时间：2023-10-10 16:08:29
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇逻辑电路的设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号： TP331.1 文献标识码： A 文章编号：
1 组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的分析过程如下：
(1)由给定的逻辑电路图，写出输出端的逻辑表达式；
(2)列出真值表；
(3)从真值炭概括出逻辑功能；
(4)对原电路进行改进设计，寻找最佳方案。
举例说明分析过程如下：
已知逻辑电路如图1所示，分析其功能。
解：第一步：写出逻辑表达式。由前级到后级写出各个门的输出函数
第二步：如出真值表，如表2所示。
第三步；逻辑功能描述。真值表已经全面地反映了该电路的逻辑功能。下面用文字描
述其功能。达一步对初学者有一定的困难，但通过多练习，多接触逻辑学问题，也不难
掌握。
由真值表可以看出，在输入三变量中，只要有两个以上变量为1，则输出为1，故该电路可概括为：三变量多数表决器。
第四步；检验该电路设计是否最简，并改进。
画出卡诺图，化简结果与原电路一致，说明原设计合理，无改进的必要。
（图1） （图2）
2组合逻辑电路的设计
电路设计的任务就是根据功能设计电路。一般按如下步骤进行：
(1)将文字描述的逻辑命题变换为真值表，这是十分重要的一步。作出真值表前要仔
细分析解决逻辑问题的条件，作出输入、输出变量的逻辑规定，然后列出真值表。
(2)进行函数化简，化简形式应依据选择什么门而定。
(3)根据化简结果和选定的门电路，画出逻辑电路。
（例2）设计三变量表决器，其中A具有否决权。
解第一步：列出真值表。
设A、B、C分别代表参加表决的逻辑变量，F为表决结果。对于变量我们作如下规
定：A、B、C为1表示赞成，为0表示反对。F＝1表示通过，F＝0表示被否决。真值表如
图3所示。
第二步：函数化简。
我们选用与非门来实现。画出卡诺图，其化简过程如图4所示，逻辑电路如图5所示。
（图3）
（图4）（图5）
参考文献：
1、罗朝杰．数字逻辑设计基础．北京：人民邮电出版社，1982．
2、(美)纳尔逊(Neslon，V．P．)，等．数字逻辑电路分析与设计．英文影印本．
华大学出版社，1997．
3、王毓银．脉冲与数字电路．3版．北京：高等教育出版社，1999．
关键词：最简化；约束条件；组合逻辑电路设计；编码器；奎恩-麦克拉斯基法
中图分类号：TN710 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)06-006-02
A New Method about Combinational Circuit Synthesis
ZUOQuansheng
(Changzhou Institute of Technology，Changzhou，213002，China)
Abstract：Minimization is an important step in both ASIC design and in PLD-based design.It is highly desirable to find the simplest implementation that is the one with the smallest number of gates or wires.A large number of constraint terms are dealt with in both ASIC design and in PLD-based design，but the terms whose value is 1 or 0 is limited. A new method about combinational-circuit synthesis is proposed.This method can′t deal with these constraint terms.It can only deal with those terms whose value is 1 or 0.So the steps of synthesis is simplied.It is specialized utilized in those combinational circuit synthesis which has a large number of constraint terms.Two actual examples are proposed to give evidence that according to this method we can minimize the steps of synthesis.
Keywords：minimization；constraint condition；combinational circuit synthesis；encoder；Quine-McClusky algorithm
组合逻辑电路设计的最简化无论在ASIC设计和PLD设计中都很重要。因为组合逻辑电路中多余的门和输入端需要ASIC芯片的更多面积，因而也增加了他的成本；PLD的门电路是固定的，组合逻辑电路中有多余的门和输入端就需要容量更大、速度更慢、价格更高的PLD。因为用一般的逻辑表达式实现的组合逻辑电路的规模随输入变量的数目增加而成指数级增加，所以直接用一般的逻辑表达式实现逻辑电路是不经济的。现在组合逻辑电路设计有很多种方法，但这些方法对那些有大量约束项的组合逻辑电路设计不是最好的。工程上常见的组合逻辑电路常有很多输入变量，对多输入变量的组合逻辑电路设计，文献\[1\]和文献\[2\]介绍的公式法和卡诺图法都不适用。这些组合逻辑电路常有很多约束条件，使用文献\[1\]介绍的奎恩-麦克拉斯基法步骤很多。例如3位二进制(8线-3线)编码器有8个输入变量I7I6I5I4I3I2I1I0，3个输出变量Y2Y1Y0。8个输入变量I7I6I5I4I3I2I1I0е挥8种允许的组合，即00000001，00000010，00000100，00001000，00010000，00100000，01000000，10000000。另外248种组合是不允许出现的约束项。任何一个输出变量实际上只有4种组合为1，4种组合为0。又如并行比较型模/数变换器ADC0881芯片中有255个时钟锁存器(可用C255C254…C2C1П硎)。这255个变量的组合数量是很大的，但他的编码器的输出是8位二进制数(用D7D6D5D4D3D2D1D0П硎)，也就是说这255个变量只有256种组合是允许出现的，其他大量的组合是不允许出现的约束项。编码器的每位输出变量实际上只有128种组合为1，128种组合为0。传统的公式法和卡诺图法等组合逻辑电路设计方法主要是通过对为1的组合和约束项进行处理，对为0的组合基本不处理。对于多输入变量的组合逻辑电路设计而言，大量的约束项大大地增加了设计的复杂度。通过研究发现：利用这些有限的1和0就能设计组合逻辑电路，很多约束条件在设计时可以不用处理，这就可以大大简化逻辑电路的分析和设计。
1 新方法的基本思想
引理1 比较输出变量为1的组合与某个输出变量为0的组合，找出其中不同的变量及其组合，例如输出变量为1的组合有q=q1q2…Qt，而某个输出变量为0的组合没有q=q1q2…Qt，则q=q1q2…Qt是该输出变量为1的组合的一个因子。
因为q=q1q2…Qt在输出变量为1的组合中出现，在某个输出变量为0的组合没有出现，但不知道在其他输出变量为0的组合会不会出现，所以q=q1q2…Qt可以表示这个输出变量的一部分，但不能表示这个输出变量的全部。
引理2 设Q=Q1Q2…QT是输出变量为1的组合出现，而所有输出变量为0的组合均不出现，则该输出变量为1的组合可以用Q=Q1Q2…QT表示。
因为Q=Q1Q2…QT在所有输出变量为0的组合均不出现，这说明含Q=Q1Q2…QT的所有项要么是1，要么是约束项，因而该输出变量为1的组合可以用Q=Q1Q2…QT表示。
引理3 输出变量为1的某个组合的所有因子的与可以表示该输出变量为1的组合。
与逻辑表示只有在决定事物结果的全部条件具备时，结果才发生的因果关系。输出变量为1的某个组合的所有因子的与表示输出变量为1的这个组合出现、所有输出变量为0的组合均不出现，因而可以表示输出变量为1的这个组合。
引理4 一个输出变量所有为1的组合的或可以表示该输出变量。
2 新方法举例
例1：研究3位二进制(8线-3线)编码器，他的8个输入变量I7I6I5I4I3I2I1I0允许8种组合，发现每种组合只有一个变量为1，其余变量为零；2个或2个以上的变量为1的组合都是不允许出现的。输出变量Y2Y1Y0У拿恳晃欢加4个组合为1、4个组合为0，其他都是约束项(见表1)。
Y2的第5种组合为1，这种组合有而他为0的第1种组合没有的因子是I4，I0，I0I4；这种组合有而他为0的第2种组合没有的因子是I4，I1，I1I4；这种组合有而他为0的第3种组合没有的因子是I4，I2，I2I4；这种组合有而他为0的第4种组合没有的因子是I4，I3，I3I4；输出变量为1的这个组合所有因子的与是I4，I0I1I2I3。取其最简单的表达式，即Y2的第5种组合可以表示为I4。同理可得：Y2的第6种组合可以表示为I5；Y2的第7种组合可以表示为I6；Y2的第8种组合可以表示为I7。最后可得：Y2=I4+I5+I6+I7；
同理可得：Y0=I1+I3+I5+I7；Y1=I2+I3+I6+I7。
例2：3位二进制数码输出的并行比较型模/数变换器的代码转换如表2所示：
D2的第5种组合为1，这种组合有而他为0的第1种组合没有的因子是C4，C3，C2，C1；这种组合有而他为0的第2种组合没有的因子是C4，C3，C2；这种组合有而他为0的第3种组合没有的因子是C4，C3；这种组合有而他为0的第4种组合没有的因子是C4。
D2的这种种组合为1的所有因子的与的最简单表达式是C4，即D2的第5种组合可以表示为C4；同理，D2的第6种组合为1的所有因子的与的最简单表达式是C4，C5，即D2的第6种组合可以表示为C4或C5；D2的第7种组合为1的所有因子的与的最简单表达式是C4，C5，C6，即D2的第7种组合可以表示为C4或C5，C6；D2的第8种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C4，C5，C6，C7，即D2的第8种组合可以表示为C4或C5，C6，C7。最后得D2的最简表达式是：D2=C4。
D1的第3种组合为1，这种组合有而他为0的第1种组合没有的因子是C2，C1；这种组合有而他为0的第2种组合没有的因子是C2；这种组合有而他为0的第5种组合没有的因子是C4，C3；这种组合有而他为0的第6种组合没有的因子是C5，C4，C3。
D1的这种种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C2C4或C2C3；同理，D1的第4种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C1C4或C2C4；D1的第7种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C6；D1的第8种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C6或C7。
最后可得D1的最简表达式是：C6+C2C4。D0的第2种组合为1，这种组合有而他为0的第1种组合没有的因子是C1；这种组合有而他为0的第3种组合没有的因子是C2；这种组合有而他为0的第5种组合没有的因子是C4，C3，C2；这种组合有而他为0的第7种组合没有的因子是C6，C5，C4，C3，C2。D0的这种种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C1C2。同理，D0的第4种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C3C4；D0的第6种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C5C6；D0的第8种组合为1的所有因子的与的最简单的表达式是C7。最后可得D0的最简表达式是：C7+C5C6+C3C4+C1C2。
3 结 语
类似的例子可以举很多，通过上述例子分析可知，利用本文介绍的方法，这些约束条件许多可以不加处理，这可以大大简化逻辑电路的分析和设计。
参考文献
[1]Brian H，Clive W.Digital Logic Design\[M\].北京：人民邮电出版社，2006.
[2]阎石.数字电子技术基础\[M\].北京：高等教育出版社，2005.
关键词：组合逻辑电路；Multisim；仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.257
0 引言
组合逻辑电路是指在任一个时刻，输出的状态只取决于同一个时刻各输入状态的组合，而与电路之前的状态无关。组合逻辑电路的分析和设计是数字电路中一个重要的组成部分[1][2] 。“数字电路与逻辑设计”是电子类专业一门重要的专业基础课，同时又是一门实践性很强的课程。随着电子技术产业的高速发展，新器件、新电路不断地涌现，现有实验室的条件已经无法满足各种电路的设计和调试的要求，这在一定程度上影响了电路相关实验教学的效果，而且影响了高校对学生创新能力的培养。此时，在实验教学中引入具有强大分析、仿真电路功能的电路仿真设计软件Multisim，可以较好地解决这一问题。
在数字电路与逻辑设计实验中引入该仿真设计软件，结合传统的实验教学，就可以增开大量设计性和综合性实验，在激发学生学习兴趣的同时，也培养了学生的创新能力和动手能力[3]。本文将以一个组合逻辑电路为例，对其进行理论分析和仿真实验分析，从而得出Multisim在组合逻辑电路分析实验教学中的重要作用。
1 组合逻辑电路理论分析
组合逻辑电路分析的任务是在给定逻辑电路的基础上，通过分析、归纳，确定其逻辑功能[4]。它一般分为5个步骤：组合逻辑电路；逻辑表达式；最简表达式（经化简变换得到）；真值表；逻辑功能。
现有一组合逻辑电路，如图1所示，以此为例，来进行分析。
根据逻辑图可以逐级写出逻辑表达式：
通过化简与变换，是表达式变换成与-或表达式：
由表达式列出真值表（如表1）：
分析逻辑功能：
由真值表可知，当A、B、C三个变量不一致时，电路输出为1；当A、B、C相同时，即同为0，或同为1时，电路输出为0。所以这个电路称为不一致电路。
2 应用Multisim进行组合逻辑电路分析
2.1 创建仿真电路
根据图1所示的逻辑电路图，在Multisim 12.0中创建仿真电路。待仿真电路如图2所示，对逻辑电路进行了转换，其中，三个开关分别接VCC（表示输入为1）和接地（表示输入为0），万用表用来测量输出电压，灯泡的亮和灭表示输出为逻辑“1”或逻辑“0”。为了便于分析，我们还加入了逻辑变换器，它可以将逻辑电路转换成真值表和逻辑表达式，也可以将真值表转换成逻辑表达式和逻辑电路。
由逻辑变换器得到的真值表如图3所示，与表1比较后可以发现，由逻辑电路图分析得到的真值表和由逻辑变换器得到的真值表是一致的。
2.2 仿真分析
在仿真电路的基础上，我们可以运行仿真。分别改变三个开关的状态，即改变输入变量A、B、C，从000到111，依次测试输出电压的高低电平，以及灯泡的亮和灭，如表2所示。其中，输出电压5V表示输出为高电平，输出电压0V表示输出为低电平。根据输出结果，可以看出，仿真结果与前面得到的真值表的结果是相符的。
3 结束语
以文中所给的不一致电路为例，分别进行了传统的组合逻辑电路理论分析以及应用Multisim对组合逻辑电路进行仿真实验分析，对两者进行了比较，根据实验测试所得到的实验结果对理论分析进行了验证，并证明了两者是一致的。总之，用Multisim软件对组合逻辑电路进行仿真实验，既能激发学生的学习兴趣，也能极大地提高教师的教学水平。在实际的教学过程中，充分利用Multisim仿真的桥梁作用，可以将理论教学、 仿真和实验教学三位一体，有效地结合起来，充分地发挥作用，培养出更多创新型的人才。
参考文献：
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[2]黄济，李泽彬，汪明珠，姚有峰.组合逻辑电路设计与Multisim仿真[J].高科技产品研发，2012：58-98.
[3]张亚君，陈龙，牛小燕.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2008（08）：108-114.
[4]张惠敏，刘海燕.电工电子技术[M].郑州：河南科学技术出版社，2014：192.
[5]包敬海，张大平，陆安山.Multisim在组合逻辑电路设计中的应用[J].钦州学院学报，2008（12）：30-33.
【关键词】组合逻辑电路；电路设计；解决方法
随着数字电子技术的不断发展，数字电路已被广泛应用于现代数字通信、自动控制、数字计算机、数字测量等各个领域，并已深入我们的日常生活中。数字电路又称逻辑电路，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。它们的区别在于时序逻辑电路有存储单元，具有记忆功能。而组合逻辑电路没有，它只由常用门电路组合而成，即没有从输出到输入的反馈连接，它的输出仅决定于该时刻的输入状态。在对组合逻辑电路原理进行设计时，可采用以下方法步骤：（1）分析设计要求，理清输入与输出的端口数和相互关系；（2）根据分析结果，设定变量并进行状态赋值，再列出相应的真值表；（3）由真值表写出逻辑电路的输出表达式；（4）利用卡诺图或逻辑公式将输出表达式进行化简；（5）根据最简表达式画出相应逻辑电路图。按照上述方法步骤，组合逻辑电路原理设计就完成了，但实际设计工作除此之外，还包括电路器件的选择，安装和调试等过程。而往往就是在这些环节中容易遇到问题，现将常遇问题及解决方法归纳如下：
1.接口电路的电平转换
在设计组合逻辑电路时，常常由于速度、功耗和带负载能力等问题需要将TTL门电路和CMOS门电路混合使用。这两种门电路的电源电压、参数指标等均有所不同，因此不能直接连接，而需要借助于接口电路。接口电路是指不同类型逻辑门电路之间或逻辑门电路与外部电路之间有效连接的中间电路。接口电路的设计主要分以下两种情况：第一，用TTL门电路驱动CMOS门电路。TTL门电路的电源电压为+5V，而CMOS的电源电压范围是3～18V，因此需要将TTL输出的高电平值升高来驱动CMOS门电路。方法是利用TTL门电路中的OC门做接口，适当选取OC门的外接电源和电阻来满足CMOS门电路对电源电压的要求。由OC门的功能分析可知，OC门输出的低电平约等于0.3V，高电平约等于UCC。所以，改变电源电压可以方便地改变其输出高电平。图1第二，用CMOS门电路驱动TTL门电路。方法是应用六反相缓冲器等专用接口器件直接驱动TTL负载电路，如图1所示。这类专用接口器件使用电源为+5V电源，与TTL负载电路一致，输入端允许超过电源电压，可与CMOS门电路电源相配合使用。
2.扇入问题
扇入问题是指门电路输入端口与实际电路输入端口的关系，一般分以下两种情况：（1）门电路多余输入端的处理设计电路时，需要用到的集成门电路的输入端多于实际电路需要的输入端数时，就需要将多余的输入端进行处理。在保证输入正确逻辑电平的条件下，可将多余的输入端接高电平或低电平。如果是与门或与非门，应将多余的输入端接高电平；如果是或门或或非门，应将多余的输入端接地或接低电平。为防止干扰，多余的输入端一般不能悬空。接高、低电平的方法可通过限流电阻接正电源或地，也可直接和地相连接，如图2所示。但要注意输入端所接的电阻不能过大，否则将改变输入逻辑状态。（2）门电路输入端少于实际电路需要输入端的处理当用到的集成门电路的输入端少于实际电路需要的输入端数时，可采用分组的方法进行解决。例如，实际电路需要与非门输入端口为A、B、C、D共4个，但集成门电路是2输入端与非门，可按以下分组连接解决，输出Y=，如图3所示。
3.扇出问题
逻辑电路的扇出问题，主要是指它的带负载能力，即在设计电路时，可能存在一个门电路的输出端所带的负载门太多，超出了它的带负载能力。门电路的带负载能力主要通过扇出系数N来说明，它代表电路能驱动同类型门电路的最大个数。当输出高电平、带拉电流负载时：如果NH≠NL，则把较小的个数定义为扇出系数。在设计电路时，可采用扇出系数大的门电路作为输出门。在设计组合逻辑电路时，除了以上所分析的问题外，还有一些细节需要注意的。如：用中规模集成电路实现组合函数会使电路连接简单很多；对逻辑表达式的变换与化简，是尽可能使其与给定的组合逻辑器件的形式一致，而不是单纯简化；设计时应考虑合理充分地应用组合器件的功能，应尽量选用结构原理比较简单的，但数量又少的器件来满足设计要求。综上所述，要成功设计出一个组合逻辑电路不容易，要设计一个结构简单、功能完整、参数合理的组合逻辑电路就更难，这需要设计者不断地去尝试、安装和调试，从设计的过程去积累经验。
参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程(第三版)[M].高等教育出版社,2007,01.
[2]秀.电工电子学[M].高等教育出版社,2014,07.
【关键词】数字逻辑；下标计算法；趋势分析法；Proteus软件
《数字逻辑》是计算机科学与技术专业以及电气、电子信息类专业的一门专业基础课，主要介绍数字逻辑电路的分析和设计的方法[1]，是微机原理与接口技术、单片机原理等专业课程的先导课程。该课程对学生要求起点较低，不需要过高的前序知识，但实践性较强，内容分散，不容易记忆。学生一开始接触的是基本概念、原理方法、数字逻辑运算等，内容抽象，与实际的逻辑电路联系不多，导致学生一开始就对这门课不感兴趣[2]。而在课程后半段讲解“中规模通用集成电路”时，单纯依靠板书或PPT，无法让学生对各种数字逻辑电路的结构和功能进行深入了解和分析，更加无法培养学生设计数字逻辑电路的能力。在这种情况下，教师如何在有限的时间内，精心设计教学方案，改革教学方法和教学手段，激发学生的学习热情，提高教学质量，是一个值得认真研究和深入讨论的问题[3]。下面将分别从教学方法和教学手段方面探讨如何改进数字逻辑课程的教学，从而降低课程讲解难度，提升学生的学习效率和效果，最终提升教学质量[4]。
1 教学方法改进
在涉及数字逻辑课程前面一部分内容，包括逻辑代数、组合逻辑电路和时序逻辑电路等章节的教学时，采用好的技巧或方法往往能使运算或分析更易懂、更方便且更不容易出错。下面针对数字逻辑课程中“逻辑函数表达式转换”内容提出“下标计算法”，针对“同步时序逻辑电路设计”的原始状态图构建环节提出“趋势分析法”，在避免教学过程中对教材内容原样照搬的同时，更加简化计算和降低分析难度，更大程度上避免错误的发生。
1.1 下标计算法
将一个任意逻辑函数表达式转换成标准与-或表达式是数字逻辑课程中的基础，包括卡诺图化简逻辑函数、二进制译码器或多路选择器实现逻辑函数等内容中均会用到。教材中主要采用的是代数转换法，分两步进行：
这种转换方法第一步不可或缺，但是第二步扩展最小项时会使逻辑函数变得更加复杂，运算过程中更加容易出错。针对这种缺陷，为简化计算和减少错误，在第二步运算过程中采用“下标计算法”。这种方法是把第一步得出的一般与-或表达式中的每个非最小项的与项通过表格的形式单列出来，然后计算出每个与项的全部最小项下标，并且找出所有出现且不重复的下标值，最后直接得出标准与-或表达式的简写形式。
第二步：采用“下标计算法”得出标准与-或表达式，运算过程如表1所示。
从表1中可找到出现的全部不重复下标分别是0、1、3、6、7，因而可直接得出标准与-或表达式的简写形式为
1.2 趋势分析法
在完全确定同步时序逻辑电路的设计过程中，形成正确的原始状态图是设计的第一步也是最关键的一步，否则设计出来的电路必然是错误的。而在同步计数器、序列检测器和代码检测器这三种同步时序逻辑电路的设计中，序列检测器的原始状态图的建立又是其中的重点和难点。教材中所采用的方法可行但是难以理解，学生在设计类似电路时很容易出错。针对这个问题，采用“趋势分析法”能够较好的解决。所谓“趋势分析法”，就是根据每个状态的存储功能和输入序列的变化趋势，分析现态在下一个输入信号出现时应该指向哪一个次态，这样逐步分析下去，最后得出正确的原始状态图的方法。下面以“0101”序列检测器为例来说明用“趋势分析法”建立原始状态图的过程。
例如，作出“0101”序列检测器的Mealy型状态图，典型输入/输出序列如下：
输入x 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1
输出Z 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0
首先分析需要使用的状态数目。按照一位输入的序列检测器的一般状态数规律，如果需要检测的序列有n位，则状态数需要n+1个。这是因为其中第一个状态为初态，其他n个状态用于存储n位序列的变化过程。此处待检测序列是“0101”共四位数，故而需要五个状态。其中A状态为初始状态，B状态用于存储输入信号“0”，C状态用于存储输入信号“01”，D状态用于存储输入信号“010”，E状态用于存储输入信号“0101”（即待测序列）。
接下来采用“趋势分析法”作出Mealy型原始状态图，分析过程如图1所示。
“趋势分析法”分析过程说明如下：
（1）从初态A开始，当x=0时，状态从A到B，因为状态B存信号“0”，输出Z=0；当x=1时，状态从A到A保持不变，输出Z=0。
（2）此时处于状态B。当x=0时，状态从B到B，输出Z=0；当x=1时，状态从B到C，因为状态C存信号“01”，输出Z=0。
（3）此时处于状态C。当x=0时，状态从C到D，因为状态D存信号“010”，输出Z=0；当x=1时，状态从C到A，因为信号“011”不能构成“0101”序列的任何一部分，所以只能回到初态A，输出Z=0。
（4）此时处于状态D。当x=0时，状态从D到B，因为状态B存信号“0”，输出Z=0；当x=1时，状态从D到E，因为已经构成“0101”序列，并且输出Z=1（只有检测到待测序列时输出Z=1，否则Z=0）。
（5）此时处于状态E。当x=0时，状态从E到D，因为状态D存信号“010”，输出Z=0；当x=1时，状态从E到A，因为信号“011”不能构成“0101”序列的任何一部分，输出Z=0。注意“当x=0时，状态从E到D”是学生分析时最容易出错的地方，错误原因在于认为“状态应该是从E到B”，这是没有考虑到当输入信号“0101……”重复出现时，前一个“0101”序列的后半段能够作为下一个“0101”序列的前半段这种情况。
2 教学手段改进
为了增强学生对数字电路的感性认识，加深学生对数字逻辑分析方法的理解，掌握常用集成器件的基本使用方法，提高学生学习兴趣[6]，避免枯燥的集成芯片和数字逻辑电路功能讲解。将Proteus软件引入数字逻辑课程教学，可增强教学的生动性和直观性[7]。Proteus 软件具有多种元件库，其中的元器件大多均可直接用于实际电路的搭建，而且该软件提供了多种与实际仪器仪表用法相似的虚拟仪器设备，还有各种信号源，几乎可以完成各类数字逻辑电路的设计、测试和辅助分析工作[8]。
在讲解通用中规模时序逻辑电路章节的集成计数器相关内容时，用同步计数器构建任意进制计数器有多种方法，电路比较灵活，既可以利用计数器的清除端，也可以用预置功能。此时可利用Proteus仿真演示动态过程，节约大量的教师口头讲述时间，这样更具感染力和说服力，学生也更容易理解接受[9]。
例如，4位二进制同步可逆计数器74193构成模10加法计数器和模12减法计数器，要求用Proteus软件实现。其仿真结果如图2所示。
图中电路分成上下两个部分，上半部分电路是模10加法计数器，下半部分电路是模12减法计数器。两个计数器电路相同之处是均由信号发生器（发出频率为1Hz，电压为0-+5V的方波信号）、同步可逆计数器74193、七段显示译码器7448和七段共阴极数码管构成。不同之处在于加法计数器采用累加计数，当计数器输出由1001变成1010时，与门输出为1，该信号接至清除端MR，使计数器状态变成0000，因而其计数范围是0000-1001，从而构成模10加法计数器。而减法计数器采用累减计数，初始设置端平时为1，电路开始工作时置入初态1111，然后开始减1计数，当计数器输出由0100变为0011时，或门输出由1变为0，该信号送至预置端PL，使计数器立即置入1111，因而其计数范围是1111-0100，从而构成模12减法计数器。
3 结语
通过“下标计算法”能够让学生在进行逻辑函数表达式转换时更加简便快速、少犯错误。通过“趋势分析法”能够让学生在同步时序逻辑电路的设计过程中，走好关键的第一步，形成正确的原始状态图。通过Proteus软件仿真，能够让原本枯燥乏味的数字逻辑电路讲解变得更加形象、生动和直观。在教学过程中需要不断地研究和尝试新的教学方法和教学手段，以提高数字逻辑课程的教学效果，为学生学习后续专业课程以及为解决工程实践中所遇到的数字系统问题打下坚实的基础。
【参考文献】
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摘要：本文分析了现有数字电子技术理论教材和实验教材的内容和不足之处，深入分析了该如何选择电子技术的理论和实验教材，以达到培养学生能力为重点，加强该课程的实践环节，使学生实践与理论结合，满足现代社会需要。
关键词：数字电子技术；现状；选择
中图分类号：TN79文献标识码：A文章编号：1006-026X（2012）04-0000-02
一、 引言
数字电子技术课程是电气工程、机电工程和信息工程等诸多专业一门重要的专业基础课，其对个专业的专业课程起着尤为重要的作用。随着信息技术的发展和知识的积累，在目前的高等教育中出现了两个问题，其一是课程数目的大幅增加导致每门课的平均课时数较大减少的问题；其二是平均课时数减少而课本内容增多的问题。比如过去本科四年需要学习的课程在35门以下，而现在增加到了45门以上；过去一门课的课时数为72学时，而现在只能减少为54学时。但是学生学习的课本不仅没有变薄，反而增加了学习内容和信息量，其最终的结果导致老师觉得课程难于教学，学生觉得课程难于学习，教学效果大不如以前。数字电路这门课程同样存在这样的问题，而解决该问题的有效措施是选择合适学时、合适教学的教材。
目前的数字电子技术教材主要有理论和实验教材两种。其中理论教材在内容上存在的问题是理论知识过于强调知识的理论性，缺少与实际应用的举例和论证，这样很难培养学生的实践技能；而实践教材存在的不足是没有与理论教材配套，导致实践教学很难与理论教材有效地结合起来。针对以上问题选择更有利于教学和培养学生能力的理论教材和实验教材显得至关重要。
二、数字电子技术教材的现状分析
（1） 现有的理论教材内容分析和不足
在目前的各高校中，重点高校一般是选择自己编写的理论教材，但是其他大部分一般高校选择国家级规划教材或者名校编著的教材。数字电子技术理论教材很多，很难一一细细分析比较，但总的来说，其内容上大致一样。现根据大部分数字电子技术教材分析该课程的内容和不足。
从内容上分析现有的数字电子技术教材，其一般包括逻辑代数基础、门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器、数-模与模-数转换、脉冲波形的产生与整形、可编程逻辑器件、硬件描述语言等。其中逻辑代数基础、门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路是该课程的重点与基础。下面对以上基础重点部分详细分析其内容和不足之处。
针对该课程的第一部分――逻辑代数基础，其主要讲述了各种进制与进制之间的相互转换、各种编码、逻辑代数运算、基本公式、基本定理、逻辑函数化简方法及其表示方法等。在现代的教育中，很多同学在高中学习计算机时就学习了二进制、码制等内容，而且在学习该课程之前已经学习了C语言等编程语言，这些编程语言都都讲述了进制及其相互转换这方面的知识。对于逻辑函数的化简方法应该重点阐述，尤其是卡诺图，其在实际的应用中很常用。该部分的不足之处就是重复阐述了进制，浪费篇幅和时间。
在门电路章节中，其主要主要讲述了二极管、三极管、CMOS门电路、TTL集成电路等。对于大部分高校而言，在学习该课程之前都学习了模拟电路课程，该课程已经详细分析了二极管和三极管。因此该部分的主要不足之处在于过多地介绍了二极管、三极管特性分析。
在组合逻辑电路章节中，其主要讲述了组合逻辑电路的分析方法、组合逻辑电路的设计方法、常用的组合逻辑电路、组合逻辑电路中的竞争 - 冒险等内容。在该部分中，仔细分析其内容发现其有很多重复部分，主要在组合逻辑电路的设计方法这部分，由于大部分的设计方法都是大同小异，用了很多篇幅介绍。
在触发器章节中，其主要讲述了基本触发器原理、电平触发、脉冲触发、边沿触发的触发器、触发器的逻辑功能及其描述方法等内容。这部分基本上没有什么大的问题，因为内容较陌生，对后面的时序逻辑电路尤为重要，所以应该详细阐述。
在时序逻辑电路章节中 ,其主要讲述了时序逻辑电路的基本概念及其特点介绍 、时序电路的分析方法 、比较常见的时序逻辑电路及其设计原理等内容。在该部分中，仔细分析其内容发现其有很多重复部分，主要在时序逻辑电路的设计方法这部分，由于大部分的设计方法都是差不多，用了很多篇幅介绍。
在可编程逻辑器件和硬件描述语言章中，其主要讲述了现场可编程逻辑阵列（EPLA）、可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列（GAL）、CPLD、FPGA、Verilog语言及其简单示例等主要内容，该部分在以后的学习中会单独开设这方面的课程，可以大大减少这部分内容的介绍。
在脉冲波形的产生与整形章节中，其主要讲述了施密特触发器、单稳态触发器、波形发生器、555定时器及其应用等内容。这部分对于实验教学尤为重要，应该大部分介绍。
对于该课程最后一部分内容――A/D和D/A转换，其主要讲述了D/A转换器和A/D转换器。由于在实际的应用过程中我们是用芯片设计的，所以这部分只需简单的介绍各种转换器的原理而重点阐述各种转换器的特性和适用场合。
（2） 现有的实验教材内容分析和不足
实验教学对于实践性很强的课程而言无疑非常重要，它是理论联系实际的桥梁，是检验理论学习的一个重要环节。对数字电子技术课程也是同样的重要。目前该课程实验教学的教材很少，并且很杂，我们需要分析其实验教材的主要内容，指出其不足之处。大部分的实验教材内容也差不多，其主要根据理论教材来编写的。
数字电子技术的实验教材大部分包括三大部分，第一部分是基础实验，这些实验主要是验证理论学习中的一些基本原理、基本模块，为了加深对理论的理解。第二部分是综合实验，该部分主要是利用第一部分的基本模块，设计相对复杂的实验，可以提高同学的创新和实践能力。第三部分是实际设计制作部分，该部分主要是要求同学利用现有的条件设计制作一个实际的、满足实验要求的小作品。该部分旨在培养学生的实际动手能力，分析问题，解决问题的能力，增强学生的调试能力。
对于第一部分，其主要内容是TTL与非门的逻辑功能与参数测试，门电路逻辑功能测试与变换，编码器测试及其应用，译码器测试及其应用，数据选择器测试及其应用，数值比较器测试及其应用，触发器测试及其功能转换，移位寄存器测试及其应用，计数器测试及其应用，555定时器的应用。这部分内容主要是基本模块，篇幅不宜过大，但是实验平台往往选择数字电子技术实验箱，同学们只需要接线即可，然后完成相应的实验报告。
对于第二部分，其主要内容是组合逻辑电路的设计，一位数值比较电路的设计，同步时序逻辑电路的设计，计数、译码、显示电路的设计，60s定时显示电路的设计。这部分内容主要是利用第一部分的模块设计跟更为复杂的电路。可以详细阐述设计的思路，可能需要更大的篇幅。该实验的实验平台仍然是数字电子技术实验箱，同学们仍然只需要接线即可，然后详细完成实验报告。
对于第三部分，其主要的内容是数字电子钟，电子表，篮球计时器，多路抢答器，电子拔河游戏机，数字频率计，光控路灯，交通信号灯控制电路，彩灯循环控制电路等。这部分内容本意是需要实际制作与设计，需要同学们用电烙铁实际焊接，调试完成的，但是有些教材是使用一些仿真软件设计的，这样大大减轻了同学们的实际制作难度，无法真正达到提高实际调试制作能力。
三、浅析数字电子技术教材的选择
（1）理论教材的选择
对于数字电子技术理论教材的选择，我们根据第二部分数字电子技术理论教材的现状和不足，依次一部分一部分地阐述每章节的选择要求，以达到理论教学的目的。
对于逻辑代数基础章节，根据上面的分析可知需要选择的教材应该从内容上注意以下几点：
1.简单或者忽略介绍有关二进制、进制转换方面的内容。
2.着重介绍逻辑代数的化简方法，尤其是卡诺图。
对于门电路章节，根据上面的分析可知需要选择的教材应该从内容上注意以下几点：
1.简单介绍有关半导体二极管、三极管特征而着重介绍其工作在开关状态的原理和动态性能参数。
2.重点介绍CMOS集成门电路而减少介绍TTL集成门电路。
3.重点介绍TTL 电路的一些注意事项和一些比较重要而且常见的门电路 ,如与门、或门、非门、与非门、或非门、OC门、三态门等，简单介绍其他类型的TTL门电路。
对于组合逻辑电路章节，因为这章节在该教材中很重要，那么我们选择的时候应该从内容上注意很多，由于大部分组合逻辑电路的设计过程基本上相同，我们选择的时候需要注意介绍该部分的篇幅不宜过多，而应该把重点放在各种逻辑电路的逻辑特点、器件特点、器件性能的扩展与使用上，举例几个逻辑器件的设计说明就可以，对于比较特殊的逻辑器件应该详细介绍。这主要是因为我们实际使用到的数字电路不需要我们深入理解其中的内部工作原理，只需要知道该器件的使用方法，使用特点，注意事项即可，只需要把它当做模块按照需要拿来用即可。就像50年代时，一般的电子学教材书籍对电阻、电容和电感的内部工作原理大量深入的分析，但是我们现在的教材已经没有该部分内容，这主要是因为我们大家学习电子知识，旨在去应用它们，而不需要深入理解其内部从微观统计力学的原理角度去推倒电感值得具体公式。
对于触发器章节，根据上面的分析可知需要选择的教材应该从内容上注意尽量选择比较详细描述该章节的书籍，因为这部分知识对后续的学习尤为重要，如理解时序逻辑电路的工作原理，理解计算机存储器，寄存器、锁存器等等。
对于时序逻辑电路章节，根据上面的分析可知需要选择的教材应该从内容上注意选择时序逻辑电路的设计方法阐述较少的书籍，而是以举例的方式进行阐述和验证时序逻辑电路的工作原理。主要是因为在时序逻辑电路的设计方法这部分，由于大部分的设计方法都是差不多。
对于可编程逻辑器件和硬件描述语言章节，根据上面的分析可知需要选择的教材应该从内容上注意根据学校后续的学习课程来选择，如果学校后面有专门的课程学习这部分内容，那么我们只需要简单的介绍即可，如果没有的话那么我们选择比较详细描述这部分内容的教材。当然，不一定找得到这样的教材，那么我们可以选择两本书，一本是主体上课讲述数字电路技术的基本知识，而另外一本让同学们课外的学习和扩展。
对于脉冲波形的产生与整形章节，由于现有的教材都对这部分内容有比较好的阐述，这部分内容不仅对理论学习重要，而且在实际的实践过程中经常用到。所以尽量选择阐述比较详细的教材。
对于A/D和D/A转换章节，由于我们在实际的应用之中只是拿其芯片用，不过还是得尽量弄懂其内部工作原理，我们还是得详细分析和理解一些A/D和D/A转换器的工作原理和设计思路，对我们理解将来使用的芯片有一个更好的理解。在选择的时候我们可以不用考虑这部分。
综上所述，我们在选择这部分数字电子技术理论教材时，尽量满足以上各章节的要求，但是实际情况还得根据各高校的教学目的和教学层次，如果是研究类型高校，那么我们可以选择尽量详细介绍、深入分析其内部工作的教材，如果是应用型高校或者高职类学校，那么我们尽可以按照上面分析的要求来选择，如果一本教材无法满足上面的要求，可以选择一本为主，两外一本为辅的办法，以达到教学目的。
（1）实验教材的选择
对于数字电子技术实验教材的选择，我们根据第二部分数字电子技术实验教材的现状和不足，依次按照那三部分要求来选择，以达到理论教学的目的。
对于第一部分――基础实验，这部分主要是验证理论学习的一些基本知识，那么在选择的时候我们不求详细介绍个实验的实验步骤，而是要详细、多方面的涵盖理论学习的内容。不过还得考虑学校的实验教学设备情况，根据实验设备可以提供的实验，来灵活的选择实验。
对于第二部分――综合实验，这部分主要是利用第一部分的基本实验来完成该部分的，尽量选择可以覆盖主要知识模块的实验，已达到各知识、各模块的融会贯通、灵活创新。同理，这部分实验也是得依赖于学校的实验教学设备和实验教学学时，我们可以按照各高校的实际情况灵活选择实验。
对于第三部分――实际设计和制作，该部分主要是实际设计并制作完成一些具有现实意义的实验。那么在选择时我们得考虑一下高校的实际情况，包括实验条件和教学学时，但是这部分对于同学们的实践能力、分析问题、解决问题、创新思维的培养尤为重要。那么我们可以多选择实验，没有学时完成的可以让同学们在课外完成或者提供一个实验平台，组成兴趣实验小组，合作完成。这样带来的好处是可以培养学生合作精神、自己动手实践的能力，增强学生对学习电子知识的极大兴趣。
综上所述，我们在选择这部分数字电子技术实验教材时，根据学校的实际设备情况和实验教学学时，灵活多变的选择适合自己高校的实验教材，培养具有较强实践能力的学生。
四、总结
本文分析了数字电子技术理论教材和实验教材的现状和不足，根据现状和各高校的实际情况提出了选择合适的，可以培养学生能力的教材，增强学生的学习主动性和实践能力的教材，在学时不够的情况下满足各高校的教学目的的教材。
目前，对数字电子技术教材的选择还有一些问题，有许多的不尽完善支持，本文是作者根据多年的教学经验和实践心得提出的具有建设性的观点。旨在提高教学效果，培养学生的创新思维、实践能力、分析问题和解决问题的能力。
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【关键词】学分制；数字电子技术课程；整合
0 引言
学分制，属于教育模式的一种，以选课为核心，教师指导为辅助，通过学生的成绩绩点和所修学分，衡量学生学习质和量的综合教学管理制度。与班建制、导师制合称三大教育模式。自2011年7月15日湖北省物价局正式公布了湖北省《普通高等学校学分制收费管理办法》起，湖北省各大高校也陆续开始实施学分制，而我校也准备在2015级新生中全面实施学分制。在这种大背景下，以前的教学方式和教学内容也随之而改变，作为电类专业的三门专业基础课之一的模拟电子技术课程的教学内容整合也急需解决，从而符合时代的发展，不但有利于学分制的顺利实施，更能提高模拟电子技术课程的教学质量。
1 数字电子技术课程的地位
作为电类专业的学生，电路理论、模拟电子技术和数字电子技术必修的三门专业基础课，其中模拟电子技术处于相对重要的位置，不但是电路理论和模拟电子技术的后续课程，同时也是微机原理、单片机原理及应用等与计算机相关的先修课程，而计算机在我们现在的日常生活中是必不可少的，从中足以说明数字电子技术课程的重要性和不可或缺的地位。
2 数字电子技术教材的取舍
各大高校选用的教材一般是两个，一个是清华大学出版社出版的由童诗白主编的数字电子技术基础，另一个是高等教育出版社出版的由康华光主编的教材，我校一直采用的是康华光版的，而在学分制下也准备使用该教材，该教材结构合理，内容的组合恰当，比较适合我校电类专业的学生。
3 数字电子技术课程教学内容的整合
学分制前，我校数字电子技术课程总学时72学时，理论学时48学时，实验学时16学时，理论教学的内容覆盖面广，几乎涵盖了教材的所有章节的内容，从多年的教学经验和学生的反馈情况来看，教学效果并不太好，很多学生觉得这门课较难了，不过比模拟电子技术课程应该是简单一些，尤其是其中的组合逻辑电路的分析和设计，难点是时序逻辑电路的分析和设计。
由于学分制的实施充分体现了“以人为本”的教育思想，充分尊重学生选课、选教师、选修学计划的自由，不但有利于培养学生的个性，更能充分发挥各自的潜能。在学分制的教学体制下，学校就像一个教育大超市，里面的“课程商品”可谓是琳琅满目，学生就是顾客，就是上帝。上哪门课，学生自己选；想听哪位老师的课，学生自己做主；甚至什么时候上课和做实验，都由自己决定。学分制充分体现了学生的自主性，这是一种新的教学方式和学习方式的尝试，对学生是，对老师也是。作为教师，尤其是讲授数字电子技术课程的我们又该如何处理呢？
第一，如何激发学生选这门课程的积极性和学习该课程的积极性，这个是重中之重，只有提高学生的学习积极性，才是提高我们教学质量的最好的途径，通过调研发现，不少同学对各种游戏感兴趣，而且还建立了讨论群，讨论起来可谓是热火朝天，结果游戏打得顺风顺水，如果学生能把讨论游戏、玩游戏的劲头用到学习上，肯定是事半功倍。这是我们作为高校教师必须考虑的问题，那么如何使学生从游戏中抽身出来，投入到课程的学习上呢？首先要让学生认识到该门课程的重要性，数字电子技术是处理数字信号的电路，这个内容直接与我们的日常生活的计算机有关，包括我们身边的各种电子产品，尤其是我们现在的智能手机、智能电视、空调、冰箱和洗衣机等家电都有数字电路的身影，可以说数字电子技术与我们是密切相关的。而在数字电子技术基础里面，主要是分析现实生活中的计算机内部的主要电路是如何形成的，具体的电路是什么，通过该课程的学习，不但能了解数字电路的基本内容，更能与目前一些处于科技前沿的知识联系在一起。基于此，可以通过提问的方式或者让学生自己调研，当然也可以提醒学生多多参加学校组织的甚至是全国性质的电子设计大赛，提高他们实际动手能力的同时，还能激发他们学习数字电子技术课程的积极性。不过这也仅仅是提高学生学习兴趣的其中一个方法而已。
第二，教学内容的整合。实际上这也是提高学生学习兴趣的方法之一。首先要把握数字电路的整体内容，主要是组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计，那么这两种电路是如何形成的？而分析方法又是什么呢？解决了这两个问题，该课程的学习内容就可以迎刃而解。不但可以降低该课程的难度，还能提高学生的学习兴趣。其次，既然数字电子技术是由组合和时序逻辑电路组成，那么就针对性对这两种电路进行分析和设计，其他内容可以选学。而组合逻辑电路是由三个基本的逻辑门电路组成的，因此可以只选择三个基本的逻辑门，即与门，或门和非门的电路符号，至于TTL门和CMOS门可以不讲，当然学生也可以不学，跳过此部分，数字电子技术难度大降低，而组合逻辑电路的分析共分为四步，只要掌握了这四步分析法，即可解决该电路的分析问题，四步分别是（1）由逻辑电路写出逻辑表达式，（2）化简表达式，（3）由表达式列出状态表，（4）根据状态表分析逻辑功能。而设计组合逻辑电路的步骤与分析步骤刚好相反，分别是（1）由逻辑要求列状态表，（2）根据状态表写出逻辑表达式，（3）化简表达式，（4）根据表达式画出逻辑图。这也是该课程的上半部分内容，同时也是该课程两大重点之一。第二个重点内容就是时序逻辑电路的分析和设计，首先要了解三个双稳态触发器：可控的RS触发器、JK触发器和T触发器，对于这三种触发器，只要知道其符号和对应的状态表即可，至于其内部由哪些门组成以及原理可以不讲和不学，这有利于降低该部分的难度。另一个重要的就是分析和设计问题，与组合逻辑电路类似，其分析和设计步骤也是相反的，不过时序逻辑电路与组合逻辑不同的是，分为同步时序和异步时序。两种时序逻辑电路的分析步骤类似共分为四步：（1）写方程式：三个方程式分别是输出方程、驱动方程和状态方程，（2）列状态表转换真值表，（3）逻辑功能的说明，（4）画状态转换图和时序图。而两种时序逻辑电路的设计也分为四步，与分析步骤基本相反。通过以上内容的整合，使学生了解到只要掌握了组合和时序逻辑电路的分析和设计，就抓住了数字电路的灵魂，不但能使学生更容易接受这个内容，激发他们的选修该门课程的兴趣和努力学习的兴趣，又能提高数字电子技术的教学质量。
4 结束语
本文通过学分制的分析，提出在这一背景下数字电子技术课程教学内容的整合问题，主要围绕如何提高学生选修和学习该门课程的积极性，以及在教学内容整合方面如何精简和整合现有课程内容，从中提出了组合逻辑和时序逻辑的四步的分析步骤和设计步骤，这就体现了以学生为本，以教师指导为辅助的学分制思想，从而在一定程度上解决了教学内容整合方面的难题。而且经过现有课堂教学的实施，效果不错。
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关键词:数字逻辑;实验教学;实验课题设计;教学改革;VHDL
自20世纪90年代以来,随着电子科学技术的进步,大规模集成电路PLD芯片逐渐取代了数字系统中传统的分离元件和小规模集成电路。同时,数字系统和计算机系统的设计方法向“硬件设计软件化”转变。用硬件设计语言设计数字系统和计算机系统的技术日益成熟且越来越广泛地得到应用。虽然,高校数字逻辑课程的教学内容也有一些相应的调整,但是实验教学的改革往往明显落后。
数字逻辑是计算机科学与技术专业重要的基础课之一,也是学生感觉学习比较困难的课程之一。我校计算机专业的数字逻辑课程的实验教学过去一直是在实验箱上插接集成电路芯片和连接线的方式,实验内容以验证性实验为主,实验效果很不理想,实验教学与理论教学的衔接不好,没有真正起到“通过实验加深对理论知识的理解”和“理论与实际相结合”的作用。学生虽然在课堂上学习了VHDL编程并做了一些习题,但是并不知道究竟什么样的程序才是正确的,而要想知道VHDL程序是否正确的唯一方法是编译和仿真。为了提高数字逻辑课程的教学效果,并且与新增加的VHDL语言教学内容相呼应,笔者进行了数字逻辑课程的实验教学改革探索。通过“做中学”[1],使学生真正掌握用VHDL进行逻辑设计的方法。放弃在实验箱上插接集成电路芯片和连接线的方式,改变为在Quartus软件平台上用VHDL语言编程和仿真实验。从以验证性实验为主转变为以设计性实验为主,不仅使学生学到了最新的技术,而且为后继课程计算机组成原理的进一步教学改革奠定了基础。
1实验课题的设计
根据教学计划,本课程的实验为12学时,安排6个实验。除第1个实验是熟悉Quartus系统的使用外,其余5个实验都是设计性实验。
1.1设计思想
实验课题的设计是开展设计性实验教学必须妥善处理的关键问题之一。实验课题应该有合适的难度,使得大部分学生在现有基础上通过自己的分析和努力能够做出设计(不一定是完全正确的设计)。实验课题应该在本课程教学的重要知识点范围内,通过实验可以使学生更好地掌握相关知识点,实现理论教学与实验教学相辅相成。实验课题应该在书本或网络等其他信息源上没有现成的解答,学生必须自己进行分析设计才能得到解答。
在高度网络化和信息化的今天,各种教材、参考书和网络上已经有很多的VHDL语言程序的实例,为了保证学生是真正做设计,笔者在设计实验课题时也广泛查找了资料。有几个设想的课题就因为发现有相同的VHDL语言程序实例存在而被否定。最后确定的5个实验课题,到目前为止还没有发现有相同的VHDL语言程序实例。这5个实验课题包括2个组合逻辑设计实验课题和3个时序逻辑设计实验课题。实验课题的难度和复杂程度是逐渐增加的。除了基本实验外,还为少数学有余力的学生设计了选做题目。
1.2实验课题
1) 实验课题一。
设计一个代码转换逻辑电路。把7位的ASCII码转换成7段字符显示代码。能显示数字0～9,字母A、b、C、d、E、F、H、L、o、P、U、Γ和一些符号(-、_、=、┫、┣、、)等。用VHDL语言编程并仿真。
2) 实验课题二。
设计一个多功能的运算器,有控制信号M、S2、S1、S0。当M=1,在S2、S1、S0的控制下能完成两个1位二进制数A、B的以下算术运算:A加B,A加1,A加B和低位来的进位,B加1,A加 ,A加0,A加A,A加 加1。当M=0,作逻辑运算。在S2、S1、S0的控制下能完成两个1位二进制数A、B的以下逻辑运算:A+B,A•B, , , , , , ,等。用VHDL语言编程并仿真。
3) 实验课题三。
设计一个自动售饮料机的控制逻辑电路。该机器有一个投币口,每次只能投入1枚1元或5角的硬币。当投入了1元5角的硬币,机器自动给出1杯饮料。当投入了2元的硬币,机器在自动给出1杯饮料时,还找回1枚5角的硬币。
确定输入/输出变量、电路的状态并化简,做出状态转换图、状态转换表。在完成以上逻辑设计后,用VHDL语言编程并仿真。
4) 实验课题四。
用74HC163设计一个十九进制计数器。用VHDL层次结构设计方法设计程序并仿真,底层器件是74HC163。
完成以上题目后,还可以选做题:用74HC163设计一个余3码计数器。用VHDL层次结构设计方法设计程序并仿真,底层器件是74HC163。
5) 实验课题五。
实验课题五有两个题目,学生可以任选一个。
题目一:设计一个可控计数器,当控制信号S=0时,是五进制计数器,当控制信号S=1时,是十五进制计数器。设计出逻辑图。分别用两种不同的方法设计(行为描述,结构描述),用VHDL语言编程并仿真。
题目二:设计一个数字钟电路,要求能用7段数码管显示从0时0分0秒到23时59分59秒之间的所有时间。做出逻辑图。用VHDL语言编程并仿真。
2教学效果分析
实验课题一的目的是强化译码器、7段字符显示代码和ASCII码等知识点。学生可以参考书上的BCD码-7段字符显示译码器的VHDL程序做这个设计,但是要实现那些特殊符号的显示还是需要动脑筋的。实验结果显示,学生基本上都能做出数字和字母的显示代码设计,但是极少有能做出那些特殊符号的显示代码设计的。
实验课题二的目的是强化加法器、全加器、算术运算、进位和逻辑运算等知识点,并且考虑到与后继课程计算机组成原理的ALU等知识点教学的衔接。学生做设计时可以参考1位全加器的VHDL程序。很多学生在做实验之前认为这个题目很简单,只要用VHDL语言的算术运算符就可以了。开始做实验才发现根本不是那样,必须先推导出每个运算功能的逻辑表达式才能编程,而相当多的学生忘记了算术运算还有进位的逻辑表达式。这个实验确实达到了强化上述知识点的目的。
实验课题三的目的是强化状态机和Mealy型时序逻辑电路设计等知识点。学生做设计时可以参考状态机的VHDL程序。经过这个实验,大部分学生真正懂得了什么是状态机,时序逻辑电路是在时钟信号的作用下发生状态转变的,另外还有怎样确定有哪些状态和做状态化简。
实验课题四的目的是强化计数器、用集成计数器实现任意进制计数器和Moore型时序逻辑电路设计等知识点,也是学生第一次用VHDL结构描述的方法做设计。学生做设计时可以利用书上的74HC163的VHDL程序例子。通过这个实验学生进一步理解了触发器和计数器,掌握了用集成计数器实现任意进制计数器的方法和用VHDL结构描述做逻辑电路设计的基本方法。选做题是为少数学习好、能力强的学生准备的,使这部分学生有机会得到更多的训练和提高。选做题还可以使学生掌握余3码的概念,确实也有很少的几个学生完成了选做题。
实验课题二和实验课题三都是用行为描述的方法进行逻辑电路设计,比较容易掌握,实验成功率较高,而实验课题四要求用结构描述的方法做逻辑电路设计。在实验中间发现,相当多学生并没有理解结构描述的概念,也不知道应该怎样做。因此,实验课题五继续强化用结构描述的方法做逻辑电路设计。
实验课题五题目中的第一个,目的是巩固用集成计数器实现任意进制计数器和Mealy型时序逻辑电路设计等知识点。同时,也使学生进一步掌握用行为描述和结构描述进行设计的方法。虽然这个题目相对第二个题目要简单一些,但是由于要求分别用行为描述和结构描述两种方法进行设计,所以总的工作量比实验课题四要多。这两个题目中的第2个不仅难度更大、更复杂,而且其设计还要考虑如何仿真的问题,是一个有挑战性的题目。然而,选择这个题目的学生却出乎意料得多,而且有若干种不同的设计思想,既有用结构描述的也有用行为描述的。虽然在2个小时的时间内,几乎没有学生完全正确地完成这个高难度实验的设计和仿真,但是有个别学生在以后的几个星期里仍然继续探讨并最终正确地完成了这个实验。像数字钟这样的复杂实验,在过去想要用中小规模集成电路在实验箱上插接连线的方式完成是不可想象的,但是现在用Quartus系统上设计和仿真的方式却是可以完成的。
设计性实验比验证性实验的难度有明显提高,学生也要花更多的时间做预习、设计和写实验报告。在学习数字逻辑之前的各课程(物理、电路、模拟电子)实验都是验证性实验,大部分学生已经养成不做实验预习的习惯。在做第一个实验(熟悉Quartus系统)时就发现很多学生基本上是进了实验室才开始看实验指导。结果是两个小时过去了,一部分学生并没有掌握VHDL程序调试和仿真的基本方法,个别学生输入的源程序甚至连编译都没有通过。针对这个问题,我们采取了要求学生提前做实验预习,写出实验设计和程序才允许进实验室做实验的措施,并且在逐位点名时逐个检查实验预习。实验教学改革也在一定程度上调动了学生的积极性。
3结语
用VHDL语言设计组合逻辑电路和时序逻辑电路的方法与传统的用逻辑代数和逻辑图设计的方法有很大不同,特别是行为描述的方法很容易掌握。用软件工具对所做设计进行仿真以检验设计的正确性比在面包板上插接、连线、调试要方便容易,避免了接触不良造成的故障和连线错误损坏器件等问题,实验成功率高、消耗低。学生不仅要做逻辑设计,还要做仿真输入波形设计。仿真输出波形直观地表现了逻辑功能的正确与否。部分学生自己有计算机,可以提前做出设计并编程,在进入实验室后能够在比较短的时间里完成实验;也有一些学生由于设计错误,在实验室没有完成实验,是回去以后继续用自己的计算机改正程序、完成仿真的。
从实际教学效果看,上述实验课题的设计是成功的。大部分学生通过设计和实验都有不同程度的提高,基本上理解了有关的知识点,掌握了VHDL程序设计、调试和仿真方法。从后来的调查问卷的结果看,大部分学生认为数字逻辑实验“不是很难”(4个选项分别是太难、不是很难、很简单、不能理解),只有少数学生不喜欢这种设计性实验。
数字逻辑课程的实验教学改革探索取得了初步成功,今后还将继续改进,也希望与其他学校的教师交流教学改革的经验和教训,共同提高。
参考文献:
[1] 黎忠文,向兆山.“做中学”模式在计算机教学中的探索[J]. 计算机教育,2006(10):30-32.
Exploration of Experiment Teaching of Digital Logic
SHENG Jian-lun
(School of Computer, Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China)
关键词:D触发器; 数据选择器; 时序网络; 多输入时序逻辑电路
中图分类号:TP331.1 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)12-0010-03
Design of Data Multi-input Sequential Logic Circuit Based on Data Multiplexer and D Flip-flop
REN Jun-yuan
(Bohai University, Jinzhou 121000, China)
Abstract:The design technique of multi-input sequential logic circiut based on multiplexer and D flip-flops is introduced to investigate a simple method to realize the multi-input sequential logic circiut, which D flip-flops are combined with multiplexer. Taking the present states as the data multiplexer to select input variables and the output functions of the data multiplexer as the input signals of D flip-flops, the multi-input sequential network with the functions of storage and selection is composed. The input variables are selected according to the present states of D flip-flops, the transformation direction of the next states of D flip-flops is determined by the selected variables. The combination of these two components is suitable to the realization of the mutual exclusion multi-variable sequential logic circuit. The function simplification is unnecessary in design process. This is a new method to design sequential logic circuits.
Keywords: D flip-flop; data multiplexer; sequential network; multi-input sequential logic circuit
在SSI时序逻辑电路设计中,遵循的设计准则是:在保证所设计的时序逻辑电路具有正确功能的前提下,触发器的激励函数应最小化,从而简化电路结构。
用卡诺图法或公式法化简触发器的激励函数,在多输入变量时相当繁琐甚至难以进行。因此,需要寻求多输入时序逻辑电路简捷设计方法。
本文给出多输入变量时序逻辑网络的一种新型结构:将D触发器[ 1-10] 和数据选择器[ 1-10] 进行组合,构成既有存储功能又有数据选择功能的多输入时序网络[ 1] ,并给出设计过程中不需要进行函数化简的设计技术。
1 基本原理
1.1 基本多输入时序网络
1.1.1 多输入时序网络的基本形式
用1个D触发器和1个2选1数据选择器构成多输入时序网络的基本电路[1],如图1所示。
图1 多输入时序网络的基本电路
图1中,触发器的现态输出Qn作为数据选择器的A选择输入变量,数据选择器的Y输出作为触发器的D输入信号,数据选择器的输入端D0,D1ё魑所构成时序网络的外部信号输入端。
1.1.2 多输入时序网络基本电路的状态方程
由D触发器的特性方程Qn+1=D、数据选择器的输出逻辑表达式Y=AD0+AD1及A=Qn,D=YУ墓叵,得多输入时序网络基本电路的状态方程:
Qn+1=QnD0+QnD1 (1)
写成矩阵形式为:
[Qn+1]=[Qn]D0D1 (2)
1.1.3已知状态转换关系确定时序网络输入矩阵参数的方法
由式(1)、式(2)有:
(1) 现态Qn=0时,Qn+1=D0,选择输入D0,由状态转换关系确定D0可实现所要求的状态转换:
若Qn+1=0,即状态转换为00,则式(2)中的输入矩阵应填D0=0;
若Qn+1=1,即状态转换为01,则式(2) 中的输入矩阵应填D0=使状态产生变化的输入变量。
(2) 现态Qn=1时,Qn+1=D1,选择输入D1,由状态转换关系确定D1可实现所要求的状态转换:
若Qn+1=1,即状态转换为11,则式(2)中的输入矩阵中应填D1=1;
若Qn+1=0,即状态转换为10,则式(2)中的输入矩阵中应填D1=使状态产生变化的输入变量取反。
1.2 2个状态变量的多输入时序网络
1.2.1 2个状态变量多输入时序网络的形式
用2个D触发器和2个4选1数据选择器可构成有2个状态变量的多输入时序网络[1],如图2所示。
图2中,触发器的2个现态输出Qn1Qn0作为数据选择器的A1A0选择输入变量,2个数据选择器的Y输出分别作为2个触发器的D输入信号,数据选择器的输入端D10~D13,D00~D03ё魑所构成时序网络的外部信号输入端。
图2 2个状态变量的多输入时序网络
1.2.2 两个状态变量多输入时序网络的状态方程
按基本多输入时序网络的分析方法,可得状态方程的矩阵形式为:
[Qn+11Qn+10]=[Qn1Qn0]D10D00D11D01D12D02D13D03 (3)
1.2.3 现态对输入信号的选择及输入矩阵参数的确定
现态Qn1Qn0的取值组合决定所选择的数据输入端,而数据输入端的输入情况又决定次态:
(1) 现态Qn1Qn0=00时,Qn+11=D10,Qn+10=D00,选择输入D10,D00,由状态转换关系确定D10,D00可实现所要求的状态转换;
(2) 现态Qn1Qn0=01时,Qn+11=D11,Qn+10=D01,选择输入D11,D01,由状态转换关系确定D11,D01可实现所要求的状态转换;
(3) 现态Qn1Qn0=10时,Qn+11=D12,Qn+10=D02,选择输入D12,D02,由状态转换关系确定D12,D02可实现所要求的状态转换;
(4) 现态Qn1Qn0=11时,Qn+11=D13,Qn+10=D03,选择输入D13,D03,由状态转换关系确定D13,D03Э墒迪炙要求的状态转换。
已知状态转换关系确定式(3)中输入矩阵参数的方法如1.1.2所述。
1.3 n个状态变量的多输入时序网络
按照D触发器的现态组合作为数据选择器的选择输入变量、数据选择器的输出作为D触发器输入信号的构成方法,用n个D触发器、n个2n选1数据选择器组合,可构成n个状态变量的多输入时序网络[1]。
2基于数据选择器和D触发器的多输入时序逻辑电路设计
2.1 设计步骤
采用数据选择器和D触发器构成的多输入时序网络进行多输入时序逻辑电路设计的步骤:
(1) 由设计要求做出最简状态图;
(2) 根据状态个数确定多输入时序网络中D触发器、数据选择器的个数及数据选择器的选择规模;
(3) 根据状态转换关系确定输入矩阵的参数,即确定数据选择器输入端所接的变量或常量;
(4) 画出时序逻辑图。
2.2 应用举例
主干道、支干道十字路通灯控制电路中的控制器共有4个状态,在不同输入信号的作用下进行状态转换:
(1) Qn1Qn0=00状态,主干道绿灯亮、支干道红灯亮,到了规定的30 s时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入1个T30 =1的信号,控制器转到下一工作状态;
(2) Qn1Qn0=01状态,主干道黄灯亮、支干道红灯亮,到了规定的5 s时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入1个T5=1的信号,控制器转到下一工作状态;
(3) Qn1Qn0=10状态,主干道红灯亮、支干道绿灯亮,到了规定的20 s时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入1个T20=1的信号,控制器转到下一工作状态;
(4) Qn1Qn0=11状态,主干道红灯亮、支干道黄灯亮,到了规定的5 s时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入1个T5=1的信号,Э刂破髯到第(1)种工作状态。
控制器的状态图如图3所示。
图3 交通灯控制电路中控制器的状态图
用有2个状态变量的多输入时序网络实现,由图3所示状态图的状态转换关系,可确定输入矩阵参数为:
0T30T5T51T20T5T5 (4)
选用双D触发器74LS74和双4选1数据选择器74LS153构成多输入时序网络并由式(4)连接输入端画出逻辑图如图4所示,其中R,C构成通电复位电路。
3 结 语
基于数据选择器和D触发器的多输入时序逻辑电路设计方法,适合实现互斥多变量时序逻辑电路,且在设计过程中不需要进行函数化简,而这一过程在多变量 时是相当繁琐甚至难以进行。
图4 交通灯控制电路中控制器的逻辑电路图
参考文献
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[8]康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].4版.北京:高等教育出版社,1999.
【关键词】数字逻辑电路；形象思维；教学方法
一、引言
《数字逻辑》是一门实践性、技术性很强的基础课。随着现代数字电子技术的发展，数字逻辑这门课程的教学目标和教学方法也在不断的发生变化。如果学生没有扎实的理论知识作为基础，就不能很好的去指导实践；同样如果在实践课上没有弄清硬件结构，也就难以去理解理论知识。所以，理论课程和实践课程的有机结合，是我们教学工作者的重中之重。对于《数字逻辑电路》这门课程的教学，笔者认为如能注重教学方法，讲究教学的艺术性将会取得较好的教学效果。
课堂教学在整个教学中是最重要的一环。当然教学是教师和学生双方面的结合，要使我们所传授的知识真正为学生所理解与掌握，就必须要了解学生的接受能力，并把握学生的学习心理，采用恰当的教学方法，使学生对所学的内容产生兴趣，然后由浅入深，才能引导学生积极思考，从而产生理想的效果。
数字逻辑理论抽象，如能通过“形象思维”来培养学生的“抽象思维”，我觉得不失为一种好的教学方法。例如在讲述“多数表决器”真值表时，可用运动会的举重比赛项目的评判运动员举重成功与否的红灯和白灯多少来比喻，经这一比喻，“多数表决器”真值表的功能很快地让学生理解了。对于记忆触发器的激励表，则把它转变成记忆触发器的状态图。多用些比喻，多分析结论的逻辑意义，这种生动活泼的课堂气氛可以开拓学生的形象思维，使他们对数字逻辑的学习能自始至终保持浓厚的学习兴趣。实践证明，在快乐中学习才能使学生学习起来感到轻松、学有所获。
总而言之，要想使自己的教学能够为学生所接受，就必须下苦功夫，在认真备课的前提下，不断总结自己的和别人的教学经验，不断加强自身的学问修养，才能使自己在教学中得心应手，取得良好的教学效果。
二、数字逻辑教学的要点
1．以基础实验为主导，培养学生的实际操作能力。基础实验是《数字逻辑电路》教学中的一个重要的环节，通过这些基础实验，不仅能提高学生对数字逻辑电路的认识，更重要地是培养了学生的学习兴趣，以及有效地提高学生的动手能力，使学生在教学活动中真正学有所得，学有所获。如我院在《数字逻辑电路》教学中安排了9个基础实验，这其中既有组合线路的设计，又有时序线路的设计，实验体系从简单门电路的测试延伸到较复杂电路的设计，内容比较全面也相对合理。
2．适量增开PLD仿真实验，提高学生综合分析及设计能力。随着微电子技术和计算机技术的发展，实验手段正不断得到更新、完善和开拓。除了可以用常规TTL逻辑器件外，也可采用可编程逻辑器件PLD，借助计算机辅助设计软件实现；在《数字逻辑》实验大纲中，安排了多项PLD实验项目，如：LED译码器、八位左移寄存器和四位三级先进后出堆栈等；像上述代码转换器的实例，经过功能设计，仅需用简单的VHDL语言实现。面对PLD器件及技术的迅速发展，基于PLD器件的实验将成为今后硬件实验的一个重要的发展方向。为此我们采用科技讲座，讲解理论知识，并通过兴趣小组给予同学参与的机会。
通过让学生熟悉基于PLD器件的仿真实验的设计和开发过程，可以使学生掌握一种全新高效的数字系统的设计方法，为今后将其应用到实际的硬件实验中打下良好的基础，从而也可使学生摆脱硬件实验中繁琐的物理连线，把主要精力投入到对实验的设计及实现上来。
3．以开放实验室为依托，培养学生主动探索的习惯。课堂上重点讲授的知识和方法，学生要在自学和实验教学这两个环节中得到进一步巩固和理解。学生既可以围绕提出的问题和学习目标来自行设计和完成某个专题实验，也可能会为了解决自己在自修中产生的一些问题及想法去进行某个实验。这就要求实验教学应该成为开放式的教学，从而充分调动学生自身的学习热情和积极性，并使学生能够在观察现象、提出问题、分析问题和解决问题方面得到能力上的培养和锻炼，并养成主动探索的习惯。
针对传统教学中存在内容抽象、理论无法联系实践、复杂难学等诸多问题，提出以Proteus仿真技术为基础，从理论教学、实验教学、实践教学三个方面进行了改革实践，经过几年的实践表明，提高了学生对本专业的学习热情、工程实践能力和创新能力，教学质量得到很大改善。
关键词：
数字电子技术基础；Proteus仿真；教学改革
1PROTEUS软件介绍
PROTEUS软件是英国LabcenterElectronics公司开发的电路分析与实物仿制及印制电路板设计软件，是一个电子设计的教学平台、实验平台和创新平台，覆盖了电工电子实验室、电子技术实验室，单片机应用实验室等全部功能。它可以对模拟电路、数字电路、单片机及其电路组成的系统仿真，并进行功能验证，通过动态器件如电机、LED，LCD开关等，配合系统配置的虚拟仪器，实时观看运行后的输入输出的效果。
2理论教学改革
根据我校地处偏远且为农林院校的特殊情况和实际工程需要，教学内容上舍去复杂的理论分析，注重理论分析结果的应用，减少有关器件内部结构的分析过程，着重介绍器件（或集成元器件）的作用、主要参数、使用方法。全系教师根据各路反馈信息，确定数字电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形产生于整形，AD/DA和DA/AD转换电路五大教学项目，每个大项目又分为几个小的教学模块，同时弱化或忽略掉其它相关内容。《数字电子技术基础》是学生第一次接触与以往截然不同的逻辑电路，其中涉及到很多电路的原理和繁琐抽象名词术语，这些无论板书或者多媒体课件，都会使学生觉得枯燥无味，丧失学习激情。如果教学时根据教学内容，在理论教学过程中利用多媒体讲解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理论知识直观、形象、生动，促进学生对知识的理解和记忆。例如，刚接触常用组合逻辑电路8线-3线优先编码器74HC148时，学生对什么是编码器，选通输入端、低电平有效等名词一头雾水，更难以想象对输入的编码其输出是怎样的，如果有几路信号同时输入，究竟对哪一路优先编码输出，怎样实现利用功能端实现扩展编码？单靠多媒体讲解，这些问题在学生脑海里像一盘浆糊，一片茫然，无疑加大了学生的理解难度。这时，教师可以在Proteus界面上形象地演示编码器74HC148的逻辑功能，改变各个输入端和控制端的输入，即可用发光二极管形象的表现出74HC148输出端的状态，结合仿真现象形象讲解，使得原来难以理解的芯片功能表也变得容易，会起到事半功倍之效，为后面的学习打下夯实的基础。实践表明，通过在课堂上现场穿插PROTEUS仿真教学，学生很轻松学习地译码器、数据选择器、数据比较器等常用组合逻辑电路，各种触发器、常用时序逻辑电路和555定时器的运用，以及AD,DA转换器，对《数字电路基础》的畏难情绪一扫而光。
3实验教学改革
在我校人才培养方案中该课程实验教学10学时，因受到实验场所、时间、设备和管理等多方面因素的限制，几乎不可能提供学生太多的实践机会。而且，传统的《数字电子技术基础》实验往往以验证性实验为主，实验课上学生机械第按照实验指导书连线，观察实验结果，完全没有独立思考和动手设计的机会，学生的实践能力和创新能力被严重制约。自从在教学中引进PROTEUS仿真后，实验教学也进行了大刀阔斧的改革。首先，在讲解相关理论内容时，提前给大家布置实验内容，要求学生利用课余时间先进行PROTEUS仿真，并把仿真文件传给教师，进行检查指导，然后实验课上再完成硬件连接。再次，加大设计实验力度。为了提高学生的创新能力，实验内容不再以验证性试验为主，加大设计实验内容，重点放在各种芯片的应用设计上。增加用数据选择器设计测试输血和受血血型匹配的电路实验，74LS138译码器和与非门设计控制发电机工作的逻辑电路、电子秒表实验等设计型实验。例如，实验时学生利用74LS153芯片设计的血型匹配电路。A、B代表输血者，C、D代表受血者（她们的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根据四个变量的取值，在输出端用发光二极管表示是否匹配，二极管亮表示血型匹配，二极管熄灭表示血型不匹配。最后，加大实验考核力度。为了促进学生动手做实验的热情，试验成绩在课程考核成绩中所占比重加大，由过去的15%，加大30%。另外，不再完全根据实验报告和考勤给实验成绩，而是组织专门考试。学生现场抽取预先准备好的题目，当场做实验，根据实验结果和学生讲解，教师现场给成绩。
4课程设计改革
课程设计是教学中非常重要的实践环节，是学生获取实际工程经验和能力，走向就业的重要途径。但是，对于没有实践经验的学生来说，设计电路的合理、正确与否没有判断经验，容易造成器件和仪器的损坏，有时辛苦焊接好后，预期的设计结果也出不来，往往需要重新设计，造成大量的人力和资金浪费。但采用Proteus软件后，每个学生相当于拥有了一个完整的虚拟实验室，学生可在ProteusISIS窗口大胆进行电路设计、测量、调试，修改，且在安装实物作品前就可看到结果。仿真成功后，只要安装正确无误、焊接可靠、布线合理，实际作品都会得到与Proteus仿真设计一致的结果。自从在课程设计环节引入Proteus仿真环节，学生设计的电子秒表、数字频率计、拔河游戏机等作品成功率大大提高，节省了硬件投入，使学生独立操作能力和创造力都得到了极致发挥。
5结束语
把Proteus仿真应用到《数字电子技术基础》教学中，克服了传统教学的不足，使得枯燥无味的理论知识变得生动起来，为数电教学质量的提高和创新性人才的培养提供了一种新的思路和方法。并且，该仿真软件也可应用到后续课程的单片机教学中来，为后续课程的学习打下良好基础。
作者：孙少杰 裴玖玲 周丹 单位：塔里木大学机械电气化工程学院
关键词：计算机类；数字逻辑电路；教学改革
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）11-0073-02
当前，国家建设和区域社会发展需要高校培养大批不同类型、不同层次和不同规格的高素质应用型人才[1]，这就要求多数地方本科高校必须从学术型或理论型向应用型人才培养转变。这是教育在经济社会发展中转方式、调结构的必然选择[2]，也对高校教学方式的变革提出了新的要求与挑战。大批以培养应用型人才为目标的本科高校如何转变教育理念，探索新的教育模式成为当前不少专业各类课程改革的目标和导向。
“数字逻辑电路”是计算机类专业的一门专业基础课，课程理论与实践结合紧密，在传统教学模式中，由于受各种因素制约，显现出了较多问题，通过对这些问题的梳理和分析，笔者尝试从理论教学和实践教学两方面入手，对教学内容和方法进行改革与探索，以期更好地配合与促进计算机类专业应用型人才的培养。
一、“数字逻辑电路”教学现状
（一）内容冗余陈旧，教学方法单一
目前在不少以培养应用型人才为目标的高校中，计算机类专业“数字逻辑电路”课程的教学内容依然与重点本科高校相同，内容多，时代感不强，与当下电子技术的发展现状及应用有一定的差距，更与计算机类专业的专业主干课程严重脱节。在实际教学过程中，这些问题使具备了一定的编程思想，思维比较活跃的计算机类专业学生产生了强烈的距离感，感觉课程内容不实用，也认识不到课程的重要性，学习兴趣和积极性不高。
在教学方法上，目前绝大部分任课教师仍然以“灌输式”为主，尽管引入了多媒体进行辅助教学，但实际上即便课件做得再精美，学生仍觉得内容抽象、枯燥乏味[3]，课堂教学效果自然大打折扣。
（二）实践内容不丰富，考核机制不合理
目前的课内实验，项目多为原理性或验证性，缺乏对学生实践应用和创新能力的培养。在具体实施过程中，由于实验题目少，重复率高，学生相互依赖性较强，实验结果雷同甚至互相抄袭现象较严重，无法调动学生的学习积极性；教师在实验成绩记载和考核方面主要依靠学生的实验报告，很难做到真正的公平公正。
课程设计环节目前主要采用两种方式：一是在实验箱上用中小规模芯片搭建具有特定功能的电路；二是组装焊接主要应用中小规模芯片的产品。虽然它们可以加深学生对中小规模芯片应用的理解，一定程度上也锻炼了学生的电路纠错能力，但面对日新月异的电子信息技术，如现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD等的日趋成熟和广泛应用，原有设计方式与实际工程应用脱节较为严重的缺点显现无疑，其制约了思维相对活跃的计算机类专业学生的个性发展，不利于调动他们对新技术探索的积极性。
二、“数字逻辑电路”教学改革的新探索
（一）加强理论教学改革
1.加深课程认知。相比其他专业课程，计算机类专业学生普遍认为“数字逻辑电路”与自己的专业相距甚远，重视度不够。因此加深学生对课程的认知，是调动其学习积极性的一个重要因素。从第一节理论课就指出该课程是学习“计算机组成原理”、“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统”等后续相关专业课程的基础，使学生认识到课程的重要性。课堂中通过一些生动现实的例子，譬如简单解释公交车IC卡、各种电器中的计时、定时系统等的电路原理激发学生的学习兴趣，调动学习的积极性，使学生了解到电子电路的相关技术已经影响人们生产、生活的方方面面，并且发挥着越来越重要的作用，因此学习相关理论和知识是十分必要的。
2.优化教学内容。针对计算机类专业的特点而言，教学重点应放在应用器件与设计系统方面，因此在保证课程理论体系完整和内容连贯的前提下，对理论部分进行合理取舍，强调基本器件的工作原理，重点讲解器件的实际应用。在具体教学过程中，首先根据计算机类专业学生后续课程中数模互换应用较多的实际情况，将数模互换章节作为重点内容展开讲解；其次配合电子技术的迅速发展，数字逻辑器件出现可编程、高密度、高速度等特点，增添介绍目前流行的CPLD、FPGA等内容，并适当介绍硬件描述语言基础；最后对因前导课程缺乏而导致学生晦涩难懂的“门电路”部分，可以将其放到课程最后进行简单介绍，让学生了解即可。
（二）强化实践教学
1.重构实验教学环节，创新考核机制。将实验项目分为基础验证性和综合设计性两类。基础验证性实验的主要目的是让学生掌握芯片的基本功能及应用，主要采用相对“封闭式”的教学方式，即在规定时间内、规定实验环境中完成。实验项目一般是将实际芯片单片或者几个集成芯片进行简单连线即可得到实验结果，对学生应用创新能力的要求较低。而对于综合设计性实验，教师则设计较多的题目，如：交通灯控制电路设计、广告流水灯设计、八路锁存抢答器设计等。实验中将学生2―3人分为一组，采用一组一题的方法。此类实验主要采用“开放式”教学方式[4]，不限定学生采用何种方法和芯片，只要学生在教师要求的截止时间前完成并通过考核即可。
“数字逻辑电路”实验成绩原本仅占课程总成绩的20%，为增加学生重视程度，现改为一门独立考核的考查课程。该考查课程成绩由三部分构成：平时实验成绩、基础验证性实验成绩和综合设计性实验成绩。其中平时成绩占总成绩的30%，以实验报告、出勤和平时实验检查情况为评分依据；基础验证性实验成绩占总成绩的50%，考核方式为期末统一考核，每人一组，实验项目随机抽取；综合设计性实验成绩占总成绩的20%，以实验结果展示和回答教师提问等为评分依据。表1给出了基础验证性实验考核的评分标准。
2.以学生为主体课程设计。在课程设计环节，以学生为本，充分发挥学生的主体作用，教师只在关键节点介入发挥指导作用，使学生在巩固基础知识的同时拓展知识结构。课程设计的选题由学生查找资料并与教师进行充分讨论后确定，选题以单元电路的应用为铺垫，强调电子系统的设计思路，并要求运用硬件描述语言设计系统。目前我们主要采用了Quartus仿真软件，以及VHDL硬件描述语言设计并进行仿真编译及调试，最后下载到FPGA或CPLD芯片中，用实验箱展示硬件实现效果。由于计算机类专业的学生已经对编程语言有了较深入的了解，并具备了一定的编程思想，因此他们对于硬件描述语言的自学能力较强，接受也较快。在实际教学过程中，学生比较积极、主动，课程设计结束时，多数学生认为“数字逻辑电路”是门很实用的课程，收获颇丰。
（三）发挥现代教育技术优势，丰富教学手段
1.充分利用网络课程资源。利用各类教学平台，建设网络课程，充分发挥和利用互联网特性及网络资源，展现现代教育技术的优势。网站为学生的课前预习、课堂实验、课后总结和课外拓展创造条件。它主要由教学信息、公共资源、练习测试、互动交流、第二课堂以及考核评价等六个模块组成。前三个模块主要放置任课教师简介、教学大纲、教学课件、教学视频、其他高校微课、MOOC的链接以及任务点练习等内容；互动交流模块支持师生以及生生之间的实时、非实时交流，以拓展课程教学的时间和空间；第二课堂模块存放以提升兴趣和能力为目的的综合实践实训课题，包括课题题目、相关资源推荐、课题攻关小组信息及小组成果展示等内容，模块突破了传统课程知识和思维的封闭性，增强了学生的学习兴趣；考核评价模块主要建立学生学习效果的评价体系，如通过统计学生完成学习任务点的情况、网络测验成绩、解决问题的次数等综合评价学生的学习态度和效果。
2.运用计算机辅助教学。在理论教学和实验课预习环节中均采用EDA仿真技术，通过实例仿真的直观演示，使学生对器件的原理和应用一目了然、印象深刻，更加有效地理解和掌握知识点，大大调动学生应用芯片的兴趣和动手操作的欲望。
对于大量即将转型为培养应用型本科人才的高等学校来说，如何构建配套的教育教学体系是一个系统工程。针对这类高校计算机类专业应用型人才的培养，本文分析了“数字逻辑电路”课程在教学过程中的一些问题，并在理论教学、实践教学以及新的教学手段和模式上进行了一些新的尝试和探索。从目前实际教学情况来看，改革后，学生的学习兴趣和积极性得到了提高，动手和编程能力也得到了加强，在计算机类专业应用型人才方面进行了有益的尝试。
参考文献：
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