关键词：无线接收FSKASK频率合成器TH71101
1概述
TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHzISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流<100nA。适用于ISM（工业、科学和医学）频率范围内的各种应用，如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。
2芯片封装与引脚功能
TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。
表1TH71101引脚功能
引脚号符号功能
1VEE地
2GAIN-LNA低噪声放大器（LNA）增益控制
3OUT-LNALNA输出，连接到外接的LC调谐回路
4IN-MIX1混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω
5VEE地
6IF1P中频1（IF1）集电极开路输出
7IF1N中频1（IF1）集电极开路输出
8VCC电源输入
9OUT-MIX2混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω
10VEE地
11IFA中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ
12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容
13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容
14VCC电源输入
15OUT-IFA中频放大器输出
16IN-DEM解调器（DEMOD）输入
17VCC电源输入
18OUT-OA运算放大器（OA）输出
19OAN运算放大器（OA）负极输入
20OAP运算放大器（OA）正极输入
21RSSIRSSI输出，输出阻抗约36kΩ
22VEE地
23OUTPFSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ
24OUTNFSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ
25VEE地
26RO基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容
27VCC电源输入
28ENRX模式控制输入
29LF充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入
30VEE地
31IN-LNALNA输入，单端阻抗约26Ω
32VCC电源输入
3芯片内部结构与工作原理
TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLLSynthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。
LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。
图2FSK接收电路图
使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。
图3ASK接收电路
TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。
表2基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系
注入类型低端高端
fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16
fLO16·fREF16·fREF
fIFfRF-fLOfLO-fRF
fRFimagefRF-2fIFfRF+2fIF
表3在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系
参数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz
低高低高
fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875
fLO/MHz304.3325.7422.9444.3
fRFimage/MHz293.6336.4412.2455.0
4应用电路设计
关键词：数字电路；EDA技术；项目教学法
【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2016）09C-0073-01
一、教学整合的意义
根据高等职业教育培养目标的要求，结合教育部大力推行的高职高专教学改革，高职院校电类专业对部分课程进行了教学改革。《数字电路与EDA技术》这门课程就是将数字电路和EDA技术的教学进行整合。
数字电路课程是电类专业的专业基础课，通过对本门课程的学习，使学生掌握典型的数字电路的组成、工作原理和工作特性，能够设计一些逻辑功能电路，并为专业主干课程的学习打下基础。对于数字电路的设计，传统的设计方法是以逻辑门和触发器等通用器件为载体，以真值表和逻辑方程为表达方式，依靠手工调试。随着数字电子技术的迅速发展，特别是专用电子集成电路的迅速发展，基于EDA技术的设计方法成为数字系统设计的主流。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件开发平台上，使用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、仿真等，最终对特定目标芯片进行适配编译、逻辑映射和编程下载。
EDA技术的设计方法正在成为现代数字系统设计的主流，作为即将成为工程技术人员的职业技术学院的电类专业的学生只懂电子技术的基本理论和方法，而不懂如何设计电路，会限制就业的岗位。实际上数字电路和EDA技术是不能分家的，因为前者是理论基础，后者是工具，将两者整合既能学好理论又能提高实践技能。如果作为两个课程分别学习则不适应高职高专的学制长度。因此，将数字电路与EDA技术有机地融为一体是高职教育的要求和未来发展的需求。
二、教学方法探讨
在整合后的课程中我们把EDA技术贯穿于数字电路课程教学全过程。例如，在讲授门电路时，就开始用EDA软件仿真演示，熟悉用原理图输入一个简单门电路的过程，通过编译、功能仿真检验门电路的功能，可以加深学生对门电路知识的理解；在讲授组合逻辑电路时，引入硬件描述语言的设计方法，并介绍基于EDA技术的数字电路设计方法；在讲授时序逻辑电路时，可以引入一些简单的综合性的电路设计，为学生创造一个宽阔的设计空间。在开始讲解基于EDA技术的数字电路设计方法时，可以通过引入简单的数字电路的设计流程，使学生从宏观上对EDA设计方法有一个整体的了解，让学生在潜意识里建立这部分内容的知识框架。下面简单介绍组合逻辑电路中的二选一数据选择器的EDA设计流程：
（1）编写硬件描述语言（以VHDL语言为例）。在EDA编程软件中输入设计源文件，如图1所示。
（2）逻辑编译。逻辑编译过程包括检查设计源文件是否有误，进而提取网表、进行逻辑综合和器件的适配，最后形成编程文件。
（3）功能仿真。通过模拟仿真测试电路的逻辑功能是否达到设计要求，仿真波形如图2所示。
（4）锁定引脚。将程序中各端口名称与硬件电路中的各引脚对应。
（5）编程下载。功能仿真成功后，就可以将设计好的项目下载到逻辑器件中，实现既定的功能。
在课程教学中，我们采用项目教学的方法，制定一系列由易到难的项目，例如，基本门电路的设计、数据选择器的设计、全加器的设计、数字频率计的设计、交通信号灯控制器的设计、数字钟的设计等。通过各个项目展开知识点的讲解，包括数字电路的基础知识、EDA技术的入门、数字电路的分析方法、原理图的设计方法、硬件描述语言的描述方法及软件仿真和硬件下载等。在教学中尽可能地将课堂搬到实验室，让学生边学边练，将理论教学与实验教学融为一体。教学可以一部分安排在数字电路实验室，一部分安排在EDA实验室，比如对于一些简单的数字电路可以安排用数字电路实验箱进行一般的实验验证，使学生知道如何搭建一个简单的电路，如何验证一个电路的功能，从而对数字电路产生一个感性的认识。在EDA实验室，学生可以学习用EDA技术设计数字电路，包括原理图或硬件描述语言的输入、编译、功能仿真、引脚分配、下载等。
三、教学效果
数字电路和EDA技术的教学整合后，学生不光能够掌握数字电路和EDA技术的理论知识，而且可以将这些知识应用到实际中。通过对本课程的学习，既可以提升学生的专业基本技能，又可以使学生具备创新、分析及解决问题的能力，还可以提高学生的工程实践能力。这样做不仅体现了高职教育的培养目标，而且满足了目前招聘企业对高职学生岗位能力的需求。
【关键词】数字电路课程；实践平台；工程设计；实验
1概述
在教学过程中，具备数字系统设计实践工程能力，涉及相关数字系统课程体系教学与实践，在各高校的电气、电子信息类专业中，数字电路是一门专业基础课程，随着数字技术应用领域的不断扩大，在后续专业课程中，显而易见，随着电子产品数字化部分比重增大，它在数字系统设计中基础性地位越来越突出。
因此，培养适合现代电气、电子、信息技术发展的卓越人才，创新数字电路的课程几次理论与工程实践教学迫在眉睫。
根据我校近几年电气、电子课堂教学的实践情况，数字电路课程应该以面向应用的数字电路设计为核心，在熟练掌握基本电路教学内容的基础上引入先进的数字系统设计方法的课程教学和实践内容。
工程实践过程中，逐步从自底向上的设计方法逐步转变到自顶向下的设计方法中来，以教师科研应用来拓展，以全面培养优秀数字设计卓越技术人才[1]。
2探索构建数字电路教学中的多层次的创新实践平台
2.1多层次的数字电路创新实验平台构思。
面向卓越人才培养的数字电路课程创新实践教学，可以分层次进行在各个教学阶段逐步推进，包括：面向基础的数字设计的基本原理与工程创新实验教学模块、面向应用的数字电路课程设计教学和结合科研项目的创新实践平台[2][6]。
多层次的数字电路创新实验平台架构如图1所示。
2.2数字设计的基础原理与实验教学。
数字电路基础原理和实验教学是数字系统设计的课程体系的基础入门阶段，是培养数字逻辑代数与逻辑电路的重要过程，大类可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路，其中时序逻辑电路主要包括：锁存器、触发器和计数器，组合逻辑电路包括，编译码器、多路复用器、比较器、加（减）法器、数值比较器和算术逻辑单元等。教学的目的是训练学生掌握组合和时序逻辑电路坚实理论基础，使学生掌握数字电路的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，不但要注重基本数字电路与系统设计理论的理解，同时让学生在学习中逐步了解面向应用和现代科技进步数字电路新的设计理念[2][3]。
2.3面向应用的数字电路课程设计实践教学。
随着电子设计自动化技术（EDA）和可编程器件（CPLD）的不断发展和应用，以EDA技术为主导的数字系统理念已经成为企业工程技术的核心。数字电路课程设计主要培养学生利用中小规模数字集成电路器件和大规模可编程器件进行数字电路设计和开发能力。在卓越工程师培养背景下，结合前阶段数字电路课程理论教学和实验教学的实际情况及EDA技术的发展状况，适时进行数字电路课程设计和EDA技术课程的综合衔接，以及课程深度融合[4]。主要内容包括：
2.3.1基于Multisim等相关软件的数字系统仿真实验。可以构建虚拟数字实验系统，不但较好地模拟实物外观外，还可以利用系统提供的实验平台开展实验的设计、仿真，进行实验内容的逻辑验证。
2.3.2基于通用和专用数字芯片的数字系统设计。其主要特点是有很好的直观性和具体性。
2.3.3基于硬件描述语言（HDL）的数学系统硬件描述。采用硬件描述语言实现数字逻辑设计，基于EDA环境仿真和验证。可以结合上述（1）和（2）的优点，采用硬件设计软件化技术应用于数字电路课程设计的实验教学中，通过综合性实验的自行设计和实验，对实验内容、实验规模、实验方法进行了综合创新设计[5]。
2.4结合科研项目的数字设计实验创新平台。
在高等院校，教师即承担教学任务，同时有各自的科学研究方向，同学们可以根据自己的研究兴趣，加入教师的科研团队，形成教学与科研互利的良性循环。面向卓越工程师培养的数字系统设计，可以借助横向或纵向科研项目形成综合教学体系。比如：搭建在线可编程门阵列（FPGA）创新实验平台，形成数字电路、电路线路课程设计、可编程逻辑器件以及集成芯片系统设计，形成面向数字系统设计的课程体系[3]。同时，应用高校与知名企业建立的校企合作平台，把企业界的研究信息和研发需求引入到教学平台，开拓了学生的研究思路和视野，提升了学生设计复杂数字系统的能力；目前，我校正在与国际知名的半导体公司Xilinx、Altera和Cypress陆续建立卓越人才大学培养计划，利用大学设置小学期，在FPGA和PSoC开发平台上进行了面向实际应用的数字系统设计，在实践平台上不仅有学校的任课教师，还有知名企业派来的一线工程师指导同学们的实践，相比改革前，取得很好的实践效果，同学们的数字系统设计水平得到了提高，同时在编程、接口、通信协议等方面也有了深刻的认识。
对于优秀的学生，借助全国各种形式的大学生电子（信息）设计竞赛这个创新平台，组织他们积极参与，激发他们的学习研究兴趣和创新意识，综合所应用的数字系统设计知识，发挥竞赛团队的协作精神。每年，我们都有部分优秀学生通过努力，创新设计的作品获得专业认可，并取得了良好的参赛成绩，也使得数字设计课程体系的建设上了一个新的台阶。
3基于创新平台的课程体系优化与实践
卓越工程师培养要求的数字电路系统设计课程体系协调好相关电气、电子类专业上下游相关理论课程、实验综合性设计同时得到协调发展。如何实践论文所提到的创新实验平台，应该引进现代数字设计理念，重点把EDA软件、设计工具、开发平台与传统的数字电路基础理论教学相衔接。我们在这几年对数字系统设计课程体系、创新实践教学内容等方面的进行了改革与探索，取得了一定的成效。经过这几年的实践，我们逐步构建了面向应用的数字系统设计课程优化体系[5]，如图2所示。
4不断探索数字电路理论教学内容的改革与实践
4.1以数字电路设计为目的强化基本逻辑电路理论教学。
在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些常用基本组合和时序逻辑电路，包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。
树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次，树立电路设计思想需要理论讲解与实践相结合，逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等[2][3]。
4.2掌握面向应用的数字系统工程设计方法。
学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上，进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括：数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面较广，为了提高教与学的效果，探索总结了以下的教学重点内容，并作为教学实践中的教学切入点[1]。
随着电子技术不断发展与进步，现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计[1][2]。现代数字系统设计采用硬件描述语言（HDL）描述电路，用可编程逻辑器件（PLD）来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要，在教学过程中阐述了先进设计方法。例如：采用基于状态机的设计方法设计复杂的控制器（时序电路），应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号，应用自行设计（IPcore）软核来提高数据吞吐量[1][2][3]。
4.3深化数字电路实验教学改革。
实验实践教学过程中，注重基础训练与实践创新相结合的实验教学改革思路，加强学生工程思维训练、新平台工具的使用、遇到逻辑问题的综合分析能力，理论与实践相结合的分析能力。在实践过程中的提高创新性和综合性能力，面向应用的数字电路创新平台建设，需要不断提高课程试验、实验和实践过程在教学中的比例，在符合认知规律的同时，逐步加强来源与实际需要的综合性数字设计实验。
5结语
数字电路是电气、电子信息类专业的一门重要的专业基础课程，论文针对当今卓越工程师培养的要求，以及在教学过程中遇到的主要问题，探讨了面向应用的数字电路课程创新实践平台。提出了多层次的数字电路创新实验平台结构和面向应用的数字系统设计课程优化体系。目的在于，通过课程及相关课程体系改革与创新，使得学生更快、更好的适应现代数字技术发展的需求。
参考文献
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[3]叶波，赵谦，林丽萍.FPGA课程教学改革探索，中国电力教育，2010，24，130-131.
[4]秦进平，刘海成，张凌志等.电类专业数字系统综合实验平台研制，实验技术与管理，2012.6，75-78.
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。
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
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关键词：数字电子技术；Proteus；组合逻辑；时序逻辑
引言
数字电子技术课程是电气、通信、电子信息、计算机、机电等相关专业的一门基础课，此课程工程实践性特别强，是培养学生创新实践能力的一门重要课程。数字电子技术主要分为：组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分。在教学中，学生普遍认为数字电子技术相对模拟电子技术容易掌握，课程难度偏小。尽管如此要想扎实掌握数字电子技术这门课程也有一定困难，数字电路多采用封装好的芯片，学生想很好的验证自己的设计结果实施起来比较困难。学生自行设计的硬件系统和软件系统，一般会存在某方面的不足，当给出设计任务后，学生就算能顺利完成，其中所涉及的有些方式也不能在自己的设计中充分领悟。采用Proteus软件进行虚拟数字电路仿真优势明显，如涉及内容全，硬件投入少，可自行实践，过程几乎无损耗，与工程实践最为接近。
Proteus软件是英国 Labcenter Elecronics 公司开发的EDA仿真软件，已有多年历史，该软件集成了原理图布局，仿真工具，PCB设计等功能。可以实现一个完成的电子设计系统。它是一种混合设计仿真工具。Proteus软件由ISIS和ARES两个部分构成，其中的ISIS是一款便捷的电子系统仿真软件，拥有超过8000多个元件库，能很好的完成数字电路相关仿真，仿真结果直观明了。
1 Proteus相关设计实例
文章从计算机辅助教学出发，讨论如何利用Proteus软件提高数字电子技术教学与实践效果。通过Proteus软件构建一些形象、直观的数字电路，演示仿真结果，“虚实”结合，让学生在有限的时间内，对数字电路中的组合、时序逻辑电路分析与设计有充分的理解和掌握。学生能够在很短实践掌握有关功能器件的特别和典型应用，以及注意事项，激发学生的学习热情、提高学生的实践动手能力、工程设计思想等。
1.1 555组成的秒时基电路仿真
秒时基电路是时序逻辑电路中经常使用的单元块电路，可以通过555组成的多谐振荡器构成秒时基电路，只需要选择合适的电阻和电容值就实现。秒时基电路应用非常广泛，交通灯电路系统、LED数字显示的电子表电路等，均需要产生秒时基脉冲电路单元。在Proteus选择大小合适的图纸，建立图形输入仿真文件，根据理论计算确定有关电阻电容数值，选取器件，修改电路参数，连接元器件组成电路。保存并运行仿真文件可得到相关波形如图1。通过波形可以很直观的看出设计是否满足要求为1秒的时基电路，同时修改有关电阻值可以在周期为1秒的前题下改变脉冲的占空比。使学生充分理解多谐振荡电路，并可以根据实际需要产生不同周期和占空比的脉冲，激发学生对555电路的深层次的学习，从真正意义上认识555电路特性，验证其组成设计单谐、多谐振荡电路以及有实际应用的触发报警、脉冲产生等电路。
1.2 译码显示电路仿真
显示器件是数字电路一个重要部分，其中LED数码管应用尤为广泛。本例通过译码芯片74LS47和共阳极数码管来完成译码电路和显示电路的内容。图2中输入数字为013（采用2进制0000 0001 0011）通过译码器件，译出相应7段ABCDEFG的高低电平，译码芯片与共阳极数码管连接，最终正确的输出相关显示内容。同学还可以利用其它译码芯片CD4511、74LS48和共阴极数码连接，在此基础上还可以加入计数器，脉冲电路，这样就能实现脉冲的自动计数及显示，效果直观。进行完一整套设计学生很有成就感，能进一步激发学生的学习兴趣。
图2 LED数码管构成的译码显示电路
2 结束语
利用Proteus仿真软件，在数字电子技术的教学中有着广阔的应用天地，不仅可以利用基本门电路、触发器设计相关电路，还可以利用功能芯片，进行单元电路，数字系统电路仿真，进一步结合单片机构成软硬件相结合的系统。由于篇幅有限，文章不能列举很多实例，这里仅仅起抛砖引玉的作用。此种教学方式能很大的激励学生学习主动性，改善填鸭式教学模式，让学生作为学习的主导着，真正使学生把所学的理论知识，转化为实践能力，由被动学习变为主动学习，由接受式学习，变为开创式学习。
参考文献
[1]覃桢，胡俊玮，刘文佳.Proteus仿真在数字电路中的项目教学探究[J].电子制作，2013.5.
[2]周润景，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.
1什么是高速数字电路
高速数字电路就是一种根据高速变化的信号，在电路中所产生的包含比如：电感、电容等模拟性质效果的电路。它主要是由分布参数系统与集中参数系统两个系统构成。分布参数系统可被使用高速数字电路设计过程中，分布在熟悉度更靠近该系统对信号时间和其存在的位置对应的特性有关键性作用，因此对信号特性产生影响的关键因素是元器件间的信号长度，此外线路中的信号传输过程也会产生相应的延迟。而集中参数系统在高速数字电路技术中并不适合高速数字电路，而被普遍使用于低速数字电路设计（胡文涛，计算机高速数字电路设计技术点滴谈，数字技术与应用,2015年第12期235页）。
2影响计算机高速数字电路设计技术的问题分析
对电子设计领域来讲，计算机高速数字电路设计技术的发展与研究是其重要突破，也对计算机电子技术的进一步发展优化有重要促进作用。但是，在当前阶段的计算机高速数字电路设计技术发展过程中，仍旧存在很多影响严重的问题，下面重点讨论三个方面的问题（黄一曦，计算机高速数字电路设计技术探讨，山东工业技术,2016年第12期154页）。
2.1阻抗不匹配的问题
信号传输线上抗阻是其关键因素，但是在当前阶段计算机高速数字电路设计技术使用过程中，时常出现信号传输位置上的抗阻部匹配的问题，抗阻不匹配会导致反射噪声的产生，反射噪声会对信号的形成产生一定的破坏，导致信号的完整性受到严重影响。
2.2电源平面间电阻和电感的影响
从实际情况出发，根据当前先进的电子技术设计出来计算机高速电路设计技术，并且该技术在很多领域被充分使用。在当前阶段的计算机高速数字电路设计中，来自电源平面间电阻与电感的影响，会让传输过程中产生大量电路输出同时动作的问题，从而让整个电路出现很大的瞬态电流，这一电流会对极端集高速数字电路地线和电源线上的电压造成严重的影响，还可能会造成波动的情况（王威，计算机高速数字电路设计技术及优化策略，通讯世界,2016年第20期244-245页）。
2.3信号线间距离的影响
在计算器高速数字电路设计技术中，信号线间距离的影响普遍存在。通常来讲，信号线间的距离会跟着印刷版电路密集度的增大而产生相应变化，该变化会越来越小，并且在这个变化过程中也会致使信号与信号间的电磁耦合逐渐变大。因此就不能再对其忽略处理，信号间还会产生串扰现象，而且该问题还会随着时间的变化而逐渐加重。以上几个关键问题如果不得到及时解决，则计算机高速数字电路设计技术无法在当前多个领域中得到进一步充分使用，严重阻碍我国电子科技行业的创新与发展（贾萍，探析计算机高速数字电路设计技术，智能城市,2016,年第10期44页）。
3优化计算机高速数字电路技术的有效措施
3.1优化电路信号设计，确保电路信号的完整性
为全面提高计算机高速数字电视信号的完整性、准确性与可靠性，在对整个计算机高速数字电路的布局时就要重视其合理性。就当前的实际使用情况来看，计算机高速数字电路设计技术中，抗阻不匹配问题一直无法得到有效的解决，这严重影响了电路信号的完整性，为了使得抗阻不匹配这一问题得到有效解决，可以从以下几个方面来研究解决：第一，仔细研究不同电路信号在传输过程中的具体情况，并对其中的干扰问题和反射情况进行具体研究；第二，传输过程中，对不同信号源传输时的电路信号产生的干扰情况做具体分析。抗阻不匹配问题会让计算机高速数字电路运行时的电路信号传输效果产生严重影响，不管抗阻值偏大还是偏小，其影响的程度都非常严重，会给电路信号得传播产生一定的干扰，还会阻止电路正常合理运行，使得计算机高速数字电路传输信号的完整性产生偏差。为了有效解决抗阻不匹配问题，还需对计算机高速数字电路设计技术进行深层次研究，并根据其设计理论找到高速数字电路设计中临街阻抗与电路的匹配原因，从而优化抗阻配置方式，让其始终保持过阻抗状态，如此一来就能确保电路在运行过程中，不会由于阻抗不匹配问题而导致整个电路信号传输的完整性受到严重影响。该问题的解决，使得系统的可靠性能有效提高（潘元忠，高速数字电路设计技术的应用研究，数字技术与应用,2017年第12期162-163和165页）。
3.2优化电路电源设计，减少电源系统阻抗
根据电路设计理论研究发现，若电路系统中不存在任何阻抗因素，那么电路设计的运行状态将会呈现理想模式，由于在整个信号回路中没有任何抗阻的影响，也会使得整个运行状态的能量消耗大幅减少，而且系统内的所有元件所流经的电压与电流都能维持恒定状态。计算机高速数字电路的构成元件当中，电源是其构成元件的重要组成部分。从上面的内容可以得知，电源平面范围内存在电感和电阻，那么在运行过程中，整个电脑的电源部分都会由于电压的问题而使得电源电压出现波动状态，该情况会使得计算机高速数字电路的运行可靠性严重下降，也会让电源电压的稳定性出现问题。所以，为了提高整个系统在运行过程中的可靠性与稳定性，在设计电路系统的过程时，就应该将电源电阻和电感的因素考虑在内，从一开始就减少由于电源内部的电感和电阻给整个系统运行所带来的不良影响，利用有效措施减少抗阻。从目前使用于计算机高速数字电路的电源材质来看，多数使用的是铜质材料，而根据计算机高速电路的具体情况来看，铜质材料的电源无法满足其具体需求（孙丽华，高速数字电路设计技术的应用，电子技术与软件工程,2018年第16期90页）。所以才会导致整个运行过程中系统的正常运行无法得到保障，使得电路系统的稳定性与可靠性受到严重影响。在考虑以上因素对系统的正常运行影响程度后，可以考虑把电容技术使用的电路中，电容技术的加入会让电源面电感和电阻对系统运行的影响程度大幅降低，从而也会让整个计算机高速数字电路系统的运行安全性与完整性得到保障（杨瑞萍,孙海波，计算机高速数字电路设计技术探讨，电子技术与软件工程,2015年第5期137页；杨涛,李成文,陈国,范超，机载计算机高速数字电路系统的硬件抗干扰设计，大众科技,2015年第6期1-4页）。
结语：
关键词：数字逻辑；Multisim12.0软件；仿真
中图分类号：642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）07-0233-02
“数字逻辑”是计算机及电子类专业的一门重要的专业基础课程，其具有很强的理论性和实践性，要求学生通过学习既掌握数字电路分析与设计的理论知识，也能够自己动手设计调试实用的数字电路。在理论教学过程中，教师借助Multisim12.0仿真软件进行数字电路的模拟和演示，对电路的工作过程进行透彻的分析讲解，可以帮助学生深刻理解和掌握理论知识。采用Multisim12.0软件进行仿真实验，为学生提供更加灵活方便的实验环境，使学生能充分发挥想象力，按照自己的想法创建各种电路，摆脱实验箱的束缚。Multisim12.0软件的使用使得数字逻辑理论课的教学更加生动活泼，实验操作更加灵活方便，提高学生的学习兴趣和学习效率，同时也能够培养学生的自学能力和创新能力的[1]。
一、Multisim 12.0软件的特点
Multisim12.0是一个集电路原理图设计和电路功能测试为一体的虚拟仿真软件，它为数字电路仿真提供了丰富的元器件模型，如时钟信号、各类门电路、各种集成组合逻辑器件、时序逻辑器件等，同时提供了种类齐全的虚拟仪器，如函数信号发生器、示波器、数字万用表、逻辑分析仪、逻辑转换仪和直流电源等。Multisim12.0仿真软件具有详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路，它将原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中，具有和真实环境一致的可视化界面，整个操作界面就像一个实验工作台，与实物操作几乎相同[2]。
二、Multisim12.0应用于“数字逻辑”课堂教学
在“数字逻辑”课程的课堂教学中，对于数字电路分析与设计的理论知识很多学生会觉得枯燥且难以理解，借助Multisim12.0仿真软件进行数字电路的模拟和演示，可以直观地显示电路的功能和波形，把理论知识和电路运行结果加以对照、分析，可以提高课堂教学效率。同时还可以提出问题进行课堂讨论，活跃气氛，激发学生学习兴趣。
在讲解用逻辑门设计小规模组合电路时，一般是按照逻辑功能分析、真值表、表达式和逻辑图的顺序设计电路，然后举例讲解。以一个三人表决电路设计为例，假设用A，B，C分别表示三个输入变量，同意用1表示，不同意用0表示，F表示结果，通过用1表示，不通过用0表示。通过列真值表、表达式和化简等步骤得到输出表达式F（A，B，C）=AB+BC+AC，若用与非门实现，则F（A，B，C）=，可以画出相应的逻辑图。如果教师仅仅在黑板上或者多媒体课件中画出逻辑图，相当于纸上谈兵，学生可能只能被动地接受这种解题方法，甚至是死记硬背设计步骤，很难留下深刻的印象。可以在multisim12.0仿真软件中绘制出电路原理图，将输入端分别连接3个开关用于输入高低电平信号，输出端连接一个发光二极管用于显示结果。通过切换开关状态，按照真值表的顺序改变输入高低电平信号，观察发光二极管亮、熄的规律，直观形象地演示电路工作结果，之前讲解的设计方法便很容易得到学生的认可。同时还可以利用仿真软件中的逻辑转换仪得到组合逻辑电路的真值表，快速判断电路的正确性。
此外，还可以讨论一下如果用其他类型的逻辑门实现该逻辑功能电路，比如与门和或门或者或非门，又该如何将表达式变形？如何绘制电路原理图？能不能达到同样的效果？学生在课堂上都会积极参与讨论，课后也会迫不及待地去利用Multisim12.0软件进行验证。同时，鼓励同学们联系生活实际用数字电路制作一些小发明，充分发挥自己的想象力，大胆创新，并利用Multisim12.0软件实现和验证自己的一些想法。
三、Multisim12.0应用于“数字逻辑”实验教学
“数字逻辑”课程实验中传统实验项目一般利用面包板及用中小规模芯片完成电路设计，适于以验证性实验为主的一些中小规模电路的构建与测试，对于一些比较复杂的设计性和综合性实验则比较费时，如数字钟、抢答器、交通灯控制器、密码锁等。而且在实验过程中常常因一根导线连接错误、一个连接点接触不良，致使实验受阻，甚至无法完成，影响学生的实验兴趣。利用Multisim12.O可以实现数字电路设计虚拟仿真实验，修改调试方便。学生可以随时在任意装有该软件的计算机上进行实验设计和测试，充分调动了学生的学习积极性和主动性，取得较好的实验效果[3]。
在时序电路设计中有一个实验项目是数字秒表电路设计，这是一个综合性的实验，理论分析可知，整个电路由秒脉冲产生电路，计数电路和译码显示电路三部分组成。第一步用555定时器和电阻电容构成多谐振荡器，由公式T=0.7（R1+2R2）计算求得适当的电阻值，使得输出波形频率为1kHz，利用3片74LS90芯片级联构成1000倍分频器将多谐振荡器输出信号进行分频，从而得到秒脉冲信号。虽然可以通过理论计算得到电阻值，但是要想调试出精确的秒脉冲信号，需要在电路搭建好之后利用示波器或逻辑分析仪等仪器观察输出波形，测量输出频率或周期，根据实际情况调整电阻值。第二步选择两片74LS161芯片实现60进制计数电路。74LS161芯片为16进制计数器，利用清零法分别实现6进制和10进制计数器，然后用乘数法实现610进制计数器。将第一步调试好的秒脉冲信号作为输入计数脉冲，计数器的输出可以连接8个发光二极管，运行过程中通过观察发光二极管的亮熄规律判断电路输出是否满足要求，也可以通过逻辑分析仪观察计数器输出的8路波形判断结果的正确性。第三步采用两个共阴极七段数码管进行秒表显示，由两片74LS48芯片作为七段字型译码器，将第二步中两个计数器的输出信号分别送译码器，两个译码器的输出分别连接两个七段数码管，通过译码器译码和驱动七段数码管显示相应的数字。
由设计步骤可知，整个数字秒表电路的设计制作需要用到10个以上的集成芯片，电路连线多且复杂，调试过程需要调整电阻值，需要用到电源、示波器和逻辑分析仪等设备。如果采用传统的硬件实验方法，学生需要事先查找大量资料，画出粗略的硬件电路图，准备所需芯片和足够的导线，然后在面包板或者实验箱上直接搭建硬件实物电路，借助实验仪器观察结果。由于实验室只能提供有限的元器件和示波器、万用表等仪器，若所选用芯片不合适，或者电路设计本身就存在问题，或者哪个芯片有问题，又或者哪一根线不通，有时候很难检查出具体问题，即便检查出来又可能要重新设计电路，在四个学时内实验很难完成。不少学生往往会为了完成任务直接照搬其他同学的电路或者要求老师直接给出可行的电路图，然后只是机械按照硬件电路图连线。连线完成后如果发现电路不能正常工作，也只是简单地直接拆除和重新连线，因为不理解电路工作原理，根本就不会分析问题解决问题，整个实验过程就变成了重复地拆线和连线的简单劳动。大多这样的学生即便实验做完了，可电路工作原理却完全不懂，根本达不到通过设计性实验锻炼学生实际动手能力、培养分析问题和解决问题能力的目的[4]。
相反，如果使用仿真软件，学生在了解基本原理后就可以在仿真软件平台上选择元器件直接搭建电路，可以任意选择芯片而不必理会材料消耗、可以放心大胆地连接电路而不用担心电路连接错误而造成器件损坏的问题。仿真软件中提供的电源、函数发生器、示波器和逻辑分析仪等可以任意选取使用，这样就可以留出更多的时间去理解电路工作原理，分析问题和调试电路。比如在秒表电路设计制作过程中，可以任意调整电阻值，借助仿真软件提供的示波器调试出精确的秒脉冲信号；可根据个人喜好选择各种型号的计数器芯片设计分频器和60进制计数器；也可以采用共阳极数码管和相应的译码器设计显示电路。
通过软件仿真实验，选择符合要求的元器件，设计出满意的电路，然后在实验箱或面包板上搭建硬件实物电路，通过实物电路验证实验结果，可以保证实验结果的正确性，大大提高实验教学的效率。利用仿真软件的另一个好处是学生可以大胆地发挥自己的想象，尝试各种设计方案，有效激发学生的实验热情和培养创新能力。
四、结论
在课堂教学中借助Multisim12.0仿真软件进行电路演示，验证理论的正确性和可行性，使得数字逻辑理论课的教学更加生动活泼。在实验教学中利用Multisim12.0仿真软件进行仿真实验，使得实验操作更加灵活方便，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的自学能力和创新能力[5]。因此，有效利用Multisim12.0仿真软件能够对数字逻辑课程教学起到积极作用。
参考文献：
[1]徐银霞.“数字逻辑”课程教学方法探讨[J].中国电力教育，2013，（28）：104-105.
[2]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2011.
[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].第5版.北京：高等教育出版社，2006.
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