時間：2023-11-28 16:18:38
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇邏輯電路設(shè)計方法，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞： 組合邏輯電路；Multisim ；仿真
0 引言
組合邏輯電路是指在任何時刻，輸出狀態(tài)只決定于同一時刻各輸入狀態(tài)的組合，而與電路以前狀態(tài)無關(guān)，而與其他時間的狀態(tài)無關(guān)。組合邏輯電路的分析和設(shè)計是數(shù)字電路中一個重要組成部分[1]，對于初學(xué)者和大多數(shù)電子設(shè)計人員來說，掌握了一定的基本分析和設(shè)計方法后，設(shè)計出來的結(jié)果仍然不夠理想，特別是經(jīng)過實際焊接電路或在面包板上搭接電路，再用儀表和分析儀器來分析判斷結(jié)果后，設(shè)計達不到要求，就要重新設(shè)計，反反復(fù)復(fù)不但費時費力，浪費材料，而且在搭接電路過程中由于焊接而帶來的虛焊、漏焊等接觸不良現(xiàn)象，可能引發(fā)一系列電路問題，這些都極大的消弱設(shè)計者的積極性。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和電路設(shè)計仿真軟件不斷出現(xiàn)，運用電路設(shè)計仿真軟件設(shè)計電路，是提高組合邏輯電路設(shè)計水平和設(shè)計能力的有效方法[2]。
Multisim軟件是加拿大Interactive Image Technologies
公司（圖像交互技術(shù)公司，簡稱IIT公司）在1998年推出EWB5.0
（Electronic Workbench，稱為“虛擬電子實驗室”）的基礎(chǔ)上推出的一款更高版本的電路設(shè)計與仿真軟件[3-4]。將Multisim軟件應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)和科研中，可以使組合邏輯電路的分析和設(shè)計變得簡潔、方便，有利于更好更快的達到組合邏輯電路的分析和設(shè)計的目的。
因此本文利用四輸入表決電路設(shè)計來對比傳統(tǒng)設(shè)計方法和Multisim軟件設(shè)計方法過程。
1 傳統(tǒng)組合邏輯電路設(shè)計
傳統(tǒng)組合邏輯電路設(shè)計一般步驟為：分析任務(wù)要求列出真值表，通過真值表求出邏輯表達式并根據(jù)器件化簡，畫出邏輯電路圖，最后根據(jù)邏輯電路圖構(gòu)建實驗電路驗證結(jié)果。邏輯化簡是組合邏輯設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一，為了使電路簡單、使用器件少，要求邏輯表達式盡可能簡化。但是考慮電路選取器件、穩(wěn)定可靠等要求，最簡化設(shè)計往往不是最終的邏輯表達式[5]。下面就以設(shè)計四輸入表決電路為例來分析組合邏輯電路設(shè)計的一般步驟過程。
2.1 四輸入表決電路分析
現(xiàn)在有四輸入表決電路如圖1所示，這一電路具有怎樣的功能呢？邏輯轉(zhuǎn)換儀提供了八個輸入和一個輸出端，我們將待分析電路連到邏輯轉(zhuǎn)換
儀的輸入和輸出端上，如圖3所示，按下按鈕①，可以將待分析電路轉(zhuǎn)換為真值表，此時可以接著按下按鈕②或③，將會把真值表轉(zhuǎn)換為邏輯表達式。利用此方法在分析組合邏輯電路時，可以省去復(fù)雜的邏輯計算，使得分析復(fù)雜組合邏輯電路變得更加簡單。
2.2 四輸入表決電路設(shè)計
最后，需要驗證邏輯電路設(shè)計，我們可以直接在Multisim
關(guān)鍵詞：組合邏輯電路設(shè)計 競爭冒險現(xiàn)象 門電路多余輸入端
中圖分類號：TN492 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0155-01
組合邏輯電路的設(shè)計是根據(jù)給定的邏輯功能要求，用最少的邏輯門加以實現(xiàn)的過程，通常以電路簡單，所用器件最少為目標(biāo)。
1 組合邏輯電路的設(shè)計
在教學(xué)過程中，學(xué)生對組合邏輯電路的設(shè)計過程覺得比較難，不知從何入手。筆者經(jīng)過多年的教學(xué)，總結(jié)組合邏輯電路的設(shè)計步驟大致如下：
（1）根據(jù)對電路邏輯功能的要求，列出真值表；
（2）簡化和變換邏輯表達式；
（3）畫出邏輯圖。
當(dāng)然，上述設(shè)計步驟不是一成不變的，有些邏輯問題較簡單，某些設(shè)計步驟就可以省略。這三個設(shè)計步驟中，最關(guān)鍵的是第一步，即根據(jù)邏輯要求列真值表。在列真值表時需弄清楚以下三個方面的概念：1）輸入、輸出變量是什么？2）0、1代表的含義是什么？3）輸入輸出的關(guān)系是什么？
下面通過具體例子來說明組合邏輯電路的設(shè)計步驟與方法。
例如設(shè)計一個交通燈故障報警電路，用與非門實現(xiàn)。交通燈有紅、黃、綠三色，只有其中一只亮為正常狀態(tài)，其余情況為故障狀態(tài)。
第一步：由題意找出輸入、輸出變量，列真值表。
題中出現(xiàn)紅、黃、綠三色交通燈，可分別用三個變量A、B、C來表示，其中每個變量1表示燈亮，0表示燈滅；Y表示電路是否報警，其中1表示報警，0表示不報警，根據(jù)題意，列出真值表，如表1所示。
第二步：將真值表寫入卡諾圖如圖1所示，化簡并轉(zhuǎn)換成與非結(jié)構(gòu)。
第三步：根據(jù)輸出邏輯式畫邏輯圖，如圖2所示。
綜上所述，可看出設(shè)輸入、輸出變量是邏輯電路設(shè)計的第一關(guān)鍵，只有變量設(shè)得恰當(dāng)，才能根據(jù)題意順利地列出正確的真值表。
2 組合邏輯電路設(shè)計中注意事項
上面介紹的是組合邏輯的一般設(shè)計方法，實際遇到的問題往往比較復(fù)雜，所以設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點。
2.1 注意組合邏輯電路的競爭冒險
組合邏輯電路設(shè)計時，都沒有考慮邏輯門的延遲時間對電路產(chǎn)生的影響。實際上，信號在通過連線和邏輯門電路時，都有一定的延時。延時的大小與連線的長短和邏輯門的數(shù)目有關(guān)，同時還受器件的制造工藝、工作電壓、溫度等條件的影響。信號的高低電平轉(zhuǎn)換也需要一定的過渡時間。由于存在這兩方面因素，多路信號的電平值發(fā)生變化時，在信號變化的瞬間，可能與穩(wěn)態(tài)下的邏輯功能不一致，產(chǎn)生錯誤輸出，這種現(xiàn)象就是電路中的競爭冒險。冒險現(xiàn)象降低了邏輯電路的可靠性，因此在設(shè)計組合電路時要盡量地發(fā)現(xiàn)和消除冒險現(xiàn)象。
2.2 注意門電路多余輸入端的處理
利用邏輯門電路（CMOS或TTL）實現(xiàn)具體的電路時，應(yīng)注意邏輯門多余端的處理。
集成邏輯門電路在使用時，一般不讓多余的輸入端懸空，以防止干擾信號引入。對于多余端的處理一是將它與其他輸入端并接在一起。二是根據(jù)邏輯要求，與門或與非門的多余輸入端通過1～3kΩ電阻接正電源，對CMOS電路可以直接接電源；或門或者或非們的多余輸入端接地。對于高速電路的設(shè)計，并接會增加輸入端等效電容性負(fù)載，而使信號的傳輸速度下降，最好采用如圖3所示。
參考文獻
[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）[M].高等教育出版社，2000.
[2]許小軍.電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計指導(dǎo)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2004.
關(guān)鍵詞:EDA技術(shù);現(xiàn)場可編程邏輯器件;教學(xué)改革
中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:A
“數(shù)字邏輯電路”課程在高等院校電氣信息類學(xué)科各專業(yè)教育中的作用舉足輕重,一方面,它是電氣信息類學(xué)科最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一,是學(xué)生鞏固理論知識,學(xué)好眾多專業(yè)課程的基礎(chǔ),將影響學(xué)生對以后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣;另一方面,它具有極強的邏輯性和實用性,通過這門課程的學(xué)習(xí),可以培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力。目前,懂?dāng)?shù)字電路設(shè)計、FPGA的專業(yè)人才備受用人單位青睞,這賦予了“數(shù)字邏輯電路”課程教學(xué)更加重要的現(xiàn)實意義。
然而,高等院校“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)存在教學(xué)效果不明顯,學(xué)生收獲甚小等問題。理論課的學(xué)習(xí)最終是為培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。但不少學(xué)生反映,他們在這門課程上花費了很多時間,認(rèn)為“學(xué)得不錯”,課本中較難的題目也都能很快作答,只是到了實踐環(huán)節(jié),特別遇到實際工程,就感覺束手無策。
教學(xué)活動中應(yīng)當(dāng)強調(diào)給學(xué)生留有足夠的想象空間,引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力和創(chuàng)新應(yīng)用、開發(fā)數(shù)字邏輯電路器件的能力。通過課程的教學(xué),使學(xué)生掌握邏輯代數(shù)和邏輯設(shè)計基礎(chǔ)理論,掌握數(shù)字邏輯電路分析和數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本方法,為他們今后在信息技術(shù)天地中馳騁奠定堅實的硬件基礎(chǔ)。為此,我們以“實用、有趣、建立學(xué)生自信”為指導(dǎo)思想,探索數(shù)字邏輯電路理論及實驗教學(xué)改革方法。從理論教學(xué)、實驗教學(xué)等方面對“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)進行大膽改革,摒棄陳舊的教學(xué)內(nèi)容和落后的教學(xué)手段,在實驗環(huán)節(jié),以活潑的實驗來促進理論教學(xué),調(diào)動學(xué)生主動性。
1傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路教學(xué)存在問題分析
我們曾經(jīng)設(shè)計了一些數(shù)字邏輯電路工程應(yīng)用中較為基礎(chǔ)的例子,通過多種形式向多所院校相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生做過一次非正式調(diào)查,要求被調(diào)查者使用數(shù)字電路邏輯模塊,實現(xiàn)如下設(shè)計:
(1) 設(shè)計電子開關(guān),當(dāng)鍵盤按下,LED燈亮,再次按下LED燈滅,再按下亮。要求采用3種以上方式,需要考慮消除按鍵信號中的毛刺。
(2) 用8路撥碼開關(guān)和一個按鍵設(shè)計一個密碼鎖,通過撥碼開關(guān)設(shè)置密碼,按下按鍵作為確認(rèn),如果密碼輸入3次錯誤,密碼鎖失效。
(3) 實現(xiàn)一個秒表,已知:6個共陽極七段碼的a,b,c,d,e,f,g分別相連,其中各七段碼的共陽端分別引出。
(4) 給定一段樂譜,用蜂鳴器實現(xiàn)樂譜的播放。
(5) 設(shè)計一個串行通信模塊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)到PC的傳輸,要求9600波特率,無校驗位。
(6) 以555電路為基礎(chǔ),用手指作為啟動源,當(dāng)手觸摸電路后,LED燈亮10秒后熄滅。
(7) 一塊8x8的點陣LED,設(shè)行為x,列為y,(0≤x≤7,0≤y≤7),當(dāng)y0為高,x0為低,坐標(biāo)為(x0,y0)對應(yīng)的LED燈亮,請實現(xiàn)不斷變化的英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字的顯示。
(8) 控制DAC0832實現(xiàn)一個鋸齒波、三角波,要求信號周期可調(diào)。
調(diào)查結(jié)果顯示,只有少數(shù)可以使用數(shù)字邏輯模塊實現(xiàn)其中的個別設(shè)計;多數(shù)學(xué)生對上述工程實例束手無策;部分學(xué)生表示如果借助“硬件描述語言”可以實現(xiàn)。基礎(chǔ)的工程應(yīng)用設(shè)計尚且如此,可以想象實現(xiàn)更為復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路工程的情況。經(jīng)過分析,我們認(rèn)為原因在于“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)存在如下問題:
(1) 理論課內(nèi)容充斥以技巧性解題為目標(biāo)的題型,學(xué)生很難把抽象知識和實踐結(jié)合應(yīng)用;
(2) 現(xiàn)有教材的內(nèi)容多與其它課程孤立,很少注重和其它課程的聯(lián)系和延伸;
(3) 教材內(nèi)容滯后于科學(xué)技術(shù)發(fā)展,和實際工作嚴(yán)重脫節(jié);
(4) 以舊式實驗箱、接線板實驗設(shè)備為代表的傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實驗設(shè)備仍舊廣泛地在高校使用,實驗手段落后。
傳統(tǒng)實驗設(shè)備是采用固定數(shù)字邏輯電路芯片搭建的實驗,學(xué)生只能按教科書設(shè)計的實驗內(nèi)容按固定的套路做驗證性的實驗,無法支持綜合性、創(chuàng)新性的實驗,學(xué)生把大部分時間都花在接線連線上,實驗結(jié)果只能看到實驗現(xiàn)象而已,很難真正提高數(shù)字邏輯電路設(shè)計能力。
針對傳統(tǒng)數(shù)字電路的不足,我們從優(yōu)化理論教學(xué)手段和內(nèi)容、實驗教學(xué)改革和建設(shè)兩方面著手,對數(shù)字電路理論教學(xué)和實驗教學(xué)大膽改革。
2優(yōu)化理論教學(xué)手段和內(nèi)容
傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路理論教學(xué)最明顯的特征是和實踐脫鉤,內(nèi)容生硬,學(xué)生很難把抽象的知識和實踐結(jié)合并具體應(yīng)用,為解決這一問題,我們拋棄傳統(tǒng)的教科書主要或純粹考學(xué)生做題能力為目的的教學(xué)思路,大量引入活潑生動的教學(xué)實例和相關(guān)的工程應(yīng)用。
同時,項目組從工程實踐中總結(jié)大量素材,設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容力求接近工程實踐,又帶有一定的趣味性和啟發(fā)性,讓學(xué)生知道如何將學(xué)到的知識點應(yīng)用到工程實踐中,這是本項目與傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路理論教學(xué)的不同之處,具體表現(xiàn)在如下幾個方面。
2.1內(nèi)容活潑,摒棄呆板的教學(xué)描述
案例1:教材講述74138和計數(shù)器的應(yīng)用時引用的是“8路脈沖分配器電路”的例子,“脈沖分配器”名稱描述過于抽象和呆板。如果把這個電路稍微改造一下,把圖1中74138的輸出端都接入LED燈,那么這個電路就是一個很形象直觀的“跑馬燈”控制電路,學(xué)生理解起來會更容易,同時也能明確“脈沖分配”概念。
案例2:教材講述74151以及計數(shù)器的應(yīng)用時,引用的是“11100100序列產(chǎn)生器”的例子,如圖2所示。“11100100序列產(chǎn)生器”本身就是一個古板的名詞,如果把這個電路稍微改造一下,74151的輸出接蜂鳴器,74151的八路數(shù)據(jù)輸入端接樂音頻率,那么這個電路就可以播放一段音樂,如果結(jié)合存儲樂譜的ROM就成了一個能播放音樂的音樂盒,學(xué)生對這樣的例子往往表現(xiàn)出濃厚的興趣和“動手”實現(xiàn)的欲望。
2.2突出實踐意義,注重聯(lián)系實際,并通過展開引導(dǎo)來啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新
案例3:教材在說明555電路的作用時,其中有一個555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的實例,如圖3所示,學(xué)生學(xué)后經(jīng)常反映印象不深刻,不知如何應(yīng)用。
在授課時,為幫助學(xué)生理解,我們是這樣提示學(xué)生的:
(1) 如果你的手指摸一下VI處會有什么情況發(fā)生?
――因為人手的靜電,會導(dǎo)致Vo產(chǎn)生一個高電平寬度為Tw的信號。
(2)Tw這個信號如果接一個LED燈呢,可以應(yīng)用在什么地方?
――原來可以手一摸VI,就可以讓一個LED燈亮Tw秒,這正是觸摸開關(guān)啊。
(3) 我們知道Tw=RCln3,假設(shè)我們不知道電容C的值,那么這個電路可否用于測量電容容值的方法呢?
――通過公式可以說明,如果知道R以及Tw,電容值就確定下來,這個電路可以用于某些電容式傳感器的測量中。
2.3注重與其它課程的聯(lián)系
案例4:在講授移位寄存器的時候,傳統(tǒng)教材一般都只說明移位寄存器的級聯(lián)方法,并沒有通過聯(lián)系其它課程突出移位寄存器的應(yīng)用價值。
在授課時,通過74198級聯(lián)構(gòu)成的16位左移寄存器,如圖4所示,如果結(jié)合計算機通信原理的異步串行通信協(xié)議對這個電路稍微修改一下,那么這個電路就是一個和PC機串口通信接口的電路。學(xué)生原本覺得玄奧的與PC機通信以及異步通信協(xié)議原來這么容易實現(xiàn)。
2.4聯(lián)系PC機的軟件開發(fā)語言鼓勵學(xué)生設(shè)計軟硬件結(jié)合作品
在教學(xué)過程,鼓勵學(xué)生制作軟硬件結(jié)合的作品,如讓學(xué)生學(xué)習(xí)Delphi、C++builder等軟件開發(fā)工具設(shè)計軟件,并把軟件和數(shù)字電路平臺結(jié)合起來。例如把電位器作為游戲中飛機的方向盤,其AD值通過串口傳輸?shù)絇C機的游戲軟件中,實現(xiàn)對飛機飛行的控制;撥碼開關(guān)值傳輸?shù)絇C軟件,實現(xiàn)對圖片的選擇播放。
2.5改善課堂教學(xué)手段,關(guān)注新技術(shù)發(fā)展,引入新的設(shè)計手段
在理論教學(xué)初期,設(shè)計了很多模擬數(shù)字電路功能的“軟件芯片”,通過在課堂PC機演示“芯片”功能,幫助學(xué)生對知識點的理解和課程入門;隨后逐漸通過EDA工具仿真,來幫助學(xué)生加深對課程的印象。與實際工程應(yīng)用聯(lián)系不大且難于理解的內(nèi)容,我們適當(dāng)取舍,甚至略棄,減少學(xué)生學(xué)習(xí)課程時的挫折感。
現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路的發(fā)展對傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路設(shè)計模式影響深遠,很多傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法已經(jīng)被淘汰甚至被徹底顛覆。在教學(xué)中,我們適當(dāng)加大硬件描述語言的學(xué)習(xí)比重,鼓勵學(xué)生采用硬件描述語言實現(xiàn)電路設(shè)計,并要求學(xué)生掌握EDA工具QuartusII軟件,讓學(xué)生體會現(xiàn)代的數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法。
3實驗教學(xué)平臺改革和建設(shè)
電子技術(shù)實驗,大部分院校采用各類實驗箱(或面包版),實驗過程學(xué)生要完成電路搭建、結(jié)果驗證,可擴展性差,實驗種類是固定的、功能也十分有限。對于一些小型電路,各類實驗箱還能完成實驗,但對于稍微復(fù)雜一些的電路就難以支持了,往往由于芯片短缺、實驗箱長期使用導(dǎo)致接觸不良,加上電路連接過于復(fù)雜,使得故障難以查找。在實際實驗過程中,學(xué)生往往把大部分時間浪費在接線上,看到的卻是單一枯燥的實驗現(xiàn)象,學(xué)生難以發(fā)揮主動性,開展綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗,而且電路搭建成功率低,導(dǎo)致學(xué)生對實驗的興趣下降,影響實際教學(xué)效果。因此如果沒有良好的實驗設(shè)備支撐,學(xué)生無法真正掌握理論知識,更談不上規(guī)模較大的工程實例。
針對這一情況,我們以教材為依據(jù),開發(fā)以綜合性、創(chuàng)新性實驗為目的的基于FPGA的數(shù)字邏輯電路實驗教學(xué)平臺。該平臺可以實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實驗設(shè)備的大部分實驗,卻具有傳統(tǒng)實驗設(shè)備無法實現(xiàn)的大部分功能,如圖5所示,該平臺具有如下特點:
(1) 該平臺以FPGA為核心,以綜合性、創(chuàng)新性實驗為導(dǎo)向,具有豐富的外設(shè)接口、豐富的設(shè)計資源,可以實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實驗設(shè)備的大多功能,卻有傳統(tǒng)實驗設(shè)備所不具備的大部分功能,不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗,另外我們在該平臺的基礎(chǔ)上做了很多特色的開發(fā),供學(xué)生學(xué)習(xí)和提高。該平臺可以支持如AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換實驗,555電路等傳統(tǒng)實驗;提供了豐富的外設(shè)接口,如串口、
VGA顯示器接口、PS2接口;借助該實驗平臺可以做出很多活潑的功能實驗,如音樂播放功能、紅外報警功能、觸摸燈等。
(2) 該平臺借助EDA工具,學(xué)生得以從繁重的插線工作解脫出來,具有靈活的設(shè)計風(fēng)格、高效的設(shè)計效率,這是傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實驗箱無法比擬的。
(3) 該平臺以及實驗設(shè)置是專門針對高校數(shù)字邏輯電路課程和大學(xué)生心理設(shè)計的實驗教學(xué)系統(tǒng)。
實驗過程中,學(xué)生可以借助EDA工具直接通過仿真實現(xiàn)設(shè)計,并下載到平臺運行,脫離傳統(tǒng)實驗設(shè)備實驗過程中的硬件的干擾,把學(xué)生從繁重的插線中解脫出來。另外各種豐富的數(shù)字邏輯模塊以及表達豐富的硬件描述語言給了學(xué)生良好的發(fā)揮空間,配合理論教學(xué)方法,學(xué)生很快就能夠進行實際工程應(yīng)用開發(fā)。
4結(jié)語
“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)改革進行以來,我院數(shù)字電路教學(xué)收效明顯,在我院受訓(xùn)班級中起到了意想不到的效果,學(xué)生的動手能力明顯增強,許多本科學(xué)生能夠作出讓研究生都汗顏的作品來。另外基于FPGA的數(shù)字邏輯電路實驗教學(xué)平臺批量生產(chǎn),在該平臺接受訓(xùn)練的班級、學(xué)生人數(shù)不斷增多,許多兄弟院校使用了該實驗平臺后,也取得了不錯的效果。
參考文獻:
[1] 呂D,鄧春健,黃杰勇. 利用EDA技術(shù)全面改進數(shù)字電路課程教學(xué)[J]. 福建電腦,2008,24(6):208-209.
[2] 黃杰勇,鄧春健. 基于Verilog HDL的數(shù)字邏輯電路教學(xué)改革與探索[J]. 計算機教育,2008(16):59-60.
[3] 黃杰勇,鄧春健. 數(shù)字邏輯電路與語言相結(jié)合的教學(xué)方法探索[J]. 現(xiàn)代計算機,2008(11):56-58.
[4] 鄧元慶,關(guān)宇,賈鵬. 數(shù)字設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2006.
[5] 湯永華,李曉游,孫洪林,等. 基于EDA技術(shù)的數(shù)電課程設(shè)計新模式的探索與實踐[J]. 實驗室技術(shù)與管理,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)
《數(shù)字電子技術(shù)》課程是高職院校電子信息類專業(yè)的一門核心的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容承上啟下，《數(shù)字電子技術(shù)》之前所開課程是《電路分析》和《模擬電子技術(shù)》，后續(xù)課程是《單片機應(yīng)用》和《傳感器技術(shù)》等專業(yè)核心課程。本文試圖通過幾個典型的數(shù)字電路設(shè)計與制作項目，對《數(shù)字電子技術(shù)》課程的核心知識點進行有機整合，對教學(xué)進行綜合化的項目化教學(xué)改革。努力培養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。同時教師也要不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，增強自己的項目課程引導(dǎo)能力。通過項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能；應(yīng)能用所學(xué)知識對數(shù)字電路進行安裝、測試和調(diào)試；還能利用所學(xué)知識對電路進行正確分析，并能解決相應(yīng)電路問題，具備一定的綜合分析及設(shè)計能力。
1 《數(shù)字電子技術(shù)》項目化教學(xué)課程設(shè)計
在《數(shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)中，我以項目中的實際電子產(chǎn)品為中心，始終圍繞項目任務(wù)進行數(shù)電課程的項目化教學(xué)工作。引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、整合應(yīng)該掌握的所有數(shù)電知識點并進行相關(guān)實踐。通過項目化教學(xué)的手段要努力的把理論教學(xué)和實踐教學(xué)有力的統(tǒng)一且融合起來，真正把職業(yè)教育中的能力和素質(zhì)教育落到實處。在教學(xué)的過程中，要注意利用學(xué)生課內(nèi)和課外兩條主線，相當(dāng)多的東西是學(xué)生獨立在課外時間完成，正常上課時間老師要起到引導(dǎo)和答疑的作用。
根據(jù)上述課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，我把《數(shù)字電子技術(shù)》整合成以下五個項目進行項目化教學(xué)。其中，項目四――數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作，是綜合性貫穿項目。
項目一：3人表決器的設(shè)計與制作。
通過設(shè)計一個3人表決器，掌握數(shù)字邏輯與門電路的相關(guān)知識，初步掌握組合邏輯電路的設(shè)計方法。通過制作提高具體門電路集成器件的選擇與使用功能。
項目任務(wù)如下：任務(wù)一：數(shù)字邏輯認(rèn)識；任務(wù)二：表示與使用邏輯；任務(wù)三：3人表決器的設(shè)計與制作；任務(wù)四：3人表決器的仿真
項目二：一位十進制加法計算器的邏輯電路設(shè)計與制作。
通過設(shè)計一個十進制加法器，掌握編碼器、譯碼器、LED顯示器、加法器等數(shù)字電路常用組合邏輯功能部件的相關(guān)知識，掌握使用集成電路設(shè)計數(shù)字電路的方法。
項目任務(wù)如下：任務(wù)一：BCD編碼器的邏輯電路設(shè)計與制作；任務(wù)二：譯碼器的邏輯電路設(shè)計與制作；任務(wù)三：一位十進制加法器的邏輯電路的設(shè)計和制作；任務(wù)四：七段數(shù)碼管顯示電路仿真；任務(wù)五：全加器的仿真
項目三：高溫報警電路的設(shè)計與制作。
通過設(shè)計一個高溫報警電路，掌握三極管的基本應(yīng)用、74LS147、74LS04和4511等集成電路的綜合應(yīng)用，進一步提高學(xué)生中規(guī)模集成電路的選擇與運用能力。
項目任務(wù)如下：任務(wù)一：三極管熱控電路的設(shè)計與制作；任務(wù)二：編碼電路的設(shè)計與制作；任務(wù)三：譯碼顯示電路的設(shè)計與制作。
項目四：數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作。
通過設(shè)計一個能顯示時、分、秒的數(shù)字電子鐘，掌握數(shù)字信號產(chǎn)生電路、觸發(fā)器、計數(shù)器的相關(guān)知識，深化門電路的知識及運用能力。通過這一綜合性較強的訓(xùn)練提高時序邏輯電路的設(shè)計能力，提高數(shù)字電子產(chǎn)品的制作、檢測、調(diào)試能力。通過這一項目中的技術(shù)文檔及產(chǎn)品使用、說明書的編寫任務(wù)及產(chǎn)品展示活動提高實際工作崗位的適應(yīng)能力。
項目任務(wù)如下：任務(wù)一：555振蕩器的制作與測試；任務(wù)二：CD4060構(gòu)成產(chǎn)生秒信號產(chǎn)生電路的制作與調(diào)試；任務(wù)三：校時電路的設(shè)計與制作；任務(wù)四：秒信號電路的制作和調(diào)試；任務(wù)五：分信號、小時信號產(chǎn)生電路的設(shè)計與制作；任務(wù)六：數(shù)字電子鐘的整機聯(lián)調(diào)；任務(wù)七：數(shù)字電子鐘的PCB制作；任務(wù)八：電子設(shè)計文檔與展示活動
項目五：A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與制作。
通過設(shè)計仿真A/D轉(zhuǎn)換器，掌握數(shù)、模量的互相轉(zhuǎn)換相關(guān)知識，為學(xué)習(xí)單片機技術(shù)、檢測技術(shù)等打下良好基礎(chǔ)。
項目任務(wù)如下：任務(wù)一：D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計與制作；任務(wù)二：A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與制作；任務(wù)三：D/A與A/D轉(zhuǎn)換器仿真電路。
2 結(jié)語
高中人教版新課改物理教材選修3-1中編入了“簡單的邏輯電路”一節(jié)，目的是接軌數(shù)字化現(xiàn)代生活，讓學(xué)生感受到物理知識與生活的息息相關(guān)，從而培養(yǎng)他們對物理知識的親近感，是現(xiàn)代化氣息很濃的一節(jié)教學(xué)內(nèi)容.
課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的要求是讓學(xué)生初步了解邏輯電路的基本原理以及它在自動控制中的應(yīng)用，從中可以看出，本節(jié)在高考中的要求較低，屬于認(rèn)識和了解的Ⅰ類要求.不過筆者認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，本節(jié)或會成為將來高考中一個重要內(nèi)容，并且是對學(xué)生實踐能力的一個非常好的檢驗標(biāo)準(zhǔn).
2設(shè)計理念
本節(jié)主要介紹邏輯電路中的“與”門、“或”門、“非”門等基本電路，對中學(xué)生來說比較抽象，不易理解，因為學(xué)生目前的認(rèn)知水平是建立在直流電路的基礎(chǔ)上，因此，我在教學(xué)過程中，要求學(xué)生像課本上介紹的那樣，將它們與能夠?qū)崿F(xiàn)類似邏輯功能的直流電路相類比，這樣解決問題就會容易多了，并可以幫助學(xué)生初步具備解決相關(guān)問題的能力.
3使用建議
本節(jié)非高考熱點，在山東省考試中沒有出現(xiàn)過類似題目，但是目前趨勢山東卷要逐漸向全國卷靠攏，建議本節(jié)還是要認(rèn)真講解，因為門電路在生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為某些大城市的熱點考題，例如上海高考，相信在以后的高考中，山東也會逐漸重視此方面的教學(xué).建議使用多媒體教學(xué)，多創(chuàng)設(shè)情境，希望各位同仁賜教.
4教學(xué)目標(biāo)
知識與技能
（1）知道三種門電路的邏輯關(guān)系、符號及真值表；
（2）會用真值表表示一些簡單的邏輯關(guān)系；
（3）會分析、設(shè)計一些簡單的邏輯電路.
過程與方法
（1）通過實例與實驗，理解“與”、“或”、“非”邏輯電路中結(jié)果與條件的邏輯關(guān)系；
（2）通過簡單的邏輯電路設(shè)計，體會邏輯電路在生活中的意義.
情感態(tài)度價值觀
（1）感受數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)代生活的巨大改變.
（2）體驗物理知識與實踐的緊密聯(lián)系； [HJ0.9mm]
（3）學(xué)生在自主探究、交流合作中獲得知識，體會學(xué)習(xí)的快樂.
教學(xué)重點：本節(jié)的教學(xué)重點應(yīng)放在“與”門的教學(xué)上，因為“與”門的邏輯關(guān)系，真值表，工作原理理解了，“或”門與“非”門就容易掌握了，可以增加學(xué)生的自主探究性學(xué)習(xí).
教學(xué)難點：本節(jié)教學(xué)難點是邏輯關(guān)系的認(rèn)識以及應(yīng)用.
教學(xué)方法類比法講授法師生互動
信息化資源多媒體輔助教學(xué)PPT投影儀
5教學(xué)過程
【新課引入】
【情景設(shè)疑】
教師： 我們知道從前年開始棗莊廣電局就開始大力推廣數(shù)字電視，那什么是數(shù)字電視呢？那我們以前看的電視叫什么電視呢？[HJ1mm]
【關(guān)鍵詞】醫(yī)用x光機 控制單元 設(shè)計
醫(yī)學(xué)醫(yī)用X光機是醫(yī)療的先進設(shè)備，其中的控制單元為了便于進行臨床診斷，需要負(fù)責(zé)在設(shè)備的設(shè)計中對X射線圖像進行處理和分析，通過X射線圖像獲得準(zhǔn)確的信息，是提高診斷技術(shù)水平的關(guān)鍵。醫(yī)用X光機的組成部分包括電氣部分和機械部分，其中電氣部分主要由X線成像單元、圖像處理和控制單元、存儲單元及圖像顯示單元組成。X光機圖像處理是一款高性能、高密度的FPGA 芯片，它支持Nios1I嵌入式處理器，F(xiàn)PGA和 NiosⅡ處理器的結(jié)合進一步完善了處理器、外設(shè)、存儲器和I/O接口的組合，使設(shè)計難度大大降低，提高了設(shè)計靈活度。目前，如何從X射線圖像獲得更多的信息，已經(jīng)成為提高醫(yī)療設(shè)備診斷技術(shù)水平的一個新方向，也是醫(yī)學(xué)界研究與應(yīng)用的熱點。
一、X光機控制單元設(shè)計內(nèi)容
醫(yī)用X光機的中心部分是醫(yī)用設(shè)備的控制單元，它主要處理X線成像單元輸出的12bit、lkxlk、30幀/秒的數(shù)字視頻信號，設(shè)計的兩個主要模塊是圖像處理模塊和系統(tǒng)控制模塊，主要通過這兩個模塊來完成高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)視頻圖像信息。
圖像處理模塊： 主要負(fù)責(zé)輸入的數(shù)字圖像的處理，包括圓消隱、陰影校正、遞歸濾波、自動增益控制AGC、邊緣增強、直方圖均衡、Gamma校正、圖像反轉(zhuǎn)等算法，圖像處理模塊是圖像處理和控制模塊的核心。
系統(tǒng)控制模塊： 為了實現(xiàn)圖像處理和控制單元和設(shè)備的X 線成像單元，改善控制圖像的主要功能，簡要處理模塊的操作模式，實現(xiàn)了存儲單元和顯示單元的聯(lián)用，以及PC機和狀態(tài)顯示燈等部分的連接和參數(shù)的傳遞，確保CPU對外部接口和存儲器等部分進行合理的控制。
二、X光機控制的設(shè)計方案
（一）設(shè)計原理。多種圖像處理算法的流程，采用C語言確保 NiosIICPU對外部DDRSDRAM的讀寫操作功能的順利進行，使用VHDL語言達到了易于操作的算法，并在QuartusII軟件工具中進行編譯、綜合和仿真，實現(xiàn)了圖像處理模塊。在NiosII開發(fā)板進行上下載和調(diào)試，對FPGA的硬件設(shè)計程序和軟件設(shè)計程序進行調(diào)整。
（二）設(shè)計方案
1.數(shù)字系統(tǒng)硬件的設(shè)計方法
一直以來，人們習(xí)慣性采用傳統(tǒng)的硬件設(shè)計方法來完成系統(tǒng)硬件的設(shè)計。設(shè)計方法是自下至上的具體操作步驟，從系統(tǒng)對硬件的要求來看，技術(shù)規(guī)格書和系統(tǒng)控制圖的設(shè)計都要首先完成系統(tǒng)控制流圖的簡單描畫；然后對系統(tǒng)重要的部分劃分功能模塊；接著就是進行各功能模塊電路設(shè)計，最后完成整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計。而目前的設(shè)計是采用邏輯電路設(shè)計方法，對元器件各獨立功能模塊設(shè)計需要從選擇具體元器件開始。采用通用的邏輯元器件來構(gòu)成所需要的邏輯電路，從而完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計。隨著微處理器的出現(xiàn)，許多系統(tǒng)的硬件功能可以由軟件功能來實現(xiàn)，但這種選擇構(gòu)成系統(tǒng)的通用的元器件中的硬件電路的方法并未得到根本性改變。后期進行的仿真和調(diào)試應(yīng)該在系統(tǒng)硬件設(shè)計的. 系統(tǒng)仿真器、邏輯分析儀和示波器等是仿真和調(diào)試的儀器，對系統(tǒng)設(shè)計時存在的問題會及時發(fā)現(xiàn)。通過傳統(tǒng)的硬件設(shè)計方法對系統(tǒng)進行設(shè)計，并完成調(diào)試，最終實現(xiàn)硬件設(shè)計。
2.嵌入式處理器硬件電路設(shè)計方法
利用硬件描述語言的硬件電路設(shè)計方法。利用VHDL語言設(shè)計系統(tǒng)硬件的方法，采用TopDown的設(shè)計方法，這種方法是逐步將設(shè)計內(nèi)容細(xì)化，最后完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計。
（1）設(shè)計優(yōu)點
利用VHDL語言設(shè)計硬件電路的優(yōu)點：這種設(shè)計具有可靠性，具有重復(fù)定義的邏輯功能。因此，現(xiàn)場可編程門陣列使數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計，縮短了系統(tǒng)研制的周期和數(shù)字電路系統(tǒng)的體積和所用芯片的種類。而且設(shè)計文件適合于組合等邏輯電路應(yīng)用場合。設(shè)計技術(shù)齊全、方法靈活、支持廣泛 VHDL語言可以支持自上至下的設(shè)計方法， VHDL語言標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，易于共享和復(fù)用。
（2）設(shè)計方案，首先是行為描述，其次是Register TransferLevel的描述
最后是邏輯綜合。此后，將網(wǎng)絡(luò)表轉(zhuǎn)換成 FPGA的編程碼點，利用FPGA完成硬件電路設(shè)計。接下來要進行行為層次仿真、RTL層次仿真和門級層次仿真，目的是便于早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，降低了硬件電路設(shè)計的難度。
3.采用FPGA設(shè)計ASIC電路設(shè)計。
（1）優(yōu)點
FPGA具有設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的優(yōu)點，設(shè)計人員只通過相關(guān)的軟硬件環(huán)境就可以實現(xiàn)最終功能設(shè)計。不需要設(shè)計人員承擔(dān)投片風(fēng)險和費用，主要功能就是更換不同的軟件FPGA的平均性能，使得醫(yī)療設(shè)備的邏輯容量大幅度提高。
（2）設(shè)計方案，具體方案
數(shù)字信號處理（DSP）塊可以提供專用乘法器、加法器、減法器、累加器和求和單元，每個DSP塊能支持不同的乘法器。能與用戶邏輯相結(jié)合，編程至AlteraFPGA中。NiosII處理器具有可變時鐘周期操作的定制指令。設(shè)計中應(yīng)針對不同的性能范圍和系統(tǒng)成本選擇合適的內(nèi)核，針對最少邏輯占用說明 ，優(yōu)化平衡性能和尺寸進行優(yōu)化流水線的嵌入式設(shè)計。NiosII處理器的接口它可以用VerilogHDL和VHDL源代碼方式交付使用，參照設(shè)備接口設(shè)各接口說明，把用戶邏輯模塊連接至USOPCBuilder生成的系統(tǒng)中。DMA控制器與存儲器進行批量數(shù)據(jù)交換，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。 用戶通過用戶邏輯接口，創(chuàng)建自己的設(shè)備，并通向?qū)Ь€傳送到Nios II處理器系統(tǒng)中。用戶還可以通過反復(fù)設(shè)計，輕松得出優(yōu)化系統(tǒng)的最好方式。注意事項：1SOPCBuilder系統(tǒng)要選擇合適的CPU和器件，并采用HDL設(shè)計文件進行，將配置文件下載到開發(fā)板上。系統(tǒng)軟件所需的具體軟件要編寫?yīng)毩⒂谄骷腃/c++程序；SOPC技術(shù)是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)。具有靈活的設(shè)計方式，豐富足夠的片上可編程邏輯資源。
1課程設(shè)計的原則
題目的選取既要符合教學(xué)大綱的要求，能充分體現(xiàn)本課程所學(xué)的主要內(nèi)容，使學(xué)生在設(shè)計過程中能綜合應(yīng)用所學(xué)的知識，發(fā)揮基本技能，又要盡可能反映科學(xué)技術(shù)的先進水平，并且具有一定的實用性。就電子技術(shù)課程中有關(guān)數(shù)字邏輯方面的選題示例如下：①簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計；②波形發(fā)生器；③數(shù)字溫控儀；④搶答器電路設(shè)計；⑤音樂彩燈控制器；⑥邏輯電路控制的公共汽車語音報站器。以上選題，除注意使學(xué)生的理論知識，技能技巧得以鞏固加深，綜合和發(fā)展外，還考慮了設(shè)計的難易程度，工作量大小，元器件造價的高低等等因素。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路越來越普及，專用集成電路大量涌現(xiàn)，各種新的電子器件不斷問世，給課程設(shè)計帶來了勃勃的生機，不僅大大減少了單元電路設(shè)計的工作量，也會把課程設(shè)計的質(zhì)量推上新的水平。各種各樣的集成一體化電源的出現(xiàn)，使設(shè)計人員減免了電源電路設(shè)計計算，器件組裝、電路調(diào)試諸項工作，只是適當(dāng)選型即可。數(shù)字顯示部件中的五合一電路CL413和LCL331等新產(chǎn)品，將計數(shù)、鎖存、譯碼、驅(qū)動、顯示五種功能集于一體，也大大減少計者的工作量，并且這些新產(chǎn)品具有功耗低，高可靠性、壽命長等優(yōu)點，會大幅度提高設(shè)計電路的性能指標(biāo)。在設(shè)計中新產(chǎn)品新技術(shù)的應(yīng)用會大大縮短設(shè)計周期。所以，設(shè)計內(nèi)容也要不斷更新，難度、工作量、成本核算也要作相應(yīng)變更，與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步調(diào)一致。
簡言之，設(shè)計選題的原則是，從生產(chǎn)和科研需要出發(fā)，選擇既能全面考核學(xué)生掌握本課程所學(xué)知識的程度，能夠使學(xué)生加深并拓寬綜合理論知識，又利于鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力的課題，同時還要考慮學(xué)校的課程設(shè)計資金情況和教學(xué)安排的時間。有些學(xué)生在電子技術(shù)方面起步較早，對實際電子電路比較熟悉，可鼓勵他們自選課題，由指導(dǎo)老師按教學(xué)要求進行審定后實施。
2保證課程設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵是充分發(fā)揮學(xué)生主體性
首先要明確課程設(shè)計的重要性。在指導(dǎo)課程設(shè)計的動員會上，筆者就向大家講明，我院工業(yè)電氣自動化專業(yè)，只設(shè)置了“電子技術(shù)課程設(shè)計”，這是學(xué)生在校期間進行的唯一由自己設(shè)計、實施、完成實際電路的實戰(zhàn)訓(xùn)練；大家應(yīng)該十分珍視這一理論用于實踐、指導(dǎo)實踐的極好機會；成功的課程設(shè)計，對學(xué)生一生工作都具有十分重要的指導(dǎo)意義。
其次，在向?qū)W生下達設(shè)計任務(wù)書的同時，要強調(diào)課題在生產(chǎn)實踐中的實用性，并結(jié)合任務(wù)書中列出的技術(shù)參數(shù)與目前生產(chǎn)現(xiàn)場使用的儀器設(shè)備進行比較，指出設(shè)計課題的先進性和科學(xué)性。最后，要鼓勵學(xué)生認(rèn)識自己的價值，肯定自己的能力，樹立做好課程設(shè)計的信心。例如，揭示學(xué)生某些電路在實驗課中已經(jīng)做過，并且做得不錯；提示學(xué)生某些設(shè)計在習(xí)題課上或作業(yè)中已進行過單元電路參數(shù)的計算，邏輯電路的連接：使學(xué)生有一種似曾相識的感覺。
3全面地評價學(xué)生的課程設(shè)計質(zhì)量
電子課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的高低，筆者認(rèn)為應(yīng)該從更多的方面來評價：不僅要使學(xué)生加深對理論知識的理解掌握，培養(yǎng)和提高實踐技能技巧，做出符合實際要求的電子電路，在一定程度上掌握電子電路設(shè)計的一般方法；而且要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，與生產(chǎn)勞動相結(jié)合的務(wù)實精神，樹立對社會對使用者負(fù)責(zé)的態(tài)度以及利國利民的經(jīng)濟觀點；還要注意培養(yǎng)學(xué)生初步具備組織設(shè)計的能力，認(rèn)識自己，肯定自己，發(fā)展自己的意向；為使學(xué)生成為一名德才兼?zhèn)涞母呒壒こ碳夹g(shù)人才打下良好的基礎(chǔ)。
作者：陳燕單位：張家港職業(yè)教育中心校
1 EDA教學(xué)的重要性
EDA是以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發(fā)平臺，以硬件描述語言HDL為設(shè)計語言，以大規(guī)模可編程器件FPGA/CPLD為載體，以ASIC/SOC芯片為目標(biāo)器件，以電子系統(tǒng)設(shè)計為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動化設(shè)計新技術(shù)。隨著集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電路設(shè)計的要求。而EDA技術(shù)在面對當(dāng)今電子產(chǎn)品生命周期縮短、集成度高、需要及時融入新技術(shù)表現(xiàn)出了很好的適應(yīng)性。因此，EDA技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今電子設(shè)計的新手段，代表了電子設(shè)計的新潮流。 據(jù)了解，在很多西方國家，EDA技術(shù)已經(jīng)融入教學(xué)并且占有重要地位。不管從科技發(fā)展還是從培養(yǎng)人才的角度，還是為了我國電子行業(yè)能與國際上形成更有力的競爭，我們都應(yīng)該引進和學(xué)習(xí)新的EDA技術(shù)，培養(yǎng)更多這方面專業(yè)素質(zhì)的人才適應(yīng)競爭的需要。因此，我們應(yīng)該在高校開設(shè)EDA課程，而且應(yīng)該在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段上狠下一番功夫，深入電子類專業(yè)課程體系，做出一番深入的探索。
2 本校EDA教學(xué)的實施
從2007年開始，我校在電子類兩個專業(yè)開設(shè)了《EDA技術(shù)》這門專業(yè)課，開始了EDA教學(xué)嘗試。由于我們是職業(yè)院校，給學(xué)生定下的培養(yǎng)目標(biāo)是：具有看懂或組建EDA電子系統(tǒng)的初步能力；具有利用EDA及其VHDL語言設(shè)計電子系統(tǒng)的初步能力。
在教學(xué)內(nèi)容的安排上，我們將其劃分為六個單元。第一單元我們講述EDA技術(shù)基本概況、CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu)及原理；第二單元介紹EDA的設(shè)計工具軟件Quartus II以及原理圖設(shè)計方法；第三單元講述VHDL語言以及簡單邏輯電路的設(shè)計；第四單元講述組合邏輯電路系統(tǒng)設(shè)計；第五單元講述時序邏輯電路系統(tǒng)設(shè)計；第六單元為有限狀態(tài)機設(shè)計。在整個課程過程中，我們把重點放在了“如何去設(shè)計一個邏輯電路，怎樣去設(shè)計，以及如何將設(shè)計好的電路通過CPLD/FPGA器件來實現(xiàn)”上，希望通過學(xué)生了解一種器件，掌握一門語言，熟悉一種設(shè)計工具。
本課程屬于實踐性很強的課程，為了實踐環(huán)節(jié)的順利實施。在學(xué)校及分院領(lǐng)導(dǎo)的重視下，我們配置了EDA實訓(xùn)室。該實訓(xùn)室共50臺學(xué)生機以及1臺教師機，并配備投影儀及實物展臺。同時我們將課程開設(shè)在實訓(xùn)室，通過教師一邊講解，學(xué)生一邊練習(xí)的理實一體的授課模式，讓學(xué)生增強動手能力。
經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，我們培養(yǎng)了一些不錯的EDA人才。與此同時，考慮到EDA課程的重要性，我們將其開設(shè)到微電子專業(yè)，同時將編程語言更改為更接近于高級設(shè)計語言的Verilog HDL，并將實驗設(shè)備主要器件從早期的CPLD更新為FPGA，滿足EDA技術(shù)發(fā)展的需求。
3 EDA教學(xué)改革
EDA技術(shù)作為一門獨立的課程教學(xué)在高校中已經(jīng)存在了好多年。在所有的電子類專業(yè)中，我們都需要開設(shè)數(shù)字電子技術(shù)這門專業(yè)基礎(chǔ)課，它的理論性以及工程實踐性很強。在職業(yè)院校里，它的任務(wù)是為培養(yǎng)應(yīng)用型高技能人才提供必要的基礎(chǔ)理論和實驗技能。在數(shù)字電子技術(shù)課程實施過程中，我們通常會安排若干個實驗項目，有時會利用仿真軟件multisim做模擬，有時會直接利用實驗箱。在利用實驗箱進行實驗的過程中，存在接觸點不穩(wěn)定、損耗大、實驗功能單一等等諸多的缺點。而且由于元器件不斷重復(fù)使用，加上連線的可靠性變差，容易產(chǎn)生接觸不良等諸多問題。我們可以嘗試將EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)融合而成一門專業(yè)課，在講授數(shù)字電路的同時，通過EDA技術(shù)，讓學(xué)生掌握設(shè)計以及實現(xiàn)的方法。將EDA引入數(shù)字電路是現(xiàn)代教育發(fā)展的趨勢。通過計算機輔助軟件來進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和模擬仿真，這種實現(xiàn)方法易于修改、易于實現(xiàn)并且安全，同時排除了學(xué)生對設(shè)備安全的擔(dān)憂。利用EDA工具，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)的過程中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，做不同的嘗試，大大激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞：學(xué)分制；“數(shù)字電子技術(shù)”；項目式；教學(xué)研究
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0194-04
一、引言
內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)積極推動本科教學(xué)，提出本科生的完全學(xué)分制教育，將“數(shù)字電子技術(shù)”課程的學(xué)時壓縮至54學(xué)時，留出更多的時間讓學(xué)生來主動學(xué)習(xí)和增強動手能力。筆者試圖在“數(shù)字電子技術(shù)”課程的基礎(chǔ)教學(xué)中增加一個項目式教學(xué)環(huán)節(jié)，它使學(xué)生自己通過設(shè)計和搭建一個實用電子產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的理論基礎(chǔ)和實驗中的基本技能，訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時的動手能力。這需要研究出適合學(xué)生動手實踐的項目，學(xué)生根據(jù)項目要求設(shè)計出符合要求的電路，從而掌握數(shù)字電路的一般設(shè)計方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時為畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)[1]。
二、項目式教學(xué)的目的
通過數(shù)字電子技術(shù)項目式教學(xué)，使學(xué)生能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)[2]。培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立準(zhǔn)備資料、獨立設(shè)計規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力，培養(yǎng)學(xué)生書寫綜合設(shè)計實驗報告的能力[3]。
三、項目式教學(xué)的步驟
學(xué)生根據(jù)設(shè)計教師步驟的項目任務(wù)，從選擇設(shè)計方案開始，進行電路設(shè)計[4]；選擇合適的器件，畫出設(shè)計電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能，對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗收合格后，寫出完整的課程設(shè)計報告[5]。
1.總體方案選擇。設(shè)計電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體，來實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)提出的各項要求和技術(shù)指標(biāo)[6]。設(shè)計過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點，從中選優(yōu)。
2.單元電路的設(shè)計。（1）設(shè)計單元電路的一般方法和步驟：①根據(jù)設(shè)計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設(shè)計要求，必要時應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。②擬定出各單元電路的要求后，對它們進行設(shè)計。③單元電路設(shè)計應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。（2）元器件的選擇。針對數(shù)字電路的課程設(shè)計，在搭建單元電路時，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時鐘電路選555，轉(zhuǎn)換電路選0809，譯碼及顯示驅(qū)動電路也都相對固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號。一個電路設(shè)計，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集成塊，因此還需熟悉相應(yīng)內(nèi)容，比如運算放大器的種類和基本用法、集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法。總之，構(gòu)建單元電路時，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計成本。
單元電路設(shè)計過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計可以使其功能多樣化、完整化。
3.單元電路調(diào)整與連調(diào)。數(shù)字電路設(shè)計以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，有條件的情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動電流匹配。它也是整個設(shè)計成功的關(guān)鍵一步。
4.衡量設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。工作穩(wěn)定可靠；能達到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚浑娐泛唵危杀镜停牡停黄骷?shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護。
5.課程設(shè)計報告要求。課程設(shè)計報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：對設(shè)計課題進行簡要闡述；設(shè)計任務(wù)及其具體要求；總體設(shè)計方案方框圖及各部分電路設(shè)計（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設(shè)計原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）；整機電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱、元件編號等）；器件清單；調(diào)試結(jié)果記錄；課程設(shè)計報告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)翔實。
四、項目式教學(xué)實例
1.實例簡述。為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動控制的交通信號燈來進行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。交通燈控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2.設(shè)計任務(wù)和要求。設(shè)計一個十字路通信號燈控制器，其要求如下。
（1）滿足如圖2的順序工作流程。圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。
（2）應(yīng)滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖3所示，假設(shè)每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮的時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。
（3）十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。
（4）可以手動調(diào)整和自動控制，夜間為黃燈閃耀。
（5）在完成上述任務(wù)后，可以對電路進行以下幾方面的電路改進或擴展。①在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道，主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時間可以選定為次干道綠燈亮的時間的2倍或3倍。②用LED發(fā)光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。
3.可選用器材。①通用實驗底板；②直流穩(wěn)壓電源；③交通信號燈及汽車模擬裝置；④集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路；⑤顯示：LC5011-11，發(fā)光二極管；⑥電阻；⑦開關(guān)。
4.設(shè)計方案提示。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路，設(shè)計方案可以從以下幾部分進行考慮。
（1）秒脈沖和分頻器。因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5∶1∶6，所以，若選4秒（也可以3秒）為一個單位時間，則計數(shù)器每計4秒輸出一個脈沖，這一電路就很容易實現(xiàn)。邏輯電路參考前面有關(guān)課題。
（2）交通燈控制器。計數(shù)器每次工作循環(huán)周期為12，所以可以選用12進制計數(shù)器。計數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進制計數(shù)器。扭環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)表如表1所示。
由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時標(biāo)1s和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。
（3）顯示控制部分。顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計數(shù)器，如74LS168、74LS193等。
（4）手動/自動控制、夜間控制。這可以用一個選擇開關(guān)進行。置開關(guān)在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某一位置上，開關(guān)在自動位置時，則交通信號燈按自動循環(huán)工作方式運行。夜間時，將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。
（5）汽車模擬運行控制。用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“G”信號使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如圖4所示，為南北方向汽車模擬控制電路。
五、結(jié)語
項目教學(xué)法主張先練后講、先學(xué)后教，強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主動參與，從嘗試入手，從練習(xí)開始，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性、積極性等，學(xué)生唱“主角”，而教師轉(zhuǎn)為“配角”，實現(xiàn)了教師角色的換位，有利于加強對學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。筆者就多個方面對項目教學(xué)法進行了嘗試性的研究與實踐，也取得了非常好的效果。
參考文獻：
[1]馬英，陳朝輝.《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)方法改革與實踐[J].科技信息，2009，（29）：227-228.
[2]謝劍斌，李沛秦，閆瑋，劉通，丁文霞.在“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，（06）：5-6，9.
[3]陳柳，戴璐平.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革研究與探索[J].中國電力教育，2013，（02）：96-97.
[4]張學(xué)成.數(shù)字電子技術(shù)實驗改革與創(chuàng)新[J].實驗室研究與探索，2011，（08）：285-288.
[5]李江昊，常丹華，張寶榮，黃震，郭璇，劉雪強.“卓越工程師計劃”試點班課堂教學(xué)改革與實踐――以數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)為例[J].教學(xué)研究，2012，（01）：46-49，64.
[6]鄭潔.“數(shù)字電子技術(shù)”課程實施研究性教學(xué)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，（06）：94-96.
（西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安710121）
摘要：為了高效地利用Verilog HDL語言中always行為建模語句設(shè)計集成電路，采用比較和舉例論證的方法，總結(jié)出always語句中事件控制敏感信號對設(shè)計仿真的影響。always語句中敏感信號分為時鐘邊沿信號和電平信號，對于敏感信號為時鐘邊沿信號，仿真結(jié)果直觀簡單；但是對于敏感信號為電平信號，敏感信號必須是所有的輸入和判斷語句的信號，否則仿真結(jié)果不確定。
關(guān)鍵詞 ：Verilog HDL；always語句；敏感信號；時鐘邊沿信號；時鐘電平信號
中圖分類號：TN911.6?34；TP312 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）15?0032?03
收稿日期：2015?02?26
基金項目：陜西省教育廳專項科研基金（2013JK0626）；西安郵電大學(xué)青年教師科研基金資助項目（101?1215；101?0473）
0 引言
硬件描述語言（Hardware Description Language，HDL）是一種用形式化方法來描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言。Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的兩種硬件描述語言，都是在20世紀(jì)80年代中期開發(fā)出來的，兩種HDL 均為IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。但是Veriolg 語言的很多規(guī)定與C語言相似，代碼簡單，有大量支持仿真的語句與可綜合語句，對于初學(xué)者設(shè)計簡單的數(shù)字系統(tǒng)，更容易學(xué)習(xí)和掌握[1]。所以，Verilog HDL語言在大規(guī)模集成電路和現(xiàn)場可編程門陣列設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用[2?4]。
在集成電路設(shè)計中，Verilog語言中的always語句經(jīng)常用來描述時序邏輯電路和組合電路。always語句是一種結(jié)構(gòu)化的過程語句，是行為級建模的基本語句，它的語句格式為：always@（敏感事件列表），敏感事件可以是時鐘邊沿信號也可以是電平信號，分別對應(yīng)時序邏輯電路和組合邏輯電路[5]。敏感事件列表中可以包含多個敏感事件，只要所列舉的任意一種情況發(fā)生，都將激活事件控制，各個敏感事件之間是“或”的關(guān)系；但不可以同時包括電平敏感事件和邊沿敏感事件，也不可以同時包括同一個信號的上升沿和下降沿，這兩個事件可以合并為一個電平敏感事件。而且，按照語法要求，在always塊中只能給寄存器變量賦值。
在實際應(yīng)用中，敏感信號為時鐘邊沿信號，仿真綜合結(jié)果一般正確。但是當(dāng)敏感信號為電平信號時，情況就會變得復(fù)雜，仿真綜合結(jié)果會變得不確定。文獻[6]對always敏感信號與仿真結(jié)果的這種不確定性問題也進行了肯定，但是并沒有進一步的分析。本文對always語句中的事件控制敏感信號出現(xiàn)的各種情況進行對比探討，發(fā)掘always語句中敏感信號分別為時鐘邊沿信號和電平信號的差異，并通過仿真圖形去驗證。
1 敏感信號為時鐘邊沿信號
Always語句中的敏感信號如果為時鐘邊沿敏感事件，一般用來表示時序邏輯電路，時序邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，或者說，還與之前的輸入有關(guān)。從電路行為上講，不管輸入如何變化，僅當(dāng)時鐘的沿（上升沿或下降沿）到達時，才有可能使輸出發(fā)生變化[7]。這里以經(jīng)常用到的D觸發(fā)器為例，其仿真圖如圖1所示。
上面所述的D 觸發(fā)器，賦值語句為q<=a|b，等式右端為wire型變量。再舉個多敏感信號的時序邏輯電路的例子，比如帶有清零端的16 分頻，其仿真圖如圖2所示。
只要在always塊的敏感信號表中定義有效的時鐘沿，敏感詞的作用立竿見影，然后使用過程賦值語句對信號賦值，就可以實現(xiàn)時序邏輯電路。
2 敏感信號為電平信號
always語句中的敏感信號如果為電平敏感事件，一般用來表示組合邏輯電路，組合邏輯電路的特點是輸出信號只是當(dāng)前時刻輸入信號的函數(shù)，與其他時刻的輸入狀態(tài)無關(guān)，無存儲電路。從電路行為上看，其特征就是輸出信號的變化僅僅與輸入信號的電平有關(guān)，不涉及對信號跳變沿的處理[8]。always電平敏感信號列表，必須將所有的輸入信號和條件判斷信號都列在信號列表中。有時不完整的信號列表會造成不同的仿真和綜合結(jié)果，因此需要保證敏感信號的完備性。在實際的PLD 器件開發(fā)中，EDA 工具都會默認(rèn)將所有的輸入信號和條件判斷語句作為觸發(fā)信號，增減敏感信號列表中的信號不會對最終的執(zhí)行結(jié)果產(chǎn)生影響，因此如果期望在設(shè)計中通過修改敏感信號來得到不同的邏輯，是不能實現(xiàn)的，這也是經(jīng)常犯錯的地方，這是因為仿真器在工作時不會自動補充敏感信號表。如果缺少信號，則無法觸發(fā)和該信號相關(guān)的仿真進程，也就得不到正確的仿真結(jié)果。這里以一個2?4譯碼器為例，其仿真圖如圖3所示。
如果想用一個敏感信號來控制邏輯變化，比如當(dāng)enable信號的電平發(fā)生變化時，再去譯碼，程序如下，仿真圖如圖4所示。
由圖4 可以看出，這并不是所需的結(jié)果，這就是前面所說的，系統(tǒng)自動將所有的輸入作為了敏感信號。
因此，在應(yīng)用always塊語句表述組合邏輯電路時，一定要注意敏感信號的完整性，要求觸發(fā)為所有內(nèi)部用到的信號，可以用always@（*），此時，綜合工具和仿真工具會自動將所有的敏感信號自動加入敏感信號列表。
前面已經(jīng)提到過always敏感信號不可以同時包括同一個信號的上升沿和下降沿，這兩個事件可以合并為一個電平敏感事件。在設(shè)計中，一些初學(xué)的設(shè)計者經(jīng)常在時鐘的上升沿和下降沿都進行計數(shù)器加1，以為這樣能實現(xiàn)倍頻，仿真結(jié)果如圖5所示。
從圖5中可以發(fā)現(xiàn)并沒有出現(xiàn)想要的結(jié)果，而是呈現(xiàn)出了高阻態(tài)。將直接加1運算改為直接的賦值語句，程序如下，仿真結(jié)果如圖6所示。
從圖6中可以看出，cnt8這個變量存儲的是最后一次賦值，這時當(dāng)always敏感信號為電平信號，系統(tǒng)默認(rèn)為組合邏輯電路，雖然將信號定義為reg 型，但只是為了滿足always 模塊中的信號必須定義為reg 型的語法要求，最終的實現(xiàn)結(jié)果中并沒有寄存器，在圖5中出現(xiàn)高阻態(tài)，因為cnt8=cnt8+1是計數(shù)器，是時序邏輯電路。
3 結(jié)論
本文對Verilog語言中always塊語句中的敏感信號進行了對比探討，得到如下結(jié)論：
（1）如果敏感信號是時鐘邊沿觸發(fā)信號，表示的是時序邏輯電路，而且在描述時序電路的always 塊中的reg型信號都會被綜合成寄存器，而且時序邏輯的敏感信號列表只需要加入所用的時鐘觸發(fā)沿即可。
（2）如果敏感信號是電平觸發(fā)信號，表示的是組合邏輯電路，這里一定要注意敏感信號的完整性，即所有的輸入和判斷語句的信號都要加為敏感信號，否則，得不到想要的設(shè)計結(jié)果。
（3）在組合邏輯電路描述中，將信號定義為reg型，只是為了滿足always模塊中的信號必須定義為reg 型的語法要求，最終實現(xiàn)結(jié)果中并沒有寄存器。
參考文獻
[1] PALNITTKAR S.Verilog HDL 數(shù)字設(shè)計與綜合[M].夏宇聞，胡燕祥，刁嵐松，譯.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[2] 孫繼榮，李志蜀，王莉，等.程序切片技術(shù)在軟件測試中的應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用研究，2007，24（5）：210?213.
[3] 寧佐林，邱智亮.PCI橋接IP Core 的Verilog HDL 實現(xiàn)[J].電子科技，2006，19（4）：43?46.
[4] 趙東，耿衛(wèi)東，吳春亞，等.用FPGA 實現(xiàn)OLED 灰度級顯示[J].光電子? 激光，2002，13（6）：554?558.
[5] 羅杰.Verilog HDL與數(shù)字ASIC設(shè)計基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008．
[6] PADMANABHAN T R，SUNDARI B B T. Design through Verilog HDL [M]. New York：John Wiley & Sons，2013.
[7] CILETTI M D. Advanced digital design with the Verilog HDL [M]. 2nd ed. Beijing：Electronic Industry Press，2010.
[關(guān)鍵詞]教學(xué)方法；學(xué)習(xí)方法；一體化教學(xué)；操作性；實用性
中圖分類號：G64
文獻標(biāo)識碼：A
文章編號：1006-0278（2013）08-236-01
經(jīng)過幾十年的探索與實踐，我國的中等職業(yè)教育已進入了一個新的發(fā)展時期，教育質(zhì)量不斷提高，辦學(xué)方向更加明確，改革思路日益清晰，學(xué)校布局日趨合理，事業(yè)規(guī)模迅速擴大，一個基本適應(yīng)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的中等職業(yè)教育新體系已初步形成。
一、當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)理論課程教學(xué)的現(xiàn)狀
當(dāng)前的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)中等教育和高等教育的不同，在傳統(tǒng)教育理念和教育模式的基礎(chǔ)上，增加了技能訓(xùn)練的元素，在教材的編寫上，實現(xiàn)了理論與實驗的統(tǒng)一，以清華大學(xué)出版社出版的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》劉美玲，2008.5版為例，此教材在每一章后，都增加了技能訓(xùn)練章節(jié)，充分說明了數(shù)字電子技術(shù)課程理論與實際的緊密結(jié)合，并向著一體化的方向發(fā)展。
二、數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)方法改革實現(xiàn)的方法和途徑
（一）教學(xué)方法改革實現(xiàn)的方法與實例
1 理論和實踐相結(jié)合
教學(xué)過程中注重理論與實踐相結(jié)合，以實踐作為檢驗學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)，并注意實際問題的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力。
例如數(shù)據(jù)選擇器的擴展應(yīng)用中，用4片8選1數(shù)據(jù)選擇器和1片2線-4線譯碼器構(gòu)成的32選1數(shù)據(jù)選擇器，當(dāng)A4A3=00時，由A2A1A0從D0-D7中選1路輸出，當(dāng)A4A3=01時，由A2A1A0從D8-D15中選1路輸出，當(dāng)A4A3=10時，由A2A1A0從D16-D23中選1路輸出，當(dāng)A4A3=11時，由A2A1A0從D24-D31中選1路輸出。本例的教學(xué)方法與單片機原理與應(yīng)用中，存儲器擴展的地址分配法類似，都是通過對現(xiàn)在芯片的功能和要擴展電路的使能端的綜合分析應(yīng)用來實現(xiàn)的，教學(xué)時應(yīng)注意問題分析方法的解決，及線路設(shè)計思想和線路設(shè)計步驟的統(tǒng)一，從芯片的有效性選擇入手，分析數(shù)據(jù)的選擇路徑，從而完成電路的設(shè)計，也是理論和實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力的體現(xiàn)。
2 啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)
從灌輸式方法轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、討論式、研究式的教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，積極利用多媒體、遠程網(wǎng)絡(luò)教育等現(xiàn)代化教學(xué)手段，改變以往黑板加粉筆的說教方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效益，讓學(xué)生變得更活更實。
例如在進行集成A/D轉(zhuǎn)換器章節(jié)的教學(xué)過程中，應(yīng)充分運用現(xiàn)代多媒體手段，以及網(wǎng)絡(luò)教育的手段，擴展學(xué)生的視野，常用典型集成A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0808/0809、ADC7705、ADC7714、ADC7888、ADC5320、ADC0824、TLC548/549、TLV5616、TLV5880等，在教學(xué)實際過程中，應(yīng)先找到對應(yīng)芯片，以及芯片在電子、機電一體化、通信等專業(yè)的應(yīng)用實例，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，具有事半功倍的效果。以某一塊芯片作為分析實例時，應(yīng)具體講解引腳定義及工作原理，在安排學(xué)生作業(yè)時，要求學(xué)生應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)等手段，找到ADC芯片實際應(yīng)用的例子，并作分析，從而提高學(xué)生獨立分析研究、檢索信息、解決實際問題的能力，是啟發(fā)式、研究式教學(xué)的典型應(yīng)用。
（二）學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變方法與實例
1 互動式學(xué)習(xí)方式
指在課堂教學(xué)中教師從主體轉(zhuǎn)為主導(dǎo)，進而創(chuàng)造出教學(xué)中師生平等、合作、和諧的課堂氛圍，使師生在知識、情感、思想、精神等方面的相互交融中，實現(xiàn)教學(xué)相長。
例如在時序邏輯電路的設(shè)計教學(xué)過程中，可通過步驟式教學(xué)方法，由教師提出設(shè)計思想的步驟，以學(xué)生為主體，緊緊抓住邏輯電路設(shè)計步驟，教師和學(xué)生在平等的基礎(chǔ)上共同完成教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)時序邏輯電路的設(shè)計步驟，分析每個步驟完成后要達到的結(jié)果，并為下一個步驟做好準(zhǔn)備，并以實際設(shè)計案例為教學(xué)規(guī)范，與學(xué)生共同進入到邏輯電路設(shè)計的規(guī)范步驟之中，將教師放到學(xué)生的思維方式上，共同完成互動式的教學(xué)過程。
2 適應(yīng)性學(xué)習(xí)方式
當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)境變化的情況下，通過主觀努力，克服心理上的不適感，積極變被動為主動，使自己的心態(tài)調(diào)整到能正常學(xué)習(xí)的一種心理活動。
例如數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)過程中常會出現(xiàn)學(xué)生不能主動學(xué)習(xí)的情況，心理上產(chǎn)生對知識應(yīng)用的不信任，在學(xué)習(xí)上產(chǎn)生被動的局面，此時教師應(yīng)以實例作為教學(xué)入口，深入講解實際生活中的邏輯思想和邏輯電路應(yīng)用，擴大知識面，以“從應(yīng)用到理論的反向邏輯思想”作為教學(xué)方法，讓學(xué)生適應(yīng)邏輯電路和學(xué)習(xí)方式，得到較好的教學(xué)效果。
一、課例簡介
（一）課例名稱
基本RS觸發(fā)器
（二）課例內(nèi)容
基本RS觸發(fā)器的概念及其應(yīng)用。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元，而基本RS觸發(fā)器又是各種類型觸發(fā)器的基本形式，因此它對整個章節(jié)的學(xué)習(xí)具有重要的意義。
二、學(xué)生特征
學(xué)生為電子技術(shù)專業(yè)一年級學(xué)生，通過前期課程《電工基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》和本課程前一階段的學(xué)習(xí)，已具備了一定的電路的分析、設(shè)計及制作的能力。已在本課程學(xué)習(xí)了“與”、“或”、“非”及其復(fù)合邏輯的邏輯符號、邏輯表達式及邏輯運算規(guī)則，具備了學(xué)習(xí)本課的基本知識，對將觸發(fā)器用于實際電路的設(shè)計與制作有強烈的認(rèn)知愿望，因此對本節(jié)課的學(xué)習(xí)很感興趣，但又覺得難度大。
三、教學(xué)設(shè)計
（一）教學(xué)目標(biāo)分析
1．知識與技能目標(biāo)。讓學(xué)生了解觸發(fā)器的概念及其應(yīng)用；學(xué)會分析基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理，掌握觸發(fā)器在實際電路設(shè)計中的應(yīng)用。
2．方法和能力目標(biāo)。讓學(xué)生初步掌握分析電路的方法，進一步培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計與制作的能力和分析、解決問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生獲取數(shù)字電子技術(shù)的能力，交流表達的能力和自主學(xué)習(xí)的內(nèi)在發(fā)展能力。
3．情感與態(tài)度目標(biāo)。通過讓學(xué)生積極參與探究，投入到課堂教學(xué)雙邊活動中，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識；通過讓學(xué)生體驗成功，享受發(fā)現(xiàn)的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的自信心。
（二）教學(xué)重點和難點
1.重點：基本RS觸發(fā)器工作原理及在實際電路設(shè)計中的應(yīng)用。
2.難點：如何根據(jù)基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)分析其工作原理。
（三）教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)策略
1．通過課件中的實物圖片、動畫、模擬仿真等手段將學(xué)生帶進形象的教學(xué)情境之中，突出教學(xué)內(nèi)容中的重點、難點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。
2．采用問題解決的教學(xué)策略，以引導(dǎo)式的問題循序漸進地教學(xué)，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
3．采用教師引導(dǎo)、啟發(fā)。首先教師提出問題、然后學(xué)生討論、發(fā)言、同學(xué)點評、教師點評；培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力、問題解決與處理能力及交流溝通能力，使學(xué)生在雙向互動的教學(xué)活動中掌握知識。
（四）教學(xué)過程
（五）學(xué)習(xí)評價
采用過程性評價和形成性評價相結(jié)合的方法進行學(xué)習(xí)評價，注重利用學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量反饋結(jié)果改進教學(xué)。
1．過程性評價。
（1）通過課堂教學(xué)中與學(xué)生的互動情況反饋。（2）學(xué)生討論及上臺演示的表現(xiàn)。（3）通過學(xué)生完成“在線測試”情況了解教學(xué)效果。
2．形成性評價。
通過查閱網(wǎng)絡(luò)課程的“電路設(shè)計與制作指導(dǎo)”欄目，完成“由觸發(fā)器構(gòu)成的改進型搶答器”電路的設(shè)計與制作。要求學(xué)生能正確選擇和測試所使用的元件，電路設(shè)計正確、布線合理、制作美觀，電路通過檢測能實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
