数字电路的基本原理精选(九篇)

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第1篇：数字电路的基本原理范文

关键词：数字电子技术；Multisim；仿真；实践教学；理论教学

中图分类号：G431文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0200-02

作者简介：孙利华（1979-），女，硕士，中国地质大学江城学院讲师，研究方向为电子和EDA技术。

0引言

数字电子技术是高等院校电子信息、通信、自动化类专业的一门学科基础课，实用性很强[1]。该课程的教学目标是让学生理解数字电路的工作原理与逻辑功能，掌握数字电路的分析与设计方法，最终能根据要求设计出较合理的电路。所以，该课程既包含了逻辑性强的理论又包含了很多具体实践应用环节。在讲授数字电子技术时要特别注意理论与实践教学结合，但实际教学中受实验硬件条件的限制，实验课课时安排较少或时间安排不合理，无法做到老师讲的同时让学生操作，使学生缺乏对基本原理和概念的直观认识。Multisim 软件为数字电子技术课程教学提供了一个很好的平台，可作为传统教学手段的有力补充。借助Multisim 软件对数字电路工作进行仿真演示，使理论和实践教学内容更加紧密地结合起来，既可以提高学生的学习兴趣，又能帮助学生更好地掌握数字电子技术的基本理论，为后续课程打下坚实的基础。

1Multisim10概述

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim向用户提供一个全方位功能强大的电子虚拟实验平台[2]。软件自带了型号丰富的元件库和功能齐全外形逼真的各类主流虚拟仪器，可完成对模拟电路、数字电路、单片机电路的设计与仿真调试，用户只需轻点鼠标即可观看到逼真的电路运行。该软件简单易学，利于激发学生的学习兴趣，目前已被广泛应用到各高校电子类课程的教学中，取得了良好的教学效果。

2Multisim10 在数字电子技术理论教学环节中的应用

数字电子技术理论教学目的是帮助学生掌握数字电子技术的基本概念和理论。传统教学方式采用多媒体课件加板书，学生缺乏对数字电路的直观认识，教学效果欠佳。特别是在讲授编码器、竞争与冒险、触发器等难以理解的内容时，学生会因为不理解，要么死记硬背，要么丧失学习兴趣。若引入Multisim软件进行仿真，可以帮助学生更好地理解概念。

基本RS触发器是进入时序电路学习的第一个内容，是学好时序电路的关键，但学生往往难以理解基本RS触发器的工作过程，特别是触发器“不定”的工作状态。教师可以在Multisim软件中搭建如图1所示电路，由两个与非门构成基本RS触发器[3]，借助小灯泡的亮与灭来演示RS触发器的“置1态”、“置0态”、“不变”和“不定”四种状态。其中，当R、S均置0时，触发器的输出都为1，两个灯泡都等于1，当R、S都回到1时，两只灯泡则不停地交错闪烁，可以告诉学生这就是“不定”的状态，让学生对该状态有了直观认识，帮助他们理解和记忆触发器的工作原理。

3Multisim10在数字电子技术实践教学环节中的应用

把Multisim10应用到实践教学环节中可以开展一些学校实验室因为实验设备、经费等方面原因无法开展的实验；可以避免真实实验操作可能带来的未知风险；可以提高实践环节中实物搭建电路的成功率，降低仪器和元件的损坏率。

3.1验证性实验

验证性实验一般是让学生在试验箱上验证数字电路的工作原理，以加深对基本概念的理解。试验箱上已集成好所有元器件，学生要做的工作就是根据实验指导书用导线把器件连接起来，往往是电路接了一遍，仍然不了解工作原理。若能在使用试验箱前先在Multisim

中对电路进行仿真，有助于学生理解电路的原理，不仅了解应该怎么接电路，还能知道为什么这么接。以集成计数器74LS190逻辑功能验证实验为例，可以在实验前让学生在仿真软件中搭建如图2所示电路。当把开关E置为0，F置为1时，电路实现十进制的加法计数器的功能。通过电路仿真可以帮助学生了解74LS90芯片各引脚的功能，知道每个引脚应该如何接进电路，以及共阳极和共阴极数码管的区别，还可借助如图3所示逻辑分析仪仿真结果理解74LS90的QA、QB、QC和QC与时钟信号的对应关系。教师可以把仿真软件中的电路、虚拟仪器和试验箱上的元器件、仪器结合起来讲解，可提高学生在试验箱上搭建电路的成功率，降低元件的损坏率。

3.2设计性实验

在理论教学和验证性实验之后会安排设计性实验教学环节，也就是课程设计。一般要求学生根据设计要求，利用所学过的数字电路的设计与分析方法，选择合适的芯片，搭建电路并制作出实物。例如，设计一个汽车尾灯控制电路，要求：①假设汽车尾灯部左右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟）；② 汽车正常运行时指示灯全灭；③右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；④左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；⑤临时刹车时，所有指示灯同时点亮。学生拿到设计题目后，可查阅资料，首先在软件中搭建出电路，如图4所示，进行仿真以检验设计是否满足题目要求，仿真结果达到要求后再利用实物焊接在实验板上。该方式既能提高学生的电路设计能力，又可激发学生的创新精神，真正达到设计性实验的目标。

4结语

教学实践证明， 将仿真软件引进数字电子技术的理论和实践教学中， 可以把抽象的理论通过软件搭建的电路形象化，许多普通高校实验室中不易接触到的仪器设备可以方便地从软件中选用， 从而增强课堂教学的直观性和生动性， 加深学生对基本概念、原理的理解[3]，提升学生学习数字电子技术的兴趣和积极性， 培养创新精神，为后续专业课学习打下坚实的基础。

参考文献参考文献：

[1]郭映.Multisim仿真软件在数字电路教学中的应用[J].计算机与现代化，2010（7）.

[2]张新喜.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]李若琼.Multisim在 “电工技术”教学中的应用[J].电子科技，2011，24（2）.

Application of Multisim in the Teaching of Digital Electronic Technology

第2篇：数字电路的基本原理范文

关键词：教学改革；教学方法；教学资源；实践创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）49-0050-02

为了适应当今世界经济、科技、文化发展趋势，满足社会各界对当代大学生的复合型、应用型和创新型人才要求，2012年10月教育部高等教育司编辑出版了《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》[1]。新版专业目录中重新规定了专业划分、名称及所属门类，并提出了各专业的主要核心课程、专业实验和实践性教学环节等课程的示例。数字电路课程是电气、电子信息、自动化和计算机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。它的主要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，使学生在数字电路及数字系统方面具有一定的理论水平和实践技能，该课程对于微型计算机原理、数字信号处理和数字图像处理等学好后继主要专业课程必不可少的基础知识，并提高学生的工程实践能力都有着极其重要的作用[2-4]。本研究通过立体式实验课程设计，把理论教学与实验课、课程设计、实训课程结合起来，大学一年级开始初步接触专业课程，可以增强教学的互动性、趣味性，培养学生学习单片机课程的积极性、创造性，并进一步降低了实验教学成本，具有一定的实际意义。本文的第一部分分析了数字电路课程的教学安排、学时分配和考核体系，第二部分主要分析了传统的数字电路实验教学模式和数字电路实验教学中遇到的问题，第三部分提出了数字电路实验教学中引入数字芯片设计的必要性，并提出了基于Quartus Ⅱ软件和FPGA开发板的实验内容和具体教学安排。

一、数字电路课程分析

在教学安排方面，数字电路课程是一门理论性和实践性都较强的基础课程，基本上不需要高等数学、大学物理、复变函数等前期理论基础。因此，可以安排在大一的第二学期（四年制本科）；大一的短学期中可以安排“数字电路实训课程”，通过数字电路实训课程进一步提高学生的操作能力和创新能力；大二的第一学期中可以安排“数字芯片设计课程”或“集成芯片设计课程”，在此课程中首先学习VHDL语言，然后再学习Quartus Ⅱ可编程逻辑器件设计软件的使用方法和上机实验，并通过FPGA开发板来学习数字系统的设计和应用；基于以上基础，大二的第二学期学生可以开始在教师的指导下参加校内外各种设计竞赛，并在大二开始为即将学习的微型计算机原理、数字信号处理和数字图像处理等专业必修和选修课程奠定坚实的理论基础。学时安排方面，数字电路理论课程可以安排3学分/48学时，实验课程1学分/16学时，共4学分/64学时。课程改革积极探索教学活动和考核方式的多样化，考核形式可以包括笔试、实验课程、综合性创新设计等。该课程的考核可以包括：①期末的笔试，考核基本知识，理论课程成绩占60%；②实验课程成绩占15%；③平时成绩占5%；④综合性创新设计成绩占10%。

二、数字电路实验中存在的问题分析

数字集成芯片是在半导体表面上以CMOS门电路设计的现代化电子产品，由于CMOS门电路直接设计数字芯片时会出现时滞性、占用芯片面积、耗电量、结构复杂等一系列问题。而CMOS门电路的各子系统是利用与、或、非、同或、异或等逻辑门电路模拟化，同时实际设计的数字集成芯片内部电路图结构是无法看到的。因此，数字电路课程历来是学生感到“抽象”的课程。在数字电路实验课程方面，长期以来普遍利用74LS系列芯片实现理论课程上学到的触发器、译码器、选择器等组合逻辑电路，通过该实验可以提高学生的基本逻辑电路的功能及测试技能。但是，传统的数字电路实验教学主要存在以下弊端：①形式单一、方法呆板，虽然利用74LS系列芯片实现理论教学上学到的逻辑电路，但是不能完全解决学生对数字电路课程感到“抽象”的问题；②理论与实践脱节，在理论教学上，教师一般采用理论波形图来描述输入/输出信号之间的逻辑运算结果，一般不采用总线（Bus）波形图描述多位数的信号。在实验教学上，一般采用模拟开关描述二进制数的输入信号，并LED灯描述一位数的输出信号，因此，在理论和实验教学上学生没有机会接触实际数字集成芯片的设计和信息处理环境；③缺少互动性和创新性，学生自己提出某系统的逻辑控制及流程之后，利用基本的74LS系列芯片实现系统级别的数字系统时芯片的使用数量、输入信号的控制、输出信号的分析等会面临较大的困难，难以提高学生的积极性和创新性。

三、数字芯片设计在实验教学中的应用

在数字电路实验课程中，为了实现进一步系统化、程序化、可视化的实验，可以利用传统的实验课程和现代化的教学实验设备来完成。Quartus II是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog HDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。利用Quartus II软件的原理图模块（Block Diagram/Schematic File），可以补充完成数字电路实验课程。数字电路实验课程设置方面，如果整个实验课程以16学时来计划，前8学时可以做传统的基于74LS系列芯片完的成硬件系统设计与测试实验，后8学时可以完成基于模块化方式的上机操作实验。其中，Quartus II软件安装与波形图分析占2学时，组合逻辑电路与全加期占2学时，选择器和译码器/编码器占2学时，综合设计实验占2学时。实验内容方面，首先让学生利用Quartus II软件的原理图模块（Block Diagram/Schematic File）设计相关逻辑电路图，利用Quartus II软件中的“功能仿真”功能验证所设计逻辑电路图结构是否正确，通过进一步修改和功能仿真过程验证逻辑电路图的结构设计。其次，建立时序图框架，设置时脉信号、清零信号和输入信号，通过Quartus II软件中的“时序仿真”功能验证输入/输出信号之间的连续性和正确性。同时可以利用FPGA开发板实现该系统，并利用逻辑分析仪验证FPGA输出信号的正确性。在上机实验过程中，学生应理解的内容主要包括五个方面。①针对某一个逻辑电路，在教材上说明的理论波形图、Quartus II软件仿真出来的波形图、逻辑分析仪实际仿真的波形图等3个图形之间为什么存在输出信号的延迟？②设计某系统时，基于C语言等软件系统设计和基于FPGA等硬件系统设计的优点和缺点是什么？③占用芯片的面积和耗电量大约多少？④原始的组合逻辑电路设计结果和卡诺图、布尔运算等方式简化之后，对集成芯片的运算速度、占用面积和耗电量差异多少？⑤理论课上没有提到的多位数的总线（Bus）信号怎么理解？

随着社会的跨越式发展，社会各行业对当代大学生的独创性、复合型要求越来越提高。相反，目前普遍存在培养出来的学生动手能力较弱，分析问题和解决问题的能力差，缺乏创新能力。本文基于2012年教育部高等教育司编辑出版的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》，提出了传统的数字电路实验教学当中存在的问题，并建立了一种软/硬件系统相结合的实践教学体系和实验方法。本文提出的实验计划及安排可以营造有利于学生的激发创新激情，挖掘学生创新潜能，充分发挥学生的独创性，为培养学生的创新能力提供强有力的支撑。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍[M].北京：高等教育出版社，2012：182-202.

[2]韩延义，赵全科.数字电路课程设计教学研究[J].中国科教创新导刊，2011，（17）：103.

第3篇：数字电路的基本原理范文

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）

第4篇：数字电路的基本原理范文

【关键词】单片机 数字频率计 设计

数字频率计又称为数字频率计数器是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器，是计算机，通讯设备，音频视频等科研生产领域不可或缺的测量仪器，它是一种十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。

基于单片机的数字频率计的设计，目的是设计一款数字频率计，能够测量1 Hz～20 MHz的数字频率，包括三角波、正弦波及方波的测量，支持0.5 V～20 V电压。本频率计的特点是突破普通单片机频率计喜欢选用的直接测量法，选择了高频用多周期同步法，低频用周期法来测量频率。这样可以使频率计达到更高的精度。而且本频率计通过程序来控制分频芯片自动分频，无需测量者对信号进行预估计，超出测量范围会自动警报，更加人性化。

那么单片机和数字频率计的关系呢？为了实现智能化的技术，测频实现宽领域，高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计中去。单片机数字频率计以其可靠性高，体积小，价格低，功能全等优点，广泛的应用于各种智能仪器中，这些智能仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化传统仪器中的开关和按钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要按的键，省掉了很多繁琐的人工操作，而采用lcd液晶显示器能够清楚明了的显示出测得的实验数据。单片机测量的频率精度高，速度快，在测量频率时，能够很好的解决测量精度和测量时间的矛盾。同时还具有时间显示功能，为各种生活工作提供了方便。

随着科学技术与计算机应用的不断发展，以单片机作为核心的测量控制系统层出不穷。在被测信号中，较多的是以模拟和数字开关信号。此外还经常遇到以频率为参数的测量信号。例如流量，转速晶体压力传感以及参变量-频率转换后的信号等等。对于这些以频率为参数的被测信号通常采用测频法，测频率的测量在生产和科研部门中经常使用，也是一些大型系统实时检测的重要组成部分。数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛。数字式频率计基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种新型的数字测量仪器。由于数字电路的飞速发展，所以，数字频率计的发展也很快。通常能对频率和时间两种以上的功能数字化测量仪器，称为数字式频率计（通用计数器或数字式技术器）。

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成，计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得尤为重要。测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动等优点，是频率测量的重要手段之一。

数字频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。

为了实现智能化的技术，测频实现宽领域，高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计中去。单片机数字频率计以其可靠性高，体积小，价格低，功能全等优点，广泛的应用于各种智能仪器中，这些智能仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化传统仪器中的开关和按钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要按的键，省掉了很多繁琐的人工操作，而采用lcd液晶显示器能够清楚明了的显示出测得的实验数据，这就是其优势之处。

参考文献：

第5篇：数字电路的基本原理范文

【关键词】单片机；调试；硬件；嵌入式系统；抢答器；cmos；proteus

0 引言

单片机是应用最为广泛的智能芯片，也是微控制器里最基础的集成电路芯片。单片机的内部集成了多种应用功能，将微处理模块、记忆存储单元（包括只读的存储单元ROM，以及随意存储的记忆单元模块RAM），还有相关的输入输出相关硬件接口有序的组织到一起，在节拍时序控制的作用时高校有序的完成程序事前所规划好的任务。

单片机的品种繁多，80C51占到当前市场的最主要部分。这里相关的生产企业都遵循着一定的指标和兼容的结构、指令体系。比较出名的包括PHILIPS公司，ATMEL公司，在中国也有性能良好的TW系列。现在性能良好广泛得到应用的80C51系统都使用了HMOS（指高密度金属氧化物半导体）以及CHMOS（是指互补高密度金属氧化物半导体）的工艺生产。这种CMOS能够以小功耗运作，却无法达到高速性，而新的CHMOS方法既能保证功耗小、散热小，同时还可以大范围提高数字电路运行的速度。所以新材料和新工艺的应用使得单片机系统对电源的要求降低了，续航性也得到很大的提高。

1 系统功能设计

1.1设计理念

本设计就是基于单片机设计抢答系统，使抢答系统有了更多更完善的功能。跟以往由基本数字电路芯片搭建或者模拟器件所构成的抢答器相比，其电路构成大大简化，与此同时却有较好的性能和高超的可靠性。设计过程中，为了进一步发挥单片机系统的优势，还应该注意一些细节，就是：（1）对于芯片的选择，应该从性价比上通盘考虑，最好使用功能强的芯片，价格也不是很昂贵，这样能从总体上减少周口电路，这样从结构上大大简化。（2）在设计上应该注意冗余性，以及灵活的余地。在设计中，除了考虑当前电路的实现功能，还应该考虑到未来功能以及特性的扩展，便于保留相关的接口。（3）程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机。

1.2功能详细设计

控制系统这里涵盖了四个主要的模块，依次是显示、存储、语音块、抢答。具体功能描述如下：（1）抢答器同时供8名人员使用，系统清除和抢答控制开关由主持人控制。（2）系统可以实现信号锁定，就是说抢答器被按动按钮，就由相应的锁存，并在数码管展示号码，蜂鸣响起报警（3）定时抢答功能，意思是每次抢答有时间上的限制并且可调节，主要是裁判员来控制。（4）循环工作模式，当一轮结束则出现结果以及按键时点，保持到下一循环初始清零工作。超时直接进入下一轮且需报警。

2 系统详细设计

数码管显示：数码管通过不同的接法，就可以出现基本原理不同的两种接线方法：即静态显示方法以及动态显示方法。前者的段选位和位选位都是单独连接的，所以需要大量消耗I/O接口，虽然接线简单但是只能接有限位数。当然这种模式编程较简单，结构清晰，占用的CPU时间少。而后者是一种扫描的方式，就是把很多数码管的同名端一起短接，与此还要通过片选信号对其不同的芯片显示不同的内容，所以额外需要选通控制器。按数码管的接法分为共阴和共阳两种。发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。本文采用动态接法。

键盘扫描：单片机应用中键盘用得最多的是独立键盘及矩阵键盘。本实验用的是独立式键盘。

功能键发声：通过设定定时器产生不同频率的矩形波，就能带动蜂鸣器发出不同音高声音。

外部中断：在单片机上两个引脚INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个引脚代表中断引脚。在单片机内部的TCON寄存器中有四位是与外中断有关的。IT0：INT0触发方式控制位，由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。按键0接单片机P32脚，按键1接单片机的P33脚。本设计用到外中断1和外中断0，需接上跳帽W1和W2。

时钟频率：单片机作为数字时序电路，其运行需要必须在时钟的驱动下才能工作。虽然其内部拥有现成的时钟振荡电路，但是为了匹配速度还是需要需外接振荡源，该电路主要通过晶振串联两个小电容实现，电容的作用是滤波，选择12MHz为工频。

复位：单片机一般露出来是40位管脚，而其RST位属于第九脚，功能是使得单片机复位。其基本的原理是4个机器周期高电平的输入脉冲，当然超过这个时间也可以，就能够将单片机的pc清零，进入到初始愈发状态。

3 系统调试

对于系统的运行调试可以采用多种方式进行，可以使用纯软件的环境，也可以放入到硬件电路里。但是一种最为方便、有利于查找功能性错误或者劣势，同时方便改进的方法就是应用软硬件联合仿真的模式。这个模式需要硬件执行、软件执行的交联编程开发环境，这里通常采用Keil加Proteus的模式实现。的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面。在调试开发中，首先需要在proteus数字电路环境里布置相应的电路器件，同时这也有利于后期直接进行PCB的制作。需要在proteus调试选项里勾选use remote debug monitor，这样就能通过keil51直接编写语言代码，然后输入到keil调试，再返回proteus示波器以及相应的内存、寄存器查看单元来观察数值变化中，结合键盘部分以及数码、蜂鸣以及LED集中观察硬件执行。

4 总结

在应用中，当比赛正式开始主持人宣布抢答后就可以通过按键按钮来开始抢答相关题目，这时数码管就立即实时显示倒计时，当出现抢答的按键时，则调用显示程序来显示抢答器ID以及剩余答题时间值，蜂鸣作响加以提示抢答问题。计时结束时倘若答案还没满足那么就从新极零进入下一循环。通过系统的开发与调试，实现了系统的功能。本系统从功能上看具有良好的实用性，扩展性较好，无论是操作还是维护都很容易，这主要是利用了嵌入式数字电路的优势，实际上现在集成数字控制器开发简单，功能强大，只要能在应用上不断加以拓宽，一定能大大便利丰富人们的生产以及生活。

参考文献：

[1]冯育长.单片机系统设计与实例指导[M].北京：西安电子科技大学出版社，2007

第6篇：数字电路的基本原理范文

关键词：数字电子技术实验；综合素质；教学

作者简介：张大平（1965-），男，广西合浦人，钦州学院物理与材料科学学院，副教授。（广西钦州535000）

基金项目：本文系新世纪广西高等教育教学改革工程项目（项目编号：2009C089）的研究成果。

中图分类号：G642.423     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0104-02

努力提高大学生的综合素质是高等院校办学的根本目标，也是检验高等院校办学水平的根本标准。大学生的综合素质包括思想道德素质、文化素质、心理素质、人文素质、身体素质、专业素质和创新素质7个方面[1]。“数字电子技术”是高等院校自动化、电气、电子、通信、计算机等专业必修的一门专业基础课。为了使学生进一步掌握数字电子技术方面的基本理论、基本知识，掌握数字电路设计的基本技能，笔者所在学校开设了“数字电子技术实验”课程，让学生受到系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技能，培养学生敏锐的观察力、严谨的科学思维能力和创新能力，同时也培养学生理论联系实际，分析和解决科学实践问题的能力。怎样利用实验课程的教学培养提高学生的综合素质，是我们一直努力探索的问题，这同样也是同行们关心和探究的热点问题。

一、利用实验制度，培养学生良好的思想道德品质

21世纪的教育，不仅要使学生有知识，会做事，更重要的是会做人。我们要把学生培养成有社会责任感和事业心的人，有科学文化知识和开拓能力的人，有志有为德才兼备的人。高校要紧跟时代步伐，积极吸取和借鉴社会的先进经验，深刻理解和运用科学技术的特点、作用，使思想道德教育和科技能力教育紧密结合起来，为大学生思想的进一步成长和科学文化知识的继续积累营造良好的氛围。在数字电子技术实验教学中，首先，教师要严格要求学生遵守实验室的有关规章制度，正确使用实验仪器仪表，爱护公共财物，使学生养成遵守纪律、爱惜他人财物的良好品质。其次，严格要求学生的实验报告要真实地根据该实验现象和实验结果撰写而成，而不是捏造或抄袭他人的实验数据，使学生养成不空想、重实际、一丝不苟的实验态度和科学的实验作风以及诚实的良好品格。另外，实验是学生做实验而不是教师做实验，因此，教师要调动学生的积极性和学习兴趣，让学生自己主动根据实验的任务目标完成实验项目，并且认真按实验步骤进行实验，容不得半点马虎，否则可能造成实验结果有较大误差，甚至得到错误的实验现象。这样可培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度，使之养成不论学习还是干什么事都认真对待的好习惯和主动做事的良好品格。

二、利用实验预习，培养学生的自学能力

认真预习是做好实验的关键。预习的好坏，不仅关系到实验能否顺利进行，而且直接影响实验效果。因此，实验前要求学生必须参照实验指导书，对实验目的、原理和内容有较为清楚的认识，做到认真复习有关实验的基本原理，掌握有关器件的使用方法，熟悉实验电路，拟出实验方法和步骤，设计实验表格，对如何着手实验做到心中有数，并用电子仿真软件Multisim对所预习的实验内容进行验证，以保证所预习设计的内容正确，这样做不但可拓宽设计思路，也可大大节省实际上在实验室操作的时间和排错的时间，提高实验效率，而且大大提高学生查找、收集、整理相关文献资料的能力，极大地培养提高了学生的自学能力。

三、利用基础性实验，培养学生的专业文化素质

“数字电子技术”是一门实践性很强的课程，为使学生建立起正确的数字电路的概念，明确逻辑和电路之间的关系，基础实验是必不可少的环节。其目的是教会学生常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、集成逻辑电路的应用、基本实验技能，并加深对理论知识的理解，强调动手能力和基本概念。基础实验内容以中小规模集成电路为载体，强调与课堂讲授相辅相成、相互补充[2]。比如，通过用异或门、与或非门、译码器、数据选择器分别和与非门一起实现全加器的实验，使学生熟悉各种中规模集成数字电路的逻辑功能及其应用，系统掌握了组合逻辑电路的基本理论和设计方法。因此，教师必须根据教学大纲，严格抓好基础性实验的教学，使学生能够掌握数字逻辑电路的基本原理、基本电路，能够系统地掌握数字逻辑电路的分析、设计及应用方法，以达到课程的教学目标，培养提高学生牢固的专业基础知识和基本技能。

四、利用设计性实验，培养学生的创新能力

设计性实验是提升学生实际动手能力的实验。一般的做法是先给出实际问题（设计任务）和主要集成芯片，然后学生根据所学组合逻辑电路的设计步骤，根据实际问题要求列出真值表，写出表达式，画出逻辑电路图，通过选件，连接电路调试完成设计任务，写出完整的实验报告。通过这样的实验训练了学生分析和设计电路的能力，培养学生的创新意识[3]。为了激励和调动学生的学习积极性，培养学生知识运用能力、实验设计能力、创新能力、独立分析思考问题和解决问题的能力，我们在数字电子技术实验教学中增加了设计性实验的比例，或者在验证性实验中增加设计的内容，让学生尽可能多地受到训练。比如，在验证了数据选择器74LS153的逻辑功能后，让学生用它来实现全加器的功能；在验证了译码器74LS138的逻辑功能后，让学生用它来实现全加器的功能[4]。又如让学生验证了计数器CC40192的逻辑功能后，让学生用它来实现7进制、12进制等N进制计数器[5]。

另外，教师给出实验任务时，注意强调各种设计方案的实现与创造性思维的发挥，鼓励创新与突破，同时要使学生尽可能多地了解数字电子技术领域的新概念、新技术和新方法；尽可能多地接受与“数字电子技术”相关的工程实践训练，启发学生的创新意识、培养学生的实践能力。

五、利用排除故障，培养学生分析、解决实际问题的能力

在数字电子技术实验教学中，实验过程完全不出现故障是不现实的，也是不正常的。数字电子技术实验大多数实验项目是在实验箱上完成，而每块集成芯片和少量元件都是插在管脚座上，每个实验线路就是通过导线把芯片与芯片或芯片与元件连接而成，因此，接线错误是数字电子技术实验中最为常见的故障，其包括漏线、错线、断线和线路接触不良等。当学生实验出现电路故障时，指导教师应注意启发学生思维，充分发挥学生的主动性，给予必要的指点和提示，经过学生自己思考，弄清楚前因后果后自己动手纠正，这样有利于增强学生发现问题、解决实际问题的能力。

另外，在实验的过程中教师可人为设置故障，让学生根据故障现象，先根据实验原理、电路的组成，分析产生故障现象的原因和可能出现故障的部位，然后让学生动手排除故障，这样做极大地调动了学生的兴趣，激励学生探索问题的精神，很好地培养了他们的主动性及动手能力。

六、利用共同完成实验项目，培养学生的团队合作精神

由于客观原因，有相当多的实验项目是要求两人合作、共同完成的。原则、感情与共同的利益和目标，是维系一个团队的纽带；有团队精神，才能产生发展和创新的力量。两人要共同完成某一实验项目，有了一个共同的目标，那就要团结一致，互相帮助，互相照顾，互相配合，为完成这一目标而共同努力。但要完成这个实验项目必须做许多工作：设计电路、选择元器件、连接电路、读取数据、记录数据、分析数据等。这就要求团队成员合理分工，如果不能合理分工，就不能在规定的时间内顺利完成实验项目，这就促使学生有合作也要有分工，形成团队合作精神。如果在实验中有一位在完成任务的过程中遇到了技术上的难题，只会自己冥思苦想乱翻书，却不屑于向坐在旁边的高手请教；而这位高手此时不是把他当做共荣共辱的合作伙伴，而是坐在旁边等着看笑话，那么他们共同承担的实验项目又怎么能按时完成？

另外，要求学生抓住实验这个机会锻炼表达能力，积极表达自己对实验现象和实验结果的看法和意见，并掌握与人交流和沟通的艺术，培养自己良好的与人相处的心态，这也是培养团队精神的需要。

七、利用撰写实验报告，培养学生的写作能力

实验报告是培养学生总结能力、分析思维能力和写作能力的有效手段，也是一项重要的基本功训练，它能很好地巩固实验成果，加深对基本理论的认识和理解，从而进一步扩大知识面。我们要求学生每做一个实验，在课后都要撰写一份实验报告，主体内容包括：实验目的、实验原理、实验环境、实验步骤、实验数据记录与处理、实验结论、实验体会与建议等。要求学生撰写实验报告的目的就是让学生理解每次实验，不是实验做完就结束了，而是通过撰写实验报告总结自己在实验中遇到的问题，并理解透彻，使以后遇到相似问题知道如何处理，真正提高自己分析、处理问题的能力。实验报告要求文字通顺，字迹端正，符号标准，图表规范，内容清楚，讨论深入，结论简明，行文排版要符合规范要求，这样可提高学生的科技写作能力、方案表达能力。

当然，培养提高学生的综合素质并不是通过某一个实验或者某一门实验课程就能全面达到的，而是通过一个个实验、一门门课程，一点一滴的积累和培养而提高的。因此，我们必须严格要求学生做好每一个实验，学好每一门课程，一步一个脚印地在实践中不断培养自己各方面的能力，努力提高自己的综合素质，争取把自己培养成为对社会有用的人才。

参考文献：

[1]文迤.提高与培养大学生综合素质[J].北方文学(下半月),2010,(3):78.

[2]陈荣.对独立学院《数字电子技术》实验教学的探索[J].湖北广播电视大学学报,2010,(10):146.

[3]刘银萍,王晗.数字电子技术实验课程的改革与探索[J].实验科学与技术,2010,(5):105-107.

第7篇：数字电路的基本原理范文

关键词：超声波测距；远近光灯自动转化；STC89C52；1602液晶@示屏

引言

随着现代社会的发展进步，汽车成为了人们必不可少的代步工具，据统计数据显示，大量的交通事故是因为司机在夜间行驶时远近光灯转换错误或者不及时，灯光因素成为了汽车安全性的一大问题。基于以上原因，本文通过使用STC89C52作为电子控制中心来实现超声波测距并显示在1602显示屏上，远近光灯自动转换以及距离过小自动鸣笛警示系统。以此来尽可能消除由于灯光而带来的安全隐患问题。

1 基本原理

本文是以STC89C52为中心电子控制系统，由电源模块、按键模块、灯光模块、蜂鸣器模块、超声波测距模块、远近光灯自动切换模块和1602液晶显示屏模块组成，通过设计电路图、焊接电路板、设计程序和烧录进STC89C52单片机来实现所需要的功能，功能包括按键实现左右转向灯亮，按键实现蜂鸣器鸣笛，超声波测距显示在显示屏上和以距离为界限的远近光灯自动转化和车距过小自动鸣笛。

2 电路设计

整个电路系统以及相应模块如图1所示。

2.1 单片机模块

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。拥有8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。我们将其作为实现上述功能的中心控制元件。

2.2 灯光模块

采用不同颜色的五个LED灯来分别代表远、近、左、右和车内灯光，并分别接入STC89C52 的p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 引脚，并且并联通过一千欧的电阻接入VCC高电平，左右以及车内灯光通过按键模块各个按钮控制，远近光灯通过显示屏显示的超声波所测得的距离远近来控制。

2.3 蜂鸣器模块

由电路图原理可知，蜂鸣器的两个引脚分别接入VCC高电平5V电压和通过三极管和一千欧的电阻接入单片机p2.5引脚来实现按键和距离对于蜂鸣器的单向控制。从而实现按键和距离过小蜂鸣器发出鸣响。

2.4 远近光灯自动切换模块

该模块的8脚接VCC高电平5V电压，4脚接地，1 脚接入单片机的p2.4脚，电路模块装有光敏电阻，通过单片机内烧录的程序来实现对远近光灯的控制。焊接简单容易控制。

2.5 显示模块

1和16引脚分别接地，3引脚通过滑动变阻器保护后接地，2引脚接入VCC高电平5v电压。液晶屏采用LCD1602，它是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。1602液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。我们用它来显示距离。

3 软件设计

根据所设计的电路图和焊接的电路板用c语言写实现单片机功能的程序并烧录进单片机。本系统程序流程图如图2所示。

4 结束语

本系统通过运用简单的单片机和一些简单模块实现了对远近光灯根据距离自动切换，车距过小提出警示以及模拟了行驶过程中的常用功能，简单易操作，成本低，实用性高，具有极高的经济性能，可以使汽车行驶更加方便和安全。而超声波测距也使驾驶员更加清楚看到与前方车或者障碍物的距离，以便于做出应急措施，本系统与现实生活密切相关，而且在商业化中具有精确性和稳定性。

参考文献

[1]李朝清.单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天出版社，1994.

[2]王晓荣，余颖.电子电工技术基础[M].武汉理工大学出版社，2010.

[3]郭强.液晶显示模块的应用于调试[M].电子工业出版社，2010.

第8篇：数字电路的基本原理范文

【关键词】大规模；逻辑电路；进化

进化硬件，在铁路信号特有的运送流程内，得到了广泛的应用，随着铁路信号特有的工程进展，线路的相关研究不仅要解决当前的线路评测评估的困难还要解决进化实验中成功率不高的情形，进而解决当前的线路实验中急需解决的线路进化的问题。

1 大规模数字电路演化设计的方法

1.1 函数级进化硬件

铁路信号联锁动作依托进化硬件，在实现数字电路的设计过程中，在电路的每条染色体中的每个基因为中均包含了PFU功能及其硬件的连接关系信息，所以在函数级别的硬件遗传操作中，其可能以及会产生的变异包括：

电路板特有的数字处理，应当明辨PFU输入引脚的变更。PFU的变更指的是在PFU自带的八种运算功能中的进行随机的选择或者是临时性的变更；输入的工程中可以根据实际情况对几者进行随机的选择与变更。如果在输入的过程中出现了变异之后的染色体中产生了原染色体中不包含PFU这一功能，那么在变异之后的染色体中将会相应的出现基因位。在PFU输入的过程中可供选择的输入接口包括前列PFU输出、外部的输入以及常数发生器三者。

1.2 使用函数型可编程器件来实现硬件的演化

函数型的可编程器件具有树形结构的特点，并且也正是因为这种结构的特点与优势使得可编程器件实现了外部进化的实验，这种进化的基础是数据选择器作为了函数几倍的FPGA的单元来的进行电路的进化与设计的。实现线路进化的函数器件的可编程模型为：

T=f（X，C），X=X1，X2......Xn，C=C1，，，Xj，Cj ∈（0，1）

在模型中X是输入进来的矢量，C是控制的矢量，控制矢量C相当于染色体的结构位串，也就是说在C取的数值不同的时候便具有不要的表达式，从而也就同期的减少了可编程逻辑器件所能够最终实现的基本功能。

1.3 基于函数级的FPGA原型的硬件的内部进化的进行与实现

数字信号的运送，要依托拟定出来的逻辑函数。在最小项的编码公式中，每一个最小项与变量的组合能够实现一一的对应关系，在硬件进化过程中出现的基于函数变换的“最小项”编码公式。逻辑函数的最小型是通过对全部的变量进行相“与”来实现的，所以每个变量便能够以原变量或者是反变量的形式出现在模型公式中。

在表达式中存在着n个变量的模型的逻辑函数的“最小项表达式”的一般形式中，mi是第i个变量组合对应的最小项，Ci是其相对于的系数，Ci的取值仅为0或者1，并且最小项的集合{mi}具有正交且完备的性质。

这样我们便能够得到系数组{ci}构成的矢量空间中所包含的所有的变量的逻辑系数，并且在这个矢量空间中的点是与其相应的逻辑系数一一对应的。这样从硬件进化的角度来看，这个矢量的空间便是能够得到的最小的搜索空间，而系数组{ci}对应的编码长度则是最小的，也就是能够通过对SPLD以及CPLD及其各自的与阵列，便能够按照“最小项的表达式”的方式来对组合函数进行表达，同时通过触发器以及极性控制的配置位{ki}等组合的使用，便能够得到最终的染色体，同时能够对其进行二值的编码：

CS=C0.....Ci.....CM-1K0.....KJ-1

在对模型进行评估以及编程的过程中，需要再次的将染色体翻译成与其相对应的实际配置的位串，这样相应的CSi表示的便是数值为i 的n位二值位串，也就是ci=1或者是存在着n位的全零位串，即ci=0的情况。此时的染色体的长度仅为直接进行编码工作的1/n，同时进化设计的运算量也仅能够达到直接进行编码时候的1/n2的水平。

基于RAM查找表格的函数级别的FPGA模型的基本原理与构造过程为：因为主流的PLD器件结构对于上述的编码方案都能够很好的提供支持，所以在模型的构建过程中可以将SRAM的地址线作为输入，并将其数据线作为输出，这样的设置所构成的查找表能够实现任意的n输入以及k输出的组合逻辑，这种模型的基本运算原理可以表示为：

Fj=

j=0，1，......，k-1

模型中的Di以及j表示的是SRAM在第i个单元的第j位，Ai代表的是第i个地址，与编号为i的变量组合以及最小项的mi具有一一对应的基本关系。在模型构建以及基本结果计算的过程中，需要将RAM查找表作为基本的核心，并参照主流的PLD结构使得系统的每一个输出的断开都能够与一个逻辑宏单元相对应，进而保证输出的形式及其积极性，同时将各种OLMC的输出反馈到RAM 的查找表中去，便能够实现组合的逻辑同时获得函数级的FPGA 的原型。

2 电路板处理特有的分解进化

铁路信号特有的分解进化，密切关联着电路板处理。分化的过程中以及分解的标准决定了分解的过程所采用的门级都是最基本的层级与形式，同时也能够保证这种进化能够快速的进行与实现。在对电路进行多级的分解进化的过程中，需要首先将复杂的逻辑电路系统分解为若干的不同的子系统。

如果被分解出来的子系统中仍然存在着较大规模的电路系统结构，则需要继续对电路系统进行分解，直至所有的分解出来的子系统均足够的简单，分解工作便能够停止了。在进化的过程中，通过对实际输出与期望输出的逐个染色的比较与分析以及对系统输出的相同位数的相加与统计，便能够将统计结果的大小作为评价系统优劣程度的适应度函数了。在数字电路的多级分解进化的过程中，每一级的进化在电路的编码方面都与门级的电路编码的方式具有高度的相似性，在分解进化的过程中，适应度的函数在不同的进化级别上采用的都是将输入的信号以组合输入的方式来实现系统演化的。

3 多位加法器的分级进化的实现

3.1 一位全加法器进化的实现

门级进化的一位全加法器的实现不仅需要输入缓冲列还需要输出锁存列，我们设定演化区域的大小为m×n，也就是说压花区域的行数为m，演化区域的列数为n，将两输入一输出的逻辑们作为基本的演化单位，表征电路结构的染色体的长度则为2mn+L+mn，公式中的L表示的是实现功能电路的输出引脚的数目。

这样在进化实现的过程中便有了mn个逻辑门参与到了进程中来，并且每个逻辑门上都有两个输入的引脚，加上实现功能单元的输出的引脚的数目，便能够得到染色体A。

第9篇：数字电路的基本原理范文

为适合高职教学的特点，合理安排教学内容。《电子技术》是一门基础学科，其内容必须与后续专业课相符合，其理论知识部分涵盖内容广泛，包括模拟电路，数字电路，集成电路等等。所以在教学内容的选取上应以必要够用为度，减少数理论证，以掌握概念，突出应用培养技能为教学重点。重点介绍电子器件的外部特性与功能及电子电路的定性分析与应用，而对其工作原理的分析则可以简略介绍即可。对于电子测量部分，主要介绍常用电工测量仪表的基本原理和应用及实验，可以放到实测中去讲解和应用。在数字电路部分，一般教材在集成电路与最新的电子技术的发展和应用上内容很少，这部分内容尤其对非电类专业的学生用处较大。这就需要通过阅读大量的电子类读物，及时了解本专业中的先进科技和技术应用，为学生弥补教材老化过时所造成的知识上的断层。

2、采取适合的教学方法与手段

采用传统的先理论后实践的教学方法，在以知识学科体系为中心的理论教学过程中由于学生逻辑分析能力较弱、造成部分学生上课听不懂，作业不会做，通学习积极性不高，从而对实践动手也失去了应有的积极性。应用新的教育教学手段，增加学生的学习兴趣。学习兴趣是学生主动学习的动力之一，学生对学习的追求往往来源于兴趣。有兴趣的东西可以激发学生的学习热情，引起学生思考。如果可以让学生在学习过程中带着兴趣去学习，可以说教学就成功了一半。以往在《电子技术》这门课程的讲授中，教学方法单一，只能通过传统的粉笔加黑板的教学模式讲解课程，尤其对于许多重点难点内容更是如此，这也是造成学生对本课程无法产生学习兴趣，觉得知识难懂，厌学的重要因素。《电子技术》这门课程中理论知识多，许多概念抽象，难以理解。在许多重点、难点内容上即使教师和学生花了足够的经历在上面也难以达到预定的教学目的和效果。现在有了多媒体技术，可以化抽象为具体。用多媒体技术把文字、动画、图像的一体化效果制作成图文并茂的课件，用生动丰富的画面和音效吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。同时也便于增强学生对所学知识点的理解和记忆。此外，此种形式的使用，还可以解决在课堂上板书所花的时间多的问题，使学生有更多的思考时间，可以大大提高教学效率。

3、采用仿真教学与实际操作的实践教学

传统的实验教学方式和手段也比较单一，实验教学要求学生在指定的时间内完成教师指定内容的实验，而且大多数实验还必须严格按照规定好的操作步骤进行。为了培养学生对《电子技术》课程的学习兴趣，同时强化学生的动手能力，我们压缩理论课时，大大增加实践学时的比例，在理论学习后，让学生自行设计小电路，实现电路的基本功能。学生设计好电路后，先在仿真实训室中，按照自己设计的电路选好电子元件，在连接好电路，进行仿真，以实现电路功能。这样不但可以节省原材料，还可以使学生在电脑上反复的设计、验证理论知识，增强学生的学习兴趣。在仿真实训后，在进入实际操作实训室，按照自己设计的电路，对元器件进行识别、检测，让学生先制作相应的实用小电路，这样在很大程度上培养学生学习兴趣，提高学生的动手技能。

4、采取灵活的考核方式

考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节。如何通过考试全面反映每个学生掌握知识及各种技能的程度，如何充分发挥考核在学生综合能力培养中的作用，就必须对学生成绩评定方式的改革。好的考核方法能给学生一个正确的学习导向，合理的项目的评价体系也是项目教学的重要环节，改革后课程的实践内容大大增加，那么相应的总评成绩中技能分值比例也要同步增加。学生成绩可以由期末成绩、平时成绩和实践成绩按一定比例构成，这样可以较公正地、全面地衡量一个学生对该课程的学习情况。项目成绩也可以采用单独计量方式，对项目制作像课程设计一样单独设一门课，可以更好地调动学生的积极性，使他们认真对待每一次项目制作，并通过一套自评、互评和教师测评合理的评价体系可使各小组、个人看到自己的成功之处和不足之处，有利于以后项目的改进和提高。还应鼓励学生课外进行创新小电路制作，并采用弹性考核的方式把学生课外制作作为附加分纳入考核的范围。