數字電路實驗范文

導語：如何才能寫好一篇數字電路實驗，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：數字電路；實驗設計；實驗過程

本文從提高教學效率、能力培養、學習興趣三個方面對中職教育的數字電路實驗環節進行了相關的設計。以期能夠對我國數字實驗教學環節中存在的相關問題在一定程度上進行解決。

一、精選教學內容，提高教學效率

“興趣是最好的老師。”在數字電路教學中，經常會存在很多理論性的東西，這種理論性特別深的東西，對于學生來說，直接以普通的“課堂知識傳授”方式進行教學，效果并不理想。好的教學內容能夠培養學生的適應能力，因此，作為老師，應該精選教學內容，從而提高教學的效率，及時對實驗內容進行充實、重組和更新。在實際的教學過程中理論聯系實際，重視實例的講述，讓學生在具體的實例中了解相關理論的內涵。對于整體教學任務的講述，教師可以把教學任務設計成一個或多個具體的、與實際相關聯的技術支持點，從而將枯燥的知識轉變為生動的技術實現，有利于學生理解和掌握所學知識，培養學生的創新應用能力。它將對學生的學習興趣和學習效果都帶來重大的影響。

二、用“設計性實驗”取代“驗證性實驗”，以能力培養為根本目標

在數字教學的實驗環節，常用的教學方式是由教師給出實驗的準備、操作以及可能出現的結果，由學生來進行相關操作，這種機械化的教學方式，對于學生來說只是進行驗證，不能激發學生的創新能力，造成學生“認死理”的現象比較嚴重，即只知對錯，對于其他的開放性的實驗環節沒有思考。這種情況下，老師可以通過給出任務的方式，讓學生自學，借助自身的創造力，發揮各自潛能，完成指定的任務，從而鞏固和加深學生對理論知識的理解。這樣學生經過對所接受的任務進行具體分析，可以掌握任務所涉及的內容、所需知識要點和難點，初步設立一個解決任務的大致步驟。同時經過借助圖書資料、網絡、其他人的思路和想法等匯總，確定具體的實驗方案。在實驗方案真正實施的過程中，學生的綜合應用知識的能力將進一步得到鍛煉。

三、用網絡手段，發揮現代教育技術優勢

隨著我們科技的迅猛發展，用網絡實施教學已經成為“數字電路實驗”教學改革的內在需求。適當地利用網絡、多媒體發揮現代教育的技術優勢，使得我們的教學方式可以得到相應改善。作為老師可以建立一個相關的教學網站，將數字電路試驗相關的課件、實驗內容、教學計劃全部到網站上，供學生查閱下載。學生還可以直接在網絡上進行相關的測評，對老師的教學環節中的相關問題進行咨詢，同時還可以提出建議，這樣可以避免師生當面交流中存在的一些問題，比如：有的學生比較害羞、有的學生不敢向老師提出問題、不敢直接向老師質疑，等等。

四、改革考核方式，激發學習興趣

課程考核是教學的環節之一，一個學生的整體表現將在課程的考核中得到充分體現。傳統的考核多是以平時成績+考試成績來評定的，這樣的考核方式存在平時成績的不公平性和不公正性，以及期末考試的突擊性的弱點。再加之應試教育的影響，我國的學生普遍比較重視成績的高低，不把實踐作為主體，只求一味地提高學習成績，不注重實驗過程和能力的提高。從而使得學生始終處于教學實踐的客體地位，不利于發揮學生的能動性。為了避免這樣的情況發生，可以將學生的最終考核分為三個部分，即實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分。在實驗預習這一塊中，可以預設分值為30分，其中包括對于實驗原理、實驗電路圖、實驗步驟擬定、數據記錄表格設計等的預習，可以說這一部分是學生對數字電路實驗的態度得分。在實驗操作部分，預設分值為40

分，其中包括設備操作方法、實驗結果的正確性、排除故障的能力等項目，這一部分就是學生在實際學習中的基本功。在接下來的實驗報告中，預設分值為30分，其中包括實驗原理與電路圖、實驗內容和過程的陳述、實驗數據記錄和處理、實驗結果、實驗方案的總結以及心得體會等部分。在為學生計算總成績時，不要按照那種A、B、C、D等級的方式來劃分，而是按照具體成績來定，但是導向是讓學生把主要精力放在平時的實驗課題上，放在能力培養上，而不是在最后的考試中“押寶”，這樣有利于培養良好的學風。通過這樣的考核方式可以使學生的學習積極性得到了極大的提高，投入實驗的時間增多了，動手能力增強了，實驗操作以及實驗報告的質量有了明顯的提高。

我國數字電路實踐教學在人才培養中有著基礎性的作用，數字電路實驗課的教學質量直接影響學生的學習積極性及學習效果。只有將電子科學技術發展的新變化、新趨勢不斷地融入數字電路實驗教學實踐中去，同時不斷創新、不斷接受外來挑戰，才能夠起到培養學生能力的最終要求，才能夠適應社會對電子人才的需求。

參考文獻：

[1]盧慶利.數字電路實驗教學的發展趨勢[J].實驗室研究與探索，1997.

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“數字電路”是我院電子類專業一門重要的、實踐性很強的技術基礎課，它包括課堂教學、實驗教學、課程設計等多種教學環節。通過本門課程的教學，除了使學生掌握數字電路的基本理論、基本知識和基本方法以外，還要求其具備實驗研究和工程設計能力[1]。

數字電路實驗在數字電路教學中占有非常重要的地位，可以加強學生對理論知識的理解和掌握，培養學生的工程設計和實際動手能力。傳統的數字電路實驗仍然采用數字電路實驗箱開展實驗教學工作，有很多的局限性，為了適應新的形勢要求，改革教學模式，創造更好的實驗教學環境，以激發學生的創造性，提高學生的綜合動手能力，逐步將虛擬電子仿真軟件Multisim[2，3，4]應用于數字電路的實驗教學中。

下面對傳統的實驗教學方法和基于虛擬仿真的實驗教學方法進行具體分析和比較，

1 傳統的實驗教學

目前，傳統的數字電路實驗室采用數字電路邏輯實驗箱開展實驗教學工作，圍繞 74 系列芯片進行內容設計，主要涉及的實驗包括TTL 集成門電路測試、數據選擇器的應用、觸發器及計數器的應用等。

下面以74LS08與門為例進行實驗設計并分析如下。

1.1 74LS08引腳圖

74LS08為2輸入四與門，其引腳圖如圖1所示。

1.2 真值表

真值表顯示，當輸入A、B有一個為低電平時，輸出即為低電平；當輸入A、B全為高電平時，輸出為高電平。

1.3 實驗內容

（1）根據74LS08的引腳圖連接線路。由引腳圖可知，74LS08有4組2輸入與門，可以任意選擇一組與門進行實驗。將輸入兩個端子連接在可以控制高低電平的輸入端，如果輸入為高電平，則燈亮，低電平則燈不亮；將輸出端連接在可以由燈的亮和滅來顯示輸出電平的一端，如果輸出為高電平，燈亮，如果輸出為低電平，燈不亮。

（2）根據真值表測試74LS08與門的功能。

（3）實驗分析。根據測試結果，可以看出，輸入端只要有一個為低電平，燈就不亮，只有兩個輸入端全為高電平的時候，燈才亮，結果與真值表保持一致，滿足了與門的功能。

2 虛擬仿真實驗教學

隨著電子技術產業的高速發展，新器件、新電路不斷地涌現，現有實驗室的條件已經無法滿足各種電路的設計和調試的要求，這在一定程度上影響了數字電路相關實驗教學的效果，而且影響了高校對學生創新能力的培養。此時，在實驗教學中引入具有強大分析、仿真電路功能的電路仿真設計軟件Multisim，可以較好地解決這一問題[5]。

基于Multisim的仿真實驗主要包括門電路功能測試、組合邏輯電路分析、半加器邏輯功能測試、計數器、555定時器的應用等。現以74LS00與非門為例進行實驗設計與分析。

2.1 引腳圖

74LS00為四組 2 輸入與非門，其引腳圖如圖2所示。

2.2 真值表

真值表顯示，當輸入A、B只要有一個為低電平，輸出即為高電平；當輸入A、B全為高電平時，輸出為低電平。

2.3 實驗電路

在Multisim中的創建的仿真電路如圖3所示。

2.4 實驗說明

（1）放置74LS00：

用打開選擇相應的元件，然后放置。“QUAD 2-INPUT NAND”四-2輸入與非門。

（2）放置開關：

用第二個按鈕，選擇SWITCH，然后選擇相應的開關，進行放置。

（3）放置電源VCC：

選擇第一個按鈕，選擇VCC。放置接地，同樣選擇第一個按鈕。

（4）放置萬用表：

選擇右邊數列按鈕的第一個，既是萬用表。然后放置。

（5）放置燈泡：

選擇指示器按鈕，選擇LAMP，然后選擇合適的燈泡，放置。

2.5 功能測試

（1）測試表：

測試表如表4所示。

（2）分析：

從測試表可以看出，當輸入端有一個為0時，輸出就為1，燈泡就亮，當輸入全為1時，燈泡不亮。測試結果與真值表保持一致，滿足與非門的邏輯功能。

3 兩種實驗教學方法的比較

我院數字電路課程是電子類專業的專業基礎課，對于兩種實驗教學方法，學生在具體操作的時候，每一種方法都有各自的優點。從教師的層面分析，傳統的基于實驗箱的教學方法在具體實施時，教師需要收集好實驗需要用到的元器件，然后設計實驗線路，課堂上連接線路給學生看，對元器件的功能及線路的功能都要給學生進行講解。由于實驗線路連接比較直觀，講解的工作量不大。對于虛擬仿真實驗的教學方法，由于涉及到一種新的軟件，首先對軟件的功能和具體操作流程都要進行詳細講解，在具體操作時，每一個步驟，每一個元器件的選擇和連接都要詳細說明，講解的工作量較大。在具體的實驗過程中發現，傳統的實驗方法和虛擬仿真的實驗方法，由于各自有自己的優點，在一定程度上都可以激發學生的興趣，提高學生的動手能力。在此基礎上，相比較而言，虛擬仿真的實驗方法功能更強大，學生的可操作性更強。

通過分析，我們可以看出，用兩種實驗教學方法，都可以達到教學目的，但是從培?B學生的動手能力和設計能力上出發，可以考慮兩種實驗教學方法相結合，將實驗學時分成兩部分，一部分時間讓學生通過實驗箱進行實驗，一部分時間讓學生利用計算機進行虛擬仿真實驗。這樣可以讓學生更全面的了解實驗內容，增強設計和分析能力。

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關鍵詞：： 數字電路；實時連續仿真； 時間片分割

引言：

電路虛擬實驗作為虛擬實驗的組成部分，正在由以儀器儀表為測量工具的傳統分析方法逐步向以計算機為工作平臺的虛擬分析方法過渡，同時由于社會對網絡教育的強烈需求和相關技術的快速發展，使得虛擬電路實驗和遠程教育日益結合，成為網絡虛擬現實研究的新熱點。通過對相關技術進行了可行性分析，結合多年的教學實踐經驗，開發了虛擬電路實驗平臺，系統分為客戶端的用戶界面層、服務器仿真引擎的數據處理層、仿真層以及客戶端和仿真引擎之間的傳輸層。其中實時連續仿真則是在開發的過程中遇到的一個技術難點。由于實時性和多用戶同時仿真的需求，系統在后臺采用了分割時間片的技術，并根據電路狀態的連續性，在時間片的結束點保存電路狀態，在開始點重置電路狀態，從而支持實時連續的遠程電路實驗。

一 虛擬實驗的研究現狀

虛擬實驗分為有實驗室支撐的實驗模式和沒有實驗室支撐的實驗模式。前者是一種"虛擬儀器版面一硬件設備"操作的模式。后者沒有真實的實驗室作為支撐，全部使用仿真技術、虛擬現實技術以及網絡技術等高科技手段創造虛擬實驗環境，實驗者像在真實的環境中完成實驗的各個環節，比前者更經濟，更容易建立實驗系統，也更方便實驗者，是目前乃至今后的主要發展方向。電子電路虛擬實驗作為虛擬實驗的組成部分，也得到了快速的發展。而針對遠程教學的仿真軟件，或者著重于多媒體演示，功能簡單，交互性差，或者沒有強大的后臺支持。遠程教學仿真軟件不能利用單機版的仿真軟件，建立功能強大，交互性強，能夠實時連續仿真的遠程虛擬實驗平臺，使得遠程實驗教育難以得到有效發展。

二 虛擬電路實驗平臺的系統構架設計

要設計的"虛擬電路實驗平臺"系統，硬件構架采用b/s結構，用戶通過裝有flash插件的瀏覽器與實驗平臺交互，搭建電路，并觀察輸出結果。用戶信息和實驗信息保存在mysql數據庫中，后臺的核心xspice仿真軟件，進行仿真計算。系統的軟件構架設計如下：1）界面層采用多媒體技術構造實驗板及各種元器件，用來與用戶交互并顯示仿真結果。2）傳輸層通過socket傳輸xml格式的實驗數據，實現客戶端與仿真引擎的數據交換。3）數據處理層解析xml格式的用戶實驗操作的數據，并轉換為.cir文件所需的語法格式；構造xspice所需的仿真輸入文件（.cir）；分析xspice仿真后的輸出文件（.out），提取實驗所需數據； 以xml格式封裝仿真數據，準備發送。4）仿真層調用xspice進行仿真計算。xspice是一個優秀的電路仿真軟件，它把cir文件作為仿真參數文件輸入，由仿真程序運算后得到仿真結果，輸出到out文件。

三 實時連續仿真技術的實現

在基于仿真的遠程電路虛擬實驗系統中，往往需要使用電路仿真軟件，如spice、xspice等，通過它們的瞬態仿真功能獲得電路輸出數據，先仿真電路狀態變化的全過程，再輸出全部仿真結果。在電路實驗中，模擬電路虛擬實驗往往瞬間就可以達到穩定狀態的，之后電路狀態就不再變化。像這樣的電路，在進行仿真的時候可以只顯示電路達到穩定之后的狀態，也就是只顯示一次。正好符合spice、xspice等仿真軟件的要求。類似的還有自動脈沖輸入的數字電路。下面以接有自動脈沖輸入的時序邏輯電路為例，討論實時連續仿真技術。

1.分段仿真原理。真實情況下的實時連續仿真，實驗者只要按下仿真開關，電路就會源源不斷地把數據顯示在界面上。但是仿真引擎使用的xspice并不是一個實時連續仿真軟件，在使用xspice進行電路瞬態仿真計算的時候，必須等到xspice仿真結束才能得到仿真結果，進而分析顯示。而xspice的這種功能特性與虛擬實驗中所要求的連續不斷地計算并顯示電路輸出數據，并能根據用戶的交互實時作出響應是有矛盾的。為此，可以采用分段仿真的方法，即設定一仿真時間段tb，仿真引擎讓xspice每次瞬態仿真只計算tb 時間長度的電路輸出數據，然后將數

據發送到客戶端，客戶端則按照結果數據中的時間戳在相應的時間點上改變顯示輸出。等到tb時間之后，客戶端得到的數據顯示完畢.仿真引擎再計算下一個tb 時長度的電路數據并發送給客戶端。

在電路實驗教學中，多數電路并不復雜，輸入時鐘信號的頻率也不太高，因此基本可以滿足這一要求。仿真引擎每次仿真一個時間片的數據，并把它傳送給客戶端，客戶端以仿真結果中的時間戳為序，把數據保存在一個fifo隊列中，然后根據時間戳依次從隊列中取出數據進行顯示。當客戶端發現隊列中的仿真數據即將被顯示完時，就發送一個隊列空的請求到仿真引擎。考慮到網絡傳輸時間和仿真程序的運行時間的消耗，客戶端發送繼續仿真的請求需要有一個時間上的提前量，盡量避免出現冒泡fifo隊列已空，而客戶端還未收到仿真引擎的下個時間片的仿真結果，導致顯示出現停頓的情況。

2.電路狀態重置。由于時序電路的輸出是由電路的輸入和當前狀態決定的，因此在進行分段仿真時，必須保存每個時間片結束時的電路狀態，并在下一個時間片的仿真開始時用它來設置電路的初始狀態，從而可以保持在整個仿真過程中電路狀態的連續。可以把第i個時間片的t時刻的電路狀態表示為：

sit=[αφ]，i∈[i，+∞]，t=[0，tb]其中 α=[α1，α2，…，αn]t 為各觸發器狀態，n為電路中的觸發器數，φ= [φ1，φ2，…，φm ] 為各輸入時鐘脈沖源的相位，m為電路中的輸入源數。那么時間片i中，t時刻的電路狀態與0時刻電路狀態的關系是：sit=f（si0，t），其中f是由實驗電路決定的狀態變換函數。

3.用戶交互。上述仿真算法中，整個仿真過程被分割成一個個時間片來分段仿真，每一個時間片的仿真結果是在認為這個時間片內沒有用戶交互，實驗電路的結構和參數沒有發生變化的情況下得到的。然而，用戶有可能在一個時間片的任何時刻對實驗電路進行操作，例如調整了信號發生器的信號輸出頻率或者幅度、按下了電路板上的按鈕等。在發生了用戶交互的情況下，由于電路已經發生了變化，有可能導致電路的輸出也發生變化，因此這個時間片中剩余的還沒有顯示的數據就將成為無效數據。所以當發生用戶交互時，客戶端需要清空未顯示的數據隊列，向仿真引擎發送交互請求，并傳送交互時間t1，仿真引擎根據發生交互的時間點，可以根據當前時間片的輸出數據計算出t1時刻的電路狀態st1i，其中i是發生交互的時間片編號。

四 結束語

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關鍵詞：FPGA VHDL 模N計數器 數字電路實驗教學

1.引言

隨著微電子技術的高速發展，集成電路設計也不斷向超大規模、超高速和低功耗的方向發展。傳統數字電路課程設計在許多方面都滯后于現代數字電路設計形勢的發展，如效率低、損耗大、電接觸不穩定、實驗裝置缺乏穩定性和靈活性，成為創新和應用型人才培養的阻力，而FPGA具有設計技術齊全、效率高、易仿真、可移植性高等優點［1］，通過對芯片的設計來完成大規模數字系統，可以很好地解決上述問題。

2.FPGA概述

2.1FPGA的概念。

FPGA（Field Programmable Gate Array）又稱現場可編程門陣列是大規模集成電路技術發展的產物，屬于ASIC（專用集成電路）器件中的一種，具有可編程的特性和實現方案容易改動等特點。FPGA采用的是SRAM（靜態隨機存儲器）來構成邏輯函數發生器，一個N輸入的LUT（可編程的最小邏輯構成單元）可以完成N個輸入變量的邏輯功能，更適于完成觸發器豐富的時序邏輯電路。在現代集成電路設計中，數字系統所占的比例越來越大，FPGA設計開發周期短、集成度高、設計制造成本低、開發工具先進，將發揮越來越重要的作用［2］。

2.2VHDL介紹。

利用系統可編程邏輯器件FPGA芯片進行數字系統設計時，是以硬件描述語言作為設計語言，目前最主要的硬件描述語言是：VHDL（Very High Speed Integrated Circuit HDL）和Verilog HDL。VHDL發展得較早，語法嚴格，主要利用軟件編程的方式來描述數字系統的結構、數據流、行為。該語言具有功能強大的語言結構，具有多層次的設計描述功能，與傳統的門級描述方式相比，它更適合大規模系統的設計。

3.在數字電路課程設計中引入FPGA的必要性

將FPGA引入數字電路課程設計中是一種全新的實驗手段，可以不斷修改電路和參數，及時觀察輸出結果，有效加深了學生對電子線路本質的理解，提高學生現代化電子設計能力，激發學習興趣。在數字電路實驗教學中引入FPGA有以下優勢。

3.1實驗項目增加，效率提高。

傳統數字電路的實驗項目較少并普遍采用的是常規邏輯器件連接起來構成不同功能的電路。由于電路板硬件決定了實驗項目不能隨意更改，功能單一，不利于學生綜合電路設計能力的提高。較復雜的實驗學生很難在2個課時內做完。采用FPGA技術，增加了綜合性實驗，學生只需學會EDA工具軟件的使用方法，就可以在2個課時內完成更多的實驗項目。

3.2實驗難度降低，成功率提高。數字電路實驗主要裝置是面包板或實驗箱。面包板連線時容易出現導線接觸不良、線路干擾等不穩定的因素。實驗箱雖然穩定，但實驗使用的邏輯器件功能較為單一，難以實現復雜的數字電路。采用FPGA設計硬件電路，對于比較復雜的硬件實驗，不必編寫邏輯表達式和真值表，降低了設計難度，縮短了設計周期。也不必用通用的邏輯元器件來構成邏輯電路，而是直接用語言描述其功能，根據電路的不同需要自行設計專用功能模塊，從而實現了“軟”硬件設計，降低了研發成本。程序具有良好的可讀性，支持對已有設計的再利用。并且電路的設計更加合理，提高了實驗成功率，體積和功耗也大為減小。

3.3提高了學生的實踐和動手能力。采用FPGA做數字電路實驗，對同一電路模塊的設計有了多種不同的計方案。如采用不同的門電路或者使用語言對電路的功能進行描述，得到功能模塊。此模塊還可被調用，使設計更具靈活性。

4.現場可編程門陣列在EDA設計中的應用實例

下面我以設計模為N的計數器電路課程設計為例，介紹使用FPGA在數字電路設計中新的設計思路。

在對計數器電路進行設計中，傳統的電路設計是用集成計數器構成，如圖1所示。

但是當模N比較大或者想改變N的值的時候，會感到物理硬件連接和改動起來非常麻煩，而利用FPGA的可編程的特性，采用VHDL可以方便快捷地實現任意模N的計數器，并且容易發現結構設計上的失誤，提高了設計的成功率。

上述電路采用VHDL語言描述如下。

…………

由程序可以看出，利用模12計數器的程序，只需修改計數器的狀態數，就可以實現任意模N計數器。通過上述電路設計的學習，學生逐漸學會用VHDL語言設計電路，體會到用VHDL語言來描述復雜的控制邏輯具有簡潔明了、良好的可移植性，以及不依賴特定器件的優點。提高了學生自己研究問題和解決問題的能力，培養了學生的創新意識，取得了良好的教學效果。

5.結語

隨著FPGA的普及和知識產權核IP日益重視，電子產品設計中的硬件將不再是主導因素，而是全面轉向軟設計，使得板級設計更加簡單和模塊化。為了培養能適應電子技術發展趨勢的創新型和應用型人才，將FPGA技術引入數字電路實驗教學中，能很好地鍛煉學生的綜合設計開發能力和動手能力，激發他們的學習興趣，節約實驗成本，提高教學質量和設計效率。因此，將FPGA技術應用于數字電路設計必將成為今后數字電路實驗教學與課程設計教學改革的新方向。

參考文獻：

［1］劉廷文，唐慶玉，段玉生.EDA技術是實現電工學研究型教學的良好手段［J］.實驗技術與管理，2006，23，（8）：65-68.

［2］艾明晶，康光宇.EDA教學實驗平臺的設計與實現［J］.計算機應用，2002，（10）：23-24.

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[2] 鄭寶周,李富強,吳莉莉,等. “模擬電子技術”理論課的研究性教學探討[J]. 科技信息,2009(11):469.

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[4] 鄭金洲. 案例教學指南[M]. 上海:華東師范大學出版社,2000:20-21.

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The Exploration of Study-based Teaching Applying in Digital Circuit Course

ZHANG Dan, CHENG Shu-wei, JIE Long-mei

(Colloge of Computer Science & Information Technology, Daqing Normal University, Daqing 163712, China)

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【關鍵詞】虛擬仿真;數字電路;課程改革;教學方法

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

數字電子技術是計算機及通信類專業的重要的專業基礎課,其中關鍵的環節就是培養學生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學和全面的實驗體系對教學效果和知識的應用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數量有限,使得實驗的開出率以及實驗內容的擴展都受到限制。為順應現代教育的發展,實施的現代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術應用于數字電路教學中。其中理論教學結合多種教學方法和現代化的教育技術,將基礎知識和理論形象地表現出來,有助于學生理解。課堂教學和實驗教學都利用計算機虛擬仿真軟件將所學理論聯系實際,并加以應用,在此研究基礎上提出了基于虛擬仿真技術的所有電子技術課程教學的新模式。

二 計算機虛擬仿真技術

虛擬現實(Virtual Reality)技術,簡稱VR,涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等多個領域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境――虛擬環境,可以逼真地模擬現實世界(甚至是不存在的)的事物和環境,人投入到這種環境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環境進行交互[1]。

計算機虛擬仿真技術,是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上,利用計算機技術將仿真技術與虛擬現實技術相結合,是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術以構建全系統統一的完整的虛擬環境為典型特征,并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統,更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構建的環境中相互作用,以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征,可以滿足現代教育的發展需求[1]。

三 課程教學的若干問題及改革研究

對于理論教學環節,首先是教學內容陳舊。當前大中專院校所用的教材內容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內容的深淺不同,體系結構基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應用中已經被淘汰,真正是學的沒用,用的沒學。現在的學生在學習中,非常關注所學知識的實用性,如果不能學以致用,就影響到學習興趣和學習積極性。因而在課程教學中要及時更新教學內容,講解傳統芯片的同時多介紹一些現在普遍使用的芯片,當然也要根據學生學習程度,最大可能激發學生的興趣[3]。

其次是教學方法。常用的教學方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導法。根據課程的特點和教學要求,不能一成不變的套用傳統的教學方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學方法。筆者在教學中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統的教學方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應用,這是本課程用的最多的一種方法。在數字電路課程中有很多芯片的實際應用,有些是針對某部分內容的很典型的例子,這些例子對于學生理解和掌握此部分知識非常有用。任務驅動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學生對該節課所學知識從理論到應用有了一個全方位的認識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學方法,也是計算機專業課程特有的一種教學方法,對提升教學效果有顯著作用。

再次是教學手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結合計算機專業特點引入現代化教育技術和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應用。

對于實驗教學環節,首先是實驗設備簡陋。很多高校數字電路實驗設備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數字電路芯片搭建的實驗,學生只能按實驗教材設計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學生把實驗課當完成任務,實驗環節沒有促進教學,相反影響了教學效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學方法與實際應用的要求嚴重脫節。其次在實驗教學過程中,由于實驗設備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導致學生實驗中,出現一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結果,結果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當然激發不了學生的興趣,相反還會阻礙他們進一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學生的設計能力和綜合應用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設計集成電路,綜合應用各種芯片,完成所有的數字電路實驗[4]。在教學實施中,根據學生情況分驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學目標。

四 計算機虛擬仿真技術在課程教學中的應用

1 課堂教學中的應用

在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應用時,可以現場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應用。這樣,教學過程是由原理到應用,由簡單到復雜,由抽象到現實,循序漸進地完成理論知識的學習。數字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:

(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發射極電流從發射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發射極和集電極倒置狀態。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導致Q2、Q5導通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:

2 實驗教學中的應用

大學生需要有獨立的設計能力和對電子器件的綜合應用能力,這就決定了本課程的實驗體系應該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎上必須開設有創造性的設計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設計性實驗和綜合性實驗的設備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當的電路可做出多種不同的應用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內容,要求驗證性實驗必須都完成,設計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學生利用仿真軟件選做的數字電子鐘邏輯電路的設計實例。

要求用中、小規模集成電路設計一臺能顯示日、時、分秒的數字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數碼顯示管,三極管、開關若干。

提示設計方案,包括數字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現細節,學生依據電路框圖和提示信息設計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環境中用仿真電路實現。下面給出數字電子鐘的電路框圖。

篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術在課程實驗中的重要作用。不但節省很多設備購置費用,不受地點和環境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應用呢?

五 總結

論文對數字電子技術課程教學提出很多問題,在實際的教學實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術引入教學中,采用現代化教育手段進行課程改革。課堂教學提出了很多適合本課程并行之有效的教學方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學生的理解。實驗教學也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設。在本文的研究基礎上,可將虛擬仿真技術推廣應用到所有電子技術課程教學中,引發電子技術課程改革的新局面。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：時間數字轉換；環形門延時鏈；現場可編程門陣列；集成電路設計

Design of Digital TDC Circuit Based on the Gate Time Delay

LI Da-peng1, XU Dong-ming1 , CHEN Wen-xuan2

（1.Xi‘an University of Posts and Telcommunications Xi‘an 710061,China;

2.Xi‘an Supermicro Electronics Co., LTD Xi‘an 710061,China）

Abstract: In order to improve the measuring range of the TDC circuit and its resolution ,to ensure that the measuring results are correct and effective ,this paper puts forward a kind of digital TDC circuit design method. It can reduce the circuit scale and can be easily ported to other systems. This paper uses the language of Veriolg HDL to design the circuit in RTL level and passes the timing simulation and FPGA verification at last. It achieves the requirements of wide range and high precision by using the gate time delay method and reduce the logic resources consumption. The count results are correct and stable.

Key words: TDC; RDL; FPGA; IC design 1引言

時間數字轉換（TDC）技術在航空航天、測距、計量、測量等領域中有著重要的地位和廣泛的應用。現有的時間數字轉換電路可分為模擬、數字和數模混合三個類別。基于模擬技術實現的TDC電路暴露出了其工作不穩定、易受外界噪聲、溫度和電壓干擾等缺點，導致其測量結果出現較大的誤差，不適用于大量程高精度的測量[6]，限制了這種技術的發展。隨著數字集成電路技術和CMOS工藝的快速發展，數字技術實現的TDC電路具有工藝簡單、造價低、可移植性好、工作穩定、電路面積小等優點，很好地解決了上述問題，有效地提高了測量精度，擴大了測量范圍。本文提出一種基于門延時線的全數字TDC電路的設計方案，并通過ModelSim SE 6.2b軟件和FPGA芯片對該設計進行時序仿真和硬件測試驗證，介紹了該方案的詳細設計過程。

2TDC測量原理

TDC是時間測量的基本手段和常用技術，其測量原理是將攜帶時間信息的模擬信號轉換為數字信號，從而完成時間信息的測量。數字TDC電路是以信號通過內部門電路的傳播延遲來進行高精度時間間隔[4]測量的。換句話說，就是它計算了在一定的時間間隔內START測量信號在延時單元中通過反相器的個數，利用信號通過邏輯門的絕對時間延遲來精確量化時間間隔。圖1顯示了這種TDC測量時間的主要構架。

TDC測量的時序如圖2所示：當系統初始化結束后、START信號有效時，啟動精細計數器單元和粗值計數器單元，開始計數，此時鎖存器單元不鎖存數據。當STOP通道接收到了STOP信號，STOP通道里面的寄存器就會記錄下STOP信號進入TDC時START信號經過反相器的個數。鎖存器里保存的數據將作為精細計數部分的結果。START信號和STOP信號之間的參考時鐘有效沿的個數將作為粗值計數器的結果，表示START信號在環形延時線中所走過的圈數。由兩個計數結果和單個非門的延遲時間可計算出一次測量的時間間隔。這個測量結果往往存在較大的誤差，通常的處理方法是通過對TDC電路的校準來補償由溫度和電壓變化而引起的誤差。校準是通過測量一個和兩個參考時鐘的時鐘周期完成的。經校準后的測量結果如表達式（1）所示：T=Tref（Cc+（Fc1+Fc2））/（Cal2-Cal1） （1）。式中Tref為參考時鐘的時鐘周期，Cc為兩次測量之間看考時鐘的周期數，Fc1為START信號到相鄰參考時鐘上升沿的間隔時間，Fc2為STOP信號到相鄰參考時鐘上升沿的間隔時間，Cal2為兩個校準時鐘的時鐘周期，Cal1為一個校準時鐘的時鐘周期。

3整體電路設計

目前，實現TDC的技術有時間放大、游標卡尺、電流積分等多種技術，基于延時線的TDC技術[5]利用的是精細計數與基于時鐘的粗計數相結合的測量組合技術，測量精度可達到單個門的延時。

該TDC電路的原理如圖3所示。該圖包含了圖1的前三部分。該電路由環形門延時電路、鎖存器及異或電路和編碼器電路組成。

3.1 環形門延時電路

環形門延時電路[3]就是一個環形的延時線，它的功能是記錄START信號在該電路中的位置。傳統的線形延時線只適合小量程的測量，而對于大量程高精度的測量來說，線形延時電路所需的門電路的數量增大，導致電路規模龐大，測量結果不準確。將電路的首尾相接組成環路，利用環形延時的方式控制了電路的規模。該電路的第一個反相延遲采用的是二輸入的與非門，其中的一個端口與環形延時電路最后一個非門的輸出端相接，另一端接START信號，這樣處理可以讓START信號對整個測量進行很好的控制。當初始化結束后，START信號到來時，開始測量。START信號在環形延時線中進行延遲傳輸，由于偶數個非門的輸出端口再接一個反相器，這樣環形延時電路最后的輸出端可進行并行延時輸出，將結果寫入鎖存器及異或電路的寄存器當中，記錄START信號走過的位置信息和走過的非門個數。當STOP信號到來時，START信號到達的非門的輸出會與START信號同相，完成了START信號在該電路中的延遲傳輸。

3.2 鎖存器及異或電路

鎖存器及異或電路的功能是鎖定START信號在環形門延時電路中所到達的位置和走過的非門個數，并將鎖存器記錄的信息送給異或門組電路進行處理，將異或門電路的輸出信息送給下面的編碼器電路。鎖存器使用的觸發信號與停止信號相同，即STOP信號，這樣處理保證了鎖存器的工作與時間測量是同步進行的。

常用的鎖存器電路如圖4所示，它使用了一系列D觸發器，同時使用同一個STOP信號作為驅動信號，而本部分電路定義和使用了一個總線結構的存儲器來鎖定START信號的位置和記錄相關信息，這樣做減少了D觸發器單元的使用，避免初始化過程和測量過程中出現意外的結果，提高了測量的準確性。

3.3 編碼器電路

編碼器電路的功能是對鎖存器及異或電路的輸出進行編碼。在前一部分電路中，START信號到達的那個非門所對應的異或門的輸出為1，其它的異或門的輸出都為0，這樣可用一個編碼器電路對異或門組電路的輸出信號進行編碼，通過編碼器輸出的編碼可以快速準確地確定START信號所到達的位置和在環形門延時電路中走過非門的個數。同時，編碼器電路的編碼結果將作為精細計數的結果，也作為總計數值的低位輸出值。

3.4 粗計數器電路

粗計數器電路的功能是對START信號之后的參考時鐘進行計數，STOP信號也是其停止信號，使用鎖存器及異或電路的部分存儲單元記錄計數的結果，保證計數器輸出的準確性。該電路的輸出作為總計數值的高位，與編碼器的編碼結果即低位輸出值和起來即為總計數值，將得到的總計數值與單個非門的延遲時間相乘，經校準后得到最后的測量結果，這樣就完成了一次TDC的時間測量。

4仿真驗證

本設計采用Verilog HDL語言對TDC電路進行了RTL級的描述[1]，用ModelSim SE 6.2b對設計進行了仿真，經過FPGA驗證[2]后，各功能都得到正確的實現。圖5給出了TDC電路部分RTL級仿真波形。經過FPGA驗證，測量范圍可達到1.2μs，測量精度可達到60ps。

5結束語

本文結合目前TDC測量電路的設計方法，詳細地提出了一種大量程高精度數字TDC電路的設計方法。該方法巧妙地運用調用模塊和使用總線結構的思想，快速準確地實現了數字TDC電路的測量。隨著TDC電路的不斷發展和完善，如何實現大量程和高精度的準確測量成為今后發展的趨向。本文在詳細設計的基礎上，給出了時序仿真波形，經過驗證，滿足設計要求。

參考文獻

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作者簡介

李大鵬，碩士生，通信專用集成電路與系統設計；

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關鍵詞：數字；集成電路；構成；系統；測試技術

高新技術的快速發展，帶來的是產品質量的提升和成本的降低。對于現階段的工作而言，測試的具體流程、測試的具體方法，都對產品的質量和成本產生了較大的影響。數字集成電路系統作為現階段的主流系統，其基本的構成涉及功能的實現，其測試技術的進步涉及產品的質量和生產效率。為此，在分析數字集成電路系統的過程中，需要在不同的模塊，投入相應的時間和精力，完成系統的階段性進步。在此，本文主要對數字集成電路系統的基本構成與測試技術展開討論。

1數字集成電路系統基本構成

數字集成電路系統在目前的應用是比較廣泛的，其在很多方面都具有較大的積極作用。隨著時間的推移，現有的數字集成電路系統，集合了過去的很多優點，在多方面均表現出了較大的積極作用。從構成來看，數字集成電路系統主要是將元器件以及連線，有效地集成于同一個半導體的芯片之上，從而完成的數字邏輯電路或者系統。在劃分數字集成電路系統的過程中，可根據數字集成電路中，包含的具體門電路、具體的器件數量，劃分為小規模的集成電路、中規模的集成電路、大規模的集成電路等。

數字集成電路系統在組成方面主要包括2個內容，分別為組合邏輯和寄存器（觸發器）。組合邏輯經過分析后，發現其是由基本門組成的一系列函數，在輸出的工作中，僅僅與當前的輸入具有密切的關聯。倘若表現為組合邏輯，那么在運行的過程中，就只能完成邏輯的運算。在時序電路方面，除了包含基本門之外，還包含存儲元件用例，保存過去的信息。因此，時序電路的穩態輸出，不僅僅與當前的輸入具有密切的關系，同時還與過去的輸入所形成的狀態具有比較密切的關系。在時序電路方面，其在有效完成邏輯運算的同時，還可以將具體的處理結果進行暫時的存儲，以此對下一次的運算提供便利。

2數字集成電路系統測試技術

對于數字集成電路系統而言，其在目前的發展中，除了基本構成不斷豐富外，測試技術也在很大程度上取得了提升。目前，數字集成電路系統的測試技術廣泛應用于各個領域，不僅獲得了較多的數據和資料，同時在多方面實現了數字系統本身的進步。

2.1功能測試

在數字集成電路系統的測試技術當中，功能測試是比較重要的組成部分，其在很多方面都具有較大的積極作用。從客觀的角度來分析，功能測試的實施，其目的在于驗證電路的設計和使用是否完成了預期的效果。功能測試在開展時，其基本過程如下：（1）從輸入端施加若干的激勵信號，也就是常說的測試圖形。（2）在操作當中，需要按照電路規定的具體頻率，有效地施加到被測試的器件當中，這一操作需要仔細進行，避免出現任何形式上的紕漏。（3）要根據兩者的相同情況、差異情況等，對具體的數據和信息進行分析，以此來更好地判定電路功能是否達到了正常的狀態。

測試圖形在應用過程中是檢驗器件功能的重要途徑，獲得了業內的高度認可。從理論上來分析，一個比較好的測試圖形，本身所具有的特點是非常突出的：（1）測試圖形必須具有較高的故障覆蓋率，這樣才能更好地測試不同類型的故障。（2）測試圖形必須具有較短的測試時間。以往的測試花費大量的精力和時間，得到的結果卻不精確。因此，針對測試圖形的測試時間，要求是比較嚴格的。（3）測試圖形必須針對被測器件的故障、工藝缺陷進行檢測，提高被測器件的功能測試準確度。

由此可見，在功能測試過程中，測試電路的具體質量，會與測試矢量的精度具有比較密切的關系。例如，組合電路測試生成算法，其主要包括窮舉法、代數法等等。可根據實際的需求，選擇合理的方法來完成。

2.2直流參數的測試

數字集成電路系統的測試技術還能夠針對較多的重要指標，完成相應的測試工作。直流參數的測試是目前比較關注的問題。從測試技術的角度來分析，直流測試是用來確定器件點參數的穩態，確保器件可以更加穩定的運行。從方法上來分析，直流參數的測試方法比較多樣化，目前常用的包括接觸測試、漏電電流測試、轉換電平測試等。

接觸測試在應用過程中，雖然操作比較簡單，但需要在細節上有所把握。例如，該測試在具體的應用當中，需要充分的保證測試的接口與器件可以正常的連接。同時，在測量輸入和輸出方面，應根據管腳保護二極管的具體壓降情況，觀察連接性是否達到了標準的要求。如果要求未滿足，則要重新連接。

漏電測試是一種比較特殊的測試方法，其在應用過程中表現出了很大的優異性。在實際的工作當中，漏電流的出現，主要是由于器件內部和輸入管腳之間出現了問題，多數情況下，二者的絕緣氧化膜在生產過程中，表現為特別薄的狀態，進而引起了類似短路的情況。最終，導致電流通過，形成漏電流。漏電測試的方法會針對該項參數的具體測試，以此來更好地對器件輸入、輸出的負載特性進行較好的分析，實現從源頭測試。

轉換電平測試在目前的應用中，隸屬于針對性較強的一類測試方法。轉換電平測試在應用當中，會通過反復的運行功能測試的方法，針對導致功能測試失效的臨界電壓值進行測試和分析，確定轉換電平。從技術上來分析，轉換電平測試的應用，在很多方面都充分反映了器件抗噪聲的能力水平，是一項非常重要的測試技術。

2.3交流參數的測試

數字集成電路系統在現階段的研究中，獲得了很多的積極成果，將成果廣泛應用，實現了測試技術的較大提升。交流參數的測試，是數字集成電路系統測試技術的重點表現，其在很多方面都是非常重要的一項指標。

從具體的測試層面來分析，交流參數的測試工作主要是測量器件晶體管轉換狀態時所表現出的時序關系。執行該項測試的目的在于，確保器件能夠在規定的時間內發生正常的狀態轉換。操作過程中，比較常用的交流測試方法、包括傳輸延時測試的方法、建立和保持時間測試的方法等。

3測試技術的應用

數字集成電路系統在基本構成獲得不斷的深化后，測試技術也獲得了較大的提升。二者互相輔助造成了良性循環，并且創造出了較大的價值。相對而言，測試技術在獲得了深化后，應在具體的應用上作出足夠的努力，僅僅在理論上進行研究，并不能創造太多的價值。我國目前對技術的研究是非常重視的，很多工作都達到了較為重要的階段。數字集成電路系統測試技術作為影響多領域發展的重點技術，必須得到廣泛的應用。

例如，現在使用的泰瑞達（Teradyne）公司生產的J750，HILEVEL生產的ETS770。這些都是非常先進的半導體自動測試系統。其中泰瑞達可為半導體電路提供測試解決方案，它擁有模擬、混合信號、存儲器及VLSI器件測試所有領域的測試設備。并且該機器是低成本高性能并行測試機，采用windows操作系統，人機界面友好、簡單；基于板卡的硬件架構，維護性好；配上MSO，基本能滿足SoC的測試需求，有著較高的測試性價比。而HILEVEL生產的ETS770的優點是器件可以通過測試小板很方便地與測試系統相連，并且可以實現對芯片進行快速的邏輯功能驗證，測試編程界面全為窗口式，快速簡捷，易于掌握。總之，每個測試系統都有各自的硬件配置和程序開發環境，需要測試工程師根據每個測試器件的邏輯結構和電特性制定合理的測試流程，最大限度地發揮每個測試系統的資源優勢。

由此可見，數字集成電路系統測試技術在應用層面，表現出了較大的積極作用，總體上創造出的價值是非常值得肯定的。今后，應該在多方面針對數字集成電路系統的基本構成，針對測試技術，開展深入的研究。一方面要不斷地健全數字集成電路系統的基本組成，豐富內容；另7y面需健全測試技術體系，從多個方面來提高技術的功能性和可操作性。

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一、元數據自動采集需求分析

元數據是描述文件背景、內容、結構及其整個管理過程的數據。不同于傳統意義上的著錄,元數據內涵更豐富,功能更全面,要求更嚴格,不可能由檔案管理人員在文件歸檔后進行著錄,更不可能由形成機構文件管理人員或業務人員手工錄入。元數據需要全程規劃,需要嵌入系統,需要實時自動采集,需要真實、動態地再現電子文件管理的背景信息及過程信息。實現元數據自動采集,是元數據自身管理的要求,也是形成機構實際業務的需求。

(1)元數據管理要求

國際標準《信息與文獻電子辦公環境中文件管理原則與功能要求》(ISO 16175 1-3)一再強調,文件管理元數據(metadata)包括“識別、認證文件和文件背景關聯等信息以及生成、管理、維護和使用文件的人員、流程和系統的信息,文件管理政策”。只有伴有界定了關鍵特征元數據的文件才是真實有效的文件,這些特征必須被清晰地記錄下來。元數據在文件捕獲點上對文件進行詳細說明,固化文件與其業務背景的關聯,對文件實施管理控制。在整個生命周期中,新的元數據不斷伴隨業務的開展、提供利用而持續增加,以長期保證真實性、完整性、可靠性、可用性,使得對文件的管理成為可能。

在電子文件管理系統中必須實現元數據的有效管理。電子文件管理系統(ERMS)作為專門用于對文件的維護和處置予以管理的系統,具有如下屬性:在背景中生成文件;管理和維護文件;依據要求的時間長度維護文件;文件管理元數據要可以設定。

作為描述文件背景、內容、結構及其整個管理過程的數據,元數據最大的特征是動態性,動態地再現文件生成、流轉、管理的全過程,在整個生命周期中為電子文件(包括由此轉化而成的電子檔案)的真實、完整、可靠、可用保駕護航。元數據的重要價值在于還原文件的背景信息,反映其所生成的政策法規和技術環境,顯示與其他文件以及業務行為責任者等的各種關系,克服電子文件虛擬存在的局限。可見,元數據記錄和反映的這些錯綜復雜、動態變化的信息已經無法僅僅依靠手工進行記錄,必須嵌入系統,由系統自動判斷、計算與識別,實現系統自動采集元數據是元數據自身管理的要求。

(2)機構業務需求

電子文件的特點決定了對元數據的采集必須前置,由前端形成機構伴隨業務活動的開展和其間文件的形成進行采集與管理。《文書類電子文件元數據方案》(以下簡稱《元數據方案》)給出了88項元數據元素,其中80%需要形成機構進行采集,而且過程性元數據需要反復著錄,側重記錄電子文件生成的技術環境與業務過程信息,所涉問題難度大且較復雜。特別是《元數據方案》中規定的一些元數據項存在“宏觀”或“籠統”的情況,比如元數據中“日期”項,如不結合文件生成、運轉、處置的流程予以細化,則無法確定采集節點和采集方式;僅從文件生成流程來看,面臨著起草、會商、審核、簽發等諸多“日期”,哪些日期最為關鍵、哪些應作為元數據予以采集、在文件生命周期中是否重復元數據以及如何采集等,都需要結合機構業務流程和相關規范深入研究,并實施精細化管理。對文件形成機構(即業務機構)而言,因為元數據管理而徒增繁重手工著錄工作量,造成人力物力財力的巨大浪費,進而影響機構工作效率與績效。需要指出的是,元數據并不是獨立的,而是與機構自身電子文件管理基礎密不可分。沒有科學的電子文件、檔案一體化全程管理流程,沒有完備的電子文件元數據管理功能要求,便無法構建完善的元數據管理方案。因此,本文的研究內容是綜合性的,從狹義來講是電子公文元數據自動采集方案;從廣義來講是機構電子文件管理方案。

二、元數據自動采集原則

(1)基于檔案管理的基本原則

1.來源原則。元數據采集雖然通過對電子文件信息加以采集、提煉、分析和組織,揭示文件、檔案的內容及其產生規律,但是仍然以尊重檔案的本質屬性和規律為前提,在采集時注重體現電子文件來源,使機構中同一來源的電子文件通過元數據采集得到集中反映,使元數據與檔案的來源相聯系,以此通過元數據揭示同一來源的檔案、文件之間的各種聯系,為檔案、文件的理解與利用提供來源方面的背景信息。

2.有機聯系原則。有機聯系原則也是檔案管理的基本原則,是指系統中文件及組成系統的諸要素之間需保持時空上的相互聯系。由于電子文件是以二進制代碼的形式分散存在于計算機之中,因此保持文件之間的有機聯系顯得尤為重要,而要保持這種有機聯系,必須依賴于元數據。以此原則為導向的元數據采集實質上就是電子文件信息的系統化增值過程,其目的是把分散的文件信息轉化為互相聯系、系統的信息流,形成！更高級的信息產品,滿足用戶的特定利用需求。通過元數據采集與管理過程,使大量文件特征信息加以系統化和組織化,有效控制檔案、文件信息揭示的數量和質量,克服檔案、文件查詢和利用的困難,提高檢索效率,節省查詢成本和精力耗費,實現價值增益。

篇10

關鍵詞：計算機專業 課程進度 數字電路與設計

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.132

“數字電路與邏輯設計”是電氣信息類專業一門重要的專業基礎課。該課程是后續專業基礎課和專業課的先修課程和基礎，是學生開展課外科技創新活動的必備知識，是解決工程實際問題的重要理論和方法，結合目前的實際情況，對數字電路與邏輯設計教學進行改革。

1 數字電路與邏輯設計的本質

數字電路與邏輯設計是計算機科學與技術必修的一門重要課程。該課程中介紹了與數字系統相關的知識，體系等。設置這門課程的重要性在于讓學生能夠更好地了解數字計算機和其他系統的基本邏輯電路，能夠熟練運用課程中所學到的知識并在實際操作中對案例進行分析，客觀地提出要求。

通過這門課程的系統學習，可以加強同學的邏輯思維能力，落實到具體工作中，可以解決具體問題，可以對系統硬件進行檢測，并有一定的創新能力。數字電路課程教學之所以進行改革是為了提高學生對計算機硬件設施的了解，為日后的學習做鋪墊。我們從計算機科學的角度劃分，可以把其課程分為：分析電路，數字電路與邏輯設計，微機原理等。從這些課程不難看出，數字電路與邏輯設計起的是承上啟下的作用。

2 電子技術的廣泛應用加快了數字電路的發展

現階段，是科技的時代，電子技術已經應用廣泛，電子元素是計算機和電路不可缺少的構成元素。國民經濟和國防各領域的逐漸滲透，使得數字電子技術在相關專業的地位越來越重要。通過探討，認為要對以前的教程進行革新，減少理論性過強的內容，著重掌握數字集成電路器的特性與實際運用，將重點放在學生的實際操作上面。

此外要加強創新能力的培養，引導學生們多進行課外實踐活動，讓學生們把課堂上所學的知識用于實踐，這樣讓學生們在實踐中總結理論知識，有利于學生們知識的全面掌握。多媒體技術可以形象并明了地展示復雜的圖表，便于老師課堂上的教學，還方便了學生們觀看和理解。更重要的一點是，它節約了課堂信息量，增加了課堂上的教學內容。以培養學生創新精神和實踐能力為主線，堅持“三個結合”，實現“二個轉變”，達到“一個提高”。堅持實踐內容與理論知識相結合，創新實驗與科學研究相結合，課堂教學與課外實驗相結合；實現由基礎驗證性實驗向綜合設計性實驗轉變，由傳統型實驗向創新型實驗轉變；達到學生實踐能力和創新精神的提高。提高教學的工作環境，利于開展實踐教學，從而有利于人才的培養和教學質量的提高。圍繞實踐這個中心，增加新的教學內容，根據電子信息技術的專業特點，制定科學的實驗課程，在內容中多以實驗為主，增加教學模板，提高教學方法，總結出一套科學性、系統性的教學體系。

3 數字電路教學的改革方向

由于數字電路與邏輯設計的實踐性很強，所以，在實際的教學改革中要做到周全考慮，針對各項內容都要做出調整。還需要注意的是，做到書本上所學的知識配套進行實踐。理論結合實際，多結合實際情況進行訓練。其內容包括：工具運用能力，繪制電路，電路分析能力，項目綜合能力等。

3.1 課程體系的調整

為了更好地適應電子科學技術的發展，要優化課程結構的總體要求出發，進行模塊化的設計，使數字電路與邏輯課程內容體系具有系統性，科學性，先進性等。

數字電路與邏輯設計基礎從課程內容上被分為兩大塊。數字電路介紹了數字系統的組成，數字信號的特點等；在內容上先邏輯電路，邏輯部件，先單元電路后系統電路等等。數字電路多以理論為重點，在講解中多涉及外部邏輯功能。數字電路部分多以運用為主。這樣的課程組合可以讓學生對數字電路更加了解。

3.2 教學內容的調整

數字電路與邏輯設計的課程很多，為了讓學生在有限的實踐內把課程學好，要求教師掌握基本理論的同時有效地組織課程教學。在介紹運用時，要根據其不同的側重點進行分析。實驗教學從隨堂實驗到改革教學后進行獨立實驗，這其中包括驗證性實驗等。

通過有效的組織，可以增加學生們的實踐操作，調動學生們的積極性，從而有助于知識能力的提高。

3.3 加大實踐的內容與次數

數字電路與邏輯設計在教學中需要增加實踐內容，這有利于課程的安排，更提高了學生們的動手能力。在實踐中發揮良好的教學效果，要合理地拆分實踐內容：①基本實驗；②設計實驗。我們來了解一下這兩種實驗的概念：基本實驗室使用電子儀器的能力；而設計實驗則是為了實現邏輯功能，而采用的是數字系統。在設計實驗中鼓勵學生自擬實驗的項目，并將課外活動結合進來，使學生的思維更加廣闊。

目前的電子大賽就是為高校的改革服務，它是結合了電子信息的專業內容，這種比賽在教學改革中起到了引導的作用。這十多年來，在全國開展了很多電子計算機的競賽，這些競賽對高校體系改革幫助十分明顯，它有助于有才能的年輕人展示自己的能力與專業水平。在電子竟賽出題中增大數字電路EDA的內容可以引導高校建設EDA的實驗室，例如：SOPC（系統集成芯片）是我國“十一五”制定的重大專項，目前全國已在12個高校中成立了集成電路人才培養基地。

4 結語

現階段是電子化的時代，科學的進步帶動了電子技術的廣泛應用。大量的可編程器件被采用，這使得傳統的數字邏輯方法明顯變化。計算機的應用范圍越來越高，使得人們對計算機的認識逐漸深刻，計算機的設計理念開始突破原有的范圍。數字電路與邏輯設計在各種現代技術的合力推動之下，得到了明顯的提升，可以做到使學生緊跟在市場的前沿。所以，數字電路和邏輯設計的改革加快了這門科學的發展，提高了學生們解決實際問題的能力，給學生們的就業和發展打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]李曉輝.數字電路與邏輯設計[J].

[2]曹魏，徐東風.計算機教育[J].