新型数字逻辑电路综合实验教学平台的设计研究

彭红学

摘要：本文对数字逻辑电路综合实验教学进行了简单的介绍，针对新型数字逻辑电路综合实验教学平台的设计展开了深入的研究分析，结合本次研究，发表了一些自己的建议看法，希望可以对新型数字逻辑电路综合实验教学平台的设计起到一定的参考和帮助，提高设计有效性，更好的满足新型数字逻辑电路综合实验教学需要，实现对学生的全面培养和发展。

关键词：新型;数字逻辑电路;综合实验教学平台;设计研究

数字逻辑电路属于自动化类专业、计算机科学专业、通信工程类专业基础必修课程，数字逻辑电路实验教学是整个数字电路教学中重要组成部分。在数字实验教学中，实验箱是非常重要的基础设备，当前实验箱在实际应用中还存在有较多的问题，比如说结构设计缺乏合理性，将插接板与系统板混在一起，增大维修成本，很难实现新实验项目的扩展，没有3.3V低电压供电条件，当前低功率芯片电路无法顺利应用在实现项目中，还没有专门的扬声器和驱动电路，综合实验项目无法顺利展开，以上这些问题的出现整个数字逻辑综合实验教学有效性，必须要设计一款新型数字逻辑电路综合实验教学平台，本文就此展开了研究分析。

一、数字逻辑电路综合实验教学

（一）实验教学要求

实验课主要是为了培养学生电子电路实验研究能力，使学生通过实验教学将理论与实际有效连接在一起，结合实验结果以及相关理论分析彼此之间的联系，调整电路参数，满足性能方面需要。实验教学基本要求主要集中在以下几个方面：第一，学会对信号发生器、数字万用表、稳压电源等的正确使用方法;第二，掌握基本测试技术;第三，能够正确查阅电子器件手册;第四，能够与相关技术要求结合在一起选择合适元器件;第五，能够对电路中常见问题进行分析。

（二）数字逻辑电路

数字逻辑电路包含有时序逻辑电路和组合逻辑电路两部分，数字逻辑电路课程主要是为了帮助学生掌握和理解数字系统，使用集成电路实现所需要的逻辑功能，有着非常强的实践性。随着科学技术的发展进步，计算机技术以及微电子技术迅猛发展，数字逻辑器件从之前的集成电路向着可编程逻辑器件方面发展，在数字逻辑电路方面的研究和实践也相应地发生变化，实际的实验教学方法和实验手段需要进行优化和更新。用过计算机辅助设计软件进行数字逻辑电路的设计、调试和模拟，设计简单、容易修改，能够使实验效率得到有效提高，但是因为学生没有足够的实验电路操作和调试能力，更多的纸上谈兵，学生的实践技能未能得到提高和加强。选择软件与硬件相结合实验教学方法，替代以往传统的硬联逻辑实验方法，是数字逻辑电路实验教学的主要发展方向。

二、新型数字逻辑电路综合实验教学平台的设计

（一）设计思路

针对原有平台在实际应用中存在的问题，新型平台的设计需要充分考虑。在结构不合理方面，选择模块化结构设计;在3.3V低电压供电方面，选择DC-DC转换芯片电路解决;在扬声器缺少方面，选择增加扬声器以及相应电路方式解决;在可编程综合实验项目缺乏方面问题，增加FPGA模板电路解决;针对插线脱焊问题，选择加厚PCB板以及沉铜加工技术解决。

（二）模块化结构设计

模块化结构设计选择系统主板与扩展板方式进行，实验平台中设计有系统板一块，扩展板若干，系统板安装电源接口、脉冲发生器、逻辑电平测量线路等必备零部件。根据不同实验项目，扩展板有几种不同设计方案，能够支持不同分组，整个实验过程不需要反复插拔芯片。14引脚和16引脚DIP封装芯片较为常用，这两种设计6组，能够很大程度上降低芯片插拔带来的损失，保护实验箱。

（三）系统板设计

系统板安装电源接口、脉冲发生器、逻辑电平测量线路等，其中电源接口选择正5V直流电源，采用常规变压器，选择7805输出级芯片，容量设计1A。3.3V直流电源输出级芯片选择1117C 33C转换芯片输出电流为500mA，这种设计方式能够有效降低波纹系数。脉冲发生器采用集成震荡发生器芯片NE555，连接三个不同电阻，实现对不同频段方波信号的调节。逻辑电平测试接头共16组，并设置LED指示灯。扬声器选择LM386集成芯片，所设置的音频放大电路不仅能够是吸纳对数字电路与模拟电路的加强，同时还能应用在综合电路实验开发方面，结合辅助EDA，不仅支持一般阻容器件、CD系列集成芯片，同时还支持CPLD在线编程LSP等方面功能。CPLD可编程逻辑器件选择XC2C64A-VQG44芯片，通过标准USB接口连接电脑，在计算机编程控制器件实现相应的功能。

（四）扩展板设计

在数字逻辑电路实验项目，扩展板主要应用在电路芯片以及扩展板组成电路设计的实验和测量，同时哈能实验和调试综合逻辑电路设计，包含有320根镀银长紫铜管以及圆脚集成芯片，能够直接连接CPLD可编程芯片、导线等。扩展板共有三套设计方案，结合教学大纲实验项目和综合性实验项目，三套方案主要区别在集成芯片插座配置方面，既可以同時使用，也能够支持分开使用，选择可拆卸锁扣结构安装。

三、结束语

新型数字逻辑电路综合实验教学平台在实际教学中，不仅能够完成教学大纲所要求的实验内容，同时还能扩展更多综合性的实验内容。即提供数字电路基础性和综合性实验设计内容，同时还包含有芯片级可编程应用试验设计内容，能够将模拟电路、数字电路以及EDA等联系在一起，使学生在学科之间的联系有了明显的提高和加强。

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