计算机硬件电路设计的软件比较教学研究

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1、计算机硬件电路设计的软件比较教学研究摘要：计算机专业的教学过程中，学生对电子技术等硬件知识原理及设计方法的掌握困难较大。而学生较好的程序设计能力能够帮助其加深对电路原理和设计思路的理解。因此，提出了一种称为计算机硬件电路设计的软件比较教学方法。该方法以逐次渐近型ADC(AnalogDigitalConverter的缩写)电路原理教学为例，在程序算法表达设计思想的基础上，结合数字电路的基本知识，引导学生理解电路的设计原理、掌握设计思路。从实际教学来看，效果较好。关键词：电路设计；逐次渐近；ADC；比较教学中图分类号：G642.41文献标识码：A文章编号:10

2、09-3044(2016)22-0127-03Abstract：Studentshavesomedifficultiesinlearningelectronictechnologyandotherhardwareprincipleanddesignmethodwhileteachingcomputerscience.Andalsotheabilityofprogramdesigncouldhelpstudentsunderstandcircuittheoryanddesignideas.Therefore，akindofcomparativeteachin

3、gofcomputerhardwarecircuitdesignbysoftwarewaspresented.ItguidedstudentstounderstandtheADCcircuitprincipleanddesignideasthroughprogramalgorithmandbasicknowledgeofdigitalcircuitsinteachingofsuccessiveapproximationADCcircuittheory.Ithasbeenshownthatthemethodcouldhelpstudentsmoreeffec

4、tivelyunderstandcircuitknowledge.Keywords：circuitdesign；successiveapproximation；ADC；comparativeteaching1引言计算机专业的硬件知识课程通常包括电路原理、模拟电子与数字电子技术等课程。从实际教学过程看，由于实验条件、物理知识等多方面的因素，学生普遍反映电子技术的学习较为困难。甚至严重情况下，会影响学生对硬件电路设计的兴趣，这不利于学生综合素质的培养［1-2］。另一方面，软件设计由于对动手操作条件要求不高，编程锻炼的机会多，不少同学掌握程度较好，从而培养了兴趣

5、。学习通常都是利用已有知识去理解新知识的过程，如果新知识和己有知识在很大程度上具有相似性，或者通过合理的比较，建立新知识与已有知识之间某种紧密的联系，学生在理解上就相对容易。自信心也可能会从己掌握知识迁移到新知识上。比较是根据一定的标准，把有某些联系的两种或两种以上的事物加以对照，确定事物同异关系的思维过程和方法［3］。本文所谈论的比较教学方法就是在此概念框架下定义的，在相关教学中已经被成功采用［4-5］。因此，本文以数字电子技术教学中的重点知识“逐次渐近型ADC”为例，在对原理概念做简要介绍后，引导学生用算法、程序语言的形式将设计的思想表达出来，再利用基

6、本组合和时序电路将软件形式表达的设计思想“翻译”成初步的硬件电路。通过对软件和硬件初始化、运行方式等的比较，对初步的ADC电路进行优化调整，最终形成经典的逐次渐近型ADC电路设计。2逐次渐近型ADC简介ADC是将模拟信号转换成数字信号的器件，以方便计算机等数字系统进行信号处理，是计算机系统与外部物理世界交互的重要部件，也是数字电子技术课程中的重要知识内容。根据构造原理的不同，ADC的种类很多，例如并联比较型ADC、反馈比较型ADC、双积分型ADC、V-F变换型ADC，以及E-AADC等。其中逐次渐近型ADC是一种反馈比较型ADC，它具有转换速度较快、体型小

7、、构造成本低等优点，因此是目前ADC产品中用得较多的一种。图1和图2分别是逐次渐近型ADC的原理框图和电路原理图［6］。逐次渐近型ADC的基本设计思想是：它是对计数型ADC在转换速度上的改进，对于外界模拟输入信号，逐渐计数累加，通过DAC产生输出一个与模拟信号相等的电压信号，此时输入给DAC的数值就是ADC的转换结果。值得注意的是，计数累加不是每次加1个单位，而是采用类似“二分查找”的原理，由高位到低位逐渐取1比较，如果DAC的输出大于外界模拟信号，相应的位置0,否则保留置1,直至到最低位比较结束。传统的电路教学方法，会对照着原理图给学生讲解思想和电路的组

8、成。学生领会上比较困难，特别是即使搞清楚原理，对电路的设计过程、来