新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺的設計研究

彭紅學

摘要：本文對數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學進行了簡單的介紹，針對新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺的設計展開了深入的研究分析，結合本次研究，發(fā)表了一些自己的建議看法，希望可以對新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺的設計起到一定的參考和幫助，提高設計有效性，更好的滿足新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學需要，實現(xiàn)對學生的全面培養(yǎng)和發(fā)展。

關鍵詞：新型;數(shù)字邏輯電路;綜合實驗教學平臺;設計研究

數(shù)字邏輯電路屬于自動化類專業(yè)、計算機科學專業(yè)、通信工程類專業(yè)基礎必修課程，數(shù)字邏輯電路實驗教學是整個數(shù)字電路教學中重要組成部分。在數(shù)字實驗教學中，實驗箱是非常重要的基礎設備，當前實驗箱在實際應用中還存在有較多的問題，比如說結構設計缺乏合理性，將插接板與系統(tǒng)板混在一起，增大維修成本，很難實現(xiàn)新實驗項目的擴展，沒有3.3V低電壓供電條件，當前低功率芯片電路無法順利應用在實現(xiàn)項目中，還沒有專門的揚聲器和驅動電路，綜合實驗項目無法順利展開，以上這些問題的出現(xiàn)整個數(shù)字邏輯綜合實驗教學有效性，必須要設計一款新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺，本文就此展開了研究分析。

一、數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學

（一）實驗教學要求

實驗課主要是為了培養(yǎng)學生電子電路實驗研究能力，使學生通過實驗教學將理論與實際有效連接在一起，結合實驗結果以及相關理論分析彼此之間的聯(lián)系，調(diào)整電路參數(shù)，滿足性能方面需要。實驗教學基本要求主要集中在以下幾個方面：第一，學會對信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表、穩(wěn)壓電源等的正確使用方法;第二，掌握基本測試技術;第三，能夠正確查閱電子器件手冊;第四，能夠與相關技術要求結合在一起選擇合適元器件;第五，能夠對電路中常見問題進行分析。

（二）數(shù)字邏輯電路

數(shù)字邏輯電路包含有時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生掌握和理解數(shù)字系統(tǒng)，使用集成電路實現(xiàn)所需要的邏輯功能，有著非常強的實踐性。隨著科學技術的發(fā)展進步，計算機技術以及微電子技術迅猛發(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踐也相應地發(fā)生變化，實際的實驗教學方法和實驗手段需要進行優(yōu)化和更新。用過計算機輔助設計軟件進行數(shù)字邏輯電路的設計、調(diào)試和模擬，設計簡單、容易修改，能夠使實驗效率得到有效提高，但是因為學生沒有足夠的實驗電路操作和調(diào)試能力，更多的紙上談兵，學生的實踐技能未能得到提高和加強。選擇軟件與硬件相結合實驗教學方法，替代以往傳統(tǒng)的硬聯(lián)邏輯實驗方法，是數(shù)字邏輯電路實驗教學的主要發(fā)展方向。

二、新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺的設計

（一）設計思路

針對原有平臺在實際應用中存在的問題，新型平臺的設計需要充分考慮。在結構不合理方面，選擇模塊化結構設計;在3.3V低電壓供電方面，選擇DC-DC轉換芯片電路解決;在揚聲器缺少方面，選擇增加揚聲器以及相應電路方式解決;在可編程綜合實驗項目缺乏方面問題，增加FPGA模板電路解決;針對插線脫焊問題，選擇加厚PCB板以及沉銅加工技術解決。

（二）模塊化結構設計

模塊化結構設計選擇系統(tǒng)主板與擴展板方式進行，實驗平臺中設計有系統(tǒng)板一塊，擴展板若干，系統(tǒng)板安裝電源接口、脈沖發(fā)生器、邏輯電平測量線路等必備零部件。根據(jù)不同實驗項目，擴展板有幾種不同設計方案，能夠支持不同分組，整個實驗過程不需要反復插拔芯片。14引腳和16引腳DIP封裝芯片較為常用，這兩種設計6組，能夠很大程度上降低芯片插拔帶來的損失，保護實驗箱。

（三）系統(tǒng)板設計

系統(tǒng)板安裝電源接口、脈沖發(fā)生器、邏輯電平測量線路等，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輸出級芯片，容量設計1A。3.3V直流電源輸出級芯片選擇1117C 33C轉換芯片輸出電流為500mA，這種設計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，連接三個不同電阻，實現(xiàn)對不同頻段方波信號的調(diào)節(jié)。邏輯電平測試接頭共16組，并設置LED指示燈。揚聲器選擇LM386集成芯片，所設置的音頻放大電路不僅能夠是吸納對數(shù)字電路與模擬電路的加強，同時還能應用在綜合電路實驗開發(fā)方面，結合輔助EDA，不僅支持一般阻容器件、CD系列集成芯片，同時還支持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，通過標準USB接口連接電腦，在計算機編程控制器件實現(xiàn)相應的功能。

（四）擴展板設計

在數(shù)字邏輯電路實驗項目，擴展板主要應用在電路芯片以及擴展板組成電路設計的實驗和測量，同時哈能實驗和調(diào)試綜合邏輯電路設計，包含有320根鍍銀長紫銅管以及圓腳集成芯片，能夠直接連接CPLD可編程芯片、導線等。擴展板共有三套設計方案，結合教學大綱實驗項目和綜合性實驗項目，三套方案主要區(qū)別在集成芯片插座配置方面，既可以同時使用，也能夠支持分開使用，選擇可拆卸鎖扣結構安裝。

三、結束語

新型數(shù)字邏輯電路綜合實驗教學平臺在實際教學中，不僅能夠完成教學大綱所要求的實驗內(nèi)容，同時還能擴展更多綜合性的實驗內(nèi)容。即提供數(shù)字電路基礎性和綜合性實驗設計內(nèi)容，同時還包含有芯片級可編程應用試驗設計內(nèi)容，能夠將模擬電路、數(shù)字電路以及EDA等聯(lián)系在一起，使學生在學科之間的聯(lián)系有了明顯的提高和加強。

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