电路设计的一般步骤范文

导语：如何才能写好一篇电路设计的一般步骤，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：集成电路设计企业；成本核算

中图分类号：F23 文献标识码：A

收录日期：2015年8月30日

一、前言

集成电路的整个产业链包括三大部分，即集成电路设计、生产制造和封装及测试。由于集成电路行业在我国起步晚，目前最尖端的集成电路企业几乎全被外资垄断，因此国家从改革开放以来，逐年加大集成电路产业的投入。近年来，我国的集成电路企业飞速发展，规模逐年扩大。根据中国半导体行业协会统计，2015年第一季度中国集成电路产业销售额为685.5亿元。其中，IC设计销售额为225.1亿元，生产制造业销售额为184.9亿元，封装测试销售额为275.5亿元。作为集成电路产业的IC设计得到国家的大力鼓励发展，以期望由IC设计带动整个中国的集成电路产业。我国的集成电路企业主要分布在长三角、珠三角、京津地区和西部的重庆、西安和武汉等。其中，长三角地区集中了全国约55%的集成电路制造企业、80%的集成电路封装测试企业和近50%的集成电路设计企业，该区域已经形成了包括集成电路的研发、设计、芯片制造、封装测试及其相关配套支撑等在内的完整产业链条。

集成电路行业是一个高投入、高产出和高风险的行业，动辄几十亿元甚至几百亿元的投入才能建成一条完整的生产线。国务院在2000年就开始下发文件鼓励软件和集成电路企业发展，从政策法规方面，鼓励资金、人才等资源向集成电路企业倾斜；2010年和2012年更是联合国家税务总局下发文件对集成电路企业进行税收优惠激励，2013年国家发改委等五部门联合下发了发改高技[2013]234号文，凡是符合认定的集成电路设计的企业均可以享受10%的所得税优惠政策。因此，对于这样一个高投入、高技术、高速发展的产业，国家又大力支持的产业，做好成本核算是非常必要的。长期以来，集成电路设计企业由于行业面较窄，又属于高投入、复杂程度不断提高的行业，成本核算一直没有一个明确的核算方法。

二、集成电路设计生产流程

集成电路设计企业是一个新型行业的研发设计企业，跟常规企业的工作流程有很大区别，如下图1。（图1）集成电路设计企业在收到客户的产品设计要求后，根据产品需求进行IC设计和绘图，设计过程中需要选择相应的晶圆材料，以便满足设计需求。设计完成后需要把设计图纸制造成光刻掩膜版作为芯片生产的母版，在IC生产环节，通过光刻掩膜版在晶圆上生产出所设计的芯片产品。生产完成后进入下一环节封装，由专业的封装企业对所生产的芯片进行封装，然后测试相关芯片产品的参数和性能是否达到设计要求，初步测试完成后，把芯片产品返回集成电路设计企业，由设计企业按照相关标准进行出厂前的测试和检验，最后合格的芯片将会发给客户。

对于集成电路设计企业来说，整个集成电路生产流程都需要全方位介入，每个环节都要跟踪，以便设计的产品能符合要求，一旦一个环节出了问题，例如合格率下降、封装不符合要求等，设计的芯片可能要全部报废，无法返工处理，这将会对集成电路设计企业带来很大损失。

三、成本核算方法比较

传统企业的成本核算方法一般有下面几种：

（一）品种法：核算产品成本的品种法是以产品的品种为成本计算对象，归集费用，计算产品成本的一种方法。品种法一般适用于大量大批单步骤生产类型的企业，如发电、采掘等企业。在这种类型的企业中，由于产品的工艺流程不能间断，没有必要也不可能划分生产步骤计算产品成本，只能以产品品种作为成本计算对象。

品种法除广泛应用于单步骤生产类型的企业外，对于大量大批多步骤生产类型的企业或者车间，如果其生产规模小，或者按流水线组织生产，或者从原材料投入到产品产出的全过程是集中封闭式的生产，管理上不要求按照生产步骤计算产品成本，也可以采用品种法计算成本，如小型水泥厂、砖瓦厂、化肥厂、铸造厂和小型造纸厂等。

按照产品品种计算成本，是产品成本计算最基础、最一般的要求。不论什么组织方式的制造企业，不论什么生产类型的产品，也不论成本管理要求如何，最终都必须按照产品品种计算出产品成本。因此，品种法是最基本的成本计算方法。

（二）分批法：分批法亦称订单法，它是以产品的批别（或订单）为计算对象归集费用并计算产品成本法的一种方法。分批法一般适用于单件小批生产类型的企业，如船舶、重型机械制造企业以及精密仪器、专用设备生产企业。对于新产品的试制，工业性修理作业和辅助生产的工具模具制造等，也可以采用分批法计算成本。在单件小批生产类型企业中，通常根据用户的订单组织产品生产，生产何种产品，每批产品的批量大小以及完工时间，均要根据需求单位加以确定。同时，也要考虑订单的具体情况，并结合企业的生产负荷程度合理组织产品的批次及批量。

（三）分步法：分布法是以产品的品种及其所经过的生产步骤作为成本计算对象，归集生产费用，计算各种产品成本及其各步骤成本的一种方法。分布法主要适用于大量大批复杂生产的企业，如纺织、冶金、造纸等大批量、多步骤生产类型的企业。例如，钢铁企业可分为炼铁、炼钢、轧钢等生产步骤。在这种企业里，其生产过程是由若干个在技术上可以间断的生产步骤组成的，每个生产步骤除了生产出半成品（最后步骤为产品）外，还有一些处于加工阶段的在产品。已经生产出来的半成品及可以用于下一生产步骤的再加工，也可以对外销售。

（四）作业成本法：作业成本法是一个以作业为基础的管理信息系统。它以作业为中心，作业的划分从产品设计开始，到物料供应；从工艺流程的各个环节、总装、质检到发运销售全过程，通过对作业及作业成本的确认计量，最终计算出相对准确的产品成本。同时，经过对所有与产品相关联作业的跟踪，消除不增值作业，优化作业链和价值链，增加需求者价值，提供有用信息，促进最大限度的节约，提高决策、计划、控制能力，以最终达到提高企业竞争力和获利能力，增加企业价值的目的。

由于集成电路设计企业的特殊生产工艺流程，集成电路设计企业的主要生产和封装、测试都是在第三方厂家进行，分批法、分步法和作业成本法都不太适合作为集成电路设计企业的成本核算方法，所以品种法将作为集成电路设计企业的基础成本核算方法。

四、IC产品的品种法

品种法作为一种传统的成本核算方法，在集成电路设计企业里是十分实用的。由于集成电路设计企业的生产流程比较特殊，产品从材料到生产、封装、测试，最后回到集成电路设计企业都是在第三方厂商进行，每一个环节的成本费用无法及时掌握，IC产品又有其特殊性，每种产品在生产过程中，不仅依赖于设计图纸，而且依赖于代工的工艺水平，每个批次的合格率并不尽相同，其成品率通常只有在该种产品的所有生产批次全部回到设计企业并通过质量的合格测试入库时才能准确得出，然而设计企业的产品并不是一次性全部生产出来，一般需要若干个批次，或许几十上百个批次加工，在最后几个批次返回设计企业时，早期的许多批次产品早已经发给客户使用了，因此集成电路设计企业的按品种进行成本核算应该是有一定预期的品种法，即需要提前预估该种产品的成品率或废品率，尽量准确核算每一个IC产品的成本。

五、结语

集成电路设计是个技术发展、技术更新非常迅速的行业，IC设计企业要在这个竞争非常激烈的行业站住脚跟或者有更好的发展，就必须紧密把握市场的变化趋势，不断的进行技术创新、改进技术或工艺，及时调整市场需求的产品设计方向，持续不断的通过科学合理的成本控制手段，从技术上和成本上建立竞争优势；同时，充分利用国家对于集成电路产业的优惠政策，特别是对集成电路设计企业的优惠政策，加大重大项目和新兴产业IC芯片应用的研发和投资力度；合理利用中国高等院校、科研院所在集成电路、电子信息领域的研究资源和技术，实现产学研相结合的发展思路，缩短项目的研发周期；通过各种途径加强企业的成本控制手段，来达到提高中国IC设计企业整体竞争实力，扩大市场份额。

主要参考文献：

[1]中国半导体行业协会.cn.

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1.1明确任务

再设计电路时，首先要明确电路需要的功能，制定详细的任务书，确定需要的单元电路，星系拟定电路的性能指标，再通过计算电压需要放大的倍数、电路中输入输出电阻的大小，绘制执行流程图，通过设计，将电路所需的成本降到最低，提高每个单元电路、参数的精度，在提高设计电路的可靠性、稳定性的前提下，尽量简化设计电路。

1.2参数计算

计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。

1.3绘制电路图

电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。

2几种典型单元电路的设计方法

电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。

2.1对于线性集成运放组成的稳压电源的设计

稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。

2.2单元电路之间的级联设计

单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。

2.3对于运算放大器电路的设计

运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。

3结束语

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【关键词】逻辑转换仪；组合逻辑电路；化简；变换

【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

组合逻辑电路设计作为数字电路的重要组成部分，不仅是对所学过的组合逻辑电路图、真值表和逻辑函数表达式的巩固和应用，而且是后续课程学习的重要基础。然而笔者在以往数字电路的教学工程中发现，学生对组合逻辑电路的设计学习掌握比较困难，究其原因是在组合逻辑电路设计过程中，逻辑函数化简和变换环节成了学生掌握该重要知识点的拦路虎。

通过笔者十余年的教学实践证明，将Logic Converter应用于组合逻辑电路设计的教学过程中，不但可使其变得方便、简洁，而且大大提高了学生的学习兴趣，巩固了课程教学效果，为后续课程的学习进一步奠定了基础。

1 Logic Converter

Logic Converter（逻辑转换仪）是仿真工具软件Multisim特有的虚拟仪器之一，不仅在现实中没有这种仪器，而且在当前其他的仿真软件中也没有，可谓名副其实的虚拟仪器。但它可以非常方便的实现逻辑电路、真值表和逻辑函数表达式的相互转换。Logic Converter在Multisim软件中的图标和双击鼠标后的面板如图1所示。

图1所示Logic Converter面板共分为4个分区，最上面的A～H为8个输入端，如逻辑变量需要3个，需用鼠标左键点击A、B、C 3个对应输入端即可；中间左边空白区为显示区，共分3个显示栏，左边显示输入变量取值所对应的个数，中间显示输入变量的各种二进制取值的组合，右边显示逻辑函数输出对应的逻辑值；右边的Conversions区为逻辑转换区，通过点击鼠标左键方便的实现逻辑电路、真值表和逻辑函数表达式等功能的相互转换；最下面空白长条区为逻辑函数表达栏，用于逻辑函数表达式的显示或输入。

2 组合逻辑电路设计

组合逻辑电路设计是指根据提出的逻辑功能要求，设计出一个最佳的逻辑电路去满足该逻辑要求的过程。组合逻辑电路的一般设计步骤如图2所示。

在图2所示的5个步骤中，逻辑函数化简和变换之所以成为学生学习组合逻辑电路设计的拦路虎，是因为逻辑函数的代数法化简，不但要求学生熟练的掌握逻辑函数的相关定律和规则，而且要有一定的技巧，特别对于化简得到的是否为最简式往往很难以确定。此时，大家都会想到卡诺图不是可以解决是否为最简式的这一问题吗？但常常是卡诺图的逻辑相邻和“画圈”使得学生望而却步。

3 基于Logic Converter组合逻辑电路设计

下面就以数字电路中常见的血型配对指示器为例，采用Logic Converter对其进行设计。问题提出：设计一个血型配对指示器。输血时供血者和受血者的血型配对情况如图3所示，即同一血型之间可以相互输血；AB型受血者可以接受任何血型的输出；O型输血者可以给任何血型的受血者输血。要求当受血者血型与供血者血型符合要求时绿指示灯亮，否则红指示灯亮。

根据提出的逻辑问题，按照图2所示的组合逻辑电路设计步骤，首先对题目进行逻辑抽象，如表1所示。

打开Multisim软件，用鼠标左键双击Logic Converter图标后，得到其面板如图4右边所示，依据血型配对的逻辑抽象，点击A、B、C、D4个输入端，其对应的16种逻辑状态随即显示出来，同时在显示区的最右边出现了16个，如图4左边所示，此时只需按周题目的逻辑要求逐一用鼠标单击所对应的逻辑状态，即完成了图2中的列真值表的过程，其结果如图4右边所示。

根据真值表写出逻辑函数表达式，只需点击Conversions区的（从真值表到表达式）按钮，这时在面板底部逻辑表达式栏将出现对应的用标准的与或式表示的逻辑函数表达式，如图5左边所示，其中表达式中的A表示逻辑变量A反变量，即为。

从所得到的逻辑表达式可看出，其为9项4个变量的与或表达式，如果借助代数法化简，不仅工作量大，而且不易得到最简式，即使采用逻辑图化简，也需要大量时间和精力去完成，而采用Logic Converter来化简该函数，同样只需只需点击Conversions区的（从真值表到简化表达式）按钮，这时在面板底部逻辑表达式栏将出现对应的用最简与或式表示的逻辑函数表达式，如图5右边所示。

最后，只需点击Conversions区的（从真值表得到逻辑电路图）按钮，这时在Multisim编辑区的左上方得到由与门、或门和非门组成的图5右边所示的用最简与或式表示的逻辑函数电路图，如图6虚线框内所示。其中输出端Y所连接的红、绿灯为后期验证所增加的。

可见，基于Logic Converter组合逻辑电路设计，只需要轻轻的点击鼠标就可将学生在学习组合逻辑电路设计的拦路虎―逻辑函数化简变得方便、高效。

4 结束语

基于Logic Converter组合逻辑电路设计，不但使其变的简单、高效、快捷，而且提高了学的学习兴趣，同时对于巩固课程教学效果，培养学生自主学习和计算机操作能力等都具有显著效果，也符合当今教学过程中借助计算机辅助教学的趋势。

【参考文献】

[1]蒋卓勤，邓玉元.Multisim2001及其在电子设计中的应用[M].西安电子科技大学出版社，2004.

[2]闵卫锋.Multisim2001在《电子技术》教学中的应用[J].杨凌职业技术学院学报，2007.

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关键词：数字逻辑；课堂教学；实验教学

作者简介：徐银霞（1979-），女，湖北武汉人，武汉工程大学计算机科学与工程学院，讲师。（湖北 武汉 430073）

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0104-02

“数字逻辑”是计算机专业一门重要的硬件基础课程，其主要目的是使学生掌握数字系统分析与设计的理论知识，熟悉各种不同规模的逻辑器件，掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字计算机或其它硬件电路分析与设计奠定基础。[1]“数字逻辑”课程教学一般采用课堂教学与实验教学相结合的方式，使得学生掌握数字电路分析与设计的一些理论知识，同时培养学生电路设计、制作与调试以及分析问题、解决问题的能力。学生的学习效果一直是教学当中的重中之重，因此如何有效利用有限的理论与实验教学时间培养学生的综合素质是一个值得探讨的问题。笔者结合多年的教学实践经验，分别对课堂教学和实验教学环节就“数字逻辑”课程的教学方法做一次探讨。

一、“数字逻辑”课程的课堂教学

课堂教学效果直接决定学生理论知识掌握的程度，也影响随后的实验及实践能否顺利进行。在课堂教学中采用任务式教学、课堂讨论、电路仿真演示以及硬件描述语言电路设计等方式进行教学，取得了满意的效果。

1.任务式教学

明确任务，使学生掌握方法，做到举一反三。教学过程中将 “数字逻辑”课程的知识点归纳整理成若干个任务。比如数字电路按逻辑功能分成组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，主要的问题是电路分析与设计两个方面。按电路规模要求重点掌握的是小规模和中规模电路，所以任务主要有小规模组合电路的分析、小规模组合电路的设计、中规模组合集成芯片、中规模组合电路分析、中规模组合电路设计；小规模时序电路分析、小规模时序电路设计、中规模时序集成芯片、中规模时序电路分析、中规模时序电路设计等等。对于每一个问题明确任务，分析解决办法，归纳一般的解答步骤及注意事项，举例证明方法的可行性。比如对于中规模组合芯片的学习，仅以数据选择器为例，引导学生上网查阅芯片资料，阅读资料找出芯片的功能表、输出表达式，逻辑图和引脚图以及典型应用。这样，学生不仅掌握了该芯片的全部知识要点，还可以掌握中规模组合集成芯片这类芯片的学习方法。此后，对于所有此类芯片学生都能够通过自行查找芯片资料来掌握，节约了课堂时间，学生也获得了自主学习的成就感。

2.增加课堂讨论

精讲多练，给予学生充分的讨论时间。为提高学习效果，在提出任务、介绍原理及方法后，布置课堂练习。学生可以一边练习一边自由讨论，已理解的同学在讨论中充当老师，可以加深印象，巩固知识；而没有理解的同学可以在讨论中积极主动地学习，同时也激发了学生后续学习的积极性，比教师反复讲解的效果好。这种方式可以避免“满堂灌”式的教学方式，活跃课堂气氛，创造学习氛围，提高学习兴趣，实践证明取得了良好的效果。

3.电路仿真演示

在数字电路分析与设计的理论教学过程中，很多学生会觉得枯燥且难以理解。借助Multisim11.0仿真软件进行数字电路的模拟和课堂演示，可以直观地显示电路的功能和时序电路的时序波形。比如在讲解中用16进制计数器74161实现12进制计数器时，其中复位法可通过置0或者异步清零两种方法使得计数器从11回0，但置0法必须在计数到1011时使得置数端为0，异步清零必须在计数器为1100时使得清零端为0才能保证计数器为12进制。如果仅用理论讲解学生比较难理解，但通过仿真演示后学生能够恍然大悟。因此仿真软件的使用可以使“数字逻辑”理论课的教学更加生动活泼，而且学生在遇到疑问时也可以通过仿真软件进行验证。学生通过直观的仿真结果，对电路的工作过程进行透彻的分析，提高了学习的兴趣和效率，促进自学能力和创新能力的提高。

4.引入硬件描述语言

硬件描述语言用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，适合大规模系统的设计。在教学的过程中将硬件描述语言Verilog HDL引入课堂，比如在讲解逻辑门、数据选择器、触发器、计数器等基本单元电路的原理之后，给出模块对应的硬件描述语言，演示仿真波形和综合结果。学生从仿真波形中观察信号的逻辑变化，对数字逻辑电路的掌握更加透彻，同时也丰富了教学内容。Verilog HDL语言是一种非常实用的硬件描述语言，易学易用，学生只要有C语言编程基础，便容易掌握。编程也可以实现电路设计，同学们感到非常新奇，将被动学习变为主动学习，提高学习兴趣，取得了很好的教学效果。

二、“数字逻辑”的实验教学

“数字逻辑”是一门实践性很强的课程。[2]通过数字电路设计实验，学生可以基本掌握数字电路的设计、制作与调试步骤，学会借助万用表、示波器等实验仪器排除实验当中遇到的各种故障，从而独立分析设计各种规模的数字电路。实践教学中将传统实验、仿真实验与硬件描述语言设计三种类型实验相结合，三者互为补充，提高实验效果，充分培养学生的综合实践能力。

1.传统实验

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。其接线模式可以使学生直观了解数字电路是如何工作的，从而掌握电路测试、调试以及维修技能。但是部分学生视这一过程为简单的连线工作，往往只注重结果，不重视过程，造成实验课就是反复的接线和碰运气，学生不能驾驭整个实验过程，产生畏难和退缩心里。在实验课前要求学生书写预习报告，自主设计实验方案，进行原理图设计、芯片选型，上网查阅芯片资料，掌握阅读芯片资料的方法，进行实验方法设计，可以避免机械化操作，学会排除故障，增强操作信心。

在实验过程中，学生不可避免地会遇到种种问题，导致实验结果出错：可能是电路设计或连线过程中出现了问题，也有可能是实验设备或实验器材出现了故障。教师应该指导学生借助实验仪器找到故障点，发现问题之所在，并想出解决办法。在未来的实际工作中，学生将会遇到各种各样的问题，而实验课正是锻炼如何解决这些问题的好机会。因此实验中应该向学生讲明排除故障的必要性，并引导其对独立解决各种疑难问题的兴趣，增强其信心，令其克服畏难情绪。一旦学生掌握了排除故障的方法，独立解决了问题，他们就会很有成就感，甚至就此对排除故障产生了浓厚的兴趣。[3]实践表明学生能自主完成所有设计，自主分析讨论实验过程中碰到的问题，逐个排查故障点，最终完成电路调试。

2.仿真实验

传统实验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、拔河游戏机、彩灯控制器等。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，就致使实验受阻甚至无法完成，给学生以挫折感，影响学生的实验兴趣，不利于动手能力的培养。

Multisim11.0是一个集原理电路设计和电路功能测试为一体的虚拟仿真软件，其元器件库提供了数千种电路元器件供实验选用，其中包含了数字器件。虚拟测试仪器仪表种类齐全，如数字万用表、函数信号发生器、示波器、直流电源、数字信号发生器、逻辑分析仪等，可以设计、测试和演示各种电子电路。[4]采用Multisim11.0软件进行仿真实验，使学生能充分发挥想象力，按照自己的想法创建各种电路，从而摆脱实验箱的束缚。实践证明将Multisim11.0应用于实验教学，能够使学生提高学习的兴趣，增加学习乐趣，充分发挥学生独立思考和创新的能力，提高学生的综合实践能力。

3.硬件描述语言开发数字电路

当数字逻辑电路及系统的规模比较小而且简单时，用电路原理图输入法基本足够了，但是需要手工布线，需要熟悉器件的内部结构和外部引线特点，才能达到设计要求。当电路规模大时工作量会相当大，实验时间往往不能保证。随着可编程逻辑器件的广泛应用，硬件描述语言已成为数字系统设计的主要描述方式，采用硬件描述语言进行数字电路的设计，可以实现从传统的验证性实验到分析设计性实验课的转变。利用Verilog HDL硬件描述语言进行数字钟、抢答器、交通灯控制电路等的设计，要求学生利用课堂知识进行编程、仿真、综合和下载到可编程逻辑器件中运行以观察结果。学生还可以按照自己的想法自行设计其它数字电路进行仿真、下载调试，提高学生学习兴趣和综合实践能力。

此外还通过举办电子设计竞赛、综合设计等方式激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习、独立分析问题和解决问题的能力，也提高了学生综合应用的能力，收到了良好的教学效果。

三、结论

数字电子技术的应用已经渗透到人类的各个方面，从计算机到手机，从数字电话到数字电视，从家用电器到军用设备，从工业自动化到航天技术，都采用了数字电子技术。[5]因此“数字逻辑”课程对于计算机及相关专业来说是一门很重要的课程。笔者结合多年的教学实践经验，对“数字逻辑”课程的教学方法进行深入探讨，在课堂教学中采用任务式教学，增加课堂讨论，借助仿真软件进行电路演示，利用硬件描述语言进行复杂数字系统设计；在实验教学中将传统实验、仿真实验和硬件描述语言实验有机结合、互为补充，激发学生的学习兴趣，培养学生的综合能力，取得了很好的教学效果。

参考文献：

[1]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.

[2]孙丽君，张晓东，鲁可.“数字电子技术”课程教学改革探析[J].中国电力教育，2013，（13）：67-68.

[3]王宇，崔文华，王宁，等.兴趣导向的数字电路设计实验改革[J].计算机教育，2010，（17）：38-40.

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集成电路(IntegratedCircuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1_4]

 

一、集成电路版图设计软件平台

 

为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学(以下简称"我校”从2005年起借助于大学计划。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计 、 ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。56]

 

集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。

 

在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。

 

九天EDA软件系统包括设计管理器，原理图编辑器，版图编辑工具，版图验证工具，层次版图设计规则检查工具，寄生参数提取工具，信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。

 

二、集成电路版图设计的教学目标

 

根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。

 

在集成电路版图设计的教学中，首先对集成电路设计的_些相关知识进行回顾，介绍版图设计的基础知识，如集成电路设计流程，CMOS基本工艺过程，版图的基本概念，版图的相关物理知识及物理结构，版图设计的基本流程，版图的总体设计，布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验，讲解Unix和Linux操作系统的常用命令，详细阐述基于标准单元库的版图设计流程，指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图，使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上，让学生自主选择_些较为复杂的单元电路进行设计，如数据选择器、MOS差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS静态存储单元等，使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现，包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。7]

 

集成电路版图设计的教学目标是：

 

第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置，能识别基本单元的版图，根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改，利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能，能够根据版图提取单元电路的原理图。

 

第二，能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持，要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证，利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。

 

第三，能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能，这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段，版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化，并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。

 

第四，了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图，需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持，这些基本单元可以是不同类型的各种门电路，也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路，因此，理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。

 

三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍

 

下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。

 

1.内容和要求

 

根据CMOS反相器的原理图和剖面图，初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。

 

2.设计步骤

 

根据CMOS反相器的原理图和剖面图，在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件，确定不同层次颜色的对应，熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性，并作必要的修改，然后按照原理图上的连接关系作相应的连线，最后检查修改整个版图。

 

3.版图验证

 

打开终端，进入zse文件夹，键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器，正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件，阅读和理解其基本语句的含义，对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt，进入ZeniPDT版图编辑器，调出CMOS反相器的版图，在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改，利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错，贝懦要调用LDX工具，对版图上的错误进行修改。

 

4.设计提示

 

要很好的理解版图设计的过程和意义，应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触，版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的，在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多，金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作，这样可以大大缩小工作量，且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小，一般在版图设计上，P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离，层次本身的宽度的大小要适当，以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中，要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构，画出相应的电路原理图，进行ERC检查，然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后，对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注，然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证，利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查，修改其中的错误并优化版图，最后全部通过检查，设计完成。

 

五、结束语

 

集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识，提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力，为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此，在今后的教学改革工作中，除了要继续提高教师的理论教学水平外，还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节，努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起，培养学生的实际设计能力，开阔学生的视野，在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。

 

参考文献：

 

[1]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路,2007,(4):19-22.

 

[2]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,(5):25-26.

 

[3]唐俊龙，唐立军，文勇军，等.完善集成电路设计应用型人才培养实践教学的探讨J].中国电力教育,2011,(34):35-36.

 

[4]肖功利，杨宏艳.微电子学专业丨C设计人才培养主干课程设置[J].桂林电子科技大学学报,2009,(4):338-340.

 

[5]窦建华，毛剑波，易茂祥九天”EDA软件在"中国芯片工程〃中的作用[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2008,(6):154-156.

 

[6]易茂祥，毛剑波，杨明武，等.基于华大EDA软件的实验教学研究[J].实验科学与技术，2006,(5):71-73.

篇6

【关键词】Multisim;血型匹配器;数据选择器;门电路

Multisim是由加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件。它不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的接口和比较全面的仿真分析功能，同时还提供了一个庞大的元、器件模型库和一整套虚拟仪表。与传统的电路设计相比，利用Multisim设计电路可以随时调整元器件参数以达到预期的要求，从而能降低电路设计成本，缩短设计周期，提高设计效率。

本文中作者提出用基本逻辑门电路：与非门、或门和数据选择器两种方法设计血型匹配器，并用Multisim10来进行设计与验证。

1.血型匹配检测血型的逻辑描述

本设计任务是设计一个血型匹配检测器。人的血型有A、B、AB、O四种，输血时输血者的血型与受血者的血型必须符合图1中用箭头指示的授受关系。

图1 血型匹配关系

Fig1 Blood matching relations

先用AB代表输血者的血型（00为A型血、01为B型血、10为AB型血、11为O型血），CD代表受血者的血型（00为A型血、01为B型血、10为AB型血、11为O型血），Y为输出（0为不匹配、1为匹配），那么可以列出输血、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.运用Multisim进行组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路设计的一般步骤为：⑴进行逻辑抽象：根据设计要求确定输入与输出逻辑变量的物理意义;（2）写出逻辑真值表，找到输出与输入的全部对应关系;（3）写出逻辑式并化简;（4）画出逻辑图;（5）采用相应的逻辑器件进行布线。下面用两种方法进行设计：

2.1 用基本逻辑门电路实现

运行Multisim，在用户界面的左侧的虚拟仪表工具栏中找到逻辑转换器，在逻辑转换器上选用A、B、C、D四个输入，并在输出端输入相对应的血型匹配结果。如图2所示：

图2 逻辑函数

Fig2 Logical Functions

根据真值表可以写出逻辑表达式：

（1）

图3 逻辑式化简结果

Fig3 The Simplification results of the logical functions

利用逻辑转换器操作窗口的化简按钮，可在逻辑转换器窗口的最下端得到化简的结果：

（2）

同理可以利用逻辑转换器设计组合逻辑电路图如图4所示：

图4 基于门电路的组合逻辑电路

Fig4 Combination logic circuit based on the gate circuit

2.2 用数据选择器来实现血型匹配器

数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号，对输入端信号进行选择。八选一数据选择器74HC151是集成的有三个地址输入端A2、A1、A0，八个数据输入端D0～D7的中规模组合逻辑电路。74HC151数据选择器的功能可以用逻辑函数表示为：

（3）

根据公式（1）将AA2 BA1 CA0

因此逻辑式可以表示为：

（4）

故：

（5）

这样只要将数据选择器的输入端进行适当的设置便可以实现电路功能。运行Multisim，在Multisim的COMS集成电路器件库中找出74HC151、74HC04、VDD和接地符号，并连接电路如图5：

图5 基于数据选择器的组合逻辑电路

Fig5 Combination logic circuit based on the data selector

图中～G为控制端，低电平有效，将选择信号A、B、C（即A2、A1、A0）分别接（2）式中的前三个变量，将表达式中的第四个变量接到数据选择器的输入端，具体如上，这样在数据选择器的输出端Y端就可以得到血型匹配的结果了。用Multisim来验证逻辑功能，经过逻辑转换功能，可以得到与图2一样的逻辑真值表，可见用数据选择器也能够实现血型匹配器的功能。

3.总结

如上所述，运用Multisim可以很方便地进行数字电路的设计，基本逻辑门电路和数据选择器均可以很好地实现血型匹配器，经Multisim中的逻辑转换器验证，两种方法的最终逻辑功能相同，而用数据选择器能更加简洁地完成电路功能。通过设计实例可以看出，利用Multisim进行数字电路设计可以极大地提高设计效率，节约实验器材，显示结果直观。Multisim将成为为今后的电子电路设计和开发人员得力助手。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]程勇.实例讲解Multisim 10电路仿真[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]王卫平.数字电子技术实践[M].大连：大连理工大学出版社，2009

[5]刘.实用电工电子技术基础[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[6]邹海勇.基于Multisim的计数器设计与仿真[J].赤峰学院学报，2012（2）：176-177.

[7]段永霞等.Multisim的彩灯控制系统的设计与仿真[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2010，48（9）：30-31.

[8]潘松.EDA技术实用教程[M].北京：科学出版社，2010.

[9]任骏原等.数字电子技术实验[M].沈阳：东北大学出版社，2010.

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关键词： 组合逻辑电路；火灾报警；电路设计；仿真

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0063-02

0 引言

组合逻辑电路的基本构成单元是门电路，与时序逻辑电路不同，组合逻辑电路无记忆功能，输出信号仅取决于当时的输入信号[1]。组合逻辑电路的设计是根据给定的实际问题，用逻辑函数进行表达，用数字电路来实现逻辑其功能。常用的中规模组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、加法器等。

在设计硬件电路之前，常用一些虚拟软件进行仿真设计，Multisim软件是一款应用较广，功能强大的电子电路设计开发与仿真软件[2-5]。

文中，以集成与非门74LS00、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要元件设计了产生火灾报警控制信号的三种电路，设计平台为基于windows系统的Multisim 12.0软件，并进行了仿真测试。

1 电路设计与仿真

组合逻辑电路的设计步骤一般为：①根据设计要求，定义输入、输出的逻辑状态；②填写真值表；③由真值表，写出逻辑函数的最小项表达式并进行化简；④采用相应的元器件进行电路布线。

文中，火灾报警系统的输入为烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器，当其中两种或两种以上探测器检测到火灾信号时，则系统发出火灾报警信号。设烟感信号为A、温感信号为B、紫外光感信号为C，报警信号为Y，当有信号时为1，无信号时为0，列出真值表，如表1所示。

1.1 基于与非门的电路设计 集成与非门74LS00有14个管脚，可以实现4个二端输入与非逻辑功能，74LS10可以实现3个三端输入与非逻辑功能。由公式（2）可见，此报警控制电路需要4个与非门，即三个二端输入与非门，一个三端输入与非门，电路连接如图1所示，其中三个探测信号输入端接入74LS00的三个二端输入引脚，三个二端与非门的输出接入74LS10的一个三端与非门输入引脚。

图1中的XLC1为逻辑变换器，是一种虚拟仪器，可以接入报警系统的输入与输出端，测试与验证其逻辑功能，从图2可见，该电路真值表及逻辑函数表达式与设计要求一致。

1.2 基于译码器的设计 译码是编码的反过程，74LS138译码器是集成有三个输入端，八个输出端的中规模组合逻辑电路，译码器的各输出端引脚信号对应于输入端二进制信号的组合情况。

依公式（4）可知，只要将译码器对应的四个输出端引脚接入74LS20芯片中的一个四输入端与非门即可，电路如图4所示。图中，译码器74LS138的G1、～G2A与～G2B为控制端，当G1接高电平，～G2A与～G2B接低电平时，芯片才能实现译码功能。系统接入逻辑变换器，对整个电路的功能进行了测试，测试结果与图2所示一致。

1.3 基于数据选择器的设计 数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号，对输入端信号进行选择。8选1数据选择器74LS151是集成有三个地址输入端A、B、C，8个数据输入端D0～D7的中规模组合逻辑电路。74LS151数据选择器的功能用逻辑函数表示为

这样只要将数据选择器的输入端进行适当的置位便可以实现此报警功能，电路如图4所示。

图中，数据选择器74LS151的～G为控制端，低电平有效，D3、D5、D6、D7接高电平，其余数据数据输入端接低电平，地址输入端A、B、C与数据选择器的输出Y端接入逻辑变换器，以验证逻辑电路功能，验证结果与图2所示一致。

2 结论

组合逻辑电路广泛应用于各种数字电路设计中，文中给出了用集成与非门74LS00、74LS10，中规模组合逻辑电路器件74LS138译码器、数据选择器74LS151设计火灾报警控制电路的三种方法，并用最新版本的Multisim软件进行了直观的仿真验证。三种电路设计中，运用数据选择器最为有效。Multisim软件为组合逻辑电路的设计与仿真提供了强有力的计算机虚拟平台。

参考文献：

[1]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]张晶，李心广.基于multisim的电路设计与仿真[J].计算机仿真，2005，22（5）：109-110.

[3]石嘉顺.基于multisim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真，2007，24（12）：306-308.

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【关键词】Multisim；电工电子技术；教学

电工电子技术是工科院校非电类专业的基础课程之一，其内容涵盖电工技术基础、模拟电子技术基础和数字电子技术基础等三部分内容。该课程教学内容主要是由理论和实验两部分组成，是一门理论和实践高度契合的课程。但是在电工电子技术教学中，由于实验设备种类较多，而且也不易携带，所以在教室授课的教师往往将授课重心放在理论讲解和电路的分析计算上，课堂教学与实际电路的应用及操作结合不充分，使得教学内容呈现方式缺乏直观性，非常抽象难懂，因而学生的学习积极性不高，导致该课程的授课效果较差。

随着计算机技术的发展，多媒体教学已广泛应用于高校课堂；另外，电子设计自动化EDA软件Multisim不仅对电路具有良好的仿真分析能力，而且还能够贴近实践操作，完全能满足电工电子技术理论教学中实例展示的需求。因此，通过多媒体技术，将Multisim软件引入电工电子技术教学中，不仅为授课教师提供了一个便捷的电路分析展示平台，而且也让学生在抽象的理论教学中观察到电路运行的真实过程，增加了学生的感性认识，这将大大激发学生的学习兴趣，促进电工电子技术教学的向着更深层次的方向发展。

一、Multisim软件简介

Multisim是加拿大Interactive Image Technoligics公司推出的专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim是一个完整的集成化设计环境，其特点及功能如下：

① 人性化的图形界面：Multisim软件的整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到工作窗口内，用鼠标点击相应的端口即可将其用导线连接。软件中虚拟仪器的控制面板和操作方法都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上展示的一样。

② 丰富的元器件库：Multisim元器件库包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种电子元件，而且用户可以自行创建或修改所需元件模型。

③ 多样化的测试仪器：Multisim具有数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪等多种虚拟仪表，所有仪器均可多台同时使用。

④ 完备的分析手段：Multisim具有直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、失真分析、等多种分析工具，基本能满足一般电路的设计分析需要。

⑤ 强大的仿真能力：Multisim可以对模拟和数字电路进行单独仿真或者混合仿真。

Multisim仿真与虚拟仪器技术可以弥补理论教学中因实验设备不足而造成的理论教学与实际操作相脱节的这一问题。学生可以很方便地把学到的理论知识用Multisim仿真的方法真实的再现，加深学习印象。

二、Multisim在电路计算中的应用

在电工电子技术理论授课中，教师在讲解电路的基本定律（定理）的时候，不仅要对定律进行阐述，而且也要对其进行推导证明，然后还要举例验证定律的正确性。虽然教师对知识点的阐述已经非常明晰了，但是在学生内心总觉得还缺少点什么，其原因在于学生没有观察到实际电路，对教师所传授知识的正确性存在一丝怀疑――这样分析计算对么？为了解决这一问题，让学生在理论知识的学习中观察到电路的工作过程，本人在电工电子技术的理论授课中，采用Multisim软件来进行举例展示，下面以基尔霍夫定律来展示教学过程。

① 对基尔霍夫电压定律进行阐述，并讲解其使用方法；

② 使用教材所给例子，检验该定律的正确性及相应的计算方法

③ 使用Multisim软件绘制的教材所提供电路图；

④ 在电路需要计算电压的位置放置虚拟万用表，并对万用表的功能进行选择；

⑤ 确认所有操作步骤无误后，进行仿真，并记录各个万用表测得的数据；

⑥ 将测量的数据与理论计算的数据相比较，验证理论的正确性，其结果如图1所示。

图1 基尔霍夫电压定律验证实验电路图

通过实验发现，无论是对上述电路中的哪一条回路进行仿真计算，其电压之和为总为零，这与基尔霍夫电压定律完全一致。该仿真过程的优势在于不用复杂计算，便可以得知所需的电路参数，省工省时，形象直观。

三、Multisim在电路设计中的应用

在电工电子技术的授课目的之一是让学生学会分析及设计电路。但是对于没有任何设计经验的学生来说，如何验证自己设计电路的正确性呢？如果遇到复杂的电路如何快速读懂电路的作用呢？Multisim仿真软件可以辅助解决此类问题。此处以最为常见的线性电源电路设计为例来讲解如何应用Multisim来进行电路设计及分析的，其具体步骤如下：

① 分析电路设计需求，划分电路各部分的功能。该电路分为降压、整流、稳压和滤波等四部分；

② 在Multisim软件中，按照功能划分，选取各部分电路所需元件，并按照合理的位置进行布局；

③ 连接各元件，检查并分析电路的可行性；

④ 根据电路所需测量信号的类型，在电路的关键部位放置所需的虚拟仪器，此处只需要虚拟示波器即可；

⑤ 进行仿真测试，并通过虚拟仪器输出的信号验证设计的正确性，并及时更改关键元件的参数，使得电路更为合理，其完整电路如图2所示。

图2 线性电源电路图

通过图2中的两个示波器可以分别观察电路输出信号在各阶段的波形，如图3所示。

图3 示波器输出的各阶段整流信号

通过观察示波器输出的信号波形，不仅可以看到线性电源电路的输出波形，而且还可以根据设计要求，更改相应元件的参数，使得电路满足设计要求。通过Multisim仿真的设计方法不仅降低了电路设计的难度，而且也验证了所设计电路的可实现性；另外，教师还可以引导学生进行探索学习，课外让学生利用软件完成作业。这样有利于培养学生的学习兴趣，并且可以形成良好的学习氛围。

结论电工电子技术教学改革是一个持续不断的探索和改进的过程。通过将Multisim电路虚拟仿真平台引入课堂教学，不但能够帮助师生验证理论，使抽象问题直观化、生动化，还能够给予学生更多观察电路、设计电路的机会，同时也为实际电路的操作提供了演练机会。这对于激发学生的学习热情，提高学生的动手能力都有很大的促进作用，能够有效地提升课程的整体教学效果，达到良好的教学目标。Multisim的引入是电工电子技术课程教学改革的有效手段之一。

参考文献：

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【关键词】电子技术 课程设计 教学改革

电子技术课程设计是继“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程之后的重要实践性环节，对培养电子信息类学生的实际动手能力和创新能力有着重要的作用。该课程的基本任务之一是巩固和加深学生对“电路原理”“模拟电子技术”“数字电子技术”和“电子技术基础实验课”中所掌握的实验技能，另一方面是培养和训练学生的科研作风及在电子技术方面的实践技能，提高学生综合运用电子技术知识解决实际问题的能力和创新能力。

学生针对三位半数字万用表，通过熟悉查找资料、设计电路、计算机仿真、安装调试、性能分析与改进等环节，初步掌握常用电子产品的一般设计方法和步骤，体会电子产品的设计和调试过程，为以后的专业知识学习、综合实习、毕业设计、从事生产和科研工作打下一定的专业基础。

一、课程设计改革的目的

电子技术课程设计一般安排在大二下学期进行，考虑到该阶段的学生已经具备一定的数字电路和模拟电路的基本知识，因此该课程要求学生设计并制作一个具有实用价值的电路[3]。这个阶段的学生对于电路设计一般只有一个模糊的认识，工程意识淡薄，对电子元器件的实际功能和电子产品设计步骤没有清晰的认识，工程实践能力不强，缺乏开发、设计的创新能力与意识。在前期的电子类相关课程实验中，大部分实验的电路功能单一，只能够简单的、被动重复教师讲授或者书本上面的理论，电路功能和生活中使用的实际电子产品的电路有一定的距离，学生的兴趣得不到足够的激发。在电子技术课程设计的教学过程中，我们通过引入实际实用电子产品三位半数字万用表的设计与制作，可使学生加深对基础理论知识的理解，掌握技术的关键点，培养动手能力、设计思维能力和创新能力，激发学生的学习兴趣，提高学生综合素质，尤其是对于提高大学生的工程素养具有重要的作用。因此该课程的改革对提高电子技术课程设计的教学质量，充实电子技术课程设计的教学实践内容具有十分重要的现实意义。

二、课程设计改革的方法

在“电子线路课程设计”的具体实施过程中以实际实用电子产品三位半数字万用表为核心，通过三位半数字万用表各部分功能电路理论的讲授，使学生对基于模数转换芯片的三位半数字万用表的工作原理有一个清晰的认识，同时，自主设计并制作一块三位半数字万用表，进而达到增强学生实践能力、培养学生工程素养、激发学生对数字模拟电路设计应用的兴趣。具体的教学改革方法包括以下四个方面：

1. 充实“电子技术课程设计”的实践教学内容

近年来，随着各专业课程体系改革的推进，专业培养计划以及相应教学大纲的调整与修改，同时考虑到学生进行电子技术课程设计时的理论水平的局限性和后续单片机技术、DSP技术、EDA技术、嵌入式系统等其他电子技术课程的教学安排，我们在电子技术课程设计实践教学内容的设计中，应该改变以往单一功能电路的设计，引入和现阶段大学生水平相适应的实际电子产品的设计与制作，激发学生的学习兴趣，培养学生动手解决实际问题的能力。

本实施过程中，我们通过引入实际实用电子产品三位半数字万用表作为课程设计的主要内容，并编写相应的配套“电子技术课程设计指导书”。主要内容涉及电压（交直流）、电流（交直流）、电阻、电容、三极管、二极管等的测量电路的原理，双积分A/D转换器的应用，线性运放的应用，正弦波的生成电路，自动关机电路，LCD的驱动等。充分考虑到学生的知识结构，让他们通过该课程的学习，加深数电、模电等基础理论知识的理解与应用。

2. 改革“电子技术课程设计”的教学方法与教学手段，注重理论结合实际

在以往的课程设计中，部分学生学习兴趣不高，存在混学分，完成任务的心态，对于实践过程中涉及的电路原理，存在知其然，不知其所以然的问题。为了改变这种情况，在本次改革的实施中，我们制作了很多配套的多媒体教学课件，加强理论知识的讲授，使学生在明白三位半数字万用表各部分电路原理的基础上，对各部分电路进行独立焊接调试，并对调试好的电路进行测试，注重电路重点部分的输出，并教会学生调试数字、模拟电路的基本方法；同时，通过改变部分电子元器件的参数，观察该参数对数字万用表精度的影响，进而加深学生对电路原理的理解。另外，指导教师还应该指导学生利用EDA电路设计仿真软件，例如，Protel电路设计软件，结合课程设计的内容，来拓展学生的知识面和电子产品设计能力，激发学生的学习兴趣，增强教学的灵活性，使学生的工程素养得到提高。

3. 增加教学互动，引导并激发学生解决实际问题的兴趣与能力

在“电子技术课程设计”的进行中，学生不可避免地会遇到各种实际问题，指导教师应该针对问题的难易程度，有针对性地指导学生课外去查阅相关资料，并积极地参与到学生解决问题的过程中去，及时纠正学生错误的解决问题的思路与方法。严格要求学生认真对设计过程中遇到的问题进行分析、反思和总结，发现并反思自己设计过程中的不足，找出努力的方向。另外，指导教师还应该组织对学生遇到的问题定期的进行总结与归纳，并整理成相应的“Q&A”文档，通过课程电子邮件或课程主页在网上，供学生学习与参考。

4. 注重软件仿真与实际电路调试相结合

由于计算机软件和硬件技术的飞速发展，在电子应用领域产生了很多成熟的开发与仿真软件，例如EWB、ORCAD、PSPIC、Muhisim等。在本课程的理论讲解阶段，引入电路仿真，让学生对电路的输入输出，以及电路参数对整个电路结构性能的影响有一个大体的了解，等学生焊接完成该部分电路后，实际测试电路的输出，进而比较软件仿真的输出和实际测量之间的差距，分析其原因，并通过多次改变电路的参数和输入的方式进行综合分析，加深学生对电路的理解。尤其适当仿真软件输出和实际测试输出出现较大的差距时，引导学生去查询相关资料，分析该现象的原因，并形成相应的文档，共享给所有的学生。在本课程改革选用的三位半数字万用表的模拟电路部分尤其需要如此，特别是其中的电容测量电路，涉及正弦波的发送、放大、滤波等电路，这部分电路软件仿真和实际输出存在一定的差距，要着重引导学生去分析每一小块电路出现误差的原因，以及如何改进，还要让学生学会判断仿真输出和实际输出在什么样的范围内是合理的。

仿真软件在理论分析方面具有强大的功能，而实物连线除了让学生更熟悉元器件及其性能之外，更加让学生对元器件的误差以及因此可能引起的误差或错误的原因产生更深的体会，这些都是在课本以及“电子技术实验”等课程中不能收获的。

结束语

通过实践，我们发现这项教学改革效果十分明显。教师们精心准备的题目引起了学生的极大兴趣，可以将学生前期学习到的理论知识进行实践，加深数字电路和模拟电路知识的理解，尤其是通过实际电子产品三位半数字万用表的设计与制作，可以激发学生对实际遇到的问题的思考，提高学生的观察能力和实际动手能力，进而增强学生的学习兴趣；通过理论结合实际，培养学生的开拓性思维和创新意识，提高学生的综合素质。

【参考文献】

[1]粟田禾. 电子技术基础课程设计的教学改革与实践. 高职教育研究，2006（2）.

[2]姚青梅等. 电子技术课程设计的教学改革与实践. 天津工程师范学院学报，2006（4）.

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关键词：电压表;电流表;电阻

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2015）1-0063-1

1    引   言

目前的物理实验，测量电阻仍然采用伏安法。教材中介绍了用电流表内接法测量电阻，测量结果需用电流表内阻修正，用电流表外接法测量电阻，测量结果需用电压表内阻修正，而电流表和电压表的内阻往往又不知道，需要临时测量，过程繁琐。如果把测量电路设计为图1，虽然只增加了一个开关S2和一个一般可调电阻Rw，测量结果中却完全消除了电表内阻的影响。从本质上讲，这种方法也属于用伏安法间接测量未知电阻Rx。

图1  电路图

2    实验过程

步骤1  按图1接好电路，将电阻Rw调到最大值，闭合S1和S2，逐渐减小Rw，直到电流表满偏，记录电压表和电流表的读数U1和I1。

步骤2  保持Rw不变，S1仍闭合，断开S2，记录电压表和电流表的读数U2和I2。

3    数据分析

设电源电动势为E，内阻为r，根据步骤1列列方程：

根据步骤2列列方程：

联立（1）、（2）得

所得Rx仅由U1、I1、U2、I2决定，与E、r、Rg、Rw均无关。

只要电压表和电流表的精度足够高，由式（3）算出的Rx就足够准确，测量精度就足够高。

一般实验用电流表最大量程为0.6 A，按0.6 A估算，电源E=3 V，输出功率P=3 V×0.6 A=1.8 W。对于相串联的两节1号电池来讲，闭合S1和S2在短时间内读出U1和I1还是允许的，测量量程为mA级的电流表内阻更没问题。若实验室用电子式直流稳压电源供电，电路工作状态更加稳定。

实验电路中，要求可调电阻Rw阻值必须稳定，在步骤2中保持Rw不变，S1闭合，断开S2时，电流表的读数I2最好为满偏的2/3左右，以保证测量具有较高的精度。

参考文献：

[1]杨月春.对一个RC电路动态响应的研究[J].技术物理教学，2011，（1）：33.