新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

彭紅學(xué)

摘要：本文對(duì)數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，針對(duì)新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)展開(kāi)了深入的研究分析，結(jié)合本次研究，發(fā)表了一些自己的建議看法，希望可以對(duì)新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)起到一定的參考和幫助，提高設(shè)計(jì)有效性，更好的滿(mǎn)足新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的全面培養(yǎng)和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新型;數(shù)字邏輯電路;綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái);設(shè)計(jì)研究

數(shù)字邏輯電路屬于自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)、通信工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程，數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)數(shù)字電路教學(xué)中重要組成部分。在數(shù)字實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)箱是非常重要的基礎(chǔ)設(shè)備，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)箱在實(shí)際應(yīng)用中還存在有較多的問(wèn)題，比如說(shuō)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏合理性，將插接板與系統(tǒng)板混在一起，增大維修成本，很難實(shí)現(xiàn)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的擴(kuò)展，沒(méi)有3.3V低電壓供電條件，當(dāng)前低功率芯片電路無(wú)法順利應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的揚(yáng)聲器和驅(qū)動(dòng)電路，綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法順利展開(kāi)，以上這些問(wèn)題的出現(xiàn)整個(gè)數(shù)字邏輯綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性，必須要設(shè)計(jì)一款新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，本文就此展開(kāi)了研究分析。

一、數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求

實(shí)驗(yàn)課主要是為了培養(yǎng)學(xué)生電子電路實(shí)驗(yàn)研究能力，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)將理論與實(shí)際有效連接在一起，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及相關(guān)理論分析彼此之間的聯(lián)系，調(diào)整電路參數(shù)，滿(mǎn)足性能方面需要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求主要集中在以下幾個(gè)方面：第一，學(xué)會(huì)對(duì)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表、穩(wěn)壓電源等的正確使用方法;第二，掌握基本測(cè)試技術(shù);第三，能夠正確查閱電子器件手冊(cè);第四，能夠與相關(guān)技術(shù)要求結(jié)合在一起選擇合適元器件;第五，能夠?qū)﹄娐分谐Ｒ?jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析。

（二）數(shù)字邏輯電路

數(shù)字邏輯電路包含有時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路兩部分，數(shù)字邏輯電路課程主要是為了幫助學(xué)生掌握和理解數(shù)字系統(tǒng)，使用集成電路實(shí)現(xiàn)所需要的邏輯功能，有著非常強(qiáng)的實(shí)踐性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字邏輯器件從之前的集成電路向著可編程邏輯器件方面發(fā)展，在數(shù)字邏輯電路方面的研究和實(shí)踐也相應(yīng)地發(fā)生變化，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)手段需要進(jìn)行優(yōu)化和更新。用過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和模擬，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易修改，能夠使實(shí)驗(yàn)效率得到有效提高，但是因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有足夠的實(shí)驗(yàn)電路操作和調(diào)試能力，更多的紙上談兵，學(xué)生的實(shí)踐技能未能得到提高和加強(qiáng)。選擇軟件與硬件相結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，替代以往傳統(tǒng)的硬聯(lián)邏輯實(shí)驗(yàn)方法，是數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要發(fā)展方向。

二、新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路

針對(duì)原有平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，新型平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要充分考慮。在結(jié)構(gòu)不合理方面，選擇模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);在3.3V低電壓供電方面，選擇DC-DC轉(zhuǎn)換芯片電路解決;在揚(yáng)聲器缺少方面，選擇增加揚(yáng)聲器以及相應(yīng)電路方式解決;在可編程綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏方面問(wèn)題，增加FPGA模板電路解決;針對(duì)插線脫焊問(wèn)題，選擇加厚PCB板以及沉銅加工技術(shù)解決。

（二）模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇系統(tǒng)主板與擴(kuò)展板方式進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中設(shè)計(jì)有系統(tǒng)板一塊，擴(kuò)展板若干，系統(tǒng)板安裝電源接口、脈沖發(fā)生器、邏輯電平測(cè)量線路等必備零部件。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，擴(kuò)展板有幾種不同設(shè)計(jì)方案，能夠支持不同分組，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不需要反復(fù)插拔芯片。14引腳和16引腳DIP封裝芯片較為常用，這兩種設(shè)計(jì)6組，能夠很大程度上降低芯片插拔帶來(lái)的損失，保護(hù)實(shí)驗(yàn)箱。

（三）系統(tǒng)板設(shè)計(jì)

系統(tǒng)板安裝電源接口、脈沖發(fā)生器、邏輯電平測(cè)量線路等，其中電源接口選擇正5V直流電源，采用常規(guī)變壓器，選擇7805輸出級(jí)芯片，容量設(shè)計(jì)1A。3.3V直流電源輸出級(jí)芯片選擇1117C 33C轉(zhuǎn)換芯片輸出電流為500mA，這種設(shè)計(jì)方式能夠有效降低波紋系數(shù)。脈沖發(fā)生器采用集成震蕩發(fā)生器芯片NE555，連接三個(gè)不同電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻段方波信號(hào)的調(diào)節(jié)。邏輯電平測(cè)試接頭共16組，并設(shè)置LED指示燈。揚(yáng)聲器選擇LM386集成芯片，所設(shè)置的音頻放大電路不僅能夠是吸納對(duì)數(shù)字電路與模擬電路的加強(qiáng)，同時(shí)還能應(yīng)用在綜合電路實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)方面，結(jié)合輔助EDA，不僅支持一般阻容器件、CD系列集成芯片，同時(shí)還支持CPLD在線編程LSP等方面功能。CPLD可編程邏輯器件選擇XC2C64A-VQG44芯片，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)USB接口連接電腦，在計(jì)算機(jī)編程控制器件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

（四）擴(kuò)展板設(shè)計(jì)

在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，擴(kuò)展板主要應(yīng)用在電路芯片以及擴(kuò)展板組成電路設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，同時(shí)哈能實(shí)驗(yàn)和調(diào)試綜合邏輯電路設(shè)計(jì)，包含有320根鍍銀長(zhǎng)紫銅管以及圓腳集成芯片，能夠直接連接CPLD可編程芯片、導(dǎo)線等。擴(kuò)展板共有三套設(shè)計(jì)方案，結(jié)合教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，三套方案主要區(qū)別在集成芯片插座配置方面，既可以同時(shí)使用，也能夠支持分開(kāi)使用，選擇可拆卸鎖扣結(jié)構(gòu)安裝。

三、結(jié)束語(yǔ)

新型數(shù)字邏輯電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在實(shí)際教學(xué)中，不僅能夠完成教學(xué)大綱所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)還能擴(kuò)展更多綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。即提供數(shù)字電路基礎(chǔ)性和綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)還包含有芯片級(jí)可編程應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠?qū)⒛M電路、數(shù)字電路以及EDA等聯(lián)系在一起，使學(xué)生在學(xué)科之間的聯(lián)系有了明顯的提高和加強(qiáng)。

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