、非门类NotElement和与非门类AndNotElement和异或类XNorElement等,并且单独定义了电路板类和导线类,电路板类主要实现在电路板内鼠标按下、弹起及移动时,实现对元件和导线的相应操作,本文不再做分析。通过基于类的编程思想,实现了元件类程序与主程序的分离,便于后期维护和元器件扩展,为便于虚拟实验室设计,逻辑元件管脚默认低电平[7],元件类Element程序如下:

2.2.2 导线的连接和电路排错

首先定义一个导线类,鼠标只有单击到管脚区域时才能画线,并且实现了导线动态跟随被移动的元件。实时排错是在连线的过程中根据数字电路连线规则在元件类中编程实现,部分连线规则如下:元件输入管脚和元件输入管脚不能相连,元件输出管脚和元件输出管脚不能相连,一个元件输入管脚只能连接一个输入信号等等;同时也实现了电路完整性检错,其实现程序在主程序中,主要检查电路是否缺少电平元件及元件管脚是否均连接了导线等错误,保证设计电路的完整性。导线类的重要部分程序如下[8]:

2.2.3 电路的保存和打开

学生设计电路很多时候需要对对电路进行保存,并根据需要再次打开设计的电路,此结合xml语言,通过xml遍历元件和导线信息并保存其属性信息,反之,根据xml节点信息可以在电路板上还原电路结构。实现电路保存和打开功能的程序如下[9]:

2.2.4 在线交流设计

学生进行实验时,经常需要进行相互交流和讨论,老师也需要在线答疑及安排实验内容,这些都可以在聊天室完成。因此采用FMS设计聊天室,实现虚拟实验室在线交流功能。

3 数字电路虚拟实验室设计效果

3.1 全交互式虚拟实验平台

虚拟实验室的整体布局及实例如图1所示,右下方最大的区域是电路板,其内部的网格便于元件的布局,拖进的元件会自动吸附至最近的网格线。左边是电路器件栏,这些元件可以根据需要按下鼠标拖进电路板,顶部几个按钮依次是导出导入功能按钮,清空实验室功能按钮,删除元件、导线功能按钮、聊天室功能按钮和全屏功能按钮。导出按钮实现设计的电路以XML格式保存到用户本地文件,可以保存器件的类型、位置(x和y坐标)和ID号,以及导线从哪个元件引出,连至哪个元件及导线ID号。导入按钮可以根据保存的电路XML文件信息还原电路。清空按钮可以清空电路板上已经存在但不需要的元件和导线,删除按钮可以删除某个不需要的元件和导线,使能时(鼠标单击到元件或器件时)显示黑色,不使能时(鼠标未单击到元件或器件时)显示灰色。单击聊天室按钮可以进入聊天室,实现在线交流,全屏按钮可以提供更大的实验操作空间和更好的视觉效果。

图1中连接了一个数字电路实例,从左到右依次是6个输入(假设从上至下序号为1至6),6个逻辑元件和1个输出元件,逻辑表达式是:Y=((I1&&I2)⊕(I3||I4))(!(I5&&I6)),程序设定高电平时管脚显示红色,低电平时管脚显示黑色,单击管脚实现连接导线,当连线不符合电路规则时会提示错误。该电路的XML文件如下:

该xml文件根节点data下有2个子节点,分别是元件节点elements和导线节点lines,节点elements中存储的是电路所有的元件信息,包括元件类型、坐标和ID号,节点lines中存储的是电路所有的导线信息,包括两端连接的元件ID号和导线ID号。

3.2 在线交流平台

聊天室测试成功界面如图2所示,左边是在线用户名,右边是聊天信息框,其顶部是登陆框,底部是发送信息框。在线的用户可以由FMS进行管理,在此交流平台学生可以相互交流技术问题,老师可以在线答疑和布置实验内容。

4 结语

以往基于flash技术的数字电路虚拟实验室大部分是半交互的或者演示性的,而且多是单机版的,即使是交互式的,其元件多是基于帧的思想进行设计,元件库的扩展和后期维护比较困难。此数字电路虚拟实验室的元件是基于类的思想进行设计,易于元件库的扩展和后期维护,实现了全交互式和网络化。此平台是基于flash技术设计数字电路虚拟实验室的一个创新。目前器件栏的元件数量还很有限,需要进一步扩展,以实现更多虚拟实验设计。

摘要：RIA(富互联网应用)近几年得到了迅速发展,并具有诸多优势,特别是adobe公司的开发的flash builder最具发展优势,并得到了广泛应用。提出以Flash Builder(简称FB)为客户端实现虚拟实验室的前台设计,并实现电路设计的保存和打开;结合FMS(Flash Media server)设计在线聊天室,便于用户技术交流;以集成软件XAMPP实现虚拟实验室网络化和用户管理;通过理论研究和具体设计,实现数字电路虚拟实验室的全交互式。与半交互式和单机版的虚拟实验室相比有明显优势,此实验平台实现了更好的人机交互效果和便于应用推广,促进了教学手段的多元化和信息化。

关键词：Flash Builder,虚拟实验室,网络化,聊天室,全交互式

参考文献

[1]路明礼.数字电子技术[M].武汉:武汉理工大学出版社,2005.

[2]王树昆,赵晓巍.数字电子技术基础[M].2版.北京:中国电力出版社,2010.

[3]宋善德,等.数字逻辑虚拟实验系统的研究与设计[J].计算机工程与科学,2004,26(7):79-96.

[4]杨灵芝,胡润萍,李莹.中学虚拟电路实验系统的设计[J].电脑知识与技术,2009,34(5):9727-9728.

[5]罗卫东.用Flash AS3设计与实现电路实验仿真课件[J].物理教师,2008,29(9):48-49.

[6]郑阿奇.PHP实用教程[M].北京:电子工业出版社,2009.

[7]孙颖.Flash ActionScript3殿堂之路[M].北京:电子工业出版社,2007.

[8]张亚飞,等.至理:精通Flex网络开发技术:整合ActionScript/JavScrript/Ajax动态网站[M].电子工业出版社,2009.

[9]陈爽,付凯.Flex与ActionScript程序开发[M].1版.北京:清华大学出版社、北京交通大学出版社,2010.

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇5

实验教学是高等教育的重要组成部分, 随着高校教学改革的深入, 实验教学改革的重心逐步由实验室硬件和环境的建设, 转向实验内容和形式的创新。国家教育部在“关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见”中指出, “高等学校要重视本科教学的实验环节”“并开出一批新的综合性、设计性实验”。开放式实验室适应开放式实验教学、管理模式, 为设计性实验提供环境基础。

构建模块化与层次性的实验教学体系和个性化与发展性的实验教学质量评价体系, 在实验教学改革中取得了一定的成效。

1 实验教学现状与问题

1.1 现状

同济大学软件学院作为国家示范性软件学院, 一贯重视本科生基础实验环节的课程设置, 注重对学生实践能力和创新能力的培养, 多门专业基础实验课程均以独立设课的方式存在, 与相关基础理论课程相对应。其中, 面向软件工程专业本科生开设的“数字逻辑实验”就是这样一门实验必修课程。

该课程内容主要包括逻辑组合电路实验和时序控制电路实验两大部分, 旨在通过一系列的实验项目, 实践与理论相结合, 加深学生对“数字逻辑原理”理论课程知识要点的理解, 并具备一定的电路设计能力, 具有较强的工程实践性。该课程也是后续课程, 尤其是领域软件系统方向 (包括体系结构、嵌入式等) 的重要先导课程之一。

多年的教学实践表明, 独立设课的实验课程有效提高了学生对专业基础知识要点的理解和掌握程度, 为后续课程的学习打下了扎实的基础。然而, 实验教学内容和形式不应是一成不变的, 需要不断提炼和改进。

1.2 问题

根据软件工程专业课程体系的自身特点, 在“数字逻辑原理”理论课程教学中, 着重于对相关理论的阐述和介绍, 要求学生掌握数字逻辑的基本原理和电路的工作原理及其应用, 而没有过多涉及硬件设计方面的内容, 如HDL、FPGA、CPLD等。与此相适应, 实验项目的设置也围绕着中小规模集成电路芯片的应用为基础, 涉及到基本门电路、译码器、数据选择器、加法器、触发器、锁存器、计数器等相关芯片, 实验过程以接线调试为主要实验手段, 考核方式以现场验收和实验报告相结合为主。

基于上述情况, 存在的问题主要集中在3个方面:

(1) 实验教学面向软件工程专业, 学生主观上缺乏学习硬件知识的积极性, 认识上存在一定的误区。

(2) 验证性实验项目比例较高, 面对既定实验步骤, 学生进行“按部就班”的操作, 生搬硬套谋求实验结果。

(3) 在实验过程中遇到异常现象或结果, 学生不假思索会直接求助指导教师。

这样的实验课程学习效果显然达不到教学大纲的要求, 并不能加深学生对相关知识要点的理解和掌握。如何充分激发软件工程专业学生对于硬件实验的兴趣, 调动他们的主观能动性和创造力, 加强发现问题及解决问题能力的培养, 是摆在我们面前亟待解决的问题。

2 教学改革方案

2.1 开放式实验室

同济大学软件学院探索并实施开放式实验教学与管理模式, 主要体现为:

(1) 实验室在工作日全天候开放。

(2) 学生在集中听取实验章节后, 自主完成实验预习。

(3) 学生在提交预习报告后, 可以通过实验教学管理系统自行选择时段进行实验预约。

(4) 学生在登记后进入实验室自主完成实验, 实验教学管理系统统计实验时间。

(5) 允许学生在规定课时内未获得满意实验结果的情况下, 另选时段重做实验直至完成。

(6) 教师与助教提供全程、全方位的指导和帮助, 不仅在实验室现场, 还可以通过网络方式建立师生联系。

这种开放模式推行之初, 确实提高了学生的学习兴趣。大多数学生认可这样的自主学习氛围, 愿意在实验过程中主动思考、自行解决问题, 并体会到其中的乐趣, 也体会到科研工作的艰辛, 教学效果取得了一定成效。

但在随后的教学实践中, 成绩分析显示优良率和不及格率均有逐年上升的趋势, 呈现出两极分化的态势;成绩分布标准方差指数逐年上升, 成绩分布曲线有向马鞍型分布的发展趋向。如何在基础实验课程的教学中加强监管, 提高整体成绩水平, 基本杜绝不及格现象, 也需要在积累良好经验的同时, 对实验教学的实施过程加以改进。

2.2 实施方案

在总结以往经验的基础上, 着手对数字逻辑实验教学进行重新梳理和规划, 对该课程的教学方式做了一些改进, 主要围绕以下5个方面进行:

2.2.1 加强实验教学与理论教学的衔接

每学期在制订排课计划时, 实验教学和理论教学进行进度协商, 确保实验教学进程紧随理论教学的节奏进行安排。通常是相关知识要点学习后的1~2周内进行相关实验, 学生更容易接受。这个时间段内, 学生对涉及到的原理知识“记忆犹新”, 也可以通过实验操作“温故知新”, 有助于对相关知识要点和实验现象的理解和掌握, 做到知其然并且知其所以然。

2.2.2 规范整体教学流程

每学期首堂实验课, 安排专门的学时向全体学生介绍实验学习流程, 普及实验室安全知识和操作要求, 并带领学生进入实验室熟悉实验环境和试验设备, 认识集成电路芯片等主要配件, 掌握电路连接方法和万用表的使用方法。这样, 为整个实验课程的学习做了一个良好的铺垫, 也初步激发了学生的学习兴趣, 让他们面对实验课程心中有数, 不至于茫然无措。

实验过程仍以在实验箱上接线调试为主, 不盲目引入和开发虚拟实验系统, 旨在为学生营造一个真实的动手环境, 可以在实践中发现问题并加以解决。对于硬件实验中不可避免的设备故障及配件损耗, 则通过加强日常维护和更新来降低故障率, 尽可能保证实验顺利进行。目前, 在院校两级经费的支持下, 基本能做到主要实验设备5年左右分批次轮换更新, 实验易耗配件 (主要是集成电路芯片) 2年内进行补充更新。从另一个方面来看, 也教会学生一些基本的故障判断和问题排除方法, 这也有助于提升其动手能力。

2.2.3 改进逻辑电路综合设计实验

在完成一系列验证性实验之后, 设置逻辑电路综合设计实验, 并作为课程考核项目。该项目要求学生根据所学知识, 自行设计逻辑电路方案并加以调试实现。

在实验讲解中, 教师会提供4~5个方案作为蓝本, 如彩灯模拟电路、时钟模拟电路、抢答器模拟电路、电子锁模拟电路等, 供学生参考, 并明确鼓励自行设计的电路方案, 对自行设计方案提高评分点, 这样很好地调动了学生主动思考和创新的积极性。

设计实验安排4个学时, 分在两周进行。第一周, 在课堂集中讲解实验要求之后, 学生自由分组 (每组不超过4人) , 开始进行为期一周的方案设计。要求自行选择所需的集成电路芯片, 方案规模适中, 不盲目求大、求难;第二周, 进行现场接线调试并限时考核验收, 要求学生根据已经初步做好的方案原理图或接线示意图, 在两个学时内现场完成接线及调试任务, 并由指导教师进行验收。验收过程中需进行演示逻辑电路功能并接受答辩, 讲述设计思路和工作原理。设计实验的最终成绩由现场答辩分数和实验报告分数两部分组成。

2.2.4 把控实验报告质量

每个实验项目结束后, 都要求学生在规定时间内提交实验报告 (通常为两周, 留给学生充分的时间撰写报告) 。明确实验报告的规范编写格式, 加强对实验报告中小结部分的考核, 要求小结篇幅适当、内容充实, 杜绝空洞无物的语句。实验小结可以阐述对实验原理的理解, 对实验中遇到问题的思考, 还可以对实验方案提出建设性意见。

经过两年来的实践和改进, 学生的实验报告规范程度得到很大提高, 优良率始终保持在70%以上, 且稳中有升。每学期结束后, 对实验报告进行归档, 择优做成示范文档供后期学生参考。

3 实践成效

数字逻辑实验作为软件工程专业一门基础实验课, 并没有沦为数字逻辑理论课的附属课程, 而是与之相辅相成, 起到了良好的理论联系实际的作用。本文结合笔者的教学实践, 通过分析在以往实验教学中存在的问题, 给出了几点改革措施, 并进行了初步的实践。

改革后的实验教学经过两个年级的试行, 取得了较好的效果。

(1) 从教学过程来看, 由于融入大量思考性内容, 促使学生不能完全依赖于实验教材“埋头苦干”, 而必须投入到积极思考当中。在实验过程中, 学生的主观能动性和学习兴趣明显提高, 课堂气氛热烈, 学生之间的相互讨论成为常态现象, 也敢于对教材中存在的问题提出疑问。

(2) 从考核情况来看, 越来越多的学生选择自行设计内容作为考核项目, 更有一些学生主动在课外学习电路设计辅助软件 (如Multisim仿真软件等) , 进行方案设计, 极大提高了设计水平和效率。统计数据显示, 2013学年和2014学年学生自行设计方案的比例分别为18%和31%, 有较大提升。学生乐于在实验中融入自己的想法, 如“乒乓球模拟”“比大小”“节奏大师模拟”“音乐节拍器模拟”等, 思路之开阔让人耳目一新。

(3) 在实验报告方面, 内容和质量均有显著提升, 反映了学生分析问题、解决问题的能力得到提高, 对相关理论知识的理解也有所加深, 学生的创新能力也得到了发掘。其中2013学年数字逻辑实验成绩优良率达88.9%;而2014学年优良率更是达到92.1%, 系首次突破90%。

(4) 从成绩分布情况来看, 设计性实验的引入表面上看提高了实验难度, 但是成绩优良率并没有降低, 不及格人数也处在可控范围内 (不超过3%) 。其中, 2013学年数字逻辑实验不及格率为1.8%;2014学年无不及格现象, 也是首次实现全通过。

种种迹象表明, 在校院两级支持下, 在一系列的教改措施实行后, 数字逻辑实验作为一门基础硬件实验课, 在软件专业学生的心目中, 不再是一门枯燥无味、为学分而学习的实验课, 而是可以发挥自己主观能动性和创新才华的场所。

4 结语

通过一系列的改革措施, 引导并鼓励学生应用所学知识进行独立思考, 加强动手能力和解决问题能力的培养。由此可见, 规范的教学方法和创新的实验内容, 在学生的能力培养中都是非常必要的。数字逻辑实验课程的改革有效提升了实验教学质量, 为学生学习其他专业课程打下坚实的基础, 也改观了软件专业部分学生对硬件学习的抵触情绪, 从而有助于提升软件专业学生的综合素质, 促进高校人才培养与时代发展需要相适应。

参考文献

[1]张小林, 周美华, 李茂康.综合性、设计性实验教学改革探索与实践[J].实验技术与管理, 2007, 24 (7) :94-96.

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇6

这种多功能电路综合测试笔, 由基准方波信号发生器、单脉冲与脉冲串发生电路、测试音响指示器和测试灯指示电路等组成, 如图1所示。

1.1 基准方波信号发生器的组成及工作过程

基准方波信号发生器由ICl和C1~C6、R1、R2与RPl组成, 如图2所示。基准方波信号发生器由CMOS与非门CD3401l所组成。图2中, CD4011中的两个门F1、F2与R2、RPl及C1~C6组成可调式多谐振荡器, 其振荡周期T=2.2RC。该振荡器除了用RPl对振荡频率进行微调外, 还通过转换开关SBl的切换, 将不同容量的电容C1~C6接入, 使电路产生不同频率的方波信号。所产生的方波共分为6挡输出, 每挡之间为10倍频关系, 即1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz。由振荡器产生的方波脉冲有两种输出方式:经 (4) 脚输出并通过SB2-1直接输出的为正向方波, 经F3反相后由 (3) 脚输出并通过SB2-2输出的为负向方波。同时, 由 (4) 脚输出的正向方波直接加至IC2的 (2) 脚作为单稳态电路的启动脉冲。

图1中, 由NE555与R4、RP2及C8~C12组成的单稳态电路, 通过定时电容C8~C12的切换, 形成不同占空比的方波输出, 脉冲宽度调节范围在10~100us。单稳态电路是由ICl的 (4) 脚输出的方波加至IC2的 (2) 脚进行触发而启动的。它的输出 (由 (3) 脚输出) 经 (10) 脚输入ICl中的一个反相器反相后成为负向方波, 由 (10) 脚输出后经SB2-4向外输出。

由1Cl输出的频率可调的方波信号和由IC2输出的占空比可调的方波信号, 其频率的调节和占空比的调节均可单独进行, 互不影响。

1.2 单脉冲与脉冲串发生电路的组成及工作过程

单脉冲与脉冲串发生电路由IC3组成。IC3是一只四一二输入端与非施密特触发器, 名称为CD4093, 由其中的3个门F1、F2和F3组成单脉冲与脉冲串发生电路。它的工作原理如图3所示。

电路的工作过程分析如下:按下SB5时, F1的 (5) 、 (6) 脚变为低电平, 输出端 (4) 脚变为高电平, 经F2反相后由 (6) 脚输出低电平。同时 (4) 脚的高电平经R9、R8向C14充电, 当充电至F3的阈值电平后, F3的 (10) 脚输出低电平, 经F2的 (10) 脚使F2翻转, 由 (6) 脚输出高电平。这样, 按动SB5一次, F2的 (9) 脚便输出一个正向单脉冲, 连续按动SB5就会通过F2输出脉冲串。由F2的 (6) 脚输出的脉冲通过SB2-5直接向外输出的是正向的脉冲, 通过F4反相后又经SB2—6向外输出的是负向的单脉冲或脉冲串。

平时, F3的 (10) 脚为高电平, 经R11、RP3向C15充电, (8) 脚和 (10) 脚同为高电平, F3翻转后, (10) 脚变为低电平, C15经:RP3、R11放电, 当放电使F2的 (10) 脚达到阈值电平后, F2翻转, 其 (10) 脚变为低电平。在F1的 (4) 脚变为高电平使C14充电到F3翻转后, 由于R9+R8的阻值远大于R10加VD2导通的阻值, 当松开SB5使 (4) 脚恢复低电平后, C14就立即经VD2和R10放电, 使F3的 (9) 脚电压迅速降低, F3翻转, (10) 脚恢复高电平向C15充电。RP3用来调节C15的充放电时间常数, 达到调节脉冲发生器的振荡频率。

R6和C13组成防抖动电路, 当按下SB5按钮发生抖动时, 利用电容C13的充放电功能来消除因按钮抖动对电路的影响。

1.3 测试音响指示器和测试灯指示电路的组成及工作过程

音响发生器是一个由与非门CD4011 (IC4) 构成的键控式多谐振荡器, 如图4所示, 它的振荡频率由R16和C20来决定, 本电路的振荡频率约1.5kHz。R17为控制电阻, 平时, R17将 (5) 脚接地, 电路停振。当测试时, 被测电路的高电平经测试笔、SB2-0到IC4的 (5) 脚, 多谐振荡器被触发起振, 通过压电蜂鸣器发出音响。

VTl、VT2构成逻辑状态检测电路。当输人为低电平时, PNP管VTl导通, 双色发光管LEDl发绿光;当输人为高电平时, NPN管VT2导通, LED1发红光。当输人为脉冲时, VTl、VT2交替导通, LEDl呈红、绿闪光。当输入脉冲频率较高时, LEDl发橙光。输入悬空时LEDl不发光。

当测试TTL电路时, 脉冲由SB2-7输入;当测试CMOS电路时, 由SB2-8输入。测试电路采用两种极性的晶体管, 实现4种逻辑状态、2种电路电平的检测。CKl为输出插孔, 通过屏蔽线可代替探头作固定输出。CK2为5V镍镉电池充电插孔。CK3为CMOS电源插孔, 当需要CMOS电平时, 可由此孔送入适合的电源, 以得到需要的CMOS电平输出。

2 仿真试验

本测试笔所用元件参数已标在图中, 只要按图正确安装即可。如有条件可借助示波器和频率计进行精确调整。将频率计接SB2-2输出端, 闭合SBl-1, 旋调RPl, 频率计应能使f1在l~10Hz变化, 否则应调换C1, 直至符合要求。闭合SBl-2, 旋调RPl, 应使f1在l0~100Hz变化, 否则可调换C2。同理, 调整C3~C6, 应使f3~f6分别符合:f3为100Hz~1kHz、f4为l~10kHz, f4为10~100kHz, f6为100kHz~1MHz。由于C1~C6、C8~C12决定着振荡频率的精度和稳定度, 应选用涤纶电容并仔细挑选。

3 仿真应用

3.1 逻辑电平的测试

打开电源开关SB4指示灯LED2亮, 电路处于等待工作状态。

将SB3-1拨向ON, 逻辑状态测试电路开始工作。如待测电平为TTL电平, 则将SB2-7拨向ON (如待测电平为CMOS电平, 将SB2-8拨向0N) , 连接测试笔与被测电路的接地线, 探头触及被测点后, 显示逻辑状态的指示灯LED1即显示。将SB1-8拨向ON, 则声响电路发声, 表示被测点为高电平。若环境光线较强, 也可关闭SB2-7 (或SB2-8) , 而单由声响表示所测电路的逻辑状态。

3.2 单脉冲/脉冲串的输出

将SB3-2拨向ON, 该部分电路即开始工作。每按一下SB5, 就可输出一个单脉冲。如将SB5一直按着, 经过一段延时就会输出一脉冲串, 调节RP3 (△T) , 可改变脉冲串的频率。接通SB2-5可输出正向脉冲, 接通SB2-6输出负向脉冲, 无论何种脉冲均可由探头 (或CKl) 输出。该功能可用于单步计数、步进电动机的单步运转或多步运转。

将SB3-3拨向ON, 并将SB2-1 (或SB2-2) 拨向ON, 即可由探头 (或CKl) 输出一组TTL电平的正向 (或负向) 方波。方波频率的粗调由SBl-1~SBl-6进行, 分6挡 (1Hz, 10Hz、100Hz、lkHz、10kHz、100kHz) 选择, 微调由RPl (△f) 进行。

输出占空比可调的脉冲波。在上述测试中, 将SB2-1 (或SB2-2) 断开, 而将SB2-3 (或SB2-4) 拨向ON, 即可输出一组TTL电平的正向 (或负向) 占空比可调的脉冲波, 脉冲宽度由SB3-4~SB3-8进行粗调, 分5挡 (10us、100 us、1ms、10ms、l00ms) , 由RP2 (△f) 进行细调。

如果要输出CMOS电平的单脉冲/脉冲串和方波/占空比可调的脉冲波时, 只需将被送信号电路的电源由CK3送至测试仪, 机内电池即自行断开 (注意电源的极性、电压范围为+5~+18V) 。此时即可输出与被测电路相匹配的CMOS信号。

3.3 测试笔的自检

利用机内的逻辑电平测试电路, 即可完成对要输出的单脉冲/脉冲串、方波/占空比可调脉冲波等的自检。使用时, 只需在合上SBl-1 (或SBl-2、SBl-3、SBl-4、SBl-5、SBl-6) 的同时, 合上SB2-7 (TTL电平) 或SB2-8 (CMOS电平) , 再接通SB3-1, 即可通过LEDl的显示检测上述相应电路的工作状态是否正常。也可合上SBl-8, 用音响来检验上述电路的工怍状态。在某些情况下, 对于一些频率稍高的信号 (例如f>100Hz, 使用相当方便。

4 结语

本文对数字逻辑电路测试笔进行了研究设计与仿真试验, 实现了测试笔的多种测量功能。实验测试结果表明该设计合理可行。

摘要：设计一种具有用途广泛、携带方便、体积小、重量轻、结构精巧、操作简单等优点的既可作为多用途信号源, 又可以测量数字电路逻辑状态的测试笔。这种测试笔既具备测试输出占空比可调的脉冲波形、输出单脉冲或脉冲串、逻辑电平的多种功能, 还可实现仪器功能自检。通过仿真与试验, 验证明了该设计的正确性和有效性。

关键词：测试笔,设计,自制

参考文献

[1]黄建文, 章鸣嬛.现代数字电路基础[M].北京:机械工业出版社, 2010.

北邮数字电路与逻辑设计实验报告篇7

关键词：电路虚拟技术,数字电路,教学实验

虚拟实验技术是综合运用多媒体、计算机网络和虚拟现实等技术而产生和发展的一种实验模式[1],引入虚拟实验技术,通过软件模拟硬件电路的行为,为学生提供逼真的实验环境[2]。虚拟实验不受时间、空间的限制,学生动手设计电路、编写程序、调试、运行程序、模拟分析仿真结果,有利于保护实验仪器,提高实验仪器的利用率,也可弥补实验器材不足而无法进行相应的实验的弊端,达到获得近似真实的实验效果目的。

1 《数字电路》实验中存在的问题

(1)传统的实验课教学大多采用“课前预习-实验操作-实验报告”的形式。督促学生在课前做好预习工作的目的是熟悉相应实验流程,避免实验过程中不知所措。在课前指导学生预习时,学生对仪器相关知识的了解只能面对书本和多媒体中一些静态的图片和文字性的描述,缺乏面对仪器时的真实性和具体操作的过程。

(2)实验室设备、师资力量等配套设施难以满足个性化教学的要求。由于时间限制,教师无法单独指导参与实验的学生,学生也不可能在学习过程中随时到实验室实验操作,在实验中学生因无法熟练使用实验设备而无法取得良好的实验效果。

(3)因实验学时限制,一些难度较大的实验难以在有限的时间内完成。

(4)实验设备限制了创新性实验的开展。

(5)真实实验具有一定的危险性和不可逆性。实验的不可逆性会影响实验的继续进行,也会带来实验设备的损耗。

2 虚拟实验的特点

(1)虚拟实验可以解决仪器短缺的问题。虚拟实验只需很少的资金就可以买到相应的软件,甚至可用到免费的软件,这样就可解决仪器短缺的问题。

(2)在课前指导与预习环节时可对着虚拟实验认识和操作相应的仪器,熟悉仪器的操作流程,可避免实际操作时错误的发生,避免实验过程中的盲目,有利于仪器的维护。

(3)虚拟实验没有时间和空间的限制。

(4)虚拟实验技术可以进行创新性实验。

(5)虚拟实验可以反复修改、尝试,避免了器件的损耗,节约实验开支。