数字电路论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇数字电路论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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将EDA技术最新的科研成果融于课堂教学中，这也是数字电路教学革新最基本的思路，呈现课堂教学方式现代化，并构建非常先进的教学平台以及现代化课堂教学环境。以现代化教学平台为基础，展开课堂教学内容以及方式的革新，构建能提升学生创新精神与能力良好培养的课堂。数字电路课程理论性教学内容是讲关于集成度的，该标准逻辑器件是中小规模集成电路。因为标准逻辑器件所设计的传统数字体系是使用自下向上的设计方式，总体所需的器件较多，并且其电路连接非常复杂，对应的可靠性也不高。用户不能对相关器件功能进行修改，这也就促使修改体系设计难度提升。

（二）教学内容及方式的创新

近年来，电子技术以及计算机技术发展飞速，随着EDA技术的出现及不断应用，促使数字体系设计进入新的阶段。实际上基于标准逻辑器件数字电路有着诸多缺陷，不过运用其展开相关教学也仍是有好处的，其能促使学生很好的了解掌握对应基本原理及知识，教学者也能够很好的向学生讲解其组合逻辑电路与时序逻辑电路的最原始电路，并合理的讲述与其对应的分析及设计方式。想要帮该专业学生打下稳固的基础，还要掌握该学科的最新研究成果及发展趋势，并合理的结合科研成果进行课堂调整及教学内容优化，找寻可行性较高的实施方法以及教学方式。将各类分类元件及较小规模的集成电路内容进行合理精简，重点讲述中规模的对应集成电路和运用，将EAD技术学习列为重点，并将其软件融入课堂教学过程中，进行现场仿真直接性概念演示、分析进程及验证、设计结果，很好的激发学生的学习兴趣并提升教学效果。全方位的引进多媒体教学，并将其与传统方式合理有效的结合，呈现优势互补的良好效果。

二、革新课堂教学理念并确立教学新目标

（一）课堂教学新理念

古往今来，我国的传统教学模式就是以教师为中心，课堂教学大多是理论性教学，内容均是需要验证的。教师可以在课堂上进行实验，给学生一定的实验步骤以及电路图，学生们则是按部就班的验证其对应结果，这样根本激发不出学生的学习兴趣以及积极性，致使其不能将所学的知识综合运用，不能全方位的分析及解决问题。高等教育若是不能满足学生的所有需求，就不能很好的发挥其自身创造力，这样高等教育发展则会停滞。以教师为中心的教学模式不能长此已久，需要全方位的模式革新，务必要将学生转移至模式中心，扼制被动式教学，呈现学生主动式学习的良好模式，构建以学生为中心教师为主导，并着重于学生实践创新能力培养。这样充分的发挥学生的积极性、创造性，提升高等教育的发展。

（二）课堂教学新目标

应不断的强化基础、拓展知识层面、持续提升学生自主学习以及创新能力、发展其个性，并对学生进行因材施教与分流培养，展开启发式创新及各类实验合理结合，软硬件结合、课内外结合、拓展实验性教学，不断培养学生运用现代化的各类设计工具，持续提升学生管理较大规模复杂体系的能力。教育创新的核心力量是教师，务必要在整体教学过程中不断培养学生创新意识、思维以及能力，并很好的激发学生能够提出问题、分析问题以及解决问题，培养这类内在动机的良好形成，促使学生学习自主性及创造性的形成，并运用各类机会指导学生参与并实验，持续培养学生发现问题、分析问题、处理问题的能力。

三、运用多样教学方式

（一）启发教学

问题是学生思维开启的关键，教学者应该通过对应教学情景创设来很好的引导学生进行问题的发现、分析以及处理，在寻找答案的过程中不断提升学生综合能力。启发式教学对新课程的引入最有效，也是应用最广泛的。

（二）互动教学

互动教学有别于传统的教学模式，该方式主要是突出师生之间的互动和学生创造力的良好培养。从学生进入高等教育之后，对应的教学模式以及课程安排是不同于中学时期的，尤其是数字电路基础课程，其授课时间以及间隔时间较长。讲课中教学者及学生互动不到位，学生则会因为课程时间较长从而出现怠学的心理，进而忽略了较为重要的相关知识点，长此已久学生就会因为学不会而出现厌学情况。所以教学者应注重课堂之上与学生的互动，要留有一定的时间让学生进行相关思考、讨论、分析以及总结，促使学生学习主动性的发挥。

（三）任务驱动法

数字电路基础课程最关键的就是实践，所以对于数字电路基础课程教学来讲任务驱动法是个很实用的方式，将各个重要的知识点巧妙的设计成不同类型的小任务，这样学生就知道自己是带着学习任务的，也知道自己要完成怎样的学习目标。教学者在设置学习任务时要保证任何一个任务都是包含着新旧知识以及技能的，进而很好的将学生的学习积极性激发，并保持着这样积极的学习热情。

（四）类比教学

数字电路基础课程会有比较抽象的知识概念，学生们要是没有对应的理论知识基础以及空间想象力，这就在一定程度上影响了学生的深入理解。所以教学者应运用适应的教学方式来辅助学生强化基础性概念理解，这样来讲类比法则是非常有效的一种教学方式，其是将学生要学习的各个知识点及平常生活巧妙的联系，学生则可以通过对比及比较发现相应概念的内在规律，进而很好的激发学生对学习的兴趣。

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2电路与模拟电子技术课程目标

本课程的总体目标是：通过对电路原理、常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得电路与模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。其中包括：（1）知识目标：掌握电路基本概念、基本分析和计算方法；会计算电路主要参数；掌握电路波形图画法、建立电路模型的方法；会判断器件类型、电路工作状态；（2）能力目标：培养学生正确使用常用仪表的能力；培养学生正确选择元器件的能力；培养学生检索与阅读各种电子手册及资料的能力；培养学生识读与分析电路的能力；培养学生安装和焊接电路的能力；培养学生电路测试方案的设计能力和对测试数据的分析能力；培养学生排除电路故障的能力；培养学生进行简单电路设计的能力；（3）情感目标：通过趣味案例激发学生好奇心和学习兴趣；通过学习情境挖掘学生的求知欲和创造欲，树立学生自信心。

3电路与模拟电子技术课程设计

本门课程设计的理念是：以学生职业能力的培养为最根本的出发点，理论学习以必须，够用为度,同时进行课证融合。在课程的教学过程中采用多种教学方法和手段：传统的教学法、直观教学法、探究法、启发式教学和多媒体教学手段。

4电路与模拟电子技术课程实施

在课程的实施过程中教师首先进行了学情分析：高职院校的学生学习基础普遍较差，学习能力欠缺，急于求成，缺乏持久性。虽然学生对电类专业课入门的学习具有一定的兴趣，但这种兴趣不够稳定，需要教师创设适度的情境，适时地激发。所以在教学过程中，教师要力求做到将深奥的知识浅显化，抽象的知识形象化。课程的重点难点是半导体器件，放大电路，负反馈。教师对重点、难点的处理方法有：（1）传统的讲解法；（2）直观式教学；（3）配合flas演示；（4）通过万用表测试加深理解；（5）创建学习情境。例如:在半导体器件的讲解部分，可采用直观式的教学法，带领学生认识各种不同的二极管，三极管。对于三极管的讲解，配合万用表测试加深理解。下面以一次课实验课———三极管电流放大特性为例，来说明课堂的教学组织。三极管的电流放大特性这节内容是深入模拟电子技术部分的第一道难关。学生只有深入到心里层面去理解了这节内容，才可以举一反三去理解后续学习的电子元器件。教师采用基于工作过程“教、学、做”一体化的教学设计，把启发式教学贯穿整个教学过程，通过探究实验操作和多媒体仿真，把抽象的理论知识难度降低，达到突破难点，帮助学生化难为易，让学生轻松愉快充满信心地完成学习。

5考核方案

课程的考核方案根据学院教务处的要求，期中成绩占30%，平时成绩占30%，期末成绩占40%。平时成绩包括：课堂考核，课后作业，单元测验。在学期结束前另有为期一周的教学实习，教师根据维修电工的考试内容结合实际情况申报，并由系部统一采购实习耗材。实习的考核分为：优———电路功能完全实现，性能优良，工艺精美。良———电路功能基本实现，性能优良。中———电路功能基本实现，性能不够稳定。及格———在教师辅助制作下，电路功能基本实现。不及格———电路功能未实现且学习态度有问题。

6教学评价

课程的教学评价包括：校内督导评价，同行专家评价，教师自我评价，学生评价。

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电子技术可以改善频闪的现象，我国目前的照明交流电都是50Hz，也就相当于1s内流过电流100次，这就使电灯在使用的过程中出现频闪的现象，长时间下去，不仅会伤害人们的眼睛，还会给人们的生活带来一定的影响。在医院一定要避免电灯频闪的现象，如果在手术中出现电灯闪烁，很有可能会导致手术的失败，甚至会威胁到病人的生命安全。随着我国科学技术的不断发展，很多厂家利用电力原件来组成变频器，从而研制出了保护视力的电灯，有效避免了电灯频闪的现象，同时提高了照明的质量。随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提升，对生活环境的需求也越来越高，如果电子技术能够在绿色照明电路中得到充分利用，那将有助于创造理想的生活环境，从而满足人们的需求。

1.2节约能源

目前，其全球都在利用电子技术解决能源与环境的问题。在世界能源消耗中，照明消耗占很大一部分，特别是在我国电能消耗是非常严重的，因此要想解决照明耗能问题，就必须加强对电子技术的应用。首先要想有效的节约能源，就应该充分利用传感技术以及电子技术，例如在白天，很多企业的灯都是亮着的，这就是一种能源浪费的现象，利用电子技术完全可以解决这一问题，其主要原理是通过光源进行调节的。在白天它可以对电能进行调节，找到最适合人们工作的光效，这样可以提高能源的利用率。其次可以对节能灯进行推广。节能灯主要是利用电子技术中的IGBT整流器，在整流装置对电流进行改变的过程中，是将其变成了直流电，然后再改变成交流电，从而加强了节能灯的使用效率，同时提高了能源利用率。

1.3提高电源使用的安全性和可靠性

随着我国电子技术的不断发展，要保障照明电源的安全性和可靠性，这样才能有效解决应急电源的安全问题，从而减少噪音以及震动对人们生活的伤害。特别是当EMS出现的时候，蓄电池需提高其使用效率和质量，并且在使用的时候，主要是将IGBT和PWM技术结合起来，从而避免本身过热、电压过小等现象，同时也保障了照明电源使用的安全性和可靠性。

1.4减少对环境的污染

传统的照明对环境的污染比较大，特别是以汞为主要原料的传统照明，它们会产生大量的温室气体，从而威胁到人们的身体健康。很多生产厂家，他们对废弃的汞进行随意的处理，这将严重污染到环境，并且对人身产生非常大的伤害。传统的照明中物体的构成比较差，这会严重影响电光源的使用寿命，因此必须对其进行有效的管理，不然会对环境产生极大的危害。将电子技术应用到绿色照明电路中，可以有效解决这一问题，并且LED中不含有汞等有毒物质，从而可以降低其对环境的污染。随着电力电子谐振开关技术的发展，零电压的开关也在无功补偿中得到更多的应用，从而减少了对能源的消耗。

2电子技术在绿色照明电路中的应用价值

2.1光纤照明技术

光纤照明是最新的一种照明方式。光纤最开始是被利用在建筑导光中，并且它是一种柔性的导光体，目前在绿色照明中得到大量的应用。光纤照明非常具有个性色彩，会满足人们的不同需求。该技术已经应用在很多领域，例如：医学、科研、景区等等。发光导体、发光器以及终端附件等都是光纤照明系统的重要组成部分。对于发光导体而言，其是由玻璃纤维束或者塑料组成的，一般传输距离在30米以内。而发光器一般包括反射器、光源等，并且根据内部光源的不同，可将其分为金卤灯和卤钨灯系列；由于防护等级的不同，还可以分为室内型和室外型。终端附件分为不发光终端附件和发光终端附件。光源通过反射器后，形成一束类似于平行光，这就是光纤照明的原理。在滤光器的作用下，又将这道光束变成了彩色光，随后光束进入了光纤，彩色光就被送到了指定的位置。想要产生近似平行光束，就应该将发光点变小，让其与光源更相像。反光镜大多数是采用的非球面反光镜，调换不同颜色的滤光片可以根据不同的需求，获取相应的彩色光源。光纤的主要作用是将光传送到制定的位置。光线理论上来说是直线传播的，但在现实生活中，人们都希望能控制光线的传播方向。光纤照明的出现正好解决了这个问题，它能利用一些光学元件来改变光纤的传播方向，光纤将光线进行传送，实现了光的柔性传播，从而体现出了电子技术在绿色照明电路中的应用价值。

2.2电子技术在灯具中的应用

2.2.1紧凑型的荧光灯

紧凑型荧光灯主要包括“H”型“、D”型等，并且其主要代替白炽灯使用。紧凑型荧光灯得到很多场所的应用，例如：酒店、餐厅、走廊等地方。紧凑型荧光灯和白炽灯相比，前者的质量更好一些，并且比白炽灯更实用、更美观，因此紧凑型荧光灯得到越来越多的关注。紧凑型荧光灯还会减少照明费用，会比白炽灯节省65%左右，并且每瓦产生的光通量要比白炽灯高出很多倍，其寿命是白炽灯寿命的10倍。随着荧光粉质量的不断改进，紧凑型荧光灯显色指数也逐渐提高，在生活中人们是完全可以接受的。由于紧凑型荧光灯具有光效高、寿命长的特点，因此是取代白炽灯最好的光源之一。

2.2.2扩大发光二极管

随着我国科学技术的不断提升，光电子技术是又一项技术革命。光电子技术是将固体发光器件作为新的照明能源，其固体发光器件主要是以半导体技术制造而成的，这一技术将会慢慢地取代传统的白炽灯光源。LED则是其技术的重要体现，半导体光电子技术是由LED产生的，它是目前发展最快，创新活跃度最高的技术领域。LED具有很多优点，例如：寿命长、显色性能好、省电等。正因为其自身的特点，一些装饰照明、广告照明都会应用LED，可以说，LED使照明光源发生了革命性的飞跃。

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2配电线路自动化功能

配电线路自动化可以实现对馈电线路的进行快速的故障定位、故障隔离、非故障区域供电恢复，最大限度的降低了因电网运行故障引起的停电范围，有效缩短了故障恢复时间。同时，配电线路自动化还实现了对10kV架空线环网配电网正常运行状态的实时、动态监控。而实现10kV架空线环网配电线路自动化功能，需要具备如下几点要求：⑴在分支线或用户出门处设置用户分界开关，达到自动切除故障的目的，从而缩小停电时间和停电面积；⑵越靠近电源侧的开关，在跳闸后所引起的停电范围便也越大，因此，应该尽量减少靠近电源侧的开关动作次数；⑶馈线出线开关跳闸会影响整条馈线的全部供电区域，应该通过增设分段开关的措施，尽可能在出线开关跳闸之前隔离故障区域，以减少出线开关动作次数；⑷馈线开关控制器应该根据需求，合理、灵活地配置多种通信模块，在开关动作后，控制器便可将预警信号上传至后台，从而缩短检查人员对故障的查找时间；⑸馈线出线开关可依靠自动化开关自动切除永久性故障区域，提高变电站出线开关重合闸成功率。

3配电线路故障处理及恢复供电模式

10kV架空线环网配电线路中，因馈线问题引起的停电问题比较普遍，一旦发生故障，必须尽快处理，才能保证供电的安全性与可靠性。而配电线路自动化，便能够在最短的时间内实现对故障的定位、隔离以及恢复供电。⑴利用故障指示器处理线路故障。于架空线配电线路上安装故障指示器，发生故障时，工作人员便可通过故障指示器及时查找到故障区段，然后再利用开关设备，对故障区段进行人工隔离，恢复正常区段的供电。该处理方式虽然简单、有效，但通过长期实践也发现，利用故障指示器处理线路故障时，造成的停电时间较长、供电的恢复也比较慢。⑵利用智能开关处理线路故障。基于故障指标器处理线路故障时存在的限制，遵循自动化处理的理念，又研制开发出了智能化开关设备，例如智能化分段器、重合器等。将智能化开关设备安装于10kV架空线环网配电线路上时，通过智能化设备之间的相互配合，便可在线路发生故障后进行就地自动隔离，进而及时恢复供电，见图1所示：⑶利用远程遥控处理线路故障。经过以上两个阶段的发展后，很多电力企业目前已加入了遥测、遥控、遥信的远程通信管理方式，该方式是指开关设备与馈线终端单元（FTU）集成，使之成为一个集传输、采集、控制功能于一体的智能型装置。将此装置与计算机控制中心相连接，便可进行实时通信，以远程遥控方式进行集中控制，当线路发生故障时，通过远程监控，可以一次性完成对故障的定位、隔离、恢复供电，以此来规避短路时电流对配电线路及其设备的冲击。

根据县级供电企业的发展现状，结合配电线路自动化运行的可行性、经济性要求分析可见，利用故障指示器处理线路故障时，虽然具有简单、有效等优点，但其所造成的停电时间较长、供电恢复比较慢，经济性要求难以满足，不建议选择。利用智能开关处理线路故障在目前供电企业中的应用也比较广泛，其能实现故障就地隔离、缩小停电范围，也无需使用其他通信手段，只通过重合器的多次重合及保护动作时间的配合，便能对线路故障进行自动定位、隔离，进而恢复供电，完全达到了按照规定的程序或指令自动进行操作或控制的要求，实现了“快、稳、准”的自动化目的，此种方式比较合理、经济的，可以推广应用。而第三阶段利用远程遥控处理线路故障属于智能化技术，其虽然比自动化技术更先进，但由于其要依靠通信才能运行，且装置结构较复杂，存在有一定的局限性，因此，应该研究基于无线通信的远程遥控装置，才能保证远程遥控的应用效果[2]。

4架空线路集中智能模式分析

4.1线路故障处理方式在10kV架空线环网配电线路自动化技术的应用下，对于线路故障的处理方式主要有集中控制方式与单元控制方式两种，最为常用的是集中控制方式。集中控制方式是指现场的FTU（馈线终端装置），将监测到的线路故障信息传达给主站，主站再根据配电网的实时拓扑结构，利用相应的算法对故障进行定位，再将命令下达到FTU，使开关跳闸，以此来隔离故障[3]。

4.2迅速恢复供电的设计文章就通过实例分析，探讨在架空线路集中智能模式下迅速恢复供电的设计：⑴可靠性预测模型。配电线路发生故障后，事件的模拟顺序为：①故障。发生故障，开关跳开，隔离故障；②上游恢复供电。将故障的上游分段打开；③下游恢复供电。因上开关断开，其他部分仍然失电，便可通过关合联络开关为下游恢复供电；④检修。排除故障，将配电线路自动化系统恢复到故障前的状态。⑵两级恢复供电。如图2所示，当故障发生后，馈线开关断开，馈线上所有用户被停电，若将上游第1个手动开关打开，A段和B段便能恢复供电，但要使A、B段同时恢复供电，便需要较长的时间。基于上述因素的制约，便可选择两级恢复供电方案：将上游第1个自动开关开断，让A段快速恢复供电，此时B段仍是停电状态，等待手动开关断开后，再合上自动开关，便可使B段恢复供电。这种方案中，A段恢复供电快速，B段恢复供电较慢，但两段都实现了在故障排除前恢复供电，同样的原理，在下游线路中也可使用两级恢复供电方案。

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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

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Abstract：Thecorrectselectionandapplicationoftransmissionlineinsulatoraretheguaranteeforlinesoperationrelaibility.Forthis，thepracticaloperationsituationandthecharacterof500kVtransmissionlineinsulatorinJiangsupowernetworkareana_lysed，thesuggestionshowtoselectandusethelineinsulatorareproposed.

Keywords：powernetwork；high_voltagetransmissionline；insulator；typeselection

近几年江苏电网发展迅速，截至2001年底，全省投运的500kV线路3174km、500kV变电站11座。线路使用的绝缘子种类繁多，目前输电线路使用的绝缘子按型式主要分为盘式绝缘子和长棒型绝缘子。下面介绍这2种绝缘子的特点。

1盘式绝缘子的特点

盘式绝缘子按材质可分为盘式瓷绝缘子和钢化玻璃绝缘子。

1.1盘式瓷绝缘子

盘式瓷绝缘子是最早用在线路上的绝缘子，已有一百多年的历史。它具有良好的绝缘性能、抗气候变化的性能、耐热性和组装灵活等优点，被广泛用于各种电压等级的线路。盘式瓷绝缘子是属于可击穿型的，它是采用水泥将物理、化学性能各异的瓷件与金属件胶装而构成的，在长期经受电场、机械负荷和大自然的阳光、风、雨、雪、雾等的作用，会逐步劣化，对电网的安全运行带来威胁。特别是含有劣化绝缘子的绝缘子串发生闪络（由于雷击或污闪等原因）时，可能会使劣化的绝缘子头部瞬间发热爆炸，造成导线落地的事故。华东电网在1996年底的大污闪事故中，500kV系统有11条线路因雾闪发生72次跳闸。其中，3条线路因零值绝缘子爆炸造成导线落地；2条线路多串绝缘子结构中有1串因零值绝缘子爆炸断串。

2000年9月22日，江苏省220kV溧阳变电站220kV旁母、正母瓷瓶发生因大量低值绝缘子的存在而导致的掉串事故。所以劣化绝缘子的检测工作非常重要，前系统停电是较难的，即使线路停电，也无足够的时间和人力进行全线绝缘子的检测工作。因劣化绝缘子的安装位置和分布区域的原因，向来是绝缘在线检测的一个难点。目前常用短路叉法和火花间隙法检测，这些方法易于检测零值绝缘子，测试方法简单，但准确性较低，对低值绝缘子，特别是1串中存在多片低值的情况下，则很难作出正确的判断。瓷绝缘子的老化率随其运行时间的延长而逐年上升。

1.2钢化玻璃绝缘子

钢化玻璃绝缘子具有较好的机电性能，其抗拉强度、耐电击穿性能、耐振动疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能等都优于瓷绝缘子。且与瓷绝缘子不同，玻璃绝缘子具有零值自爆的绝缘自我淘汰能力，这样就很容易被发现，无需对其进行绝缘测试。自爆率通常在前3年较高，这与瓷绝缘子相反。数十年的运行和试验数据证明，钢化玻璃绝缘子具有长期稳定的机电性能和较长的使用寿命。防污型玻璃绝缘子为取得较大的爬电距离，只有在伞裙下表面增加数个深棱来实现（由于工艺的原因，无法像瓷绝缘子通过双伞或三伞增加爬距）。当用于粉尘污染较严重的地区，因这种钟罩深棱的伞型自洁能力差、清扫不便，下表面结垢严重，造成耐污闪能力大大降低。从江苏电网运行情况来看，钟罩深棱型绝缘子（包括瓷的和玻璃的）不适合江苏地区这种以粉尘污染为主、污染较重的地区使用，如果使用，应充分考虑其爬电距离的有效利用系数。1999-2002年，江苏省500kV线路污闪跳闸中，只有7%（一次跳闸）是瓷双伞绝缘子，其余都是玻璃绝缘子。这里针对的是悬垂串绝缘子，全省尚未发生过耐张串绝缘子的污闪跳闸。

2长棒型绝缘子的特点

长棒型绝缘子按材质可分为合成绝缘子和长棒瓷绝缘子。

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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

[1]孔德明.《数字系统设计》课程教学重点的探讨，科技创新导报，2012.1，173-174.

[2]任爱锋，孙万蓉，石光明.EDA实验与数字电路相结合的教学模式的实践，实验技术与管理，2009.4，200-202.

[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.

篇（8）

 

EDA技术是以数字电子技术课程知识为基础，具有较强实践性、工程性的专业课程。将数字电路设计从简单元器件单元电路设计，EWB软件仿真提到了更高一级的可编程操作平台上，进一步巩固和提高学生电子电路综合设计能力。但是，传统的教学模式是将两门课程分开，先上数字电路，后上EDA技术，分两学期授课。这样的教学模式存在弊端，减弱了课程之间的联系，降低了学生对数字电路理论的认识程度。通过对EDA技术课程的教学改革，以实训的方式采用项目教学法，使学生在较短的时间内掌握EDA技术基础及其实验系统，从数字系统的单元电路，如译码器、计数器等入手，加深对数字电路基础理论的认识，逐渐完成数字系统设计。

1. EDA技术及其在教学中的应用

1.1 EDA技术

EDA技术即电子设计自动化(Electronic DesignAutomation)是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果而形成的一门新技术毕业论文格式，是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。采用”自顶向下”的层次化设计，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。图1为一个典型的EDA设计流程。

图1 EDA设计流程图

1.2 EDA技术在教学中的应用

在教学过程中，EDA技术利用计算机系统强大的数据处理能力，以及配有输入输出器件(开关、按键、数码管、发光二极管等)、标准并口、RS232串口、DAC和ADC电路、多功能扩展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件开发平台，使得在电子设计的各个阶段、各个层次可以进行模拟验证，保证设计过程的正确性。从而使数字系统设计起来更加容易，让学生从传统的电路离散元件的安装、焊接、调试工作中解放出来，将精力集中在电路的设计上。同时，采用EDA技术实现数字电路设计，不但提高了系统的稳定性，也增强了系统的灵活性，方便学生对电路进行修改、升级，让实验不在单调的局限于几个固定的内容，使教学更上一个台阶，学生的开发创新能力进一步得到提高。

2.课程教学改革实施

2.1课程改革思路

课程改革本着体现巩固数字电路基础，掌握现代电子设计自动化技术的原则来处理和安排EDA技术教学内容。打破传统的从EDA技术概述、VHDL语言特点、VHDL语句等入手的按部就班的教学方法，以设计应用为基本要求，开发基于工作过程的项目化课程，以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识。将EDA技术分为四个方面的内容，即：可编程逻辑器件、硬件描述语言、软件开发工具、实验开发系统，其中，可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具,实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。采用项目化教学方法，以实训的方式展开，让学生在“学中做，做中学”。

2.2课程改革措施

以电子线路设计为基点，从实例的介绍中引出VHDL语句语法内容。在典型示例的说明中，自然地给出完整的VHDL描述，同时给出其综合后的表现该电路系统功能的时序波形图及硬件仿真效果。通过一些简单、直观、典型的实例毕业论文格式，将VHDL中最核心、最基本的内容解释清楚，使学生在很短的时间内就能有效地掌握VHDL的主干内容，并付诸设计实践。这种教学方法突破传统的VHDL语言教学模式和流程，将语言与EDA工程技术有机结合，以实现良好的教学效果，同时大大缩短了授课时数。表1为课程具体内容及实训学时分配。

 

能力

目标

学习情境

项目载体

课时

QuartusⅡ开发工具使用能力

QuartusⅡ开发环境、实验系统

二选一音频发生器设计

6

VHDL语言编程能力

VHDL语言基本结构

计数器电路设计

6

VHDL语言并行语句

8位加法器设计

8

VHDL语言顺序语句

7段数码显示译码器设计

8

VHDL语言综合运用

数控分频器的设计

8

层次化调用方法

4位加减法器的设计

4

综合开发调试能力

8位16进制频率计设计；

十字路通灯设计；

数字钟设计；

波形信号发生器设计，等。

(任选一题)

20

总计

篇（9）

 

《数字电路》是高职院校电子信息工程技术专业的一门重要专业基础课程，学生通过这门课程的学习，能够掌握《数字电路》的相关知识，为将来的就业奠定基础。长期以来《数字电路》的教学过程是先由教师在课堂上讲解理论知识，然后再让学生进入实验室完成相关的验证性实验。但是这种被动式的教学模式其教学效果并不是非常理想。因此，需要对《数字电路》的教学模式进行改革。如何实现《数字电路》的有效教学，如何激发学生的学习兴趣，实现理论和实践的有机结合，如何提高学生分析问题和解决问题的能力，这些都是《数字电路》课程改革中亟待解决的问题。起源于德国的项目教学法作为一种切实可行的教学模式[1]，已经受到了全国各所高职院校的广泛关注。项目教学法是将课程知识转化为若干个教学项目，师生通过共同实施一个完整的项目而进行的教学活动，这是一种理论与实践相结合的真实演练。在《数字电路》的课程改革中引入项目教学，不仅打破了理论课、实验课和实训课的界限，将理论教学、实践教学、企业要求融于一体，达到了高职教育与企业生产的零距离，而且实现了以就业为导向，以技能为核心的办学宗旨。

一、项目教学法的优势

1、激发学生的学习兴趣

捷克教育家夸美纽斯说过，兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径之一[2]。事实证明，兴趣是诱发学生学习动机和学习注意力的重要因素。然而目前高职学生的整体素质并不是非常理想项目教学，他们学习兴趣不浓，学习能力不强期刊网。《数字电路》中抽象的概念、繁琐的公式和缜密的推导很容易使他们失去学习的兴趣。因此，在《数字电路》的教学过程中可以采用项目教学法，以实用性、趣味性、创造性的项目来激发学生的学习兴趣，变以前的“你不想学习，我压你学；你不会学习，我来教你学”为“你不想学习，我来引导你学；你不会学习，我来吸引你学。”项目教学法打破了传统的教学模式，它把技能训练与理论教学做到了有机的结合，无论是元件特性的分析，电路的焊接组装，还是项目的调试，故障的排查，都需要学生亲自动手。学生通过观察、比较、分析，逐步加深对知识的理解，这样可以很好地激发学生的学习兴趣。

2、提高学生的动手能力

在传统的教育模式中，仅仅把学生当作教育的对象和客体，忽视了学生主体性的培养和发展，学生受到太多的限制和束缚，主要表现在重理论、轻技能，眼高手低。研究表明，项目教学法能够使学生对知识的掌握迈上一个新台阶，让学生把知识转变为技能、技能转变为技巧。技能、技巧的形成和完善，是动作技能与心智技能互相联系、互相促进的过程。在《数字电路》传统的教学过程中，元件的特性、电路的工作原理一般都是通过老师抽象的讲解来完成的。而在《数字电路》的项目教学过程中，是将课程的知识点转化为若干个完整的项目，它将理论教学、实践教学、企业要求融于一体，实现了课程的综合化和模块化。为了完成项目任务，学生就必须掌握元件的检测、电路的焊接、项目的调试、故障的排查等相关知识。在此期间，学生通过烙铁、万用表、示波器、信号发生器等的使用，一方面巩固了自己的理论知识，另一方面提高了自己的动手能力。

二、《数字电路》项目教学的设计

1、项目任务的确定

项目教学有别于传统的教学模式，课程中理论知识和实践技能的传授是通过实施具体的项目来完成的。因此，在《数字电路》的项目教学中，项目任务的选取是项目教学法成功与否的关键。项目任务的选取要以教学摘要求融入于四个阶段项目和一个综合项目之中，其项目任务的设计为：（1）三人表决器的设计与制作；（2）智力竞赛抢答计时器的设计与制作；（3）多功能数字钟的设计与制作；（4）循环彩灯的设计与制作；（5）脉宽测量电路的设计与制作。

2、项目教学的实施

项目任务在教学实施的过程中是一个学生全体参与的实践活动，它注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。在《数字电路》的项目教学实施过程中，要以项目任务作为教学单元[3]项目教学，采用分组方式，每组包含3～4名学生，每个项目应该按照知识结构分解成若干个子任务，每个子任务要明确学生需要掌握的知识和技能，子任务的实施要以学生为中心，教师则充当技术支持的角色，当学生遇到疑难问题时，主要由小组成员共同探讨寻找解决问题的方法，期间教师可以选择恰当的时机对学生给予指导和帮助，逐步培养学生养成勤于思考的好习惯。项目实施的流程为：（1）项目导入；（2）师生共同分析项目，确定若干个子任务；（3）针对各子任务，教师引入相关的知识，工学交替，实现理论教学与实践教学的同步进行；（4）学生利用所学的知识依次对各子任务提出实施方案；（5）学生利用Multisim仿真软件检测设计的电路是否符合要求，待检测通过后，再依次完成各子任务；（6）学生把各子任务进行级联，通过综合调试完成整个项目；（7）教师推选优秀的项目成果进行展示，学生之间相互借鉴，取长补短；（8）教师引导学生对该项目所涉及到的知识进行归纳、总结，加深学生对知识的理解。

3、项目教学的考核

项目教学的考核注重学生在项目任务实施过程中综合能力的表现，主要以学生完成项目的情况来考核其学习效果，期间可以引入企业人员的参考文献教学的理论知识、操作技能、测试方法等相关内容以书面形式给学生进行笔试，占总成绩25％，由教师批改后给出得分。

三、项目教学法中的注意事项

1、项目教学内容要体现企业岗位的要求

高职教育的人才培养目标是复合型人才，既强调人才的实用型、技能型，又注重培养人才的职业能力、社会能力、创造能力和发展能力。学生作为准职业人，无论将来从事何种职业，都必须具备良好的职业道德素质和职业技能素质。在《数字电路》中应用项目教学法，不仅能将理论知识和实践技能相结合，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力，而且通过模拟与企业实际生产过程，还能提高学生对未来岗位的适应能力。因此，首先，教师在选择项目教学内容前，要走访往届毕业学生的企业，分别对各相关岗位进行调研，了解企业对这些岗位的要求，如该岗位对知识的要求、对能力的要求、对素质的要求等；其次，针对《数字电路》的具体教学目标，教师要将教学内容与实际的工作过程作有机的结合项目教学，编制有一定应用价值的教学项目，凸显项目教学法的职业导向、能力目标、任务引领、学生主体、实训操作等特点期刊网。

2、不是课程的所有内容都要采用项目教学法

随着项目教学法的推广，有些教师认为《数字电路》中的所有内容都应该采用项目教学法[4]，其实这是一种对项目教学法的片面理解。项目教学法是以生产某一产品或完成某一任务来划分项目的，需要将课程内容与市场需求、企业的生产过程紧密地联系起来。因此，《数字电路》中不同的内容需要采用不同的教学方法。例如在不同进制的转换上可以采用类比法，在布尔代数、卡诺图、真值表等基本概念上可以采用讲授教学法，在组合逻辑电路的设计、时序逻辑电路的设计、集成电路的应用等内容上可以采用项目教学法。项目教学法的思路是边学边用，教学要以“少而精”为原则，旨在引导学生先对项目感兴趣然后再主动学习。这就要求教师不仅熟悉教材，而且能够深入企业第一线，了解各岗位的技能要求，熟悉生产环节的工序衔接。这样才能合理选择《数字电路》中的教学内容，根据教学要求和高职学生的特点采用项目教学法。

三、结束语

以实践为导向、注重课程内容要体现企业岗位的要求已成为当前高职教育课程改革的趋势。在《数字电路》中采用项目教学法，实现了理论和实践的有机结合，充分体现了现代高职教育的特点和发展方向。项目教学法采用理论、实践相结合，分组教学、师生互动的教学方式，创造了学生主动参与、相互协作、探索创新的全新教学模式，这与高职教育“以能力为本位，培养德、智、体、美、劳全面发展的复合型人才”的教育目标是一致的。面对数字电路技术日新月异的发展，《数字电路》的课程改革依然任重道远，它还需要在具体的教学过程中根据广大师生的反映来进行不断地调整和完善。

参考文献：

[1]朱幼娟.项目教学在高职课程改革中应用——以《数字电路》课程为例[J]. 科技信息, 2009,26(27):148-149.

[2]赵海永.项目教学法在电子教学中的应用探析[J]. 职业, 2011,18(8):39-40.

[3]楼平.高职《数字电子技术》课程“项目教学法”探索与实践[D]. 浙江: 浙江师范大学, 2007.

篇（10）

中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0167-02

随着数字电路的广泛应用和推广，作为教育工作者的我们不但要能对数字电路的理论知识进行讲解，同时也要具备对数字电路中出现的故障进行分析，从而进一步解决的能力。只有这样才能不断提高我们的教学水平和更好地培养学生。

1、数字电路产生故障的原因

数字电路出现故障的类型很多，主要包括客观故障和主观故障两种。即一种是由电路中本身的元件的老化等所产生的故障，而另一种是由人为的疏忽产生的故障。下面就从产生故障的主观性和客观性，来对数字电路中常出现的两种故障进行分析。

1.1 客观性产生的故障

1.1.1 电子元件的参数发生变化

电子元件的参数在数字电路中所起的作用是非常重要的，细微的偏差都会产生很大的变动。因此，在数字电路中电子元件的参数发生变化，一定会使数字电路出现故障。由于电子元件在使用过程中会出现老化，进而导致电子元件参数下降。除此之外，温度的变化也会导致电子元件参数发生变化。

1.1.2 电子元件、器件等的不良接触

数字电路是由若干电子元件、器件组成的电路。因此，各个元件、器件接触的情况也会引发数字电路出现故障。由电子元件、器件接触不良引发数字电路发生故障的情况很多。例如，插件的松动、焊点被氧化、焊接不牢靠等。而这些情况都会造成电路板故障。

1.1.3 信号线的损坏

信号线在电路板中所起的作用也是不容忽视的，信号线是电路板能否正常工作的保障之一。但是由于电路板经常受潮湿和大电流等的影响，因此，就会导致信号线经常出现短路、烧损、断路等现象。信号线的损坏就会导致数字电路板无法处于正常的工作状态。

1.1.4 工作环境恶劣

由于电路板是由很多电子元件、器件组接而成的，又因为这些元件、器件的性能受环境的影响很大。因此，当电路的工作环境比较恶劣，如，潮湿、电磁场等环境，都会使得电子元器件的性能有所改变，由此也就改变了电路板的工作状态，使之出现故障。

1.1.5 使用过期的元器件

当元器件出现老化等现象时，它们的参数也会随之发生变化。因此使用一些过期的元器件，就会造成数字电路板无法正常进行工作，从而导致了电路板故障。

1.2 主观性产生的故障

1.2.1 不合理的设计产生的故障

由于数字电路板是由很多电子元器件组合而成的，因此任何一个元器件的选择和使用情况，都会对整个电路板造成很大的影响。如果选择的元器件的参数不合适，或者是在组合装配上出现错误，都会使数字电路板出现故障。

1.2.2 线路连接产生的故障

线路连接是保证电路板正常工作的重要保障之一，因为电路板中的元器件较多，这就使得线路的连接非常复杂，也不容易操作。线路连接的错误通常会导致线路之间的短路，从而使电路板出现故障。

2、数字电路中常见的故障分析

对数字电路的常见故障进行分类，主要可以分为两类。一类是逻辑故障，也就是数字电路中一些逻辑值由于故障发生变化，与规定的逻辑值之间出现偏差，甚至相反的现象。另一类就是非逻辑故障，指逻辑故障之外的其它故障。下面就针对数字电路中的逻辑故障来进行如下的分析。

2.1 固定电平故障

所谓电平故障就是指某处的逻辑电平值保持为固定电平值。当在同一时间只考虑一个电平故障时，就成为固定电平故障。在数字电路的内部故障中，都可以归为输入端和输出端的固定电平故障，这在一般数字电路中也得到了推广。

2.2 桥路故障

桥路故障是信号线的接插短路和电路工艺的不完善、松动，或者是有过长的裸线等造成的故障。主要包括两种类型：第一种是由于输入信号之间，或者是门电路输入信号之间的桥接造成的故障。另一种则是由反馈桥接造成的故障。主要表现为输入信号和输出信号之间的桥接造成的故障。

2.3 固定开路故障

这类故障是发生在CMOS电路中的。例如，当CMOS电路或非门正常工作时，电路应该能够完成或非门的功能。当电路出现既不接电源，也不接地的高阻状态时就成为固定开路故障。

2.4 信号延迟故障

有时即使电路结构没有任何的故障，电路也不会正常的工作，这时就要考虑可能是由信号延迟引发的故障。而由信号延迟所引起的故障我们通常称为延迟故障。所谓的延迟故障，就是指电路中由于各个元件的延迟变化、脉冲信号参数的变化等所产生的各种故障。

2.5 软故障

所谓的软故障就是指由电子元件、器件的参数，或者性能的不稳定，以及电路某一方面的原因等，使电路产生不稳定的现象。产生这类故障的原因有很多，例如，元器件的老化、参数的改变、性能的不稳定等。这类故障有较强的随机性和偶然性，造成这类故障的因素也有很多。例如，环境的潮湿、较强的电磁环境、电源的干扰等。由于这类故障产生的原因很多，因此在排查的过程中也是非常的困难的。

3、数字电路故障的检测方法

3.1 直接观察检测法

这种检测法是指不采用任何的辅助仪器、设备，而是通过直接观察电路来发现问题，找寻解决故障的方法。观察主要包括静态观察和动态观察（通电后观察）这两种观察方法。静态观察是指：查看器件是否插好、插对；电源是否接入电路板中；引脚是否弯折；输入端是否都已经处理好；线路是否正确的接入到电路板中，是否有短路现象；查看器件是否有发烫、发出异味、冒烟的情况。而动态观察法则是查看脉冲是否被接入到电路板中。这种方法可用于对数字电路中出现故障的初步检测，如果电路中出现这种非常明显的故障就可以直接被检测出来了。

3.2 分块测试法

如果通过直接观察的方法没有检测出故障，可以考虑用分块测试的方法。分块测试法是指根据电路的结构、功能等，把电路分成若干几个独立的电路，然后再通电分别进行测试，找出有故障的那部分电路。针对有故障的部分再采用相应的措施来找出具置。例如，计数译码显示电路，就可以根据它的特点把它分成两个部分。即计数器电路和译码显示电路。我们可以先检测计数器电路，如果计数器电路能够正常工作，再检测译码显示电路。采用这种检测方法可以大大提高检测的速度和效率。

3.3 对比替代检测法

当大概知道哪一部分电路有故障的时候，可以通过对该部分电路中的个点信号进行检测，然后在通过与正常电路相比较，找出电路中有故障的信号，从而对故障的原因进行分析和解决。

但有时候很难发现电路的故障，这时我们就可以采用替代法来检测电路的故障。所谓的替代法就是把电路中的电子元器件用同样型号、优质的器件来替代，然后再观察电路是否能够正常工作。为了安全起见，应用此方法时一定要在断电的情况下更换器件。

3.4 电阻检测方法

如果器件出现冒烟、散发出异味等明显异常现象时，应该马上切断电源，以免故障进一步的扩大。为了判断电路是否有短路现象，我们通常采用的就是电阻检测的方法。除此之外，采用电阻检测法还可以检测出底板内部和电路连线之间是否有接触不良和短路等现象。

3.5 波形检测方法

我们还可以通过用示波器对各级的输出波形进行检测，观察所输出的波形是否正常，以此来检测出电路的故障。这种方法被广泛的用在脉冲电路中。

4、结语

数字电路的广泛应用和推广，大大改善了我国各个科技领域的发展。数字电路这一门学科也早已成为各工科专业学生必修的课程之一。因此，在数字电路的教学中难免会遇到各种各样的问题，而电路中的一些故障就是比较常见的问题之一。本文作者希望通过对数字电路产生故障的原因、常见的故障分析和检测方法的阐述给置身于数字电路教学的教育工作者一些帮助。

参考文献

[1]胡文君.设备故障诊断技术的现状与发展[J].后勤工程学院学报,2004(2)．

[2]吴翠娟.现代大型设备故障智能诊断技术的现状与展望[J].电子技术应用,2003.

[3]Forsyth,R.Expert Systems- Principles and Case Studies，Chapman and Hall,1984．

[4]叶春.数字电路故障诊断专家系统的研制,中国科学院电工研究所研究生硕士学位论文,1989,1．

[5]黎飞,周继承,肖庆中.一种数字电路的桥接故障诊断方法[J].科学技术与工程,2007(14)．

篇（11）

1.引言

当今社会数字电路已经遍布人们生活的各个角落，数字电路广泛应用于通信、娱乐、工业生产等不同领域。随着数字电路的不断发展，电路的测试和故障诊断成为了其设计和生产维修的重要组成部分。目前国内部分国防单位使用的数字电路板具有高性能、高功耗、高集成度等特点，比如战斗机上从俄罗斯等国引进的实现关键功能的数字电路板[1]。而使用年限及次数等因素不可避免的会对这些电路板造成损伤，导致包含这些数字电路板的设备无法正常使用，因此对数字电路板的性能测试及故障检测尤为重要。

2.系统结构

2.1 系统总体结构

本文介绍了一种采用向量法对数字电路进行故障诊断的系统，通过向被测电路发送测试向量，接收被测电路对激励的响应结果，然后将该结果与正常工作电路的相应结果进行比对，从而验证被测电路的功能以及诊断故障[2]。该系统兼容目前主流的采用TTL，CMOS等电平逻辑的数字电路。其系统结构如图1所示。

图1 系统硬件结构

本系统主要由计算机和8个下位机子系统两部分构成。每个子系统包含32路IO端口，负责完成测试向量的发送和接收，计算机根据用户建立的测试任务，控制下位机子系统，并显示处理被测数字电路的响应结果。系统选用PXI6534来完成计算机与下位机子系统之间的数据通信，PXI6534是NI公司的一款高速数字IO卡。它将复杂的PXI总线转换为相对简单的16位同步并行总线供下位机设计人员开发，而为上位机设计人员提供了大量API函数从而简化底层驱动的开发过程，让设计人员将更多精力集中在其它应用功能上的开发。各个子系统通过母板挂接到16位数据总线上。由于PXI6534的数字IO驱动能力有限，本系统通过母板来提高数据总线的驱动能力，并且进行电平逻辑的转换和提供同步时钟。

2.2 下位机子系统结构

子系统根据用户设定的测试任务，完成对某种数字电路的检测诊断，并缓存被测电路的响应结果，其结构如图2所示。

图2 诊断检测子系统结构

子系统包括FPGA核心模块、数据缓存模块（SDRAM）、发送调理电路、接收调理电路和参考电压模块。通过FPGA进行指令和数据的读取，根据测试任务所需的测试向量的电压范围设置参考电压，并且将待发送的测试向量的数据存入发送缓存SDRAM。测试开始后，FPGA从发送缓存SDRAM读取数据通过发送调理电路，同时将接收调理电路接收的被测电路的响应数据存入接收缓存SDRAM。测试完成后，FPGA从接收缓存SDRAM中读取测试结果通过数据总线上传给计算机。

2.2.1 控制芯片

本系统选用ALTERA公司CycloneIII系列芯片EP3C25F324C8作为下位机子系统的主控制芯片。该芯片具有215个可编程IO口，24624个逻辑单元，4个锁相环。相比于ARM，DSP等主流微处理芯片，FPGA具有更高速度的优势，且其内部PLL锁相环资源可以为系统提供不同的工作频率。FPGA丰富的IO资源可以满足系统在测试多输入输出的数字电路时的需求。

FPGA是整个数字电路故障诊断系统下位机子系统的核心，测试向量的发送和接收，以及与计算机的通信均由FPGA编程实现。

2.2.2 发送调理电路

发送调理电路完成测试向量的电压转换，由于FPGA输出的是0和3.3V的电压，为满足测试不同数字电路的需求，需要将FPGA输出的电压转换为被测数字电路所能识别的电压。本系统选用，系统采用Intersil 公司的高性能管脚驱动芯片EL1056 作为发送驱动芯片，可输出电压范围-12V～+12V，驱动电流可达140mA，最高频率可达60MHz。

2.2.3 接收调理电路

接收调理电路实现对被测数字电路响应向量的比较，将响应向量转变为FPGA兼容的电平。系统采用Intersil 公司的EL2252 作为接收比较芯片，该比较芯片含有两个独立的比较器，带宽可达50MHz，电平范围为-12V～+12V，电路原理如图3所示。

图3 接收调理电路

通过两个比较器将被测电路的响应向量分别与VH、VL高低两个电压比较，得到vec1和vec2。当vec1=1，vec2=1时，则响应结果为高即逻辑1;当vec1=0，vec2=0时，则响应结果为低即逻辑0;当vec1=0，vec2=1时，则响应结果为高阻。通过两个比较器实现了对被测数字电路响应向量的三态判断。

2.2.4 参考电压模块

参考电压模块由D/A转换电路和偏置放大电路两部分组成。本文选用8为D/A芯片AD8801来完成数模转换，该芯片含有8个模拟输出通道，有效的提高了系统的集成度。

2.2.5 数据存储模块

系统选用SDRAM作为测试向量发送和接收的存储模块，SDRAM具有读写速度快，存储容量大，价格便宜等优点，已经广泛应用在数字电路领域。本系统选用两片位宽为16位、容量为64MBits（4MBits×16）的MT48LC4M16A2TG-75组成容量为128MBits（4MBits×32）的存储单元，该芯片最高读写时钟频率可达133MHz。

3.软件设计

3.1 下位机程序设计

本系统下位机硬件驱动程序使用Verilog HDL语言，在Quartus II开发环境下设计完成。Verilog是一种硬件描述语言，采用模块化的编程方式进行设计。工作流程如图4所示，程序上电启动，首先进去自检流程，检测系统自身的健康状态，以保证系统能正常运行。自检流程完成后等待计算机发出指令，识别不同指令完成测试任务。

通道状态设置。FPGA根据测试任务，设置某一路IO通道的状态，选择是否从该路通道接收或发送测试向量。各个通道均可独立设置，系统可以根据被测对象灵活的选用不同的IO通道。

接收带发送数据。计算机将待发送的测试向量数据下传给下位机子系统，FPGA将这些数据暂存在SDRAM中。

发送频率初始化。FPGA进行分频，设置本次测试任务发送和接收测试向量的频率。

参考电压初始化。设置IO通道发送和接收测试向量的高低电压值。

开始测试。FPGA从发送缓存中读取测试向量的数据，通过IO通道发送。同时将接收到的响应数据存入接收缓存中。

上传接收数据。FPGA从接收缓存中读取测试结果，通过16位数据总线上传给计算机，以便显示和比较。

图4 系统工作流程

图5 计算机界面

整个程序包括以下几个模块：①主程序模块。实现与计算机的通信，接收和上传数据，识别计算机所发出的指令，控制其他模块配合完成测试任务。②D/A控制模块。控制D/A的输出，设置测试任务所用的参考电压。③SDRAM控制模块。控制SDRAM的刷新和数据存取。④分频模块。为发送和接收测试向量提供不同的频率，采用整数分频，半整数分频和小数分频结合的方式提高频率调节的分辨率。⑤向量发送接收模块。控制测试向量的发送和接收。

3.2 计算机应用程序

本系统采用LABVIEW构建人机交互界面。如图5所示。LABVIEW是一种图形化的编程语言，利用了计算机的强大性能，在设计计算机应用程序界面是非常方便。由于本系统采用了NI公司的高速数字IO板卡，NI公司提供了该数字板卡在LABVIEW环境下的API函数，为编程提供的方便。

4.结论

论文设计了一种通用数字电路故障诊断系统，该系统具有以下优点：拥有256路独立I/O，输出频率可达50MHz，输出电压在-6V～+9V内可调，可以满足目前大部分数字电路的诊断需要。

参考文献

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[2]郭希维，苏群雄，谷宏强.数字电路测试中的关键技术研究[J].科学技术与工程，2006，6（18）：2904-2905.

[3]黄鑫，常天庆等.数字电路板自动测试与故障诊断系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2010，18（7）：1512-1514.