数字电路论文范文

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第1篇

关键词：数字电路教学方法教学目标教学要求

“数字电子技术”是高职高专电类专业的一门专业基础课程,是一门理论性和实践性都较强的课程。它的任务是通过学习数字电路的基本概念、基本原理和基本技能使学生在数字电路方面具有一定的理论水平和实践技能,它是《微机原理与应用》、《单片机原理与应用》和《PLC原理与应用》等主要专业课程必不可少的基础知识。该课程对于学好后继专业课程以及提高学生的工程实践能力都有着极其重要的作用。

1立足于教学目标，展开教学

1.1知识目标

熟悉布尔代数的基本定律，掌握卡诺图与公式化简法；掌握数字电路中常用的基本单元电路和典型电路构成、原理与应用；掌握常用的中小规模集成电路功能。

1.2能力目标

具有查阅集成电路器件手册，合理选用集成电路器件的能力。对集成芯片，重点分析电路的外特性和逻辑功，以一些典型集成电路为例介绍如何查阅集成电路手册、资料等，使学生学会在实际应用中正确选择和使用集成芯片。

具有识读和分析一般典型应用电路的能力。增强电路分析的内容，弱化电路设计。传统数字电路教学往往注重电路设计内容的教学，好像只有电路设计的能力，才能代表水平，而电路分析代表技能，是低技术的。不过技能却正符合了高职高专的教学目标，所以在教学过程中，应注重电路分析方法的教学，让学生学会分析较复杂电路，能修改已有电路服务于自己的设计目标。

具有逻辑分析问题与解决问题的方法。随着数字技术的广泛普及,数字化社会已经到来,大规模、超大规模数字集成电路以其低功耗、高速度等特点,应用越来越广泛。因此如何在有限的时间内使学生扎实掌握数字电路基础知识理论和基本操作技能,培养分析问题、解决问题的能力,是教师在教学过程中需要认真思考的问题。并使学生在传统的数字电路逻辑分析、逻辑设计思维训练的基础上进一步建立起现代数字电路的应用与设计思想，掌握现代电子技术的新技术和新器件，在专业学习中适应当代硬件技术与信息技术的发展，为走向实际工作岗位打下坚实的基础，为拓宽就业市场寻求一条全新之路。

1.3思想教育目标

（1）树立热爱科学、实事求是的学风和创新精神、创新意识。（2）具有一定的自学能力和获取新知识、新技术的基本素质。（3）提高逻辑思维能力、养成认真细致的工作作风。

总之，专科教学不同于本科教学,专科教学注重于学生能力和综合素质的培养，教学过程中突出培养学生应用知识,分析解决实际问题的能力,以学生为主体,以教师为主导,以教学为主线，树立能力培养目标为重中之重的思想。

2选择合适的教材，以教学要求分层、考核形式分类的方式评价教学

2.1教材的选择

目前我校选择的教材充分体现了高职高专教育的特点，以应用为宗旨，强调理论与实践相结合。编写原则遵循由浅入深，通俗易懂，便于自学，力争做到“讲，学，做”统一协调，重点和难点采取阐述与比喻相结合，例题与习题相结合，实例与实验相结合，针对数字电路课程实践性强的特点，增加了与教材相应的实践环节教学内容。

针对数字电路教学过程中存在教学内容与学时数的矛盾，根据国家教委课程指导委员会的提议:EDA技术是电子技术类课程教学改革的重要方向。我校及时修订课程大纲、调整教学内容。把EDA技术和PLD器件纳入教学计划。将教学内容分为数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程逻辑器件和脉冲信号的产生与整形五大模块。

2.2教学要求分层

教学要求分为五个层次A．知道、了解。学生对教学内容有感性的、初步的认识或只要能识别它B．领会、理解。学生对概念、规律、基本操作等有理性的认识，即能自述、解释和举例说明，并在教师的指导下能顺利地完成基本操作C．掌握、运用。学生在理解教学内容后，通过练习，形成技能；运用概念、方法、规则进行常规运算求解、论述和简单运用、自主操作等D．熟练掌握、灵活运用。学生能综合运用某个知识解决问题，综合运用某项技能进行熟练操作或小规模技术设计等，从而形成某种能力E．思想素质的提高。如态度、意识、精神、毅力等的培养。

同时，采取了以创新能力的培养为核心的“四位一体”教学法,即旨在通过学生自学、讨论、答辩、考查四个阶段,培养学生的自学能力以及分析问题和解决问题的能力,彻底解决传统教法中“满堂灌”的现象。

2.3考核形式分类

考核形式分为五种：笔试：传统的拟卷考试；操作：通过学生动手操作来考核；答辩：教师出题或学生自拟题，经一段时间的实践，学生以报告形式完成答卷并根据需要答辩；社会化考核：参加由国家有权部门认定的考试考核机构或组织进行的考试考核；社会评判：由社会评定结果如实习鉴定等。

通过多种考核形式达到综合评价学生的效果。

3采取传统和现代化教学手段结合方式，运用实例灵活教学

3.1传统和现代化教学手段相结合

教学课件是教材内容的提升和精炼,是将教材中的概念、定律及应用内容转化为形象逼真的映像展示给学生。多媒体教学进入课堂是对传统教学方法的改革,它是教学过程的一个有力工具,但决不能成为课堂教学的主宰,过于详细的课件使学生上课注意力不集中,一些学生觉得课程内容包含在课件中,便在课堂上不记笔记、注意力分散、交头接耳、甚至逃课。可以想象,教学中教师盯着显示器,学生盯着大屏幕,这样的教学情景很难调动教学气氛、影响教师配以肢体语言等的热情发挥,更谈不上师生间的互动。只有将多媒体教学方法和传统教学方法有机的结合起来,相互补充,并在教学实践中不断完善,才能取得完美的效果。

EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的英文缩写,将EDA技术引入数字电路课程教学,可以使教师在讲述理论的同时,利用EDA技术软件进行仿真、演示,使学生消除“抽象感”,增加学习的兴趣。使课堂教学更生动、直观,使数字电路课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解。

3.2运用实例灵活教学

数字电路的授课可以结合生活中的应用举例,如目前多媒体PC机里的显示卡、声卡是用数电中的数——模(D/A)转换实现图像显示和声音播放的;制造业中的数控机床,交通信号灯的转向时间显示,家电产品中的CD、VCD、DVD等也都应用了数电技术。通过这些实例的介绍,可以使学生真正了解数字电路课程的重要性,从而能更加主动的去掌握所学知识。

培养创新型人才,就要实施创新教育,重视实验教学,改变以教师为主导的教育模式,充分发挥实验教学的作用,使之成为引导学生从实践来获取和应用理论知识的主要渠道,在完成验证性实验的基础上，实验大纲中安排智力竞赛抢答器和电子秒表等一系列的综合性实验，使学生在由简到繁的设计过程中了解设计工作的思路、方法，通过让学生实际制作，使学生懂得如何进行理论和实践相结合，加深对知识点的理解。

4结语

总之，我们只有立足于教学目标，选择合适的教材，采取传统和现代化教学手段结合方式，运用实例灵活教学，培养学生的创新能力，才能搞好教学，才能为学生走向实际工作岗位打下坚实的基础。

参考文献：

第2篇

在高速数字电路设计技术的研究中,最为主要的研究点在于:

(1)高速数字电路信号的完整性;

(2)高速数字电路电源的设计两个方面。在本节中,笔者将进行系统的阐述,强化对高速数字电路设计的认识与研究。具体而言,主要在于以下几点内容:

1.1高速数字电路信号的完整性设计

在高速数字电路信号的完整性设计中,最主要的研究要点在于两个方面:一是不同电路信号网传输信号的干扰情况;二是不同信号在电路信号网中的相互干扰情况。也就是说,在电路信号的完整性中,信号干扰是最为关键的因素,无论是对于干扰问题,还是对于反射问题,都是高速数字电路信号完整性设计的研究要点。在理想状态之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在电路设计的过程中,要特别注意阻抗的控制,阻抗过小(过大)都会对线路中的电流及电压造成影响,进而形成信号干扰问题。当然,在高速数字电路的设计中,是很难以让临界阻抗与电路新城相互匹配的状态,这就强调,高速数字电路信号系统,应最可能的处于较为合适的状态,以最大程度上提高高速数字电路的信号质量。

1.2高速数字电路电源的设计

高速数字电路电源设计,是设计技术研究的重点内容之一。对于高速数字电路而言,需要大量的低电压元器件的应用,以更好地确保设计的需求。但是,低压元器件的应用,带来了一个问题,即电源稳定性受到一定的影响,造成电源设计问题的出现。因此,在实际的设计过程中,需要对高速数字电路电源设计作充分的考虑。在电源设计中“,电源完整性”是主要的关键因素,是指电源波形的质量。这一因素的影响主要表现为:

(1)瞬间电流产生过大,即在高速开关状态下,线路器件极易产生过大的瞬间电流;

(2)信号回路阻抗变大,即在电路之中,过多的电感以至于回路阻抗变大,进而产生一定影响。因此,在高速数字电路电源的设计中,最为理想的状态的设计就是在高速数字电路电源系统中,并不存在所谓的“阻抗”。这样一来,不仅不存在阻抗所带来的损耗,而且确保了系统中各电位的恒定,当然,在实际之中,理想状态的设计是不存在,电源系统所形成的干扰噪声,对高速数字电路系统的运行造成较大影响。于是乎,电路设计应对电源的电阻及电感做充分的设计考虑,提高高速数字电路设计的有效性。

2结语

第3篇

（一）教学改革基本思路

将EDA技术最新的科研成果融于课堂教学中，这也是数字电路教学革新最基本的思路，呈现课堂教学方式现代化，并构建非常先进的教学平台以及现代化课堂教学环境。以现代化教学平台为基础，展开课堂教学内容以及方式的革新，构建能提升学生创新精神与能力良好培养的课堂。数字电路课程理论性教学内容是讲关于集成度的，该标准逻辑器件是中小规模集成电路。因为标准逻辑器件所设计的传统数字体系是使用自下向上的设计方式，总体所需的器件较多，并且其电路连接非常复杂，对应的可靠性也不高。用户不能对相关器件功能进行修改，这也就促使修改体系设计难度提升。

（二）教学内容及方式的创新

近年来，电子技术以及计算机技术发展飞速，随着EDA技术的出现及不断应用，促使数字体系设计进入新的阶段。实际上基于标准逻辑器件数字电路有着诸多缺陷，不过运用其展开相关教学也仍是有好处的，其能促使学生很好的了解掌握对应基本原理及知识，教学者也能够很好的向学生讲解其组合逻辑电路与时序逻辑电路的最原始电路，并合理的讲述与其对应的分析及设计方式。想要帮该专业学生打下稳固的基础，还要掌握该学科的最新研究成果及发展趋势，并合理的结合科研成果进行课堂调整及教学内容优化，找寻可行性较高的实施方法以及教学方式。将各类分类元件及较小规模的集成电路内容进行合理精简，重点讲述中规模的对应集成电路和运用，将EAD技术学习列为重点，并将其软件融入课堂教学过程中，进行现场仿真直接性概念演示、分析进程及验证、设计结果，很好的激发学生的学习兴趣并提升教学效果。全方位的引进多媒体教学，并将其与传统方式合理有效的结合，呈现优势互补的良好效果。

二、革新课堂教学理念并确立教学新目标

（一）课堂教学新理念

古往今来，我国的传统教学模式就是以教师为中心，课堂教学大多是理论性教学，内容均是需要验证的。教师可以在课堂上进行实验，给学生一定的实验步骤以及电路图，学生们则是按部就班的验证其对应结果，这样根本激发不出学生的学习兴趣以及积极性，致使其不能将所学的知识综合运用，不能全方位的分析及解决问题。高等教育若是不能满足学生的所有需求，就不能很好的发挥其自身创造力，这样高等教育发展则会停滞。以教师为中心的教学模式不能长此已久，需要全方位的模式革新，务必要将学生转移至模式中心，扼制被动式教学，呈现学生主动式学习的良好模式，构建以学生为中心教师为主导，并着重于学生实践创新能力培养。这样充分的发挥学生的积极性、创造性，提升高等教育的发展。

（二）课堂教学新目标

应不断的强化基础、拓展知识层面、持续提升学生自主学习以及创新能力、发展其个性，并对学生进行因材施教与分流培养，展开启发式创新及各类实验合理结合，软硬件结合、课内外结合、拓展实验性教学，不断培养学生运用现代化的各类设计工具，持续提升学生管理较大规模复杂体系的能力。教育创新的核心力量是教师，务必要在整体教学过程中不断培养学生创新意识、思维以及能力，并很好的激发学生能够提出问题、分析问题以及解决问题，培养这类内在动机的良好形成，促使学生学习自主性及创造性的形成，并运用各类机会指导学生参与并实验，持续培养学生发现问题、分析问题、处理问题的能力。

三、运用多样教学方式

（一）启发教学

问题是学生思维开启的关键，教学者应该通过对应教学情景创设来很好的引导学生进行问题的发现、分析以及处理，在寻找答案的过程中不断提升学生综合能力。启发式教学对新课程的引入最有效，也是应用最广泛的。

（二）互动教学

互动教学有别于传统的教学模式，该方式主要是突出师生之间的互动和学生创造力的良好培养。从学生进入高等教育之后，对应的教学模式以及课程安排是不同于中学时期的，尤其是数字电路基础课程，其授课时间以及间隔时间较长。讲课中教学者及学生互动不到位，学生则会因为课程时间较长从而出现怠学的心理，进而忽略了较为重要的相关知识点，长此已久学生就会因为学不会而出现厌学情况。所以教学者应注重课堂之上与学生的互动，要留有一定的时间让学生进行相关思考、讨论、分析以及总结，促使学生学习主动性的发挥。

（三）任务驱动法

数字电路基础课程最关键的就是实践，所以对于数字电路基础课程教学来讲任务驱动法是个很实用的方式，将各个重要的知识点巧妙的设计成不同类型的小任务，这样学生就知道自己是带着学习任务的，也知道自己要完成怎样的学习目标。教学者在设置学习任务时要保证任何一个任务都是包含着新旧知识以及技能的，进而很好的将学生的学习积极性激发，并保持着这样积极的学习热情。

（四）类比教学

数字电路基础课程会有比较抽象的知识概念，学生们要是没有对应的理论知识基础以及空间想象力，这就在一定程度上影响了学生的深入理解。所以教学者应运用适应的教学方式来辅助学生强化基础性概念理解，这样来讲类比法则是非常有效的一种教学方式，其是将学生要学习的各个知识点及平常生活巧妙的联系，学生则可以通过对比及比较发现相应概念的内在规律，进而很好的激发学生对学习的兴趣。

四、结语

第4篇

电子束炉按正常程序操作熔炼钽金属时，40KV高压电源突然断电，操作面板上出现报警显示：“HvTransformerBUCHHOLZ”（高压变压器瓦斯继电保护动作）。打开变压器的放气阀放气，报警消失，此时变压器能产生40kv直流电压，但高压既不能保持又不能带负载，2到3分钟后，同样的报警信号再次出现，变压器主回路电源断开，停止工作。

2故障检查

2.1变压器的外部检查

（1）检查油枕内和充油套管内油面的高度，发现油位正常，封闭处无渗漏油现象；

（2）检查变压器的响声，发现噪音稍大，但未有异常声音出现；

（3）检查变压器的绝缘套管及瓷瓶，未发现有破损裂纹及放电烧伤痕迹；

（4）检查一、二次母线，接头接触良好，不过热，外壳接地良好；

（5）检查呼吸器，气路畅通，硅胶的颜色为淡红色，吸潮未达到饱和。

2.2变压器负荷检查

（1）用钳形电流表测量变压器空载时一次绕组的三相空载电流，A相：IA=160.8A；B相:IB=55.8A；C相:IC=5.7A。

（2）故障发生时，用红外线测温仪测量变压器外壳不同区域的温度，温度为55℃左右，一分钟温升超过5℃。

2.3气相色谱分析检查

采集变压器本体油、瓦斯油、瓦斯气进行气相色谱分析检查，结果见表1。

本体油瓦斯油瓦斯气

氢11091710373350

氧211652119021345

一氧化碳21016528235

二氧化碳53011458570

甲烷309.53284.512659

乙烷38.5947.56592

乙烯535.511309.514516

乙炔380.339860.020725.0

总烃1264.019528.054492.0

表1油样气相色谱分析表

3故障现象及分析

变压器的故障一般分为电路故障和磁路故障。常见的电路故障有线圈绝缘老化、受潮，材料质量及制造工艺不良，二次系统短路引起的故障等。磁路故障常见的有硅钢片短路、穿芯螺丝与铁芯间的绝缘损坏以及铁芯接地不良引起的放电等。

3.1三相电流不平衡

当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中的电流称空载电流I0。通常I0与额定电流IN的关系可表示为：

i0％＝（I0/IN）*100＝1－3％

该变压器的额定电流为577A，空载电流I0应在5.77A到17.3A之间，而实测的一次绕组三相空载电流IA=160.8A，IB=55.8A，IC=5.7A。三相电流极大的不平衡，初步推断为变压器绕组局部发生匝间和层间短路，产生很大的短路电流。

3.2变压器油温不断升高

油温不断升高可能由以下几个方面引起：

（1）涡流使铁芯长期过热而引起硅钢片间的绝缘破坏，铁损增大，油温升高；

（2）穿芯螺丝绝缘破坏后，与硅钢片短接，有很大的电流通过，使螺丝发热，油温升高；

（3）绕组局部发生匝间和层间短路，二次线路上有大电阻短路等，也会使油温升高。

3.3瓦斯继电保护动作

瓦斯保护是变压器的主要保护，它能监视变压器内部发生的大部分故障。继电保护动作的原因有以下几个方面：

（1）滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器；

（2）变压器内部故障、短路，产生少量的气体；

（3）保护装置二次回路故障。

外部检查未发现变压器有异常现象，应查明瓦斯继电器中气体的性质。从表1瓦斯气体中氢、一氧化碳、甲烷等可燃气体含量剧增，说明变压器内部有故障。气体颜色为灰色和黑色，有焦油味，则说明油因过热分解或油内层发生过闪络故障。

上述分析对变压器内的潜伏性故障还不能作出正确的判断，还需要结合气相色谱法判断：

从表1中可以看出氢、烃类含量急剧增加，而一氧化碳，二氧化碳含量增加也不大，这就表明了变压器裸金属方面及固体绝缘物（木质、纸、纸板）的过热性故障不存在；甲烷，乙烷，乙烯气体有所增加，而乙炔含量很高，这表明变压器内出现过电弧放电，使油分解而产生乙烷、乙烯和乙炔，可能为绕组匝间和层间短路放电性故障导致。为更加明确故障点，需要对变压器进行吊芯检查。

4吊芯检查与维修

拆开变压器，用20吨吊车吊出变压器芯部作如下检查：

（1）用万用表依次测量一、二次绕组每个线圈对地的绝缘情况，发现一次绕组U、V相线圈与地及铁芯接通，其他线圈绝缘良好。

（2）用万用表测量硅钢片间、穿芯螺丝与铁芯间的绝缘良好，铁芯接地良好。

（3）检查保护装置二次回路，将保护开关、保护线路及整流阻容作检查，全部良好。

通过检查与分析，断定变压器故障为一次绕组U、V相线圈绝缘层损怀，匝间短路放电、油过热分解使瓦斯继电保护动作，断开变压器主回路电源。联系变压器生产厂家德国MUNK公司，定购两组线圈，各种费用总计25万元人民币。更换两组线圈后，由国内变压器生产厂家对油进行过滤、干燥处理，对变压器芯部作24小时的烘干处理。安装调试后，变压器恢复正常工作。

5结束语

通过上述分析，可以发现变压器油样气相色谱分析报告中的氢、烃类含量急剧增加，乙炔含量很高，一次绕组空载电流不平衡，油温不断升高等现象。所有这些都说明变压器内部出现了绕组匝间和层间短路的放电性故障。本文介绍的故障检查与分析方法简单、实用、成本低廉，为单位节约资金约20万元，值得同行业用户借鉴。

第5篇

关键词：TSA5526；频率合成器；分频器；电荷泵

1概述

频率合成技术是近代无线电技术发展中的一门新技术，也是现代通信系统中的关键技术之一，它通常利用一块晶体或少量晶体组成标准频率源，然后通过合成方法产生各种所需的频率信号。这些频率信号与标准频率源具有相同的频率稳定度和准确度。使用该技术构成的电路在通信设备中称为频率合成器。频率合成器的种类很多，目前普遍采用的是数字式频率合成器。数字式频率合成器由晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器和VCO等组成，晶体振荡器输出的频率信号经固定分频器后得到标准频率，而VCO输出的频率信号经可变分频器分频后得到实际频率信号，两信号在鉴相器中经相位比较产生的环路锁定控制电压将通过滤波器加到VCO上，以对实际频率信号进行控制和校正，直到环路锁定。当所需信号频率较高时，该电路的设计、制作和调试难度较大，通常只能依靠专业厂家来完成，不仅成本高，而且生产周期长。TSA5526芯片是Philips公司推出的通用数字频率合成集成电路，它将晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器等电路集成在一块芯片上，其主要特性参数如下：

输入射频信号的频率为：64～1300MHz；

输入射频信号的电平为：－28～3dBm；

输出误差调整电压为：4．5～33V；

具有锁定检测功能；

内置可编程的15bit分频器；

通过程序控制可在512、640和1024中选择基准信号分频比，在外接4MHz晶振时，则可获得3．90625kHz、6．25kHz和7．8125kHz的频率精度；

可选择I2C总线和3总线进行数据传输；

采用单电源供电，电源电压为4．5～5．5V。

2引脚功能

TSA5526有SSOP16和SO16两种封装，引脚排列如图1所示，各引脚功能见表1所列。

表1TSA5526的引脚功能

引脚名称功能应用说明

1RF射频信号RF输入通常接本振输出

2VEE地

3VCC1电源电压1芯片电源，接+5V

4VCC2电源电压2开关控制电源，通常接+12V

5BS4电子开关BS4输出PNP三极管OC输出

6BS3电子开关BS3输出PNP三极管OC输出

7BS2电子开关BS2输出PNP三极管OC输出

8VS1电子开关BS1输出PNP三极管OC输出

9CP环路滤波器外接RC滤波网络

10Vtune误差控制电压输出通过上拉电阻输出直流电压并加到VCO

11SW总线选择开关接地时选择I2C总线方式；悬空时选择3总线方式

12LOCK/ADC锁定标志/ADC输入3总线方式时为锁定标志，低电平有效；I2C总线方式时5为电平ADC输入端

13SCL串行时钟下降沿时将SDA输出的数据锁存

14SDA串行数据在3总线方式时，18bit、19bit和27bit三种数据可供选择

15CE片选信号高电平有效

16XTAL基准振荡输入通常外接4MHz晶体

表2写状态数据格式

字节MSB数据字节LSB

地址字节（ADB）11000MA1MA0

分频字节（DI1）0N14N13N12N11N10N9N8

分频字节2（DB2）N7N6N5N4N3N2N1N0

控制字节（CB）1CPT2T1T0RSARSB0S

电子开字节（BB）空空空空BS4BS3BS2BS1

3内部结构和工作原理

TSA5526的内部结构框图如图2所示，它包括射频信号处理单元、基准信号处理单元、相位比较和输出单元以及接口控制单元等四部分。射频信号处理单元对输入的射频小信号进行放大和8分频，再送到15bit可编程分频器，分频比的大小可根据输入射频信号的频率来确定。基准信号处理单元中的基准振荡器通过外接晶体产生基准信号，同时经基准分频器产生基准信号。基准分频器通过编程可选512、640和1024三种分频比。经过分频处理后的两路信号同时加到数字式相位比较器，然后经电荷泵、放大器和驱动三极管后得到误差控制电压输出。接口控制单元用于实现微处理器与该器件的通信，它一方面接收微处理器送来的数据并在内部处理以形成各种控制指令；另一方面将本器件的状态送往微处理器。通过SW端信号的不同连接，可选择两种串行通信方式：I2C总线方式和3总线方式。

图2

3．1I2C总线方式

a．写状态R／W＝0

在写状态时，对TSA5526编程需要四个数据字节，并应在地址字节传输后将数据字节送入芯片。当地址字节第一字节传输后，I2C总线的收发会使地址字节和数据字节连在一起，并在一个传输过程中传输完毕。如果地址字节后的第一个数据字节为分频字节或控制字节，则芯片将被部分编程。表2是其数据字节定义。表中，MA1和MA0是可编程地址位，用于控制加到片选端的电压。N14～N0为可编程分频比，其分频比为：

N＝N14×214＋N13×213＋…＋N1×2＋N0

CP为控制电荷泵电流大小位，CP为0，对应电流为60μA，CP为1时，电流为280μA缺省值。T2～T0代表测试位。RSA和RSB为基准分频比选择位。0S为可调放大器控制位，0S位为0时，可调放大器接通缺省值，0S位为1时断开。BS4～BS1是PNP电子开关控制位，其对应关系是：当BSn为0时，电子开关n接通；当BSn为1时，电子开关n断开。

表3读状态数据格式

字节MSB数据字节LSB

地址字节11000MA1MA2R/W=1

状态字节PORFLACPS11A2A1A0

表43总线方式数据格式

数据形式D0D3D4D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26

18位BS4BS1N13N0

19位BS4BS1N14N1N0

27位BS4BS1N14N1N0-CPT2T1T0RSARSB0S

b．读状态R／W＝1

表3所列为读状态数据格式。当辅助地址位被识别之后，将自动产生一个响应脉冲到SDA线上。SDA线上的数据在SCL时钟信号为高电平时有效，数据字节在SDA线上产生应答信号之后从器件中读出；如果没有主应答信号产生，传输过程就会结束，此时芯片将释放数据线从而使微控制器产生终止条件。当上电时，POR标志被置为1，当检测到数据结束标志时，POR标志被复位读周期的结束。FL为进入锁存标志，用于表示何时循环建立起来。通过对FL置1或清零可对循环进行控制。ACPS为自动充电电流转换标志，当自动充电电流转换打开且循环锁定时，此标志为0，此时充电电流被强制为低。在其它条件下，ACPS为逻辑1。在I2C总线状态下，内置的A／D转换器可将自动频率微调模拟电平转换成数字量并送往微控制器。

3．23总线方式

在3总线方式下，该器件接收的数据有18位、19位和27位三种，参见表4。在该方式下，当片选引脚CE由低电平变为高电平时，SCL引脚输入时钟脉冲的下降沿会将SDA引脚上的数据送入数据寄存器，数据的前四位用来控制电子开关的通断，在第五个时钟脉冲的上升沿，这四位数据被送入内部电子开关控制寄存器。如果传输的是18或19位数据字，那么，在片选线上电平由高向低转换时，频率位将被送入频率寄存器。在上电复位状态下，电荷泵电流为280μA，调谐电压输出被关断；而在标准模式下，当ACPS标志为高电位时，测试位T2～T0被置为001，此时将禁止TSA5526输出。当传输的是27位数据字时，在时钟脉冲的第20个上升沿到来时，频率位将被送入频率寄存器，而控制位则在片选引脚CE从高电平向低电平转换时送入控制寄存器。在这种方式下，基准分频比由RSA和RSB位确定，测试位（T2、T1、T0）、电荷泵控制位CP、分频比选择位（RSA、RSB）以及0S位只能进行27位的传输。图3所示是3总线方式时的时序图。

表5AT89C51内RAM中20H、21H、22H、23H的定义

字节地址D7D6D5D4D3D2D1D0

20HBS4BS3BS2BS1N14N13N12N11

21HN10N9N8N7N6N5N4N3

22HN2N1N011000

23H01000000

4应用

TSA5526在某航空电子设备检查仪中的应用电路如图4所示，图中，单片机与TSA5526采用3总线方式进行通信。P1．0与SCL引脚相连，用于串行时钟输出。P1．1与SDA引脚相连，用于串行数据输出。P1．2与CE引脚相连以进行片选控制；电子开关BS1～BS4用于通过VCO产生4种不同频率信号，VCO的输出将通过C6送到TSA5526的RF引脚，并经分频后与基准信号进行相位比较。Vtune输出的误差控制电压经电阻R3、电容C5加到VCO。R1、C4的数值可用于决定微调的快慢。当频率锁定后，LOCK引脚将变为低电平，并将该电平通过AT89C51的P1．3引脚送入单片机进行检测。本电路采用27位数据格式，发送的数据存放在单片机AT89C51中RAM的20H、21H、22H、23H四个单元中，各位定义见表5所列。其具体程序清单如下：

Rfegadj:CLRP1．0

SETBP1．2

MOVR0，＃08H

Fregadj1:MOVA,20H

CLRC

RRCA

MOVP1．1，C

SETBP1．0

NOP

CLRP1．0

DJNZR0，Fregadj1

MOVR0＃08H

Fregadj2:MOVA,21H

CLRC

RRCA

MOVP1．1，C

SETBP1．0

NOP

CLRP1．0

DJNZR0，Fregadj2

MOVR0,＃08H

Fregadj3：MOVA，22H

CLRC

RRCA

MOVP1．1，C

SETBP1．0

NOP

CLRP1．0

DJNZR0，Fregadj3

MOVR0，＃03H

Fregadj4：MOVA，23H

CLRC

RRCA

MOVP1．1，C

SETBP1．0

NOP

CLRP1．0

第6篇

实现配电自动化的意义，主要体现在八个方面：⑴通过智能化、自动化手段，优化各种能源的配合使用，进而有效降低综合能源成本；⑵综合应用自动化技术手段、自动化管理手段，有效降低供配电运行中的能源消耗；⑶有效改善电能的消耗方式，促进节能降耗；⑷提高了电力系统运行的可靠性、安全性，保障了供配电的连续性与稳定性；⑸通过主动性、防御性、先进性的维护及服务，保证能源使用的高效、平稳；⑹大幅度提高了电力系统的管理效率，从而降低了系统的运行成本；⑺利用先进、高效的智能化诊断工具，可准确分析系统运行故障的发生原因，及早维修，以缩短故障的停电时间；⑻自动化系统还能及时监视和分析电能质量存在的问题，从而降低故障风险[1]。

2配电线路自动化功能

配电线路自动化可以实现对馈电线路的进行快速的故障定位、故障隔离、非故障区域供电恢复，最大限度的降低了因电网运行故障引起的停电范围，有效缩短了故障恢复时间。同时，配电线路自动化还实现了对10kV架空线环网配电网正常运行状态的实时、动态监控。而实现10kV架空线环网配电线路自动化功能，需要具备如下几点要求：⑴在分支线或用户出门处设置用户分界开关，达到自动切除故障的目的，从而缩小停电时间和停电面积；⑵越靠近电源侧的开关，在跳闸后所引起的停电范围便也越大，因此，应该尽量减少靠近电源侧的开关动作次数；⑶馈线出线开关跳闸会影响整条馈线的全部供电区域，应该通过增设分段开关的措施，尽可能在出线开关跳闸之前隔离故障区域，以减少出线开关动作次数；⑷馈线开关控制器应该根据需求，合理、灵活地配置多种通信模块，在开关动作后，控制器便可将预警信号上传至后台，从而缩短检查人员对故障的查找时间；⑸馈线出线开关可依靠自动化开关自动切除永久性故障区域，提高变电站出线开关重合闸成功率。

3配电线路故障处理及恢复供电模式

10kV架空线环网配电线路中，因馈线问题引起的停电问题比较普遍，一旦发生故障，必须尽快处理，才能保证供电的安全性与可靠性。而配电线路自动化，便能够在最短的时间内实现对故障的定位、隔离以及恢复供电。⑴利用故障指示器处理线路故障。于架空线配电线路上安装故障指示器，发生故障时，工作人员便可通过故障指示器及时查找到故障区段，然后再利用开关设备，对故障区段进行人工隔离，恢复正常区段的供电。该处理方式虽然简单、有效，但通过长期实践也发现，利用故障指示器处理线路故障时，造成的停电时间较长、供电的恢复也比较慢。⑵利用智能开关处理线路故障。基于故障指标器处理线路故障时存在的限制，遵循自动化处理的理念，又研制开发出了智能化开关设备，例如智能化分段器、重合器等。将智能化开关设备安装于10kV架空线环网配电线路上时，通过智能化设备之间的相互配合，便可在线路发生故障后进行就地自动隔离，进而及时恢复供电，见图1所示：⑶利用远程遥控处理线路故障。经过以上两个阶段的发展后，很多电力企业目前已加入了遥测、遥控、遥信的远程通信管理方式，该方式是指开关设备与馈线终端单元（FTU）集成，使之成为一个集传输、采集、控制功能于一体的智能型装置。将此装置与计算机控制中心相连接，便可进行实时通信，以远程遥控方式进行集中控制，当线路发生故障时，通过远程监控，可以一次性完成对故障的定位、隔离、恢复供电，以此来规避短路时电流对配电线路及其设备的冲击。

根据县级供电企业的发展现状，结合配电线路自动化运行的可行性、经济性要求分析可见，利用故障指示器处理线路故障时，虽然具有简单、有效等优点，但其所造成的停电时间较长、供电恢复比较慢，经济性要求难以满足，不建议选择。利用智能开关处理线路故障在目前供电企业中的应用也比较广泛，其能实现故障就地隔离、缩小停电范围，也无需使用其他通信手段，只通过重合器的多次重合及保护动作时间的配合，便能对线路故障进行自动定位、隔离，进而恢复供电，完全达到了按照规定的程序或指令自动进行操作或控制的要求，实现了“快、稳、准”的自动化目的，此种方式比较合理、经济的，可以推广应用。而第三阶段利用远程遥控处理线路故障属于智能化技术，其虽然比自动化技术更先进，但由于其要依靠通信才能运行，且装置结构较复杂，存在有一定的局限性，因此，应该研究基于无线通信的远程遥控装置，才能保证远程遥控的应用效果[2]。

4架空线路集中智能模式分析

4.1线路故障处理方式在10kV架空线环网配电线路自动化技术的应用下，对于线路故障的处理方式主要有集中控制方式与单元控制方式两种，最为常用的是集中控制方式。集中控制方式是指现场的FTU（馈线终端装置），将监测到的线路故障信息传达给主站，主站再根据配电网的实时拓扑结构，利用相应的算法对故障进行定位，再将命令下达到FTU，使开关跳闸，以此来隔离故障[3]。

4.2迅速恢复供电的设计文章就通过实例分析，探讨在架空线路集中智能模式下迅速恢复供电的设计：⑴可靠性预测模型。配电线路发生故障后，事件的模拟顺序为：①故障。发生故障，开关跳开，隔离故障；②上游恢复供电。将故障的上游分段打开；③下游恢复供电。因上开关断开，其他部分仍然失电，便可通过关合联络开关为下游恢复供电；④检修。排除故障，将配电线路自动化系统恢复到故障前的状态。⑵两级恢复供电。如图2所示，当故障发生后，馈线开关断开，馈线上所有用户被停电，若将上游第1个手动开关打开，A段和B段便能恢复供电，但要使A、B段同时恢复供电，便需要较长的时间。基于上述因素的制约，便可选择两级恢复供电方案：将上游第1个自动开关开断，让A段快速恢复供电，此时B段仍是停电状态，等待手动开关断开后，再合上自动开关，便可使B段恢复供电。这种方案中，A段恢复供电快速，B段恢复供电较慢，但两段都实现了在故障排除前恢复供电，同样的原理，在下游线路中也可使用两级恢复供电方案。

5结束语

第7篇

关键元器件失效机理分析

电解电容和功率开关管作为电力电子电路的关键元器件,其失效概率之和高达91%[7]。因此,本文仅研究电力电子电路中由于电解电容和功率MOSFET性能退化导致电路发生故障的情况,将其他元器件视为理想器件。电解电容的失效机理分析电解电容是电力电子系统中最易发生故障的器件,随着使用时间的增加,电解液逐渐蒸发,引起电容值C减小、等效串联电阻ESR增大,最终导致电容失效。因此,可将电容值C和等效串联电阻ESR作为电解电容的故障特征参数[810]。一般,以ESR超过初始值的3倍或以电容值减少20%作为电解电容的失效判据,即：ESR/ESR>2或C/C>20%(ESR与C分别为ESR与C的变化量)。功率MOSFET的失效机理分析功率MOSFET在电力电子电路中起到开关的作用,电压应力、电流应力、热应力和开关内部非线性效应等原因将引起开关导通电阻Rds增大、阈值电压Vth增大或跨导gm减小,从而影响开关特性。本文将阈值电压（式略）

电路的故障特征参数选取

输出电压基准变化率定义为：（式略）在电路元器件参数(电容C、电感L等)及电路工作参数(输入电压Uin、负载电阻R、开关的占空比D等)均为初始值的条件下,电路的输出平均电压。Uout表示电路输入电压同为Uin时,在元器件参数退化和电路工作参数改变的情况下,电路的输出平均电压。由电路原理及的定义可知,为Uin、C、L、D、R、ESR、Vth的函数,且能够反映电路输出电压的变化。因此,本文将输出电压基准变化率作为表征电路退化情况的故障特征参数,并将>2%作为电路的故障判据。

基于BPNN的故障诊断方法

理论证明,含有一个隐层的BPNN可以逼近任意非线性函数,其结构如（图略）,图中i为输入层神经元,j为隐层神经元,k为输出层神经元。利用BPNN进行在线参数辨识的步骤为：1)离线训练。通过直接学习系统的输入输出数据,使得所要求的误差准则函数达到最小,从而辨识出隐含在系统输入输出之间的关系,离线建立BPNN。离线建立BPNN的流程。2)在线辨识。利用数据采集系统,实时采集电路的状态信号,并进行数据处理,得到电路的状态参数。以电路的状态参数作为BPNN的输入信号,待辨识参数值作为BPNN的输出信号。电路在线故障诊断根据BPNN实时辨识出元器件故障特征参数及电路的工作参数,进而得到电路故障特征参数。将元器件及电路的故障特征参数分别与规定的阈值比较,即可确定相应元器件或电路是否发生故障。

第8篇

除了目前铁路信号电缆芯线接续主要采用的压接端子冷压法之外，现采用了一种国际领先的液态金属核心技术，其液态金属材料为铟基、铋基合金，安全无毒，不腐蚀铝和铜，且热导率高，在高于5℃的温度条件下为液态。基于这种液态金属，结合先进的工业封装设计手段，设计开发了一种低熔点金属电缆芯线连接端子。这种低熔点金属电缆芯线连接端子的结构特征在于：端子外观为一个封闭的圆筒，两端有能插入低熔点金属电缆连接端子三维结构示意图电缆的小孔。端子由充注低熔点金属的腔体、一对硅胶密封圈、一对金属弹片以及一对单向卡子组成。端子腔体内充注的低熔点金属在常温下为液态，是实现两电缆导电连接的连接材料；硅胶密封圈置于低熔点金属腔体的两端，用于密封低熔点金属，防止泄漏，同时起到防潮防水的作用；金属弹片可防止硅胶密封圈的松动，进一步保证低熔点金属的密封性；单向卡子置于端子两端，使电缆插入后不会向外脱落，起到固定电缆芯线，防止电缆芯线脱落的作用。其接续效果如图2所示。这种低熔点金属电缆芯线连接端子的工程应用特点在于：接续操作不需要使用任何工具；螺旋卡片防松设计可以提供一个很大的抗拉强度；由于硅胶塞具有优越的弹性和密封效果，可以将导线面、液态金属与空气隔绝，保证良好的气密性，防止接触面氧化，有效减少接触电阻的产生；由于液体在固体表面有 润湿性，能使导线与液态金属以最大的面积接触，接触电阻小，可以保证端子接续后接触电阻的稳定。

2内屏蔽层接续工艺改进

目前内屏蔽层接续工艺主要有2种，一是采用双铜环对屏蔽铜网和内屏蔽层进行压接，此种方式的缺陷在于容易造成芯线“皮－泡－皮”绝缘层的损伤。二是采用一截铜网与待接续的内屏蔽层重叠搭接，再用塑料扎带进行绑扎紧固，该方式不能保证内屏蔽层与铜网之间的可靠连接，尤其是当灌入冷封胶时，冷封胶逐渐渗入到内屏蔽层与铜网之间的接触面形成绝缘层。在这种情况下，如果有外界干扰电流在内屏蔽层上引起较大的纵向电动势，就会在内屏蔽层与铜网的接续处造成发热，甚至产生烧损电缆的严重后果。因此，必须采取技术手段实现内屏蔽层与接续铜网之间的可靠电气连接。为保证可靠接续，采用一种含有低熔点金属的焊锡膏进行快速焊接。具体方案如下：将内屏蔽层剥开2cm，在内屏蔽层与四线组之间缠绕一圈云母纸。在内屏蔽层与接续铜网接头处的接触面上，均匀涂抹一种含有低熔点金属的焊锡膏。将排流线（内屏蔽层与四线组间或在内屏蔽层外有一根铜导线称为排流线）缠绕绑扎在铜网与内屏蔽层的接头处，起到一定的固定作用。4．用电子气焊枪加热使焊锡膏熔化，实现内屏蔽层、接续铜网、排流线三者的可靠接续。经过反复实践操作，得出“锡膏焊接法”的特点：一是焊锡膏可以直接涂抹在屏蔽层与铜网的接触面上，比使用普通焊锡丝操作起来更方便；二是焊锡膏含有助焊剂和焊料粉，与普通焊锡丝相比更易融化，所需加热时间更短，四芯组外包裹云母纸，起到隔热、防火和绝缘的作用，仅这两点就可以避免损坏芯线绝缘层；三是焊锡膏在加热过程中有较强的去氧化膜功能和较好的粘附性能，焊接质量可靠。

3成端工艺改进

内屏蔽铁路数字信号电缆在结构上与普通铁路信号电缆相比，增加了内屏蔽层及排流线。内屏蔽铁路数字信号电缆引入室外信号箱盒进行成端时，要求将内屏蔽层及排流线引出并接地，这就是内屏蔽铁路数字信号电缆成端工艺的关键点。目前，施工单位常用的工艺，是采用铜压接管来压接内屏蔽层、排流线和引出线。然而，内屏蔽铁路数字信号电缆芯线的“皮－泡－皮”绝缘层在外力作用下容易损伤，作业人员难以掌握恰当的压接力度，一旦力度过大就会损伤芯线绝缘层，如果施工时只是破皮而未完全破损，那么这一隐患点就难以及时发现，只会在日后的运营过程中随着列车震动造成的摩擦最终破损而导致芯线对地绝缘不良。因此，解决这一问题的关键在于施工过程中要尽量避免对芯线“皮－泡－皮”绝缘层的挤压。经过大量工程实践摸索，建议采用一种含有低熔点金属的焊接材料进行焊接，来替代原来普遍采用的铜环压接或普通焊锡丝焊接工艺，具体操作如下：首先将内屏蔽层与四线组剥离开，再采用一种基于低熔点金属构成的焊锡膏将7×0．52塑料铜芯线与内屏蔽层进行焊接，焊接完成后认真整理内屏蔽层，可采用棉布隔离内屏蔽层与四线组，以防铜屏蔽层割伤芯线，由此杜绝损伤电缆芯线。

4结束语

第9篇

【关键词】数字电路课程；实践平台；工程设计；实验

1概述

在教学过程中，具备数字系统设计实践工程能力，涉及相关数字系统课程体系教学与实践，在各高校的电气、电子信息类专业中，数字电路是一门专业基础课程，随着数字技术应用领域的不断扩大，在后续专业课程中，显而易见，随着电子产品数字化部分比重增大，它在数字系统设计中基础性地位越来越突出。

因此，培养适合现代电气、电子、信息技术发展的卓越人才，创新数字电路的课程几次理论与工程实践教学迫在眉睫。

根据我校近几年电气、电子课堂教学的实践情况，数字电路课程应该以面向应用的数字电路设计为核心，在熟练掌握基本电路教学内容的基础上引入先进的数字系统设计方法的课程教学和实践内容。

工程实践过程中，逐步从自底向上的设计方法逐步转变到自顶向下的设计方法中来，以教师科研应用来拓展，以全面培养优秀数字设计卓越技术人才[1]。

2探索构建数字电路教学中的多层次的创新实践平台

2.1多层次的数字电路创新实验平台构思。

面向卓越人才培养的数字电路课程创新实践教学，可以分层次进行在各个教学阶段逐步推进，包括：面向基础的数字设计的基本原理与工程创新实验教学模块、面向应用的数字电路课程设计教学和结合科研项目的创新实践平台[2][6]。

多层次的数字电路创新实验平台架构如图1所示。

2.2数字设计的基础原理与实验教学。

数字电路基础原理和实验教学是数字系统设计的课程体系的基础入门阶段，是培养数字逻辑代数与逻辑电路的重要过程，大类可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路，其中时序逻辑电路主要包括：锁存器、触发器和计数器，组合逻辑电路包括，编译码器、多路复用器、比较器、加（减）法器、数值比较器和算术逻辑单元等。教学的目的是训练学生掌握组合和时序逻辑电路坚实理论基础，使学生掌握数字电路的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，不但要注重基本数字电路与系统设计理论的理解，同时让学生在学习中逐步了解面向应用和现代科技进步数字电路新的设计理念[2][3]。

2.3面向应用的数字电路课程设计实践教学。

随着电子设计自动化技术（EDA）和可编程器件（CPLD）的不断发展和应用，以EDA技术为主导的数字系统理念已经成为企业工程技术的核心。数字电路课程设计主要培养学生利用中小规模数字集成电路器件和大规模可编程器件进行数字电路设计和开发能力。在卓越工程师培养背景下，结合前阶段数字电路课程理论教学和实验教学的实际情况及EDA技术的发展状况，适时进行数字电路课程设计和EDA技术课程的综合衔接，以及课程深度融合[4]。主要内容包括：

2.3.1基于Multisim等相关软件的数字系统仿真实验。可以构建虚拟数字实验系统，不但较好地模拟实物外观外，还可以利用系统提供的实验平台开展实验的设计、仿真，进行实验内容的逻辑验证。

2.3.2基于通用和专用数字芯片的数字系统设计。其主要特点是有很好的直观性和具体性。

2.3.3基于硬件描述语言（HDL）的数学系统硬件描述。采用硬件描述语言实现数字逻辑设计，基于EDA环境仿真和验证。可以结合上述（1）和（2）的优点，采用硬件设计软件化技术应用于数字电路课程设计的实验教学中，通过综合性实验的自行设计和实验，对实验内容、实验规模、实验方法进行了综合创新设计[5]。

2.4结合科研项目的数字设计实验创新平台。

在高等院校，教师即承担教学任务，同时有各自的科学研究方向，同学们可以根据自己的研究兴趣，加入教师的科研团队，形成教学与科研互利的良性循环。面向卓越工程师培养的数字系统设计，可以借助横向或纵向科研项目形成综合教学体系。比如：搭建在线可编程门阵列（FPGA）创新实验平台，形成数字电路、电路线路课程设计、可编程逻辑器件以及集成芯片系统设计，形成面向数字系统设计的课程体系[3]。同时，应用高校与知名企业建立的校企合作平台，把企业界的研究信息和研发需求引入到教学平台，开拓了学生的研究思路和视野，提升了学生设计复杂数字系统的能力；目前，我校正在与国际知名的半导体公司Xilinx、Altera和Cypress陆续建立卓越人才大学培养计划，利用大学设置小学期，在FPGA和PSoC开发平台上进行了面向实际应用的数字系统设计，在实践平台上不仅有学校的任课教师，还有知名企业派来的一线工程师指导同学们的实践，相比改革前，取得很好的实践效果，同学们的数字系统设计水平得到了提高，同时在编程、接口、通信协议等方面也有了深刻的认识。

对于优秀的学生，借助全国各种形式的大学生电子（信息）设计竞赛这个创新平台，组织他们积极参与，激发他们的学习研究兴趣和创新意识，综合所应用的数字系统设计知识，发挥竞赛团队的协作精神。每年，我们都有部分优秀学生通过努力，创新设计的作品获得专业认可，并取得了良好的参赛成绩，也使得数字设计课程体系的建设上了一个新的台阶。

3基于创新平台的课程体系优化与实践

卓越工程师培养要求的数字电路系统设计课程体系协调好相关电气、电子类专业上下游相关理论课程、实验综合性设计同时得到协调发展。如何实践论文所提到的创新实验平台，应该引进现代数字设计理念，重点把EDA软件、设计工具、开发平台与传统的数字电路基础理论教学相衔接。我们在这几年对数字系统设计课程体系、创新实践教学内容等方面的进行了改革与探索，取得了一定的成效。经过这几年的实践，我们逐步构建了面向应用的数字系统设计课程优化体系[5]，如图2所示。

4不断探索数字电路理论教学内容的改革与实践

4.1以数字电路设计为目的强化基本逻辑电路理论教学。

在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些常用基本组合和时序逻辑电路，包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。

树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次，树立电路设计思想需要理论讲解与实践相结合，逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向应用的数字系统工程设计方法。

学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上，进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括：数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面较广，为了提高教与学的效果，探索总结了以下的教学重点内容，并作为教学实践中的教学切入点[1]。

随着电子技术不断发展与进步，现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计[1][2]。现代数字系统设计采用硬件描述语言（HDL）描述电路，用可编程逻辑器件（PLD）来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要，在教学过程中阐述了先进设计方法。例如：采用基于状态机的设计方法设计复杂的控制器（时序电路），应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号，应用自行设计（IPcore）软核来提高数据吞吐量[1][2][3]。

4.3深化数字电路实验教学改革。

实验实践教学过程中，注重基础训练与实践创新相结合的实验教学改革思路，加强学生工程思维训练、新平台工具的使用、遇到逻辑问题的综合分析能力，理论与实践相结合的分析能力。在实践过程中的提高创新性和综合性能力，面向应用的数字电路创新平台建设，需要不断提高课程试验、实验和实践过程在教学中的比例，在符合认知规律的同时，逐步加强来源与实际需要的综合性数字设计实验。

5结语

数字电路是电气、电子信息类专业的一门重要的专业基础课程，论文针对当今卓越工程师培养的要求，以及在教学过程中遇到的主要问题，探讨了面向应用的数字电路课程创新实践平台。提出了多层次的数字电路创新实验平台结构和面向应用的数字系统设计课程优化体系。目的在于，通过课程及相关课程体系改革与创新，使得学生更快、更好的适应现代数字技术发展的需求。

参考文献

[1]孔德明.《数字系统设计》课程教学重点的探讨，科技创新导报，2012.1，173-174.

[2]任爱锋，孙万蓉，石光明.EDA实验与数字电路相结合的教学模式的实践，实验技术与管理，2009.4，200-202.

[3]叶波，赵谦，林丽萍.FPGA课程教学改革探索，中国电力教育，2010，24，130-131.

[4]秦进平，刘海成，张凌志等.电类专业数字系统综合实验平台研制，实验技术与管理，2012.6，75-78.

第10篇

关键词：EDA VHDL 自动化 数字电路

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0033-02

数字电路EDA也是电子信息工程学院各个专业的一门必修课，它是一门实践性很强的课程，是实践教学中不可缺少的重要教学环节，EDA实验使学生了解通过软件仿真的方法可以高效的完成硬件电路设计的计算机技术，初步掌握自顶向下的设计方法、EDA设计流程等，会用原理图输入和硬件描述语言VHDL设计逻辑电路。

数字电路EDA课程是高等院校电气、电子信息类专业的一门重要的实践课程，具有理论性与实践性强的特点，优化该课程的实践教学，对提高课程教学质量至关重要，由注重传授知识向注重培养学生综合素质方向转变，随着大规模集成电路的飞速发展，电子类高新技术的开发也更加依赖于EDA技术的应用，通过实践课程，学生掌握使用EDA工具设计数字电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程。

1 优化课程的实践教学

数字电路课程引入EDA技术，不仅极大地丰富课程选题，而且同一课题出现多种实现方案，提高了学生的创新思维能力，对后续专业基础课程学习、电子设计竞赛、撰写论文等起到了启蒙和引导的作用。

2 综合运用基础知识，解决工程实际应用能力

EDA（Electronic Design Automation）是以计算机为平台，原理图输入法、硬件描述语言（VHDL）为设计语言，可编程逻辑器件为实验载体。

自顶向下的模块设计方法就是从系统的总体要求出发，自上而下地逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的总体设计。设计的三个层次如下。

第一层次是行为描述。实质上就是对整个系统的数学模型的描述（抽象程度高）。

第二层次是RTL方式描述，又称寄存器传输描述（数据流描述），以实现逻辑综合。

第三层次是逻辑综合，就是利用逻辑综合工具，将RTL方式描述的程序转换成用基本逻辑元件表示的文件（门级网络表）。在门电路级上再进行仿真，并检查定时关系。

完成硬件设计的两种选择，由自动布线程序将网络表转换成相应的ASIC芯片制造工艺，做出ASIC芯片。将网络表转换成FPGA编程代码，利用FPGA器件完成硬件电路设计。

3 应用实例

首先建立一个新的工程，然后建立新文件并输入如下的代码：

module sled（seg，dig，clock，rst_n，）；

input clock；

input rst_n；

output [7：0] seg；

output [3：0] dig；

reg [7：0] seg_reg；

reg [3：0] dig_reg；

reg [3：0] disp_dat；

reg [36：0] count；

always @ （posedge clock ）

begin

if（！rst_n）

count = 37'b0；

else

count = count + 1'b1；

dig_reg= 4'b0000；//

end

always @ （count[3]）

begin

disp_dat = {count[7：4]}；

end

always @ （disp_dat）

begin

case （disp_dat）

4'h0 ： seg_reg = 8'hc0；

4'h1 ： seg_reg = 8'hf9；

4'h2 ： seg_reg = 8'ha4；

4'h3 ： seg_reg = 8'hb0；

4'h4 ： seg_reg = 8'h99；

4'h5 ： seg_reg = 8'h92；

4'h6 ： seg_reg = 8'h82；

4'h7 ： seg_reg = 8'hf8；

4'h8 ： seg_reg = 8'h80；

4'h9 ： seg_reg = 8'h90；

4'ha ： seg_reg = 8'h88；

4'hb ： seg_reg = 8'h83；

4'hc ： seg_reg = 8'hc6；

4'hd ： seg_reg = 8'ha1；

4'he ： seg_reg = 8'h86；

4'hf ： seg_reg = 8'h8e；

endcase

end

assign seg=seg_reg；

assign dig=dig_reg；

endmodule

保存后，再编译，之后选Tools->Run EDA Simulation Tool->EDA RTL Simulation进行仿真。最后配置引脚，下载并运行。

4 营造良好的实践教学环境并建立科学的评价方法

基于EDA技术的数字电路实践教学主要由计算机，EDA软件开发工具，可编程芯片及实验硬件开发系统组成，该院已建有EDA 实验室，配有多台安装Quartus开发软件的PC机，为每人或者小组完成课题提供良好的实验条件。

如何评价设计成果，客观，合理的给出成绩，既能反映出真实水平又能激发学生的学习积极性和创新意识，不以最终结果正确性作为评价的唯一标准，而对设计过程的每个环节都给出量化的评分标准。

5 结语

数字电路实验中引入EDA技术，蕴含着数字系统设计的新思路、新方法，代表了现代数字系统设计的方向，EDA技术采用“自上向下”设计数字系统的方法，通过设计逻辑功能模块来实现数字系统功能，不仅大大提高了工作效率，而且提高了系统的可靠性，使设计更加灵活，学生在大二期间，就能够通过数字电路EDA实验，掌握EDA技术，对将来后续课程的学习，以及对学生提高创新能力，工程设计能力都是十分有利，数字电路EDA实验中应用EDA技术可使学生突破硬件资源，制作耗时的限制，充分发挥想象力和创造性，设计出别具特色的作品来，使课程设计的效果大大提高，应用EDA技术设计数字电路，可为实验的选题拓宽范围，增加了课程的趣味性、综合性、创造性，以不同类型，不同难度的设计任务供学生选择。

参考文献

[1] 邹虹.数字电路与逻辑设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

第11篇

【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法

【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。

二 计算机虚拟仿真技术

虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。

计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。

三 课程教学的若干问题及改革研究

对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。

其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。

再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。

对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。

四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用

1 课堂教学中的应用

在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:

(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:

2 实验教学中的应用

大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。

要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。

提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。

篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?

五 总结

论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。

参考文献

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第12篇

关键词：数字电路 常见故障 检测方法 技巧分析

中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0167-02

随着数字电路的广泛应用和推广，作为教育工作者的我们不但要能对数字电路的理论知识进行讲解，同时也要具备对数字电路中出现的故障进行分析，从而进一步解决的能力。只有这样才能不断提高我们的教学水平和更好地培养学生。

1、数字电路产生故障的原因

数字电路出现故障的类型很多，主要包括客观故障和主观故障两种。即一种是由电路中本身的元件的老化等所产生的故障，而另一种是由人为的疏忽产生的故障。下面就从产生故障的主观性和客观性，来对数字电路中常出现的两种故障进行分析。

1.1 客观性产生的故障

1.1.1 电子元件的参数发生变化

电子元件的参数在数字电路中所起的作用是非常重要的，细微的偏差都会产生很大的变动。因此，在数字电路中电子元件的参数发生变化，一定会使数字电路出现故障。由于电子元件在使用过程中会出现老化，进而导致电子元件参数下降。除此之外，温度的变化也会导致电子元件参数发生变化。

1.1.2 电子元件、器件等的不良接触

数字电路是由若干电子元件、器件组成的电路。因此，各个元件、器件接触的情况也会引发数字电路出现故障。由电子元件、器件接触不良引发数字电路发生故障的情况很多。例如，插件的松动、焊点被氧化、焊接不牢靠等。而这些情况都会造成电路板故障。

1.1.3 信号线的损坏

信号线在电路板中所起的作用也是不容忽视的，信号线是电路板能否正常工作的保障之一。但是由于电路板经常受潮湿和大电流等的影响，因此，就会导致信号线经常出现短路、烧损、断路等现象。信号线的损坏就会导致数字电路板无法处于正常的工作状态。

1.1.4 工作环境恶劣

由于电路板是由很多电子元件、器件组接而成的，又因为这些元件、器件的性能受环境的影响很大。因此，当电路的工作环境比较恶劣，如，潮湿、电磁场等环境，都会使得电子元器件的性能有所改变，由此也就改变了电路板的工作状态，使之出现故障。

1.1.5 使用过期的元器件

当元器件出现老化等现象时，它们的参数也会随之发生变化。因此使用一些过期的元器件，就会造成数字电路板无法正常进行工作，从而导致了电路板故障。

1.2 主观性产生的故障

1.2.1 不合理的设计产生的故障

由于数字电路板是由很多电子元器件组合而成的，因此任何一个元器件的选择和使用情况，都会对整个电路板造成很大的影响。如果选择的元器件的参数不合适，或者是在组合装配上出现错误，都会使数字电路板出现故障。

1.2.2 线路连接产生的故障

线路连接是保证电路板正常工作的重要保障之一，因为电路板中的元器件较多，这就使得线路的连接非常复杂，也不容易操作。线路连接的错误通常会导致线路之间的短路，从而使电路板出现故障。

2、数字电路中常见的故障分析

对数字电路的常见故障进行分类，主要可以分为两类。一类是逻辑故障，也就是数字电路中一些逻辑值由于故障发生变化，与规定的逻辑值之间出现偏差，甚至相反的现象。另一类就是非逻辑故障，指逻辑故障之外的其它故障。下面就针对数字电路中的逻辑故障来进行如下的分析。

2.1 固定电平故障

所谓电平故障就是指某处的逻辑电平值保持为固定电平值。当在同一时间只考虑一个电平故障时，就成为固定电平故障。在数字电路的内部故障中，都可以归为输入端和输出端的固定电平故障，这在一般数字电路中也得到了推广。

2.2 桥路故障

桥路故障是信号线的接插短路和电路工艺的不完善、松动，或者是有过长的裸线等造成的故障。主要包括两种类型：第一种是由于输入信号之间，或者是门电路输入信号之间的桥接造成的故障。另一种则是由反馈桥接造成的故障。主要表现为输入信号和输出信号之间的桥接造成的故障。

2.3 固定开路故障

这类故障是发生在CMOS电路中的。例如，当CMOS电路或非门正常工作时，电路应该能够完成或非门的功能。当电路出现既不接电源，也不接地的高阻状态时就成为固定开路故障。

2.4 信号延迟故障

有时即使电路结构没有任何的故障，电路也不会正常的工作，这时就要考虑可能是由信号延迟引发的故障。而由信号延迟所引起的故障我们通常称为延迟故障。所谓的延迟故障，就是指电路中由于各个元件的延迟变化、脉冲信号参数的变化等所产生的各种故障。

2.5 软故障

所谓的软故障就是指由电子元件、器件的参数，或者性能的不稳定，以及电路某一方面的原因等，使电路产生不稳定的现象。产生这类故障的原因有很多，例如，元器件的老化、参数的改变、性能的不稳定等。这类故障有较强的随机性和偶然性，造成这类故障的因素也有很多。例如，环境的潮湿、较强的电磁环境、电源的干扰等。由于这类故障产生的原因很多，因此在排查的过程中也是非常的困难的。

3、数字电路故障的检测方法

3.1 直接观察检测法

这种检测法是指不采用任何的辅助仪器、设备，而是通过直接观察电路来发现问题，找寻解决故障的方法。观察主要包括静态观察和动态观察（通电后观察）这两种观察方法。静态观察是指：查看器件是否插好、插对；电源是否接入电路板中；引脚是否弯折；输入端是否都已经处理好；线路是否正确的接入到电路板中，是否有短路现象；查看器件是否有发烫、发出异味、冒烟的情况。而动态观察法则是查看脉冲是否被接入到电路板中。这种方法可用于对数字电路中出现故障的初步检测，如果电路中出现这种非常明显的故障就可以直接被检测出来了。

3.2 分块测试法

如果通过直接观察的方法没有检测出故障，可以考虑用分块测试的方法。分块测试法是指根据电路的结构、功能等，把电路分成若干几个独立的电路，然后再通电分别进行测试，找出有故障的那部分电路。针对有故障的部分再采用相应的措施来找出具置。例如，计数译码显示电路，就可以根据它的特点把它分成两个部分。即计数器电路和译码显示电路。我们可以先检测计数器电路，如果计数器电路能够正常工作，再检测译码显示电路。采用这种检测方法可以大大提高检测的速度和效率。

3.3 对比替代检测法

当大概知道哪一部分电路有故障的时候，可以通过对该部分电路中的个点信号进行检测，然后在通过与正常电路相比较，找出电路中有故障的信号，从而对故障的原因进行分析和解决。

但有时候很难发现电路的故障，这时我们就可以采用替代法来检测电路的故障。所谓的替代法就是把电路中的电子元器件用同样型号、优质的器件来替代，然后再观察电路是否能够正常工作。为了安全起见，应用此方法时一定要在断电的情况下更换器件。

3.4 电阻检测方法

如果器件出现冒烟、散发出异味等明显异常现象时，应该马上切断电源，以免故障进一步的扩大。为了判断电路是否有短路现象，我们通常采用的就是电阻检测的方法。除此之外，采用电阻检测法还可以检测出底板内部和电路连线之间是否有接触不良和短路等现象。

3.5 波形检测方法

我们还可以通过用示波器对各级的输出波形进行检测，观察所输出的波形是否正常，以此来检测出电路的故障。这种方法被广泛的用在脉冲电路中。

4、结语

数字电路的广泛应用和推广，大大改善了我国各个科技领域的发展。数字电路这一门学科也早已成为各工科专业学生必修的课程之一。因此，在数字电路的教学中难免会遇到各种各样的问题，而电路中的一些故障就是比较常见的问题之一。本文作者希望通过对数字电路产生故障的原因、常见的故障分析和检测方法的阐述给置身于数字电路教学的教育工作者一些帮助。

参考文献

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[6]于云华,石寅.数字集成电路故障测试策略和技术的研究进展[J].电路与系统学报,2004,(03).

第13篇

论文关键词：EDA，实验系统，模块

 

1 引言

随着电子技术的发展及电子系统设计周期缩短的要求，EDA技术得到迅猛发展。

EDA是ElectronicDesign Automation(电子设计自动化)的缩写。EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计开发工具，通过使用有关的开发软件，自动完成电子系统设计的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术[1]。

目前，几乎所有高校的电类专业都开设了EDA课程，为加强教学效果，通常都使用专门的EDA实验箱来辅助教学，但是实验箱采用了一体化结构，所有的电路和器件都在一块电路板上，在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生的创新设计，复杂系统难以实现；实验箱体积较大，不便携带；EDA 实验箱、单片机实验箱、DSP实验箱、ARM实验箱中很多功能模块的硬件电路是相同的，但不同实验箱上相同模块不能共享，存在资源浪费。由于实验箱的上述缺点，很多高校都纷纷开始设计开发自己的实验系统模块，提高实验箱的利用率，提高学生的工程创新能力[2][3]。

2 EDA实验系统开发的特点

EDA实验系统的开发具有以下特点：

（1）实验内容由单一性向综合性发展

早期开发的EDA实验系统主要是学生用来学习EDA课程、下载程序、进行仿真的工具；使用实验系统是老师用来培养学生设计数字电路的能力、帮助学生学习和掌握开发语言的手段。因此EDA实验系统仅在电子类专业的EDA课程中使用，系统所提供的实验内容仅限于简单的数字电路设计，包括计数器、编码译码器的设计、数码管的显示等。随着EDA技术的发展，电信、通信等专业纷纷引入EDA实验系统，在“通信原理”等课程的实验教学中被广泛应用于实践[4]，实验内容也从单一的基本数字电路的设计发展到集EDA技术实验、单片机实验、DSP实验等为一体的综合性的实验平台[5]。因此，EDA实验平台逐渐面向电子信息类相关专业的学生进行课程的学习，课外竞技活动，电子类设计比赛，并逐渐用于教师进行科研。

（2）系统结构从一体化向模块化发展

早起开发的EDA实验系统在结构上采用一体化的实验箱设计，所有的电路和器件都在一块电路板上[6]。这样，系统的使用虽然可以帮助学生掌握软件的应用，但也使学生对硬件电路不了解；另外，系统在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生进行创新设计，复杂的系统则难以实现。因此在后来的EDA实验系统的开发上，大都都采用了模块化的结构[7][8]，即FPGA、单片机等做在一块核心板上，其IO口以插针形式引出，以方便和外围电路的连接；外围电路则以模块的形式单独做在不同的电路板上，比如数码管显示模块、按键模块、LED显示模块等；根据不同的实验摘要的模块搭建自己设计的电路，从而提高学习兴趣，增强实验教学的效果；此外，模块化的设计还方便老师对学生设计的重复实现，有利于教学水平的提高杂志铺。

（3）核心芯片由单一化向丰富化发展

早期开发的EDA实验系统由于仅用于EDA课程的学习，其核心芯片大都为Altera公司的FPGA等可编程逻辑器件，开发语言环境主要为界面友好、操作简便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。随着EDA技术向不同学科不同专业的渗透，核心芯片逐渐发展为FPGA、单片机和DSP器件的综合使用，开发语言也逐渐开始使用C语言或汇编语言等。这样，实验系统能提供的实验内容和规模均有所增加，除了基本的数字电路设计实验模块以外，还可以增设调制解调模块、帧同步模块、信号波形产生模块等，扩大了实验系统的使用率，使实验设备向大型化、先进化发展。

（4）使学生的学习由被动向主动发展

电子技术的发展日新月异，早期的实验平台由于其电路设计的封闭性，实验内容只停留在验证实验上，很难加入自己设计的外围电路。而模块化数字电路开放实验平台由于其接口电路的开放性，有能力的学生可以自行设计外围电路达到提高的目的，对于成功的设计还可以加到以后的实验教学中，成为具有自主知识产权的模块。

另外，由于整合了单片机、DSP等芯片的功能模块，实验内容得到很大扩展，学生在实验过程中可以拓宽知识面，主动去学习了解实验所需要的知识，学习的主动性得到很大的提高，并且，由于实验由简单的验证实验向综合的大型设计过渡，学生在实验过程中更容易理解数字电路设计中硬件的概念以及工程的概念。

学生在设计实验时，可能会用到一些实验系统没有开发出的模块，这时，学生需要自己设计该电路模块的电路图以及制作PCB板，直至实际制作出该功能模块。这样，学生除了掌握编程、还需要去学习怎样设计并制作电路板、学习该模块与核心板的接口电路设计等相关知识，因此，在实验过程中，学生的积极性和主动性得到提高。同时，由于实验的规模逐渐增加，同学之间需要团结合作才能共同完成一个实验，因此也锻炼了同学之间的团结合作精神。

3 结论

一个好的EDA实验平台，能培养学生开拓创新精神和团结协作精神、很强的实践操作能力、工程设计能力、综合应用能力、科学研究能力以及独立分析问题和解决问题的能力。我国高校现阶段所研制开发的EDA综合实验平台，能有效整合和优化多个电子类实验课程的功能，为单片机和 EDA技术等课程提供了综合实验平台，为高校培养创新性人才提供良好的实验条件和氛围。随着电子技术的发展以及EDA技术的不断深入发展，EDA实验平台的开发也将会日益完善：大规模可编程器件将被使用；实验系统将向体积小、功耗小的便携式嵌入式系统发展。

参考文献：

[1]廖超平,等著.EDA技术与VHDL实用教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007:1

[2]刘延飞,等著.开发EDA综合实验平台，提高学生工程创新能力[J]. 实验室研究与探索, 2009,26(8):63-64.

[3]范胜利.一种基于模块的EDA教学实验系统[J]. 读与写杂志, 2009,6(11):102

[4]韩伟忠著.EDA,DSP技术与通信实验装置的总体设计[J]. 金陵职业大学学报, 2002,17(1),52-54

[5]孙旭,等著.单片机、DSP、EDA的综合实验系统的设计[J]. 实验科学与技术, 2008, 6(6): 55-57

[6]雷雪梅,等著.EDA教学实验箱的设计[J]. 内蒙古大学学报(自然科学版), 2004, 35(3): 344-347

[6]刘建成,等著.EDA实验系统的设计与实现[J]. 实验室研究与探索, 2009, 28(1): 86-88

[6]史晓东,等著.数字系统EDA实验平台的应用及发展[J]. 实验室研究与探索, 2005, 24: 78-81

第14篇

【关键词】数字电路与系统实验；本科工程教育；研究性教学；交互式教学

【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate students’curiosity and creativity.Using the FPGA technology students’learning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the students’ability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.

【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching

0 引言

课程教学是高等教育的主渠道，推动课程体系创新和教学内容、方法、手段的改革，已逐渐成为高等教育创新性人才培养目标改革的趋势之一[1-3]。电子信息类实验教学是高等院校理工类专业学生重要的专业基础课，也是学生在大学教育阶段的主要工程性实践环节，它对培养学生的素质和能力十分重要，实验教学效果对学生专业技能的培养以及就业都将产生直接影响[4-8]。

数字电路与系统实验课程是数字电路理论课程学习到工程师转换的一座重要的实践桥梁。我们采用研究性教学模式为了进一步提升学生的创新意识和创新能力，创立类似科学研究的氛围，以引起学生深刻体验和共鸣。通过该实践环节的磨砺，使学生巩固和加深对数字电路和模数混合系统的理解，增强工程应用和工程实践能力，为学生参加全国大学生电子设计大赛打下了坚实的基础。电工电子实验系列课程是南京邮电大学独立设置的实验实践课程，也是重要的学科基础课程；同时也是理论性、实践性和工程技术性都很强的必修课程；是江苏省重点建设课程和省级精品课程。本文在研究性教学思想的指导下， 应用FPGA技术对数字电路与系统实验教学进行研究性教学实践， 探索实施研究性教学的教学方法。

1 授课内容的变化

目前CPLD/FPGA有着越来越广阔的应用前景，它和DSP及CPU并称为电子系统的三大基石。CPLD/FPGA具有体系结构先进、支持在线编程、应用灵活、集成度高、功能强大、设计周期短、开发成本低、开发工具先进、产品标准化程度高、性能稳定以及可在线检验等优点，被广泛应用于通信、仪器仪表、工业控制、信息处理等系统的设计与生产中。而掌握CPLD/FPGA设计技术已成为当今硬件工程师和IC设计工程师的必备技能。

在授课内容上体现了继承与发展。即：继承基于中小规模集成的电路设计并实现数字电路，发展目前产业常用的CPLD/FPGA实现数字电路。通过本课程授课内容的更新，使学生通过本课程掌握VHDL的程序设计方法与CPLD/FPGA的硬件设计与实现方法，培养在硬件、软件方面独立分析问题、解决问题的能力。

通过授课内容的变化，使学生既掌握设计与调测基于中小规模集成电路的方法，锻炼学生的基本电路的调测和差错能力，同时训练学生掌握新技术、新工艺和新软件，为学生解决复杂工程问题提供必要的知识积累。

2 授课形式的变化

依托我校电子科学与技术国家级实验中心平台，并结合授课教师的科研背景，我们编写了偏重与基础实验技术与工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教材，通过具有代表性的工程案例，强化电工电子实验课程的工程技术性，并形成电工电子实验技术知识体系。同时积极完善该课程的教学视频、电子教案、综合芯片数据表文件、实验案例以及工程案例等线上资源，保证课程的系统性与完整性。

在授课形式上打通理论课和实践课程的鸿沟，将数字电路理论课中的设计报告和研究报告在实践课程中加以实现。要求实验报告都要以科技论文的形式书写，尽早锻炼学生的实验设计能力和文字表达能力，提升学生的研究和沟通能力。

3 考核形式的变化

针对研究性教学的形式，我们构建了多元化的考核方式。评分标准既包括了平时实验报告的提交与报告质量、实验操作情况、期中考试成绩和期末考试成绩，同时还包括了交互式学习的内容。在传统的“平时+期中+期末”考核方式的基础上，加入了平时实验操作成绩。考试和期中测验允许学生携带自行准备的参考资料进入考场，同时试卷分为实践部分（60分）和实验技术与实验理论部分（40分）。同时，由学生自主完成各种创新实验，培养学生的工程实践能力和创新能力。这种灵活的考核模式，有利于学生锻炼工程实践能力，完备学生的电子电路设计与实现的知识体系。

4 结束语

针对学生在工程实践、创新能力薄弱的难题和瓶颈，我们在电工电子实验实践课程中引入研究型教学模式，以有效地培养学生的创新能力。改进教学内容，切实倡导以学生为主体的教学模式，促使学生主动学习，独立思考，营造了良好的学习氛围。该教学改革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系的改革与创新，学生参加创新实践活动积极踊跃，表现出极大的热情和自信，参加竞赛并获各类奖项越来越多。我校在大学生电子设计大赛、挑战杯、全国大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要赛事中，屡创佳绩，近3年来获得省级以上大学生电子类设计竞赛奖共计近200项，其中国家级90余项。基于研究型的数字电路与系统实验实践课程改革有效地提升了学生的综合素质和创新能力。

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第15篇

    USB2.0(通用串行总线)已经成为PC外设接口标准。但USB2.0接口芯片技术只被Intel,Philips等少数国外大型半导体厂商占有,在国内还是空白。无论从市场需求,还是从促进我国芯片设计能力来说,开发具有我国完全自主知识产权的USB2.0接口芯片都是非常迫切的一个问题。

    接口芯片中高速(480Mbps)及模拟电路部分是设计的难点所在,本论文首次引入基于数字的模拟化设计技术(DBA),并成功应用到发送器电路、数据恢复电路、时钟发生电路(DLL)等关键模块的设计之中。 DBA技术的核心在于:将数字电路设计的思想渗透到模拟、混合信号电路设计中,使用数字算法将尽可能多的电路设计放在数字一边。由于采用了数字技术来实现模拟电路部分的功能,因此这种全新的设计方法可以避免模拟、混合信号电路中参数调整和工艺控制的难点,提高电路设计精度和稳定性,并降低噪音影响,是一个好的解决方案。

    在发送器电路的设计中,论文在同一结构电路中兼容高速和全速两种模式,不仅降低了芯片设计复杂度,而且减少了芯片引脚处的额外电容及芯片面积;在接收器电路的设计中,论文采用了经优化的新型拓扑结构,提高了数据采样和接收精度;在数据恢复电路中,论文提出了新颖的基于5-倍DLL-过采样的数字算法和查找表技术,可省去繁杂的时钟恢复过程,同时提高了高速数据信号对相位偏移(skew)和抖动(jitter)的容忍度。

    基于TSMC0.25um CMOS混合信号工艺,用于功能外设的USB2.0接口芯片采用自顶向下的设计方法。芯片的核心组成部分,即发送器、接收器电路以及能隙基准电压源已经在上海集成电路产业化基地参加MPW流片,测试结果表明:在正确的基准电压偏置下,芯片发送、接收功能参数指标符合USB2.0协议要求。 另外,Link层中新型数据处理电路、“PLL+DLL”结构的五相高精度等间距时钟产生电路也在相应的后仿真结果中得到成功验证