數字邏輯虛擬仿真實驗教學是為清華學院理工科類平臺課程《數字邏輯基礎》而開辦的配套課程,該實驗課程的中學生為平臺課程的選課者。
數字邏輯虛擬仿真實驗教學是對理論知識的驗證。通過本實驗課程的教學,使中學生經過實驗過程體驗、實驗現象觀察、實驗結果剖析,才能深刻領會課程的理論與概念,把握課程的重要知識點。
結合理論課程教學進程,實驗課程教學內容涵括《數字邏輯基礎》課程的基本概念,實驗內容包括:數字EDA軟件入門、組合電路的剖析和驗證、組合電路(七段混頻器與編碼器)的設計、層次化的設計方式(全加器設計)、迭代設計法(4位全加器與數據比較器的設計)、算術邏輯單元的設計、觸發器及基本應用電路、同步計數器與應用、順序脈沖訊號發生器、狀態機設計(手動售貨機)、交通燈控制器等十一個實驗。
實驗目的
通過數字邏輯虛擬仿真實驗教學,對理論課程中涉及的相關知識進行剖析與驗證,使中學生更好地理解把握理論基礎概念、提高電子信息類課程學習的興趣、培養剖析問題的能力。
實驗環境
實驗儀器設備:
筆記本,安裝計算機輔助設計軟件ISE。
實驗教材:
1、模擬與數字電路基礎實驗,清華學院出版社,2014
2、數字邏輯基礎(第二版),清華學院出版社,2012
實驗內容進度
數字邏輯基礎虛擬仿真實驗教學是為清華學院理工科類平臺課程《數字邏輯基礎》而開辦的配套課程,該實驗課程的中學生為平臺課程的選課者。
數字邏輯虛擬仿真實驗教學是對理論知識的驗證。通過本實驗課程的教學,使中學生經過實驗過程體驗、實驗現象觀察、實驗結果剖析,才能深刻領會課程的理論與概念,把握課程的重要知識點。
虛擬仿真實驗課程為一學期教學,與數字邏輯基礎理論課程并行,時間上比理論課程通常稍遲5周。課時數為每周2學時,計11周,每學期課時數約為20學時。
模擬電子學虛擬仿真實驗課程教學周進度:
(1)數字EDA軟件入門
(2)組合電路的剖析和驗證
(3)組合電路(七段混頻器與編碼器)的設計
(4)層次化的設計方式(全加器設計)
(5)迭代設計法(4位全加器與數據比較器的設計)
(6)算術邏輯單元的設計
(7)觸發器及基本應用電路
(8)同步計數器與應用
(9)次序脈沖訊號發生器
(10)狀態機設計(手動售貨機)
(11)交通燈控制器等十一個實驗
實驗要求
專業與年級要求
數字邏輯虛擬仿真實驗課程的中學生為二年級上專科生,中學生專業主要為電子信息科學與技術、生物醫學工程、微電子學、通信工程、光信息科學與技術、電氣工程及其手動化、核科學與技術等專業。
基本知識和能力要求等
先修課程:物理剖析、普通化學實驗。
實驗方式與實驗步驟
第一周開始就要求中學生認真做好實驗預習。實驗預習報告的內容必須包括實驗原理、實驗內容、電路圖、電路相關參數估算、參數測試表格。
實驗過程教學是電路基礎實驗教學的重要組成部份。實驗指導班主任必須在電路原理圖輸入、原理圖錯誤排查、仿真設置、電路波形觀察、參數測試等方面對中學生進行考察與適當補習,中學生的實驗過程表現對其課程成績評定有較大作用。
實驗報告是中學生對每次實驗的小結。要求中學生認真做好實驗報告,提出對預習報告的更改部份、提供正確的實驗結果、進行實驗結果剖析、討論理論概念的理解與感受。
為保證教學質量仿真物理實驗室電腦,實驗教學項目團隊全體成員定期舉辦每周一次每次1小時的研討。討論選擇不與實驗內容重復的教學演示范例、實驗查錯補習方式、實驗初驗方式等問題。
在每次虛擬仿真實驗課程進行過程中,中學生操作步驟如下:
(1)課前預習,撰寫實驗預習報告。
(2)打開筆記本,雙擊虛擬仿真軟件圖符,步入仿真軟件界面。
(3)新建電路仿真工程,定義FPGA元件機型。
(4)新建原理圖原文件,步入原理圖編輯界面。
(5)選擇元件庫,放置器件、定義宏單元,放置輸入輸出管腳。
(6)電氣連線,電路綜合。
(7)新建仿真波形測試文件,設置激勵訊號仿真參數。
(8)運行邏輯功能仿真或則時序仿真,顯示電路仿真波形圖形。
(9)考察電路各項邏輯特點,若不符合項目要求,則原理圖應改錯。
(10)班主任初驗。
(11)中學生撰寫實驗報告。
(12)班主任批改實驗報告,給出實驗成績。
實驗注意事項
實驗結果與推論要求
中學生的實驗報告應當給出實驗結果與推論。通過電路的仿真剖析,檢測結果是否驗證了理論。假如個別檢測結果與理論似乎不符,則剖析緣由。
考評要求
為保證對中學生實驗成績評價的公平性以及可操作性,虛擬仿真實驗教學項目團隊制訂統一的實驗評分標準。成績評定主要根據為預習、功能實現、操作規范、實驗報告、實驗完成情況等五個方面。
(1)得分:預習20%,功能實現40%仿真物理實驗室電腦,操作規范10%,實驗報告30%。
(2)完成情況:準時完成100%×得分,一周后完成75%×得分。
理論課程《數字邏輯基礎》的總評成績按下式估算:
總評成績=25%×仿真實驗成績+10%×平時作業成績+65%×期末考試成績
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