仿真電路設計報告精選(九篇)

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第1篇：仿真電路設計報告范文

（電子科技大學成都學院微電子系，四川 成都 611731）

【摘　要】闡釋了一種實例教學法，旨在幫助學生有效的理解模擬集成電路設計，激發(fā)學習興趣，掌握就業(yè)技能。類似的教學思路可以借鑒到各個工程學科的學習、工程師的培養(yǎng)中去。

關鍵詞 模擬集成電路設計；實例教學法；仿真；帶隙基準源

To explore the teaching of integrated circuit design simulation

Overview of instance——project method

LIAO Wu-yang

（Department of microelectronics， Chengdu College of， University of Electronic science and Technology of China Chengdu Sichuan 611731， China）

【Abstract】This paper illustrates a case teaching method， which aims to help students to effectively understand the design of analog integrated circuit， to stimulate interest in learning， learn job skills. Similar teaching ideas can be reference to the cultivation of various engineering disciplines， engineers to learn.

【Key words】Analog integrated circuit design；Teaching method；Simulation；Bandgap reference

0　引言

模擬集成電路設計常常被稱為一種“藝術”，因為設計時要在各種指標、規(guī)范中間尋求適當?shù)恼壑校@需要經(jīng)驗和創(chuàng)造力。但它更是一種“科學”，因為需要一定的設計方法和深入研究來指導這樣的折中和創(chuàng)造。

這種“藝術”和“科學”的結合使教與學都充滿了挑戰(zhàn)。一方面，學生由于缺乏對模擬IC設計整體上的認識而覺得公式推導言之無味；另一方面，由于其藝術性，很難總結出具有普遍適應性的設計步驟，使學生感到迷茫困惑。

怎樣達到更好的教學效果？理論與實踐需要更緊密的結合！具體說來，筆者主張以“實例項目”為支撐的三個層次的學習。類似的教學思路可以借鑒到各個工程學科的學習、工程師的培養(yǎng)中去。

1　三層次的工程學習

第一階段，理論課學習和基本仿真實踐相結合。二者應該同步進行！在理論課中講授了一個基本的電路模塊之后，應及時針對該模塊的常見特性動手實驗（用Hspice等工具仿真），以實驗結果來解釋、應對書上的常用公式和結論！這時的實驗以演示性實驗、誘導性實驗為主，目的是基本方法和重點結論的掌握。不把軟件本身的使用作為孤立的學習內(nèi)容，而是講練結合，讓仿真工具成為重要的學習工具。

第二階段，在學習了理論知識和仿真工具的基礎上，成立學習興趣小組，完成接近實際情況、但是經(jīng)過一定簡化的工程項目，“實例項目”。這時的目標是把項目的全貌展現(xiàn)給學生，讓學生學習到做項目的思路、方法和態(tài)度，激發(fā)對工程的興趣?？梢阅M以下工作環(huán)節(jié)：性能指標的討論、確定；所用工藝的熟悉和選擇；電路拓撲結構的分析和選擇；電路各項指標的仿真；仿真報告的撰寫；項目分析和總結。在整個過程中有兩點值得強調：一是團隊交流與合作。比如對于討論、確定某項指標，學生先查找資料，提煉出自己的邏輯和結論，再“教”給其他團隊成員。教別人是最好的學習！這對學生表達能力、學習能力會有很好幫助。二是數(shù)據(jù)的記錄和報告的撰寫。這是對學生的技術文檔編輯能力（包括文檔編輯軟件、繪圖軟件的應用能力），分析總結能力的良好鍛煉。這些基本能力的培養(yǎng)不僅使學生在模擬集成電路設計這一工程方向上受益，也提高了學生總體的工程人才素質，為更廣闊的發(fā)展道路打下基礎。

“實例項目”應該給出適度的引導和參照。因為學生是初學者，學習是從模仿開始的！讓學生做能力以外的事情而不給予引導，不僅會事倍功半，挫傷學習動力，也不符合科學的、講究效率的工程精神。當然引導是適度的，不能包攬。

第三階段，選取對于這個工作方向有濃烈興趣的優(yōu)秀學生，嘗試做一些具有實用性、創(chuàng)新性的項目。具備相關條件的情況下，可以和企業(yè)合作，做出實際的產(chǎn)品，讓學生的勞動與智慧能夠真正開花結果。

以上總述了以實例項目為支撐的工程學習的三個階段，可在思路上為廣大工程相關的老師同學們提供參考。各個階段具體的的設計與實施，需要不同細分行業(yè)的老師同學根據(jù)自己的特點來進行。在本文的續(xù)篇“模擬集成電路設計教學探討（二）”中，會以模擬集成電路設計中低壓帶隙基準源為例，闡述一個具體的“實例項目”（即上文中的第二階段）。歡迎廣大讀者閱讀交流。

2　結束語

模擬電路設計像很多工程學科一樣，許多方法、結論需要反復實踐才能掌握。“給學生一些事情去做，而不是給他們一些東西去學?！睉摮蔀楣こ處熍囵B(yǎng)的核心思想。本文描述了一個“實例項目”為支撐的工程學習教學思路，以供廣大教育、培訓人士參考。希望更多的學生能夠有良好的實踐平臺，了解相關工作方向和工作方法，獲得所需的工程素質。

參考文獻

［1］畢查德.拉扎維.模擬CMOS集成電路設計:第二章[M].陳貴燦，程軍，張瑞智，等譯.西安交通大學出版，2003.

［2］Chi-Wah Kok， CMOS Voltage References: An Analytical and Practical Perspective[M]. John Wiley & Sons Inc，2013.

第2篇：仿真電路設計報告范文

語音信號的抽樣和重構，在理論方面涉及到濾波器的設計和抽樣定理［2，3］，實踐方面涉及到濾波器和抽樣定理的具體實現(xiàn)，還包含模擬電路和數(shù)字電路的基礎知識，是理論和實際緊密結合的。因此，將其作為電子課程設計的題目，可以使學生充分鞏固和加深理解基礎核心課程的知識，提高自學能力和解決實際問題的能力。本文將其作為“電子線路課程設計”的教學平臺進行構建的。

1語言信號抽樣和重構系統(tǒng)設計

語音信號的抽樣與重構系統(tǒng)是對經(jīng)過抗混疊濾波后的語音信號進行8kHz自然抽樣，然后把抽樣信號進行重構，恢復出原信號，并將信號通過揚聲器輸出。系統(tǒng)構成如圖1所示，包括電源電路、語音信號的輸入電路、抽樣時鐘產(chǎn)生電路、信號抽樣電路、信號重構電路和功率放大電路等。

1)電源電路電源電路可以提供±12V和±5V的直流電源。實現(xiàn)方法是將220V交流電經(jīng)過變壓器和整流橋變成+15V和－15V的直流電［1，2］。先將+15VDC輸入到模塊LM7812和LM7805，轉變成為+12VDC和+5VDC輸出;而將－15VDC輸入到LM7912和LM7905，轉變成－12VDC和－5VDC輸出。

2)語音信號的輸入電路語音信號的輸入電路包括語音信號的采集和抗混疊濾波。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，設計的抽樣頻率為8kHz。為避免頻譜混疊，對信號要進行抗混疊濾波［4］。因此，將語音信號通過麥克風轉換為電信號后，對信號進行放大和濾波。低通濾波器的參數(shù)如下:截止頻率為3400Hz、通帶衰減3dB、阻帶衰減40dB，用濾波器設計軟件Filterlab進行設計［5］。

3)抽樣時鐘產(chǎn)生電路抽樣時鐘產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生8kHz的雙極性方波信號。通過參數(shù)設計，芯片NE555可以用來產(chǎn)生頻率和占空比可變的單極性方波信號。但后續(xù)抽樣電路需要的是雙極性的方波信號，故還需進行極性轉換，可以采用運算放大器實現(xiàn)。

4)信號抽樣電路信號抽樣電路的功能是對語音信號進行自然抽樣，可以使用四通道雙向模擬開關芯片CD4066實現(xiàn)。雙極性方波信號接到控制端，控制模擬開關的通斷控制音頻信號的通過，達到抽樣目的。

5)抽樣重構電路抽樣后信號的重構過程，就是一個內(nèi)插過程，是通過低通濾波器實現(xiàn)的。這里的濾波器參數(shù)與抗混疊濾波器參數(shù)相同。

6)功率放大電路功率放大電路的功能是對重構后信號進行功率放大，驅動揚聲器，核心芯片為LM386。

2課程設計流程安排及要求

第一階段:教師講解設計的整體功能及系統(tǒng)劃分，學生初步了解整個設計的組成和結構。同時完成學生的分組，二人一組自愿組合，第二階段:學生根據(jù)設計內(nèi)容，查找相關資料，獨立完成電路設計。利用Multisim對各單元電路進行仿真，完成設計報告。設計報告內(nèi)容包括系統(tǒng)概述、單元電路設計、分析和仿真［6］。其設計任務包括:①介紹系統(tǒng)設計的思路與總體方案;②介紹單元電路參數(shù)的選擇和計算;③給出仿真電路圖和仿真結果;④給出工作分工和元器件明細表;⑤給出引用的參考文獻。第三階段:焊接之前，要求學生畫出布局布線圖，包括元器件在實驗板上的擺放和排列、器件所有管腳之間的連接以及電源和地的安排等。布局布線圖完成后便進行電路的焊接和調試，最后完成總結報告?？偨Y報告包括:①系統(tǒng)功能描述;②各單元電路的調試和實際改進的電路圖;③系統(tǒng)測試結果，給出重要測試點的實測波形;④課程收獲和建議。

第3篇：仿真電路設計報告范文

中圖分類號：TN709文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）04-0000-00

1、引言

傳統(tǒng)的電子技術培訓課程，包含數(shù)電、模電和高頻電子三塊。電子技術作為電子信息類專業(yè)極其重要的學科基礎課，在教學中很受重視，它的教學質量將直接影響專業(yè)課的學習水平和實踐能力的培養(yǎng)，對電子類各專業(yè)人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起著關鍵作用。

2、傳統(tǒng)電子技術培訓的缺點

(1)教材基本內(nèi)容已不能與當今的電子技術接軌；(2)傳統(tǒng)電路的設計方法不適合大型項目的設計；(3)傳統(tǒng)教材的內(nèi)容和培養(yǎng)模式將會影響良好實踐能力的培養(yǎng)；(4)內(nèi)容抽象，實踐以驗證為主，創(chuàng)新設計為輔；(5)實訓所需設備不足，僅局限于驗證性實驗和基于“電路模塊式(板級)”設計項目。

3、現(xiàn)代EDA技術的含義及特點

電子設計自動化(EDA)技術以軟硬件為工作平臺，在電子產(chǎn)品系統(tǒng)設計中，能夠將電路設計、性能分析、仿真驗證、電路優(yōu)化及設計印制板的整個過程利用計算機自動處理完成，代表了現(xiàn)代電子設計的主流趨勢。

“EDA技術”課程兼具理論性和實踐性，且實踐強于理論。因此，針對電子技術教學環(huán)節(jié)改革與探索，結合辦學目標，拓寬學習者的思路，擺脫傳統(tǒng)理論的束縛，實現(xiàn)從分析到設計的升華，是電子技術信息類專業(yè)建設的一項重要任務，有著積極的現(xiàn)實意義。

4、EDA在電子技術中的應用

4.1通過仿真軟件代替硬件

EDA技術中有著大量專業(yè)的仿真軟件，如SPICE／PSPICE、EWB、Multisim等,可構建多種形式的實驗、實習平臺，進行電路仿真測試、交直流分析、頻率響應分析、電路參數(shù)掃描分析、電路容差分析等?！耙攒洿病睆浹a了實訓設備的不足，使實訓不再受到硬件條件的限制，促進高校教學手段現(xiàn)代化。

4.2利用EDA軟件將硬件設計轉換為軟件設計

EDA技術的應用減少了實訓對硬件設施的依賴，學員可憑借EDA軟件平臺進行電子產(chǎn)品的設計。例如Protel、PowerPCB、Layout等，通過設計，拔高了綜合技能，且極大程度調動了學習的興趣，激發(fā)了主觀能動性。

4.3設計性實驗、電路設計方案可通過EDA技術驗證正確性

利用EDA技術可采用系統(tǒng)仿真或結構模擬的方法來驗證實驗或綜合設計方案的可行性，這只需確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的子項目和子模塊便可輕松實現(xiàn)。仿真之后對構成系統(tǒng)的各子電路結構進行必要的模擬分析，以此來判斷電路結構設計的正確性及各項性能指標的實現(xiàn)性。EDA技術的量化分析方法對于提高工程電子技術設計水平和電子產(chǎn)品質量，有著重要的指導意義。

4.4利用EDA技術優(yōu)化設計電路的特性

眾所周知，電子元器件的容差以及工作環(huán)境溫度會對電路的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響。傳統(tǒng)的設計方法很難對環(huán)境影響進行全面而徹底的分析，但采用EDA技術中的溫度分析、統(tǒng)計分析功能，可以方便地分析各種環(huán)境溫度條件下的電路特性，繼而確定最佳元件參數(shù)以及電路結構和適當?shù)南到y(tǒng)穩(wěn)定程度，優(yōu)化電子產(chǎn)品設計。

4.5利用EDA技術對設計電路特性進行模擬測試

在電路設計過程中，需對大量的數(shù)據(jù)測試和特性分析進行處理，但由于測試手段、儀器儀表精度的限制，測試完畢，問題依然眾多。在采用EDA技術后，大幅度的減輕了工作負擔，交由計算機的自動化處理，輕松地實現(xiàn)全功能測試。

4.6易于并行操作，可采用“自頂向下”的設計程序和構建框架結構，從而確保設計方案整體的合理和優(yōu)化

設計過程中子環(huán)節(jié)或子模塊出現(xiàn)問題可以從局部解決，從而保證和支持多人同時并行地進行電子系統(tǒng)的設計和開發(fā)。這一特點對項目式設計或電子設計競賽培訓奠定良好的基礎，激發(fā)了學員的創(chuàng)新思維，增強了團隊協(xié)作能力。

4.7降低設備損壞，減少器件、儀器儀表損耗，降低培訓成本

以往在實訓環(huán)節(jié)，大量的實驗和課程設計，學員需花費很多時間忙于實驗箱或面包板連線插件松動的檢查，或焊接、連接電路、調試電路、處理數(shù)據(jù)和器件燒毀上。但有了EDA電子工作臺，可以預先對實驗或設計進行仿真測試，極大程度的避免了贅余繁瑣。既節(jié)省培訓或開發(fā)周期，又減少了器件及設備的損耗，節(jié)約了培訓成本，提高了培訓效率。

4.8利用EDA技術方便了實訓報告、設計報告以及電子設計競賽方案撰寫

當學員在完成實驗、課程設計時，經(jīng)常會有大量的原理圖繪制工作和電路圖原理分析的內(nèi)容，特別是當學員在參加電子設計類型的競賽時，如何快速有效的完成設計競賽題目，并提供條理通順、附件齊全的設計報告，對競賽結果的評定往往能起到錦上添花的作用。因為EDA軟件強大的交互兼容性，可導出不同格式、使用簡單的粘貼復制功能，快速的將電路圖、仿真文件等直接送到WORD中進行處理和文字編輯，繼而形成高質量的實驗、設計報告。

5、EDA技術培訓平臺的整合

培訓機構或大中專院?？梢愿鶕?jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標以及“訂單”，基于“性價比”原則出發(fā)，選擇并整合出適用于自身專業(yè)定位的EDA軟件系統(tǒng)和硬件開發(fā)系統(tǒng)資源。例如數(shù)字系統(tǒng)設計工具軟件常見的有Active-HDL、Quartus Ⅱ、MaxplusⅡ、Modelsim等，而針對模擬電路設計工具有SmarSPice、PSpice、HSpice等，版圖設計方面的常見軟件工具有Mentor-Graphics 、Cadence、Zeni、Synopsys、和Laker等，而專門針對系統(tǒng)建模與分析工具則有Opnet和Matlab，因具備相同功能的EDA軟件系統(tǒng)和硬件開發(fā)系統(tǒng)門類繁多，因此整合EDA資源是一項迫切而必要的任務。

6、結語

EDA技術在電子技術中的應用，提升了實訓的層次，豐富了綜合電子設計和設計性實驗，“以軟代硬”的方式在實訓中完成設計、仿真、調試和制作，拔高了培訓學員的開發(fā)能力。這樣極大程度地節(jié)省了培訓設備的投入，降低了管理成本和維護費用，豐富了實訓內(nèi)容,逐步地培養(yǎng)了學員的工程意識和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)了由分析到設計的質變。

參考文獻

[1]孫加存,吳曉帆.EDA技術實訓教學體系的構建[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2007(55).

[2]潘松,黃繼業(yè).EDA技術與VHDL(3)[M].北京:清華大學出版社,2009.9.

第4篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞:項目教學;數(shù)字電路;課程設置;教學實例

項目教學是將某門專業(yè)課程按類別分為若干知識和技能單元,每個知識和技能單元作為一個教學項目,每個教學項目都以應用該項知識和技能完成一個具體的項目任務作為目標,所以,項目教學是將理論與實踐融于一體的教學模式。把理論知識和實踐知識較好的融于到具體項目是搞好項目教學的關鍵,所以,數(shù)字電路課程結構必須按照項目教學模式來重新設置,本文結合作者項目教學實踐經(jīng)驗和研究工作對基于項目教學模式的數(shù)字電路課程設置進行淺顯探討。

一、課程的性質與作用

《數(shù)字電路》是高等職業(yè)院校電子信息專業(yè)、通信專業(yè)等電類專業(yè)的一門核心職業(yè)技術基礎課,是實踐性較強的課程。

本課程主要針對企業(yè)生產(chǎn)第一線產(chǎn)品裝配、調試、檢驗、維修、生產(chǎn)管理等崗位。通過基于工作任務的項目式教學,培養(yǎng)學生的邏輯電路分析能力、邏輯電路設計能力(即用中小規(guī)模集成電路設計具有一定功能的邏輯電路,而不是設計一個編碼器、譯碼器、計數(shù)器等)、常用儀器儀表使用能力(如雙蹤示波器、穩(wěn)壓電源、信號源、計數(shù)器、頻率計、萬用表等儀器儀表使用能力)、邏輯電路制作能力、故障排除能力、仿真工具使用能力、自學能力、設計報告編寫能力及職業(yè)素質養(yǎng)成,本課程培養(yǎng)的核心能力是邏輯電路分析能力、邏輯電路設計能力。

二、課程結構整體設計

課程教學設計的理念:以項目教學開展課程教學;實現(xiàn)理論實踐一體化教學;以職業(yè)能力培養(yǎng)為主線,以應用為目的。依據(jù)此理念設計出的課程教學內(nèi)容體系如圖1所示。

項目實驗包括單元實驗、仿真實驗、設計實驗3個方面。“單元實驗”訓練常用電子儀器的使用方法和數(shù)字電路的基本測試方法,它所涉及的內(nèi)容與課堂教學內(nèi)容緊密相關,充分體現(xiàn)課程的實踐性?！胺抡鎸嶒灐敝饕肊WB平臺進行實驗,使學生掌握仿真工具的使用方法,并能利用仿真工具對一些設計實驗、項目實訓內(nèi)容進行仿真?！霸O計實驗”是通過常用的數(shù)字集成電路實現(xiàn)簡單功能的邏輯電路。

項目實訓采用EWB仿真設計+實物制作相結合的手段,項目實訓內(nèi)容主要利用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)具有一定功能的數(shù)字系統(tǒng)。在項目實訓中鼓勵學生將課外科技活動、數(shù)字電路制作大賽納入教學活動中來,課內(nèi)外學習相互結合,使學生視野開闊、能力增強。

理論教學與實踐教學時間比例為1∶1;并安排2周課程設計進行綜合實踐訓練。

(一)項目設計的思路

項目設計的思路:設計的項目應覆蓋整個工作領域和承載這個工作領域所需要的知識和技能;項目結構劃分應體現(xiàn)工作體系的特征;在以項目劃分為線索進行工作分析的基礎上,合理設計項目結構。

項目內(nèi)容設計具體原則:項目應覆蓋知識點和技能要求;知識點的內(nèi)容應最大限度地融于項目教學之中;項目大小要根據(jù)學習內(nèi)容進度和要求來確定;項目內(nèi)容設計要考慮教學組織的可行性和合理性。

(二)課程教學實施思路

課程教學實施思路:理論教學主要結合在項目實驗、項目實訓中進行教學。

課程的教學以項目作為核心實例帶動知識點講授,以工作任務完成過程為主線選擇和組織課程內(nèi)容,以完成工作任務為主要學習方式,每一個項目分解為若干個工作任務,通過每一個工作任務使學生掌握必要的理論知識和技能。大部分內(nèi)容教學實施在實驗室中進行理論實踐一體化教學,可先分析再實踐,或先實踐再分析理論知識,或隨講隨練,講練結合,工學交替,理論教學與實踐教學同步進行。教學實施過程中突出“以職業(yè)能力培養(yǎng)為主線,以應用為目的”原則,重點加強對學生實踐能力的培養(yǎng),通過對項目設計制作訓練,培養(yǎng)學生綜合應用知識的能力。

(三)實踐教學的4個層面

本課程教學模式是基于工作過程的項目式教學,借助這種教學模式和項目實驗、項目實訓、課程設計3個實踐平臺,構建了由基礎訓練、應用訓練、創(chuàng)新訓練和綜合訓練組成的“四個層面”的實踐教學體系,為學生實踐能力培養(yǎng)提供強有力保障,能使學習者在實踐活動中主動學習和有效應用知識,極大提高教學效果和學生職業(yè)能力培養(yǎng)的效率。

三、教學內(nèi)容的選取與規(guī)劃

(一)教學內(nèi)容選取依據(jù)

教學內(nèi)容要集中體現(xiàn)課程教學目標,內(nèi)容的選取應該以企業(yè)對崗位知識能力要求和學生適應崗位變化的可持續(xù)發(fā)展能力要求為依據(jù)。這就要求數(shù)字電路課程組的教師經(jīng)常到企業(yè)進行知識和能力要求的調研,對企業(yè)所要求的知識點和能力進行分析,根據(jù)調研結果及時調整教學內(nèi)容,使數(shù)字電路的內(nèi)容符合行業(yè)企業(yè)發(fā)展的需要。另外,教學內(nèi)容的選取還要考慮能較好地解決“基礎知識、技能與學生適應崗位變化的可持續(xù)發(fā)展能力”的關系,“基礎知識與應用能力”的關系,“理論與實踐”的融合關系、比例關系等關系,使《數(shù)字電路》課程內(nèi)容體系具有高等職業(yè)教育的針對性,適應電子信息職業(yè)崗位能力的培養(yǎng)。

(二)教學內(nèi)容具體規(guī)劃

1、理論教學內(nèi)容。必修模塊:數(shù)字電路基礎,邏輯門電路,組合邏輯電路,觸發(fā)器,時序邏輯電路,脈沖電路;選修模塊:半導體存儲器與可編程器件,數(shù)/模轉換與模/數(shù)轉換;拓展模塊:MAX+PLUSII軟件操作訓練,用VHDL語言設計功能模塊(拓展模塊不納入正常教學,利用課余時間結合數(shù)字電路設計制作競賽開展教學,滿足部分學生需求)。

2、項目實訓內(nèi)容。項目實訓內(nèi)容體系如圖2所示,具體實訓內(nèi)容:加法計算器的設計與制作包括邏輯門電路功能的測試和加法計算器的設計兩個項目。涉及相關知識:與、或、非邏輯運算,復合邏輯運算,TTL門電路,OC門,三態(tài)門,TTL門電路、CMOS門電路的分類及其比較,TTL與CMOS數(shù)字集成電路的使用規(guī)則,邏輯代數(shù)的基本定律及規(guī)則,組合邏輯電路的描述,組合邏輯電路的分析,最小項與最大項,常用數(shù)制與BCD碼;邏輯函數(shù)的化簡,組合電路設計方法,數(shù)字信號與模擬信號,組合邏輯電路中的競爭-冒險現(xiàn)象。搶答器的設計與制作包括譯碼器功能的測試、編碼器功能的測試、鎖存器功能的測試和搶答器電路設計等4個項目。涉及相關知識:LED顯示器,顯示譯碼器,譯碼器,使用變量譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù);編碼器,二進制優(yōu)先編碼器功能擴展;D 鎖存器;搶答器的組成框圖(包括編碼器、譯碼器、鎖存器)。計數(shù)器的設計與制作包括觸發(fā)器邏輯功能測試、簡單計數(shù)器邏輯功能測試、集成計數(shù)器功能測試和計數(shù)器的設計與調試等4個項目。涉及相關知識:基本RS觸發(fā)器,同步觸發(fā)器,邊沿D觸發(fā)器,邊沿JK觸發(fā)器;時序邏輯電路的組成,計數(shù)器的類型,計數(shù)器的分頻功能,同步時序電路分析;集成四位二進制加法計數(shù)器 74LS161,集成四位二進制同步加法計數(shù)器 74LS163,集成異步十進制計數(shù)器74LS290,可逆計數(shù)器74193;計數(shù)器模數(shù)的變化,振蕩器。數(shù)字鐘的設計與制作完成有一定功能數(shù)字鐘(能顯示小時分鐘基本功能)設計制作,這一個項目是對前面所有相關知識的綜合運用和檢驗。

四、教學組織與實施

教學組織與實施的思路:教學內(nèi)容結構以項目和案例作為單元展開教學內(nèi)容,教學組織形式采取實際操作與講解相結合,單元學習時間為4課時;教學過程中正確處理知識學習與工作任務的關系,做到知識學習為完成任務服務,知識學習為技能形成服務;最后,學生通過學習獲得報告、圖紙、工藝文件、作品等學習成果。

項目的具體組織實施過程中,重點考慮如何通過設計恰當?shù)墓ぷ魅蝿找胂嚓P理論知識。例如通過“三人表決電路設計”、“簡單加法計算電路設計”兩項工作任務,引入組合電路設計方法、邏輯函數(shù)化簡方法等知識點;通過這兩個任務,學生容易理解化簡后結果盡可能用相同芯片去實現(xiàn)它,因此“與或式”結果不如“與非與非式”,“與或式”就意味著要用與門和或門,再簡單的邏輯函數(shù)至少要兩個芯片,“與非與非式”只用與非門,如果邏輯函數(shù)不復雜,一個芯片可解決問題。又如通過“用74160及簡單門電路構成八進制計數(shù)器(0-7)”和“數(shù)字鐘中分鐘指示電路設計與調試”兩個工作任務,引入N進制計數(shù)器的構成方法:串接法(即級聯(lián)法)、復 位法、置數(shù)法。

五、教材編寫與選擇

項目式教學教材選用應該是以主、輔兩本教材結合使用的選用原則。為了保證項目教學的順利實施,應該以自編校本教材為主教材,選擇理論知識順序與校本教材基本一致的規(guī)劃教材為輔助教材。校本教材在章節(jié)順序上,以項目和工作任務為主線來編排內(nèi)容順序,兼顧學生的認知規(guī)律,并將知識和能力有機地融入到完成工作任務的具體過程中;在內(nèi)容編排上,按先基本邏輯電路后邏輯部件、先單元電路后系統(tǒng)電路、先數(shù)字電路后脈沖電路的原則編排,實踐與理論在內(nèi)容上相互充實、相互補充,邊學邊做。

采用兩本教材的目的是滿足部分自學能力較強學生擴展知識的需要,對一些內(nèi)部電路的分析、原理的分析,自學能力較強學生可通過自學獲得知識,培養(yǎng)學生的自學能力。

六、項目教學實例

以“智力競賽搶答器的設計”這一項目為例說明項目教學的具體實施過程。這個項目的實施過程包括4個階段:

第一階段:任務布置。第一步是教師布置工作任務,講解必要的相關知識,如原理框圖;第二步是分小組討論,按強弱搭配原則分小組討論,教師參與學生的討論,提出要解決的關鍵問題,即如何實現(xiàn)數(shù)碼管顯示與按鍵數(shù)字相對應的數(shù)碼,如何實現(xiàn)閉鎖功能,學生展開對這兩個問題的討論,教師逐步啟發(fā)學生,得到解決問題的基本方法。

第二階段:仿真設計。第一步是利用仿真平臺在仿真實驗室中進行仿真設計,搭接電路并激活仿真軟件,查看所設計的電路能否實現(xiàn)工作任務所要求的技術指標;第二步是教師對學生仿真設計結果進行考核。

第三階段:電路制作。第一步是學生在面包板上搭接電路,自行排除故障;第二步是分小組進行答辯并考核。

第四階段:教師總結?？商暨x1-2個電路進行演示,并講解工作原理。

通過本項目的學習,學生不僅掌握了鎖存器、編碼器、顯示譯碼器的原理,動手能力得到了很大提高,電路制作的速度、排除故障能力明顯提高。整個項目教學體現(xiàn)了課程整體設計的理念,應用了計算機仿真、實驗室制作教學手段,采用了項目教學式、小組討論式、啟發(fā)式等教學方法。

隨著數(shù)字技術的不斷發(fā)展,數(shù)字電路的教學內(nèi)容和模式應不斷的改革,這就要求數(shù)字電路課程組老師在總結經(jīng)驗的基礎上大膽創(chuàng)新,做到與時俱進,并在今后的教學過程中還要不斷深入研究和探索。

參考文獻:

1、李珈.數(shù)字電路課程教學改革的實踐[J].職業(yè)教育研究,2008(6).

2、侯國相.項目教學法在數(shù)字電路課程教學中的實踐[J].遼寧教育行政學院學報,2008(8).

第5篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞：ASIC；設計流程；數(shù)字集成電路

中圖分類號：TN742 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 16-0028-02

進入21世紀以后，通信技術的發(fā)展與人民生活需求的不斷增長，導致集成電路的需求出現(xiàn)井噴式的增長。集成電路分為專用集成電路和通用集成電路。相比通用集成電路，專用集成電路面向特定用戶，品種多，批量少，需求設計和生產(chǎn)周期短，同時功耗更低，重量更輕，體積更小，性能更好，成本更低等優(yōu)點。因此涌現(xiàn)出來一大批數(shù)字集成電路（簡稱ASIC）設計公司。其中，北京的微電子集成產(chǎn)業(yè)園和上海的張江微電子園集中了國內(nèi)很多的芯片設計（簡稱IC設計）公司和國外頂尖IC設計公司駐中國研發(fā)部。而專用集成電路是現(xiàn)在集成電路設計的研究熱點。包含有數(shù)字集成電路（簡稱ASIC）設計、模擬ASIC設計、數(shù)模混合ASIC設計、射頻ASIC設計等類型。本論文研究集成電路中最為廣泛的數(shù)字ASIC設計。ASIC設計過程總共分為5個階段，分別為：項目策劃、總體設計、詳細設計與可測性設計、時序驗證與版圖設計、流片與整理。這5個階段以文檔的遞交作為完成階段性完成任務的分界點。本論文也將以此5個階段為主線進行研究和討論。

一、項目策劃

在集成電路設計的第一個階段是項目策劃。這就需要開發(fā)團隊在正式進入是實質性研發(fā)階段之前，需要對該產(chǎn)品潛在的市場需求進行調研。根據(jù)調研的結果，做出可行性報告。將此可行性報告提交市場和研發(fā)部門進行論證，討論該產(chǎn)品研發(fā)的正確性與否。如果可行，則寫項目任務書，用以給出明確的產(chǎn)品性能的大致說明，項目進度、研發(fā)周期管理等的。

二、總體設計

第二階段是總體設計?？傮w設計階段的主要任務是：認真分析市場的需求，確定設計對象以及設計目標。在原先第一階段給出的項目任務書的基礎上，進一步充實芯片的功能確定，內(nèi)外部性能的要求，芯片驗收的參數(shù)指標。同時要積極組織各方面的人員論證各種實現(xiàn)可行的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，選擇最佳的實現(xiàn)方案，敲定最終的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，以及加工工程，工藝水平。在系統(tǒng)實現(xiàn)方案完成之后，需要是使用仿真軟件進行系統(tǒng)設計，并進行仿真，進行可行性驗證。通過仿真結果，來初步估計產(chǎn)品的最終性能。這一階段所做的工作，最終以系統(tǒng)規(guī)范化說明書為任務完成的標準。在系統(tǒng)規(guī)范化說明書中，主要包含有晶片面積的估計；．產(chǎn)品研發(fā)預算估計；初始的產(chǎn)品系統(tǒng)結構設計；風險分析；設立產(chǎn)品的目標、可行性和里程碑；設計路線和開發(fā)工具的選定。其中需要指出的是進行系統(tǒng)設計以及系統(tǒng)仿真的可行性分析?？尚行苑治鍪堑诙A段最重要的一個環(huán)節(jié)，它是對該項目的利潤模型、開發(fā)周期和風險性的分析。一方面，該ASIC開發(fā)項目的最終產(chǎn)品是替代目前的一個成功產(chǎn)品，則成本降低與功能增強是項目最突出的任務。另一方面，該ASIC開發(fā)項目旨在開辟新的市場或者替代目前尚未成功的產(chǎn)品，研發(fā)時間將是項目中首先關心的文圖。由于項目的研發(fā)策略會對整個項目的結構設計、開發(fā)等產(chǎn)生巨大的影響，項目規(guī)劃者需要根據(jù)項目的具體情況在正式研發(fā)階段開始之前對項目的這些驅動因素進行歸納分析，以制定項目的研發(fā)策略。

三、詳細設計與可測性設計

數(shù)字研發(fā)流程走到此，如果前面的任務全部走完，那么研發(fā)將進入實質性的開發(fā)階段。這一個過程又拆分為如下的模塊：

（一）頂層模塊劃分

頂層設計是一個富有創(chuàng)造性的階段，在這個階段，要定義產(chǎn)品的頂層架構。許多經(jīng)典的工程折中問題都需要在這個階段做出決定。產(chǎn)品的開銷、設計的開銷、產(chǎn)品上市時間、資源需求和風險之間的對比也是頂層結構設計過程中的一部分。這個階段中的創(chuàng)造性思維對于產(chǎn)品的成功有著極大的影響。創(chuàng)造性可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的創(chuàng)意、頂層架構設計創(chuàng)意和設計流程的創(chuàng)意等方面。這個階段的工作主要由少數(shù)具有結構設計和系統(tǒng)設計才能的高級工程師參與。這一階段的具體任務是：討論幾個頂層結構備選項；分析這幾個頂層結構選項——需要考慮技術靈活性、資源需求及開發(fā)周期等；完成頂層結構設計說明；確定關鍵的模塊(如果需要，這些模塊可以盡早開始)；確定需要使用的第三方IP模塊；選擇開發(fā)組成員；確定新的工具；確定開發(fā)路線/流程；討論風險；預估硅片面積、輸入輸出引腳、開銷和功耗等。這個階段需要遞交的文檔則是這個階段需要遞交的文檔：結構設計文檔與ASIC開發(fā)計劃文檔。在結構設計文檔中，設計者需要清楚地描述電路板、軟件和ASIC的劃分。通常ASIC作為系統(tǒng)中的一個重要部分，它的功能需要在頂層結構設計說明中詳細的描述。ASIC開發(fā)計劃：這個計劃必須經(jīng)過項目管理人員的驗收通過。同時，還需要完成設計線路描述文檔。這個文檔要再次定義項目開發(fā)中所需要的工具、技術和方法。

（二）模塊級詳細設計

模塊級詳細設計，顧名思義，則是將頂層結構合理地劃分成一些更小的模塊。各個小設計模塊間需認真細致的合理劃分。劃分著需要確定功能功能，模塊與模塊之間的聯(lián)系等等。為了明了給對方展示劃分結果，ASIC的層次化結構一般以圖示方式表示。

本階段的任務分別為：將頂層架構分解成更小的模塊；定義模塊的功能和接口；回顧上一階段完成的初始項目開發(fā)計劃和頂層結構設計文檔；風險進一步分析；開發(fā)規(guī)范(代碼編寫風格，開發(fā)環(huán)境的目錄結構）；檢查芯片設計規(guī)則(晶片溫度，封裝，引腳，供電等)；還需要做的工作是重新估計芯片的門數(shù)。本階段輸出的則是各個模塊的設計文檔，以及準確的項目研發(fā)計劃。同時，從該階段開始，需要設計人員將ASIC的生產(chǎn)商必須確定下來。項目管理者必須與ASIC生產(chǎn)商建立例會制度，在這些例會中需要討論ASIC的結構和設計路線。因為ASIC生產(chǎn)商有他們的一套生產(chǎn)流程和他們自己的技術特點，設計也需要遵循他們的設計規(guī)則。以免設計走不必要的彎路，耽誤設計進度。

（三）模塊實現(xiàn)

模塊設計階段，則是以文檔引導設計。主要任務為：模塊及設計、編碼、測試和綜合；芯片級的測試環(huán)境設計、編碼和測試；給出一個更準確的芯片面積估計。在這個階段，編碼的測試一般使用VCS或者是modelsim軟件。代碼綜合使用的綜合器包括Synopsys公司的DesignCompiler或者SynplifyPro，Candence公司的BuilderGates等。這個階段輸出所有的模塊設計、代碼和模塊織的測試；初始的模塊級綜合；最終決定的芯片引腳。

（四）系統(tǒng)仿真，綜合和版圖設計前門級仿真階段

該階段的主要任務是：撰寫系統(tǒng)測試文檔；編寫測試偽代碼；進行RTL（硬件描述語言）級與門級仿真；記錄跟蹤問題的解決過程，如可能，使用錯誤自動報告系統(tǒng)進行錯誤的反饋和修改；檢查芯片設計是否滿足設計規(guī)范；開始撰寫芯片的使用指南；自行編寫綜合腳本，進行設計綜合(這個時候就需要掌握TCL腳本的簡單寫法)；依據(jù)芯片特性，大致畫出芯片內(nèi)模塊擺放的方法成功地完成第這個階段輸出的條目如下：驗收過的系統(tǒng)仿真；所有的RTL級仿真和門級仿真完成及測試報告；綜合后的網(wǎng)表。

四、時序驗證和版圖設計

ASIC設計的第四部分是時序驗證和版圖設計。這個階段是通過時序分析來指導版圖設計。主要的流程如圖1所示。

這個階段需要多次進行預布局布線，從整個電路中提取出所有時序路徑并計算信號沿在路徑上的延遲傳播，進而找出違背時序約束的錯誤(主要是SetupTime和HoldTime)，這些信息添加進入下一輪布局布線方案，盡最大可能的合理布局布線，通過一次次的仿真確定最終的版圖信息，并將最終版布局布線之后的版圖進行后仿真。這些工作進行完畢以后需要輸出物理設計與設計驗證兩個文檔。物理設計(PhysicalDesign)是VLSI設計中最消耗時間的一步.他的工作是將電路設計中的每一個元器件（包括電阻、電容、晶體管、電感等）以及這些元器件之間的連線轉換成集成電路制造所需要的版圖信。而在版圖設

計完成以后，非常重要的一步工作是版圖驗證。版圖驗證主要包括有設計規(guī)則檢查(DRC)，版圖的電路提取(NE)，電學規(guī)則檢查(ERC)和寄生參數(shù)提取(PE)。對版圖進行布局與布線不僅不要豐富的專業(yè)知識，同時更需要很多模擬電子以及布線的經(jīng)驗。布局布線使用的工具一般為SocEncounter。SOCEncounter采用層次化設計功能將芯片分割成多個小塊，以便單獨進行設計，再重新進行組裝。SOCEncounter首先讀入RTL或門級網(wǎng)表，并快速構建可準確代表最終芯片（包括時序、布線、芯片大小，功耗和信號完整性）的芯片“虛擬原型”。通過使用物理虛擬原型功能，設計師可以快速驗證物理可行性并在邏輯上進行必要更改。在布局布線的時候，需要首先指定IO，電源和地的布置，制定平面布置、插入時鐘樹等工作之后，才可以進行開始使用工具進行自動的布局布線。最后得到的布局布線的結果仍然需要手工調整，才可以得到合理的設計版圖。

五、流片與整理階段

數(shù)字集成電路設計的最后階段為流片與整理階段。在完成版圖設計之后的仿真和綜合之后，網(wǎng)表被送去生產(chǎn)。生產(chǎn)簽字文檔將作為設計者和生產(chǎn)廠商之間的ASIC生產(chǎn)簽字的根據(jù)。這個文檔清楚地描述了網(wǎng)表的版本號、ASIC生產(chǎn)商所需要的測試向量、質量意向和商業(yè)上的問題等。簽字之前，ASIC生產(chǎn)廠商需要仔細檢查設計者提供的網(wǎng)表文件、版圖設計結果和測試向量。通常ASIC生產(chǎn)廠商要求測試向量在簽字之前是經(jīng)過仿真的，這是一個比較長的過程。在樣片返回設計公司以后，仍然需要測試芯片；用錯誤報告數(shù)據(jù)庫跟蹤測試中出現(xiàn)的錯誤；分析失敗的測試例；對ASIC中出現(xiàn)的錯誤進行定位；針對ASIC中出現(xiàn)的錯誤，確定在網(wǎng)表中的改動；評估芯片的工作電壓范圍和溫度范圍(環(huán)境測試)；進行與其他已有產(chǎn)品的互通性測試。確保生產(chǎn)的集成電路達到最初規(guī)定的性能與設計指標。

綜上所述，由于底層工藝技術的不斷變化，以及新工具廠商的出現(xiàn)，ASIC設計流程會出現(xiàn)一些流程上的調整，這個流程也不是一層不變。本論文所講述的是現(xiàn)在各個IC設計公司通用的設計流程。

參考文獻：

[1]我國數(shù)字頻率合成芯片獲突破性進展. /news_show.asp.

第6篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞:數(shù)字邏輯;實驗教學;實驗課題設計;教學改革;VHDL

自20世紀90年代以來,隨著電子科學技術的進步,大規(guī)模集成電路PLD芯片逐漸取代了數(shù)字系統(tǒng)中傳統(tǒng)的分離元件和小規(guī)模集成電路。同時,數(shù)字系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)的設計方法向“硬件設計軟件化”轉變。用硬件設計語言設計數(shù)字系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)的技術日益成熟且越來越廣泛地得到應用。雖然,高校數(shù)字邏輯課程的教學內(nèi)容也有一些相應的調整,但是實驗教學的改革往往明顯落后。

數(shù)字邏輯是計算機科學與技術專業(yè)重要的基礎課之一,也是學生感覺學習比較困難的課程之一。我校計算機專業(yè)的數(shù)字邏輯課程的實驗教學過去一直是在實驗箱上插接集成電路芯片和連接線的方式,實驗內(nèi)容以驗證性實驗為主,實驗效果很不理想,實驗教學與理論教學的銜接不好,沒有真正起到“通過實驗加深對理論知識的理解”和“理論與實際相結合”的作用。學生雖然在課堂上學習了VHDL編程并做了一些習題,但是并不知道究竟什么樣的程序才是正確的,而要想知道VHDL程序是否正確的唯一方法是編譯和仿真。為了提高數(shù)字邏輯課程的教學效果,并且與新增加的VHDL語言教學內(nèi)容相呼應,筆者進行了數(shù)字邏輯課程的實驗教學改革探索。通過“做中學”[1],使學生真正掌握用VHDL進行邏輯設計的方法。放棄在實驗箱上插接集成電路芯片和連接線的方式,改變?yōu)樵赒uartus軟件平臺上用VHDL語言編程和仿真實驗。從以驗證性實驗為主轉變?yōu)橐栽O計性實驗為主,不僅使學生學到了最新的技術,而且為后繼課程計算機組成原理的進一步教學改革奠定了基礎。

1實驗課題的設計

根據(jù)教學計劃,本課程的實驗為12學時,安排6個實驗。除第1個實驗是熟悉Quartus系統(tǒng)的使用外,其余5個實驗都是設計性實驗。

1.1設計思想

實驗課題的設計是開展設計性實驗教學必須妥善處理的關鍵問題之一。實驗課題應該有合適的難度,使得大部分學生在現(xiàn)有基礎上通過自己的分析和努力能夠做出設計(不一定是完全正確的設計)。實驗課題應該在本課程教學的重要知識點范圍內(nèi),通過實驗可以使學生更好地掌握相關知識點,實現(xiàn)理論教學與實驗教學相輔相成。實驗課題應該在書本或網(wǎng)絡等其他信息源上沒有現(xiàn)成的解答,學生必須自己進行分析設計才能得到解答。

在高度網(wǎng)絡化和信息化的今天,各種教材、參考書和網(wǎng)絡上已經(jīng)有很多的VHDL語言程序的實例,為了保證學生是真正做設計,筆者在設計實驗課題時也廣泛查找了資料。有幾個設想的課題就因為發(fā)現(xiàn)有相同的VHDL語言程序實例存在而被否定。最后確定的5個實驗課題,到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)有相同的VHDL語言程序實例。這5個實驗課題包括2個組合邏輯設計實驗課題和3個時序邏輯設計實驗課題。實驗課題的難度和復雜程度是逐漸增加的。除了基本實驗外,還為少數(shù)學有余力的學生設計了選做題目。

1.2實驗課題

1) 實驗課題一。

設計一個代碼轉換邏輯電路。把7位的ASCII碼轉換成7段字符顯示代碼。能顯示數(shù)字0～9,字母A、b、C、d、E、F、H、L、o、P、U、Γ和一些符號(-、_、=、┫、┣、、)等。用VHDL語言編程并仿真。

2) 實驗課題二。

設計一個多功能的運算器,有控制信號M、S2、S1、S0。當M=1,在S2、S1、S0的控制下能完成兩個1位二進制數(shù)A、B的以下算術運算:A加B,A加1,A加B和低位來的進位,B加1,A加 ,A加0,A加A,A加 加1。當M=0,作邏輯運算。在S2、S1、S0的控制下能完成兩個1位二進制數(shù)A、B的以下邏輯運算:A+B,A•B, , , , , , ,等。用VHDL語言編程并仿真。

3) 實驗課題三。

設計一個自動售飲料機的控制邏輯電路。該機器有一個投幣口,每次只能投入1枚1元或5角的硬幣。當投入了1元5角的硬幣,機器自動給出1杯飲料。當投入了2元的硬幣,機器在自動給出1杯飲料時,還找回1枚5角的硬幣。

確定輸入/輸出變量、電路的狀態(tài)并化簡,做出狀態(tài)轉換圖、狀態(tài)轉換表。在完成以上邏輯設計后,用VHDL語言編程并仿真。

4) 實驗課題四。

用74HC163設計一個十九進制計數(shù)器。用VHDL層次結構設計方法設計程序并仿真,底層器件是74HC163。

完成以上題目后,還可以選做題:用74HC163設計一個余3碼計數(shù)器。用VHDL層次結構設計方法設計程序并仿真,底層器件是74HC163。

5) 實驗課題五。

實驗課題五有兩個題目,學生可以任選一個。

題目一:設計一個可控計數(shù)器,當控制信號S=0時,是五進制計數(shù)器,當控制信號S=1時,是十五進制計數(shù)器。設計出邏輯圖。分別用兩種不同的方法設計(行為描述,結構描述),用VHDL語言編程并仿真。

題目二:設計一個數(shù)字鐘電路,要求能用7段數(shù)碼管顯示從0時0分0秒到23時59分59秒之間的所有時間。做出邏輯圖。用VHDL語言編程并仿真。

2教學效果分析

實驗課題一的目的是強化譯碼器、7段字符顯示代碼和ASCII碼等知識點。學生可以參考書上的BCD碼-7段字符顯示譯碼器的VHDL程序做這個設計,但是要實現(xiàn)那些特殊符號的顯示還是需要動腦筋的。實驗結果顯示,學生基本上都能做出數(shù)字和字母的顯示代碼設計,但是極少有能做出那些特殊符號的顯示代碼設計的。

實驗課題二的目的是強化加法器、全加器、算術運算、進位和邏輯運算等知識點,并且考慮到與后繼課程計算機組成原理的ALU等知識點教學的銜接。學生做設計時可以參考1位全加器的VHDL程序。很多學生在做實驗之前認為這個題目很簡單,只要用VHDL語言的算術運算符就可以了。開始做實驗才發(fā)現(xiàn)根本不是那樣,必須先推導出每個運算功能的邏輯表達式才能編程,而相當多的學生忘記了算術運算還有進位的邏輯表達式。這個實驗確實達到了強化上述知識點的目的。

實驗課題三的目的是強化狀態(tài)機和Mealy型時序邏輯電路設計等知識點。學生做設計時可以參考狀態(tài)機的VHDL程序。經(jīng)過這個實驗,大部分學生真正懂得了什么是狀態(tài)機,時序邏輯電路是在時鐘信號的作用下發(fā)生狀態(tài)轉變的,另外還有怎樣確定有哪些狀態(tài)和做狀態(tài)化簡。

實驗課題四的目的是強化計數(shù)器、用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意進制計數(shù)器和Moore型時序邏輯電路設計等知識點,也是學生第一次用VHDL結構描述的方法做設計。學生做設計時可以利用書上的74HC163的VHDL程序例子。通過這個實驗學生進一步理解了觸發(fā)器和計數(shù)器,掌握了用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意進制計數(shù)器的方法和用VHDL結構描述做邏輯電路設計的基本方法。選做題是為少數(shù)學習好、能力強的學生準備的,使這部分學生有機會得到更多的訓練和提高。選做題還可以使學生掌握余3碼的概念,確實也有很少的幾個學生完成了選做題。

實驗課題二和實驗課題三都是用行為描述的方法進行邏輯電路設計,比較容易掌握,實驗成功率較高,而實驗課題四要求用結構描述的方法做邏輯電路設計。在實驗中間發(fā)現(xiàn),相當多學生并沒有理解結構描述的概念,也不知道應該怎樣做。因此,實驗課題五繼續(xù)強化用結構描述的方法做邏輯電路設計。

實驗課題五題目中的第一個,目的是鞏固用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意進制計數(shù)器和Mealy型時序邏輯電路設計等知識點。同時,也使學生進一步掌握用行為描述和結構描述進行設計的方法。雖然這個題目相對第二個題目要簡單一些,但是由于要求分別用行為描述和結構描述兩種方法進行設計,所以總的工作量比實驗課題四要多。這兩個題目中的第2個不僅難度更大、更復雜,而且其設計還要考慮如何仿真的問題,是一個有挑戰(zhàn)性的題目。然而,選擇這個題目的學生卻出乎意料得多,而且有若干種不同的設計思想,既有用結構描述的也有用行為描述的。雖然在2個小時的時間內(nèi),幾乎沒有學生完全正確地完成這個高難度實驗的設計和仿真,但是有個別學生在以后的幾個星期里仍然繼續(xù)探討并最終正確地完成了這個實驗。像數(shù)字鐘這樣的復雜實驗,在過去想要用中小規(guī)模集成電路在實驗箱上插接連線的方式完成是不可想象的,但是現(xiàn)在用Quartus系統(tǒng)上設計和仿真的方式卻是可以完成的。

設計性實驗比驗證性實驗的難度有明顯提高,學生也要花更多的時間做預習、設計和寫實驗報告。在學習數(shù)字邏輯之前的各課程(物理、電路、模擬電子)實驗都是驗證性實驗,大部分學生已經(jīng)養(yǎng)成不做實驗預習的習慣。在做第一個實驗(熟悉Quartus系統(tǒng))時就發(fā)現(xiàn)很多學生基本上是進了實驗室才開始看實驗指導。結果是兩個小時過去了,一部分學生并沒有掌握VHDL程序調試和仿真的基本方法,個別學生輸入的源程序甚至連編譯都沒有通過。針對這個問題,我們采取了要求學生提前做實驗預習,寫出實驗設計和程序才允許進實驗室做實驗的措施,并且在逐位點名時逐個檢查實驗預習。實驗教學改革也在一定程度上調動了學生的積極性。

3結語

用VHDL語言設計組合邏輯電路和時序邏輯電路的方法與傳統(tǒng)的用邏輯代數(shù)和邏輯圖設計的方法有很大不同,特別是行為描述的方法很容易掌握。用軟件工具對所做設計進行仿真以檢驗設計的正確性比在面包板上插接、連線、調試要方便容易,避免了接觸不良造成的故障和連線錯誤損壞器件等問題,實驗成功率高、消耗低。學生不僅要做邏輯設計,還要做仿真輸入波形設計。仿真輸出波形直觀地表現(xiàn)了邏輯功能的正確與否。部分學生自己有計算機,可以提前做出設計并編程,在進入實驗室后能夠在比較短的時間里完成實驗;也有一些學生由于設計錯誤,在實驗室沒有完成實驗,是回去以后繼續(xù)用自己的計算機改正程序、完成仿真的。

從實際教學效果看,上述實驗課題的設計是成功的。大部分學生通過設計和實驗都有不同程度的提高,基本上理解了有關的知識點,掌握了VHDL程序設計、調試和仿真方法。從后來的調查問卷的結果看,大部分學生認為數(shù)字邏輯實驗“不是很難”(4個選項分別是太難、不是很難、很簡單、不能理解),只有少數(shù)學生不喜歡這種設計性實驗。

數(shù)字邏輯課程的實驗教學改革探索取得了初步成功,今后還將繼續(xù)改進,也希望與其他學校的教師交流教學改革的經(jīng)驗和教訓,共同提高。

參考文獻:

[1] 黎忠文,向兆山.“做中學”模式在計算機教學中的探索[J]. 計算機教育,2006(10):30-32.

Exploration of Experiment Teaching of Digital Logic

SHENG Jian-lun

(School of Computer, Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China)

第7篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞： 《電子技術基礎》 實驗教學 Multisim仿真軟件

《電子技術基礎》是中職電子類相關專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程，是學習后續(xù)其他專業(yè)課程的基礎。該課程與實踐聯(lián)系緊密，既有抽象的理論分析，又有具體的實際應用。學習電子技術基礎，不僅要掌握其理論知識，而且要通過實際應用來加深對理論知識的理解。因此，實驗教學是《電子技術基礎》教學的重要環(huán)節(jié)，通過實驗的學生可以更快、更好地掌握電路理論知識，培養(yǎng)實踐能力。傳統(tǒng)的實驗教學方式是教師帶領學生到實驗室搭接實物電路，用儀器、設備觀察實驗結果，得出結論。但由于該門課程涵蓋的內(nèi)容多，全部采用傳統(tǒng)的實驗教學方式使得實驗室工作量非常大，存在耗材成本大、實驗效率低下的問題。隨著計算機信息技術的飛速發(fā)展，把計算機仿真實驗和傳統(tǒng)的電子技術實驗教學有機結合，將大大提高課程的教學質量和實驗效率。作為一款專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件，Multisim具有先進的電路仿真和設計功能，有著傳統(tǒng)實驗不可比擬的優(yōu)勢，使得《電子技術基礎》實驗教學更加方便和靈活。

一、Multisim仿真軟件簡介

Multisim仿真軟件是IIT公司近年來推出的一款基于PC平臺的EDA工具軟件。它提供了豐富的電子元器件庫和種類齊全的電子儀器，相當于一個設備先進、功能完備的大型電子實驗室。軟件采用直觀的圖形界面，在計算機屏幕上模擬真實實驗室的工作臺。使用時，根據(jù)電路設計將所需的元器件和測試儀器連接成電路，接通電源開關，就可以得到測試數(shù)據(jù)，觀察到測試波形。借助該軟件可以進行各種電路的仿真實驗，不僅可以節(jié)約大量的時間和資金，而且不必擔心損壞元器件和儀器。

二、Multisim仿真軟件在《電子技術基礎》實驗教學中的應用

1.化被動為主動，提高實驗教學效率。

電路實驗通常分為實驗預習、實驗過程和實驗報告三個環(huán)節(jié)。實驗前教師一般都會要求學生對實驗進行預習，其目的是通過預習，讓學生熟悉實驗內(nèi)容，明確實驗目的，了解實驗步驟，以便在實驗時能集中精力做好實驗，避免實驗操作的盲目性。但是往往學生對“紙上談兵”式的實驗預習不感興趣，即使按照講義預習，也大多流于形式、應付了事，效果自然可想而知，這是多年來傳統(tǒng)實驗教學中存在的一個老大難問題，一直沒有好的解決辦法。利用Multisim仿真軟件可為學生創(chuàng)設一個生動、形象、直觀的學習環(huán)境，提高學生預習的興趣。在真實實驗前，教師把要仿真的實驗內(nèi)容和可能遇到的問題通過適當?shù)姆绞奖硎鼋o學生，學生利用Multisim仿真軟件在計算機上進行電路仿真模擬實驗過程，能夠充分地掌握實驗內(nèi)容、步驟等。仿真實驗過程和現(xiàn)象可以多次重復，比傳統(tǒng)實驗教學前教師反復講解實驗內(nèi)容、注意事項和學生預習講義的效果要好得多。在真實實驗時，學生能做到心中有數(shù)，教師也可以把更多的精力放在對學生的指導監(jiān)督上，提高實驗教學效率和質量。對實驗中遇到的問題，學生可以隨時通過在計算機上仿真加以解決。

2.變無形為有形，提升課堂教學效益。

隨著中職生源素質的不斷下降，學生普遍存在文化基礎薄弱、學習積極性和主動性不高的問題，給《電子技術基礎》課程的理論教學帶來不小的挑戰(zhàn)。而中職教育具有的直接的崗位指向性，要求《電子技術課程》課程教學的重點應放在電子元器件或集成電路的外部特性及其實際應用上，以適應職業(yè)崗位的需求。Multisim仿真軟件讓《電子技術基礎》教學有了全新的表現(xiàn)形式，能將抽象的知識形象化，避免了繁瑣的推導和計算，從而能更好地吸引學生的注意力，加深學生對知識的理解和記憶。以濾波器工作特性分析為例，濾波器是電子技術中一個重要的電子器件，但是通過實驗驗證濾波器的工作特性卻很困難，因為很難產(chǎn)生一個含有符合能很快實驗要求的噪聲信號讓濾波器去處理。以往在實驗中一般采用測量濾波器帶寬的方法來驗證，學生難以直觀地觀測。利用Multisim仿真軟件搭接一個50Hz的帶阻濾波器電路，觀察虛擬的雙蹤示波器獲得的電路輸入端和輸出端的模擬仿真波形圖，其中上部波形是含有50Hz噪聲的正弦波信號，下波波形為濾除50Hz噪聲后的正弦波信號，這樣，學生看起來非常直觀，能很快建立起濾波器的概念。

3.從驗證到設計，增強學生實踐能力。

傳統(tǒng)的實驗教學，教師在課前準備好儀器設備，學生按照實驗步驟連接固定電路，然后觀察實驗結果，記錄數(shù)據(jù)，基本都是一些驗證性實驗。由于沒有從設計角度進行理論分析和電路設計，因此學生無法進行實際的應用開發(fā)。而以就業(yè)為導向的職業(yè)教育強調對學生職業(yè)能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)，應用Multisim仿真軟件《電子技術基礎》原有的學科知識體系被解構，取而代之的是以工作過程為導向精心設計的項目。學生通過完成與實際應用結合緊密的小型電子產(chǎn)品的制作，主動獲取知識、形成能力。利用Multisim仿真軟件提供的實驗工作平臺，學生可以很方便地在計算機上對設計的電路進行仿真實驗，從而可以快速地發(fā)現(xiàn)錯誤、修正錯誤。這樣，一方面可以縮短電路設計的周期，減少元器件的損耗，節(jié)約實驗成本，另一方面可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的學習熱情，有利于學生創(chuàng)新能力的發(fā)展，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

第8篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞 交通事故隱患檢測自動報警裝置；道路交通事故；單片機

中圖分類號U12 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）48-0170-02

1研究背景

目前，雖然交警部門可通過監(jiān)控實時掌握交通事故現(xiàn)場狀況，但根據(jù)對北京交通控制中心調查發(fā)現(xiàn)[1]，雖然北京的數(shù)字監(jiān)控點有400多個，但大屏幕上一次只能顯示48個，需要人工不斷地切換，很多事情報告還是依賴“122接處警”系統(tǒng)，然后通過調出數(shù)字監(jiān)控核實，確定之后安置警力去解決。如果采用隱患檢測自動報警裝置，可提前將汽車出現(xiàn)的非正常運行狀態(tài)反饋到監(jiān)控中心。國外研究表明，自動切換監(jiān)控屏幕進行可能發(fā)生事件車輛的重點監(jiān)控能夠減少事件持續(xù)時間5min~8min。因此設計自動報警裝置，讓大屏幕進行自動切換屏幕和監(jiān)控，具有重要價值。

2本文設計思路

事故隱患檢測自動報警裝置安裝在汽車發(fā)動機和汽車車頭處，根據(jù)已知汽車制動加速度和紅外線測速模塊所測得的汽車行駛速度計算出安全距離，再通過超聲波測距模塊檢測出本汽車與前方汽車的距離，若小于安全距離時，自動報警。

報警裝置設計思路及結構原理圖如圖1所示。

3安全距離的確定[2]

1）駕駛員反應時間經(jīng)過的距離,t1為反應時間，取為0.3s；

2）制動器作用時間t2經(jīng)過的距離；

3）持續(xù)制動時間t3經(jīng)過的距離,為附著系數(shù)，本文取為0.8；

4）汽車的安全距離:。

4測距模塊設計

系統(tǒng)主要由單片機[3]系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分組成。采用AT89S52來實現(xiàn)對紅外接收芯片和超聲波轉換模塊的控制。

4.1超聲波測距原理[3]

單片機用P1.0端口輸出超聲波轉化器所需的40KHz方波信號，利用外中斷0口檢測超聲波接受電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅動，位碼用PNP三極管驅動。超聲波測距原理框圖：

4.2超聲波發(fā)送和接受電路設計

壓電超聲波轉換器的功能是利用壓電晶體諧振工作。內(nèi)部結構圖3所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，這時它就是一超聲波發(fā)生器；如沒加電壓，當共振板接受到超聲波時，這時它就成為超聲波接受轉換器。

超聲波接收器的電路采用集成電路CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。

4.3軟件設計

如圖4所示，首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器T0工作模式為16位的定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后送出一個超聲波脈沖，延遲0.1ms后，打開外中斷0接收返回的超聲波信號。當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離。

5轉速測量模塊設計

測量轉速的模塊由信號預處理電路、單片機STC89C52、系統(tǒng)化LED顯示模塊、串口數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)軟件組成。

5.1信號調理電路設計[4]

光電傳感器首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件將光信號轉換成電信號。論文選用紅外光二極管做系統(tǒng)測量的光源。本設計采用高性能集成四運放LM324來進行光電信號調理電路設計。為了達到預定效果，對系統(tǒng)運動MULTISIM 8進行模擬仿真，并利用模擬仿真結果對有關元器件進行參數(shù)設定。如圖5所示是模擬仿真圖及其仿真結果。

5.2單片機

圖6是AT 89S52單片機引腳分布和最小系統(tǒng)圖。單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入、用戶I/O口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。

5.3無線傳輸模塊設計

如圖7顯示的是用于無線傳輸?shù)臄U展示意圖，將單片機所有引腳引出，便于進行無線傳輸模塊的擴展。

6結論

本文進行了道路交通事故隱患檢測自動報警裝置的設計。該設計將時時檢測汽車的行駛速度和汽車與前方汽車的距離，當其與前方小車距離小于單片機計算所得的安全距離時，會自動通過GSM模塊報警提醒駕駛員注意并且將報警信息傳遞給指揮中心。

參考文獻

[1]揚兆升.城市道路交通系統(tǒng)智能協(xié)同理論與實施方法[M].中國鐵道出版社.

[2]葉瑋瑋.高速公路上汽車行駛的安全距離研究[J].技術物理教學.

第9篇：仿真電路設計報告范文

關鍵詞：課程設計；彩燈循環(huán)顯示電路；學生學習

數(shù)字電子技術是我校電子信息工程專業(yè)的基礎課，其目標是培養(yǎng)學生具備一定的電子技術理論基礎、一定的創(chuàng)新意識、一定的解決實際問題的能力，促使學生了解本專業(yè)的應用發(fā)展方向，并為學習后續(xù)課程和從事電子信息工程工作打下一定的基礎。

福建江夏學院是2010年由福建省政府組建的一所旨在培養(yǎng)復合性創(chuàng)新陛應用型各類高素質專門人才的應用型本科大學。數(shù)字電子技術課程應滿足學校、學科建設的高要求，充分地激發(fā)學生對于這門課程的學習興趣，提高學生學習的主動性和積極性。

課程設計作為學生學習的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，要求學生自己設計和搭建一個實用電子產(chǎn)品雛形。常言說得好，“說一百遍，不如做一遍”，學生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案，對相關知識點有更加深入的理解，提升學生的成就感，增強自信心，提高學習主動性，從而形成良性循環(huán)。本文以“彩燈循環(huán)顯示電路”中“數(shù)字電子技術”的課程設計為例，從幾個方面淺析了課程設計對于激發(fā)學生學習熱情、促進學生學習所起到的良性作用。下面，筆者將從設計的相關環(huán)節(jié)來具體闡述。

一、分析設計任務和性能指標

本課程設計的題目是“彩燈循環(huán)顯示電路”，學生在拿到設計題目后，首先要根據(jù)相關材料分析設計任務，掌握相關原理圖，解析其基本構造和功能，將總電路原理圖拆分成以下三個單元電路：矩形方波產(chǎn)生的頻率、10個彩燈的循環(huán)點亮和七段數(shù)碼管上顯示彩燈的循環(huán)次數(shù)。

學生要做到對設計功能的完美解析、原理圖清楚識讀，要掌握“數(shù)字電子技術”課程中所學的相關基本理論和基本方法，清楚所涉及的各個芯片的功能、參數(shù)，及其涉及典型功能模塊的搭建，進而要了解單元電路功能模塊的構建，了解單元電路中各個部件元件的作用，清楚整體設計所要達到的性能指標，乃至有效擴展至一些特定微型數(shù)字系統(tǒng)。

在這部分，學生既要鞏固課堂理論知識，又要加強對實際電路的認識、解析能力。

二、元器件的選擇

對課程設計題目完美解析之后，接下來就涉及合適的元器件的選取。在搭建單元電路時，對于特定功能單元需要選擇主要的集成塊。比如時鐘電路選555，計數(shù)/譯碼器4017，計數(shù)器4518，譯碼4511及顯示驅動電路也都相對固定，但存在電路特定功能要求不同，需要適當元件參數(shù)匹配集成塊，例如，10個彩燈循環(huán)點亮的完美顯現(xiàn)，對方波頻率的選擇就有所要求，學生在利用555觸發(fā)器構成脈沖方波時，必須考慮到影響時間常數(shù)的RC元件參數(shù)的選擇。

同樣構建單元電路時，選擇器件的電平標準和電流特性等參數(shù)很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設計成本。

在這部分，學生在進行元件的選擇的同時，不僅要掌握所用儀器設備的使用介紹，了解實驗過程中的注意事項，還要掌握從電路的整體布局到一個個小的元件的清楚認識。

三、設計總體電路圖

任何一種邏輯功能都可以設計出一種相應的邏輯電路。根據(jù)需要設計出符合要求的邏輯電路，合適的計算機輔助軟件給我們的電路設計提供了極大的便利。

1.仿真軟件

該設計要求學生掌握兩種仿真軟件Multisium和Proteus，并結合所給的設計題目，繪制電路原理圖，進行模擬仿真測試。學生在操作過程中掌握以下三個方面知識點：

（1）熟悉Multisium和Proteus軟件操作界面，了解選取元器件時所需要注意的一些注意事項。

（2）調整電路圖中元器件布局，調試電路板，故障排查。數(shù)字電路設計以邏輯關系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內(nèi)容的成敗，結合整體實現(xiàn)功能，要求每一個單元電路都須經(jīng)過調整，確保各單元之間滿足驅動電平匹配和電流匹配，合理布局。

仿真是整個設計成功關鍵的一步，學生做好仿真電路的連接，之后的焊接電路就會顯得相對輕松、駕輕就熟。電路仿真軟件為學生之后從事電路設計、模擬仿真等打下基礎。

對于仿真軟件，老師只是起到簡單領進門的作用，需要學生自身去拓展學習，這里有個需要重視的地方，相較于私下自學，集中學習、互幫互助成效非常明顯。

2.電路原理圖印制板設計功能

課程設計要求學生掌握Protel 99SE軟件的原理圖設計、PCB設計、自動布線器這幾個功能，學生通過該軟件的學習，可以強化計算機模擬和具體元器件的封裝工藝，統(tǒng)籌各個單元電路的布局。

學生弄好印制板，在其上焊接電路，這在很大程度上接近實際的電路板的制作工藝，學生在此可以得到理論和實際明顯的結合，貼近工藝、貼近工廠，提高了興趣，極大調動了學生的主動性。

四、焊接、搭建電子產(chǎn)品雛形

完成了前面三步之后，學生就進入電子產(chǎn)品的搭建環(huán)節(jié)，而要進行完美的電路搭建，首先要求學生掌握一些基本的知識、動手能力：了解萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源等常用電工電子儀器、儀表的使用；熟悉電阻、電容、電感、二極管、三極管、變壓器、集成電路等的外形結構；熟悉機械開關、繼電器、接插件、熔斷器、電聲器件的外形和標志方法；熟悉各種常用線材的外形與結構；電烙鐵的使用方法和使用技巧、焊接注意事項等。

學生有了如上所示的準備就可以開始在萬用板上焊接電路，按照前面電路圖仿真，將電路圖復制到萬用板上，而這也是本設計最鍛煉學生的時候，不僅要具備過硬的焊接技術，還需具有較強解決實際問題的能力，前者直接影響了最后電子產(chǎn)品的工藝水平、美觀程度，而后者則會關系到焊接的電子產(chǎn)品能否實現(xiàn)我們所要的設計結果。

五、書寫綜合設計實驗報告

學生在完成全部仿真、電路模型搭建之后所作的綜合書面報告，是學生對整個課題設計的思考和總結，是對課題設計的再認識、知識升華的過程。