数字电路设计方案

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数字电路设计方案范文第1篇

论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。

    随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。

1高职院校实验教学存在的问题

    数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0

2开设数字电路设计性实验采取的措施

通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。

2. 1构建实验教学课程体系

    数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。

    为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。

基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。

    提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。

    创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。

   数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。

2. 2加强实验教师队伍的建设

    近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。

2. 3开放实验室

    为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。

2. 4建设创新实训室

    为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。

2. 5完善实验考核机制

    对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。

数字电路设计方案范文第2篇

课题内容设计合理与否，将直接影响到课程设计的综合训练效果。在具体课题内容设计时，应注意以下几点：

选择具有实用性和趣味性的课题从学生的实际水平出发，帮助学生选择适合自己的题目，使题目与理论知识密切相关，又具有较强的趣味性和实用性，与生产实际相结合。例如，要求学生组装一整的收音机、家居生活中能用到的声光控开关、门窗防盗报警器等。又如我们选用的《音乐彩灯控制器设计》、《多功能数字钟的电路设计》、《交通灯控制逻辑电路设计》等课题，学生做起来积极性很高。更重要的是通过这一过程，学生运用专业技能解决实际问题的综合能力得到了提高。

选择能综合应用理论知识的课题要求学生综合运用本课程的基本理论和知识，独立完成一项实际课题。通过查阅资料、线路设计、选择元器件、电路安装调试，使学生所学的基本理论和知识充分运用于解决实际问题。例如电子脉搏计这一课题，要应用到传感器、放大电路、有源滤波电路、整形电路以及数字电路中的各种门电路、触发器、计数器及译码、驱动显示电路。又如数字钟电路设计这一课题，数字钟是一个典型的数字电路系统，选此作为设计题目，可使学生将学过的比较零散的数字电路知识有机地、系统地联系起来用于实际，培养综合分析、设计电路的能力。还可选用有源滤波器的设计题目，使学生进一步加深领会运算放大器在信号处理电路中的应用，选用交流宽带放大器的设计，使学生对放大电路的三种不同组态的特点、应用场合以及电路的设计方法得到练习，并通过这个对基本放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、频带宽度以及引入负反馈对放大器性能的改善得到进一步的理解，同时提高学生理论联系实际的能力。

课题内容要注重集成电路和新技术、新产品的应用当今时代电子技术飞跃发展，新技术、新产品层出不穷，课程设计可以弥补教材的滞后性。在电路设计中，应尽量采用集成电路，特别是集成运算放大器和某些专用芯片（如模拟乘法器、锁相环）作为电路的重要构件，体现出现代电子电路的设计是各种集成电路构件的组合的先进设计理念，尤其是将模拟电路、数字电路与微处理器相结合，以数字电路为主，软硬件结合，以硬件电路设计为主，符合现代电子电路结构的发展方向。例如我们原来经常选定分立元件OTL和OCL功放电路设计课题，随着目前大量的集成功放芯片的上市，我们就把这些课题内容并入《集成电路音响放大器》、《音频信号发生器》等课题中。又如在数字脉搏计课题中，介绍了锁相倍频的新概念，同时介绍了集成电路CC4046和C14526构成的锁相倍频电路。通过这些课题设计将一些集成电路的工作原理以及使用方法介绍给学生，并在实践中得到练习，使所学的理论知识更加丰富。

选择适应专业需要，结合专业特点的课题为了拓宽学生的知识领域，使学生对专业有所认识和了解，提高学生对专业的兴趣和学习的积极性，在课程设计中引入了一些结合专业特点的课题。例如数字转速测试系统与频率计设计，由于转速测量在工业控制领域和人们的日常生活中经常遇到，在工厂里测电机每分钟的转速，自行车里程测速计，心率计以及汽车时速的测量等都属于这一范畴。又如PWM（电动机调速系统），由于该系统在工业控制的调速系统中得到广泛地应用，同时，又由于该系统由脉宽调制器和脉冲放大器两大部分组成，而脉宽调制器又包括锯齿波发生器和电压比较器，密切地联系了电子技术课程的基本内容。这些课题对掌握基础知识，开阔学生的视野，增强对专业课的认识，提高学习的积极性都能起到较大的作用。

注意选择和后续专业课有关的课题为对电子技术课程的进一步提高和为后续课程打下一定基础，可考虑选择一些模拟电路和数字电路综合性的课题，以使学生对电子技术有一个全面的、综合的认识，对后续专业课有一定了解，为后面的学习打好基础。例如《调速系统的给定积分器》课题。

课程设计的组织实施

以人为本，因材施教教师只在大思路上作一定的引导，对具体方案不做过多干预，只起组织、引导、检查、把关和解决一些疑难问题的作用，放手让学生大胆实践，以充分发挥学生的主动性和创造性。我们的改进做法是:在注重结论正确的同时，强调整个设计方案实施的全过程，即使得出的结论不尽如人意，甚至是错的，只要学生能找出其中的原因并提出相应的改进措施，仍然可获得较好的成绩;相反，如果结论是抄袭得来的，即便是正确的，设计成绩也按不及格处理。如电子脉搏计的设计课题，只给出设计方案的原理框图，讲明基本原理、总体构思和适当的设计提要，在设计任务书中给出原始数据及主要技术要求，而具体的原理图及元件的参数，集成电路的选择，电路的安装调试等工作则要求学生独立完成，这样做可培养学生的自学和独立解决问题的能力，学生的收获更大。

虚实结合，重在“真品”（1）采用机辅分析。电子设计自动化(EDA)技术是以计算机为工作平台，对电子电路或系统进行自动分析和设计的计算机辅助技术，它的应用使得电路功能、参数的分析和设计都可以脱离具体对象，在构筑于计算机平台上的虚拟环境中通过仿真处理而自动实现。EDA技术已成为现代电子工程开发与应用领域的支撑技术，在电子行业，Miltisim、Protel等电子仿真软件，已成为电子工程设计的必备工具。学习和掌握应用计算机对电子电路的分析是目前和今后发展的必然趋势，将其应用到课程设计领域也是教学改革的方向。一是应用Miltisim设计电路仿真。在学生根据设计课题拟定初步方案后，要求他们先在电路仿真与分析软件Milltisim平台上对于所设计的电路进行仿真，观察电路功能是否满足设计要求，分析主要元器件参数对电路指标的影响，初步了解电路静态和动态的工作情况，在Milltisim平台上调试电路使之达到技术指标，为电路的实调做准备。二是应用ProtelForWindows设计印刷电路板。在Milltisim仿真后，给学生介绍印刷电路板的自动化设计软件ProtelForWindows和设计印刷电路板的基本工程知识，要求学生应用ProtelForWindows设计软件绘制本组设计的电路原理图并设计出印刷电路板图。通过几年课程设计的实践，对有源滤波器、交流宽带放大器、数字温度计、数字钟、交通灯控制器等设计课题采用MilltisimEDA软件与虚拟样机，指导学生进行电子技术课程设计，取得了较好的教学效果。（2）结合传统设计。近年来，全国各高校都开设了EDA技术的教学和实践课程。对机电类专业的学生而言，电子技术课程设计是学生在学完电子技术理论课程后进行的一次综合性训练，其目的是培养学生综合运用所学理论知识的能力、独立设计电子产品的能力和对电子产品实际安装、调试的能力。如果学生没有从原理图设计开始一直做到样机调试成功，经历整个电子产品的设计、开发过程，又如何能提高电子技术课程设计的作用?所以要将传统课程设计与EDA技术的训练相结合，比较电路实测的性能和计算机的仿真结果，以认识计算机仿真在电路设计中所起的作用，使学生对EDA技术的了解不只是停留在软件系统的操作上，而是对该技术在电子设计中所起的作用有一个整体的认识，能对学生综合能力的培养有所帮助。

形成组合，团结协作在组队方面，采取电子设计竞赛的组织方式，2～3人为一组，要求学生不仅要共同讨论设计课题和选择设计方案，还必须落实自己具体的设计任务，如计算机辅助分析、硬件电路的制作、调试、资料的查阅、整理和总结等，有分工有合作，以培养学生的团队精神。

数字电路设计方案范文第3篇

1.电子技术课程设计的重点与要求

本课程的重点是电路设计，内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力，培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求，通过查阅资料、调查研究等，独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试，并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。

具体地说，学生通过课程设计教学实践，应达到以下基本要求：建立电子系统的概念，综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计；掌握电子系统设计的基本方法，了解电子系统设计中的关键技术；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用器件的原则；掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法；掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

2.电子技术课程设计的教学过程

电子技术课程设计是在教师指导下，学生独立完成课题，达到对学生理论与实践相结合的综合性训练，要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识，因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。

2.1课堂讲授。

课程设计开始前，需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学，明确课程设计的要求，主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中，指导老师介绍课题的基本情况与要求，要求学生从多个课题中选择一个。

2.2设计与调试环节。

2.2.1前期准备、方案及电路设计。

前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材，根据技术指标，进行方案分析、论证和计算，独立完成设计。设计工作内容如下：题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，称为预设计阶段，包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图（原理图和布线图），此阶段约占课程设计总学时的30％。

2.2.2在实验室进行电路安装、调试，指标测试等。

在安装与调试这个阶段，要求学生运用所学的知识进行安装和调试，达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后，学生即可购买所需元器件等材料，并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路（并制作相应电路板），使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点，所需时间约占总学时的50％。

2.3撰写总结报告，总结交流与讨论。

撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告，不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面：系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外，还应对以下几部分进行说明：设计进程记录，设计方案说明、比较，实际电路图，功能与指标测试结果，存在的问题及改进意见，等等。总结报告具体内容如下：课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。组装调试的内容，包括使用的主要仪器和仪表；调试电路的方法和技巧；测试的数据和波形并与计算结果比较分析；调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，列出系统需要的元器件清单，列出参考文献，收获、体会，并对本次设计提出建议。

2.4成绩评定。

课程的实践性不仅体现实际操作能力，而且体现独立完成设计和分析的能力。因此，课程设计的考核分为以下部分：设计方案的正确性与合理性。设计成品：观察实验现象，是否达到技术要求。（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力）实验报告：实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩：考查学生实际掌握的能力和表达能力，设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神，等等。

3.电子技术课程设计的步骤

在“电子技术基础”理论课程教学中，通常只介绍单元电路的设计。然而，一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此，一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计，还包括总体电路的系统设计（总体电路由哪些单元电路构成，以及单元电路之间如何连接，等等）。随着微电子技术的发展，各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现，电子系统的设计除了单元电路的设计外，还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要，不过从教学训练角度出发，课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同（尤其单元电路的设计），但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括：总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。

数字电路设计方案范文第4篇

关键词：数模结合 综合性实验 数控风扇 数字温度计

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0090-02

数字电路课程和模拟电路课程是电子学领域的两门非常重要的专业基础课程，实验对于学生理解这两门课程的理论知识及进行创新应用来说是至关重要的。为了实现“以学科知识为基础，以综合应用为核心，以培养创造性思维为重点”的培养目标，近年来，深圳大学信息工程学院将数字电路和模拟电路教学都放在了大学二年级上学期开展，同时将数字电路实验室和模拟电路实验室合并，成立了数模复用实验室，为学生加深电子学领域的理论认识，培养学生的综合动手能力建立了一个良好的学习环境和氛围。相应的，这两门课程的实验内容也进行了改进，增加了数模结合的综合性实验项目。本文以数控迷你小风扇和数字温度计为例，具体阐述数模复用实验室综合设计性实验项目的实现过程。

1 数模结合的综合性实验设计原则

传统的数字电路实验和模拟电路实验的开展一般都是以特定的目的、孤立的功能单元而开设。数字电路的实验包括各种常用芯片的功能测试及简单应用，不涉及任何模拟电路部分；模拟电路实验包括分立元件（三极管）放大电路和集成运算放大电路的性能及简单运用，不涉及任何数字电路部分。这种传统的实验设计方案存在以下两大问题：一是实验的目的一般都是理论知识的实验验证，缺少对学生兴趣的考虑，不能激发学生的自主创新能力；二是数字电路实验与模拟电路实验“各自为政”，致使学生在完成实验后感到知识不连贯，不能综合理解和运用数字电路和模拟电路的知识体系，以至于很难达到融会贯通，学以致用的目的。

基于以上问题，数模综合实验设计原则主要体现在以下两个方面：一是兴趣主动性；二是数模综合性。古代教育家孔子曾说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。培养学生对课程的兴趣主动性，使学生愿意开始干，愿意投入干，干完后有成就感，就能起到事半功倍的教学效果。在兴趣的驱动下，学生对完成实验的主动性更强，对所学数字电路理论知识和模拟电路理论知识的融会贯通性就会更好，从而能够保证综合设计性实验能够达到最初的实验设计目的，即加深学生的理论认识，提高学生的实践动手能力，为学生创新能力的培养打下基础。

体现数模综合性设计原则的实验应包括数字电路部分、模拟电路部分、以及数模（模数）转换电路部分。一般有两种形式，如图1、图2所示。在数模转换（DAC）综合实验中，通过输入数字控制信号，如调节风扇遥控器，该信号经过数模转换电路，转换成模拟信号，一般的数模转换电路输出的模拟信号都比较微弱，无法驱动外部执行装置，因此，该微弱信号需要再通过模拟放大电路，进行电流或者电压等功率放大，最终驱动模拟执行系统，如调节风扇转速等。在模数转换（ADC）综合实验中，通过采集外界环境中的模拟信号信息，如风扇转速等，一般，传感器采集到的信号比较微弱，需要通过模拟放大电路进行放大，再经过模数转换，最终将该信号进行数字显示。模拟放大电路不仅能放大模拟信号，还能够减小模数转换电路部分的转换误差，从而更精确的进行数字显示。

2 实验项目数控迷你小风扇的设计

风扇在现实生活中普遍使用，学生对这个项目不会产生陌生感，而且该项目具有很大实用性，容易学生的兴趣和主动性。本项目的设计要求是：设计并制作一个数控迷你小风扇，风扇的转速控制通过数字输入。电路设计框图如图3所示。参考电路设计如图4所示。大二学生还没有接触过键盘输入控制电路，因此，本项目采用自锁式开关这种简单的器件进行数字输入控制。例如，希望转速能够达到100转/分，就可以利用8个自锁式开关输入“01100100”，开为“1”，关为“0”。数模转换电路应用DAC0832数模转换芯片：根据输入的八位二进制，输出该二进制所代表的电流值。框图中的驱动部分对应电路设计中的一个射极跟随器，输入微电流控制发射极输出电压，在发射极端接负载小风扇，驱动其运转。三极管可以采用最普通的9013。

3 实验项目数字温度计的设计

温度计在日常生活中也很多见。本项目的设计要求是设计并制作一个数字温度计。为了保护大二学生的实验积极性，不让他们产生畏难情绪，测量温度范围定位20～29摄氏度。设计框图如图5所示。十进制的“2”为固定数字，学生只要设计并实现温度个位数的显示即可，参考电路设计如图6所示。温度传感器LM35可以探测周围环境温度从而输出不同电压，输出的电压值随温度的变化呈线性变化，例如，20摄氏度，LM35输出0.20 V，25摄氏度，LM35输出0.25 V。LM741运算放大器电路部分虽然没有电压放大，但是增加了电路的带载能力，增强了模数转换部分的输入稳定性。ADC 0809模数转换芯片根据输入的电压值，输出代表其电压值的八位二进制。74LS573锁存器：OE脚为使能端，LE为锁存端，当LE为1时，D端的数据输出到O端，当LE为0时，D端的数据无法输出到O端，O端输出上一个状态的数据。74LS283全加器对输入的四位二进制数进行加减法，实现转码功能。74LS48根据输入的四位二进制数驱动数码管，显示相应数字（0～9）。

4 结语

数模结合的综合性实验可以促进学生电路领域的理论认识，提高学生的实践动手能力，为学生创新能力的培养打下基础。本文作者所在的深圳大学信息工程学院将数电、模电实验室合并，成立了数模复用实验室，为数模综合性实验开展提供了良好的环境和氛围。本文提出了数模综合性实验的设计原则，并提供了实际实验教学的两个项目供兄弟院校电学实验室参考，希望能起到抛砖引玉的作用。

参考文献

[1] 周静，刘杰.数模、模数转换电路的综合实验研究[J].安庆师范学院学报：自然科学版，2010，16（3）：115-118.

[2] 陈林，潘旭，陈乔，等.虚拟仪器技术在电子技术课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（8）：83-86.

[3] 王美玲，付佳，肖煊.创新型实验项目 ―― 数字温度计的设计[J].实验室研究与探索，2010，29（9）：125-127.

数字电路设计方案范文第5篇

【关键词】数控;直流稳压电源;Proteus;设计与仿真;教学案例

1 引言

Proteus软件是英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个部分构成，其中Proteus ISIS软件包含了革命性的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有的周围电子器件一起仿真[1-2]。在电子类专业核心课程的教学中，除了引导学生掌握好基础理论知识外，教师更需要加强对学生实践动手能力的培养，才能促进学生电路设计能力以及实践创新能力提高，也才能满足社会对所培养人才的专业能力需求。而将Proteus仿真软件技术应用于电子类专业核心课程的教学活动中，如模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术以及嵌入式系统等课程的教学，不仅能够促进教师形象生动地完成教学任务，还可以提高学生的实践动手能力，如开展创新性设计实验、毕业设计、电子设计竞赛[2]。采用Proteus进行虚拟仿真设计实验可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。一边设计一边实验，调试时随时可以修改电路，要比用万能板焊接元件搭建硬件平台更为方便，避免了传统设计中元器件的浪费，节约了时间和经费，提高了设计的效率和质量[3]。本文探讨的数控直流稳压电源的设计和仿真，涉及电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术、EDA技术等多方面知识，是电子电路设计与仿真教学的典型案例。

2 电路的硬件设计

2.1 设计方案分析

数控直流稳压电源设计是一个具有综合性的设计项目，要求具有一定的电压输出范围，输出电压能步进可调，能实时数字显示输出电压。

根据任务要求，首先该电路主体是一个电源，属于模拟电路设计，其次需要实时显示输出电压，需要译码显示电路，属于数字电路知识，还有数字到模拟的转换，需要数模转换电路，整个转换过程需要相应的时序控制，需要微控制器有序控制电压的转换、输出、显示。因此设计方案很多，本文给出一种简单实用的方案，在此方案中主要由以下几个部分组成（如图1）：

控制器部分：为了能有序控制电源的步进输出及显示，本设计选用学生熟悉又比较常用的8051系列单片机AT89C52。单片机的作用除了有效控制电压的数控输出及显示外，还可进行功能扩展。

电压输出部分：本设计对电源的输出电压电流没有太高的要求，当前已有集成三端稳压器一般能满足要求，而且这类芯片内部都有过流和过热的保护电路。例如型号为LM317集成三端稳压器，其额定电流可达1.5A，输出电压的调节范围为1.2～37V，内部有过热和过流保护电路，价格也不贵，所以采用这种芯片为主体来组成所要求的系统是比较合理的。

电压调节部分：为了能实现电源输出步进变化，结合集成三端稳压器的特点，选择模拟开关和电阻网网络构成D/A转换电路，将单片机与三端稳压器联接，实现数字信号到模拟信号的转换。控制单片机输出的数字信号即可改变三端稳压器输出电压，实现电压的数控调节。

电压显示部分：该部分选用常用的数字电路中的译码显示电路，为了节约单片机的IO端口，显示方式采用动态显示。

图1 整体电路设计方案原理图

2.2 各单元电路硬件设计

根据上面的设计思路，为了能快速方便的实现该设计方案，采用常用的一种仿真设计软件Proteus完成该电路的设计与仿真。Proteus软件包含了丰富的元器件库，能够很方便地调用设计方案中需要的各种元器件连接成电路，并进行仿真测试。

2.2.1 单片机控制电路

单片机是数控电源的核心，它通过软件的运行来控制整个电路的工作，从而完成设定的功能。本设计中控制电路选用AT89C52单片机，它是由美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位CMOS单片机，片内含8K字节的FLASH或PEROM和256字节的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容[4]。AT89C52接收来自按键的信息，并对按键输入的信息进行处理，从而控制输出电压的变化，并将变化的结果输出到显示电路上。

2.2.2 电压输出电路

该电路主要由集成三端稳压器LM317作为核心器件稳定输出电压，该芯片内部有过流和过热保护电路，电容C1、C3滤除交流杂波，二极管D1为负载电容的存储电荷提供一条放电通路[4]。LM317的稳压输出电路如下图2所示。

图2 LM317稳压输出电路

图2中输出电压满足下列关系，

由于调整端的电流IADJ小于100uA，大多数情况应用时可以忽略，因此输出电压近似为 ，通过调节可调电阻R2可以很方便地改变输出电压。

2.2.3 电压调节电路

从上面的LM317输出电压公式得知只要改变可调电阻R2的大小可以很方便地改变输出电压的大小，如果把R2设计成一个线性电阻网络，通过模拟开关进行切换，就可以实现数控输出电压的要求[5]。线性电阻调节网络如图3所示，电路中选用8个电阻值依次倍增的精密电阻，模拟开关选择常见的继电器，通过按键输入控制单片机P1口输出的数字量控制继电器的闭合与断开，实现一种类似于数字量到模拟量的转换网络，来改变接入LM317调整端电阻的大小，从而改变输出电压大小。

图3 线性电阻调节网络

2.2.4 电压显示电路

译码显示电路选用4位数码管的动态显示方式（如图4所示）。将单片机的P2.0和P2.1口控制数码管的段选和位选的选通，P0口实现对数码管段选和位选的数据传送。P0口既要输出位选数据还要输出段选数据，因此采用分时传送方式，分别用两个锁存器74HC573保存对应的位选数据和段选数据;两个锁存器的工作分别通过单片机的P2.0和P2.1口来控制。

图4 译码显示电路

2.2.5 声光指示电路

为了能指示输出电压的最大值、最小值，分别添加红、绿LED指示灯;为了能指示按键的增减，添加蜂鸣器，按键每按下一次，就发出报警声一次。

3 电路的软件设计

直流稳压电源系统是以单片机为核心控制电压的调节与显示，因此需要编写相应软件程序控制单片机有序工作。

根据以上电源系统的硬件特点和实现功能，软件程序的结构可分为主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系统初始化、数码管显示、按键是否按下，并跳转到相应功能的子程序中去。主程序流程图如图5所示。子程序包括：系统初始化子程序、显示数据处理子程序、数码管显示子程序、按键中断子程序等。

图5 主程序流程图

4 电路的整体设计与仿真分析

单片机系统的仿真是Proteus软件的一大特色。首先在Proteus中将上面硬件设计的各单元电路连接成一个完整的数控直流稳压电源仿真电路（如图6所示）;然后创建源代码程序文件，并编辑该电源系统的程序源代码;接着将源代码编译生成为目标代码，将目标代码添加到图6中的单片机元件的属性中，相当于在实际电路中对单片机下载目标程序;最后进行电路的调试仿真[7]。

图6 整体设计仿真电路图

图6所示电路的仿真结果如下：当电路上电工作后，由于电阻网络中没有电阻接入LM317的调整端，数码管上显示出电压为1.25V。当电压增加按键按下时，单片机的外部中断0产生中断，蜂鸣器报警，电压计数值增加1，接入的电阻网络中的电阻值增加一个单位，相应的输出电压增加0.1V;保存数码管结果的计数器值加1，P2.0端口选通译码显示电路的位选锁存器，送入相应的位选数据;P2.1端口选通译码显示电路的段选锁存器，送入段选数据;数码管上显示结果值增加0.1。当电压增大到15V时，红灯亮，显示电压值不变化，输出电压值也不再增加;当电压减小到1.25V时，绿灯亮，显示电压值不变，输出电压也不再减小。

在仿真电路中增加虚拟测试仪器，如图6中在稳压输出端Vout添加直流电压表或者电压探针，可以在仿真中实时观测输出电压的变化数据[3]。

电路仿真输出的理想结果是：电压输出大小从1.25V到15V变化，变化步进单位为0.1V;但实际上仿真结果是：数码管上显示结果与LM317输出端接的电压探针测量的电压值有一点误差。仿真测试数据如表1所示。

表1 仿真测试数据对比表

显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差

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

从仿真结果上看，随着电压的增加，数码管输出的理想结果与电压探针输出的结果误差将逐渐增加，最大相对误差为0.11V，即数码管上显示电压值为14.95V时，电压探针实时测量电压值为14.840V。仿真结果说明该电路在精度要求不是很高的场合足以适合应用。

分析误差的原因：（1）仿真软件中的电路元件毕竟是模拟元件，不是真实电路，即使真实电路也会有一定的误差;（2）显示结果是直接将控制继电器的数字信号通过单片机软件显示出来，而电压探针测量的是LM317输出端的电压值，两种的显示位数、精度不同。当然实际输出端的结果还取决于连接的电阻网络中的电阻值的合理选取。通过仿真不但可以观察输出结果，还可以在仿真软件中很容易修改电路并分析结果。

5 小结

本文利用Proteus软件实现了一种数控稳压直流电源的设计与仿真，无论设计过程还是仿真测试结果都达到了满意的效果。该电路的设计与仿真作为电子类专业的综合课程设计典型教学案例，在教学过程中应用Proteus仿真软件对电路的设计方案及结果进行实时的仿真测试与分析，一方面仿真设计操作简单，搭建电路、测试结果方便，修改设计快捷;另一方面在教学中增加了学生电路设计上的感性认识，便于对电路设计理论的理解，提高了学生的兴趣。总之，利用Proteus仿真软件能较好地完成设计任务，将之应用到相关课程教学中是一种新的教

学方法，有助于教师的教学和学生的自主学习。

参考文献：

[1]王勇，曹磊.Proteus虚拟电子实验室在教学中的应用研究[J].中国电力教育，2014（03）：124-125.

[2]侯向锋，周兆丰.Proteus在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2012（04）：114-118.

[3]周润景，张丽娜，丁莉.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真（第二版）[M].北京航空航天大学出版社，2010.

[4]蔡顺燕.基于AT89C52的数控直流稳压电源设计[J].成都师范学院学报，2014（03）：112-115.

[5]唐金元，王翠珍.0～24V可调直流稳压电源电路的设计方法[J].现代电子技术，2008（04）：12-14.

[6]周立功.单片机实验与实践[M].北京航空航天大学出版社，2006.