时间：2023-11-28 16:18:38
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篇逻辑电路设计方法，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。
关键词： 组合逻辑电路；Multisim ；仿真
0 引言
组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。组合逻辑电路的分析和设计是数字电路中一个重要组成部分[1]，对于初学者和大多数电子设计人员来说，掌握了一定的基本分析和设计方法后，设计出来的结果仍然不够理想，特别是经过实际焊接电路或在面包板上搭接电路，再用仪表和分析仪器来分析判断结果后，设计达不到要求，就要重新设计，反反复复不但费时费力，浪费材料，而且在搭接电路过程中由于焊接而带来的虚焊、漏焊等接触不良现象，可能引发一系列电路问题，这些都极大的消弱设计者的积极性。随着计算机技术的发展和电路设计仿真软件不断出现，运用电路设计仿真软件设计电路，是提高组合逻辑电路设计水平和设计能力的有效方法[2]。
Multisim软件是加拿大Interactive Image Technologies
公司（图像交互技术公司，简称IIT公司）在1998年推出EWB5.0
（Electronic Workbench，称为“虚拟电子实验室”）的基础上推出的一款更高版本的电路设计与仿真软件[3-4]。将Multisim软件应用于数字电路教学和科研中，可以使组合逻辑电路的分析和设计变得简洁、方便，有利于更好更快的达到组合逻辑电路的分析和设计的目的。
因此本文利用四输入表决电路设计来对比传统设计方法和Multisim软件设计方法过程。
1 传统组合逻辑电路设计
传统组合逻辑电路设计一般步骤为：分析任务要求列出真值表，通过真值表求出逻辑表达式并根据器件化简，画出逻辑电路图，最后根据逻辑电路图构建实验电路验证结果。逻辑化简是组合逻辑设计的关键步骤之一，为了使电路简单、使用器件少，要求逻辑表达式尽可能简化。但是考虑电路选取器件、稳定可靠等要求，最简化设计往往不是最终的逻辑表达式[5]。下面就以设计四输入表决电路为例来分析组合逻辑电路设计的一般步骤过程。
2.1 四输入表决电路分析
现在有四输入表决电路如图1所示，这一电路具有怎样的功能呢？逻辑转换仪提供了八个输入和一个输出端，我们将待分析电路连到逻辑转换
仪的输入和输出端上，如图3所示，按下按钮①，可以将待分析电路转换为真值表，此时可以接着按下按钮②或③，将会把真值表转换为逻辑表达式。利用此方法在分析组合逻辑电路时，可以省去复杂的逻辑计算，使得分析复杂组合逻辑电路变得更加简单。
2.2 四输入表决电路设计
最后，需要验证逻辑电路设计，我们可以直接在Multisim
关键词：组合逻辑电路设计 竞争冒险现象 门电路多余输入端
中图分类号：TN492 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0155-01
组合逻辑电路的设计是根据给定的逻辑功能要求，用最少的逻辑门加以实现的过程，通常以电路简单，所用器件最少为目标。
1 组合逻辑电路的设计
在教学过程中，学生对组合逻辑电路的设计过程觉得比较难，不知从何入手。笔者经过多年的教学，总结组合逻辑电路的设计步骤大致如下：
（1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表；
（2）简化和变换逻辑表达式；
（3）画出逻辑图。
当然，上述设计步骤不是一成不变的，有些逻辑问题较简单，某些设计步骤就可以省略。这三个设计步骤中，最关键的是第一步，即根据逻辑要求列真值表。在列真值表时需弄清楚以下三个方面的概念：1）输入、输出变量是什么？2）0、1代表的含义是什么？3）输入输出的关系是什么？
下面通过具体例子来说明组合逻辑电路的设计步骤与方法。
例如设计一个交通灯故障报警电路，用与非门实现。交通灯有红、黄、绿三色，只有其中一只亮为正常状态，其余情况为故障状态。
第一步：由题意找出输入、输出变量，列真值表。
题中出现红、黄、绿三色交通灯，可分别用三个变量A、B、C来表示，其中每个变量1表示灯亮，0表示灯灭；Y表示电路是否报警，其中1表示报警，0表示不报警，根据题意，列出真值表，如表1所示。
第二步：将真值表写入卡诺图如图1所示，化简并转换成与非结构。
第三步：根据输出逻辑式画逻辑图，如图2所示。
综上所述，可看出设输入、输出变量是逻辑电路设计的第一关键，只有变量设得恰当，才能根据题意顺利地列出正确的真值表。
2 组合逻辑电路设计中注意事项
上面介绍的是组合逻辑的一般设计方法，实际遇到的问题往往比较复杂，所以设计时应注意以下几点。
2.1 注意组合逻辑电路的竞争冒险
组合逻辑电路设计时，都没有考虑逻辑门的延迟时间对电路产生的影响。实际上，信号在通过连线和逻辑门电路时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑门的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，可能与稳态下的逻辑功能不一致，产生错误输出，这种现象就是电路中的竞争冒险。冒险现象降低了逻辑电路的可靠性，因此在设计组合电路时要尽量地发现和消除冒险现象。
2.2 注意门电路多余输入端的处理
利用逻辑门电路（CMOS或TTL）实现具体的电路时，应注意逻辑门多余端的处理。
集成逻辑门电路在使用时，一般不让多余的输入端悬空，以防止干扰信号引入。对于多余端的处理一是将它与其他输入端并接在一起。二是根据逻辑要求，与门或与非门的多余输入端通过1～3kΩ电阻接正电源，对CMOS电路可以直接接电源；或门或者或非们的多余输入端接地。对于高速电路的设计，并接会增加输入端等效电容性负载，而使信号的传输速度下降，最好采用如图3所示。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分（第四版）[M].高等教育出版社，2000.
[2]许小军.电子技术试验与课程设计指导[M].南京：东南大学出版社，2004.
关键词:EDA技术;现场可编程逻辑器件;教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:A
“数字逻辑电路”课程在高等院校电气信息类学科各专业教育中的作用举足轻重,一方面,它是电气信息类学科最重要的专业基础课之一,是学生巩固理论知识,学好众多专业课程的基础,将影响学生对以后专业课程的学习兴趣;另一方面,它具有极强的逻辑性和实用性,通过这门课程的学习,可以培养学生动手能力和创新能力。目前,懂数字电路设计、FPGA的专业人才备受用人单位青睐,这赋予了“数字逻辑电路”课程教学更加重要的现实意义。
然而,高等院校“数字逻辑电路”教学存在教学效果不明显,学生收获甚小等问题。理论课的学习最终是为培养和提高学生的动手能力和创新能力。但不少学生反映,他们在这门课程上花费了很多时间,认为“学得不错”,课本中较难的题目也都能很快作答,只是到了实践环节,特别遇到实际工程,就感觉束手无策。
教学活动中应当强调给学生留有足够的想象空间,引导学生培养逻辑思维能力和创新应用、开发数字逻辑电路器件的能力。通过课程的教学,使学生掌握逻辑代数和逻辑设计基础理论,掌握数字逻辑电路分析和数字逻辑电路设计的基本方法,为他们今后在信息技术天地中驰骋奠定坚实的硬件基础。为此,我们以“实用、有趣、建立学生自信”为指导思想,探索数字逻辑电路理论及实验教学改革方法。从理论教学、实验教学等方面对“数字逻辑电路”教学进行大胆改革,摒弃陈旧的教学内容和落后的教学手段,在实验环节,以活泼的实验来促进理论教学,调动学生主动性。
1传统数字逻辑电路教学存在问题分析
我们曾经设计了一些数字逻辑电路工程应用中较为基础的例子,通过多种形式向多所院校相关专业的本科生、研究生做过一次非正式调查,要求被调查者使用数字电路逻辑模块,实现如下设计:
(1) 设计电子开关,当键盘按下,LED灯亮,再次按下LED灯灭,再按下亮。要求采用3种以上方式,需要考虑消除按键信号中的毛刺。
(2) 用8路拨码开关和一个按键设计一个密码锁,通过拨码开关设置密码,按下按键作为确认,如果密码输入3次错误,密码锁失效。
(3) 实现一个秒表,已知:6个共阳极七段码的a,b,c,d,e,f,g分别相连,其中各七段码的共阳端分别引出。
(4) 给定一段乐谱,用蜂鸣器实现乐谱的播放。
(5) 设计一个串行通信模块,实现数据到PC的传输,要求9600波特率,无校验位。
(6) 以555电路为基础,用手指作为启动源,当手触摸电路后,LED灯亮10秒后熄灭。
(7) 一块8x8的点阵LED,设行为x,列为y,(0≤x≤7,0≤y≤7),当y0为高,x0为低,坐标为(x0,y0)对应的LED灯亮,请实现不断变化的英文字母和阿拉伯数字的显示。
(8) 控制DAC0832实现一个锯齿波、三角波,要求信号周期可调。
调查结果显示,只有少数可以使用数字逻辑模块实现其中的个别设计;多数学生对上述工程实例束手无策;部分学生表示如果借助“硬件描述语言”可以实现。基础的工程应用设计尚且如此,可以想象实现更为复杂的数字逻辑电路工程的情况。经过分析,我们认为原因在于“数字逻辑电路”教学存在如下问题:
(1) 理论课内容充斥以技巧性解题为目标的题型,学生很难把抽象知识和实践结合应用;
(2) 现有教材的内容多与其它课程孤立,很少注重和其它课程的联系和延伸;
(3) 教材内容滞后于科学技术发展,和实际工作严重脱节;
(4) 以旧式实验箱、接线板实验设备为代表的传统数字逻辑电路实验设备仍旧广泛地在高校使用,实验手段落后。
传统实验设备是采用固定数字逻辑电路芯片搭建的实验,学生只能按教科书设计的实验内容按固定的套路做验证性的实验,无法支持综合性、创新性的实验,学生把大部分时间都花在接线连线上,实验结果只能看到实验现象而已,很难真正提高数字逻辑电路设计能力。
针对传统数字电路的不足,我们从优化理论教学手段和内容、实验教学改革和建设两方面着手,对数字电路理论教学和实验教学大胆改革。
2优化理论教学手段和内容
传统数字逻辑电路理论教学最明显的特征是和实践脱钩,内容生硬,学生很难把抽象的知识和实践结合并具体应用,为解决这一问题,我们抛弃传统的教科书主要或纯粹考学生做题能力为目的的教学思路,大量引入活泼生动的教学实例和相关的工程应用。
同时,项目组从工程实践中总结大量素材,设计的教学内容力求接近工程实践,又带有一定的趣味性和启发性,让学生知道如何将学到的知识点应用到工程实践中,这是本项目与传统数字逻辑电路理论教学的不同之处,具体表现在如下几个方面。
2.1内容活泼,摒弃呆板的教学描述
案例1:教材讲述74138和计数器的应用时引用的是“8路脉冲分配器电路”的例子,“脉冲分配器”名称描述过于抽象和呆板。如果把这个电路稍微改造一下,把图1中74138的输出端都接入LED灯,那么这个电路就是一个很形象直观的“跑马灯”控制电路,学生理解起来会更容易,同时也能明确“脉冲分配”概念。
案例2:教材讲述74151以及计数器的应用时,引用的是“11100100序列产生器”的例子,如图2所示。“11100100序列产生器”本身就是一个古板的名词,如果把这个电路稍微改造一下,74151的输出接蜂鸣器,74151的八路数据输入端接乐音频率,那么这个电路就可以播放一段音乐,如果结合存储乐谱的ROM就成了一个能播放音乐的音乐盒,学生对这样的例子往往表现出浓厚的兴趣和“动手”实现的欲望。
2.2突出实践意义,注重联系实际,并通过展开引导来启发学生创新
案例3:教材在说明555电路的作用时,其中有一个555构成单稳态触发器的实例,如图3所示,学生学后经常反映印象不深刻,不知如何应用。
在授课时,为帮助学生理解,我们是这样提示学生的:
(1) 如果你的手指摸一下VI处会有什么情况发生?
――因为人手的静电,会导致Vo产生一个高电平宽度为Tw的信号。
(2)Tw这个信号如果接一个LED灯呢,可以应用在什么地方?
――原来可以手一摸VI,就可以让一个LED灯亮Tw秒,这正是触摸开关啊。
(3) 我们知道Tw=RCln3,假设我们不知道电容C的值,那么这个电路可否用于测量电容容值的方法呢?
――通过公式可以说明,如果知道R以及Tw,电容值就确定下来,这个电路可以用于某些电容式传感器的测量中。
2.3注重与其它课程的联系
案例4:在讲授移位寄存器的时候,传统教材一般都只说明移位寄存器的级联方法,并没有通过联系其它课程突出移位寄存器的应用价值。
在授课时,通过74198级联构成的16位左移寄存器,如图4所示,如果结合计算机通信原理的异步串行通信协议对这个电路稍微修改一下,那么这个电路就是一个和PC机串口通信接口的电路。学生原本觉得玄奥的与PC机通信以及异步通信协议原来这么容易实现。
2.4联系PC机的软件开发语言鼓励学生设计软硬件结合作品
在教学过程,鼓励学生制作软硬件结合的作品,如让学生学习Delphi、C++builder等软件开发工具设计软件,并把软件和数字电路平台结合起来。例如把电位器作为游戏中飞机的方向盘,其AD值通过串口传输到PC机的游戏软件中,实现对飞机飞行的控制;拨码开关值传输到PC软件,实现对图片的选择播放。
2.5改善课堂教学手段,关注新技术发展,引入新的设计手段
在理论教学初期,设计了很多模拟数字电路功能的“软件芯片”,通过在课堂PC机演示“芯片”功能,帮助学生对知识点的理解和课程入门;随后逐渐通过EDA工具仿真,来帮助学生加深对课程的印象。与实际工程应用联系不大且难于理解的内容,我们适当取舍,甚至略弃,减少学生学习课程时的挫折感。
现代数字逻辑电路的发展对传统的数字逻辑电路设计模式影响深远,很多传统数字逻辑电路的设计方法已经被淘汰甚至被彻底颠覆。在教学中,我们适当加大硬件描述语言的学习比重,鼓励学生采用硬件描述语言实现电路设计,并要求学生掌握EDA工具QuartusII软件,让学生体会现代的数字逻辑电路的设计方法。
3实验教学平台改革和建设
电子技术实验,大部分院校采用各类实验箱(或面包版),实验过程学生要完成电路搭建、结果验证,可扩展性差,实验种类是固定的、功能也十分有限。对于一些小型电路,各类实验箱还能完成实验,但对于稍微复杂一些的电路就难以支持了,往往由于芯片短缺、实验箱长期使用导致接触不良,加上电路连接过于复杂,使得故障难以查找。在实际实验过程中,学生往往把大部分时间浪费在接线上,看到的却是单一枯燥的实验现象,学生难以发挥主动性,开展综合性、设计性、创新性实验,而且电路搭建成功率低,导致学生对实验的兴趣下降,影响实际教学效果。因此如果没有良好的实验设备支撑,学生无法真正掌握理论知识,更谈不上规模较大的工程实例。
针对这一情况,我们以教材为依据,开发以综合性、创新性实验为目的的基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台。该平台可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大部分实验,却具有传统实验设备无法实现的大部分功能,如图5所示,该平台具有如下特点:
(1) 该平台以FPGA为核心,以综合性、创新性实验为导向,具有丰富的外设接口、丰富的设计资源,可以实现传统数字逻辑电路实验设备的大多功能,却有传统实验设备所不具备的大部分功能,不仅可以实现传统实验,另外我们在该平台的基础上做了很多特色的开发,供学生学习和提高。该平台可以支持如AD转换、DA转换实验,555电路等传统实验;提供了丰富的外设接口,如串口、
VGA显示器接口、PS2接口;借助该实验平台可以做出很多活泼的功能实验,如音乐播放功能、红外报警功能、触摸灯等。
(2) 该平台借助EDA工具,学生得以从繁重的插线工作解脱出来,具有灵活的设计风格、高效的设计效率,这是传统数字逻辑电路实验箱无法比拟的。
(3) 该平台以及实验设置是专门针对高校数字逻辑电路课程和大学生心理设计的实验教学系统。
实验过程中,学生可以借助EDA工具直接通过仿真实现设计,并下载到平台运行,脱离传统实验设备实验过程中的硬件的干扰,把学生从繁重的插线中解脱出来。另外各种丰富的数字逻辑模块以及表达丰富的硬件描述语言给了学生良好的发挥空间,配合理论教学方法,学生很快就能够进行实际工程应用开发。
4结语
“数字逻辑电路”教学改革进行以来,我院数字电路教学收效明显,在我院受训班级中起到了意想不到的效果,学生的动手能力明显增强,许多本科学生能够作出让研究生都汗颜的作品来。另外基于FPGA的数字逻辑电路实验教学平台批量生产,在该平台接受训练的班级、学生人数不断增多,许多兄弟院校使用了该实验平台后,也取得了不错的效果。
参考文献:
[1] 吕D,邓春健,黄杰勇. 利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J]. 福建电脑,2008,24(6):208-209.
[2] 黄杰勇,邓春健. 基于Verilog HDL的数字逻辑电路教学改革与探索[J]. 计算机教育,2008(16):59-60.
[3] 黄杰勇,邓春健. 数字逻辑电路与语言相结合的教学方法探索[J]. 现代计算机,2008(11):56-58.
[4] 邓元庆,关宇,贾鹏. 数字设计基础与应用[M]. 北京:清华大学出版社,2006.
[5] 汤永华,李晓游,孙洪林,等. 基于EDA技术的数电课程设计新模式的探索与实践[J]. 实验室技术与管理,2008,25(1): 124-126.
Reform of the Digital Logic Circuit Teaching and Construction of Experiment Platform
DENG Chun-jian, LI Wen-sheng, SHI Jian-guo, YANG Liang, LV Yi, LIU Wei
(University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan Institute, Zhongshan 528402, China)
《数字电子技术》课程是高职院校电子信息类专业的一门核心的专业基础课，课程内容承上启下，《数字电子技术》之前所开课程是《电路分析》和《模拟电子技术》，后续课程是《单片机应用》和《传感器技术》等专业核心课程。本文试图通过几个典型的数字电路设计与制作项目，对《数字电子技术》课程的核心知识点进行有机整合，对教学进行综合化的项目化教学改革。努力培养、激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。同时教师也要不断提高自己的专业素养，增强自己的项目课程引导能力。通过项目化学习，学生应掌握数字电子技术的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能；应能用所学知识对数字电路进行安装、测试和调试；还能利用所学知识对电路进行正确分析，并能解决相应电路问题，具备一定的综合分析及设计能力。
1 《数字电子技术》项目化教学课程设计
在《数字电子技术》的教学中，我以项目中的实际电子产品为中心，始终围绕项目任务进行数电课程的项目化教学工作。引导学生主动学习、整合应该掌握的所有数电知识点并进行相关实践。通过项目化教学的手段要努力的把理论教学和实践教学有力的统一且融合起来，真正把职业教育中的能力和素质教育落到实处。在教学的过程中，要注意利用学生课内和课外两条主线，相当多的东西是学生独立在课外时间完成，正常上课时间老师要起到引导和答疑的作用。
根据上述课程学习目标，我把《数字电子技术》整合成以下五个项目进行项目化教学。其中，项目四――数字电子钟的设计与制作，是综合性贯穿项目。
项目一：3人表决器的设计与制作。
通过设计一个3人表决器，掌握数字逻辑与门电路的相关知识，初步掌握组合逻辑电路的设计方法。通过制作提高具体门电路集成器件的选择与使用功能。
项目任务如下：任务一：数字逻辑认识；任务二：表示与使用逻辑；任务三：3人表决器的设计与制作；任务四：3人表决器的仿真
项目二：一位十进制加法计算器的逻辑电路设计与制作。
通过设计一个十进制加法器，掌握编码器、译码器、LED显示器、加法器等数字电路常用组合逻辑功能部件的相关知识，掌握使用集成电路设计数字电路的方法。
项目任务如下：任务一：BCD编码器的逻辑电路设计与制作；任务二：译码器的逻辑电路设计与制作；任务三：一位十进制加法器的逻辑电路的设计和制作；任务四：七段数码管显示电路仿真；任务五：全加器的仿真
项目三：高温报警电路的设计与制作。
通过设计一个高温报警电路，掌握三极管的基本应用、74LS147、74LS04和4511等集成电路的综合应用，进一步提高学生中规模集成电路的选择与运用能力。
项目任务如下：任务一：三极管热控电路的设计与制作；任务二：编码电路的设计与制作；任务三：译码显示电路的设计与制作。
项目四：数字电子钟的设计与制作。
通过设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟，掌握数字信号产生电路、触发器、计数器的相关知识，深化门电路的知识及运用能力。通过这一综合性较强的训练提高时序逻辑电路的设计能力，提高数字电子产品的制作、检测、调试能力。通过这一项目中的技术文档及产品使用、说明书的编写任务及产品展示活动提高实际工作岗位的适应能力。
项目任务如下：任务一：555振荡器的制作与测试；任务二：CD4060构成产生秒信号产生电路的制作与调试；任务三：校时电路的设计与制作；任务四：秒信号电路的制作和调试；任务五：分信号、小时信号产生电路的设计与制作；任务六：数字电子钟的整机联调；任务七：数字电子钟的PCB制作；任务八：电子设计文档与展示活动
项目五：A/D转换器的设计与制作。
通过设计仿真A/D转换器，掌握数、模量的互相转换相关知识，为学习单片机技术、检测技术等打下良好基础。
项目任务如下：任务一：D/A转换器设计与制作；任务二：A/D转换器的设计与制作；任务三：D/A与A/D转换器仿真电路。
2 结语
高中人教版新课改物理教材选修3-1中编入了“简单的逻辑电路”一节，目的是接轨数字化现代生活，让学生感受到物理知识与生活的息息相关，从而培养他们对物理知识的亲近感，是现代化气息很浓的一节教学内容.
课程标准对本节的要求是让学生初步了解逻辑电路的基本原理以及它在自动控制中的应用，从中可以看出，本节在高考中的要求较低，属于认识和了解的Ⅰ类要求.不过笔者认为，随着科学技术的不断进步，本节或会成为将来高考中一个重要内容，并且是对学生实践能力的一个非常好的检验标准.
2设计理念
本节主要介绍逻辑电路中的“与”门、“或”门、“非”门等基本电路，对中学生来说比较抽象，不易理解，因为学生目前的认知水平是建立在直流电路的基础上，因此，我在教学过程中，要求学生像课本上介绍的那样，将它们与能够实现类似逻辑功能的直流电路相类比，这样解决问题就会容易多了，并可以帮助学生初步具备解决相关问题的能力.
3使用建议
本节非高考热点，在山东省考试中没有出现过类似题目，但是目前趋势山东卷要逐渐向全国卷靠拢，建议本节还是要认真讲解，因为门电路在生产、生活中的广泛应用已经成为某些大城市的热点考题，例如上海高考，相信在以后的高考中，山东也会逐渐重视此方面的教学.建议使用多媒体教学，多创设情境，希望各位同仁赐教.
4教学目标
知识与技能
（1）知道三种门电路的逻辑关系、符号及真值表；
（2）会用真值表表示一些简单的逻辑关系；
（3）会分析、设计一些简单的逻辑电路.
过程与方法
（1）通过实例与实验，理解“与”、“或”、“非”逻辑电路中结果与条件的逻辑关系；
（2）通过简单的逻辑电路设计，体会逻辑电路在生活中的意义.
情感态度价值观
（1）感受数字技术对现代生活的巨大改变.
（2）体验物理知识与实践的紧密联系； [HJ0.9mm]
（3）学生在自主探究、交流合作中获得知识，体会学习的快乐.
教学重点：本节的教学重点应放在“与”门的教学上，因为“与”门的逻辑关系，真值表，工作原理理解了，“或”门与“非”门就容易掌握了，可以增加学生的自主探究性学习.
教学难点：本节教学难点是逻辑关系的认识以及应用.
教学方法类比法讲授法师生互动
信息化资源多媒体辅助教学PPT投影仪
5教学过程
【新课引入】
【情景设疑】
教师： 我们知道从前年开始枣庄广电局就开始大力推广数字电视，那什么是数字电视呢？那我们以前看的电视叫什么电视呢？[HJ1mm]
【关键词】医用x光机 控制单元 设计
医学医用X光机是医疗的先进设备，其中的控制单元为了便于进行临床诊断，需要负责在设备的设计中对X射线图像进行处理和分析，通过X射线图像获得准确的信息，是提高诊断技术水平的关键。医用X光机的组成部分包括电气部分和机械部分，其中电气部分主要由X线成像单元、图像处理和控制单元、存储单元及图像显示单元组成。X光机图像处理是一款高性能、高密度的FPGA 芯片，它支持Nios1I嵌入式处理器，FPGA和 NiosⅡ处理器的结合进一步完善了处理器、外设、存储器和I/O接口的组合，使设计难度大大降低，提高了设计灵活度。目前，如何从X射线图像获得更多的信息，已经成为提高医疗设备诊断技术水平的一个新方向，也是医学界研究与应用的热点。
一、X光机控制单元设计内容
医用X光机的中心部分是医用设备的控制单元，它主要处理X线成像单元输出的12bit、lkxlk、30帧/秒的数字视频信号，设计的两个主要模块是图像处理模块和系统控制模块，主要通过这两个模块来完成高质量的医学视频图像信息。
图像处理模块： 主要负责输入的数字图像的处理，包括圆消隐、阴影校正、递归滤波、自动增益控制AGC、边缘增强、直方图均衡、Gamma校正、图像反转等算法，图像处理模块是图像处理和控制模块的核心。
系统控制模块： 为了实现图像处理和控制单元和设备的X 线成像单元，改善控制图像的主要功能，简要处理模块的操作模式，实现了存储单元和显示单元的联用，以及PC机和状态显示灯等部分的连接和参数的传递，确保CPU对外部接口和存储器等部分进行合理的控制。
二、X光机控制的设计方案
（一）设计原理。多种图像处理算法的流程，采用C语言确保 NiosIICPU对外部DDRSDRAM的读写操作功能的顺利进行，使用VHDL语言达到了易于操作的算法，并在QuartusII软件工具中进行编译、综合和仿真，实现了图像处理模块。在NiosII开发板进行上下载和调试，对FPGA的硬件设计程序和软件设计程序进行调整。
（二）设计方案
1.数字系统硬件的设计方法
一直以来，人们习惯性采用传统的硬件设计方法来完成系统硬件的设计。设计方法是自下至上的具体操作步骤，从系统对硬件的要求来看，技术规格书和系统控制图的设计都要首先完成系统控制流图的简单描画；然后对系统重要的部分划分功能模块；接着就是进行各功能模块电路设计，最后完成整个系统的硬件设计。而目前的设计是采用逻辑电路设计方法，对元器件各独立功能模块设计需要从选择具体元器件开始。采用通用的逻辑元器件来构成所需要的逻辑电路，从而完成系统的硬件设计。随着微处理器的出现，许多系统的硬件功能可以由软件功能来实现，但这种选择构成系统的通用的元器件中的硬件电路的方法并未得到根本性改变。后期进行的仿真和调试应该在系统硬件设计的. 系统仿真器、逻辑分析仪和示波器等是仿真和调试的仪器，对系统设计时存在的问题会及时发现。通过传统的硬件设计方法对系统进行设计，并完成调试，最终实现硬件设计。
2.嵌入式处理器硬件电路设计方法
利用硬件描述语言的硬件电路设计方法。利用VHDL语言设计系统硬件的方法，采用TopDown的设计方法，这种方法是逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的整体设计。
（1）设计优点
利用VHDL语言设计硬件电路的优点：这种设计具有可靠性，具有重复定义的逻辑功能。因此，现场可编程门阵列使数字电路系统的设计，缩短了系统研制的周期和数字电路系统的体积和所用芯片的种类。而且设计文件适合于组合等逻辑电路应用场合。设计技术齐全、方法灵活、支持广泛 VHDL语言可以支持自上至下的设计方法， VHDL语言标准、规范，易于共享和复用。
（2）设计方案，首先是行为描述，其次是Register TransferLevel的描述
最后是逻辑综合。此后，将网络表转换成 FPGA的编程码点，利用FPGA完成硬件电路设计。接下来要进行行为层次仿真、RTL层次仿真和门级层次仿真，目的是便于早期发现设计中存在的问题，降低了硬件电路设计的难度。
3.采用FPGA设计ASIC电路设计。
（1）优点
FPGA具有设计周期最短、开发费用最低、风险最小的优点，设计人员只通过相关的软硬件环境就可以实现最终功能设计。不需要设计人员承担投片风险和费用，主要功能就是更换不同的软件FPGA的平均性能，使得医疗设备的逻辑容量大幅度提高。
（2）设计方案，具体方案
数字信号处理（DSP）块可以提供专用乘法器、加法器、减法器、累加器和求和单元，每个DSP块能支持不同的乘法器。能与用户逻辑相结合，编程至AlteraFPGA中。NiosII处理器具有可变时钟周期操作的定制指令。设计中应针对不同的性能范围和系统成本选择合适的内核，针对最少逻辑占用说明 ，优化平衡性能和尺寸进行优化流水线的嵌入式设计。NiosII处理器的接口它可以用VerilogHDL和VHDL源代码方式交付使用，参照设备接口设各接口说明，把用户逻辑模块连接至USOPCBuilder生成的系统中。DMA控制器与存储器进行批量数据交换，减轻CPU的负担。 用户通过用户逻辑接口，创建自己的设备，并通向导线传送到Nios II处理器系统中。用户还可以通过反复设计，轻松得出优化系统的最好方式。注意事项：1SOPCBuilder系统要选择合适的CPU和器件，并采用HDL设计文件进行，将配置文件下载到开发板上。系统软件所需的具体软件要编写独立于器件的C/c++程序；SOPC技术是一种特殊的嵌入式系统。具有灵活的设计方式，丰富足够的片上可编程逻辑资源。
1课程设计的原则
题目的选取既要符合教学大纲的要求，能充分体现本课程所学的主要内容，使学生在设计过程中能综合应用所学的知识，发挥基本技能，又要尽可能反映科学技术的先进水平，并且具有一定的实用性。就电子技术课程中有关数字逻辑方面的选题示例如下：①简易交通灯控制逻辑电路设计；②波形发生器；③数字温控仪；④抢答器电路设计；⑤音乐彩灯控制器；⑥逻辑电路控制的公共汽车语音报站器。以上选题，除注意使学生的理论知识，技能技巧得以巩固加深，综合和发展外，还考虑了设计的难易程度，工作量大小，元器件造价的高低等等因素。
随着科学技术的发展，大规模集成电路越来越普及，专用集成电路大量涌现，各种新的电子器件不断问世，给课程设计带来了勃勃的生机，不仅大大减少了单元电路设计的工作量，也会把课程设计的质量推上新的水平。各种各样的集成一体化电源的出现，使设计人员减免了电源电路设计计算，器件组装、电路调试诸项工作，只是适当选型即可。数字显示部件中的五合一电路CL413和LCL331等新产品，将计数、锁存、译码、驱动、显示五种功能集于一体，也大大减少计者的工作量，并且这些新产品具有功耗低，高可靠性、寿命长等优点，会大幅度提高设计电路的性能指标。在设计中新产品新技术的应用会大大缩短设计周期。所以，设计内容也要不断更新，难度、工作量、成本核算也要作相应变更，与科学技术发展的步调一致。
简言之，设计选题的原则是，从生产和科研需要出发，选择既能全面考核学生掌握本课程所学知识的程度，能够使学生加深并拓宽综合理论知识，又利于锻炼学生分析问题和解决问题的能力的课题，同时还要考虑学校的课程设计资金情况和教学安排的时间。有些学生在电子技术方面起步较早，对实际电子电路比较熟悉，可鼓励他们自选课题，由指导老师按教学要求进行审定后实施。
2保证课程设计质量的关键是充分发挥学生主体性
首先要明确课程设计的重要性。在指导课程设计的动员会上，笔者就向大家讲明，我院工业电气自动化专业，只设置了“电子技术课程设计”，这是学生在校期间进行的唯一由自己设计、实施、完成实际电路的实战训练；大家应该十分珍视这一理论用于实践、指导实践的极好机会；成功的课程设计，对学生一生工作都具有十分重要的指导意义。
其次，在向学生下达设计任务书的同时，要强调课题在生产实践中的实用性，并结合任务书中列出的技术参数与目前生产现场使用的仪器设备进行比较，指出设计课题的先进性和科学性。最后，要鼓励学生认识自己的价值，肯定自己的能力，树立做好课程设计的信心。例如，揭示学生某些电路在实验课中已经做过，并且做得不错；提示学生某些设计在习题课上或作业中已进行过单元电路参数的计算，逻辑电路的连接：使学生有一种似曾相识的感觉。
3全面地评价学生的课程设计质量
电子课程设计教学质量的高低，笔者认为应该从更多的方面来评价：不仅要使学生加深对理论知识的理解掌握，培养和提高实践技能技巧，做出符合实际要求的电子电路，在一定程度上掌握电子电路设计的一般方法；而且要注意培养学生严谨的工作作风，与生产劳动相结合的务实精神，树立对社会对使用者负责的态度以及利国利民的经济观点；还要注意培养学生初步具备组织设计的能力，认识自己，肯定自己，发展自己的意向；为使学生成为一名德才兼备的高级工程技术人才打下良好的基础。
作者：陈燕单位：张家港职业教育中心校
1 EDA教学的重要性
EDA是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发平台，以硬件描述语言HDL为设计语言，以大规模可编程器件FPGA/CPLD为载体，以ASIC/SOC芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计新技术。随着集成电路的发展，传统的电路设计方法已经远远不能满足现代电路设计的要求。而EDA技术在面对当今电子产品生命周期缩短、集成度高、需要及时融入新技术表现出了很好的适应性。因此，EDA技术已经成为当今电子设计的新手段，代表了电子设计的新潮流。 据了解，在很多西方国家，EDA技术已经融入教学并且占有重要地位。不管从科技发展还是从培养人才的角度，还是为了我国电子行业能与国际上形成更有力的竞争，我们都应该引进和学习新的EDA技术，培养更多这方面专业素质的人才适应竞争的需要。因此，我们应该在高校开设EDA课程，而且应该在教学内容、教学方法和手段上狠下一番功夫，深入电子类专业课程体系，做出一番深入的探索。
2 本校EDA教学的实施
从2007年开始，我校在电子类两个专业开设了《EDA技术》这门专业课，开始了EDA教学尝试。由于我们是职业院校，给学生定下的培养目标是：具有看懂或组建EDA电子系统的初步能力；具有利用EDA及其VHDL语言设计电子系统的初步能力。
在教学内容的安排上，我们将其划分为六个单元。第一单元我们讲述EDA技术基本概况、CPLD/FPGA的结构及原理；第二单元介绍EDA的设计工具软件Quartus II以及原理图设计方法；第三单元讲述VHDL语言以及简单逻辑电路的设计；第四单元讲述组合逻辑电路系统设计；第五单元讲述时序逻辑电路系统设计；第六单元为有限状态机设计。在整个课程过程中，我们把重点放在了“如何去设计一个逻辑电路，怎样去设计，以及如何将设计好的电路通过CPLD/FPGA器件来实现”上，希望通过学生了解一种器件，掌握一门语言，熟悉一种设计工具。
本课程属于实践性很强的课程，为了实践环节的顺利实施。在学校及分院领导的重视下，我们配置了EDA实训室。该实训室共50台学生机以及1台教师机，并配备投影仪及实物展台。同时我们将课程开设在实训室，通过教师一边讲解，学生一边练习的理实一体的授课模式，让学生增强动手能力。
经过几年的教学实践，我们培养了一些不错的EDA人才。与此同时，考虑到EDA课程的重要性，我们将其开设到微电子专业，同时将编程语言更改为更接近于高级设计语言的Verilog HDL，并将实验设备主要器件从早期的CPLD更新为FPGA，满足EDA技术发展的需求。
3 EDA教学改革
EDA技术作为一门独立的课程教学在高校中已经存在了好多年。在所有的电子类专业中，我们都需要开设数字电子技术这门专业基础课，它的理论性以及工程实践性很强。在职业院校里，它的任务是为培养应用型高技能人才提供必要的基础理论和实验技能。在数字电子技术课程实施过程中，我们通常会安排若干个实验项目，有时会利用仿真软件multisim做模拟，有时会直接利用实验箱。在利用实验箱进行实验的过程中，存在接触点不稳定、损耗大、实验功能单一等等诸多的缺点。而且由于元器件不断重复使用，加上连线的可靠性变差，容易产生接触不良等诸多问题。我们可以尝试将EDA技术与数字电子技术融合而成一门专业课，在讲授数字电路的同时，通过EDA技术，让学生掌握设计以及实现的方法。将EDA引入数字电路是现代教育发展的趋势。通过计算机辅助软件来进行数字系统设计和模拟仿真，这种实现方法易于修改、易于实现并且安全，同时排除了学生对设备安全的担忧。利用EDA工具，学生可以在学习的过程中充分发挥创造力，做不同的尝试，大大激发学生的兴趣，培养和提高学生的创新意识和创新能力。
关键词：学分制；“数字电子技术”；项目式；教学研究
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0194-04
一、引言
内蒙古农业大学积极推动本科教学，提出本科生的完全学分制教育，将“数字电子技术”课程的学时压缩至54学时，留出更多的时间让学生来主动学习和增强动手能力。笔者试图在“数字电子技术”课程的基础教学中增加一个项目式教学环节，它使学生自己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，巩固和加深在“数字电子技术”课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练电子产品制作时的动手能力。这需要研究出适合学生动手实践的项目，学生根据项目要求设计出符合要求的电路，从而掌握数字电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力，同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础[1]。
二、项目式教学的目的
通过数字电子技术项目式教学，使学生能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法，能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现规定的数字系统[2]。培养学生独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力，培养学生独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力，培养学生书写综合设计实验报告的能力[3]。
三、项目式教学的步骤
学生根据设计教师步骤的项目任务，从选择设计方案开始，进行电路设计[4]；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能，对电路要求布局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告[5]。
1.总体方案选择。设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标[6]。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。
2.单元电路的设计。（1）设计单元电路的一般方法和步骤：①根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。②拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。③单元电路设计应采用符合的电平标准。（2）元器件的选择。针对数字电路的课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。比如时钟电路选555，转换电路选0809，译码及显示驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的，往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需熟悉相应内容，比如运算放大器的种类和基本用法、集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。总之，构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性很重要。普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。
单元电路设计过程中，阻容元件的选择也很关键。它们的种类繁多，性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完整化。
3.单元电路调整与连调。数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了设计内容的成败。具体步骤要求每一个单元电路都须经过调整，有条件的情况下可应用逻辑分析仪进行测试，确保单元正确。各单元之间的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹配。它也是整个设计成功的关键一步。
4.衡量设计的标准。工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。
5.课程设计报告要求。课程设计报告应包括以下内容：对设计课题进行简要阐述；设计任务及其具体要求；总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）；整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）；器件清单；调试结果记录；课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据翔实。
四、项目式教学实例
1.实例简述。为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图1所示。
2.设计任务和要求。设计一个十字路通信号灯控制器，其要求如下。
（1）满足如图2的顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。
（2）应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图3所示，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮的时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
（3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
（4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
（5）在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。①在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道，主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮的时间的2倍或3倍。②用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。
3.可选用器材。①通用实验底板；②直流稳压电源；③交通信号灯及汽车模拟装置；④集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路；⑤显示：LC5011-11，发光二极管；⑥电阻；⑦开关。
4.设计方案提示。根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路，设计方案可以从以下几部分进行考虑。
（1）秒脉冲和分频器。因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5∶1∶6，所以，若选4秒（也可以3秒）为一个单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲，这一电路就很容易实现。逻辑电路参考前面有关课题。
（2）交通灯控制器。计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表1所示。
由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
（3）显示控制部分。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。
（4）手动/自动控制、夜间控制。这可以用一个选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。
（5）汽车模拟运行控制。用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。如图4所示，为南北方向汽车模拟控制电路。
五、结语
项目教学法主张先练后讲、先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生唱“主角”，而教师转为“配角”，实现了教师角色的换位，有利于加强对学生自学能力、创新能力的培养。笔者就多个方面对项目教学法进行了尝试性的研究与实践，也取得了非常好的效果。
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（西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121）
摘要：为了高效地利用Verilog HDL语言中always行为建模语句设计集成电路，采用比较和举例论证的方法，总结出always语句中事件控制敏感信号对设计仿真的影响。always语句中敏感信号分为时钟边沿信号和电平信号，对于敏感信号为时钟边沿信号，仿真结果直观简单；但是对于敏感信号为电平信号，敏感信号必须是所有的输入和判断语句的信号，否则仿真结果不确定。
关键词 ：Verilog HDL；always语句；敏感信号；时钟边沿信号；时钟电平信号
中图分类号：TN911.6?34；TP312 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）15?0032?03
收稿日期：2015?02?26
基金项目：陕西省教育厅专项科研基金（2013JK0626）；西安邮电大学青年教师科研基金资助项目（101?1215；101?0473）
0 引言
硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）是一种用形式化方法来描述数字电路和系统的语言。Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的两种硬件描述语言，都是在20世纪80年代中期开发出来的，两种HDL 均为IEEE 标准。但是Veriolg 语言的很多规定与C语言相似，代码简单，有大量支持仿真的语句与可综合语句，对于初学者设计简单的数字系统，更容易学习和掌握[1]。所以，Verilog HDL语言在大规模集成电路和现场可编程门阵列设计中得到了广泛的应用[2?4]。
在集成电路设计中，Verilog语言中的always语句经常用来描述时序逻辑电路和组合电路。always语句是一种结构化的过程语句，是行为级建模的基本语句，它的语句格式为：always@（敏感事件列表），敏感事件可以是时钟边沿信号也可以是电平信号，分别对应时序逻辑电路和组合逻辑电路[5]。敏感事件列表中可以包含多个敏感事件，只要所列举的任意一种情况发生，都将激活事件控制，各个敏感事件之间是“或”的关系；但不可以同时包括电平敏感事件和边沿敏感事件，也不可以同时包括同一个信号的上升沿和下降沿，这两个事件可以合并为一个电平敏感事件。而且，按照语法要求，在always块中只能给寄存器变量赋值。
在实际应用中，敏感信号为时钟边沿信号，仿真综合结果一般正确。但是当敏感信号为电平信号时，情况就会变得复杂，仿真综合结果会变得不确定。文献[6]对always敏感信号与仿真结果的这种不确定性问题也进行了肯定，但是并没有进一步的分析。本文对always语句中的事件控制敏感信号出现的各种情况进行对比探讨，发掘always语句中敏感信号分别为时钟边沿信号和电平信号的差异，并通过仿真图形去验证。
1 敏感信号为时钟边沿信号
Always语句中的敏感信号如果为时钟边沿敏感事件，一般用来表示时序逻辑电路，时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与之前的输入有关。从电路行为上讲，不管输入如何变化，仅当时钟的沿（上升沿或下降沿）到达时，才有可能使输出发生变化[7]。这里以经常用到的D触发器为例，其仿真图如图1所示。
上面所述的D 触发器，赋值语句为q<=a|b，等式右端为wire型变量。再举个多敏感信号的时序逻辑电路的例子，比如带有清零端的16 分频，其仿真图如图2所示。
只要在always块的敏感信号表中定义有效的时钟沿，敏感词的作用立竿见影，然后使用过程赋值语句对信号赋值，就可以实现时序逻辑电路。
2 敏感信号为电平信号
always语句中的敏感信号如果为电平敏感事件，一般用来表示组合逻辑电路，组合逻辑电路的特点是输出信号只是当前时刻输入信号的函数，与其他时刻的输入状态无关，无存储电路。从电路行为上看，其特征就是输出信号的变化仅仅与输入信号的电平有关，不涉及对信号跳变沿的处理[8]。always电平敏感信号列表，必须将所有的输入信号和条件判断信号都列在信号列表中。有时不完整的信号列表会造成不同的仿真和综合结果，因此需要保证敏感信号的完备性。在实际的PLD 器件开发中，EDA 工具都会默认将所有的输入信号和条件判断语句作为触发信号，增减敏感信号列表中的信号不会对最终的执行结果产生影响，因此如果期望在设计中通过修改敏感信号来得到不同的逻辑，是不能实现的，这也是经常犯错的地方，这是因为仿真器在工作时不会自动补充敏感信号表。如果缺少信号，则无法触发和该信号相关的仿真进程，也就得不到正确的仿真结果。这里以一个2?4译码器为例，其仿真图如图3所示。
如果想用一个敏感信号来控制逻辑变化，比如当enable信号的电平发生变化时，再去译码，程序如下，仿真图如图4所示。
由图4 可以看出，这并不是所需的结果，这就是前面所说的，系统自动将所有的输入作为了敏感信号。
因此，在应用always块语句表述组合逻辑电路时，一定要注意敏感信号的完整性，要求触发为所有内部用到的信号，可以用always@（*），此时，综合工具和仿真工具会自动将所有的敏感信号自动加入敏感信号列表。
前面已经提到过always敏感信号不可以同时包括同一个信号的上升沿和下降沿，这两个事件可以合并为一个电平敏感事件。在设计中，一些初学的设计者经常在时钟的上升沿和下降沿都进行计数器加1，以为这样能实现倍频，仿真结果如图5所示。
从图5中可以发现并没有出现想要的结果，而是呈现出了高阻态。将直接加1运算改为直接的赋值语句，程序如下，仿真结果如图6所示。
从图6中可以看出，cnt8这个变量存储的是最后一次赋值，这时当always敏感信号为电平信号，系统默认为组合逻辑电路，虽然将信号定义为reg 型，但只是为了满足always 模块中的信号必须定义为reg 型的语法要求，最终的实现结果中并没有寄存器，在图5中出现高阻态，因为cnt8=cnt8+1是计数器，是时序逻辑电路。
3 结论
本文对Verilog语言中always块语句中的敏感信号进行了对比探讨，得到如下结论：
（1）如果敏感信号是时钟边沿触发信号，表示的是时序逻辑电路，而且在描述时序电路的always 块中的reg型信号都会被综合成寄存器，而且时序逻辑的敏感信号列表只需要加入所用的时钟触发沿即可。
（2）如果敏感信号是电平触发信号，表示的是组合逻辑电路，这里一定要注意敏感信号的完整性，即所有的输入和判断语句的信号都要加为敏感信号，否则，得不到想要的设计结果。
（3）在组合逻辑电路描述中，将信号定义为reg型，只是为了满足always模块中的信号必须定义为reg 型的语法要求，最终实现结果中并没有寄存器。
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[关键词]教学方法；学习方法；一体化教学；操作性；实用性
中图分类号：G64
文献标识码：A
文章编号：1006-0278（2013）08-236-01
经过几十年的探索与实践，我国的中等职业教育已进入了一个新的发展时期，教育质量不断提高，办学方向更加明确，改革思路日益清晰，学校布局日趋合理，事业规模迅速扩大，一个基本适应我国社会主义现代化建设需要的中等职业教育新体系已初步形成。
一、当前数字电子技术理论课程教学的现状
当前的数字电子技术课程教学目标，根据中等教育和高等教育的不同，在传统教育理念和教育模式的基础上，增加了技能训练的元素，在教材的编写上，实现了理论与实验的统一，以清华大学出版社出版的《数字电子技术基础》刘美玲，2008.5版为例，此教材在每一章后，都增加了技能训练章节，充分说明了数字电子技术课程理论与实际的紧密结合，并向着一体化的方向发展。
二、数字电子技术课程教学方法改革实现的方法和途径
（一）教学方法改革实现的方法与实例
1 理论和实践相结合
教学过程中注重理论与实践相结合，以实践作为检验学习效果的标准，并注意实际问题的分析方法，培养学生的分析综合能力。
例如数据选择器的扩展应用中，用4片8选1数据选择器和1片2线-4线译码器构成的32选1数据选择器，当A4A3=00时，由A2A1A0从D0-D7中选1路输出，当A4A3=01时，由A2A1A0从D8-D15中选1路输出，当A4A3=10时，由A2A1A0从D16-D23中选1路输出，当A4A3=11时，由A2A1A0从D24-D31中选1路输出。本例的教学方法与单片机原理与应用中，存储器扩展的地址分配法类似，都是通过对现在芯片的功能和要扩展电路的使能端的综合分析应用来实现的，教学时应注意问题分析方法的解决，及线路设计思想和线路设计步骤的统一，从芯片的有效性选择入手，分析数据的选择路径，从而完成电路的设计，也是理论和实践相结合，培养学生综合分析能力的体现。
2 启发式、讨论式、研究式教学
从灌输式方法转变为启发式、讨论式、研究式的教学方法，充分调动学生的积极性，积极利用多媒体、远程网络教育等现代化教学手段，改变以往黑板加粉笔的说教方式，激发学生的学习兴趣，提高教学质量和教学效益，让学生变得更活更实。
例如在进行集成A/D转换器章节的教学过程中，应充分运用现代多媒体手段，以及网络教育的手段，扩展学生的视野，常用典型集成A/D转换器有ADC0808/0809、ADC7705、ADC7714、ADC7888、ADC5320、ADC0824、TLC548/549、TLV5616、TLV5880等，在教学实际过程中，应先找到对应芯片，以及芯片在电子、机电一体化、通信等专业的应用实例，从而激发学生的学习积极性，具有事半功倍的效果。以某一块芯片作为分析实例时，应具体讲解引脚定义及工作原理，在安排学生作业时，要求学生应用网络等手段，找到ADC芯片实际应用的例子，并作分析，从而提高学生独立分析研究、检索信息、解决实际问题的能力，是启发式、研究式教学的典型应用。
（二）学习方式转变方法与实例
1 互动式学习方式
指在课堂教学中教师从主体转为主导，进而创造出教学中师生平等、合作、和谐的课堂氛围，使师生在知识、情感、思想、精神等方面的相互交融中，实现教学相长。
例如在时序逻辑电路的设计教学过程中，可通过步骤式教学方法，由教师提出设计思想的步骤，以学生为主体，紧紧抓住逻辑电路设计步骤，教师和学生在平等的基础上共同完成教学内容，根据时序逻辑电路的设计步骤，分析每个步骤完成后要达到的结果，并为下一个步骤做好准备，并以实际设计案例为教学规范，与学生共同进入到逻辑电路设计的规范步骤之中，将教师放到学生的思维方式上，共同完成互动式的教学过程。
2 适应性学习方式
当学生在学习环境变化的情况下，通过主观努力，克服心理上的不适感，积极变被动为主动，使自己的心态调整到能正常学习的一种心理活动。
例如数字电子技术教学过程中常会出现学生不能主动学习的情况，心理上产生对知识应用的不信任，在学习上产生被动的局面，此时教师应以实例作为教学入口，深入讲解实际生活中的逻辑思想和逻辑电路应用，扩大知识面，以“从应用到理论的反向逻辑思想”作为教学方法，让学生适应逻辑电路和学习方式，得到较好的教学效果。
一、课例简介
（一）课例名称
基本RS触发器
（二）课例内容
基本RS触发器的概念及其应用。触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，而基本RS触发器又是各种类型触发器的基本形式，因此它对整个章节的学习具有重要的意义。
二、学生特征
学生为电子技术专业一年级学生，通过前期课程《电工基础》、《模拟电子技术》和本课程前一阶段的学习，已具备了一定的电路的分析、设计及制作的能力。已在本课程学习了“与”、“或”、“非”及其复合逻辑的逻辑符号、逻辑表达式及逻辑运算规则，具备了学习本课的基本知识，对将触发器用于实际电路的设计与制作有强烈的认知愿望，因此对本节课的学习很感兴趣，但又觉得难度大。
三、教学设计
（一）教学目标分析
1．知识与技能目标。让学生了解触发器的概念及其应用；学会分析基本RS触发器的电路结构、工作原理，掌握触发器在实际电路设计中的应用。
2．方法和能力目标。让学生初步掌握分析电路的方法，进一步培养学生的电路设计与制作的能力和分析、解决问题的能力；培养学生获取数字电子技术的能力，交流表达的能力和自主学习的内在发展能力。
3．情感与态度目标。通过让学生积极参与探究，投入到课堂教学双边活动中，培养学生的合作意识；通过让学生体验成功，享受发现的乐趣，培养学生学习数字电子技术的自信心。
（二）教学重点和难点
1.重点：基本RS触发器工作原理及在实际电路设计中的应用。
2.难点：如何根据基本RS触发器的电路结构分析其工作原理。
（三）教学目标实现策略
1．通过课件中的实物图片、动画、模拟仿真等手段将学生带进形象的教学情境之中，突出教学内容中的重点、难点，激发学生学习兴趣，提高教学效率。
2．采用问题解决的教学策略，以引导式的问题循序渐进地教学，提高学生分析问题、解决问题的能力。
3．采用教师引导、启发。首先教师提出问题、然后学生讨论、发言、同学点评、教师点评；培养学生的认知能力、问题解决与处理能力及交流沟通能力，使学生在双向互动的教学活动中掌握知识。
（四）教学过程
（五）学习评价
采用过程性评价和形成性评价相结合的方法进行学习评价，注重利用学生学习质量反馈结果改进教学。
1．过程性评价。
（1）通过课堂教学中与学生的互动情况反馈。（2）学生讨论及上台演示的表现。（3）通过学生完成“在线测试”情况了解教学效果。
2．形成性评价。
通过查阅网络课程的“电路设计与制作指导”栏目，完成“由触发器构成的改进型抢答器”电路的设计与制作。要求学生能正确选择和测试所使用的元件，电路设计正确、布线合理、制作美观，电路通过检测能实现相应的功能。
