時間：2023-10-13 16:13:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數字電路的設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【摘要】順應時代的發展，高速大規模、超大規模數字集成電路不斷涌現，在高速數字電路的設計中，需要對數字電路的噪訊干擾進行處理，要注意把握數字技術與模擬技術的融合，數字集成電路的選擇都是應該注意的問題。
【關鍵詞】高速數字集成電路
有人認為線傳播延時大于數字信號上升時間的一半才能稱得上高速數字電路，這是根據信號沿變化的速度來定義的。在高速數字電路的設計中需要從以下幾個方面來把握，防止產生各種的問題。
首先要對數字電路的噪訊干擾進行處理。因為在數字電路中我們會經常采用布爾代數的數學方法，用來描述事件之間相互的邏輯關系。和一般普通代數層面中的變量不一樣，邏輯變量則是用來描述邏輯關系中的二值變量，即用1和0這兩個值來表示對立的邏輯狀態。數字電路依照0和1的穩定情況來作為運算基礎，所以這其中就會存在噪訊界限。相對于模擬電路而言，數字電路有著非常強大的噪訊。數字電路中，數字信號因為與電流變化中磁數變化的誘導電壓的影響，電流變化就會在某個地方形成了噪訊的產生地，這又與電路長度、回路的面積息息相關。數字信號轉變時會帶來過渡性的電路，進而帶動導體產生噪訊電壓，再加上噪訊電流的流動會容易造成數字電路的誤動作。電路的阻抗越高受到外部噪訊干擾就越容易，對抗噪訊的干擾除了控制噪訊電壓以外，還應該加大結合阻抗，同時減少輸入阻抗。數字IC中如果空端子表現出open的狀態就會使阻抗變高，這進而又會導致數字電路極容易受到噪訊的誤動作干擾。所以，數字IC的空端子需要連接電阻與電源。多層板信號線的阻抗，因為導線系設在背景的表面上，所以也可以減低阻抗的效果。
其次，要注意把握數字技術與模擬技術的融合。因為LSI和IC本身的高速化，為了能夠使機器能夠同時達到正常運行的目標，所以這就難免會使得技術的競爭越來越激烈。盡管系統構成的電路不一定有clock的設計，但是毋庸置疑的是系統是否可靠必須要考量到選用電子組件、封裝技術等綜合因素上。數字或模擬電路的極其小型化、多功能化、高速化會使得小功率信號與大功率信號、低輸出阻抗與高輸出阻抗、小電流與大電流等問題常常會在同一個密封密度的電路板中出現，設計人員置身于這樣的環境就將面對如此高難度和富有設計思維的挑戰。
最后，數字集成電路的選擇上也需要注意。基本門電路是由簡單的分離元件構成，雖然設計起來比較容易簡單，但是運行和反映的速度很多時候相對較慢，負載承受的能力也較差，電氣的性能也有待進一步提高。目前使用得最為廣泛則是數字集成電路。其優點是：體積較分立元件設備小幾百倍；抗干擾能力強；故障率和功耗率都很低，輸出電阻低；輸出特性好；穩定性強。數字集成電路中又以是CMOS和TTL系列電路這兩種為主。CMOS系列器件的工作電壓在3～18 V之間，TTL系列的工作電壓是5 V，所以CMOS電路的工作范圍相對較廣，其噪聲的容限也較大，所需要消耗的功率相對較低。盡管CMOS的電路輸入端進行了保護電路的設置，但是因為限流電阻的尺寸有限和保護二極管，這就會難免使得其承受的脈沖功率和靜電電壓受到限制。CMOS電路在運輸、組裝和調試中因為不可避免的會接觸到靜電和高壓的物件，所以要保護好輸入的靜電。此外，CMOS還會產生電路鎖定效應，為了安全和方便的使用，人們一直在致力于從設計和制造上排除鎖定效應的研究。因為，集成電路的要求都比較高，需要先進行芯片的設計和程序的編制，但是更多的時候在使用現成數字電路中進行了簡單的分析，這是非常不夠的。專用的集成電路是一種新型的邏輯器件，因為其具有靈活性和通用性的特點，所以成為了對數字系統進行設計和研制的首選器件。總的來說，數字電路在今后的發展中還有廣闊的空間，但是其基礎知識不會發生改變，如何進行進一步的改進，這就迫切需要新型的數字人才去發現并改進當中不大完善的地方，完善和彌補電路中的每一個缺點和不足，使得當中各個部分和環節都能發揮最大的作用。
最后數字電路系統設計也需要從原理方案出發，把整個系統按照一定的標準和要求劃分成若干個單元電路，將各個單元電路間的連接方式和時序關系確定下來，在這個前提下進行數字電路系統的實驗，最終完成總體電路。數字系統結構由時基電路、控制電路、子系統、輸出電路、輸入電路五部分構成，當中數字系統的核心是控制系統。數字電路系統的設計有分析系統要求、設計子系統、系統組裝和系統安裝調試等步驟組成。數字電路系統的設計也不是一次兩次就能完成，需要設計人員進行反復的測試。
參考文獻
[1]黃得勇.高速電路設計中的信號完整性研究[M].電訊技術，2004，20（2）：149-152
【關鍵詞】MAX+PlusⅡ軟件;數字電路設計;實例應用
在當代社會,電子產品更新換代的速度越來越快,以往的電路設計方法已經適應不了這種挑戰,隨著可編程邏輯器件集成規模的不斷擴大,EDA(Electronic Design Automation)技術在現代電子系統設計領域的優勢已有所突顯。
EDA技術是指以計算機為工作平臺,融合了電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果的現代電子設計技術。美國Altera公司推出的MAX+PlusⅡ軟件被公認為是最易使用、人機界面最友善的PLD開發軟件,現已成為電子系統設計、電子產品開發領域中一種全新的手段和便捷的方法。
一、MAX+PlusⅡ簡介
MAX+PlusⅡ可編程邏輯開發軟件結合了框圖界面和交互仿真能力的系統級設計和仿真工具,不用搭建硬件電路,即可對自己的設計進行調試、驗證,借助模擬示波器等虛擬設備直觀顯示仿真動態結果。而且設計者可以在友好的界面下很簡便、高效地設計出各種復雜的專用IC。因此,MAX+PlusII對改善硬件系統設計環境,培養學生應用系統級設計的能力,培養具有創新精神的應用型、復合型專門人才有很大的推動作用。MAX+PlusⅡ軟件的主要功能和特點有:
(1)設計輸入、編譯、校驗、仿真、器件編程與配置全部集成在統一的開發環境中,可以加快動態調試,縮短開發周期。
(2)設計環境與芯片結構無關,它支持EPF10K等可編程邏輯器件系列,編譯程序還提供強大的邏輯綜合與優化功能。
(3)有豐富的模塊化設計工具和器件庫。
(4)支持VHDL, Verilog HDL和AHDL等硬件描述語言。
(5)提供Megacore系統級功能。
(6)具有開放性的特點,他允許設計人員添加自己的宏函數。
二、MAX+PlusⅡ設計流程
MAX+PlusⅡ軟件提供了一種與結構無關的設計環境,其全面的邏輯設計能力,使設計者只需運用自己熟悉的輸入工具(原理圖、硬件描述語言)進行設計,就可以將文本、圖形、波形等設計方法任意組合,建立起有層次的數字系統,MAX+PlusⅡ把這些設計轉換成最終結構所需要的格式。而MAX+PlusⅡ的編譯器則可完成資源利用的最小化和邏輯綜合,把設計裝配成1個或多個器件并產生編程數據。此外,還可進行功能仿真、定時仿真、延時預測等設計校驗。使用MAX+PlusⅡ設計數字系統的步驟如下:
(1)設計輸入 用戶可使用MAX+plusII 10.0Baseline提供的圖形編輯器和文本編輯器實現圖形、AHDL、VHDL或Verilog HDL的輸入,也可輸入網表文件。
(2)編譯 為完成對設計的處理, MAX+plusII10.0 Baseline提供了一個完全集成的編譯器,可直接完成從網表提取到最后編程文件的生成。在編譯過程中生成一系列標準文件可進行時序模擬、適配等。
(3)項目校驗 項目校驗過程包括功能和時序仿真,其作用是測試邏輯操作和設計的內部定時,若有錯誤則進行修改并重新編譯。
(4)項目編程 將設計的項目編程/配置到所選擇的器件中。
三、數字電路設計舉例
本例用VHDL語言來實現8選1多路選擇器,編寫程序如下:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164 .all;
entity mux is
port(D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7: in std_logic;
A0,A1,A2: in std_logic;
Q: out std_logic);
end mux;
architecture rtl of mux is
signal sel: std_logic_vector(2 downto 0);
begin
sel
B:process(D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,sel)
begin
if(sel="000")then
Q
elseif(sel="001")then
Q
elseif(sel="010")then
Q
elseif(sel="011")then
Q
elseif(sel="100")then
Q
elseif(sel="101")then
Q
elseif(sel="110")then
Q
else
Q
end if;
end process;
end rtl;
上述8選1多路選擇器經過時序仿真、功能仿真,仿真結果如圖1所示,結果完全達到了設計目的,仿真通過后就可將設計結果編程/下載到目標器件中去。
四、結束語
EDA技術是電子設計的發展趨勢,利用EDA工具MAX+PlusⅡ可以代替設計者完成電子系統設計中的大部分工作,能夠方便靈活地設計出體積小而系統性高的數字電子系統,徹底地改變傳統數字系統的設計方法、設計過程乃至設計觀念,拓寬了電子設計和產品開發的思路,是電子技術設計領域的一場革命。
【參考文獻】
論文摘要：結合高職院校數字電路實驗教學現狀，以培養學生的電子設計能力、實踐能力與創新能力為目標，對數字電路設計性實驗進行了研究，提出了構建實驗課程體系、加強實驗教師隊伍建設、完善實驗考核機制等措施，取得了良好的教學效果。
隨著高職院校實驗教學改革的深人，實驗教學已成為高職院校教學工作的重要組成部分。實驗教學已從過去單純的驗證性實驗逐步深人到綜合性、設計性實驗，從利用實驗來加深對已學理論知識的理解，深人到將實驗作為學生學習新知識、新技術、新器件，培養學生實踐能力、創新能力的重要目的仁‘〕。
1高職院校實驗教學存在的問題
數字電路實驗是高職院校電子信息類、機電類專業必修的實踐性技術基礎課程，對培養學生的綜合素質、創新能力具有重要的地位。在傳統的實驗教學中，數字電路實驗教學多以驗證性實驗為主，并按實驗指導書的實驗步驟去完成實驗，這種實驗教學模式禁錮了學生的創新思維，失去了“實驗”真正的含義，培養出來的學生實踐技能差，無法達到高職教育人才培養的要求〔2)0
2開設數字電路設計性實驗采取的措施
通過多年來的實驗教學改革實踐，證明了開設設計性實驗有利于鞏固課堂所學的理論知識;有利于提高學生電子系統設計能力、綜合素質、創新能力[’]。2005年我校電子技術實驗教學中心(以下簡稱中心)以“加強基礎訓練，培養能力，注重創新”為指導思想，在面向各類專業的數字電路實驗教學中，開設了以學生為主、教師為輔的數字電路設計性實驗教學，取得了良好的教學效果。
2. 1構建實驗教學課程體系
數字電路設計性實驗是一種較高層次的實驗教學，是結合數字電路課程和其它學科知識進行電路設計，培養學生電子系統設計能力、創新能力的有效途徑，具有綜合性、創新性及探索性[[4]。數字電路設計性實驗是學生根據教師給定的實驗任務和實驗條件，自行查閱文獻、設計方案、電路安裝等，激發學生的創新思維。設計性實驗的實施過程，如圖1所示。
為了提高學生的電子設計能力和創新能力，中心根據高職教育教學特點與規律，構建了基礎型、提高型、創新型三個遞進層次的數字電路設計性實驗課程體系。三個實訓模塊的內容堅持以“加強基礎型設計性實驗，培養學生的電子設計能力、創新意識”為主線，由單元電路設計到系統電路設計，循序漸進，三年不斷線，為不同基礎、不同層次的學生逐步提高電子設計能力、創新能力的空間，如圖2所示。
基礎型設計性實驗是課程中所安排的教學實驗，學生在完成了驗證性、綜合性實驗以后，具有了一定的實驗技能，結合數字電路的基本原理設計一些比較簡單的單元電路，學生按照教師給出的實驗要求根據實驗室所擁有的儀器設備、元器件，從實驗原理來確定實驗方法、設計實驗電路等，且在規定的實驗學時內完成實驗。如表1所示。這一階段主要是讓學生熟悉門電路邏輯功能及應用，掌握組合邏輯電路、時序電路的設計方法，培養學生的設計意識、查閱文獻等能力。
提高型設計性實驗對高職院校來說，可認為是數字電路課程設計。它體現了學生對綜合知識的掌握和運用，課題內容是運用多門課程的知識及實驗技能來設計比較復雜的系統電路，如表2所示。整個教學過程可分10單元，每個單元為4學時，每小組為一個課題。學生根據教師提供的設計題目確定課題，查閱文獻、設計電路、電路仿真、電路安裝調試、撰寫課程設計報告等，完成從電路設計到制作、成品的全部實踐過程。通過這一階段的訓練，學生的軟硬件設計能力進一步提高，報告撰寫趨于成熟，善于接受新器件，團隊協作趨于成熟。
創新型設計性實驗主要為理論基礎知識扎實、實驗技能熟練的優秀學生選做，為“開放式”教學，實驗內容主要是結合專業的科研項目、工程實際及全國或省級電子設計競賽的課題。通過創新型設計性實驗，強化學生電子系統設計能力，充分發揮學生的潛能，全面提高學生的電子系統設計能力、創新能力，為參加大學生電子設計競賽奠定堅實的基礎。
數字電路設計性實驗課程體系將數字電路基本原理、模擬電路、eda技術等多門課程知識點融合在一起，從單元電路設計到系統電路設計，深化了“系統”概念的意識。在每一輪設計性實驗結束后進行總結，開展學生問卷調查，對設計性實驗的教學方法、手段等進行全面評估，從而了解設計性實驗教學的效果。在實驗過程中，實驗教師鼓勵學生從不同角度去分析，大膽創新，設計不同的方案。
2. 2加強實驗教師隊伍的建設
近年來，中心依托省級精品課程“數字電路與邏輯設計基礎”、省級應用電子技術精品專業建設，合理規劃，制定了實驗教師隊伍培養計劃;專業教師定期到企業培訓;專職實驗教師參加實驗教學改革研討和對新知識、新技術的培訓;同時制定優惠政策，吸引企業中具有豐富實踐經驗的工程師、技師到實訓基地擔任實驗教師tb}，形成一支能培養高素質技能型人才、能跟蹤電子信息技術發展、勇于創新并積極承擔教學改革項目的專兼職結合的實驗教師隊伍，實現了實驗教師隊伍的整體優化。
2. 3開放實驗室
為了保證設計性實驗教學的有效實施，中心實行時間和內容兩方面開放的教學方法。學生除了要完成教學計劃內指定實驗外，還可以根據自己的專業和興趣，選擇規定以外的實驗項目。為了提高設計性實驗的教學效果，學校制定了系列激勵政策，調動了實驗教師及學生的積極性。
2. 4建設創新實訓室
為了培養學生的電子設計能力、創新能力，給優秀學生營造良好的自主學習環境，提供展現創新設計的舞臺，中心先后投人了30多萬元，更新了實驗儀器設備，建設了一個軟件環境優良、硬件條件先進的創新實訓室。該實訓室配置了計算機、函數信號發生器、頻率計、掃頻儀、數字存儲示波器、單片機系統設計實驗開發系統、打孔機、制版機等儀器設備〔7〕。
2. 5完善實驗考核機制
對于數字電路設計性實驗的考核，不能僅靠一份實驗報告或作品來評定成績，要關注設計方案的可行性、實驗過程中學生的操作能力、創新能力等方面。如以100分計，分別從實驗設計方案(20分)、實驗方案的實施和完善(40分)、設計的創新性(20分)、實驗報告或論文、成品(20分)幾個環節來評定學生的實驗成績。為了激勵優秀學生，激發創新欲望，中心建立了“創新設計性實驗優秀論文、作品評獎制度”，對經專業教師評審選出的優秀論文、創新作品的學生給予表彰、獎勵。
關鍵詞：LED路燈 光伏 充電樁 綜合
中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）04-0145-01
1 引言
安裝獨立的充電樁需要建樁破路，不僅涉及到多個部門，面臨用地貴、征地難的問題，還涉及到電線設施鋪設、充電樁安裝施工、設置固定停車位等環節是一樁不小的土木工程。而利用路燈節能改造開發路燈充電樁則可以有效地規避這些問題。
2 總體設計方案
在進行路燈改造時，利用光伏發電得到標準的直流電源，為 LED路燈進行直流供電，與此同時在LED路燈支架中設計一個直流充電樁設備，實現對電動汽車的充放電。系統總體框圖如圖1所示。
2.1 光伏發電設備的設計
在進行光伏發電設備的設計時，考慮到用電的安全性，我們單個升壓電源模塊采用低壓供電的方式，其輸出電壓保證在36V，并且為了保證其能達到大功率輸出的目的，輸出端采用并聯結構與串聯結構混合的方式，原理框圖如圖2所示。
對于圖2中的升壓電源，我們用單片式的結構，所用的芯片是XL6009。其電路圖如圖3所示。
XL6009的5腳為電壓反饋端，其可以保證輸出電壓的穩定性，其中輸出電壓的表達式為：
（1）
由（1）式可知，只要調節R2與R1的比值便可使輸出電壓達到36V，在本文中取R1=28K，R2=1K。
值得注意的是，在本文中為保證光伏發電設備可以有足夠的輸出功率，輸出端采用了用多個升壓電源并聯與串聯結合輸出的結構。其中，單個升壓電源輸入電壓與輸出電壓在空載時的測試數據如下表1：
由表1可知：當輸入電壓變化是，輸出電壓基本保持不變，該升壓電路具有良好的電壓穩定能力。
2.2 路燈照明電路的設計
其設計過程主要包括：變壓器的設計、恒流反饋電路的設計。對于變壓器的設計，它作為驅動電源的核心部件，主要與驅動電源的功率、工作頻率、占空比、輸出電流等息息相關。設計變壓器時，就是選取一個合適的參數，使得電源的效率最高，發熱最小。在本文中，考慮到輸入電壓為300～400V，輸出電流為2A，輸出功率為100W，我們利用查表法選擇變壓器的型號為EE35（材質為PC40）[1]，再結合相關的計算公式及后續的調試，最終取原邊線圈匝數為，次邊線圈匝數為，輔助線圈匝數為，氣隙取0，31mm初級線圈采用0，4mm的漆包線，次級和輔助采用0，3mm的漆包線。對于恒流反饋電路的設計，如圖4所示，我們選用型號為 LM358 的運算放大器，V2主要是給運算放大器和穩壓二極管 Z1進行供電[2]。同時V2經過分壓后提供一個基準電壓，接入到運算放大器的正向輸入端，通過改變基準電壓便可改變輸出電流，由于本文需要輸出2A的電流，故取此基準電壓為0，1V。
其總體電路圖如圖4所示。
2.3 充電樁的設計
考慮到光伏發電設備提供的是直流電，故在本文中涉及的充電樁為直流充電樁，其工作原理為：將光伏發電設備提供的直流電直接提供給IGBT橋，控制器通過控制IGBT橋將直流電壓轉換為脈寬調制的交流電壓，接著，經脈寬調制的交流電壓通過高頻變壓器隔離，最后經過整流濾波后給電池組充電。其原理框圖如圖5所示。
3 PCB設計
對于PCB設計主要注意以下幾點[3]。
（1）對于升壓電源部分，其電壓輸入端到XL6009的電源和地端，應使用單點接地，減小電磁干擾。（2）對于電路中有大電流經過的部分應盡量減小其閉環回路的面積，且走線要寬。（3）對于有高電壓的接觸點，要加大接觸點的面積。（4）對于發熱量大的器件，應放置在PCB板的邊緣，加強其散熱功能。
4 結語
本文提供了一種帶充電樁的LED路燈設計方案。經測試，該方案可對100W的LED路燈進行照明，且隨著光伏發電設備的增多，整個供電網絡能提供的最大功率也線性地增加。
參考文獻
[1]趙同賀，開關電源與LED照明的設計計算精選[M]，北京：機械工業出版社，2013（8）：20-21，
關鍵詞：計算機 高速數字 電路設計技術
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00
1引言
高速數字電路的含義是通過電路，高速變化信號出現電熔以及電感等性狀，計算機高速數字電路涉及兩方面的技術，分別是計算機技術以及電子技術，優化了電路的所有參數，保證高速數字電路系統可以正常的運行。在進行高速數字電路設計時，最為關鍵的是合理搭配各個元件，這樣才有利于電路信號以及相關元器件的穩定運行。
2影響計算機高速數字電路設計技術的問題
2.1 來自于信號線之間距離
高速數字電路設計技術的出現，對于計算機電子技術來講，是一個很大的進步。不過目前這種技術還不成熟，還有很多弊端。舉個例子，信號線之間的距離也對其帶來一定的影響，通常來說，印刷版電路的密度越大，信號線之間的距離就會變小，同時，還會增加電磁耦合度，如果沒有充分注意到這個問題，就會導致信號之間相互干擾，而且這種現象會越發的嚴重。
2.2 阻抗不能匹配
對于信號傳輸線來說，最主要的就是阻抗，但是目前在進行高速數字電路設計時，阻抗不能匹配的情況時有發生，這會引起反射噪聲的出現，從而影響到信號的完整性。
2.3 來自于電源平面之間電感以及電阻方面的因素
具體來講，計算機高速數字化電路設計技術就是結合具體條件，通過電子技術完成設計，在很大的范圍內得到了推廣。目前，在進行計算機高速數字電路設計時，因為電源平面之間是有電感以及電阻存在的，如果同時進行所有的電路輸出，就會在電路上形成巨大的瞬間電流，影響到電源線電壓以及極端級的電路地線，嚴重時還會造成波動。
3深入探討計算機高速數字電路技術
3.1 通過科學的設計保證完整的計算機高速數字電路信號
我們經過上面的分析已經知道，目前，在進行計算機高速數字電路設計時，因為存在阻抗之間的不匹配，會造成電路信號的不完整，所以，要科學的設計計算機高速數字電路技術，最大程度保證完整傳輸電路信號。有關這個問題可以從兩個方面進行研究，首先，研究不同種類電路之間電路信號傳輸的干擾現象，換句話來說，就是上面所說的干擾以及反射的現象。其次，我們還要研究不同種類信號在進行傳輸時，給電路信號網帶來的影響。計算機高速數字電路處于正常運行狀態時，因為阻抗不能匹配，傳輸的電路信號并不是很完整，此外，計算機高速數字電路在運行當中，是無法控制好阻抗的，阻抗有時過大，有時過小，這會影響到電路信號的波形，最終造成計算機高速電路不能傳輸完整的信號。為了解決這個問題，我們必須要進一步研究計算機高速數字電路技術，按照一般的規律，高速數字電路設計是無法讓臨街阻抗符合電路的，這就要改進計算機高速數字電路設計技術，確保系統是過阻抗的情況，這種方式可以解決由于阻抗的不匹配，造成計算機高速數字電路不能傳輸完整信號的問題，最大程度減少由于阻抗過大或者過小所帶來的負面作用。
3.2 科學設計高速數字電路電源
計算機高速數字電路技術是離不開電源的，可以說，電源是包含在計算機高速數字電路技術之內的，我們通過上面的分析已經了解到，在進行計算機高速數字電路設計時，因為電源平面之間電感以及電阻帶來的影響，電源在運行時，會產生過電壓的現象，簡單來說，就是干擾到電源的波形，無法保證計算機高速數字電路安全穩定的運行。按照理論來講，在進行高速數字電路設計時，如果電源系統是沒有阻抗的，電路設計就會進行的非常順利，在這種情況下，信號回路就不容易消耗到阻抗，系統當中，每個點都會保持一種長期穩定的態勢。但是這只不過是一種假設的理想狀態，在現實當中，是不可能存在的，為了保證計算機高速數字電路系統的正常運行，就不能忽略電源的電感以及電阻帶來的影響，為了將這種影響控制在最低的程序，需要我們采取科學的手段。我們考察目前計算機高速數字電路系統所用的電源材料可知，對于電路系統來說，大部分都是利用銅質材料的，但是根據電源系統的具體情況，銅質材料是不符合計算機高速數字電路電源的材質要求的，這會影響到計算機高速數字電路系統的正常運行。面對這種情況，我們要從多角度對各個影響因素進行探究，比如可以在電路中應用樓電容，這種方式有利于減少電源面的電感以及電阻所帶來的影響，最終保證計算機高速數字電路系統可以長久穩定的運行。
4結語
總的來說，隨著中國社會經濟發展越來越快，推動了電子技術的不斷進步，也催生了很多新的技術，就如文章所闡述的計算機高速數字電路設計技術，其就建立在電子技術的基礎之上，通過科學設計而實現的，并且應用于各個行業，取得了顯著的效果。文章深入分析了計算機高速數字電路設計技術，在結合筆者自身的實踐經驗，此外，還有對于計算機高速數字電路技術的初步認識，詳細的闡述了計算機高速數字電路設計技術的相關影響因素，并且提出了具有針對性的完善手段，主旨在于通過上述的分析，可以將計算機高速數字電路系統的應有作用發揮出來，繁榮電子產品市場，并且成為同行的一種借鑒。
參考文獻
[1] 蔡葉芳，田澤，邵剛 等.一種高速數模混合倒裝芯片協同仿真技術研究[J].計算機技術與發展，2015（06）.
關鍵詞：數字電路；思路；方法
1世紀是信息化時代，信息化時代又被稱為數字時代，數字地球、數字化生存等概念已經被人們耳熟能詳，今天的人們已經越來越多的與數字聯系在一起，從個人的身份證號，手機號到IP地址、QQ號、信用卡密碼等無不打上數字的烙印，數字已經不完全是1、2、3了，他已經用數字標記和管理的社會。今后，我們的生活可能就是用數字代碼來管理的，復雜的信息資料將是用類似的1110011001這樣的簡單數字代替，所有這一切的基礎就是我們的各類生產、生活、學習資料都必須轉化一系列的數字，承擔這一任務的就是以數字電路為基礎的數據采集、分析和處理系統，該文章就是從數字信號的基本概念入手來認識我們的生活密切相關的數字電路。近年來，隨著科學技術的飛速發展，數字電路課程從體系結構到內容組成均進行了較大力度的教改，筆者就從以下幾點進行分析：
一、了解數字電路的基礎知識
1.基本概念：工作在數字信號下的電路統稱為數字電路
2.模擬電路和數字電路的區別:顯然，模擬電路和數字電路的差異是很大的，初學者應當在學習方法上作一些改變，以適應數字電路的特點，才能取得良好的效果。
（1）在數字電路中，所有的變量都歸結為0和1兩個對立的狀態。通常，我們只需關心信號的有或無，電平的高或低，開關的通或斷，等等，而不必理會某個變量的詳細數值。比如電平幅值的微小變化就可能毫無意義。
（2）數字電路的研究方法以邏輯代數（又稱布爾代數）作為數學基礎。它主要研究輸入，輸出變量之間的邏輯關系，并建立了一套邏輯函數運算及化簡的方法。布爾代數又稱雙值代數，由于其變量取值只有0和1兩種可能，比之模擬電路，數字電路中沒有復雜的計算問題。
（3）由于數字集成電路技術的高度發展，數字電路更鮮明地體現了管路合一的特點。初學者應充分注意這一特點。一般來說，學習電路結構不是我們的目的，目的是掌握電路功能。
3.數字電路的特點：
（1）數字電路中只處理二進制中的“0”和“1”兩種信號，“0”表示信號無，“1”表示信號有。從電路硬件這一角度上講，電子電路中的元器件特別是三極管只工作在有信號和無信號兩種狀態，也就是數字電路中的三極管多伴工作在開關狀態，不像模擬電路中的三極管工作在放大狀態。 （2）數字電路中，用三極管的飽和狀態與截止狀態分別對應于數字信號中的“0”和“1”，可用三極管截止時輸出的高電平表示數字信號的“1”狀態，而用三極管飽和導通輸出的低電平表示數字信號中的“0”狀態。三極管的這一工作狀態與模擬電路是完全不同的，在進行數字電路識圖時電路分析方法就不能與模擬電路中三極管放大狀態的分析方法相同。 （3）由于數字信號只有“1”和“0”兩種，那么對數字電路的工作要求就是能夠可靠地區別信號為“0”和信號為“1”兩種狀態，因此對數字電路的精度要求不高，這適合于對數字電路進行集成化，加上對數字信號的處理和運算都是相當復雜的過程，所以數字電路中都是采用集成電路，且許多是大規模集成電路，這一點又使數字電路工作的分析增加了一份神秘的色彩。 （4）數字電路是實現邏輯功能和進行各種數字運算的電路。數字信號在時間和數值上是不連續的，所以它在電路各只能表現為信號的有、無（或信號的高、低電平）兩種狀態。數字電路中用二進制數“0”和“1”來代表低電平和高電平兩種狀態，數字信號便可用“0”和“1”組成的代碼序列來表示。因此，學習數字電路首先要了解有關二進制數知識，否則對數字電路的分析將寸步難行。
二、學習數字電路的方法
1.閱讀——課后要認真閱讀教材及相應的參考書，養成自主學習的習慣。無論學什么都要看看和教材的相關課外書，這是必備的。課外書是教材的延伸，是這個行業的基本拓展，不要以為簡單就不看課外書了。一定要看如下幾類課外書：1、教材輔導叢書，比如習題書，答案書，不要以為你會做書上的所有習題，就萬事無憂。2、實驗書本。教材相配套的實驗書有助于動手能力的培養，對書本知識的加深和理解。3、相關交叉書籍。比如數電學習要看看單片機和模電書本，及數字-模擬轉換，數電與電子技術，數電與邏輯門4、專業與行業書籍。以上所列書籍必不可少，多讀精讀。 轉貼于
2.思考——不求多深，但求思考，課上緊跟老師，課下積極思考、開闊思維，找出各個章節之間的聯系，力爭對知識的理解、掌握達到融會貫通的程度。
3.提問——無論課上還是課下，多向教師提出問題與教師互動，徹底弄明白問題的根源。
4.作業——課后多做練習，鞏固所學知識點，尤其自我檢測題能夠檢測出各章節的知識的掌握程度。
5.實驗——在學習完相關的理論知識后，要做相關的實驗項目。通過實驗過程，不僅鞏固所學的數字電路基本理論，而且要加強知識的綜合運用能力、分析實際問題和解決問題的能力，鍛煉實踐技能，培養工程意識。本課程實驗也可在虛擬實驗環境下進行動態仿真，加強計算機輔助設計電路的能力。
三、學習設計數字電路的體會
在設計數字電路時，不同設計模電需要考慮許多參數及溫度等各方面的影響，只要滿足相應的電路和它的連接即可，正明有此數字芯片的連接腳只能接地或電路的腳就僅能懸空。在設計一個電路時往往都是知道是否滿足的功能，無論是數電還是模電都是如此。就像在電子設計大賽當中都是告訴電路的功能和要求。讓你做出相應的電路并將其調試。而設計數電就更簡單，只要在設計時把一些小問題都考慮到的話在調試時就沒有什么問題了。我的建議是利用解析法來做，將要實現的功能進行分析和解后，得到相應的邏輯表達式和各個相應的模塊。再將表達式理論上的分析及邏輯仿真等一些操作再得到你設計的原理圖在機上仿真看能否得到你要的功能。最后一不就是將其制成板子，硬件仿真及調試操作也是最關鍵的一步。還要注意在制板時應注意高頻對其的影響，應注意頻蔽等措施。還有就是要注意工藝問題。應盡量做到美觀等要求。
四、學習數字電路要打好基礎
在數字電路的教材上，有許多章節在設計上都非常重要，比如組合邏輯電路，章節中編碼器，譯碼器，觸發器，章節中的幾種常見觸發器，時序邏輯電路中，寄存器，和存儲器還有就是脈沖產生和整形電路，以及D/A，A/D電路.時序邏輯電路與FPGA 聯系非常緊密，時序邏輯電路要用VHDL語言設計，而且在很多設計中應用頻繁，脈沖產生和整形電路是非常基礎但也是非常重要 的，只要是應用到單片機的基本上都要應用到脈沖產生電路，整形電路在模電設計上應用廣泛，A/D，D/A轉換電路，數字信號和模擬信號的轉換我們現代化就是數字化應用時代，所以說模儀信號轉化為數字信號在許多設計中是常見的，在通信中都是先模擬信號轉化為數字信號，在通過信道，最后經過數字信號轉化為模擬信號數字電路設計應用中大多數，都是我們非常常見的而且應用也非常多，我感覺我們應該把這些基礎打好，以備見來之需.
關鍵詞：數字電路；故障；檢測技術；特點
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-01
一、數字電路概述
數字信號，指的是以多個離散值表示的離散信號；數字電路，是指用于處理數字信號的電路。數字電路輸出只有低電平和高電平兩種狀態（三態門除外）。通常來說數字電路可區分出高低電平狀態。以邏輯規則為標準，可將數字電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。其中組合邏輯電路，是指輸入信號、輸出信號二者無反饋關系的數字電路，在該類電路中，各時刻輸出的信號僅與實時輸入信號有關，與之前的電路輸出無關，其不具有記憶能力。依靠觸發器存儲功能所組成的電路稱之為時序邏輯電路，其具有記憶功能，該類電路的輸出內容，由輸入端信號與輸出端反饋信號共同決定。
二、數字電路故障的特點及原因分析
（一）特點分析
數字電路故障檢測是一項復雜的工作，這是因為待檢測電路同時存在多個輸入輸出，多者可達數百個，電路響應具有時序性，而并非簡單的組合關系；同時，由于很多的記憶元件、電路門都被封裝于同一芯片中，其可能存在較多的物理缺陷，對于這些元件的輸入輸出、邏輯電平是無法測量的。所以，有必要找尋到一些準確而簡單的檢測方法，對元器件芯片、數字電路故障進行檢測。
（二）原因分析
數字電路發生故障的原因主要可分為5大類：
1.在進行電路設計時考慮不周全（如元件參數變化），出現了設計缺陷
隨著使用時間的推移，電子元件會逐漸發生老化，其參數性能也會逐漸下降，同時溫度的改變也可能導致參數變化。例如：1個與非門可帶10個同類門電路輸出低電壓，然而與非門實際可帶的同類門遠大于10個。這就可能導致輸出低電壓迅速上升，從而對電路原功能產生破壞，使系統無法正常工作，在輸出高電壓時，也同樣會出現此種問題。
2.信號線故障
電路板電路在潮濕、大電流等因素的影響下，會導致信號線斷路、短路、燒蝕等現象，發生信號線故障，致使電路無法正常工作。
3.接觸不良、布線不當
在數字電路中，元件接觸不良、布線不當是最為常見的故障類型。焊點氧化、虛焊、插件松動等都可能導致電路板故障。另外，在安裝過程中出現漏線、橋接、中斷線、元器件插錯、閑置輸入端或使能端處理不當等都會引發電路故障。
4.使用期限過長
對于電子元器件，若使用時間過長，超出了使用期限，就會發生老化，各項性能指標都會下降，從而加大設備故障的發生概率。
5.工作環境太差
當設備所處環境不符合設計要求的電磁環境、濕度、溫度、工作時間等規定時，就很難保證設備的可靠運行。很多數字設備都對工作環境方面具有較高要求，濕度過大、溫度過低或過高等都可能造成設備故障。另外，環境中的電磁干擾過大，也可導致設備故障。
三、數字電路故障檢測技術
在數字電路故障檢測中，常用的方法主要有邏輯檢測、常規檢測兩種方法。
（一）邏輯檢測法
常用邏輯檢測法包括群舉測試法、偽群舉測試法兩種。其中群舉測試法，是指將受測電路作為輸入端，接受所有輸入信號，將其作為測試碼，再查看受測電路輸出，判斷其與電路邏輯功能間的關系。應用該方法時，先要確定測試碼集合，其是電路故障檢測的直接依據，把測試碼集合加入受測電路，通過測試電路相應以進行故障判定。偽群舉測試法，是改進后的群舉測試法，其有效克服了原方法中測試效率低下、測試碼眾多的缺陷。偽群舉測試法中，先對電路進行合理分塊，然后運用群舉測試法對各塊電路進行測試，從而使測試效率大為提高。
（二）常規檢測法
常規檢測可總結為“望、聞、問、觸、測”五個字，其中，“望”就是查看設備有無異常情況，例如滲液、破損、腐蝕等。“聞”就是聞元器件是否有異味。“問”，即詢問故障情況，全面了解故障現象、產生原因，以縮短檢測時間；“觸”就是觸摸元件，感受有無異常發熱；“測”就是使用專業設備對電路進行測試，常用的專業測試設備有邏輯分析儀、邏輯筆、示波器等。
另外，順序檢測法也是一種常用的故障檢測技術，該方法是指先在輸入端加信號，跟隨信號流向，從輸出級到輸出級逐級測量、檢查，以判定故障部位，也可從輸出級到輸入級進行測量，在檢測出異常信號后，再由故障級開始逐級檢測，直到檢測到正常信號為止。
四、故障檢測步驟
數字電路故障的檢測一般會經歷隔離、定位、診斷排除3個步驟。首先，在深入、全面考察故障特征的基礎上，盡量縮小故障范圍，進行故障隔離。通常來說，若電路無信號，應使用探頭對電路連接路徑進行檢測，以快速找出消失信號；其次，在隔離故障后，就要觀察故障影響，此時多會運用到電流跟蹤器、邏輯脈沖發生器、邏輯探頭，以進一步鎖定故障源；最后，在找出故障源后，先要對故障電路進行動態測試，控制故障范圍，再進行靜態測試，以找準故障點，最后順利排除故障。
五、結束語
綜上所述，隨著數字電路應用的日益廣泛，其發生故障的頻率也越來越高，因此數字電路診斷、檢測的作用也顯得越發重要。在實際工作中，應當多積累經驗，結合實際情況，合理選擇故障檢測方法，提高故障檢測效率，以確保數字電路運行的可靠性與穩定性。
參考文獻：
[1]蔡萬清.關于數字電路的故障檢測技術研究[J].中國科技縱橫，2010（4）：25.
[2]盧振達，陳建輝.數字電路ATPGS實現的關鍵技術研究[J].儀表技術，2009（10）：21-22，25.
[3]姬昌.數字電路的故障檢測與診斷初探[J].科海故事博覽?科教創新，2009（2）：193-193.
關鍵詞：EDA；數字電路課程設計；多功能數字鐘
1.EDA技術[1]
EDA技術即電子設計自動化技術，英文全稱Electronic Design Automation，它是以功能強大的計算機為工具，在EDA軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動完成邏輯編譯、簡化、分割、綜合、布局布線及邏輯優化、仿真測試的電子產品自動化設計過程。
利用EDA技術進行電子系統的設計，具有以下幾個特點：
（1）用軟件的方式設計硬件，且用軟件的方式設計的系統到硬件系統的轉換是由相關的開發軟件自動完成的；
（2）設計過程可用相關軟件進行各種仿真；
（3）系統可現場編程，在線升級；
（4）整個系統可以集成在一個芯片上，具有體積小、功耗低及可靠性高的特點。
2.用EDA技術改進數字電路課程設計的必要性
數字電路課程設計是建立在數字電子技術基礎上的一門綜合實踐性課程[2]，有利于培養學生的系統綜合能力和創新能力，對提高辦學檔次，滿足社會對高素質人才的需求，培養學生對未來社會的適應能力都是受益匪淺的。通過這一課程的學習，學生能夠熟練地利用EDA技術掌握較復雜數字系統的設計方法，進一步增強學生分析問題、解決問題的能力，充分挖崛和激發學生的創新潛能。
目前在數字電路實踐教學中，大部分學校仍然采用中小規模的集成電路來實現設計功能，當設計的系統比較復雜，需要多個集成芯片和大量連線時，就增加了設計電路板的難度和故障調試難度，延長了設計周期，降低了學生的學習興趣；同時，常用中小規模集成芯片的大量重復使用也大大增加了設計成本；因此，在數字電路課程設計中引入EDA技術，采用當前國際先進的設計方法和理念，改革傳統的課程設計方法，已經成為一種趨勢[3]。用中小規模集成電路設計的數字系統存在以上諸多缺點，而運用EDA技術、可編程邏輯器件設計數字系統就成為行之有效的方法。這種設計方法從系統總體要求出發，自上而下地將設計細化，將功能具體化、模塊化；直到最低層的模塊適合用硬件描述語言或原理圖描述為止，最后形成數字系統的頂層文件；再經EDA軟件的自動處理而完成設計。
QuartusII是Altera公司的第四代EDA開發軟件，此軟件提供了一種與結構無關的全集成化環境，將設計、綜合、布局和布線、系統的驗證都整合到一個無縫的環境中，使設計者能方便地對Altera公司的PLD系列產品進行設計輸入、快速處理和器件編程。是應用廣泛的EDA開發軟件之一。CPLD/FPGA通稱為可編程邏輯器件，其中FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程邏輯器件的基礎上進一步發展的產物。目前，QuartusII開發軟件和CPLD/FPGA器件作為EDA開發工具被越來越廣泛的應用到大型數字系統的設計中。
3. EDA技術在數字電路課程設計中的應用
多功能數字電子鐘的設計是數字電路設計中的一個典型應用，用中小規模集成電路實現時，用到的器件較多，連線比較復雜，可靠性差。下面就以基于ALTERA公司的FPGA器件CycloneII240C8芯片和QuartusII9.0EDA開發系統進行多功能數字鐘的設計為例來介紹數字電路系統的一般設計方法。運用此種方法進行課程設計時，需要先掌握QuartusII軟件開發環境的使用和硬件描述語言VHDL語言的編程，掌握相關CPLD/FPGA實驗開發系統的使用。
（一）數字鐘的設計要求
（1）具有時，分，秒計數顯示功能，以24小時循環計時，由6個7段共陰極數碼管顯示；
（2）能夠通過手動按鍵實現清零和調節小時、分鐘功能；
（3）具有整點報時功能，當時鐘計數為59’51”、59’53”、59’55”、59’57”時，揚聲器發出頻率為1024Hz的聲音，在59’59”即到整點時，揚聲器發出最后一聲整點報時，頻率為4096Hz。
（4）用VHDL語言來完成上述電路功能的軟件設計和軟件仿真，仿真結果正確后，在實驗系統上進行由硬件電路的下載和調試。
（二）數字鐘的設計方案
多功能數字鐘電路的系統結構框圖如圖1所示，由系統時鐘、控制電路、秒計數器、分計數器、小時計數器、譯碼器、顯示器和揚聲器組成；控制電路負責控制計數器計時、校時和揚聲器報時，譯碼器將各計數器輸出的BCD碼計數值轉換成七段碼送到顯示器，顯示器顯示時、分、秒計時結果。
介于所使用的實驗系統中有現成的譯碼器和顯示器部分硬件電路，故只對圖1所示控制電路和時、分、秒計數器模塊進行軟件設計，由VHDL語言編寫源代碼來實現。
（三）數字鐘的實現
在設計過程中采用層次化設計方法進行設計，編寫源程序，為了簡化設計把控制計時和調時部分功能放到計數模塊中，報時部分專門用一個模塊，故將數字鐘的實現分成秒、分、時三個計數模塊和一個報時模塊構成，報時模塊同時完成對報時輸入信號的分頻。
通過系統分析論證后，在QuartusII9.0環境下，用VHDL硬件編程語言編寫數字鐘的報時模塊、秒計數模塊、分計數模塊和時計數模塊源代碼，即分別對應alert.vhd、second.vhd、minute.vhd、hour.vhd文本文件，對這四個模塊分別進行編譯、綜合和仿真測試無誤后，生成這四個模塊的符號圖，最后通過原理圖連接的方式把以上各模塊生成的圖形符號連在一起形成頂層的原理圖，實現多功能的數字鐘。下面給出通過原理圖的形式所設計的頂層原理圖如圖2所示，頂層設計文件為clock.bdf，頂層實體圖如圖3所示，當然也可以通過元件例化語句來生成頂層實體。
（四）功能仿真與下載
以上各個模塊設計好以后，都可以利用軟件進行仿真，得到正確的功能仿真結果后，在頂層的設計中調用各功能模塊，完成頂層原理圖或實體的設計，最后針對頂層的實體再進行功能仿真，仿真結果如圖4所示，從仿真結果的部分截圖中可以得到該數字鐘能夠實現正常計時的功能。
仿真正確后，選定好所選用的實驗系統的配置芯片，鎖定引腳，完成引腳配置，重新進行編譯綜合后，即可生成下載文件clock.sof，將此文件下載到選定的目標芯片，接上器件，完成整個系統的設計。經過在杭州康芯電子有限公司生產的GW48EDA/SOPC實驗開發系統下載驗證，該設計完全符合數字鐘的功能要求。
4.結束語
通過將EDA技術應用于數字電路課程設計提升了學生對數字電路的認識，在設計過程中可以預先進行仿真，仿真有誤可以修改設計，在這個過程中不必搭接電路，做到有錯就隨時修改，不用擔心設計實驗失敗的風險。通過EDA技術不僅可以很好地鍛煉學生的綜合設計開發能力和動手能力，從而激發他們的學習興趣，還可以大大節約數字電路課程設計實驗的成本，提高設計效率，培養了他們解決問題的綜合能力，因此，使用EDA技術必將是數字電路實踐課程改革的新動向。
參考文獻
[1] 潘松，黃繼業. EDA技術實用教程.北京：科學出版社，2010.
【關鍵詞】數字電路;故障;特點;原因;診斷
一、數字電路特點
數字電路就是運用數字信號完成對數字量進行算數運算和邏輯運算的電路。因為它具備邏輯運算和邏輯處理的功能，因此又被稱作數字邏輯電路。數字電路按照功能來分可以分為兩類，即組合邏輯電路和時序邏輯電路，組合邏輯電路是由最基本的邏輯門電路組合而成的，電路沒有記憶功能，它的輸出值僅與輸入值有關，所以出輸出值總隨著輸入值的變化而變化;時序邏輯電路是由最基本的邏輯門電路和反饋邏輯回來或器件組合而成的，不同于組合電路，時序電路擁有記憶功能，因此它的輸出值不僅與輸入值有關，與電路之前的狀態也有關。首先數字運算使用的是二進制數字信號，同時具備算術運算和邏輯運算的功能，非常適用于運算、比較、存儲和決策等多方面的應用;以二進制為基礎，操作實現起來比較簡單，受電源電壓的波動較小，對溫差和工藝偏差的包容性較大，可靠性非常好;數字電路的突出優點還體現在它集成度高、體積小、功耗低等多方面上，電路在設計、調試、維護上比較靈活，隨著微電子技術的高速發展，數字電路將會取得更大的進步。
隨著微電子技術的迅速發展，電路將會越來越復雜，技術人員在設計、調試、安裝、維修的時候將會遇到很多無法避免的故障。當電路在運行中，由于不可測的故障影響，電路可能不能正常工作，器械工作也會受到影響。電路故障是指一個或者多個電子元器件因為損壞或接觸不良而引起導線短路、虛焊造成電路邏輯功能出現錯誤不能正常運行的現象。對于組合電路來說，電路如果沒有按照真值表要求運行，就被認為出現故障;對于時序電路來說，如果不能按照規定的狀態轉換圖來運行，就被認為存在故障。當電路出現故障時，就必須及時對電路進行檢修，只有這樣才能保證其他工作的正常運轉。電路檢修是一項復雜的工作，因為待檢測的數字電路，輸入值輸出值高達上百個;電路包含了組合邏輯和時序邏輯兩種結構，并非是簡單的組合;有的電路門和記憶元件是封裝于一個芯片之內的，本身存在的物理缺陷就很多，難以去直接測量，為此必須找準電路故障原因，對癥下藥，才能選擇合適的檢測方法，有效地解決故障問題。
二、電路產生故障的原因分析
1.電路在設計工作中沒有充分考慮到電路的參數及其工作條件
（1）數字電路集成度高，負載能力有限
隨著集成電路技術的高速發展，數字邏輯電路的集成度越來越高，從小規模集成電路集成、中規模電路集成、大規模電路集成發展至超大規模電路集成，雖然集成規模越來越大，但是針對于具體某一個電路來說，負載能力還十分有限。比如說一個普通的與非門的輸出低電壓最多可以帶10個同類門電路，這就是它的極限值，如果超過了極限值就會出現問題，就會使得電路輸出的低電壓急速升高破壞電路的原有功能，致使系統不能正常的工作。為此我們必須選擇那些負載能力強的集成電路。
（2）集成電路的工作速度較慢
因為數字化集成電路的工作原理，只有當第一組集成電路穩定輸出之后才能輸入第二組信號，當然也會出現內部延時的狀況，進而影響了電路的工作狀態。如果電路信號輸出擋在輸入脈沖較高的時候，就會在輸出端產生不穩定故障現象。這些故障還不是很容易檢測的，因此在設計的時候就需要考慮到這個因此，選用一些工作速度高的集成電路。
2.線路安裝不當，導致接觸不良
在線路安裝的時候就特別要注意，如果布線和電路芯片安裝不當，就會影響電路工作的正常運行。特別是在安裝中如果出現斷線、橋接、漏線、插錯電子元器件、閑置輸入端等情況，就都會使得電路運轉出現故障。
3.電路工作環境較為惡劣，影響了電路的正常工作
因為現代數字化設備對自身的工作環境都是有一定的要求的，像溫度偏高或者是偏低，濕度過大等都會影響電路設備的正常工作，另外對于電器產品來說，環境中過多的電磁干擾也會影響設備的正常運行。
三、數字電路的故障診斷
早在上世紀60年代，數字系統的故障診斷就引起了科技界、工業界的重視，也取得了重大的成果。在數字電路故障診斷中，關鍵的一步是測試向量的生成，確定施加什么樣的激勵、在什么地方施加激勵可以使故障激活以及確定在什么地方作測量。目前獲得數字系統測試主要有兩種方法，那就是確定性測試生成和非測試生成兩大類，確定性測試生成是指采用測試生成算法自動推導數字電路的測試矢量;非確定性測試生成算法是指人工測試生成，即由測試人員根據對被測系統功能的了解，并結合實際測試經驗，用人工的方法產生檢測被測系統故障。
不同種類的數字化系統電路有著不同的功能和故障特點。主要有故障字典法、特征分析法和邊界掃描測試法。故障字典法就是根據故障特征編制編制成一部故障與特征對應的字典，將其存入標準數據庫，建立故障查尋表;特征分析法就是在窗口內觀測數據信號的波形，進而提取有效特征;邊界掃描測試法是指是一種擴展的自測試技術，在測試時不需要其它的測試設備，只適用于具有邊界掃描特性器件的電路板。
現代信息化社會，數字技術應用面非常廣泛。隨著微電子技術的迅速發展，電路將會越來越復雜。為了提升數字電路工作運行的效率，提高電器使用和產品的制造質量，必須加強對數字電路故障的診斷研究，。只有這樣才能有效地提升數字電路的應用水平，提升數字電路的應用質量，拓展其應用范圍。
四、總結
作為一名合格的工程技術人員首先必須要充分了解數字電路及其發生故障的特點、原因，然后根據實際情況進行故障診斷工作。只有這樣才能保證電路工作的正常運行，促進數字化電路系統的健康發展。
參考文獻
[1]江國棟.數字AV產品的抗干擾設計[J].電聲技術，1999.
關鍵詞：Multisim 計數器 數字電路 仿真
中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0109-02
1、前言
傳統的數字電路課程的教學是按照大綱、章節來組織的，老師講授知識，學生學習知識，知識的生產、接受與傳遞只限于師生之間，無法激發學生的興趣。隨著信息技術和教育大眾化的發展，知識逐漸的表現為全球化、去地方化和去個人化，在這樣的背景下，數字電路課程的改革刻不容緩。而Multisim仿真軟件的出現為該課程的改革提供了基礎。
2、Multisim技術
Multisim是一個原理電路設計、電路功能測試的仿真軟件，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程，有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析，時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析等電路分析方法，還可以直接打印輸出實驗數據、測試參數、曲線和電路原理圖，實驗中不消耗實際的元器件、實驗所需原器件的種類和數量不受限制，實驗成本低，速度快，效率高，設計和實驗成功的電路可以直接在產品中使用。本文在Multisim的基礎上對數字電路課程的內容進行重構和改革。
3、數字電路課程教學中存在問題
首先是教學內容方面，步調緩慢，跟不上時代的發展。目前大多數院校使用的教材內容都是十來年前的，即便是近幾年出版的，也是在以前內容的基礎上，稍作修改，體系結構基本相同，授課內容主要是原理性的和特點，老師只能在課堂上描述某個芯片的運行結果，不能跟實際緊密結合，學生只能被動的接受知識，不能理解電路的工作過程，學生的興趣不能完全被激發出來。而由于教學時間和環境的限制，老師在理論課上不能花費太多的時間進行電路的搭接，最終影響學生學習的積極性。
其次是教學方法方面，目前常用的有講授法、例題法、問題引導法、閱讀指導法。講授法是一種傳統的教學方法，它主要是由老師口述一些基本的事實、原理、特點和推理過程，學生只需要認真聽講就可以了。例題法主要是通過一些典型的例題來掌握使用某個元器件的方法或某個定理的應用，這是數字電路課程中最常用的一種方法，尤其是組合邏輯電路和時序邏輯電路部分，有很多芯片的使用，通過大量的例題使學生理解和掌握此部分內容。問題引導法是一種以學生為主導，以問題為導向的教學方法，它引導學生發現問題、研究問題和解決問題，它可以激發學生的求知欲、好奇心和學習興趣，是近幾年流行的一種教學方法，可以提升教學效果。但是這些方法都是靜態的，學生接受知識的層面也是很淺的，如果課程結束，就很容易遺忘，如果能使學生全身心的起來，自己操作，自己修改，自己調試、自己觀察運行結果，這樣不但教會了他們使用芯片的能力，而且使他們心、腦、手并用，強化了學習數字電路課程的興趣，加深了記憶。
還有教學手段方面，多采用板書，同時配以多媒體課件，如果沒有相應的軟件輔助教學，這種方法對于數字電路課程來說，學生表面上掌握了知識，其實并不理解電路的工作過程。
最后是實踐教學環節方面，實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑。但是目前很多高校，首先是實驗設備陳舊，很多實驗都是由固定芯片搭接完成，學生只能按照實驗教材設計的實驗內容按步驟做固定的實驗，實驗內容大多以芯片驗證為主，即使是綜合性、設計性的，由于學生根本就不了解電路的工作過程，盲目的操作出現很多錯誤，卻不知道原因在哪兒，不會分析問題，更不會解決問題，最終也都是老師設計好圖，學生只進行簡單的連接就可以了，這樣學生做實驗只是為了完成任務，根本無法促進教學。而且由于設備問題，導致接觸不良，學生電路連接完全正確，但是就是結果出不來，浪費很多時間去排除故障，這樣不但激發不了他們的學習興趣，相反阻礙了學生對知識的渴求。
4、Multisim技術在數字電路課程中的應用
在理論課上通過Multisim技術，把枯燥的芯片描述變成生動的仿真演示，可以提高學生的興趣。例如門電路知識、組合邏輯電路方面、時序邏輯電路方面，可以給學生現場連線，現場演示，改變了以往的敘述過程、原理，使學生邊學邊用，還可以自己提出問題，自己設計電路，通過仿真來自己分析結果看結果。下面是利用Multisim技術對時序邏輯電路分析方面的演示例子。
利用74LS160芯片設計一個5進制計數器。課堂上用清零法來講，利用Multisim現場設計，需要76LS160芯片、與非門74LS03，時鐘信號由信號發生器XFG1提供，并用邏輯分析儀XLA1來進行分析波形。設計電路如圖1所示。
利用Multisim中的邏輯分析儀對計數器的時鐘波形和輸出波形進行觀測，得到圖2所示的波形圖。分析波形圖可見，每5個時鐘周期輸出波形就重復一遍，因此，這是一個5進制計數器。
從邏輯分析儀給出的QDQCQBQA的波形圖，還可以畫出電路的狀態轉換圖，如圖3所示。
由此分析可得，用Multisim得到的仿真結果與理論設計結果完全吻合。也可以在教學過程中通過選用不同型號的芯片來實現相同的邏輯功能，以便比較不同設計方案的優劣，培養學生的工程意識和職業素養。
5、結語
本文提出了目前數字電路課程中存在的許多問題，并進行了討論和分析，詳細描述了Multisim軟件的各種功能，并將該軟件引入教學中，進行了實際仿真演示，結果表明，multisim對數字電路的分析設計修改具有明顯的優勢，體現了直觀性和真實性，增強了學生的理解。它不僅能仿真計數器，還可以仿真譯碼器、門電路等其它數字電路，是數電設計、調試的有效工具。
參考文獻
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關鍵詞：數字電路；教學內容；教學手段；考核方式
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0084-02
數字電路是電子信息類專業的一門重要的專業基礎課，學生通過對該課程的學習，應能正確掌握數字電路的基本理論和設計方法，并具備一定的實踐應用能力。數字電路課程內容較豐富，但學時卻在不斷減少，使得學生在課堂上沒有過多的時間去理解所學知識，難以跟上教師的節奏，導致他們失去了學習的興趣。而且，隨著電子技術的迅猛發展和電子行業對人才的需求，高校數字電路課程傳統的教學內容和模式已遠遠不能滿足社會的需要，因此，有必要在教學內容、教學方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培養學生創新意識和創新能力為目標的教學新理念、新模式和新手段，以獲得更好的教學效果。
一、課程教學內容的改革
數字電路課程理論體系非常豐富，內容較多，在教學中存在的問題主要有兩方面。問題一是部分教師過分強調理論教學，對集成芯片的內部原理分析過于煩瑣，以至于忽視了芯片的外部應用和數字電路設計中不斷出現的新技術，導致學生疲于芯片電路原理的學習，疲于應付考試，而缺少時效性，不能將所學知識與實際應用相結合，畢業后不能適應企業的發展需求。問題二是部分教師教學體系安排不合理，過分強調開發工具的使用，而忽視基礎理論的教學，這樣使得學生對開發工具的應用操作能力較強，但不具備完整的知識體系，一旦遇到問題不能舉一反三。因此，在實際教學中應體現課程的基礎性、系統性和先進性，能夠與時俱進，在教學內容的安排上，既要重視基礎知識，又要緊跟時代的發展介紹開發工具的應用。在基礎理論教學上，應該以集成電路為主線，對邏輯代數基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路和脈沖電路六大模塊加以介紹，以小規模集成電路為基礎，引入中、大、超大規模集成電路，逐步學習各類集成電路的芯片，教學中要著重強調各類電路的邏輯功能及應用。另外，要將基礎理論與EDA技術相結合，使學生熟練掌握VHDL語言，熟練使用Quartus II軟件，能夠應用EDA技術設計數字電路，以培養學生的創新能力。
二、采用啟發式教學
在傳統的課堂教學中，往往都是課堂上教師講授，課后學生做練習，課堂教學的信息量較大，學生難以接受，因此如何調動學生的學習積極性至關重要。而啟發式教學，就是以教師為主導，在教學中不斷引入實例，增強課堂上與學生的互動性，充分調動學生的主動性和創造性，引導學生能夠舉一反三，培養學生的自學能力和創新能力。
三、采用對比法介紹相關內容
在數字電路中，很多知識模塊是相關的。例如，在介紹時序電路的設計時，可與組合電路的設計做對比。時序電路是在組合電路的基礎上增加了記憶元件-觸發器，因此兩者的設計在步驟上是相近的。首先定義輸入、輸出變量是共同點，不同之處在于時序電路還需要定義不同的邏輯狀態；其次要列寫關于輸出與輸入變量的真值表，而時序電路還要表示出輸出與輸入變量、次態與初態之間的關系，因此對應的表稱為狀態轉換表；然后需要寫出關于輸出與輸入變量的邏輯函數式并化簡，而時序電路要通過卡諾圖化簡寫出狀態方程、輸出方程及驅動方程；最后都要畫出邏輯電路圖，但時序電路還要驗證能否能自啟動。
四、借助于網絡，優化教學手段
目前，數字電路的課堂教學多采用課件，這樣能夠大大減輕教師板書的工作量，增加信息量，但是部分教師過分依賴于課件，不再寫板書，這樣雖然教學速度變快，但是學生難以與教師保持同步，很難做到互動，無法提高教學質量。因此，在課堂教學中應以“翻轉課堂”為核心，以學校的網絡教學平臺為依托，建設數字電路課程教學資源，包括課程介紹、教學大綱、教學課件、試題庫、在線測試[1]、錄制教學微視頻等內容，完善課程教學資源網站，使得學生在課堂教學的基礎上能夠借助于網絡和多媒體技術完成課程基礎知識的學習。在課堂教學中，教師可以針對不同的內容采用不同的教學方式。對知識性較強的章節可采用課件教學，如用卡諾圖化簡邏輯函數；對內容淺顯的章節可以通過老師的指導，及與同學之間的交流，協助其完成知識的內化，如門電路內容；對于一些難點，可采用板書與課件相結合的方式，如異步時序電路的分析與設計、脈沖電路的分析與設計。
五、加強與完善實踐環節
數字電路作為一門電子技術課程，具有很強的實踐性，必須有相應的實踐環節配合，進而加深學生對理論知識的理解，并能具體應用到實際生活中。因此，實踐教學是數字電路教學中必不可少的一個重要環節。在實驗課教學中，實驗電路題目的設置要與課堂理論知識相對應，實驗課進度要配合理論課的教學，讓學生做實驗時能夠有的放矢。首先以驗證性實驗為基礎，讓學生熟悉實驗儀器的操作，加深對數字電路集成芯片的認識，掌握如何解決實際問題；然后側重于綜合設計性實驗，包括用譯碼器及數據選擇器設計任意形式的組合電路，用觸發器設計同步及異步時序電路，用集成計數器芯片設計電子秒表，基于譯碼器和計數器設計八路彩燈控制器，基于A/D和D/A轉換器設計簡易的數據采集系統等。另外，學生可以選做部分實驗，在開學初就發給學生每人一塊面包板和一套實驗用元器件，讓他們可以在課后根據教學進度完成實驗電路的設計、調試等工作。還有部分實驗，學生需要在EDA實驗箱上完成，這樣大大增加了學生的興趣，提高了學生學習的自主性。在課程設計環節，設置每人一題，在期中就安排課設題目。因為實驗課教學往往是針對某一個或幾個知識點，具有局限性，恰巧課程設計環節可以彌補這個不足。課程設計題目的選擇應具有一定的應用背景，與實際生活緊密聯系，例如設計電風扇控制電路、酒店客房控制電路、彩燈控制電路、音量控制電路、全自動洗衣機控制電路等。在課堂教學中不斷啟發學生如何設計相應電路，用仿真軟件Multisim設計、調試電路，最終在面包板上實現電路的功能。在整個課設過程中，學生的興趣在不斷提升，同時也培養了學生在“工程”設計、制作和組織管理等方面的創新能力[2]。
六、改革考核方式，重視能力的培養
目前，數字電路課程的考核方式還局限于傳統的應試教育模式，只是以期末考試成績作為評定學生的依據，導致教師僅為了提高及格率安排教學，而不注重學生創新能力的培養；反過來，學生僅為了考試及格而學，而不注重自身能力的提高。這種考核方式嚴重背離了高等學校教學的目標，因此在實際考核時既要重視知識的考核又要重視能力的培養[3]，其中以期末試卷形式的知識考核著重考查學生對基礎知識和電路原理及應用的掌握程度，期末試卷的成績占總成績的60%―70%，其他部分則是對能力的考核。能力考核包括日常小測驗及綜合能力的測試，例如在實踐環節的教學中，首先在課堂上提出綜合設計性實驗和課程設計的題目，學生在課間可以自由組合，提出電路設計的思路，再由教師引導學生思考各方案的利弊及改進方法，給出綜合能力測試的成績，最后以實際教學證明這種方法能夠大大調動學生的積極性，促使學生踴躍發言，開闊思路，提升能力。
七、與留學生交流，互通有無
數字電路課程的教學對象除了國內學生，還包括來自多個國家的留學生，這些留學生性格迥異，學習能力也不同。在課堂教學中應采用自愿的原則，國內學生及留學生可以到對方課堂上學習、交流。由于學校國內學生和留學生教學進度不一樣，而且國內學生基礎知識要扎實一些，因此教師可以安排部分優秀的國內學生作為助教，到留學生課堂聽課、指導實驗和課程設計。實踐證明這種交互的教學方式非常有效，學生進一步掌握了數字電路課程的基本理論和應用，提高了英語水平，促進了不同國家間學生的文化交流。通過近幾年的教學改革與實踐，不斷完善多種教學手段，改革教學內容和考核方式，使得課堂教學質量得到提高，學生的學習興趣得到提升。在今后的教學中，還要與時俱進，緊隨數字電路發展的潮流，緊跟科技發展的前沿，不斷改革教學方法與手段，培養高素質的應用型創新人才。
參考文獻：
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Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course
XU Jin-li，GE Wen
（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，
Shenyang，Liaoning 110136，China）
關鍵詞：高職院校；數字電路；課程設計；改革
數字電路課程設計是保證教學效率的重要措施，隨著教學改革不斷深入，以及社會各行業對實用技能型人才的的要求越來越高，高職院校的學生需要具有較強的工作崗位的的能力，這也加大了教師對該門課程的總體教學難度。為了更好地實現“因材施教”，高職院校的相關專業教師應當立足實踐，優化課程設計、創新教學方法，并科學分析判斷“數字電路”課程教學目標和現狀，制定完善的課程教學計劃，進而為培養應用型人才創造優質資源。
一、“數字電路”課程改革教學現狀
學以致用是教育的最終目標，課程改革是完善教學質量、提升教學水平的重要措施。課程教學改革對學生和教師提出了新的要求和希望，由于目前高職院校普遍對課程改革存在認識錯誤，導致教學現狀不容樂觀。主要體現在：落后的教學模式、單一的教學方式、不健全的教學設施等因素。這些都嚴重影響課程教學質量，不利于課程改革計劃的同步實施，制約了課程教學改革的可持續發展。
（一）教學模式落后
“數字電路”課程教學作為電子專業以及通信自動化等專業的專業基礎課程，要求學生充分掌握并理解里面的理論知識。進一步來說，也是一門理論與實踐相結合的學科，除了掌握扎實的理論基礎，還要具備較強的實踐動手能力，比如設計一些簡單的數字邏輯功電路等，這對以后的工作有非常大的幫忙。但目前大多數高職院校依然沿用傳統的教學模式，不管是理論還是實驗實訓，很多教師只是根據教材進行講授，且所使用的課本教材幾年不變，授課方式也主要以單一的說教模式為主，缺乏創新意識，導致課堂教學氛圍枯燥乏味，大大降低了學生的學習積極性。
（二）教學方法單一
教學方法在一定程度上決定了教學的效果。數字電路屬于理科范疇，對學生邏輯思維和理解能力要求較高。目前，高職院校“數字電路”課程教學以課本教學為主，以實驗教學為輔，受課程教學目標限制，相對于普通本科教學來說對教學內容有所壓縮，導致學生在實驗操作中，大多是以樣畫瓢，沒有真正領悟并正確應用理論知識，造成虛有其表的現狀[1]。同時，由于教學方法相對單一，實踐課程與理論課程分配嚴重不均，難以實現高效教學。
（三）教學資源匱乏
教學資源是優化教學水平的墊腳石，教學資源匱乏直接導致教學設備破舊、教學條件落后、師資力量薄弱等現狀。高職院校重在培養一線崗位應用型人才，粗制濫造的教學資源，無法滿足社會發展對崗位人才的高標準要求。進而形成教學質量與崗位需求質量不成比例，從而造成高職院校學生無法適應社會發展節奏，最終迫使其轉變工作類型，造成嚴重的教學資源浪費。
二、高職院校“數字電路”課程改革對策分析
改革是推動發展，促進教學進步的重要途徑。教學改革是時代進步發展的必然趨勢，是應對社會穩定發展的前提。高職院校肩負著培養社會應用型人才的重要使命，其教學任務“任重而道遠”。面對“數字電路”課程改革現狀，高職院校需要制定高標準、高要求、高質量教學計劃，進而為全面實現高效教學奠定基礎。
（一）創新教學方法
教學方法直觀體現在教學水平上，創新教學方法有利于實現高效教學。首先，學校應制定完善的教學計劃，按照課程標準和內容以年度為單位。其次，完善各項教學措施，包括教學質量考核、教師能力考核、教學監督管理等制度。同時，針對“數字電路”課程改革要求，督促教師自我學習、自我完善，鼓勵教師一教學大綱為基礎大膽創新，包括開設多媒體教學、強化實驗教學、嘗試開放式教學，例如：雙師教學模式的嘗試，將理論與實踐進行獨立教學，進而充分發揮課程改革實踐價值。
（二）優化教學內容
“數字電路”教學課程是一門綜合性學科，包含組合邏輯電路、時序邏輯電路及相應測試信息，需要教師多渠道、多領域搜集教學資源[2]。因此，教師可以嘗試定期跟新教學內容，以便于與時俱進。例如：將理論教學與實驗教學進行同步，便于學生形象記憶更好地“學以致用”；融入創新教學特色，開設開放式課堂教學，以學生為主體，還可以通過開展模型、實驗競賽等形式，促進學生相互學習。同時加強教與學的融合，傳統教學成分離現狀，加強融合能夠鞏固基礎知識；另外，教師在教學過程中應立足實踐多引用案例，并鼓勵學生自主探究學習，從而更好地適應社會發展要求。
（三）完善教學資源
教學資源是鞏固教學質量的關鍵，教學資源包括硬件設設施、軟件設施及師資力量。目前，高職院校普遍存在師資力量匱乏現象。“數字電路”課程作為應用型課程教學，對硬件設備及實驗器材的消耗較大，學校應加強完善[3]。對于軟件設備包括科研資金及師資力量的投入，應加強重視，并優化師資隊伍建設。包括建立人才儲備戰略、提高教師應聘門檻等。在教學中，定期對教學設備進行質量驗收，便于提高高職院校整體教學水平。
三、結語
綜上所述，高職院校“數字電路”課程設計教學改革受眾多客觀因素影響依然存在許多現實性問題，嚴重阻礙了改革的步伐，不利于高職院校的可持續發展。隨著教學改革的深入，高職院校要想健康穩定發展，必須要制定完善的課程改革應對措施，并進行課程教學評估，便于更好地改善高職院校落后的發展現狀。總的來說，高職院校課程設計改革是一項長遠的工作任務，需要制定明確的工作計劃，才能最大限度發揮高職院校的實踐教學價值。
【參考文獻】
[1]施麗蓮.應用型人才培養中“數字電路”課程教學模式改革[J].中國電力教育.2012，（8）：51-51.
