數字電路設計方案

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數字電路設計方案范文第1篇

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。

數字電路設計方案范文第2篇

課題內容設計合理與否，將直接影響到課程設計的綜合訓練效果。在具體課題內容設計時，應注意以下幾點：

選擇具有實用性和趣味性的課題從學生的實際水平出發，幫助學生選擇適合自己的題目，使題目與理論知識密切相關，又具有較強的趣味性和實用性，與生產實際相結合。例如，要求學生組裝一整的收音機、家居生活中能用到的聲光控開關、門窗防盜報警器等。又如我們選用的《音樂彩燈控制器設計》、《多功能數字鐘的電路設計》、《交通燈控制邏輯電路設計》等課題，學生做起來積極性很高。更重要的是通過這一過程，學生運用專業技能解決實際問題的綜合能力得到了提高。

選擇能綜合應用理論知識的課題要求學生綜合運用本課程的基本理論和知識，獨立完成一項實際課題。通過查閱資料、線路設計、選擇元器件、電路安裝調試，使學生所學的基本理論和知識充分運用于解決實際問題。例如電子脈搏計這一課題，要應用到傳感器、放大電路、有源濾波電路、整形電路以及數字電路中的各種門電路、觸發器、計數器及譯碼、驅動顯示電路。又如數字鐘電路設計這一課題，數字鐘是一個典型的數字電路系統，選此作為設計題目，可使學生將學過的比較零散的數字電路知識有機地、系統地聯系起來用于實際，培養綜合分析、設計電路的能力。還可選用有源濾波器的設計題目，使學生進一步加深領會運算放大器在信號處理電路中的應用，選用交流寬帶放大器的設計，使學生對放大電路的三種不同組態的特點、應用場合以及電路的設計方法得到練習，并通過這個對基本放大電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬度以及引入負反饋對放大器性能的改善得到進一步的理解，同時提高學生理論聯系實際的能力。

課題內容要注重集成電路和新技術、新產品的應用當今時代電子技術飛躍發展，新技術、新產品層出不窮，課程設計可以彌補教材的滯后性。在電路設計中，應盡量采用集成電路，特別是集成運算放大器和某些專用芯片（如模擬乘法器、鎖相環）作為電路的重要構件，體現出現代電子電路的設計是各種集成電路構件的組合的先進設計理念，尤其是將模擬電路、數字電路與微處理器相結合，以數字電路為主，軟硬件結合，以硬件電路設計為主，符合現代電子電路結構的發展方向。例如我們原來經常選定分立元件OTL和OCL功放電路設計課題，隨著目前大量的集成功放芯片的上市，我們就把這些課題內容并入《集成電路音響放大器》、《音頻信號發生器》等課題中。又如在數字脈搏計課題中，介紹了鎖相倍頻的新概念，同時介紹了集成電路CC4046和C14526構成的鎖相倍頻電路。通過這些課題設計將一些集成電路的工作原理以及使用方法介紹給學生，并在實踐中得到練習，使所學的理論知識更加豐富。

選擇適應專業需要，結合專業特點的課題為了拓寬學生的知識領域，使學生對專業有所認識和了解，提高學生對專業的興趣和學習的積極性，在課程設計中引入了一些結合專業特點的課題。例如數字轉速測試系統與頻率計設計，由于轉速測量在工業控制領域和人們的日常生活中經常遇到，在工廠里測電機每分鐘的轉速，自行車里程測速計，心率計以及汽車時速的測量等都屬于這一范疇。又如PWM（電動機調速系統），由于該系統在工業控制的調速系統中得到廣泛地應用，同時，又由于該系統由脈寬調制器和脈沖放大器兩大部分組成，而脈寬調制器又包括鋸齒波發生器和電壓比較器，密切地聯系了電子技術課程的基本內容。這些課題對掌握基礎知識，開闊學生的視野，增強對專業課的認識，提高學習的積極性都能起到較大的作用。

注意選擇和后續專業課有關的課題為對電子技術課程的進一步提高和為后續課程打下一定基礎，可考慮選擇一些模擬電路和數字電路綜合性的課題，以使學生對電子技術有一個全面的、綜合的認識，對后續專業課有一定了解，為后面的學習打好基礎。例如《調速系統的給定積分器》課題。

課程設計的組織實施

以人為本，因材施教教師只在大思路上作一定的引導，對具體方案不做過多干預，只起組織、引導、檢查、把關和解決一些疑難問題的作用，放手讓學生大膽實踐，以充分發揮學生的主動性和創造性。我們的改進做法是:在注重結論正確的同時，強調整個設計方案實施的全過程，即使得出的結論不盡如人意，甚至是錯的，只要學生能找出其中的原因并提出相應的改進措施，仍然可獲得較好的成績;相反，如果結論是抄襲得來的，即便是正確的，設計成績也按不及格處理。如電子脈搏計的設計課題，只給出設計方案的原理框圖，講明基本原理、總體構思和適當的設計提要，在設計任務書中給出原始數據及主要技術要求，而具體的原理圖及元件的參數，集成電路的選擇，電路的安裝調試等工作則要求學生獨立完成，這樣做可培養學生的自學和獨立解決問題的能力，學生的收獲更大。

虛實結合，重在“真品”（1）采用機輔分析。電子設計自動化(EDA)技術是以計算機為工作平臺，對電子電路或系統進行自動分析和設計的計算機輔助技術，它的應用使得電路功能、參數的分析和設計都可以脫離具體對象，在構筑于計算機平臺上的虛擬環境中通過仿真處理而自動實現。EDA技術已成為現代電子工程開發與應用領域的支撐技術，在電子行業，Miltisim、Protel等電子仿真軟件，已成為電子工程設計的必備工具。學習和掌握應用計算機對電子電路的分析是目前和今后發展的必然趨勢，將其應用到課程設計領域也是教學改革的方向。一是應用Miltisim設計電路仿真。在學生根據設計課題擬定初步方案后，要求他們先在電路仿真與分析軟件Milltisim平臺上對于所設計的電路進行仿真，觀察電路功能是否滿足設計要求，分析主要元器件參數對電路指標的影響，初步了解電路靜態和動態的工作情況，在Milltisim平臺上調試電路使之達到技術指標，為電路的實調做準備。二是應用ProtelForWindows設計印刷電路板。在Milltisim仿真后，給學生介紹印刷電路板的自動化設計軟件ProtelForWindows和設計印刷電路板的基本工程知識，要求學生應用ProtelForWindows設計軟件繪制本組設計的電路原理圖并設計出印刷電路板圖。通過幾年課程設計的實踐，對有源濾波器、交流寬帶放大器、數字溫度計、數字鐘、交通燈控制器等設計課題采用MilltisimEDA軟件與虛擬樣機，指導學生進行電子技術課程設計，取得了較好的教學效果。（2）結合傳統設計。近年來，全國各高校都開設了EDA技術的教學和實踐課程。對機電類專業的學生而言，電子技術課程設計是學生在學完電子技術理論課程后進行的一次綜合性訓練，其目的是培養學生綜合運用所學理論知識的能力、獨立設計電子產品的能力和對電子產品實際安裝、調試的能力。如果學生沒有從原理圖設計開始一直做到樣機調試成功，經歷整個電子產品的設計、開發過程，又如何能提高電子技術課程設計的作用?所以要將傳統課程設計與EDA技術的訓練相結合，比較電路實測的性能和計算機的仿真結果，以認識計算機仿真在電路設計中所起的作用，使學生對EDA技術的了解不只是停留在軟件系統的操作上，而是對該技術在電子設計中所起的作用有一個整體的認識，能對學生綜合能力的培養有所幫助。

形成組合，團結協作在組隊方面，采取電子設計競賽的組織方式，2～3人為一組，要求學生不僅要共同討論設計課題和選擇設計方案，還必須落實自己具體的設計任務，如計算機輔助分析、硬件電路的制作、調試、資料的查閱、整理和總結等，有分工有合作，以培養學生的團隊精神。

數字電路設計方案范文第3篇

1.電子技術課程設計的重點與要求

本課程的重點是電路設計，內容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。

具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統的設計；掌握電子系統設計的基本方法，了解電子系統設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。

2.電子技術課程設計的教學過程

電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節可以分為以下四個部分。

2.1課堂講授。

課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。

2.2設計與調試環節。

2.2.1前期準備、方案及電路設計。

前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內容如下：題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。

2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試，指標測試等。

在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。

2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。

撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度。總結報告應包括以下方面：系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等。總結報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數據和波形并與計算結果比較分析；調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。

2.4成績評定。

課程的實踐性不僅體現實際操作能力，而且體現獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神及創新精神，等等。

3.電子技術課程設計的步驟

在“電子技術基礎”理論課程教學中，通常只介紹單元電路的設計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統設計（總體電路由哪些單元電路構成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術的發展，各種通用和專用的模擬和數字集成電路大量涌現，電子系統的設計除了單元電路的設計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發，課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統分為模擬型、數字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數字電路設計的方法有所不同（尤其單元電路的設計），但總體電路的設計步驟是基本相同的。電子電路的一般設計方法與步驟包括：總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。

數字電路設計方案范文第4篇

關鍵詞：數模結合 綜合性實驗 數控風扇 數字溫度計

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（b）-0090-02

數字電路課程和模擬電路課程是電子學領域的兩門非常重要的專業基礎課程，實驗對于學生理解這兩門課程的理論知識及進行創新應用來說是至關重要的。為了實現“以學科知識為基礎，以綜合應用為核心，以培養創造性思維為重點”的培養目標，近年來，深圳大學信息工程學院將數字電路和模擬電路教學都放在了大學二年級上學期開展，同時將數字電路實驗室和模擬電路實驗室合并，成立了數模復用實驗室，為學生加深電子學領域的理論認識，培養學生的綜合動手能力建立了一個良好的學習環境和氛圍。相應的，這兩門課程的實驗內容也進行了改進，增加了數模結合的綜合性實驗項目。本文以數控迷你小風扇和數字溫度計為例，具體闡述數模復用實驗室綜合設計性實驗項目的實現過程。

1 數模結合的綜合性實驗設計原則

傳統的數字電路實驗和模擬電路實驗的開展一般都是以特定的目的、孤立的功能單元而開設。數字電路的實驗包括各種常用芯片的功能測試及簡單應用，不涉及任何模擬電路部分；模擬電路實驗包括分立元件（三極管）放大電路和集成運算放大電路的性能及簡單運用，不涉及任何數字電路部分。這種傳統的實驗設計方案存在以下兩大問題：一是實驗的目的一般都是理論知識的實驗驗證，缺少對學生興趣的考慮，不能激發學生的自主創新能力；二是數字電路實驗與模擬電路實驗“各自為政”，致使學生在完成實驗后感到知識不連貫，不能綜合理解和運用數字電路和模擬電路的知識體系，以至于很難達到融會貫通，學以致用的目的。

基于以上問題，數模綜合實驗設計原則主要體現在以下兩個方面：一是興趣主動性；二是數模綜合性。古代教育家孔子曾說過：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。培養學生對課程的興趣主動性，使學生愿意開始干，愿意投入干，干完后有成就感，就能起到事半功倍的教學效果。在興趣的驅動下，學生對完成實驗的主動性更強，對所學數字電路理論知識和模擬電路理論知識的融會貫通性就會更好，從而能夠保證綜合設計性實驗能夠達到最初的實驗設計目的，即加深學生的理論認識，提高學生的實踐動手能力，為學生創新能力的培養打下基礎。

體現數模綜合性設計原則的實驗應包括數字電路部分、模擬電路部分、以及數模（模數）轉換電路部分。一般有兩種形式，如圖1、圖2所示。在數模轉換（DAC）綜合實驗中，通過輸入數字控制信號，如調節風扇遙控器，該信號經過數模轉換電路，轉換成模擬信號，一般的數模轉換電路輸出的模擬信號都比較微弱，無法驅動外部執行裝置，因此，該微弱信號需要再通過模擬放大電路，進行電流或者電壓等功率放大，最終驅動模擬執行系統，如調節風扇轉速等。在模數轉換（ADC）綜合實驗中，通過采集外界環境中的模擬信號信息，如風扇轉速等，一般，傳感器采集到的信號比較微弱，需要通過模擬放大電路進行放大，再經過模數轉換，最終將該信號進行數字顯示。模擬放大電路不僅能放大模擬信號，還能夠減小模數轉換電路部分的轉換誤差，從而更精確的進行數字顯示。

2 實驗項目數控迷你小風扇的設計

風扇在現實生活中普遍使用，學生對這個項目不會產生陌生感，而且該項目具有很大實用性，容易學生的興趣和主動性。本項目的設計要求是：設計并制作一個數控迷你小風扇，風扇的轉速控制通過數字輸入。電路設計框圖如圖3所示。參考電路設計如圖4所示。大二學生還沒有接觸過鍵盤輸入控制電路，因此，本項目采用自鎖式開關這種簡單的器件進行數字輸入控制。例如，希望轉速能夠達到100轉/分，就可以利用8個自鎖式開關輸入“01100100”，開為“1”，關為“0”。數模轉換電路應用DAC0832數模轉換芯片：根據輸入的八位二進制，輸出該二進制所代表的電流值。框圖中的驅動部分對應電路設計中的一個射極跟隨器，輸入微電流控制發射極輸出電壓，在發射極端接負載小風扇，驅動其運轉。三極管可以采用最普通的9013。

3 實驗項目數字溫度計的設計

溫度計在日常生活中也很多見。本項目的設計要求是設計并制作一個數字溫度計。為了保護大二學生的實驗積極性，不讓他們產生畏難情緒，測量溫度范圍定位20～29攝氏度。設計框圖如圖5所示。十進制的“2”為固定數字，學生只要設計并實現溫度個位數的顯示即可，參考電路設計如圖6所示。溫度傳感器LM35可以探測周圍環境溫度從而輸出不同電壓，輸出的電壓值隨溫度的變化呈線性變化，例如，20攝氏度，LM35輸出0.20 V，25攝氏度，LM35輸出0.25 V。LM741運算放大器電路部分雖然沒有電壓放大，但是增加了電路的帶載能力，增強了模數轉換部分的輸入穩定性。ADC 0809模數轉換芯片根據輸入的電壓值，輸出代表其電壓值的八位二進制。74LS573鎖存器：OE腳為使能端，LE為鎖存端，當LE為1時，D端的數據輸出到O端，當LE為0時，D端的數據無法輸出到O端，O端輸出上一個狀態的數據。74LS283全加器對輸入的四位二進制數進行加減法，實現轉碼功能。74LS48根據輸入的四位二進制數驅動數碼管，顯示相應數字（0～9）。

4 結語

數模結合的綜合性實驗可以促進學生電路領域的理論認識，提高學生的實踐動手能力，為學生創新能力的培養打下基礎。本文作者所在的深圳大學信息工程學院將數電、模電實驗室合并，成立了數模復用實驗室，為數模綜合性實驗開展提供了良好的環境和氛圍。本文提出了數模綜合性實驗的設計原則，并提供了實際實驗教學的兩個項目供兄弟院校電學實驗室參考，希望能起到拋磚引玉的作用。

參考文獻

[1] 周靜，劉杰.數模、模數轉換電路的綜合實驗研究[J].安慶師范學院學報：自然科學版，2010，16（3）：115-118.

[2] 陳林，潘旭，陳喬，等.虛擬儀器技術在電子技術課程設計中的應用[J].實驗技術與管理，2011，28（8）：83-86.

[3] 王美玲，付佳，肖煊.創新型實驗項目 ―― 數字溫度計的設計[J].實驗室研究與探索，2010，29（9）：125-127.

數字電路設計方案范文第5篇

【關鍵詞】數控;直流穩壓電源;Proteus;設計與仿真;教學案例

1 引言

Proteus軟件是英國LabCenter Electronics公司開發的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個部分構成，其中Proteus ISIS軟件包含了革命性的VSM（虛擬仿真技術），用戶可以對模擬電路、數字電路、模擬數字混合電路，以及基于微控制器的系統連同所有的周圍電子器件一起仿真[1-2]。在電子類專業核心課程的教學中，除了引導學生掌握好基礎理論知識外，教師更需要加強對學生實踐動手能力的培養，才能促進學生電路設計能力以及實踐創新能力提高，也才能滿足社會對所培養人才的專業能力需求。而將Proteus仿真軟件技術應用于電子類專業核心課程的教學活動中，如模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術以及嵌入式系統等課程的教學，不僅能夠促進教師形象生動地完成教學任務，還可以提高學生的實踐動手能力，如開展創新性設計實驗、畢業設計、電子設計競賽[2]。采用Proteus進行虛擬仿真設計實驗可以根據需要隨時對原理電路圖進行修改，并立即獲得仿真結果。一邊設計一邊實驗，調試時隨時可以修改電路，要比用萬能板焊接元件搭建硬件平臺更為方便，避免了傳統設計中元器件的浪費，節約了時間和經費，提高了設計的效率和質量[3]。本文探討的數控直流穩壓電源的設計和仿真，涉及電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術、EDA技術等多方面知識，是電子電路設計與仿真教學的典型案例。

2 電路的硬件設計

2.1 設計方案分析

數控直流穩壓電源設計是一個具有綜合性的設計項目，要求具有一定的電壓輸出范圍，輸出電壓能步進可調，能實時數字顯示輸出電壓。

根據任務要求，首先該電路主體是一個電源，屬于模擬電路設計，其次需要實時顯示輸出電壓，需要譯碼顯示電路，屬于數字電路知識，還有數字到模擬的轉換，需要數模轉換電路，整個轉換過程需要相應的時序控制，需要微控制器有序控制電壓的轉換、輸出、顯示。因此設計方案很多，本文給出一種簡單實用的方案，在此方案中主要由以下幾個部分組成（如圖1）：

控制器部分：為了能有序控制電源的步進輸出及顯示，本設計選用學生熟悉又比較常用的8051系列單片機AT89C52。單片機的作用除了有效控制電壓的數控輸出及顯示外，還可進行功能擴展。

電壓輸出部分：本設計對電源的輸出電壓電流沒有太高的要求，當前已有集成三端穩壓器一般能滿足要求，而且這類芯片內部都有過流和過熱的保護電路。例如型號為LM317集成三端穩壓器，其額定電流可達1.5A，輸出電壓的調節范圍為1.2～37V，內部有過熱和過流保護電路，價格也不貴，所以采用這種芯片為主體來組成所要求的系統是比較合理的。

電壓調節部分：為了能實現電源輸出步進變化，結合集成三端穩壓器的特點，選擇模擬開關和電阻網網絡構成D/A轉換電路，將單片機與三端穩壓器聯接，實現數字信號到模擬信號的轉換。控制單片機輸出的數字信號即可改變三端穩壓器輸出電壓，實現電壓的數控調節。

電壓顯示部分：該部分選用常用的數字電路中的譯碼顯示電路，為了節約單片機的IO端口，顯示方式采用動態顯示。

圖1 整體電路設計方案原理圖

2.2 各單元電路硬件設計

根據上面的設計思路，為了能快速方便的實現該設計方案，采用常用的一種仿真設計軟件Proteus完成該電路的設計與仿真。Proteus軟件包含了豐富的元器件庫，能夠很方便地調用設計方案中需要的各種元器件連接成電路，并進行仿真測試。

2.2.1 單片機控制電路

單片機是數控電源的核心，它通過軟件的運行來控制整個電路的工作，從而完成設定的功能。本設計中控制電路選用AT89C52單片機，它是由美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能8位CMOS單片機，片內含8K字節的FLASH或PEROM和256字節的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容[4]。AT89C52接收來自按鍵的信息，并對按鍵輸入的信息進行處理，從而控制輸出電壓的變化，并將變化的結果輸出到顯示電路上。

2.2.2 電壓輸出電路

該電路主要由集成三端穩壓器LM317作為核心器件穩定輸出電壓，該芯片內部有過流和過熱保護電路，電容C1、C3濾除交流雜波，二極管D1為負載電容的存儲電荷提供一條放電通路[4]。LM317的穩壓輸出電路如下圖2所示。

圖2 LM317穩壓輸出電路

圖2中輸出電壓滿足下列關系，

由于調整端的電流IADJ小于100uA，大多數情況應用時可以忽略，因此輸出電壓近似為 ，通過調節可調電阻R2可以很方便地改變輸出電壓。

2.2.3 電壓調節電路

從上面的LM317輸出電壓公式得知只要改變可調電阻R2的大小可以很方便地改變輸出電壓的大小，如果把R2設計成一個線性電阻網絡，通過模擬開關進行切換，就可以實現數控輸出電壓的要求[5]。線性電阻調節網絡如圖3所示，電路中選用8個電阻值依次倍增的精密電阻，模擬開關選擇常見的繼電器，通過按鍵輸入控制單片機P1口輸出的數字量控制繼電器的閉合與斷開，實現一種類似于數字量到模擬量的轉換網絡，來改變接入LM317調整端電阻的大小，從而改變輸出電壓大小。

圖3 線性電阻調節網絡

2.2.4 電壓顯示電路

譯碼顯示電路選用4位數碼管的動態顯示方式（如圖4所示）。將單片機的P2.0和P2.1口控制數碼管的段選和位選的選通，P0口實現對數碼管段選和位選的數據傳送。P0口既要輸出位選數據還要輸出段選數據，因此采用分時傳送方式，分別用兩個鎖存器74HC573保存對應的位選數據和段選數據;兩個鎖存器的工作分別通過單片機的P2.0和P2.1口來控制。

圖4 譯碼顯示電路

2.2.5 聲光指示電路

為了能指示輸出電壓的最大值、最小值，分別添加紅、綠LED指示燈;為了能指示按鍵的增減，添加蜂鳴器，按鍵每按下一次，就發出報警聲一次。

3 電路的軟件設計

直流穩壓電源系統是以單片機為核心控制電壓的調節與顯示，因此需要編寫相應軟件程序控制單片機有序工作。

根據以上電源系統的硬件特點和實現功能，軟件程序的結構可分為主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系統初始化、數碼管顯示、按鍵是否按下，并跳轉到相應功能的子程序中去。主程序流程圖如圖5所示。子程序包括：系統初始化子程序、顯示數據處理子程序、數碼管顯示子程序、按鍵中斷子程序等。

圖5 主程序流程圖

4 電路的整體設計與仿真分析

單片機系統的仿真是Proteus軟件的一大特色。首先在Proteus中將上面硬件設計的各單元電路連接成一個完整的數控直流穩壓電源仿真電路（如圖6所示）;然后創建源代碼程序文件，并編輯該電源系統的程序源代碼;接著將源代碼編譯生成為目標代碼，將目標代碼添加到圖6中的單片機元件的屬性中，相當于在實際電路中對單片機下載目標程序;最后進行電路的調試仿真[7]。

圖6 整體設計仿真電路圖

圖6所示電路的仿真結果如下：當電路上電工作后，由于電阻網絡中沒有電阻接入LM317的調整端，數碼管上顯示出電壓為1.25V。當電壓增加按鍵按下時，單片機的外部中斷0產生中斷，蜂鳴器報警，電壓計數值增加1，接入的電阻網絡中的電阻值增加一個單位，相應的輸出電壓增加0.1V;保存數碼管結果的計數器值加1，P2.0端口選通譯碼顯示電路的位選鎖存器，送入相應的位選數據;P2.1端口選通譯碼顯示電路的段選鎖存器，送入段選數據;數碼管上顯示結果值增加0.1。當電壓增大到15V時，紅燈亮，顯示電壓值不變化，輸出電壓值也不再增加;當電壓減小到1.25V時，綠燈亮，顯示電壓值不變，輸出電壓也不再減小。

在仿真電路中增加虛擬測試儀器，如圖6中在穩壓輸出端Vout添加直流電壓表或者電壓探針，可以在仿真中實時觀測輸出電壓的變化數據[3]。

電路仿真輸出的理想結果是：電壓輸出大小從1.25V到15V變化，變化步進單位為0.1V;但實際上仿真結果是：數碼管上顯示結果與LM317輸出端接的電壓探針測量的電壓值有一點誤差。仿真測試數據如表1所示。

表1 仿真測試數據對比表

顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差

1.35 1.356 -0.006 5.55 5.527 0.023 11.55 11.475 0.075

1.55 1.554 -0.004 5.95 5.924 0.026 11.95 11.871 0.079

1.95 1.951 -0.001 6.55 6.520 0.030 12.55 12.465 0.085

2.35 2.349 0.001 6.95 6.916 0.034 12.95 12.861 0.089

2.55 2.548 0.002 7.55 7.511 0.039 13.35 13.257 0.093

2.95 2.946 0.004 7.95 7.908 0.042 13.55 13.455 0.095

3.35 3.343 0.007 8.55 8.503 0.047 13.95 13.850 0.100

3.55 3.541 0.009 8.95 8.900 0.050 14.35 14.247 0.103

3.95 3.939 0.011 9.55 9.494 0.056 14.55 14.444 0.106

4.35 4.335 0.015 9.95 9.891 0.059 14.75 14.642 0.108

4.55 4.535 0.015 10.55 10.485 0.065 14.85 14.741 0.109

4.95 4.932 0.018 10.95 10.881 0.069 14.95 14.840 0.110

從仿真結果上看，隨著電壓的增加，數碼管輸出的理想結果與電壓探針輸出的結果誤差將逐漸增加，最大相對誤差為0.11V，即數碼管上顯示電壓值為14.95V時，電壓探針實時測量電壓值為14.840V。仿真結果說明該電路在精度要求不是很高的場合足以適合應用。

分析誤差的原因：（1）仿真軟件中的電路元件畢竟是模擬元件，不是真實電路，即使真實電路也會有一定的誤差;（2）顯示結果是直接將控制繼電器的數字信號通過單片機軟件顯示出來，而電壓探針測量的是LM317輸出端的電壓值，兩種的顯示位數、精度不同。當然實際輸出端的結果還取決于連接的電阻網絡中的電阻值的合理選取。通過仿真不但可以觀察輸出結果，還可以在仿真軟件中很容易修改電路并分析結果。

5 小結

本文利用Proteus軟件實現了一種數控穩壓直流電源的設計與仿真，無論設計過程還是仿真測試結果都達到了滿意的效果。該電路的設計與仿真作為電子類專業的綜合課程設計典型教學案例，在教學過程中應用Proteus仿真軟件對電路的設計方案及結果進行實時的仿真測試與分析，一方面仿真設計操作簡單，搭建電路、測試結果方便，修改設計快捷;另一方面在教學中增加了學生電路設計上的感性認識，便于對電路設計理論的理解，提高了學生的興趣。總之，利用Proteus仿真軟件能較好地完成設計任務，將之應用到相關課程教學中是一種新的教

學方法，有助于教師的教學和學生的自主學習。

參考文獻：

[1]王勇，曹磊.Proteus虛擬電子實驗室在教學中的應用研究[J].中國電力教育，2014（03）：124-125.

[2]侯向鋒，周兆豐.Proteus在模擬電子技術教學中的應用[J].湖北師范學院學報（自然科學版），2012（04）：114-118.

[3]周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真（第二版）[M].北京航空航天大學出版社，2010.

[4]蔡順燕.基于AT89C52的數控直流穩壓電源設計[J].成都師范學院學報，2014（03）：112-115.

[5]唐金元，王翠珍.0～24V可調直流穩壓電源電路的設計方法[J].現代電子技術，2008（04）：12-14.

[6]周立功.單片機實驗與實踐[M].北京航空航天大學出版社，2006.