導語：如何才能寫好一篇邏輯電路設計方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】組合邏輯電路；電路設計；解決方法

隨著數(shù)字電子技術的不斷發(fā)展，數(shù)字電路已被廣泛應用于現(xiàn)代數(shù)字通信、自動控制、數(shù)字計算機、數(shù)字測量等各個領域，并已深入我們的日常生活中。數(shù)字電路又稱邏輯電路，可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種。它們的區(qū)別在于時序邏輯電路有存儲單元，具有記憶功能。而組合邏輯電路沒有，它只由常用門電路組合而成，即沒有從輸出到輸入的反饋連接，它的輸出僅決定于該時刻的輸入狀態(tài)。在對組合邏輯電路原理進行設計時，可采用以下方法步驟：（1）分析設計要求，理清輸入與輸出的端口數(shù)和相互關系；（2）根據(jù)分析結果，設定變量并進行狀態(tài)賦值，再列出相應的真值表；（3）由真值表寫出邏輯電路的輸出表達式；（4）利用卡諾圖或邏輯公式將輸出表達式進行化簡；（5）根據(jù)最簡表達式畫出相應邏輯電路圖。按照上述方法步驟，組合邏輯電路原理設計就完成了，但實際設計工作除此之外，還包括電路器件的選擇，安裝和調試等過程。而往往就是在這些環(huán)節(jié)中容易遇到問題，現(xiàn)將常遇問題及解決方法歸納如下：

1.接口電路的電平轉換

在設計組合邏輯電路時，常常由于速度、功耗和帶負載能力等問題需要將TTL門電路和CMOS門電路混合使用。這兩種門電路的電源電壓、參數(shù)指標等均有所不同，因此不能直接連接，而需要借助于接口電路。接口電路是指不同類型邏輯門電路之間或邏輯門電路與外部電路之間有效連接的中間電路。接口電路的設計主要分以下兩種情況：第一，用TTL門電路驅動CMOS門電路。TTL門電路的電源電壓為+5V，而CMOS的電源電壓范圍是3～18V，因此需要將TTL輸出的高電平值升高來驅動CMOS門電路。方法是利用TTL門電路中的OC門做接口，適當選取OC門的外接電源和電阻來滿足CMOS門電路對電源電壓的要求。由OC門的功能分析可知，OC門輸出的低電平約等于0.3V，高電平約等于UCC。所以，改變電源電壓可以方便地改變其輸出高電平。圖1第二，用CMOS門電路驅動TTL門電路。方法是應用六反相緩沖器等專用接口器件直接驅動TTL負載電路，如圖1所示。這類專用接口器件使用電源為+5V電源，與TTL負載電路一致，輸入端允許超過電源電壓，可與CMOS門電路電源相配合使用。

2.扇入問題

扇入問題是指門電路輸入端口與實際電路輸入端口的關系，一般分以下兩種情況：（1）門電路多余輸入端的處理設計電路時，需要用到的集成門電路的輸入端多于實際電路需要的輸入端數(shù)時，就需要將多余的輸入端進行處理。在保證輸入正確邏輯電平的條件下，可將多余的輸入端接高電平或低電平。如果是與門或與非門，應將多余的輸入端接高電平；如果是或門或或非門，應將多余的輸入端接地或接低電平。為防止干擾，多余的輸入端一般不能懸空。接高、低電平的方法可通過限流電阻接正電源或地，也可直接和地相連接，如圖2所示。但要注意輸入端所接的電阻不能過大，否則將改變輸入邏輯狀態(tài)。（2）門電路輸入端少于實際電路需要輸入端的處理當用到的集成門電路的輸入端少于實際電路需要的輸入端數(shù)時，可采用分組的方法進行解決。例如，實際電路需要與非門輸入端口為A、B、C、D共4個，但集成門電路是2輸入端與非門，可按以下分組連接解決，輸出Y=，如圖3所示。

3.扇出問題

邏輯電路的扇出問題，主要是指它的帶負載能力，即在設計電路時，可能存在一個門電路的輸出端所帶的負載門太多，超出了它的帶負載能力。門電路的帶負載能力主要通過扇出系數(shù)N來說明，它代表電路能驅動同類型門電路的最大個數(shù)。當輸出高電平、帶拉電流負載時：如果NH≠NL，則把較小的個數(shù)定義為扇出系數(shù)。在設計電路時，可采用扇出系數(shù)大的門電路作為輸出門。在設計組合邏輯電路時，除了以上所分析的問題外，還有一些細節(jié)需要注意的。如：用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合函數(shù)會使電路連接簡單很多；對邏輯表達式的變換與化簡，是盡可能使其與給定的組合邏輯器件的形式一致，而不是單純簡化；設計時應考慮合理充分地應用組合器件的功能，應盡量選用結構原理比較簡單的，但數(shù)量又少的器件來滿足設計要求。綜上所述，要成功設計出一個組合邏輯電路不容易，要設計一個結構簡單、功能完整、參數(shù)合理的組合邏輯電路就更難，這需要設計者不斷地去嘗試、安裝和調試，從設計的過程去積累經驗。

參考文獻

[1]余孟嘗.數(shù)字電子技術基礎簡明教程(第三版)[M].高等教育出版社,2007,01.

[2]秀.電工電子學[M].高等教育出版社,2014,07.

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【關鍵詞】時序邏輯電路；原始狀態(tài)；電路設計

1.引言

數(shù)字電子技術是自動化、電氣、通信、電子等電類專業(yè)必須掌握的重要專業(yè)基礎，是《數(shù)字電子技術》的核心內容、學習的重點和難點。而時序邏輯電路的設計是實踐教學的重要內容。時序邏輯電路的分析和設計只有通過對它的研究與實踐，才能真正具有設計數(shù)字電路的能力。目前同步時序邏輯電路的設計方法可按以下幾個步驟進行：設計要求；原始狀態(tài)圖；最簡狀態(tài)圖；狀態(tài)分配；選定觸發(fā)器類型，求出狀態(tài)方程、驅動方程和輸出方程；畫邏輯電路圖[1]-[3]。在數(shù)字電子技術的通用教材中，對時序邏輯電路設計方法的敘述不夠具體，以至于時序邏輯電路設計實例的設計過程往往不夠清晰，教學過程中學生難于理解和掌握。本文通過對具體設計實例的設計過程和步驟進行分析研究。提出強化原始狀態(tài)確定在給定邏輯問題的邏輯抽象過程中的應用，使設計過程更加清晰易懂。本文通過對具體實例的設計分析，對時序邏輯電路設計的一般規(guī)律、原則、方法及步驟作了探討和研究。

2.設計實例剖析

設計一個自動售飲料機的邏輯電路，它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機器自動給出一杯飲料；投以兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。

此設計實例是很多數(shù)字電子技術課程教材時序邏輯電路設計部分的設計實例，但其設計分析過程不甚清晰，學生在學習過程中理解困難，原因之一就是對原始狀態(tài)的設定和分配沒有闡述或闡述不清晰，如果通過邏輯分析和邏輯抽象首先確定電路的原始狀態(tài)，那么后面的設計就會水到渠成。下面本文將從原始狀態(tài)確定開始，從新對此設計實例進行設計剖析。

（1）確定原始狀態(tài)

（2）原始狀態(tài)化簡

根據(jù)狀態(tài)化簡原則，首先尋找等價狀態(tài)，在相同的輸入下有相同的輸出并轉換到同一個次態(tài)的狀態(tài)為等價狀態(tài)。由表1-1可知，S0、S3和S4為等價狀態(tài)，合并為S0狀態(tài)。狀態(tài)含義分別為：S0為初始狀態(tài)，即等待新交易開始的狀態(tài)；S1為投入一枚五角硬幣后的狀態(tài)；S2為投入滿一元錢后的狀態(tài)。從而得到化簡后的狀態(tài)裝換表如表1-2所示。

（4）選定觸發(fā)器并列狀態(tài)及輸出方程

3.總結

在時序邏輯電路的設計過程中，原始狀態(tài)的分析和確定對于初學者來說非常重要，如果原始狀態(tài)與系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)無法清晰地對應，后續(xù)所有的設計步驟都無從談起，因此，無論對教或學的任何一個角度而言，在時序邏輯電路的設計的設計步驟中強化原始狀態(tài)的確定都是十分重要的。本文通過對自動售貨系統(tǒng)設計過程中原始狀態(tài)的分析和確定，強化了對于給定邏輯問題的邏輯抽象過程中原始狀態(tài)的重要性，使時序邏輯電路的設計思路更加清晰。另外，在設計過程中，考慮到了一元和五角同時投入的情況，即A、B同時為1時電路的工作情況，減少了系統(tǒng)在實際工作過程中進入混亂狀態(tài)的幾率，使整個邏輯系統(tǒng)更趨完善。

參考文獻

[1]閻石.數(shù)字電子技術基礎(5版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]夏路易.數(shù)字電子技術基礎教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[3]秦曾煌.電工學簡明教程[M].北京:高等教育出版社,2001.

作者簡介：

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數(shù)字電路教學設計項目教學學習興趣現(xiàn)代化電子技術飛速發(fā)展，數(shù)字電路更是以系統(tǒng)集成化、設計自動化、用戶專業(yè)化和測試、智能化的趨勢出現(xiàn)。數(shù)字電路教學中如何能應對電子技術的發(fā)展，同時又遵循高等職業(yè)教育以職業(yè)為基礎、以能力為本、理論夠用為度的原則，圓滿完成課程的教學任務，用項目教學法是行之有效的手段。

一、關于項目教學法

1.項目教學的概念

項目教學法，是圍繞一個實踐項目而展開的教學活動，其目的是在項目實施過程中使理論與實踐教學同步進行，從而充分調動學生參與的積極性，提高學生解決實際問題的綜合能力。

2.項目教學法的關鍵

項目教學法的關鍵，是把整個學習過程分解為一個個具體的工程或事件，設計出一個個合適的項目教學方案。這樣，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。

3.項目教學法的優(yōu)點

項目教學法，是讓學生實施一個具體的項目，學生學習的目的很明確，能極大地調動學生的學習積極性，提高學習興趣。項目教學法大多要分小組完成，通過小組內及小組間的充分交流、討論、決策等，提高學生合作能力，強化學生的團隊意識。而合作能力和團隊意識，恰恰是當前社會化大生產所要求的基本素質。項目教學法在實施過程中會涉及到很多學科知識，能促進課程間的整合。

二、項目教學法的教學實踐

數(shù)字電路課程是高職電氣專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)基礎課，具有較強的邏輯性、應用性和工程實踐性。內容包括數(shù)字電路基礎、組合邏輯電路基礎、組合邏輯集成電路、時序邏輯電路基礎、時序邏輯集成電路、半導體存儲器與可編程邏輯器件、數(shù)模和模數(shù)轉換器和脈沖信號的產生與整形共8章節(jié)。按照“以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系”的總體教學設計要求，本門課程以培養(yǎng)靈活應用常用數(shù)字集成電路來實現(xiàn)邏輯功能的能力為基本目標，打破學科課程的設計思路，緊緊圍繞工作任務完成的需要來選擇和組織課程內容，突出工作任務與知識的聯(lián)系，讓學生在職業(yè)實踐活動的基礎上掌握知識，增強課程內容與職業(yè)崗位能力要求的相關性，提高學生的就業(yè)能力。本課程可以分成6個項目完成，分別是：全加器電路設計、搶答器的設計與制作、同步計數(shù)器電路設計、數(shù)字鐘電路的設計與制作、用可編程邏輯器件設計數(shù)字鐘電路和A/D 和D/A 轉換功能仿真。第1到3章劃為第一個項目，內容是：全加器電路設計。以下就以第一個項目為例完成教學設計。

1.教材分析

這部分內容包含3個章節(jié)：數(shù)字電路基礎、組合邏輯電路基礎、組合邏輯集成電路。每章節(jié)后面都有本章小結、思考題與習題、技能要求和實訓內容以及書最后的實驗內容部分。很顯然，編者也在強調技能和實訓的重要性，但在進行教學設計時采用項目教學法能很好地體現(xiàn)實踐能力為主。

2.教學設計

此部分內容重點是掌握邏輯函數(shù)的表示方法，會進行邏輯函數(shù)的變換和化簡；能正確理解基本門電路邏輯功能；會用基本邏輯門電路設計簡單組合邏輯電路。如何把內容連貫，用某個項目來體現(xiàn)，我們可以結合實驗內容以及常見的電路來解決。那么，學習項目選取的基本依據(jù)是該門課程涉及的工作領域和工作任務范圍，在具體設計過程中，還以相關專業(yè)的典型產品為載體，使工作任務具體化，產生具體的學習項目。項目的難度要適中，要適合學情，讓學生都能動手參與，能充分調動他們的積極性，使學習更有目的性，讓學生在職業(yè)實踐活動的基礎上掌握知識。本項目內容是全加器的電路設計。采用全加器的設計這樣的項目內容，那么，組合邏輯集成電路，此部分章節(jié)中的編碼器、譯碼器與數(shù)碼顯示器等內容暫時就使用不到，我們可以把這些內容劃分到下一個項目中去，而只是涉及到它的前面一部分內容二進制加法器。這樣，不會顯得項目量過大，知識太擁擠，學生學習困難的問題。

3.教學過程的組織實施

項目教學法的教學步驟，具體是以下六個步驟：情景設置，操作示范，獨立探索，明確項目，協(xié)作學習，學習評價。本項目可以包含這幾個模塊：（1）完成基本門電路的測試；（2）用74LS00實現(xiàn)多種邏輯功能；（3）用基本門電路設計全加器電路。每個模塊參考學時都可以是4學時，它們的學習目標不相同，由淺入難，循序漸進，慢慢引導學生掌握理論知識，增加實踐經驗。每個模塊除了列出的工作任務以外，根據(jù)學生層次的不同，還可添加相應的拓展知識。模塊一邏輯門電路測試工作任務包含測試TTL門電路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86邏輯功能并記錄測試數(shù)據(jù)和整理歸納總結，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 邏輯表達式，狀態(tài)真值表。它相關的理論知識：基本邏輯運算和復合邏輯運算，基本門電路邏輯功能，邏輯函數(shù)的基本表達式。模塊二用與非門電路實現(xiàn)多種邏輯功能工作任務有用74LS00實現(xiàn)下列邏輯功能：或非F=A+B、與或F=AB+CD、4輸入與F=ABCD、異或和同或。相關理論知識：邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則，邏輯函數(shù)的化簡方法，邏輯函數(shù)表達式。模塊三全加器的設計與制作工作任務：用基本門電路設計判奇電路，用基本門電路設計半加器電路，用基本門電路設計全加器電路。相關理論知識：組合邏輯電路的分析方法，用基本門電路實現(xiàn)組合邏輯功能。全加器是能夠計算低位進位的二進制加法電路，全加器的邏輯圖如圖所示。

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關鍵詞： 量子門 量子可逆電路 量子多值邏輯 通用門庫

近30年來，人們已提出了多種量子門，如Toffoli門［1］，F(xiàn)redkin門，Peres門等，并給出了量子門的代數(shù)特征。如何使用指定量子門庫中的量子門自動生成量子代價較小的量子可逆邏輯電路，其本質就是量子可逆邏輯電路綜合技巧問題。Shende將可逆電路綜合轉化為置換問題，并提出三量子可逆邏輯電路綜合最優(yōu)算法；Yang在此基礎上利用GAP軟件實現(xiàn)了三量子最小長度和最小代價可逆邏輯電路綜合算法。然而目前大多數(shù)算法只是在綜合三量子電路時效果很好，隨著綜合量子比特數(shù)的增加，綜合量子可逆邏輯電路的時空復雜度將進一步增加。在綜合四量子電路時，Yang等人利用廣度優(yōu)先搜索和雙向綜合技術，使用CNP量子門庫可綜合最長為12的四量子偶置換最優(yōu)電路，這已是較好結果；李等人使用CNP量子門庫，在廣度優(yōu)先搜索的基礎上，巧妙構造哈希函數(shù)并利用線置換和向變換進行無損壓縮可快速生成最大長度為16的最優(yōu)四量子偶置換電路，這是目前已知的最好結果。目前人們還未設計出通用高效的多量子電路綜合算法，這是量子電路設計中急需解決的重要問題之一，因為它的設計實現(xiàn)不僅可以降低制造量子電路的成本，而且能提高多量子可逆電路設計的效率。

目前比較有代表性的量子可逆電路構造方法有以下幾種［2］。

窮舉法、RM方法、群論分解方法、探索法，通過比較知窮舉法綜合結果好，能達到最優(yōu)，但時間空間開銷大；真值表和RM方法構造巧妙，綜合速度快，但結果不盡理想，需要輔以優(yōu)化；群論方法新穎高效，算法收斂迅速（有限步結束），但構造復雜，較為繁瑣，需要的門庫規(guī)模大；其他方法也均是在綜合的效果和效率之間尋求一個平衡點，這個平衡點如何選取，則應該以實踐中的具體需求情況為依據(jù)。

構建量子可逆邏輯電路主要有構造與優(yōu)化兩個過程，有些算法是先構造再優(yōu)化，還有一些算法則是構造與優(yōu)化同時進行。通常所得到的量子電路并不是最優(yōu)電路，如何有效地優(yōu)化電路，成為量子電路領域的另一個研究重點。Iwama、Maslov、Maslov等都對電路優(yōu)化程度作出了杰出貢獻。

目前對量子二值邏輯可逆電路綜合算法的研究較多，但對于多值邏輯量子電路綜合技術的研究較少［3］。其中的原因主要有：第一，人們已習慣于經典計算中的二值邏輯，利用多值邏輯進行計算不符合人們常規(guī)的思維和計算方式；第二，對于多值邏輯的理解與應用本身就是困難的，涉及多值邏輯理論及群、環(huán)、域等代數(shù)理論，量子可逆電路的設計又具有相當難度，規(guī)模較大，復雜性較高，其中又要解決量子的自然屬性（如消相干現(xiàn)象等）對計算的負面影響。所以將多值邏輯應用于量子電路，設計具有相當復雜性的多值邏輯量子電路也是困難的。然而，量子具有多種可觀測的屬性，例如光子的偏振方向，電子的自旋方向，電子所處于的能級等，因而具有多個復雜的自由度，利用多能級描述量子位也更自然。由于量子實驗物理的發(fā)展進步及測量技術的不斷完善，對于量子在各個屬性上的測量的精準度大大提高，使得量子高維基態(tài)（即多值邏輯量子態(tài)）的應用成為可能。另一方面，量子多值邏輯的應用能夠極大提高量子并行計算的能力（理論上比二值邏輯更強大），并可在存儲和處理量子信息時提供更大的靈活性，又可以無輔助位的方式用兩位量子門和一位量子門建立多量子電路，使得多量子電路的物理實現(xiàn)成為可能。對多值量子可逆邏輯電路綜合的研究正在興起。

量子可逆電路本質上是置換電路［4］，在此基礎上可根據(jù)一些特定功能構造量子專用電路，專用電路的設計實現(xiàn)及應用可加速運行算法，并對量子寄存器或量子芯片等的設計作出一些貢獻。目前已設計出量子全加器、量子全減器及受控集成量子加減電路，它們是構建量子計算機的基本單元。在量子糾錯編碼和容錯計算中可根據(jù)糾錯碼的生成矩陣和校驗矩陣，分別生成編碼電路和解碼電路。2005年何等人通過分解蝴蝶矩陣和轉置矩陣獨立實現(xiàn)了基于Haar小波多尺度分析的完整量子電路。2006年Cheng等人用Bitonic方法快速構造大規(guī)模的量子排序電路，給出的線路模型清晰地反映出算法消耗資源的情況。2007年Khan等人給出了利用三值邏輯Feynman和Toffoli門實現(xiàn)的三值邏輯全加器，基于此又實現(xiàn)了帶有部分前瞻的三值邏輯并行加法器，并展示了將此電路用作并行減法器的方法。2008年Khan提出綜合量子四值邏輯加法/減法器的遞歸電路。之后Khan又提出量子四值邏輯比較器，比較器是著名的Grover量子搜索算法的關鍵功能模塊―Oracle的組成部分，也是基于比較的各種算法及控制器的基本模塊。當然，由于量子電路設計的復雜性，目前綜合出的專用電路還不多，并且給出的大多數(shù)的電路并非最簡形式。

盡管對于量子可逆電路的研究已取得了一些成果，但目前對于構建量子可逆電路的量子門及通用門庫的研究還不深入，對于量子可逆電路的生成方法和優(yōu)化方法的研究還處于起步階段。對其中的一些問題，如多值邏輯的嵌入與應用，電路優(yōu)化策略，綜合算法復雜性的深入分析與證明等，只是進行了初步的探索。雖出現(xiàn)了一些解決方案，但并不十分成熟，還有一些領域未曾涉及，所以需要進一步深入研究。

參考文獻：

［1］李志強，陳漢武，徐寶文等.基于Hash表的量子可逆邏輯電路綜合的快速算法［J］.計算機研究與發(fā)展，2008，vol.45-2：2162-2171.

［2］何雨果，孫吉貴.基于Haar小波的多尺度分析量子電路［J］.科學通報，2005，vol.50-20：2314-2316.

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論文關鍵詞：設計,序列信號發(fā)生器,計數(shù)器,數(shù)據(jù)選擇器,移位寄存器

在數(shù)字信號的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)的測試中，常常用到一組特定的串行數(shù)字信號，通常把這種串行數(shù)字信號叫序列信號。而把產生序列信號的電路稱為序列信號發(fā)生器。

在較舊版本的數(shù)字電子技術的教材中，并未涉及到有關序列信號發(fā)生器的概念和設計方法的講述。在新版教材的有關章節(jié)中，雖然增加了該內容但講解并不深入，并且在該章節(jié)的目錄中注有“＊”號，表示該部分內容是建議作為選講的內容，在學時較少或要求不高的情況下，建議首先刪減的內容。因此，很多同學對該部分內容較為生疏。但在實踐教學中已將序列信號發(fā)生器的設計放在了選做的內容，由于上述原因致使該部分選內容未落在實處。

隨著數(shù)字電子技術的進步，尤其是集成電路的迅猛發(fā)展，采用中規(guī)模集成電路（MSI）芯片構成序列信號發(fā)生器已非常方便簡潔。設計序列信號發(fā)生器的方法有很多種，比較簡單直觀的方法是用計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器組成，也可以用計數(shù)器和必要的組合邏輯電路構成，當然用移位寄存器和必要的門電路也是組成序列信號發(fā)生器的方法之一。

1 用計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器構成序列信號發(fā)生器

設計過程一般可分以下幾步進行。首先，根據(jù)序列信號長度M設計模為M的計數(shù)器，計數(shù)器狀態(tài)可以自定。然后根據(jù)計數(shù)器狀態(tài)轉換關系和序列信號要求，選擇和設計數(shù)據(jù)選擇器的輸入信號，并確定其地址輸入端與計數(shù)器輸出端的連接方式。最后，根據(jù)計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器的功能表以及設計結果畫出邏輯電路圖。

例如，設計一個產生01011序列信號的序列信號發(fā)生器，由于所需信號的循環(huán)長度為五，首先可選用一片MSI的十進制計數(shù)器，通過選取適當?shù)姆答伹辶阈盘柕玫揭粋€五進制計數(shù)器，將其輸出端信號接入另一片八選一數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，根據(jù)數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能可知，只要將其數(shù)據(jù)輸入端接入與序列信號相應的電平，在其原碼輸出端即可得到所需序列信號。

如果選用具有同步清零的十進制計數(shù)器74LS162，并選用常用的前五個狀態(tài)000～100構成五進制，數(shù)據(jù)選擇器選用74LS151，并從其原碼輸出端得到序列信號，其真值表如表1所示。

根據(jù)真值表可知，只要將五進制計數(shù)器的輸出QCQBQA接入74LS151的地址輸入端A2A1A0,將其數(shù)據(jù)輸入端接成D0=D2=0, D1=D3=D4=1,既可從74LS151的Q端得到所需序列信號，邏輯電路如圖1所示。

2 用移位寄存器和必要的門電路構成序列信號發(fā)生器

設計過程可分以下幾步進行（依然以產生01011序列信號為例）：

首先，根據(jù)給定序列信號的循環(huán)長度M，確定所需移位寄存器位數(shù)N。其中2n-1> M ≤ 2 n,由于序列信號01011為五位，所以M=5,可取n=3。第二步，要確定移位寄存器的M個獨立狀態(tài)。若取n=3，可將給定的序列信號01011按移位規(guī)律三位一組畫出五個狀態(tài)，可得010，101，011，110，101，由于所得五個狀態(tài)中有兩個重復（101），即不是五個獨立狀態(tài)，此時應增大移位寄存器位數(shù)n,若取n=4，按上述方法重新畫出五個狀態(tài)，可得0101，1011，0110，1101，1010，得到五個獨立狀態(tài)，因此確定取n=4，用一片雙向移位寄存器74LS194即可。第三步，根據(jù)五個不同狀態(tài)列出移位寄存器的狀態(tài)轉換圖及每一個狀態(tài)所需要的移位輸入，即反饋輸入信號，列出反饋函數(shù)表如表2所示。從表中所知，移位寄存器只需進行左移操作，因此反饋函數(shù)F=SL.。根據(jù)反饋函數(shù)表畫出F的卡諾圖如圖2所示。根據(jù)卡諾圖得出F(SL)=。

若令74LS194的控制方式選擇端S1S2=10,左移串行輸入端SL=，則可由74LS194的任一輸出端得到01011序列信號（只是起始位不同）。

在完成了上述設計后，需要檢查系統(tǒng)是否能自啟動。即檢查當741LS194的輸出端Q0～Q3出現(xiàn)無效狀態(tài)時，根據(jù)F(SL)

=觀察其能否在若干個時鐘脈沖作用下進入有效循環(huán)。其完全狀態(tài)圖如圖3所示。由圖3可知，該電路能夠自啟動。

最后一步，畫出邏輯電路。根據(jù)所用雙向移位寄存器的功能表以及所設計反饋函數(shù)的F(SL)=可畫出其邏輯電路如圖4所示。

3 用計數(shù)器和必要的組合邏輯電路構成序列信號發(fā)生器

設計思路與上兩種方法近似，由于要構成的序列信號01011是一個五位的串行數(shù)字信號，可選用74LS162首先構成一個五進制計數(shù)器，再通過一定的組合邏輯電路使其輸出F=01011即可。根據(jù)題義可列真值表如表3所示。

根據(jù)真值表作出反饋函數(shù)F的卡諾圖如圖5所示?；喌贸鯢=QA+QC=,因此可得出如圖6所示邏輯電路。

注意，采用MSI設計電路時，必須給器件的所有控制端提供必要的信號，使之能夠正常工作。如74LS162的ET、EP引腳以及74LS151的端引腳等。

實驗證明，用以上幾種方法構成的序列信號發(fā)生器不但電路簡捷，連接方便，而且工作可靠?？傊跁r序電路的設計過程中，根據(jù)實際設計要求，可以有多種不同的設計思路和方案選擇，而針對同一題目采用不同方案進行設計則對開拓學習思路，掌握時序電路設計方法，提高學生對設計過程的理性認識有很大的促進作用。

The Methods of Designing Sequence signal generator with MSI

HI Bihua

(EEEC_Shaanxi University of Technology  Hanzhong 723003  in China)

Abstract: The article that based on the investigating of the sequence circuits, questioned about the design methods that using various functional MSI chip to produce the same signal. At first, the paper described the process that using the shift register and the necessary gate circuit to design the Sequence Signal Generator in detail. Then according to the experiment, it proved that the methods used not only simple but also easy to connect, and the circuit could worked reliable.

Keywords: Design  Sequence signal generator  Counter  Data-selector  Shift- register

參考文獻

[1]閻石主編數(shù)字電子技術基礎清華大學出版社 1998

[2]楊頌華數(shù)字電子技術基礎西安電子科技大學出版社 2000

[3]羅朝杰數(shù)字邏輯設計基礎人民郵電出版社 1982

篇6

關鍵詞：

項目教學法；邏輯思維；實踐

中圖分類號：

G4

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2013）12011602

0引言

數(shù)字邏輯電路傳統(tǒng)的教學方法是先講理論后做實驗?！稊?shù)字邏輯電路實驗》是繼《數(shù)字邏輯電路》理論課程后單獨的一門實驗課程?！稊?shù)字邏輯電路實驗》是理論教學的補充和延續(xù)，通過實驗教學可以鞏固理論知識，培養(yǎng)實踐能力。數(shù)字邏輯電路技術領域的知識包含理論和實踐，這一特點決定了數(shù)字電路實驗教學必須重視實踐能力的培養(yǎng)。如何在數(shù)字電路實驗教學中注重培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，是實驗教學中的重要課題。在數(shù)字邏輯電路中應用項目教學法就可以實現(xiàn)。那么什么是項目教學方法呢？項目教學法，是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發(fā)掘學生的創(chuàng)造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。在數(shù)字邏輯電路中理論教學和數(shù)字邏輯電路實驗教學相統(tǒng)一，在做實驗教學的同時，用項目驅動來調動學生學習的積極性及創(chuàng)新能力，進一步提高他們的實踐能力和創(chuàng)新意識。

1教學現(xiàn)狀

數(shù)字邏輯電路傳統(tǒng)的教學是將理論知識內容介紹給學生，理論教學以老師講為主，老師利用板書、語言及多媒體工具作為手段和方法向學生灌輸知識，學生則被動地接受老師傳授的知識。上課時學生也許聽懂了，但是過段時間就忘記了。傳統(tǒng)教學實驗滯后于理論教學，在學生做實驗的時候，理論知識忘記的差不多了，怎么辦呢？他們大多對照書本連線就算完成實驗了。這樣學習就造成了部分學生在不懂實驗原理的情況下，依樣畫葫蘆也同樣完成了實驗。部分學生在做完實驗后還是知其然，不知其所以然，完全處于被動地位。沒有起到實驗教學應該起到的作用?！稊?shù)字邏輯電路》的任務是使學生掌握現(xiàn)代電子技術基礎的有關知識，提高專業(yè)知識水平、及提高學生的邏輯思維能力和分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。但是按照傳統(tǒng)方法遠遠沒有達到這門課的任務。

2 改革設想

現(xiàn)在我們應該建設一個以“學生為主、教師為輔”的新型課程模式。他的主要特點就是如何融理論于實驗，化理論為實踐是本課程教學改革的基本原則之一。

《數(shù)字邏輯電路》的主要知識要點包括：組合邏輯電路、時序邏輯電路、555定時器極其所構成的電路、A/D轉換器和D/A轉換器、存儲器等。我們就按知識點內容將他們劃分項目。需要做項目的部分，我們用黑板或者投影儀講完理論知識后再做項目，這樣不僅能增強學生對理論知識的理解能力，還能增長理論知識的記憶性。

采用項目教學法宜在數(shù)字電路實驗室進行，室內要求有黑板（最好有投影儀）。這一過程能夠充分發(fā)揮學生的主動性，積極性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維模式，實現(xiàn)傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結合的獨特的教學方式。在教學活動中，教師將需要解決的問題或需要完成的任務以項目的形式交給學生，在教師指導下，以個人或小組工作方式，由學生自己按照實際工作的完整程序，共同制定計劃、共同或分工完成整個項目。在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的創(chuàng)造實踐活動，學生在項目實踐過程中，理解與掌握課程要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛及樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力及團隊合作精神等。

3具體應用實例

項目教學法是師生共同通過完成一個完整的項目而進行的教學活動。應用此方法進行數(shù)字電路教學活動中，主要有以下幾個步驟：

3.1項目的選擇

項目的選擇是教學活動的核心內容，是教學任務能否完成的關鍵。項目的選擇應符合以下幾點：（1）涉及的知識和技能應在教學大綱要求的范圍內；（2）所確定的項目及結果，有一定的興趣性，能調動學生們學習的積極性；（3）所涉及的內容是學生們比較熟悉的；（4）涉及到的知識技能，學生們能通過查閱資料能完成的；（5）項目完成的過程中，利于學生的情感、態(tài)度的教育。以組合邏輯電路的學習為例詳細介紹項目教學法的應用。

3.2分析及設計

在電視中我們經常看到一些活動應用搶答器如少兒頻道中的智慧樹節(jié)目。根據(jù)我院現(xiàn)有的設備及學生們得基礎，我們選擇了“四路智力競賽搶答器”作為一個項目。在這個過程中，我們教師可以分幾個小任務給學生們供參考來幫助他們順利完成此項目。

任務一：學習邏輯函數(shù)相關知識，掌握組合邏輯電路的分析和設計方法，并設計一個簡單的3人表決電路。

任務二：編碼器的原理和邏輯功能測試，譯碼器的原理和邏輯功能測試，顯示譯碼器和數(shù)碼管的應用。拓展任務：由編碼器或譯碼器完成組合邏輯電路的設計，全加器、多路選擇器、比較器的邏輯功能測試和電路設計。

任務三：用中規(guī)模集成電路完成4路搶答器的設計、制作與調試。

接下來進行電路設計：（1）完成具體的電路設計和相關計算；（2）對初步設計的電路進行修正，確定最合適的方案，當然，方案可以有多種，要充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性。

然后進行電路組裝：（1）完成對項目所用元器件、芯片的挑選和檢測；（2）完成電路的焊接組裝；（3）完成電路的單元調試；（4）完成系統(tǒng)的整機調試。

我們老師既然都布置任務給學生們來幫助學生，就應該把握好尺度，不要過多的參與了，放手讓學生們自己通過查閱資料、自學、互相商討來完成搶答器的制作。當然在做任務之前，我們教師要把接觸到的新知識給學生們介紹明白，學生們如果在查閱資料過程中遇到難題教師也要積極的參與。師生也要多交流、溝通，這樣才可以充分調動學生們學習的主動性、積極性。

下圖為學生們共同商討后四路競賽智力搶答器的電路原理圖：

圖1四路競賽智力搶答器

3.3制作元件及工作原理

IC1 74LS373：鎖存器，8個D觸發(fā)器彼此獨立，S為選通端（輸出控制），低電平選中；G為使能端（允許端），G為高電平時，D信號向右傳送到Q端，G為低電平時，電路保持原狀態(tài)不變，禁止數(shù)據(jù)傳送。

IC2 74LS20：2四輸入與非門。

9012：三極管。

R1～R13：電阻。

S1～S4，搶答按鈕，按下按鈕，D鎖存器相應輸出為低電平。

k1，復位按鈕，主持人按下，搶答重新開始。

平時74LS373的D1～D8均為高電平，Q1～Q8也是高電平，各發(fā)光管不亮。

當某搶答者按下自己的按鍵（例如按下S1）時，則D1=0，Q1=0，LED1發(fā)光，指示第一路搶答。在Q1=0時，與非門G1的輸出為1，此時G2的輸入端均為1 ，故輸出0電平到G端，使電路進入保持狀態(tài)，其它各路的搶答不再生效。因此，該電路不會出現(xiàn)兩人同時獲得搶答優(yōu)先權。與此同時，G1輸出的高電平，使語音芯片IC3工作，使揚聲器發(fā)聲。

當裁判確認搶答者后，按下復位按鈕（K1），G2輸出高電平，因S1～S8無鍵按下，D1～D8均為高電平，Q1～Q8也都為高電平，電路恢復初始狀態(tài)，LED熄滅，揚聲器振蕩，準備接受下一次搶答。

4結語

項目教學法突破了傳統(tǒng)的教學模式，適應現(xiàn)在的教學。通過項目教學法的學習，大大提高學生學習的積極性和主動性，他們的動手能力、解決實際問題能力有很大的提高，值得我們推廣。

參考文獻

[1]張悅.項目驅動教學法在C語言課程中的應用[J].職業(yè)教育研究，2007，（2）.

[2]程倩.《數(shù)字電路》課程案例教學法探析[J].讀與寫（教育教學刊），2011.

[3]鮑寧寧.關于優(yōu)化數(shù)字電路實驗教學體系對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的探討[J].實驗室科學，2011，（14）：193195.

[4]郁玲艷.“數(shù)字電路”教學改革探討[J].中國電力教育，2010，（30）：8081.

[5]梁向紅，何寶祥.在“數(shù)字電路邏輯設計”教學中培養(yǎng)學生能力[J].課程教材，2011，（10）：6970.

[6]蘇萍，龔松杰.淺談高職項目課程實施中教師角色的轉變[J].職業(yè)教育研究，2010，（10）.

篇7

【關鍵詞】數(shù)字邏輯；下標計算法；趨勢分析法；Proteus軟件

《數(shù)字邏輯》是計算機科學與技術專業(yè)以及電氣、電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，主要介紹數(shù)字邏輯電路的分析和設計的方法[1]，是微機原理與接口技術、單片機原理等專業(yè)課程的先導課程。該課程對學生要求起點較低，不需要過高的前序知識，但實踐性較強，內容分散，不容易記憶。學生一開始接觸的是基本概念、原理方法、數(shù)字邏輯運算等，內容抽象，與實際的邏輯電路聯(lián)系不多，導致學生一開始就對這門課不感興趣[2]。而在課程后半段講解“中規(guī)模通用集成電路”時，單純依靠板書或PPT，無法讓學生對各種數(shù)字邏輯電路的結構和功能進行深入了解和分析，更加無法培養(yǎng)學生設計數(shù)字邏輯電路的能力。在這種情況下，教師如何在有限的時間內，精心設計教學方案，改革教學方法和教學手段，激發(fā)學生的學習熱情，提高教學質量，是一個值得認真研究和深入討論的問題[3]。下面將分別從教學方法和教學手段方面探討如何改進數(shù)字邏輯課程的教學，從而降低課程講解難度，提升學生的學習效率和效果，最終提升教學質量[4]。

1 教學方法改進

在涉及數(shù)字邏輯課程前面一部分內容，包括邏輯代數(shù)、組合邏輯電路和時序邏輯電路等章節(jié)的教學時，采用好的技巧或方法往往能使運算或分析更易懂、更方便且更不容易出錯。下面針對數(shù)字邏輯課程中“邏輯函數(shù)表達式轉換”內容提出“下標計算法”，針對“同步時序邏輯電路設計”的原始狀態(tài)圖構建環(huán)節(jié)提出“趨勢分析法”，在避免教學過程中對教材內容原樣照搬的同時，更加簡化計算和降低分析難度，更大程度上避免錯誤的發(fā)生。

1.1 下標計算法

將一個任意邏輯函數(shù)表達式轉換成標準與-或表達式是數(shù)字邏輯課程中的基礎，包括卡諾圖化簡邏輯函數(shù)、二進制譯碼器或多路選擇器實現(xiàn)邏輯函數(shù)等內容中均會用到。教材中主要采用的是代數(shù)轉換法，分兩步進行：

這種轉換方法第一步不可或缺，但是第二步擴展最小項時會使邏輯函數(shù)變得更加復雜，運算過程中更加容易出錯。針對這種缺陷，為簡化計算和減少錯誤，在第二步運算過程中采用“下標計算法”。這種方法是把第一步得出的一般與-或表達式中的每個非最小項的與項通過表格的形式單列出來，然后計算出每個與項的全部最小項下標，并且找出所有出現(xiàn)且不重復的下標值，最后直接得出標準與-或表達式的簡寫形式。

第二步：采用“下標計算法”得出標準與-或表達式，運算過程如表1所示。

從表1中可找到出現(xiàn)的全部不重復下標分別是0、1、3、6、7，因而可直接得出標準與-或表達式的簡寫形式為

1.2 趨勢分析法

在完全確定同步時序邏輯電路的設計過程中，形成正確的原始狀態(tài)圖是設計的第一步也是最關鍵的一步，否則設計出來的電路必然是錯誤的。而在同步計數(shù)器、序列檢測器和代碼檢測器這三種同步時序邏輯電路的設計中，序列檢測器的原始狀態(tài)圖的建立又是其中的重點和難點。教材中所采用的方法可行但是難以理解，學生在設計類似電路時很容易出錯。針對這個問題，采用“趨勢分析法”能夠較好的解決。所謂“趨勢分析法”，就是根據(jù)每個狀態(tài)的存儲功能和輸入序列的變化趨勢，分析現(xiàn)態(tài)在下一個輸入信號出現(xiàn)時應該指向哪一個次態(tài)，這樣逐步分析下去，最后得出正確的原始狀態(tài)圖的方法。下面以“0101”序列檢測器為例來說明用“趨勢分析法”建立原始狀態(tài)圖的過程。

例如，作出“0101”序列檢測器的Mealy型狀態(tài)圖，典型輸入/輸出序列如下：

輸入x 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1

輸出Z 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0

首先分析需要使用的狀態(tài)數(shù)目。按照一位輸入的序列檢測器的一般狀態(tài)數(shù)規(guī)律，如果需要檢測的序列有n位，則狀態(tài)數(shù)需要n+1個。這是因為其中第一個狀態(tài)為初態(tài)，其他n個狀態(tài)用于存儲n位序列的變化過程。此處待檢測序列是“0101”共四位數(shù)，故而需要五個狀態(tài)。其中A狀態(tài)為初始狀態(tài)，B狀態(tài)用于存儲輸入信號“0”，C狀態(tài)用于存儲輸入信號“01”，D狀態(tài)用于存儲輸入信號“010”，E狀態(tài)用于存儲輸入信號“0101”（即待測序列）。

接下來采用“趨勢分析法”作出Mealy型原始狀態(tài)圖，分析過程如圖1所示。

“趨勢分析法”分析過程說明如下：

（1）從初態(tài)A開始，當x=0時，狀態(tài)從A到B，因為狀態(tài)B存信號“0”，輸出Z=0；當x=1時，狀態(tài)從A到A保持不變，輸出Z=0。

（2）此時處于狀態(tài)B。當x=0時，狀態(tài)從B到B，輸出Z=0；當x=1時，狀態(tài)從B到C，因為狀態(tài)C存信號“01”，輸出Z=0。

（3）此時處于狀態(tài)C。當x=0時，狀態(tài)從C到D，因為狀態(tài)D存信號“010”，輸出Z=0；當x=1時，狀態(tài)從C到A，因為信號“011”不能構成“0101”序列的任何一部分，所以只能回到初態(tài)A，輸出Z=0。

（4）此時處于狀態(tài)D。當x=0時，狀態(tài)從D到B，因為狀態(tài)B存信號“0”，輸出Z=0；當x=1時，狀態(tài)從D到E，因為已經構成“0101”序列，并且輸出Z=1（只有檢測到待測序列時輸出Z=1，否則Z=0）。

（5）此時處于狀態(tài)E。當x=0時，狀態(tài)從E到D，因為狀態(tài)D存信號“010”，輸出Z=0；當x=1時，狀態(tài)從E到A，因為信號“011”不能構成“0101”序列的任何一部分，輸出Z=0。注意“當x=0時，狀態(tài)從E到D”是學生分析時最容易出錯的地方，錯誤原因在于認為“狀態(tài)應該是從E到B”，這是沒有考慮到當輸入信號“0101……”重復出現(xiàn)時，前一個“0101”序列的后半段能夠作為下一個“0101”序列的前半段這種情況。

2 教學手段改進

為了增強學生對數(shù)字電路的感性認識，加深學生對數(shù)字邏輯分析方法的理解，掌握常用集成器件的基本使用方法，提高學生學習興趣[6]，避免枯燥的集成芯片和數(shù)字邏輯電路功能講解。將Proteus軟件引入數(shù)字邏輯課程教學，可增強教學的生動性和直觀性[7]。Proteus 軟件具有多種元件庫，其中的元器件大多均可直接用于實際電路的搭建，而且該軟件提供了多種與實際儀器儀表用法相似的虛擬儀器設備，還有各種信號源，幾乎可以完成各類數(shù)字邏輯電路的設計、測試和輔助分析工作[8]。

在講解通用中規(guī)模時序邏輯電路章節(jié)的集成計數(shù)器相關內容時，用同步計數(shù)器構建任意進制計數(shù)器有多種方法，電路比較靈活，既可以利用計數(shù)器的清除端，也可以用預置功能。此時可利用Proteus仿真演示動態(tài)過程，節(jié)約大量的教師口頭講述時間，這樣更具感染力和說服力，學生也更容易理解接受[9]。

例如，4位二進制同步可逆計數(shù)器74193構成模10加法計數(shù)器和模12減法計數(shù)器，要求用Proteus軟件實現(xiàn)。其仿真結果如圖2所示。

圖中電路分成上下兩個部分，上半部分電路是模10加法計數(shù)器，下半部分電路是模12減法計數(shù)器。兩個計數(shù)器電路相同之處是均由信號發(fā)生器（發(fā)出頻率為1Hz，電壓為0-+5V的方波信號）、同步可逆計數(shù)器74193、七段顯示譯碼器7448和七段共陰極數(shù)碼管構成。不同之處在于加法計數(shù)器采用累加計數(shù)，當計數(shù)器輸出由1001變成1010時，與門輸出為1，該信號接至清除端MR，使計數(shù)器狀態(tài)變成0000，因而其計數(shù)范圍是0000-1001，從而構成模10加法計數(shù)器。而減法計數(shù)器采用累減計數(shù)，初始設置端平時為1，電路開始工作時置入初態(tài)1111，然后開始減1計數(shù)，當計數(shù)器輸出由0100變?yōu)?011時，或門輸出由1變?yōu)?，該信號送至預置端PL，使計數(shù)器立即置入1111，因而其計數(shù)范圍是1111-0100，從而構成模12減法計數(shù)器。

3 結語

通過“下標計算法”能夠讓學生在進行邏輯函數(shù)表達式轉換時更加簡便快速、少犯錯誤。通過“趨勢分析法”能夠讓學生在同步時序邏輯電路的設計過程中，走好關鍵的第一步，形成正確的原始狀態(tài)圖。通過Proteus軟件仿真，能夠讓原本枯燥乏味的數(shù)字邏輯電路講解變得更加形象、生動和直觀。在教學過程中需要不斷地研究和嘗試新的教學方法和教學手段，以提高數(shù)字邏輯課程的教學效果，為學生學習后續(xù)專業(yè)課程以及為解決工程實踐中所遇到的數(shù)字系統(tǒng)問題打下堅實的基礎。

【參考文獻】

[1]陶永明.《數(shù)字邏輯》課程教學方法研究及探討[J].現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2010（5）：98-102.

[2]董漢磊，呂治國.“數(shù)字邏輯設計”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2011（28）：122-123.

[3]徐健寧.《數(shù)字邏輯電路》課程的教改探索[J].職業(yè)時空，2011，7（9）：109-110.

[4]施鍵蘭，趙芮，黃文秀，等.《數(shù)字邏輯》課程教學改革的探索[J].現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2011（23）：45-47.

[5]歐陽星明，于俊清，等.數(shù)字邏輯[M].4版.武漢：華中科技大學出版社，2009：32-34.

[6]莊立運，王曉輝.Proteus在數(shù)字電子技術課堂教學中的應用探討[J].科技信息， 2011（13）：84.

[7]陳堅禎，陽平，程鵬，等.Proteus仿真在計算機嵌入式方向系列課程中的應用[J]. 湖南科技學院學報，2012，33（8）：63-65.

篇8

關鍵詞：數(shù)字電路；教學方法；Multisim；仿真

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)28-7058-03

The Exploration of Digital Circuit Teaching and the Useage of Simulation Software

ZONG Xin-Xin

(Institute of Computer Science and Technology, Anhui University of Science & Technology, Huainan 232001, China)

Abstract: From the current situation of teaching Digital Circuit, exploring and improving the existing teaching method and means are presented in this paper. Using Multisim in Digital Circuit teaching has greatly stimulated students' interests and has enhanced the students' ability of practice.It has made a better teaching effect.

Key words: digital circuit; teaching methods; multisim; simulation

從事計算機硬件教學的老師都知道，對于計算機專業(yè)的學生而言，數(shù)字電路是計算機專業(yè)學生硬件的專業(yè)基礎課，這門課程的學習不僅為后續(xù)的計算機組成原理，單片機等硬件類課程打下基礎，而且更為重要的是通過這門課程的學習，使學生建立對硬件類課程的學習興趣。如果學生從這門課程開始就對計算機硬件類課程產生了畏難情緒，以后課程的展開是相當困難的。所以這門課程的教學工作承擔了雙重責任：一是讓學生掌握數(shù)字電路的基礎知識以及分析設計方法，具備查閱和使用集成電路和讀圖的能力；二是使學生喜歡上硬件類課程，建立對硬件類課程的興趣和探索精神。因此，這門課程如何展開教學，采用何種教學手段，如何提高學生興趣，如何使理論和實踐更好的結合是每一個教師思索的問題，也是本文所討論的重點。

1 教學方法和手段

1.1 知識點結構框圖化

在每一章每一節(jié)內容開始講授和小結的時候，將知識點以結構圖的形式展示給學生，使學生有一目了然的感覺，對自己要學的和學過的知識點有清晰的脈絡。例如在講述邏輯函數(shù)的描述方法時，給出下列的結構框圖（如圖1所示）。

在講述這個框圖時，學生對真值表，卡諾圖還沒有感性認識，可在黑板上畫一個真值表和卡諾圖，使學生初步認識它們的形式，也了解了邏輯函數(shù)的幾種描述方法。

1.2 教學內容的加減法

數(shù)字電路發(fā)展很快，對數(shù)字電路的講授應符合數(shù)字電路的發(fā)展趨勢，使學生能學有所用，而不是滿腹經綸無用之地，這也就是說，要讓學生了解數(shù)字邏輯電路的最新發(fā)展。但俗話說萬丈高樓平地起，我們并不能忽視數(shù)字電路的基礎理論與基礎知識。這就要求我們要在有限的時間之內，讓學生具備扎實的數(shù)字電路基礎知識，了解現(xiàn)代數(shù)字電路的設計方法和相關工具軟件的使用。因此在教學內容安排上做了這樣一些調整，重視邏輯代數(shù)和邏輯函數(shù)基礎理論的教學，在組合邏輯電路教學中適當減少中小規(guī)模集成電路內部分析和設計，適當增加使用vhdl語言設計組合邏輯電路和時序邏輯電路，學會Multisim11仿真軟件的使用方法，讓學生有一個較高的起點和平臺來應用所學的知識。[1]例如我們在講到組合電路分析時，常常會將一位全加器給學生作為例題講解，并且給學生建立全加器的概念：能實現(xiàn)三個一位二進制數(shù)相加（被加數(shù)、加數(shù)和低位進位），得到一位和及一位向高位進位的加法器。在接下來的組合設計內容中我們就適時的增加了用vhdl語言設計一位加法器的內容。

1.3 貼近生活的教學舉例

數(shù)字電路由于其系統(tǒng)性強，邏輯性強，從始至終教學中穿插著卡諾圖，邏輯公式，真值表，特性方程，狀態(tài)圖，狀態(tài)轉移表等內容，很容易讓學生產生內容相似的疲勞感，因此在課堂教學中采用貼近生活的舉例可以使學生覺得這門課有趣，實用，很容易產生親切感，讓枯燥的課堂學習變得輕松愉快，學習效率也隨之提高。例如在組合電路分析教學中給出密碼鎖電路圖，讓學生分析開鎖的密碼是什么。組合電路設計中舉例交通燈故障的判別電路，利用優(yōu)先編碼器74LS148和門電路設計醫(yī)院優(yōu)先照顧重癥患者呼叫的邏輯電路等等。除了課堂老師的舉例之外，還通過布置作業(yè)的方式讓學生查閱數(shù)字邏輯電路在現(xiàn)實生活中的用處，并設置課堂討論時間讓學生交流自己所了解的知識。這樣不僅激發(fā)了學生濃厚的學習興趣，使其體會到學習的樂趣,變被動學習為主動，同時也活躍了課堂氣氛。

2 仿真軟件在數(shù)字電路教學中的應用

Multisim是一款主要用于數(shù)字電路，模擬電路和集成電路仿真分析的軟件。它具有界面簡單直觀，操作方便，電路仿真能力強，虛擬儀器強大等諸多優(yōu)點。數(shù)字電路是一門實踐性很強的課程，而傳統(tǒng)的教學模式在課堂上理論與實踐聯(lián)系的很少，將Multisim引入數(shù)字電路的教學，可有效解決傳統(tǒng)教學的不足，在課堂教學演示，課下作業(yè)輔導，實驗環(huán)節(jié)都有其獨特的優(yōu)勢。其作用主要表現(xiàn)在三個方面。其一，在課堂上，教師和學生可在互動的環(huán)境中進行教和學，用事實說話，通過課堂演示可以讓學生觀察到電路的直觀現(xiàn)象，對于學生感覺新鮮好奇，有說服力，對于教師也覺得教的輕松了。其二，將Multisim作為一個課后學習輔助工具，在課后作業(yè)的輔導方面發(fā)揮著很大作用，一方面學生可以通過軟件來驗證自己作業(yè)的正確性，另一方面可以使有興趣學生在課外進行更深入的學習，從而達到培養(yǎng)學生學習興趣及動手能力的目的。其三，在實驗環(huán)節(jié)上，我們現(xiàn)在通常采用傳統(tǒng)的硬件實驗箱，傳統(tǒng)的實驗具有現(xiàn)象直觀，易于接受的特點，但是實驗多是驗證性的，并且由于學生操作不當和實驗箱老化，容易出現(xiàn)一定損耗；而以Multisim為平臺展開的實驗，設計，布線，仿真都很簡單，也符合現(xiàn)在電路設計的發(fā)展方向，可以作為傳統(tǒng)實驗的有益補充。[2]

2.1 Multisim在課堂教學中的演示

Multisim具有直觀的圖形界面，它的整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，教師在課堂上繪制電路圖十分方便，將元器件和仿真測試儀器直接拖放到屏幕上，用鼠標拖拽導線就可將它們連接起來，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。Multisim包含的豐富測試儀器使得它在課堂上演示生動，直觀，易于被學生接受。例如，在進行集成計數(shù)器74160這一小節(jié)的教學時，首先讓學生了解74160是一個可預置數(shù)的十進制同步加法計數(shù)器，LOAD'是置數(shù)端，低電平有效，置數(shù)是同步的，當置數(shù)端為低電平時，在 CP 上升沿作用下，輸出端 QAQBQCQD與數(shù)據(jù)輸入端 ABCD 一致；CLR'是清零端，清零端是異步的，當清除端CLR'為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能；74160的計數(shù)是同步的，當 ENP、ENT 均為高電平時，在CP上升沿作用下計數(shù)器加法計數(shù)；74160具有超前進位的功能，計數(shù)溢出時，RCO端輸出一個高電平。接著給出74160的功能表，如表1所示。

對于集成電路芯片，我們不要求學生了解芯片的內部結構，但是學生必須要會查閱使用芯片的數(shù)據(jù)手冊。在了解了74160的芯片引腳和功能后，就可以應用multisim11來學習這個芯片。為了使學生能夠一步一步地深入了解和學習這個芯片，我們采用搭積木的方式來展開內容，首先在multisim的工作電路區(qū)上放置電源，信號發(fā)生器，74160，七段數(shù)碼管和邏輯分析儀[3]，然后以導線或總線使各個部件連在一起，再將信號發(fā)生器和邏輯分析儀的頻率設置成相同的，建立如圖2的電路圖，啟動仿真，就可以直觀的看到，電路工作在計數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管從0～9不斷變化，打開邏輯分析儀，可以看到，當計數(shù)到9時，RCO產生一個超前的高電平進位。

為了進一步講解置數(shù)端和清零端的用法，我們要求用此芯片分別以置數(shù)法和清零法實現(xiàn)模6計數(shù)器。對于74160，一定要對學生強調它是異步清零和同步置數(shù)的。

使用置數(shù)法時，模6計數(shù)器，也就是要計6個狀態(tài)，在這里采用0100、0101、0110、0111、1000和1001這6個狀態(tài)，也就是說，當計數(shù)到1001時，要產生置數(shù)信號，使下個時種信號到來的時候， QDQCQBQA被置成0100，從而跳過0000到0011。

采用置數(shù)法電路圖如圖3所示，在這里將QDQA輸出接個與非門，當QDQCQBQA=1001時，與非門輸出為0，置數(shù)端得到有效電平，在CP上升沿到來時，QDQCQBQA=DBCA被置成0100。通過仿真，可以看到計數(shù)器在4到9之間的6個狀態(tài)計數(shù)。

使用清零法時，采用的是0000、0001、0010、0011、0100、0101這6個狀態(tài)，也就是說，當計數(shù)到0101時，要產生清零信號，在QCQA接與非門，理論上QDQCQBQA=0101時，產生清零信號，可將QDQCQBQA清零，仿真后看到的結果是，計數(shù)在0到4變化，沒有計到0101這個狀態(tài)。這究竟是為什么呢，打開邏輯分析儀查看波形，看到只要QDQCQBQA=0101，與非門輸出立刻為0，清零是異步的，只要清零信號到來，不論CP如何，計數(shù)器立即清零，所以計數(shù)器根本沒有計到0101這個狀態(tài)，要想計數(shù)到0101的穩(wěn)態(tài)，必須在0110時產生清零信號。修改電路圖，在QCQB端接與非門，再次仿真，得到如圖4所示的波形圖，從圖上可以清楚的看到計數(shù)到0101狀態(tài)后，下個計數(shù)狀態(tài)是0000。

接著我們又給學生布置了這樣的課后思考題，如何應用74160實現(xiàn)百進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器，并請仿真驗證自己的想法。通過這個完整例子的透徹分析，學生不僅掌握了74160這個芯片，對于其他同步計數(shù)器芯片也能夠做到輕松應用，起到舉一反三的效果。

2.2 Multisim作為作業(yè)伴侶

Multisim因其方便的界面，豐富的原件庫和逼真的虛擬儀器。在學生的課后作業(yè)中扮演著重要的角色，大大減輕了教師的負擔。例如在學習邏輯代數(shù)基礎和組合電路中，我們教會學生使用邏輯轉換儀，這個儀器可以將電路圖、真值表和邏輯表達式進行方便的轉換，可以進行邏輯函數(shù)的化簡。在學完函數(shù)化簡后給學生布置這樣的習題Y=(A'+B')C+BCD'+AD，不管學生是用卡諾圖還是公式進行化簡，最后結果是否正確，學生自己可以用邏輯轉換儀來驗證。學生在Multisim工作區(qū)放置邏輯轉換儀后，雙擊打開它，在最下方的顯示區(qū)輸入邏輯表達式，點擊表達式到真值表按鈕，出現(xiàn)這個函數(shù)的真值表，再進一步點擊真值表到最簡與或式按鈕，在顯示區(qū)出現(xiàn)AD+C，也即函數(shù)化簡的最簡結果。從簡單的邏輯代數(shù)基礎知識，到復雜的組合、時序電路分析設計，學生都可以用Multisim驗證自己的作業(yè)，并且給學生更大的學習和思考空間。

3 結束語

改進現(xiàn)有的教學方法和手段，將EDA技術應用于數(shù)字電路的教學，是對此課程的教學改革。通過近幾年的教學探索，取得了較好的教學效果，學生對數(shù)字電路課程的興趣大大提高，理論聯(lián)系實際能力增強，動手能力增強。學生不僅掌握了數(shù)字電路的基礎知識，而且掌握了現(xiàn)在數(shù)字電路的設計方法和新技術，為以后從事電子設計工作打下良好的基礎。

參考文獻：

[1] 白凈，張雪英. 《數(shù)字電路邏輯設計》課程的教學實踐研究[J]. 電氣電子教學學報，2007(s1):72-74.

篇9

中圖分類號:TN702文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-128-03

Application of Max+plus Ⅱ in Class Teaching of the Phenomenon of Race and Competition

MIAO Changxin1,LI Guilin2

(1.Information and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,221008,China;

2.Electronic Engineering and Automation,Xuzhou Normal University,Xuzhou,221116,china)

Abstract:The phenomenon of the race and competition is very important and difficult in teaching the″Digital Circuit″course.In order to improve the students′ understanding and griping on the abstract point,taking an ″2 gate″ as example,through the steps of design input,compiler,time sequence simulation and timing.An assistant method by applying Max+plus Ⅱ to the class teaching is introduced.Through the timing simulation result,it can not only view the ″hurr″ in the output,but also find the reason by computing and avoid it effectively.It proves that this method has improved the teaching quality greatly.

Keywords:combinational circuit;phenomenon of the race and competition;burr;Max+plus Ⅱ;time sequence simulation

0 引 言

組合邏輯電路中的“競爭與冒險”現(xiàn)象是“數(shù)字電路”課程中的一個重要知識點,對該知識點的正確理解和掌握,有助于學生在設計復雜數(shù)字系統(tǒng)時,正確判斷是否存在冒險及如何避免冒險。對該內容的講解,一般方法是:在假設存在一定傳輸延遲時間的基礎上,分析當多路信號同時發(fā)生變化時,輸出產生 “毛刺”的原因。這種教學方法只能讓學生對該知識點的理解停留在表面,為了加深學生對該內容的理解和掌握,更大地提高授課效率,筆者嘗試以Max+plus Ⅱ軟件為工具,采用直接演示操作的方式[1,2]來講解該部分內容。教學實踐證明,由于Max+plus Ⅱ軟件操作簡單,并且它提供了很好的仿真及定時分析的作用,使得學生能夠理論聯(lián)系實際地加以學習和思考,從而對組合電路競爭與冒險現(xiàn)象的成因及消除有了更清晰的認識。

1 組合邏輯電路的競爭與冒險現(xiàn)象與Max+plus Ⅱ

“競爭與冒險現(xiàn)象”產生的關鍵原因是導線和單元器件造成的信號傳輸延時,同時當輸入多路信號的電平值發(fā)生變化時,在信號變化的瞬間造成組合邏輯的輸出有先后順序,并不是同時變化,往往會出現(xiàn)一些不正確的尖峰信號,這些尖峰信號稱為“毛刺”, 如果一個組合邏輯電路中有“毛刺”出現(xiàn),就說明該電路存在“競爭冒險”現(xiàn)象[3-5]。

Max+plus Ⅱ是美國Altera公司推出的PLD開發(fā)系統(tǒng),利用該軟件系統(tǒng)提供的原理圖編輯器、編譯器、仿真器及定時分析器,可以很方便地觀察輸出電路中的“毛刺”,找出產生的原因并消除它[6,7]。

2 Max+plus Ⅱ在“競爭與冒險現(xiàn)象”的課堂教學中的應用

課堂上以最簡單的與門為例進行操作演示說明。

2.1 原理圖輸入

打開Max+plus Ⅱ軟件,新建一個原理圖文件(Graphic Editor),將兩輸入與門(and2)及兩個輸入端口(input)及一個輸出端口(output)從Symbol Libraries 中調出,連線,并將端口分別命名為A,B,C,如圖1所示。電路設計好之后,保存文件并檢查錯誤(“File”“Projec”“t”“save&check”)。

圖1 兩輸入與門設計原理圖

2.2 設計編譯

首先打開菜單“Assign”“Device”,為所設計的電路指定某個目標器件為FLEX10K系列,型號為EPF10k10lc84-4,如圖2所示。然后打開“Assign”“Pin/Location/Chip”給節(jié)點A,B,C分別分配引腳為1,2,3,如圖3所示。

圖2 選擇器件(Device)對話框

圖3 分配引腳對話框

然后運行編譯器(Compiler),因為只有進行時序仿真才能觀察到“毛刺”現(xiàn)象,所以,在編譯前要設定時序仿真(ProcessingTiming SNF Extractor),編譯器將進行錯誤檢查、網表提取、邏輯綜合、器件適配,并產生仿真文件。

2.3 時序仿真

Max+plus Ⅱ支持功能仿真和時序仿真。時序仿真是在選擇了具體器件并完成布局布線后進行的包含定時關系的仿真[8],只有通過時序仿真才可能查看到競爭與冒險現(xiàn)象。

新建一個波形圖文件(Waveform Editor),因為要觀察由于競爭而產生的“毛刺”現(xiàn)象,所以這里要注意設置一個信號同時發(fā)生變化的時刻,然后運行仿真器(Simulator),添加的輸入波形及仿真運行結果如圖4所示。

圖4 時序仿真波形圖

由仿真結果可以很清楚地看到,輸出C的波形有一處為“毛刺”,即理論應該為邏輯0,可它卻為邏輯1。

2.4 毛刺產生的原因及寬度計算

Max+plus Ⅱ提供的定時分析器(Timing Analyzer)可以用來分析所設計電路的時間性能,打開其中的延時矩陣分析模式,見圖5,可以查看源節(jié)點和目標節(jié)點之間的傳播延時。

圖5 傳播延時矩陣

由圖5可得知:由A傳輸?shù)紺所造成的傳輸延遲時間為123 ns,由B輸出到C所造成的傳輸延遲時間為12.8 ns,假設與門的內部延時是0.2 ns,則,對信號A進行簡單計算:

信號A傳輸?shù)紺的總延遲時間=與門內部延遲時間+連線延遲時間=12.3 ns

連線延遲時間=12.1 ns

對信號B進行簡單計算:

信號B傳輸?shù)紺的總延遲時間=與門內部延遲時間+連線延遲時間=12.8 ns

連線延遲時間 = 12.7 ns

那么,如果假定在time=0.0時刻,信號A由邏輯0值向邏輯1值跳變,信號B由邏輯1值向邏輯0值跳變,則當time=12.1 ns時,與門輸入端A的值為1,輸入端B的值也為1,這使得輸出C在time=12.1+0.2=12.3 ns時刻出現(xiàn)邏輯值1,即為圖5上的“毛刺”,該邏輯1值維持的時間為time=12.7-12.1=0.6 ns(即毛刺寬度為0.6 ns)。

2.5 毛刺消除

消除毛刺的方法很多,比如輸出端引入D觸發(fā)器、輸入端引入選通脈沖等[9,10],圖6即為引入選通脈沖后,仿真得出的波形。從圖6可以看出,通過控制選通脈沖P的低電平時間,并保證在信號進入穩(wěn)態(tài)時,在P高電平期間可使門電路有正常的輸出,能很好地消除“毛刺 ”。

圖6 引入選通脈沖P后的仿真波形

3 結 語

在同一個教學內容的學習中,可能有若干個學習環(huán)節(jié), 而不同的學習環(huán)節(jié)其學習任務和目標是不同的,這

就帶來了教學方法的多樣性和綜合性。有針對性的、多樣化的教學手段與方法可以大大提高與改善教學效果,開拓學生思路。本文即介紹了一種將Max+plus Ⅱ引入數(shù)字電路“組合電路競爭與冒險現(xiàn)象”這一講的教學方法,實踐證明,該方法取得了良好的教學效果。

參考文獻

[1]劉磊.Matlab在“數(shù)字電路”課程教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2008,30(5):79-81.

[2]王B.NS-2網絡仿真在“寬帶交換技術”教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2008,30(5):73-75.

[3]閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].5版.北京:高等教育出版社,2008.

[4]劉軍,楊悅,于湘珍.數(shù)字電路設計中競爭冒險的分析與研究[J].現(xiàn)代電子技術,2007,30(20):182-186.

[5]宣麗萍.FPGA 器件的競爭與冒險現(xiàn)象及消除方法[J].現(xiàn)代電子技術,2005,28(10):119-121.

[6]東方華人.Max+plus Ⅱ入門與提高[M].北京:清華大學出版社,2004.

[7]老虎工作室.Max+plus Ⅱ入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[8]王金明.數(shù)字系統(tǒng)設計與Verilog HDL[M].2版.北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[9]江曉安.數(shù)字電子技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2002.

篇10

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A

關鍵詞：數(shù)字電路；課程建設；EDA；新體系

文章編號：1672-5913(2007)16-0035-03

1引言

電子技術的發(fā)展使與之對應的基礎課程的教學內容也不斷地發(fā)生變化。教學應領先于應用，而不能落后于應用，這是我們教育研究的動力。數(shù)字電路的教學內容的改革，也同樣伴隨著當今的電子科學和電子工業(yè)發(fā)展而發(fā)展。課程的內容體系，研究的范圍與方法，學科的內在理論體系與應用型人才培養(yǎng)的大眾化教育要求等，都大大促進了課程的體系和內容的改革。但就目前的數(shù)字電路這樣一門專業(yè)基礎課課程內容的設置問題，如何構建出適合我國國情和與當今科學技術對應的數(shù)字電路課程體系，仍要不斷探索。本文通過對這門專業(yè)基礎課的發(fā)展過程的回顧，分析近年來眾多的教學改革的現(xiàn)狀，就合理設置數(shù)字電路課程內容進行了一些探討。

2發(fā)展與現(xiàn)狀

數(shù)字電路的發(fā)展是從開關邏輯電路開始的，人們在廠家控制電路中的繼電器和開關構成的電路與信號，創(chuàng)建了開關電路理論與脈沖技術。在20世紀60年代這一門技術由于電子元件替代了機械開關元件，使之逐漸成為電子技術的基本內容，得到研究和發(fā)展。隨著半導體元件的快速發(fā)展，電子技術把研究信號的連續(xù)性和離散性的研究理論體系和研究方法進行了分類，形成了以數(shù)字邏輯代數(shù)和離散數(shù)學為基本理論的數(shù)字電路。最早期以晶體管脈沖技術為核心的數(shù)字電路課程，研究的方法與模擬電路的晶體管電路研究方法基本相同。

隨著數(shù)字技術主要研究邏輯和算術運算、時間控制和計時等方面的應用，集成電路技術在數(shù)字邏輯電路的應用，出現(xiàn)了中小規(guī)模的數(shù)字邏輯電路標準器件。這時的數(shù)字電路研究的基本理論并沒有新的發(fā)展，但研究的方法則是以標準邏輯電路的選用為基礎的數(shù)字電路的分析與設計方法。

由于計算機應用于電子線路的輔助設計，超大規(guī)模的數(shù)字集成元件的分析與設計方法，成為新的數(shù)字電路的研究方向。EDA的工具軟件與PLD元件的結合，使得數(shù)字電路的研究方法發(fā)生了新的變化。那種以中規(guī)模標準邏輯電路為基本單元的，自下而上的數(shù)字電路系統(tǒng)的研究與分析設計方法，已不適應當前的數(shù)字系統(tǒng)的集成電路設計要求。利用HDL語言為基礎的自上而下的數(shù)字電路系統(tǒng)設計方法得到各種EDA軟件的支持，使得數(shù)字電路研究方法出現(xiàn)了新的飛躍。

大量的學者與教育工作者認識到，以HDL為描述語言的數(shù)字電路設計方法將成為現(xiàn)代數(shù)字電路研究的發(fā)展方向。與之對應的研究成果把數(shù)字電路分為二層進行教學，數(shù)字電路基礎和數(shù)字電路系統(tǒng)設計自動化。作為基礎課，是為了深入學習后續(xù)課程來準備基本的理論知識和基本的研究與設計方法等技術基礎。原有的自下而上的數(shù)字電路的課程中，增加了HDL語言的電路描述部分內容，保持原有的課程體系不變。隨著EDA技術在數(shù)字電路的研究、分析和設計上的應用，數(shù)字電路系統(tǒng)設計自動化成為第二層面的教學內容。之所以稱之為第二層面，對于數(shù)字電路而言，研究內容大致一樣，研究方法上不在同一層面之上。一個是以邏輯單元為基本研究對象，對數(shù)字電路系統(tǒng)設計是自下而上的，另一個是直接以系統(tǒng)為對象，用HDL語言描述，在EDA軟件平臺上，自上而下的逐步綜合實現(xiàn)的。

3新體系的設想

把EDA作為數(shù)字電路的主體分析設計工具。在教學內容上確立其中心位置。以單元電路學習形成的基本概念為基礎，以自上而下的電路系統(tǒng)設計方案為思路，以HDL語言為描述方法，構建的教學內容新體系。

改革原有的以邏輯代數(shù)為基礎的思路，把邏輯代數(shù)與HDL語言并行為基礎。改革由單元電路開始自下而上的知識構建思路，變?yōu)橐隕DA軟件的工具學習為開始的自上而下的知識構建思路。

4新體系建立的基本思路

數(shù)字電子技術在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的實用方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經發(fā)生了變化。特別是可編程邏輯器件的大量應用，使原來中小規(guī)模的標準器件在應用系統(tǒng)的設計中應用減少。

盡管傳統(tǒng)的基本單元電路對于理解數(shù)字系統(tǒng)基本構成模塊的工作原理具有重要意義，但是必須認識到電子技術的新進展使系統(tǒng)和數(shù)字邏輯電路的工作過程出現(xiàn)了新的描述方法。未來的數(shù)字系統(tǒng)設計，對描述方法的理解可能比具體的硬件結構更加重要。

從數(shù)字電路課程的性質，專業(yè)基礎課看。如果這個基礎工業(yè)的應用范圍變了，中規(guī)模的標準邏輯器件相對應的研究方法，占實際應用的比例少到一定程度，而取而代之的現(xiàn)代電子技術的研究方法應該定位成課程的基礎。

從舊體系中的課程目的是針對從晶體管電路發(fā)展而來的研究方法與學習內容，在中規(guī)模電路中進行了改革與發(fā)展。引進HDL語言的描述，使研究的層面從單元電路發(fā)展為系統(tǒng)級的層次。

舊的數(shù)字系統(tǒng)是在手工設計流程，一般都是先按電子系統(tǒng)的具體功能要求進行功能劃分，然后對每個電路模塊畫出真值表，用卡諾圖進行手工邏輯化簡，寫出邏輯表達式，得到相應的邏輯線路圖。再進行單元器件的選擇，設計電路板，最后進行實測與調試。而復雜電路的設計、調試十分困難，無法仿真在設計中存在問題，查找和修改十分不便，只有在設計出樣機后才能進行實測，設計周期長。

新的數(shù)字系統(tǒng)是在EDA中使用HDL對數(shù)字系統(tǒng)進行抽象的行為與功能描述，到具體的內部線路結構描述，從而使設計的各個階段，各個層次在EDA軟件環(huán)境中模擬驗證，保證其正確性，周期短。由于邏輯設計仿真測試技術是EDA的突出功能，形成的現(xiàn)代電子設計技術的重要特征。適應了大規(guī)模的系統(tǒng)級電子設計的自動化程度。

對于知識構建的認識?？梢詮膶嶋H的需求，即專業(yè)人才應具備的素質和能力。在構成這樣的素質和能力的知識體系，確定應具有理論的系統(tǒng)性和完整性去構建課程的內容。

從大眾教育與精英教育關系上看，原有的教材所形成的課程內容，是以理論研究為目的的課程體系。不適應現(xiàn)在的學習群體的實際應用能力培養(yǎng)的需要，所以課程的內容要從研究型的專門人才，向應用型的技術人才相適應。其內容處理的方向是注重民應用為目的的“必須”與“夠用”為度。

因為新的課程內容所提出的結構體系，更加符合大眾教育的特點，和人們認識規(guī)律，將大大降低學習難度。

傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學內容中的課堂與實踐的關系。是以課堂教學內容為主，實驗只是為了驗證課堂教學，而采用EDA為中心的數(shù)字電路教學內容的課堂與實踐是同步進行了。因為這種教學與實驗是一個整體的EDA軟件，課堂的演示就可以解決驗證的問題，學生在EDA軟件的環(huán)境之下，可能隨時隨地在計算機上進行實驗研究。