導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計的一般步驟，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計企業(yè)；成本核算

中圖分類號：F23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收錄日期：2015年8月30日

一、前言

集成電路的整個產(chǎn)業(yè)鏈包括三大部分，即集成電路設(shè)計、生產(chǎn)制造和封裝及測試。由于集成電路行業(yè)在我國起步晚，目前最尖端的集成電路企業(yè)幾乎全被外資壟斷，因此國家從改革開放以來，逐年加大集成電路產(chǎn)業(yè)的投入。近年來，我國的集成電路企業(yè)飛速發(fā)展，規(guī)模逐年擴(kuò)大。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2015年第一季度中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為685.5億元。其中，IC設(shè)計銷售額為225.1億元，生產(chǎn)制造業(yè)銷售額為184.9億元，封裝測試銷售額為275.5億元。作為集成電路產(chǎn)業(yè)的IC設(shè)計得到國家的大力鼓勵發(fā)展，以期望由IC設(shè)計帶動整個中國的集成電路產(chǎn)業(yè)。我國的集成電路企業(yè)主要分布在長三角、珠三角、京津地區(qū)和西部的重慶、西安和武漢等。其中，長三角地區(qū)集中了全國約55%的集成電路制造企業(yè)、80%的集成電路封裝測試企業(yè)和近50%的集成電路設(shè)計企業(yè)，該區(qū)域已經(jīng)形成了包括集成電路的研發(fā)、設(shè)計、芯片制造、封裝測試及其相關(guān)配套支撐等在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。

集成電路行業(yè)是一個高投入、高產(chǎn)出和高風(fēng)險的行業(yè)，動輒幾十億元甚至幾百億元的投入才能建成一條完整的生產(chǎn)線。國務(wù)院在2000年就開始下發(fā)文件鼓勵軟件和集成電路企業(yè)發(fā)展，從政策法規(guī)方面，鼓勵資金、人才等資源向集成電路企業(yè)傾斜；2010年和2012年更是聯(lián)合國家稅務(wù)總局下發(fā)文件對集成電路企業(yè)進(jìn)行稅收優(yōu)惠激勵，2013年國家發(fā)改委等五部門聯(lián)合下發(fā)了發(fā)改高技[2013]234號文，凡是符合認(rèn)定的集成電路設(shè)計的企業(yè)均可以享受10%的所得稅優(yōu)惠政策。因此，對于這樣一個高投入、高技術(shù)、高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，國家又大力支持的產(chǎn)業(yè)，做好成本核算是非常必要的。長期以來，集成電路設(shè)計企業(yè)由于行業(yè)面較窄，又屬于高投入、復(fù)雜程度不斷提高的行業(yè)，成本核算一直沒有一個明確的核算方法。

二、集成電路設(shè)計生產(chǎn)流程

集成電路設(shè)計企業(yè)是一個新型行業(yè)的研發(fā)設(shè)計企業(yè)，跟常規(guī)企業(yè)的工作流程有很大區(qū)別，如下圖1。（圖1）集成電路設(shè)計企業(yè)在收到客戶的產(chǎn)品設(shè)計要求后，根據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行IC設(shè)計和繪圖，設(shè)計過程中需要選擇相應(yīng)的晶圓材料，以便滿足設(shè)計需求。設(shè)計完成后需要把設(shè)計圖紙制造成光刻掩膜版作為芯片生產(chǎn)的母版，在IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過光刻掩膜版在晶圓上生產(chǎn)出所設(shè)計的芯片產(chǎn)品。生產(chǎn)完成后進(jìn)入下一環(huán)節(jié)封裝，由專業(yè)的封裝企業(yè)對所生產(chǎn)的芯片進(jìn)行封裝，然后測試相關(guān)芯片產(chǎn)品的參數(shù)和性能是否達(dá)到設(shè)計要求，初步測試完成后，把芯片產(chǎn)品返回集成電路設(shè)計企業(yè)，由設(shè)計企業(yè)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠前的測試和檢驗，最后合格的芯片將會發(fā)給客戶。

對于集成電路設(shè)計企業(yè)來說，整個集成電路生產(chǎn)流程都需要全方位介入，每個環(huán)節(jié)都要跟蹤，以便設(shè)計的產(chǎn)品能符合要求，一旦一個環(huán)節(jié)出了問題，例如合格率下降、封裝不符合要求等，設(shè)計的芯片可能要全部報廢，無法返工處理，這將會對集成電路設(shè)計企業(yè)帶來很大損失。

三、成本核算方法比較

傳統(tǒng)企業(yè)的成本核算方法一般有下面幾種：

（一）品種法：核算產(chǎn)品成本的品種法是以產(chǎn)品的品種為成本計算對象，歸集費用，計算產(chǎn)品成本的一種方法。品種法一般適用于大量大批單步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)，如發(fā)電、采掘等企業(yè)。在這種類型的企業(yè)中，由于產(chǎn)品的工藝流程不能間斷，沒有必要也不可能劃分生產(chǎn)步驟計算產(chǎn)品成本，只能以產(chǎn)品品種作為成本計算對象。

品種法除廣泛應(yīng)用于單步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)外，對于大量大批多步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)或者車間，如果其生產(chǎn)規(guī)模小，或者按流水線組織生產(chǎn)，或者從原材料投入到產(chǎn)品產(chǎn)出的全過程是集中封閉式的生產(chǎn)，管理上不要求按照生產(chǎn)步驟計算產(chǎn)品成本，也可以采用品種法計算成本，如小型水泥廠、磚瓦廠、化肥廠、鑄造廠和小型造紙廠等。

按照產(chǎn)品品種計算成本，是產(chǎn)品成本計算最基礎(chǔ)、最一般的要求。不論什么組織方式的制造企業(yè)，不論什么生產(chǎn)類型的產(chǎn)品，也不論成本管理要求如何，最終都必須按照產(chǎn)品品種計算出產(chǎn)品成本。因此，品種法是最基本的成本計算方法。

（二）分批法：分批法亦稱訂單法，它是以產(chǎn)品的批別（或訂單）為計算對象歸集費用并計算產(chǎn)品成本法的一種方法。分批法一般適用于單件小批生產(chǎn)類型的企業(yè)，如船舶、重型機(jī)械制造企業(yè)以及精密儀器、專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。對于新產(chǎn)品的試制，工業(yè)性修理作業(yè)和輔助生產(chǎn)的工具模具制造等，也可以采用分批法計算成本。在單件小批生產(chǎn)類型企業(yè)中，通常根據(jù)用戶的訂單組織產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)何種產(chǎn)品，每批產(chǎn)品的批量大小以及完工時間，均要根據(jù)需求單位加以確定。同時，也要考慮訂單的具體情況，并結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷程度合理組織產(chǎn)品的批次及批量。

（三）分步法：分布法是以產(chǎn)品的品種及其所經(jīng)過的生產(chǎn)步驟作為成本計算對象，歸集生產(chǎn)費用，計算各種產(chǎn)品成本及其各步驟成本的一種方法。分布法主要適用于大量大批復(fù)雜生產(chǎn)的企業(yè)，如紡織、冶金、造紙等大批量、多步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)。例如，鋼鐵企業(yè)可分為煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)步驟。在這種企業(yè)里，其生產(chǎn)過程是由若干個在技術(shù)上可以間斷的生產(chǎn)步驟組成的，每個生產(chǎn)步驟除了生產(chǎn)出半成品（最后步驟為產(chǎn)品）外，還有一些處于加工階段的在產(chǎn)品。已經(jīng)生產(chǎn)出來的半成品及可以用于下一生產(chǎn)步驟的再加工，也可以對外銷售。

（四）作業(yè)成本法：作業(yè)成本法是一個以作業(yè)為基礎(chǔ)的管理信息系統(tǒng)。它以作業(yè)為中心，作業(yè)的劃分從產(chǎn)品設(shè)計開始，到物料供應(yīng)；從工藝流程的各個環(huán)節(jié)、總裝、質(zhì)檢到發(fā)運銷售全過程，通過對作業(yè)及作業(yè)成本的確認(rèn)計量，最終計算出相對準(zhǔn)確的產(chǎn)品成本。同時，經(jīng)過對所有與產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)作業(yè)的跟蹤，消除不增值作業(yè)，優(yōu)化作業(yè)鏈和價值鏈，增加需求者價值，提供有用信息，促進(jìn)最大限度的節(jié)約，提高決策、計劃、控制能力，以最終達(dá)到提高企業(yè)競爭力和獲利能力，增加企業(yè)價值的目的。

由于集成電路設(shè)計企業(yè)的特殊生產(chǎn)工藝流程，集成電路設(shè)計企業(yè)的主要生產(chǎn)和封裝、測試都是在第三方廠家進(jìn)行，分批法、分步法和作業(yè)成本法都不太適合作為集成電路設(shè)計企業(yè)的成本核算方法，所以品種法將作為集成電路設(shè)計企業(yè)的基礎(chǔ)成本核算方法。

四、IC產(chǎn)品的品種法

品種法作為一種傳統(tǒng)的成本核算方法，在集成電路設(shè)計企業(yè)里是十分實用的。由于集成電路設(shè)計企業(yè)的生產(chǎn)流程比較特殊，產(chǎn)品從材料到生產(chǎn)、封裝、測試，最后回到集成電路設(shè)計企業(yè)都是在第三方廠商進(jìn)行，每一個環(huán)節(jié)的成本費用無法及時掌握，IC產(chǎn)品又有其特殊性，每種產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，不僅依賴于設(shè)計圖紙，而且依賴于代工的工藝水平，每個批次的合格率并不盡相同，其成品率通常只有在該種產(chǎn)品的所有生產(chǎn)批次全部回到設(shè)計企業(yè)并通過質(zhì)量的合格測試入庫時才能準(zhǔn)確得出，然而設(shè)計企業(yè)的產(chǎn)品并不是一次性全部生產(chǎn)出來，一般需要若干個批次，或許幾十上百個批次加工，在最后幾個批次返回設(shè)計企業(yè)時，早期的許多批次產(chǎn)品早已經(jīng)發(fā)給客戶使用了，因此集成電路設(shè)計企業(yè)的按品種進(jìn)行成本核算應(yīng)該是有一定預(yù)期的品種法，即需要提前預(yù)估該種產(chǎn)品的成品率或廢品率，盡量準(zhǔn)確核算每一個IC產(chǎn)品的成本。

五、結(jié)語

集成電路設(shè)計是個技術(shù)發(fā)展、技術(shù)更新非常迅速的行業(yè)，IC設(shè)計企業(yè)要在這個競爭非常激烈的行業(yè)站住腳跟或者有更好的發(fā)展，就必須緊密把握市場的變化趨勢，不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)技術(shù)或工藝，及時調(diào)整市場需求的產(chǎn)品設(shè)計方向，持續(xù)不斷的通過科學(xué)合理的成本控制手段，從技術(shù)上和成本上建立競爭優(yōu)勢；同時，充分利用國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策，特別是對集成電路設(shè)計企業(yè)的優(yōu)惠政策，加大重大項目和新興產(chǎn)業(yè)IC芯片應(yīng)用的研發(fā)和投資力度；合理利用中國高等院校、科研院所在集成電路、電子信息領(lǐng)域的研究資源和技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的發(fā)展思路，縮短項目的研發(fā)周期；通過各種途徑加強(qiáng)企業(yè)的成本控制手段，來達(dá)到提高中國IC設(shè)計企業(yè)整體競爭實力，擴(kuò)大市場份額。

主要參考文獻(xiàn)：

[1]中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會.cn.

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1.1明確任務(wù)

再設(shè)計電路時，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計，將電路所需的成本降到最低，提高每個單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計電路。

1.2參數(shù)計算

計算參數(shù)是設(shè)計電路必須要進(jìn)行得步驟，通過計算，來保證電路中各個單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識，單元電路的設(shè)計需要強(qiáng)大的理論知識的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計算如下放大電路的時候，我們需要計算每個電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。

1.3繪制電路圖

電路設(shè)計時，需要將單元電路與整機(jī)電路相連，設(shè)計完整的具有一定功能的電路圖，在連接時，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)ǎ瑢崿F(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計單元電路間的級聯(lián)時，各單元電路設(shè)計完成時，還要考慮這些，意在減少浪費，還要注意輸入信號、輸出信號、控制信號間的關(guān)系，同時還要注意一些事項：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。其次，注意信號流向以圖形符號。信號的流向，一般從輸入端、信號源開始，從左至右、從上到下，按信號的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號的標(biāo)注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點用原點表示。

2幾種典型單元電路的設(shè)計方法

電子電路設(shè)計中，單元電路一定要設(shè)計合理，否則將會影響整個電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計電路時，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計。

2.1對于線性集成運放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計

穩(wěn)壓電源的設(shè)計，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進(jìn)行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計單元電路時，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計能夠使單元電路具有保護(hù)過流、短路電流。

2.2單元電路之間的級聯(lián)設(shè)計

單元電路設(shè)計完成之后，還要考慮單元電路間的級聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合、相互干擾等。其中信號耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時序配合的問題，相對比較復(fù)雜，需要對每個單元電路的信號進(jìn)行詳細(xì)的分析，來確定電路時序。

2.3對于運算放大器電路的設(shè)計

運算放大電路在電路設(shè)計中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運放電路的設(shè)計，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計時對各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個指標(biāo)的先進(jìn)。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級以上的放大級相連。

3結(jié)束語

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【關(guān)鍵詞】邏輯轉(zhuǎn)換儀；組合邏輯電路；化簡；變換

【Abstract】The main characteristic and using method of virtual instrument-Logic Converter are introduced，There are some typical combinational logic circuit in it.Example analysis shows that，Based on design of Combinational Logic Circuit based on Logic Converter is not only convenient， concise，and greatly improve the students’ interest in learning，strengthen the teaching effect.

【Key words】Logic Converter；Combinational logic Circuit；Simplify；Conversion

0 引言

組合邏輯電路設(shè)計作為數(shù)字電路的重要組成部分，不僅是對所學(xué)過的組合邏輯電路圖、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式的鞏固和應(yīng)用，而且是后續(xù)課程學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。然而筆者在以往數(shù)字電路的教學(xué)工程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對組合邏輯電路的設(shè)計學(xué)習(xí)掌握比較困難，究其原因是在組合邏輯電路設(shè)計過程中，邏輯函數(shù)化簡和變換環(huán)節(jié)成了學(xué)生掌握該重要知識點的攔路虎。

通過筆者十余年的教學(xué)實踐證明，將Logic Converter應(yīng)用于組合邏輯電路設(shè)計的教學(xué)過程中，不但可使其變得方便、簡潔，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了課程教學(xué)效果，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

1 Logic Converter

Logic Converter（邏輯轉(zhuǎn)換儀）是仿真工具軟件Multisim特有的虛擬儀器之一，不僅在現(xiàn)實中沒有這種儀器，而且在當(dāng)前其他的仿真軟件中也沒有，可謂名副其實的虛擬儀器。但它可以非常方便的實現(xiàn)邏輯電路、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式的相互轉(zhuǎn)換。Logic Converter在Multisim軟件中的圖標(biāo)和雙擊鼠標(biāo)后的面板如圖1所示。

圖1所示Logic Converter面板共分為4個分區(qū)，最上面的A～H為8個輸入端，如邏輯變量需要3個，需用鼠標(biāo)左鍵點擊A、B、C 3個對應(yīng)輸入端即可；中間左邊空白區(qū)為顯示區(qū)，共分3個顯示欄，左邊顯示輸入變量取值所對應(yīng)的個數(shù)，中間顯示輸入變量的各種二進(jìn)制取值的組合，右邊顯示邏輯函數(shù)輸出對應(yīng)的邏輯值；右邊的Conversions區(qū)為邏輯轉(zhuǎn)換區(qū)，通過點擊鼠標(biāo)左鍵方便的實現(xiàn)邏輯電路、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式等功能的相互轉(zhuǎn)換；最下面空白長條區(qū)為邏輯函數(shù)表達(dá)欄，用于邏輯函數(shù)表達(dá)式的顯示或輸入。

2 組合邏輯電路設(shè)計

組合邏輯電路設(shè)計是指根據(jù)提出的邏輯功能要求，設(shè)計出一個最佳的邏輯電路去滿足該邏輯要求的過程。組合邏輯電路的一般設(shè)計步驟如圖2所示。

在圖2所示的5個步驟中，邏輯函數(shù)化簡和變換之所以成為學(xué)生學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計的攔路虎，是因為邏輯函數(shù)的代數(shù)法化簡，不但要求學(xué)生熟練的掌握邏輯函數(shù)的相關(guān)定律和規(guī)則，而且要有一定的技巧，特別對于化簡得到的是否為最簡式往往很難以確定。此時，大家都會想到卡諾圖不是可以解決是否為最簡式的這一問題嗎？但常常是卡諾圖的邏輯相鄰和“畫圈”使得學(xué)生望而卻步。

3 基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計

下面就以數(shù)字電路中常見的血型配對指示器為例，采用Logic Converter對其進(jìn)行設(shè)計。問題提出：設(shè)計一個血型配對指示器。輸血時供血者和受血者的血型配對情況如圖3所示，即同一血型之間可以相互輸血；AB型受血者可以接受任何血型的輸出；O型輸血者可以給任何血型的受血者輸血。要求當(dāng)受血者血型與供血者血型符合要求時綠指示燈亮，否則紅指示燈亮。

根據(jù)提出的邏輯問題，按照圖2所示的組合邏輯電路設(shè)計步驟，首先對題目進(jìn)行邏輯抽象，如表1所示。

打開Multisim軟件，用鼠標(biāo)左鍵雙擊Logic Converter圖標(biāo)后，得到其面板如圖4右邊所示，依據(jù)血型配對的邏輯抽象，點擊A、B、C、D4個輸入端，其對應(yīng)的16種邏輯狀態(tài)隨即顯示出來，同時在顯示區(qū)的最右邊出現(xiàn)了16個，如圖4左邊所示，此時只需按周題目的邏輯要求逐一用鼠標(biāo)單擊所對應(yīng)的邏輯狀態(tài)，即完成了圖2中的列真值表的過程，其結(jié)果如圖4右邊所示。

根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，只需點擊Conversions區(qū)的（從真值表到表達(dá)式）按鈕，這時在面板底部邏輯表達(dá)式欄將出現(xiàn)對應(yīng)的用標(biāo)準(zhǔn)的與或式表示的邏輯函數(shù)表達(dá)式，如圖5左邊所示，其中表達(dá)式中的A表示邏輯變量A反變量，即為。

從所得到的邏輯表達(dá)式可看出，其為9項4個變量的與或表達(dá)式，如果借助代數(shù)法化簡，不僅工作量大，而且不易得到最簡式，即使采用邏輯圖化簡，也需要大量時間和精力去完成，而采用Logic Converter來化簡該函數(shù)，同樣只需只需點擊Conversions區(qū)的（從真值表到簡化表達(dá)式）按鈕，這時在面板底部邏輯表達(dá)式欄將出現(xiàn)對應(yīng)的用最簡與或式表示的邏輯函數(shù)表達(dá)式，如圖5右邊所示。

最后，只需點擊Conversions區(qū)的（從真值表得到邏輯電路圖）按鈕，這時在Multisim編輯區(qū)的左上方得到由與門、或門和非門組成的圖5右邊所示的用最簡與或式表示的邏輯函數(shù)電路圖，如圖6虛線框內(nèi)所示。其中輸出端Y所連接的紅、綠燈為后期驗證所增加的。

可見，基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計，只需要輕輕的點擊鼠標(biāo)就可將學(xué)生在學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計的攔路虎―邏輯函數(shù)化簡變得方便、高效。

4 結(jié)束語

基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計，不但使其變的簡單、高效、快捷，而且提高了學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，同時對于鞏固課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和計算機(jī)操作能力等都具有顯著效果，也符合當(dāng)今教學(xué)過程中借助計算機(jī)輔助教學(xué)的趨勢。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣卓勤，鄧玉元.Multisim2001及其在電子設(shè)計中的應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[2]閔衛(wèi)鋒.Multisim2001在《電子技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007.

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關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；課堂教學(xué)；實驗教學(xué)

作者簡介：徐銀霞（1979-），女，湖北武漢人，武漢工程大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，講師。（湖北 武漢 430073）

中圖分類號：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0104-02

“數(shù)字邏輯”是計算機(jī)專業(yè)一門重要的硬件基礎(chǔ)課程，其主要目的是使學(xué)生掌握數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計的理論知識，熟悉各種不同規(guī)模的邏輯器件，掌握各類邏輯電路分析與設(shè)計的基本方法，為數(shù)字計算機(jī)或其它硬件電路分析與設(shè)計奠定基礎(chǔ)。[1]“數(shù)字邏輯”課程教學(xué)一般采用課堂教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合的方式，使得學(xué)生掌握數(shù)字電路分析與設(shè)計的一些理論知識，同時培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計、制作與調(diào)試以及分析問題、解決問題的能力。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果一直是教學(xué)當(dāng)中的重中之重，因此如何有效利用有限的理論與實驗教學(xué)時間培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)是一個值得探討的問題。筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，分別對課堂教學(xué)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)就“數(shù)字邏輯”課程的教學(xué)方法做一次探討。

一、“數(shù)字邏輯”課程的課堂教學(xué)

課堂教學(xué)效果直接決定學(xué)生理論知識掌握的程度，也影響隨后的實驗及實踐能否順利進(jìn)行。在課堂教學(xué)中采用任務(wù)式教學(xué)、課堂討論、電路仿真演示以及硬件描述語言電路設(shè)計等方式進(jìn)行教學(xué)，取得了滿意的效果。

1.任務(wù)式教學(xué)

明確任務(wù)，使學(xué)生掌握方法，做到舉一反三。教學(xué)過程中將 “數(shù)字邏輯”課程的知識點歸納整理成若干個任務(wù)。比如數(shù)字電路按邏輯功能分成組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類，主要的問題是電路分析與設(shè)計兩個方面。按電路規(guī)模要求重點掌握的是小規(guī)模和中規(guī)模電路，所以任務(wù)主要有小規(guī)模組合電路的分析、小規(guī)模組合電路的設(shè)計、中規(guī)模組合集成芯片、中規(guī)模組合電路分析、中規(guī)模組合電路設(shè)計；小規(guī)模時序電路分析、小規(guī)模時序電路設(shè)計、中規(guī)模時序集成芯片、中規(guī)模時序電路分析、中規(guī)模時序電路設(shè)計等等。對于每一個問題明確任務(wù)，分析解決辦法，歸納一般的解答步驟及注意事項，舉例證明方法的可行性。比如對于中規(guī)模組合芯片的學(xué)習(xí)，僅以數(shù)據(jù)選擇器為例，引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查閱芯片資料，閱讀資料找出芯片的功能表、輸出表達(dá)式，邏輯圖和引腳圖以及典型應(yīng)用。這樣，學(xué)生不僅掌握了該芯片的全部知識要點，還可以掌握中規(guī)模組合集成芯片這類芯片的學(xué)習(xí)方法。此后，對于所有此類芯片學(xué)生都能夠通過自行查找芯片資料來掌握，節(jié)約了課堂時間，學(xué)生也獲得了自主學(xué)習(xí)的成就感。

2.增加課堂討論

精講多練，給予學(xué)生充分的討論時間。為提高學(xué)習(xí)效果，在提出任務(wù)、介紹原理及方法后，布置課堂練習(xí)。學(xué)生可以一邊練習(xí)一邊自由討論，已理解的同學(xué)在討論中充當(dāng)老師，可以加深印象，鞏固知識；而沒有理解的同學(xué)可以在討論中積極主動地學(xué)習(xí)，同時也激發(fā)了學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的積極性，比教師反復(fù)講解的效果好。這種方式可以避免“滿堂灌”式的教學(xué)方式，活躍課堂氣氛，創(chuàng)造學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)習(xí)興趣，實踐證明取得了良好的效果。

3.電路仿真演示

在數(shù)字電路分析與設(shè)計的理論教學(xué)過程中，很多學(xué)生會覺得枯燥且難以理解。借助Multisim11.0仿真軟件進(jìn)行數(shù)字電路的模擬和課堂演示，可以直觀地顯示電路的功能和時序電路的時序波形。比如在講解中用16進(jìn)制計數(shù)器74161實現(xiàn)12進(jìn)制計數(shù)器時，其中復(fù)位法可通過置0或者異步清零兩種方法使得計數(shù)器從11回0，但置0法必須在計數(shù)到1011時使得置數(shù)端為0，異步清零必須在計數(shù)器為1100時使得清零端為0才能保證計數(shù)器為12進(jìn)制。如果僅用理論講解學(xué)生比較難理解，但通過仿真演示后學(xué)生能夠恍然大悟。因此仿真軟件的使用可以使“數(shù)字邏輯”理論課的教學(xué)更加生動活潑，而且學(xué)生在遇到疑問時也可以通過仿真軟件進(jìn)行驗證。學(xué)生通過直觀的仿真結(jié)果，對電路的工作過程進(jìn)行透徹的分析，提高了學(xué)習(xí)的興趣和效率，促進(jìn)自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的提高。

4.引入硬件描述語言

硬件描述語言用軟件編程的方式來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式，適合大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計。在教學(xué)的過程中將硬件描述語言Verilog HDL引入課堂，比如在講解邏輯門、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、計數(shù)器等基本單元電路的原理之后，給出模塊對應(yīng)的硬件描述語言，演示仿真波形和綜合結(jié)果。學(xué)生從仿真波形中觀察信號的邏輯變化，對數(shù)字邏輯電路的掌握更加透徹，同時也豐富了教學(xué)內(nèi)容。Verilog HDL語言是一種非常實用的硬件描述語言，易學(xué)易用，學(xué)生只要有C語言編程基礎(chǔ)，便容易掌握。編程也可以實現(xiàn)電路設(shè)計，同學(xué)們感到非常新奇，將被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的教學(xué)效果。

二、“數(shù)字邏輯”的實驗教學(xué)

“數(shù)字邏輯”是一門實踐性很強(qiáng)的課程。[2]通過數(shù)字電路設(shè)計實驗，學(xué)生可以基本掌握數(shù)字電路的設(shè)計、制作與調(diào)試步驟，學(xué)會借助萬用表、示波器等實驗儀器排除實驗當(dāng)中遇到的各種故障，從而獨立分析設(shè)計各種規(guī)模的數(shù)字電路。實踐教學(xué)中將傳統(tǒng)實驗、仿真實驗與硬件描述語言設(shè)計三種類型實驗相結(jié)合，三者互為補(bǔ)充，提高實驗效果，充分培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。

1.傳統(tǒng)實驗

傳統(tǒng)實驗項目一般利用面包板及用中小規(guī)模芯片完成電路設(shè)計。其接線模式可以使學(xué)生直觀了解數(shù)字電路是如何工作的，從而掌握電路測試、調(diào)試以及維修技能。但是部分學(xué)生視這一過程為簡單的連線工作，往往只注重結(jié)果，不重視過程，造成實驗課就是反復(fù)的接線和碰運氣，學(xué)生不能駕馭整個實驗過程，產(chǎn)生畏難和退縮心里。在實驗課前要求學(xué)生書寫預(yù)習(xí)報告，自主設(shè)計實驗方案，進(jìn)行原理圖設(shè)計、芯片選型，上網(wǎng)查閱芯片資料，掌握閱讀芯片資料的方法，進(jìn)行實驗方法設(shè)計，可以避免機(jī)械化操作，學(xué)會排除故障，增強(qiáng)操作信心。

在實驗過程中，學(xué)生不可避免地會遇到種種問題，導(dǎo)致實驗結(jié)果出錯：可能是電路設(shè)計或連線過程中出現(xiàn)了問題，也有可能是實驗設(shè)備或?qū)嶒炂鞑某霈F(xiàn)了故障。教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生借助實驗儀器找到故障點，發(fā)現(xiàn)問題之所在，并想出解決辦法。在未來的實際工作中，學(xué)生將會遇到各種各樣的問題，而實驗課正是鍛煉如何解決這些問題的好機(jī)會。因此實驗中應(yīng)該向?qū)W生講明排除故障的必要性，并引導(dǎo)其對獨立解決各種疑難問題的興趣，增強(qiáng)其信心，令其克服畏難情緒。一旦學(xué)生掌握了排除故障的方法，獨立解決了問題，他們就會很有成就感，甚至就此對排除故障產(chǎn)生了濃厚的興趣。[3]實踐表明學(xué)生能自主完成所有設(shè)計，自主分析討論實驗過程中碰到的問題，逐個排查故障點，最終完成電路調(diào)試。

2.仿真實驗

傳統(tǒng)實驗適于以驗證性實驗為主的一些中小規(guī)模電路的構(gòu)建與測試。對于一些比較復(fù)雜的設(shè)計性和綜合性實驗則比較費時，如數(shù)字鐘、搶答器、拔河游戲機(jī)、彩燈控制器等。而且在實驗過程中常常因一根導(dǎo)線連接錯誤、一個連接點接觸不良，就致使實驗受阻甚至無法完成，給學(xué)生以挫折感，影響學(xué)生的實驗興趣，不利于動手能力的培養(yǎng)。

Multisim11.0是一個集原理電路設(shè)計和電路功能測試為一體的虛擬仿真軟件，其元器件庫提供了數(shù)千種電路元器件供實驗選用，其中包含了數(shù)字器件。虛擬測試儀器儀表種類齊全，如數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、直流電源、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀等，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路。[4]采用Multisim11.0軟件進(jìn)行仿真實驗，使學(xué)生能充分發(fā)揮想象力，按照自己的想法創(chuàng)建各種電路，從而擺脫實驗箱的束縛。實踐證明將Multisim11.0應(yīng)用于實驗教學(xué)，能夠使學(xué)生提高學(xué)習(xí)的興趣，增加學(xué)習(xí)樂趣，充分發(fā)揮學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的能力，提高學(xué)生的綜合實踐能力。

3.硬件描述語言開發(fā)數(shù)字電路

當(dāng)數(shù)字邏輯電路及系統(tǒng)的規(guī)模比較小而且簡單時，用電路原理圖輸入法基本足夠了，但是需要手工布線，需要熟悉器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引線特點，才能達(dá)到設(shè)計要求。當(dāng)電路規(guī)模大時工作量會相當(dāng)大，實驗時間往往不能保證。隨著可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，硬件描述語言已成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的主要描述方式，采用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計，可以實現(xiàn)從傳統(tǒng)的驗證性實驗到分析設(shè)計性實驗課的轉(zhuǎn)變。利用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字鐘、搶答器、交通燈控制電路等的設(shè)計，要求學(xué)生利用課堂知識進(jìn)行編程、仿真、綜合和下載到可編程邏輯器件中運行以觀察結(jié)果。學(xué)生還可以按照自己的想法自行設(shè)計其它數(shù)字電路進(jìn)行仿真、下載調(diào)試，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和綜合實踐能力。

此外還通過舉辦電子設(shè)計競賽、綜合設(shè)計等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立分析問題和解決問題的能力，也提高了學(xué)生綜合應(yīng)用的能力，收到了良好的教學(xué)效果。

三、結(jié)論

數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類的各個方面，從計算機(jī)到手機(jī)，從數(shù)字電話到數(shù)字電視，從家用電器到軍用設(shè)備，從工業(yè)自動化到航天技術(shù)，都采用了數(shù)字電子技術(shù)。[5]因此“數(shù)字邏輯”課程對于計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)來說是一門很重要的課程。筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，對“數(shù)字邏輯”課程的教學(xué)方法進(jìn)行深入探討，在課堂教學(xué)中采用任務(wù)式教學(xué)，增加課堂討論，借助仿真軟件進(jìn)行電路演示，利用硬件描述語言進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；在實驗教學(xué)中將傳統(tǒng)實驗、仿真實驗和硬件描述語言實驗有機(jī)結(jié)合、互為補(bǔ)充，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，取得了很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].第5版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]孫麗君，張曉東，魯可.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探析[J].中國電力教育，2013，（13）：67-68.

[3]王宇，崔文華，王寧，等.興趣導(dǎo)向的數(shù)字電路設(shè)計實驗改革[J].計算機(jī)教育，2010，（17）：38-40.

篇5

 

集成電路(IntegratedCircuit)產(chǎn)業(yè)是典型的知識密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計、芯片制造和封測三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國際先進(jìn)水平相比，我國集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強(qiáng)、應(yīng)用開發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計是整個產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于計算機(jī)與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計人才嚴(yán)重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[1_4]

 

一、集成電路版圖設(shè)計軟件平臺

 

為了滿足新形勢下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)(以下簡稱"我?！睆?005年起借助于大學(xué)計劃。我校相繼開設(shè)了與集成電路設(shè)計密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計、集成電路版圖設(shè)計與驗證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計 、 ASIC設(shè)計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進(jìn)行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計能力的培養(yǎng)，通過對課程內(nèi)容的精選、重組和充實，結(jié)合實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計教學(xué)過程。56]

 

集成電路設(shè)計從實現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計。全定制集成電路設(shè)計，特別是其后端的版圖設(shè)計,涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅實的設(shè)計理論基礎(chǔ)。

 

在集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計公司設(shè)計開發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)(ZeniEDASystem),這是中國唯1的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級的集成電路設(shè)計規(guī)模，可進(jìn)行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗證等已經(jīng)與國際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計中發(fā)揮了強(qiáng)大的功能，并成功開發(fā)出了許多實用的集成電路芯片。

 

九天EDA軟件系統(tǒng)包括設(shè)計管理器，原理圖編輯器，版圖編輯工具，版圖驗證工具，層次版圖設(shè)計規(guī)則檢查工具，寄生參數(shù)提取工具，信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設(shè)計流程。

 

二、集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)

 

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點，在本科生三年級下半學(xué)期開設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計課程。

 

在集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)中，首先對集成電路設(shè)計的_些相關(guān)知識進(jìn)行回顧，介紹版圖設(shè)計的基礎(chǔ)知識，如集成電路設(shè)計流程，CMOS基本工藝過程，版圖的基本概念，版圖的相關(guān)物理知識及物理結(jié)構(gòu)，版圖設(shè)計的基本流程，版圖的總體設(shè)計，布局規(guī)劃以及標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計等。然后結(jié)合上機(jī)實驗，講解Unix和Linux操作系統(tǒng)的常用命令，詳細(xì)闡述基于標(biāo)準(zhǔn)單元庫的版圖設(shè)計流程，指導(dǎo)學(xué)生使用ZeniSE繪制電路原理圖，使用ZeniPDT進(jìn)行NMOS/PMOS以及反相器的簡單版圖設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主選擇_些較為復(fù)雜的單元電路進(jìn)行設(shè)計，如數(shù)據(jù)選擇器、MOS差分放大器電路、二四譯碼器、基本RS觸發(fā)器、六管MOS靜態(tài)存儲單元等，使學(xué)生能深入理解集成電路版圖設(shè)計的概念原理和設(shè)計方法。最后介紹版圖驗證的基本思想及實現(xiàn)，包括設(shè)計規(guī)則的檢查(DRC),電路參數(shù)的檢查(ERC),網(wǎng)表一致性檢查(LVS),指導(dǎo)學(xué)生使用ZeniVERI等工具進(jìn)行版圖驗證、查錯和修改。7]

 

集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)是：

 

第熟練掌握華大EDA軟件的原理圖編輯器ZeniSE、版圖編輯模塊ZeniPDT以及版圖驗證模塊ZeniVER丨等工具的使用;了解工藝庫的概念以及工藝庫文件technology的設(shè)置，能識別基本單元的版圖，根據(jù)版圖信息初步提取出相應(yīng)的邏輯圖并修改，利用EDA工具ZSE畫出電路圖并說明其功能，能夠根據(jù)版圖提取單元電路的原理圖。

 

第二，能夠編寫設(shè)計版圖驗證命令文件(commandfile)。版圖驗證需要四個文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)來支持，要求學(xué)生能夠利用ZeniVER丨進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢查DRC驗證并修改版圖、電學(xué)規(guī)則檢查(ERC)、版圖網(wǎng)表提取(NE)、利用LDC工具進(jìn)行LVS驗證，利用LDX工具進(jìn)行LVS的查錯及修改等。

 

第三，能夠基本讀懂和理解版圖設(shè)計規(guī)則文件的含義。版圖設(shè)計規(guī)則規(guī)定了集成電路生產(chǎn)中可以接受的幾何尺寸要求和可以達(dá)到的電學(xué)性能，這些規(guī)則是電路設(shè)計師和工藝工程師之間的_種互相制約的聯(lián)系手段，版圖設(shè)計規(guī)則的目的是使集成電路設(shè)計規(guī)范化，并在取得最佳成品率和確保電路可靠性的前提下利用這些規(guī)則使版圖面積盡可能做到最小。

 

第四，了解版圖庫的概念。采用半定制標(biāo)準(zhǔn)單元方式設(shè)計版圖，需要有統(tǒng)一高度的基本電路單元版圖的版圖庫來支持，這些基本單元可以是不同類型的各種門電路，也可以是觸發(fā)器、全加器、寄存器等功能電路，因此，理解并學(xué)會版圖庫的建立也是版圖設(shè)計教學(xué)的一個重要內(nèi)容。

 

三、CMOS反相器的版圖設(shè)計的教學(xué)實例介紹

 

下面以一個標(biāo)準(zhǔn)CMOS反相器來簡單介紹一下集成電路版圖設(shè)計的一般流程。

 

1.內(nèi)容和要求

 

根據(jù)CMOS反相器的原理圖和剖面圖，初步確定其版圖;使用EDA工具PDT打開版圖編輯器;在版圖編輯器上依次畫出P管和N管的有源區(qū)、多晶硅及接觸孔等;完成必要的連線并標(biāo)注輸入輸出端。

 

2.設(shè)計步驟

 

根據(jù)CMOS反相器的原理圖和剖面圖，在草稿紙上初步確定其版圖結(jié)構(gòu)及構(gòu)成;打開終端，進(jìn)入pdt文件夾，鍵入pdt,進(jìn)入ZeniPDT版圖編輯器;讀懂版圖的層次定義的文件，確定不同層次顏色的對應(yīng)，熟悉版圖編輯器各個命令及其快捷鍵的使用;在版圖編輯器上初步畫出反相器的P管和N管;檢查畫出的P管和N管的正確性，并作必要的修改，然后按照原理圖上的連接關(guān)系作相應(yīng)的連線，最后檢查修改整個版圖。

 

3.版圖驗證

 

打開終端，進(jìn)入zse文件夾，鍵入zse,進(jìn)入ZeniSE原理圖編輯器，正確畫出CMOS反相器的原理圖并導(dǎo)出其網(wǎng)表文件;調(diào)出版圖設(shè)計的設(shè)計規(guī)則文件，閱讀和理解其基本語句的含義，對其作相應(yīng)的路徑和文件名的修改以滿足物理驗證的要求;打開終端，進(jìn)入pdt文件夾，鍵入pdt，進(jìn)入ZeniPDT版圖編輯器，調(diào)出CMOS反相器的版圖，在線進(jìn)行DRC驗證并修改版圖;對網(wǎng)表一致性檢查文件進(jìn)行路徑和文件名的修改，利用LDC工具進(jìn)行LVS驗證;如果LVS驗證有錯，貝懦要調(diào)用LDX工具，對版圖上的錯誤進(jìn)行修改。

 

4.設(shè)計提示

 

要很好的理解版圖設(shè)計的過程和意義，應(yīng)對MOS結(jié)構(gòu)有一個深刻的認(rèn)識;需要對器件做襯底接觸，版圖實現(xiàn)上襯底接觸直接做在電源線上;接觸孔的大小應(yīng)該是一致的，在不違反設(shè)計規(guī)則的前提下,接觸孔應(yīng)盡可能的多，金屬的寬度應(yīng)盡可能寬;繪制圖形時可以多使用〃復(fù)制"操作，這樣可以大大縮小工作量，且設(shè)計的圖形滿足要求并且精確;注意P管和N管有源區(qū)的大小，一般在版圖設(shè)計上，P管和N管大小之比是2:1;注意整個版圖的整體尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的層次之間應(yīng)該保持一定的距離，層次本身的寬度的大小要適當(dāng)，以滿足設(shè)計規(guī)則的要求。四、基本MOS差分放大器版圖設(shè)計的設(shè)計實例介紹在基本MOS差分放大器的版圖設(shè)計中，要求學(xué)生理解構(gòu)成差分式輸入結(jié)構(gòu)的原理和組成結(jié)構(gòu)，畫出相應(yīng)的電路原理圖，進(jìn)行ERC檢查，然后根據(jù)電路原理圖用PDT工具上繪制與之對應(yīng)的版圖。當(dāng)將基本的版圖繪制好之后，對版圖里的輸入、輸出端口以及電源線和地線進(jìn)行標(biāo)注，然后利用幾何設(shè)計規(guī)則文件進(jìn)行在線DRC驗證，利用版圖與電路圖的網(wǎng)表文件進(jìn)行LVS檢查，修改其中的錯誤并優(yōu)化版圖，最后全部通過檢查，設(shè)計完成。

 

五、結(jié)束語

 

集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生鞏固了集成電路設(shè)計方面的理論知識，提高了學(xué)生在集成電路設(shè)計過程中分析問題和解決問題的能力，為今后的職業(yè)生涯和研究工作打下堅實的基礎(chǔ)。因此，在今后的教學(xué)改革工作中，除了要繼續(xù)提高教師的理論教學(xué)水平外，還必須高度重視以EDA工具和設(shè)計流程為核心的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，努力把課堂教學(xué)和實際設(shè)計應(yīng)用緊密結(jié)合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的實際設(shè)計能力，開闊學(xué)生的視野，在實驗項目和實驗內(nèi)容上進(jìn)行新的探索和實踐。

 

參考文獻(xiàn)：

 

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篇6

【關(guān)鍵詞】Multisim;血型匹配器;數(shù)據(jù)選擇器;門電路

Multisim是由加拿大IIT公司推出的大型設(shè)計工具軟件。它不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時還提供了一個龐大的元、器件模型庫和一整套虛擬儀表。與傳統(tǒng)的電路設(shè)計相比，利用Multisim設(shè)計電路可以隨時調(diào)整元器件參數(shù)以達(dá)到預(yù)期的要求，從而能降低電路設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率。

本文中作者提出用基本邏輯門電路：與非門、或門和數(shù)據(jù)選擇器兩種方法設(shè)計血型匹配器，并用Multisim10來進(jìn)行設(shè)計與驗證。

1.血型匹配檢測血型的邏輯描述

本設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個血型匹配檢測器。人的血型有A、B、AB、O四種，輸血時輸血者的血型與受血者的血型必須符合圖1中用箭頭指示的授受關(guān)系。

圖1 血型匹配關(guān)系

Fig1 Blood matching relations

先用AB代表輸血者的血型（00為A型血、01為B型血、10為AB型血、11為O型血），CD代表受血者的血型（00為A型血、01為B型血、10為AB型血、11為O型血），Y為輸出（0為不匹配、1為匹配），那么可以列出輸血、受血血型是否匹配的真值表，如表2所示：

表1 血型匹配真值表

Tab.1 The Truth Table of blood matching relations

2.運用Multisim進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計

組合邏輯電路設(shè)計的一般步驟為：⑴進(jìn)行邏輯抽象：根據(jù)設(shè)計要求確定輸入與輸出邏輯變量的物理意義;（2）寫出邏輯真值表，找到輸出與輸入的全部對應(yīng)關(guān)系;（3）寫出邏輯式并化簡;（4）畫出邏輯圖;（5）采用相應(yīng)的邏輯器件進(jìn)行布線。下面用兩種方法進(jìn)行設(shè)計：

2.1 用基本邏輯門電路實現(xiàn)

運行Multisim，在用戶界面的左側(cè)的虛擬儀表工具欄中找到邏輯轉(zhuǎn)換器，在邏輯轉(zhuǎn)換器上選用A、B、C、D四個輸入，并在輸出端輸入相對應(yīng)的血型匹配結(jié)果。如圖2所示：

圖2 邏輯函數(shù)

Fig2 Logical Functions

根據(jù)真值表可以寫出邏輯表達(dá)式：

（1）

圖3 邏輯式化簡結(jié)果

Fig3 The Simplification results of the logical functions

利用邏輯轉(zhuǎn)換器操作窗口的化簡按鈕，可在邏輯轉(zhuǎn)換器窗口的最下端得到化簡的結(jié)果：

（2）

同理可以利用邏輯轉(zhuǎn)換器設(shè)計組合邏輯電路圖如圖4所示：

圖4 基于門電路的組合邏輯電路

Fig4 Combination logic circuit based on the gate circuit

2.2 用數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)血型匹配器

數(shù)據(jù)選擇器可以根據(jù)地址輸入端的二進(jìn)制信號，對輸入端信號進(jìn)行選擇。八選一數(shù)據(jù)選擇器74HC151是集成的有三個地址輸入端A2、A1、A0，八個數(shù)據(jù)輸入端D0～D7的中規(guī)模組合邏輯電路。74HC151數(shù)據(jù)選擇器的功能可以用邏輯函數(shù)表示為：

（3）

根據(jù)公式（1）將AA2 BA1 CA0

因此邏輯式可以表示為：

（4）

故：

（5）

這樣只要將數(shù)據(jù)選擇器的輸入端進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置便可以實現(xiàn)電路功能。運行Multisim，在Multisim的COMS集成電路器件庫中找出74HC151、74HC04、VDD和接地符號，并連接電路如圖5：

圖5 基于數(shù)據(jù)選擇器的組合邏輯電路

Fig5 Combination logic circuit based on the data selector

圖中～G為控制端，低電平有效，將選擇信號A、B、C（即A2、A1、A0）分別接（2）式中的前三個變量，將表達(dá)式中的第四個變量接到數(shù)據(jù)選擇器的輸入端，具體如上，這樣在數(shù)據(jù)選擇器的輸出端Y端就可以得到血型匹配的結(jié)果了。用Multisim來驗證邏輯功能，經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換功能，可以得到與圖2一樣的邏輯真值表，可見用數(shù)據(jù)選擇器也能夠?qū)崿F(xiàn)血型匹配器的功能。

3.總結(jié)

如上所述，運用Multisim可以很方便地進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計，基本邏輯門電路和數(shù)據(jù)選擇器均可以很好地實現(xiàn)血型匹配器，經(jīng)Multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換器驗證，兩種方法的最終邏輯功能相同，而用數(shù)據(jù)選擇器能更加簡潔地完成電路功能。通過設(shè)計實例可以看出，利用Multisim進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計可以極大地提高設(shè)計效率，節(jié)約實驗器材，顯示結(jié)果直觀。Multisim將成為為今后的電子電路設(shè)計和開發(fā)人員得力助手。

參考文獻(xiàn)

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篇7

關(guān)鍵詞： 組合邏輯電路；火災(zāi)報警；電路設(shè)計；仿真

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）16-0063-02

0 引言

組合邏輯電路的基本構(gòu)成單元是門電路，與時序邏輯電路不同，組合邏輯電路無記憶功能，輸出信號僅取決于當(dāng)時的輸入信號[1]。組合邏輯電路的設(shè)計是根據(jù)給定的實際問題，用邏輯函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，用數(shù)字電路來實現(xiàn)邏輯其功能。常用的中規(guī)模組合邏輯電路有編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器等。

在設(shè)計硬件電路之前，常用一些虛擬軟件進(jìn)行仿真設(shè)計，Multisim軟件是一款應(yīng)用較廣，功能強(qiáng)大的電子電路設(shè)計開發(fā)與仿真軟件[2-5]。

文中，以集成與非門74LS00、譯碼器74LS138和數(shù)據(jù)選擇器74LS151為主要元件設(shè)計了產(chǎn)生火災(zāi)報警控制信號的三種電路，設(shè)計平臺為基于windows系統(tǒng)的Multisim 12.0軟件，并進(jìn)行了仿真測試。

1 電路設(shè)計與仿真

組合邏輯電路的設(shè)計步驟一般為：①根據(jù)設(shè)計要求，定義輸入、輸出的邏輯狀態(tài)；②填寫真值表；③由真值表，寫出邏輯函數(shù)的最小項表達(dá)式并進(jìn)行化簡；④采用相應(yīng)的元器件進(jìn)行電路布線。

文中，火災(zāi)報警系統(tǒng)的輸入為煙感、溫感和紫外光感三種火災(zāi)探測器，當(dāng)其中兩種或兩種以上探測器檢測到火災(zāi)信號時，則系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報警信號。設(shè)煙感信號為A、溫感信號為B、紫外光感信號為C，報警信號為Y，當(dāng)有信號時為1，無信號時為0，列出真值表，如表1所示。

1.1 基于與非門的電路設(shè)計 集成與非門74LS00有14個管腳，可以實現(xiàn)4個二端輸入與非邏輯功能，74LS10可以實現(xiàn)3個三端輸入與非邏輯功能。由公式（2）可見，此報警控制電路需要4個與非門，即三個二端輸入與非門，一個三端輸入與非門，電路連接如圖1所示，其中三個探測信號輸入端接入74LS00的三個二端輸入引腳，三個二端與非門的輸出接入74LS10的一個三端與非門輸入引腳。

圖1中的XLC1為邏輯變換器，是一種虛擬儀器，可以接入報警系統(tǒng)的輸入與輸出端，測試與驗證其邏輯功能，從圖2可見，該電路真值表及邏輯函數(shù)表達(dá)式與設(shè)計要求一致。

1.2 基于譯碼器的設(shè)計 譯碼是編碼的反過程，74LS138譯碼器是集成有三個輸入端，八個輸出端的中規(guī)模組合邏輯電路，譯碼器的各輸出端引腳信號對應(yīng)于輸入端二進(jìn)制信號的組合情況。

依公式（4）可知，只要將譯碼器對應(yīng)的四個輸出端引腳接入74LS20芯片中的一個四輸入端與非門即可，電路如圖4所示。圖中，譯碼器74LS138的G1、～G2A與～G2B為控制端，當(dāng)G1接高電平，～G2A與～G2B接低電平時，芯片才能實現(xiàn)譯碼功能。系統(tǒng)接入邏輯變換器，對整個電路的功能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果與圖2所示一致。

1.3 基于數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計 數(shù)據(jù)選擇器可以根據(jù)地址輸入端的二進(jìn)制信號，對輸入端信號進(jìn)行選擇。8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151是集成有三個地址輸入端A、B、C，8個數(shù)據(jù)輸入端D0～D7的中規(guī)模組合邏輯電路。74LS151數(shù)據(jù)選擇器的功能用邏輯函數(shù)表示為

這樣只要將數(shù)據(jù)選擇器的輸入端進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹梦槐憧梢詫崿F(xiàn)此報警功能，電路如圖4所示。

圖中，數(shù)據(jù)選擇器74LS151的～G為控制端，低電平有效，D3、D5、D6、D7接高電平，其余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入端接低電平，地址輸入端A、B、C與數(shù)據(jù)選擇器的輸出Y端接入邏輯變換器，以驗證邏輯電路功能，驗證結(jié)果與圖2所示一致。

2 結(jié)論

組合邏輯電路廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字電路設(shè)計中，文中給出了用集成與非門74LS00、74LS10，中規(guī)模組合邏輯電路器件74LS138譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器74LS151設(shè)計火災(zāi)報警控制電路的三種方法，并用最新版本的Multisim軟件進(jìn)行了直觀的仿真驗證。三種電路設(shè)計中，運用數(shù)據(jù)選擇器最為有效。Multisim軟件為組合邏輯電路的設(shè)計與仿真提供了強(qiáng)有力的計算機(jī)虛擬平臺。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

【關(guān)鍵詞】Multisim；電工電子技術(shù)；教學(xué)

電工電子技術(shù)是工科院校非電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，其內(nèi)容涵蓋電工技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等三部分內(nèi)容。該課程教學(xué)內(nèi)容主要是由理論和實驗兩部分組成，是一門理論和實踐高度契合的課程。但是在電工電子技術(shù)教學(xué)中，由于實驗設(shè)備種類較多，而且也不易攜帶，所以在教室授課的教師往往將授課重心放在理論講解和電路的分析計算上，課堂教學(xué)與實際電路的應(yīng)用及操作結(jié)合不充分，使得教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式缺乏直觀性，非常抽象難懂，因而學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致該課程的授課效果較差。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)已廣泛應(yīng)用于高校課堂；另外，電子設(shè)計自動化EDA軟件Multisim不僅對電路具有良好的仿真分析能力，而且還能夠貼近實踐操作，完全能滿足電工電子技術(shù)理論教學(xué)中實例展示的需求。因此，通過多媒體技術(shù)，將Multisim軟件引入電工電子技術(shù)教學(xué)中，不僅為授課教師提供了一個便捷的電路分析展示平臺，而且也讓學(xué)生在抽象的理論教學(xué)中觀察到電路運行的真實過程，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識，這將大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)電工電子技術(shù)教學(xué)的向著更深層次的方向發(fā)展。

一、Multisim軟件簡介

Multisim是加拿大Interactive Image Technoligics公司推出的專門用于電子線路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設(shè)計工具， Multisim是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境，其特點及功能如下：

① 人性化的圖形界面：Multisim軟件的整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到工作窗口內(nèi)，用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的端口即可將其用導(dǎo)線連接。軟件中虛擬儀器的控制面板和操作方法都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上展示的一樣。

② 豐富的元器件庫：Multisim元器件庫包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種電子元件，而且用戶可以自行創(chuàng)建或修改所需元件模型。

③ 多樣化的測試儀器：Multisim具有數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀等多種虛擬儀表，所有儀器均可多臺同時使用。

④ 完備的分析手段：Multisim具有直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析、失真分析、等多種分析工具，基本能滿足一般電路的設(shè)計分析需要。

⑤ 強(qiáng)大的仿真能力：Multisim可以對模擬和數(shù)字電路進(jìn)行單獨仿真或者混合仿真。

Multisim仿真與虛擬儀器技術(shù)可以彌補(bǔ)理論教學(xué)中因?qū)嶒炘O(shè)備不足而造成的理論教學(xué)與實際操作相脫節(jié)的這一問題。學(xué)生可以很方便地把學(xué)到的理論知識用Multisim仿真的方法真實的再現(xiàn)，加深學(xué)習(xí)印象。

二、Multisim在電路計算中的應(yīng)用

在電工電子技術(shù)理論授課中，教師在講解電路的基本定律（定理）的時候，不僅要對定律進(jìn)行闡述，而且也要對其進(jìn)行推導(dǎo)證明，然后還要舉例驗證定律的正確性。雖然教師對知識點的闡述已經(jīng)非常明晰了，但是在學(xué)生內(nèi)心總覺得還缺少點什么，其原因在于學(xué)生沒有觀察到實際電路，對教師所傳授知識的正確性存在一絲懷疑――這樣分析計算對么？為了解決這一問題，讓學(xué)生在理論知識的學(xué)習(xí)中觀察到電路的工作過程，本人在電工電子技術(shù)的理論授課中，采用Multisim軟件來進(jìn)行舉例展示，下面以基爾霍夫定律來展示教學(xué)過程。

① 對基爾霍夫電壓定律進(jìn)行闡述，并講解其使用方法；

② 使用教材所給例子，檢驗該定律的正確性及相應(yīng)的計算方法

③ 使用Multisim軟件繪制的教材所提供電路圖；

④ 在電路需要計算電壓的位置放置虛擬萬用表，并對萬用表的功能進(jìn)行選擇；

⑤ 確認(rèn)所有操作步驟無誤后，進(jìn)行仿真，并記錄各個萬用表測得的數(shù)據(jù)；

⑥ 將測量的數(shù)據(jù)與理論計算的數(shù)據(jù)相比較，驗證理論的正確性，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 基爾霍夫電壓定律驗證實驗電路圖

通過實驗發(fā)現(xiàn)，無論是對上述電路中的哪一條回路進(jìn)行仿真計算，其電壓之和為總為零，這與基爾霍夫電壓定律完全一致。該仿真過程的優(yōu)勢在于不用復(fù)雜計算，便可以得知所需的電路參數(shù)，省工省時，形象直觀。

三、Multisim在電路設(shè)計中的應(yīng)用

在電工電子技術(shù)的授課目的之一是讓學(xué)生學(xué)會分析及設(shè)計電路。但是對于沒有任何設(shè)計經(jīng)驗的學(xué)生來說，如何驗證自己設(shè)計電路的正確性呢？如果遇到復(fù)雜的電路如何快速讀懂電路的作用呢？Multisim仿真軟件可以輔助解決此類問題。此處以最為常見的線性電源電路設(shè)計為例來講解如何應(yīng)用Multisim來進(jìn)行電路設(shè)計及分析的，其具體步驟如下：

① 分析電路設(shè)計需求，劃分電路各部分的功能。該電路分為降壓、整流、穩(wěn)壓和濾波等四部分；

② 在Multisim軟件中，按照功能劃分，選取各部分電路所需元件，并按照合理的位置進(jìn)行布局；

③ 連接各元件，檢查并分析電路的可行性；

④ 根據(jù)電路所需測量信號的類型，在電路的關(guān)鍵部位放置所需的虛擬儀器，此處只需要虛擬示波器即可；

⑤ 進(jìn)行仿真測試，并通過虛擬儀器輸出的信號驗證設(shè)計的正確性，并及時更改關(guān)鍵元件的參數(shù)，使得電路更為合理，其完整電路如圖2所示。

圖2 線性電源電路圖

通過圖2中的兩個示波器可以分別觀察電路輸出信號在各階段的波形，如圖3所示。

圖3 示波器輸出的各階段整流信號

通過觀察示波器輸出的信號波形，不僅可以看到線性電源電路的輸出波形，而且還可以根據(jù)設(shè)計要求，更改相應(yīng)元件的參數(shù)，使得電路滿足設(shè)計要求。通過Multisim仿真的設(shè)計方法不僅降低了電路設(shè)計的難度，而且也驗證了所設(shè)計電路的可實現(xiàn)性；另外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，課外讓學(xué)生利用軟件完成作業(yè)。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且可以形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

結(jié)論電工電子技術(shù)教學(xué)改革是一個持續(xù)不斷的探索和改進(jìn)的過程。通過將Multisim電路虛擬仿真平臺引入課堂教學(xué)，不但能夠幫助師生驗證理論，使抽象問題直觀化、生動化，還能夠給予學(xué)生更多觀察電路、設(shè)計電路的機(jī)會，同時也為實際電路的操作提供了演練機(jī)會。這對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的動手能力都有很大的促進(jìn)作用，能夠有效地提升課程的整體教學(xué)效果，達(dá)到良好的教學(xué)目標(biāo)。Multisim的引入是電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革的有效手段之一。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】電子技術(shù) 課程設(shè)計 教學(xué)改革

電子技術(shù)課程設(shè)計是繼“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”課程之后的重要實踐性環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)電子信息類學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新能力有著重要的作用。該課程的基本任務(wù)之一是鞏固和加深學(xué)生對“電路原理”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課”中所掌握的實驗技能，另一方面是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科研作風(fēng)及在電子技術(shù)方面的實踐技能，提高學(xué)生綜合運用電子技術(shù)知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

學(xué)生針對三位半數(shù)字萬用表，通過熟悉查找資料、設(shè)計電路、計算機(jī)仿真、安裝調(diào)試、性能分析與改進(jìn)等環(huán)節(jié)，初步掌握常用電子產(chǎn)品的一般設(shè)計方法和步驟，體會電子產(chǎn)品的設(shè)計和調(diào)試過程，為以后的專業(yè)知識學(xué)習(xí)、綜合實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的專業(yè)基礎(chǔ)。

一、課程設(shè)計改革的目的

電子技術(shù)課程設(shè)計一般安排在大二下學(xué)期進(jìn)行，考慮到該階段的學(xué)生已經(jīng)具備一定的數(shù)字電路和模擬電路的基本知識，因此該課程要求學(xué)生設(shè)計并制作一個具有實用價值的電路[3]。這個階段的學(xué)生對于電路設(shè)計一般只有一個模糊的認(rèn)識，工程意識淡薄，對電子元器件的實際功能和電子產(chǎn)品設(shè)計步驟沒有清晰的認(rèn)識，工程實踐能力不強(qiáng)，缺乏開發(fā)、設(shè)計的創(chuàng)新能力與意識。在前期的電子類相關(guān)課程實驗中，大部分實驗的電路功能單一，只能夠簡單的、被動重復(fù)教師講授或者書本上面的理論，電路功能和生活中使用的實際電子產(chǎn)品的電路有一定的距離，學(xué)生的興趣得不到足夠的激發(fā)。在電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)過程中，我們通過引入實際實用電子產(chǎn)品三位半數(shù)字萬用表的設(shè)計與制作，可使學(xué)生加深對基礎(chǔ)理論知識的理解，掌握技術(shù)的關(guān)鍵點，培養(yǎng)動手能力、設(shè)計思維能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，尤其是對于提高大學(xué)生的工程素養(yǎng)具有重要的作用。因此該課程的改革對提高電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，充實電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)實踐內(nèi)容具有十分重要的現(xiàn)實意義。

二、課程設(shè)計改革的方法

在“電子線路課程設(shè)計”的具體實施過程中以實際實用電子產(chǎn)品三位半數(shù)字萬用表為核心，通過三位半數(shù)字萬用表各部分功能電路理論的講授，使學(xué)生對基于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的三位半數(shù)字萬用表的工作原理有一個清晰的認(rèn)識，同時，自主設(shè)計并制作一塊三位半數(shù)字萬用表，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生對數(shù)字模擬電路設(shè)計應(yīng)用的興趣。具體的教學(xué)改革方法包括以下四個方面：

1. 充實“電子技術(shù)課程設(shè)計”的實踐教學(xué)內(nèi)容

近年來，隨著各專業(yè)課程體系改革的推進(jìn)，專業(yè)培養(yǎng)計劃以及相應(yīng)教學(xué)大綱的調(diào)整與修改，同時考慮到學(xué)生進(jìn)行電子技術(shù)課程設(shè)計時的理論水平的局限性和后續(xù)單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等其他電子技術(shù)課程的教學(xué)安排，我們在電子技術(shù)課程設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計中，應(yīng)該改變以往單一功能電路的設(shè)計，引入和現(xiàn)階段大學(xué)生水平相適應(yīng)的實際電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手解決實際問題的能力。

本實施過程中，我們通過引入實際實用電子產(chǎn)品三位半數(shù)字萬用表作為課程設(shè)計的主要內(nèi)容，并編寫相應(yīng)的配套“電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”。主要內(nèi)容涉及電壓（交直流）、電流（交直流）、電阻、電容、三極管、二極管等的測量電路的原理，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，線性運放的應(yīng)用，正弦波的生成電路，自動關(guān)機(jī)電路，LCD的驅(qū)動等。充分考慮到學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，讓他們通過該課程的學(xué)習(xí)，加深數(shù)電、模電等基礎(chǔ)理論知識的理解與應(yīng)用。

2. 改革“電子技術(shù)課程設(shè)計”的教學(xué)方法與教學(xué)手段，注重理論結(jié)合實際

在以往的課程設(shè)計中，部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，存在混學(xué)分，完成任務(wù)的心態(tài)，對于實踐過程中涉及的電路原理，存在知其然，不知其所以然的問題。為了改變這種情況，在本次改革的實施中，我們制作了很多配套的多媒體教學(xué)課件，加強(qiáng)理論知識的講授，使學(xué)生在明白三位半數(shù)字萬用表各部分電路原理的基礎(chǔ)上，對各部分電路進(jìn)行獨立焊接調(diào)試，并對調(diào)試好的電路進(jìn)行測試，注重電路重點部分的輸出，并教會學(xué)生調(diào)試數(shù)字、模擬電路的基本方法；同時，通過改變部分電子元器件的參數(shù)，觀察該參數(shù)對數(shù)字萬用表精度的影響，進(jìn)而加深學(xué)生對電路原理的理解。另外，指導(dǎo)教師還應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生利用EDA電路設(shè)計仿真軟件，例如，Protel電路設(shè)計軟件，結(jié)合課程設(shè)計的內(nèi)容，來拓展學(xué)生的知識面和電子產(chǎn)品設(shè)計能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)的靈活性，使學(xué)生的工程素養(yǎng)得到提高。

3. 增加教學(xué)互動，引導(dǎo)并激發(fā)學(xué)生解決實際問題的興趣與能力

在“電子技術(shù)課程設(shè)計”的進(jìn)行中，學(xué)生不可避免地會遇到各種實際問題，指導(dǎo)教師應(yīng)該針對問題的難易程度，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生課外去查閱相關(guān)資料，并積極地參與到學(xué)生解決問題的過程中去，及時糾正學(xué)生錯誤的解決問題的思路與方法。嚴(yán)格要求學(xué)生認(rèn)真對設(shè)計過程中遇到的問題進(jìn)行分析、反思和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)并反思自己設(shè)計過程中的不足，找出努力的方向。另外，指導(dǎo)教師還應(yīng)該組織對學(xué)生遇到的問題定期的進(jìn)行總結(jié)與歸納，并整理成相應(yīng)的“Q&A”文檔，通過課程電子郵件或課程主頁在網(wǎng)上，供學(xué)生學(xué)習(xí)與參考。

4. 注重軟件仿真與實際電路調(diào)試相結(jié)合

由于計算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，在電子應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生了很多成熟的開發(fā)與仿真軟件，例如EWB、ORCAD、PSPIC、Muhisim等。在本課程的理論講解階段，引入電路仿真，讓學(xué)生對電路的輸入輸出，以及電路參數(shù)對整個電路結(jié)構(gòu)性能的影響有一個大體的了解，等學(xué)生焊接完成該部分電路后，實際測試電路的輸出，進(jìn)而比較軟件仿真的輸出和實際測量之間的差距，分析其原因，并通過多次改變電路的參數(shù)和輸入的方式進(jìn)行綜合分析，加深學(xué)生對電路的理解。尤其適當(dāng)仿真軟件輸出和實際測試輸出出現(xiàn)較大的差距時，引導(dǎo)學(xué)生去查詢相關(guān)資料，分析該現(xiàn)象的原因，并形成相應(yīng)的文檔，共享給所有的學(xué)生。在本課程改革選用的三位半數(shù)字萬用表的模擬電路部分尤其需要如此，特別是其中的電容測量電路，涉及正弦波的發(fā)送、放大、濾波等電路，這部分電路軟件仿真和實際輸出存在一定的差距，要著重引導(dǎo)學(xué)生去分析每一小塊電路出現(xiàn)誤差的原因，以及如何改進(jìn)，還要讓學(xué)生學(xué)會判斷仿真輸出和實際輸出在什么樣的范圍內(nèi)是合理的。

仿真軟件在理論分析方面具有強(qiáng)大的功能，而實物連線除了讓學(xué)生更熟悉元器件及其性能之外，更加讓學(xué)生對元器件的誤差以及因此可能引起的誤差或錯誤的原因產(chǎn)生更深的體會，這些都是在課本以及“電子技術(shù)實驗”等課程中不能收獲的。

結(jié)束語

通過實踐，我們發(fā)現(xiàn)這項教學(xué)改革效果十分明顯。教師們精心準(zhǔn)備的題目引起了學(xué)生的極大興趣，可以將學(xué)生前期學(xué)習(xí)到的理論知識進(jìn)行實踐，加深數(shù)字電路和模擬電路知識的理解，尤其是通過實際電子產(chǎn)品三位半數(shù)字萬用表的設(shè)計與制作，可以激發(fā)學(xué)生對實際遇到的問題的思考，提高學(xué)生的觀察能力和實際動手能力，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過理論結(jié)合實際，培養(yǎng)學(xué)生的開拓性思維和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]粟田禾. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐. 高職教育研究，2006（2）.

[2]姚青梅等. 電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐. 天津工程師范學(xué)院學(xué)報，2006（4）.

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關(guān)鍵詞：電壓表;電流表;電阻

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A    文章編號：1003-6148（2015）1-0063-1

1    引   言

目前的物理實驗，測量電阻仍然采用伏安法。教材中介紹了用電流表內(nèi)接法測量電阻，測量結(jié)果需用電流表內(nèi)阻修正，用電流表外接法測量電阻，測量結(jié)果需用電壓表內(nèi)阻修正，而電流表和電壓表的內(nèi)阻往往又不知道，需要臨時測量，過程繁瑣。如果把測量電路設(shè)計為圖1，雖然只增加了一個開關(guān)S2和一個一般可調(diào)電阻Rw，測量結(jié)果中卻完全消除了電表內(nèi)阻的影響。從本質(zhì)上講，這種方法也屬于用伏安法間接測量未知電阻Rx。

圖1  電路圖

2    實驗過程

步驟1  按圖1接好電路，將電阻Rw調(diào)到最大值，閉合S1和S2，逐漸減小Rw，直到電流表滿偏，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)U1和I1。

步驟2  保持Rw不變，S1仍閉合，斷開S2，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)U2和I2。

3    數(shù)據(jù)分析

設(shè)電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，根據(jù)步驟1列列方程：

根據(jù)步驟2列列方程：

聯(lián)立（1）、（2）得

所得Rx僅由U1、I1、U2、I2決定，與E、r、Rg、Rw均無關(guān)。

只要電壓表和電流表的精度足夠高，由式（3）算出的Rx就足夠準(zhǔn)確，測量精度就足夠高。

一般實驗用電流表最大量程為0.6 A，按0.6 A估算，電源E=3 V，輸出功率P=3 V×0.6 A=1.8 W。對于相串聯(lián)的兩節(jié)1號電池來講，閉合S1和S2在短時間內(nèi)讀出U1和I1還是允許的，測量量程為mA級的電流表內(nèi)阻更沒問題。若實驗室用電子式直流穩(wěn)壓電源供電，電路工作狀態(tài)更加穩(wěn)定。

實驗電路中，要求可調(diào)電阻Rw阻值必須穩(wěn)定，在步驟2中保持Rw不變，S1閉合，斷開S2時，電流表的讀數(shù)I2最好為滿偏的2/3左右，以保證測量具有較高的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊月春.對一個RC電路動態(tài)響應(yīng)的研究[J].技術(shù)物理教學(xué)，2011，（1）：33.