時間：2023-11-28 16:18:38
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇邏輯電路設計方法，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 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，輸出狀態只決定于同一時刻各輸入狀態的組合，而與電路以前狀態無關，而與其他時間的狀態無關。組合邏輯電路的分析和設計是數字電路中一個重要組成部分[1]，對于初學者和大多數電子設計人員來說，掌握了一定的基本分析和設計方法后，設計出來的結果仍然不夠理想，特別是經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果后，設計達不到要求，就要重新設計，反反復復不但費時費力，浪費材料，而且在搭接電路過程中由于焊接而帶來的虛焊、漏焊等接觸不良現象，可能引發一系列電路問題，這些都極大的消弱設計者的積極性。隨著計算機技術的發展和電路設計仿真軟件不斷出現，運用電路設計仿真軟件設計電路，是提高組合邏輯電路設計水平和設計能力的有效方法[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”）的基礎上推出的一款更高版本的電路設計與仿真軟件[3-4]。將Multisim軟件應用于數字電路教學和科研中，可以使組合邏輯電路的分析和設計變得簡潔、方便，有利于更好更快的達到組合邏輯電路的分析和設計的目的。
因此本文利用四輸入表決電路設計來對比傳統設計方法和Multisim軟件設計方法過程。
1 傳統組合邏輯電路設計
傳統組合邏輯電路設計一般步驟為：分析任務要求列出真值表，通過真值表求出邏輯表達式并根據器件化簡，畫出邏輯電路圖，最后根據邏輯電路圖構建實驗電路驗證結果。邏輯化簡是組合邏輯設計的關鍵步驟之一，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、穩定可靠等要求，最簡化設計往往不是最終的邏輯表達式[5]。下面就以設計四輸入表決電路為例來分析組合邏輯電路設計的一般步驟過程。
2.1 四輸入表決電路分析
現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，可以省去復雜的邏輯計算，使得分析復雜組合邏輯電路變得更加簡單。
2.2 四輸入表決電路設計
最后，需要驗證邏輯電路設計，我們可以直接在Multisim
關鍵詞：組合邏輯電路設計 競爭冒險現象 門電路多余輸入端
中圖分類號：TN492 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0155-01
組合邏輯電路的設計是根據給定的邏輯功能要求，用最少的邏輯門加以實現的過程，通常以電路簡單，所用器件最少為目標。
1 組合邏輯電路的設計
在教學過程中，學生對組合邏輯電路的設計過程覺得比較難，不知從何入手。筆者經過多年的教學，總結組合邏輯電路的設計步驟大致如下：
（1）根據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。
當然，上述設計步驟不是一成不變的，有些邏輯問題較簡單，某些設計步驟就可以省略。這三個設計步驟中，最關鍵的是第一步，即根據邏輯要求列真值表。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）輸入輸出的關系是什么？
下面通過具體例子來說明組合邏輯電路的設計步驟與方法。
例如設計一個交通燈故障報警電路，用與非門實現。交通燈有紅、黃、綠三色，只有其中一只亮為正常狀態，其余情況為故障狀態。
第一步：由題意找出輸入、輸出變量，列真值表。
題中出現紅、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，化簡并轉換成與非結構。
第三步：根據輸出邏輯式畫邏輯圖，如圖2所示。
綜上所述，可看出設輸入、輸出變量是邏輯電路設計的第一關鍵，只有變量設得恰當，才能根據題意順利地列出正確的真值表。
2 組合邏輯電路設計中注意事項
上面介紹的是組合邏輯的一般設計方法，實際遇到的問題往往比較復雜，所以設計時應注意以下幾點。
2.1 注意組合邏輯電路的競爭冒險
組合邏輯電路設計時，都沒有考慮邏輯門的延遲時間對電路產生的影響。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目有關，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生變化時，在信號變化的瞬間，可能與穩態下的邏輯功能不一致，產生錯誤輸出，這種現象就是電路中的競爭冒險。冒險現象降低了邏輯電路的可靠性，因此在設計組合電路時要盡量地發現和消除冒險現象。
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）實現具體的電路時，應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。對于高速電路的設計，并接會增加輸入端等效電容性負載，而使信號的傳輸速度下降，最好采用如圖3所示。
參考文獻
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[2]許小軍.電子技術試驗與課程設計指導[M].南京：東南大學出版社，2004.
關鍵詞:EDA技術;現場可編程邏輯器件;教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
“數字邏輯電路”課程在高等院校電氣信息類學科各專業教育中的作用舉足輕重,一方面,它是電氣信息類學科最重要的專業基礎課之一,是學生鞏固理論知識,學好眾多專業課程的基礎,將影響學生對以后專業課程的學習興趣;另一方面,它具有極強的邏輯性和實用性,通過這門課程的學習,可以培養學生動手能力和創新能力。目前,懂數字電路設計、FPGA的專業人才備受用人單位青睞,這賦予了“數字邏輯電路”課程教學更加重要的現實意義。
然而,高等院校“數字邏輯電路”教學存在教學效果不明顯,學生收獲甚小等問題。理論課的學習最終是為培養和提高學生的動手能力和創新能力。但不少學生反映,他們在這門課程上花費了很多時間,認為“學得不錯”,課本中較難的題目也都能很快作答,只是到了實踐環節,特別遇到實際工程,就感覺束手無策。
教學活動中應當強調給學生留有足夠的想象空間,引導學生培養邏輯思維能力和創新應用、開發數字邏輯電路器件的能力。通過課程的教學,使學生掌握邏輯代數和邏輯設計基礎理論,掌握數字邏輯電路分析和數字邏輯電路設計的基本方法,為他們今后在信息技術天地中馳騁奠定堅實的硬件基礎。為此,我們以“實用、有趣、建立學生自信”為指導思想,探索數字邏輯電路理論及實驗教學改革方法。從理論教學、實驗教學等方面對“數字邏輯電路”教學進行大膽改革,摒棄陳舊的教學內容和落后的教學手段,在實驗環節,以活潑的實驗來促進理論教學,調動學生主動性。
1傳統數字邏輯電路教學存在問題分析
我們曾經設計了一些數字邏輯電路工程應用中較為基礎的例子,通過多種形式向多所院校相關專業的本科生、研究生做過一次非正式調查,要求被調查者使用數字電路邏輯模塊,實現如下設計:
(1) 設計電子開關,當鍵盤按下,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路撥碼開關和一個按鍵設計一個密碼鎖,通過撥碼開關設置密碼,按下按鍵作為確認,如果密碼輸入3次錯誤,密碼鎖失效。
(3) 實現一個秒表,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,用蜂鳴器實現樂譜的播放。
(5) 設計一個串行通信模塊,實現數據到PC的傳輸,要求9600波特率,無校驗位。
(6) 以555電路為基礎,用手指作為啟動源,當手觸摸電路后,LED燈亮10秒后熄滅。
(7) 一塊8x8的點陣LED,設行為x,列為y,(0≤x≤7,0≤y≤7),當y0為高,x0為低,坐標為(x0,y0)對應的LED燈亮,請實現不斷變化的英文字母和阿拉伯數字的顯示。
(8) 控制DAC0832實現一個鋸齒波、三角波,要求信號周期可調。
調查結果顯示,只有少數可以使用數字邏輯模塊實現其中的個別設計;多數學生對上述工程實例束手無策;部分學生表示如果借助“硬件描述語言”可以實現。基礎的工程應用設計尚且如此,可以想象實現更為復雜的數字邏輯電路工程的情況。經過分析,我們認為原因在于“數字邏輯電路”教學存在如下問題:
(1) 理論課內容充斥以技巧性解題為目標的題型,學生很難把抽象知識和實踐結合應用;
(2) 現有教材的內容多與其它課程孤立,很少注重和其它課程的聯系和延伸;
(3) 教材內容滯后于科學技術發展,和實際工作嚴重脫節;
(4) 以舊式實驗箱、接線板實驗設備為代表的傳統數字邏輯電路實驗設備仍舊廣泛地在高校使用,實驗手段落后。
傳統實驗設備是采用固定數字邏輯電路芯片搭建的實驗,學生只能按教科書設計的實驗內容按固定的套路做驗證性的實驗,無法支持綜合性、創新性的實驗,學生把大部分時間都花在接線連線上,實驗結果只能看到實驗現象而已,很難真正提高數字邏輯電路設計能力。
針對傳統數字電路的不足,我們從優化理論教學手段和內容、實驗教學改革和建設兩方面著手,對數字電路理論教學和實驗教學大膽改革。
2優化理論教學手段和內容
傳統數字邏輯電路理論教學最明顯的特征是和實踐脫鉤,內容生硬,學生很難把抽象的知識和實踐結合并具體應用,為解決這一問題,我們拋棄傳統的教科書主要或純粹考學生做題能力為目的的教學思路,大量引入活潑生動的教學實例和相關的工程應用。
同時,項目組從工程實踐中總結大量素材,設計的教學內容力求接近工程實踐,又帶有一定的趣味性和啟發性,讓學生知道如何將學到的知識點應用到工程實踐中,這是本項目與傳統數字邏輯電路理論教學的不同之處,具體表現在如下幾個方面。
2.1內容活潑,摒棄呆板的教學描述
案例1:教材講述74138和計數器的應用時引用的是“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以及計數器的應用時,引用的是“11100100序列產生器”的例子,如圖2所示。“11100100序列產生器”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的八路數據輸入端接樂音頻率,那么這個電路就可以播放一段音樂,如果結合存儲樂譜的ROM就成了一個能播放音樂的音樂盒,學生對這樣的例子往往表現出濃厚的興趣和“動手”實現的欲望。
2.2突出實踐意義,注重聯系實際,并通過展開引導來啟發學生創新
案例3:教材在說明555電路的作用時,其中有一個555構成單穩態觸發器的實例,如圖3所示,學生學后經常反映印象不深刻,不知如何應用。
在授課時,為幫助學生理解,我們是這樣提示學生的:
(1) 如果你的手指摸一下VI處會有什么情況發生?
――因為人手的靜電,會導致Vo產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,這正是觸摸開關啊。
(3) 我們知道Tw=RCln3,假設我們不知道電容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系
案例4:在講授移位寄存器的時候,傳統教材一般都只說明移位寄存器的級聯方法,并沒有通過聯系其它課程突出移位寄存器的應用價值。
在授課時,通過74198級聯構成的16位左移寄存器,如圖4所示,如果結合計算機通信原理的異步串行通信協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。學生原本覺得玄奧的與PC機通信以及異步通信協議原來這么容易實現。
2.4聯系PC機的軟件開發語言鼓勵學生設計軟硬件結合作品
在教學過程,鼓勵學生制作軟硬件結合的作品,如讓學生學習Delphi、C++builder等軟件開發工具設計軟件,并把軟件和數字電路平臺結合起來。例如把電位器作為游戲中飛機的方向盤,其AD值通過串口傳輸到PC機的游戲軟件中,實現對飛機飛行的控制;撥碼開關值傳輸到PC軟件,實現對圖片的選擇播放。
2.5改善課堂教學手段,關注新技術發展,引入新的設計手段
在理論教學初期,設計了很多模擬數字電路功能的“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,來幫助學生加深對課程的印象。與實際工程應用聯系不大且難于理解的內容,我們適當取舍,甚至略棄,減少學生學習課程時的挫折感。
現代數字邏輯電路的發展對傳統的數字邏輯電路設計模式影響深遠,很多傳統數字邏輯電路的設計方法已經被淘汰甚至被徹底顛覆。在教學中,我們適當加大硬件描述語言的學習比重,鼓勵學生采用硬件描述語言實現電路設計,并要求學生掌握EDA工具QuartusII軟件,讓學生體會現代的數字邏輯電路的設計方法。
3實驗教學平臺改革和建設
電子技術實驗,大部分院校采用各類實驗箱(或面包版),實驗過程學生要完成電路搭建、結果驗證,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、實驗箱長期使用導致接觸不良,加上電路連接過于復雜,使得故障難以查找。在實際實驗過程中,學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象,學生難以發揮主動性,開展綜合性、設計性、創新性實驗,而且電路搭建成功率低,導致學生對實驗的興趣下降,影響實際教學效果。因此如果沒有良好的實驗設備支撐,學生無法真正掌握理論知識,更談不上規模較大的工程實例。
針對這一情況,我們以教材為依據,開發以綜合性、創新性實驗為目的的基于FPGA的數字邏輯電路實驗教學平臺。該平臺可以實現傳統數字邏輯電路實驗設備的大部分實驗,卻具有傳統實驗設備無法實現的大部分功能,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、創新性實驗為導向,具有豐富的外設接口、豐富的設計資源,可以實現傳統數字邏輯電路實驗設備的大多功能,卻有傳統實驗設備所不具備的大部分功能,不僅可以實現傳統實驗,另外我們在該平臺的基礎上做了很多特色的開發,供學生學習和提高。該平臺可以支持如AD轉換、DA轉換實驗,555電路等傳統實驗;提供了豐富的外設接口,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,學生得以從繁重的插線工作解脫出來,具有靈活的設計風格、高效的設計效率,這是傳統數字邏輯電路實驗箱無法比擬的。
(3) 該平臺以及實驗設置是專門針對高校數字邏輯電路課程和大學生心理設計的實驗教學系統。
實驗過程中,學生可以借助EDA工具直接通過仿真實現設計,并下載到平臺運行,脫離傳統實驗設備實驗過程中的硬件的干擾,把學生從繁重的插線中解脫出來。另外各種豐富的數字邏輯模塊以及表達豐富的硬件描述語言給了學生良好的發揮空間,配合理論教學方法,學生很快就能夠進行實際工程應用開發。
4結語
“數字邏輯電路”教學改革進行以來,我院數字電路教學收效明顯,在我院受訓班級中起到了意想不到的效果,學生的動手能力明顯增強,許多本科學生能夠作出讓研究生都汗顏的作品來。另外基于FPGA的數字邏輯電路實驗教學平臺批量生產,在該平臺接受訓練的班級、學生人數不斷增多,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:
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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)
《數字電子技術》課程是高職院校電子信息類專業的一門核心的專業基礎課，課程內容承上啟下，《數字電子技術》之前所開課程是《電路分析》和《模擬電子技術》，后續課程是《單片機應用》和《傳感器技術》等專業核心課程。本文試圖通過幾個典型的數字電路設計與制作項目，對《數字電子技術》課程的核心知識點進行有機整合，對教學進行綜合化的項目化教學改革。努力培養、激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率。同時教師也要不斷提高自己的專業素養，增強自己的項目課程引導能力。通過項目化學習，學生應掌握數字電子技術的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能；應能用所學知識對數字電路進行安裝、測試和調試；還能利用所學知識對電路進行正確分析，并能解決相應電路問題，具備一定的綜合分析及設計能力。
1 《數字電子技術》項目化教學課程設計
在《數字電子技術》的教學中，我以項目中的實際電子產品為中心，始終圍繞項目任務進行數電課程的項目化教學工作。引導學生主動學習、整合應該掌握的所有數電知識點并進行相關實踐。通過項目化教學的手段要努力的把理論教學和實踐教學有力的統一且融合起來，真正把職業教育中的能力和素質教育落到實處。在教學的過程中，要注意利用學生課內和課外兩條主線，相當多的東西是學生獨立在課外時間完成，正常上課時間老師要起到引導和答疑的作用。
根據上述課程學習目標，我把《數字電子技術》整合成以下五個項目進行項目化教學。其中，項目四――數字電子鐘的設計與制作，是綜合性貫穿項目。
項目一：3人表決器的設計與制作。
通過設計一個3人表決器，掌握數字邏輯與門電路的相關知識，初步掌握組合邏輯電路的設計方法。通過制作提高具體門電路集成器件的選擇與使用功能。
項目任務如下：任務一：數字邏輯認識；任務二：表示與使用邏輯；任務三：3人表決器的設計與制作；任務四：3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計與制作。
通過設計一個十進制加法器，掌握編碼器、譯碼器、LED顯示器、加法器等數字電路常用組合邏輯功能部件的相關知識，掌握使用集成電路設計數字電路的方法。
項目任務如下：任務一：BCD編碼器的邏輯電路設計與制作；任務二：譯碼器的邏輯電路設計與制作；任務三：一位十進制加法器的邏輯電路的設計和制作；任務四：七段數碼管顯示電路仿真；任務五：全加器的仿真
項目三：高溫報警電路的設計與制作。
通過設計一個高溫報警電路，掌握三極管的基本應用、74LS147、74LS04和4511等集成電路的綜合應用，進一步提高學生中規模集成電路的選擇與運用能力。
項目任務如下：任務一：三極管熱控電路的設計與制作；任務二：編碼電路的設計與制作；任務三：譯碼顯示電路的設計與制作。
項目四：數字電子鐘的設計與制作。
通過設計一個能顯示時、分、秒的數字電子鐘，掌握數字信號產生電路、觸發器、計數器的相關知識，深化門電路的知識及運用能力。通過這一綜合性較強的訓練提高時序邏輯電路的設計能力，提高數字電子產品的制作、檢測、調試能力。通過這一項目中的技術文檔及產品使用、說明書的編寫任務及產品展示活動提高實際工作崗位的適應能力。
項目任務如下：任務一：555振蕩器的制作與測試；任務二：CD4060構成產生秒信號產生電路的制作與調試；任務三：校時電路的設計與制作；任務四：秒信號電路的制作和調試；任務五：分信號、小時信號產生電路的設計與制作；任務六：數字電子鐘的整機聯調；任務七：數字電子鐘的PCB制作；任務八：電子設計文檔與展示活動
項目五：A/D轉換器的設計與制作。
通過設計仿真A/D轉換器，掌握數、模量的互相轉換相關知識，為學習單片機技術、檢測技術等打下良好基礎。
項目任務如下：任務一：D/A轉換器設計與制作；任務二：A/D轉換器的設計與制作；任務三：D/A與A/D轉換器仿真電路。
2 結語
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，目的是接軌數字化現代生活，讓學生感受到物理知識與生活的息息相關，從而培養他們對物理知識的親近感，是現代化氣息很濃的一節教學內容.
課程標準對本節的要求是讓學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用，從中可以看出，本節在高考中的要求較低，屬于認識和了解的Ⅰ類要求.不過筆者認為，隨著科學技術的不斷進步，本節或會成為將來高考中一個重要內容，并且是對學生實踐能力的一個非常好的檢驗標準.
2設計理念
本節主要介紹邏輯電路中的“與”門、“或”門、“非”門等基本電路，對中學生來說比較抽象，不易理解，因為學生目前的認知水平是建立在直流電路的基礎上，因此，我在教學過程中，要求學生像課本上介紹的那樣，將它們與能夠實現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，并可以幫助學生初步具備解決相關問題的能力.
3使用建議
本節非高考熱點，在山東省考試中沒有出現過類似題目，但是目前趨勢山東卷要逐漸向全國卷靠攏，建議本節還是要認真講解，因為門電路在生產、生活中的廣泛應用已經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.建議使用多媒體教學，多創設情境，希望各位同仁賜教.
4教學目標
知識與技能
（1）知道三種門電路的邏輯關系、符號及真值表；
（2）會用真值表表示一些簡單的邏輯關系；
（3）會分析、設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”邏輯電路中結果與條件的邏輯關系；
（2）通過簡單的邏輯電路設計，體會邏輯電路在生活中的意義.
情感態度價值觀
（1）感受數字技術對現代生活的巨大改變.
（2）體驗物理知識與實踐的緊密聯系； [HJ0.9mm]
（3）學生在自主探究、交流合作中獲得知識，體會學習的快樂.
教學重點：本節的教學重點應放在“與”門的教學上，因為“與”門的邏輯關系，真值表，工作原理理解了，“或”門與“非”門就容易掌握了，可以增加學生的自主探究性學習.
教學難點：本節教學難點是邏輯關系的認識以及應用.
教學方法類比法講授法師生互動
信息化資源多媒體輔助教學PPT投影儀
5教學過程
【新課引入】
【情景設疑】
教師： 我們知道從前年開始棗莊廣電局就開始大力推廣數字電視，那什么是數字電視呢？那我們以前看的電視叫什么電視呢？[HJ1mm]
【關鍵詞】醫用x光機 控制單元 設計
醫學醫用X光機是醫療的先進設備，其中的控制單元為了便于進行臨床診斷，需要負責在設備的設計中對X射線圖像進行處理和分析，通過X射線圖像獲得準確的信息，是提高診斷技術水平的關鍵。醫用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，FPGA和 NiosⅡ處理器的結合進一步完善了處理器、外設、存儲器和I/O接口的組合，使設計難度大大降低，提高了設計靈活度。目前，如何從X射線圖像獲得更多的信息，已經成為提高醫療設備診斷技術水平的一個新方向，也是醫學界研究與應用的熱點。
一、X光機控制單元設計內容
醫用X光機的中心部分是醫用設備的控制單元，它主要處理X線成像單元輸出的12bit、lkxlk、30幀/秒的數字視頻信號，設計的兩個主要模塊是圖像處理模塊和系統控制模塊，主要通過這兩個模塊來完成高質量的醫學視頻圖像信息。
圖像處理模塊： 主要負責輸入的數字圖像的處理，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、圖像反轉等算法，圖像處理模塊是圖像處理和控制模塊的核心。
系統控制模塊： 為了實現圖像處理和控制單元和設備的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，實現了存儲單元和顯示單元的聯用，以及PC機和狀態顯示燈等部分的連接和參數的傳遞，確保CPU對外部接口和存儲器等部分進行合理的控制。
二、X光機控制的設計方案
（一）設計原理。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，實現了圖像處理模塊。在NiosII開發板進行上下載和調試，對FPGA的硬件設計程序和軟件設計程序進行調整。
（二）設計方案
1.數字系統硬件的設計方法
一直以來，人們習慣性采用傳統的硬件設計方法來完成系統硬件的設計。設計方法是自下至上的具體操作步驟，從系統對硬件的要求來看，技術規格書和系統控制圖的設計都要首先完成系統控制流圖的簡單描畫；然后對系統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計，最后完成整個系統的硬件設計。而目前的設計是采用邏輯電路設計方法，對元器件各獨立功能模塊設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成所需要的邏輯電路，從而完成系統的硬件設計。隨著微處理器的出現，許多系統的硬件功能可以由軟件功能來實現，但這種選擇構成系統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試應該在系統硬件設計的. 系統仿真器、邏輯分析儀和示波器等是仿真和調試的儀器，對系統設計時存在的問題會及時發現。通過傳統的硬件設計方法對系統進行設計，并完成調試，最終實現硬件設計。
2.嵌入式處理器硬件電路設計方法
利用硬件描述語言的硬件電路設計方法。利用VHDL語言設計系統硬件的方法，采用TopDown的設計方法，這種方法是逐步將設計內容細化，最后完成系統硬件的整體設計。
（1）設計優點
利用VHDL語言設計硬件電路的優點：這種設計具有可靠性，具有重復定義的邏輯功能。因此，現場可編程門陣列使數字電路系統的設計，縮短了系統研制的周期和數字電路系統的體積和所用芯片的種類。而且設計文件適合于組合等邏輯電路應用場合。設計技術齊全、方法靈活、支持廣泛 VHDL語言可以支持自上至下的設計方法， VHDL語言標準、規范，易于共享和復用。
（2）設計方案，首先是行為描述，其次是Register TransferLevel的描述
最后是邏輯綜合。此后，將網絡表轉換成 FPGA的編程碼點，利用FPGA完成硬件電路設計。接下來要進行行為層次仿真、RTL層次仿真和門級層次仿真，目的是便于早期發現設計中存在的問題，降低了硬件電路設計的難度。
3.采用FPGA設計ASIC電路設計。
（1）優點
FPGA具有設計周期最短、開發費用最低、風險最小的優點，設計人員只通過相關的軟硬件環境就可以實現最終功能設計。不需要設計人員承擔投片風險和費用，主要功能就是更換不同的軟件FPGA的平均性能，使得醫療設備的邏輯容量大幅度提高。
（2）設計方案，具體方案
數字信號處理（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。設計中應針對不同的性能范圍和系統成本選擇合適的內核，針對最少邏輯占用說明 ，優化平衡性能和尺寸進行優化流水線的嵌入式設計。NiosII處理器的接口它可以用VerilogHDL和VHDL源代碼方式交付使用，參照設備接口設各接口說明，把用戶邏輯模塊連接至USOPCBuilder生成的系統中。DMA控制器與存儲器進行批量數據交換，減輕CPU的負擔。 用戶通過用戶邏輯接口，創建自己的設備，并通向導線傳送到Nios II處理器系統中。用戶還可以通過反復設計，輕松得出優化系統的最好方式。注意事項：1SOPCBuilder系統要選擇合適的CPU和器件，并采用HDL設計文件進行，將配置文件下載到開發板上。系統軟件所需的具體軟件要編寫獨立于器件的C/c++程序；SOPC技術是一種特殊的嵌入式系統。具有靈活的設計方式，豐富足夠的片上可編程邏輯資源。
1課程設計的原則
題目的選取既要符合教學大綱的要求，能充分體現本課程所學的主要內容，使學生在設計過程中能綜合應用所學的知識，發揮基本技能，又要盡可能反映科學技術的先進水平，并且具有一定的實用性。就電子技術課程中有關數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計；②波形發生器；③數字溫控儀；④搶答器電路設計；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，除注意使學生的理論知識，技能技巧得以鞏固加深，綜合和發展外，還考慮了設計的難易程度，工作量大小，元器件造價的高低等等因素。
隨著科學技術的發展，大規模集成電路越來越普及，專用集成電路大量涌現，各種新的電子器件不斷問世，給課程設計帶來了勃勃的生機，不僅大大減少了單元電路設計的工作量，也會把課程設計的質量推上新的水平。各種各樣的集成一體化電源的出現，使設計人員減免了電源電路設計計算，器件組裝、電路調試諸項工作，只是適當選型即可。數字顯示部件中的五合一電路CL413和LCL331等新產品，將計數、鎖存、譯碼、驅動、顯示五種功能集于一體，也大大減少計者的工作量，并且這些新產品具有功耗低，高可靠性、壽命長等優點，會大幅度提高設計電路的性能指標。在設計中新產品新技術的應用會大大縮短設計周期。所以，設計內容也要不斷更新，難度、工作量、成本核算也要作相應變更，與科學技術發展的步調一致。
簡言之，設計選題的原則是，從生產和科研需要出發，選擇既能全面考核學生掌握本課程所學知識的程度，能夠使學生加深并拓寬綜合理論知識，又利于鍛煉學生分析問題和解決問題的能力的課題，同時還要考慮學校的課程設計資金情況和教學安排的時間。有些學生在電子技術方面起步較早，對實際電子電路比較熟悉，可鼓勵他們自選課題，由指導老師按教學要求進行審定后實施。
2保證課程設計質量的關鍵是充分發揮學生主體性
首先要明確課程設計的重要性。在指導課程設計的動員會上，筆者就向大家講明，我院工業電氣自動化專業，只設置了“電子技術課程設計”，這是學生在校期間進行的唯一由自己設計、實施、完成實際電路的實戰訓練；大家應該十分珍視這一理論用于實踐、指導實踐的極好機會；成功的課程設計，對學生一生工作都具有十分重要的指導意義。
其次，在向學生下達設計任務書的同時，要強調課題在生產實踐中的實用性，并結合任務書中列出的技術參數與目前生產現場使用的儀器設備進行比較，指出設計課題的先進性和科學性。最后，要鼓勵學生認識自己的價值，肯定自己的能力，樹立做好課程設計的信心。例如，揭示學生某些電路在實驗課中已經做過，并且做得不錯；提示學生某些設計在習題課上或作業中已進行過單元電路參數的計算，邏輯電路的連接：使學生有一種似曾相識的感覺。
3全面地評價學生的課程設計質量
電子課程設計教學質量的高低，筆者認為應該從更多的方面來評價：不僅要使學生加深對理論知識的理解掌握，培養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計的一般方法；而且要注意培養學生嚴謹的工作作風，與生產勞動相結合的務實精神，樹立對社會對使用者負責的態度以及利國利民的經濟觀點；還要注意培養學生初步具備組織設計的能力，認識自己，肯定自己，發展自己的意向；為使學生成為一名德才兼備的高級工程技術人才打下良好的基礎。
作者：陳燕單位：張家港職業教育中心校
1 EDA教學的重要性
EDA是以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發平臺，以硬件描述語言HDL為設計語言，以大規模可編程器件FPGA/CPLD為載體，以ASIC/SOC芯片為目標器件，以電子系統設計為應用方向的電子產品自動化設計新技術。隨著集成電路的發展，傳統的電路設計方法已經遠遠不能滿足現代電路設計的要求。而EDA技術在面對當今電子產品生命周期縮短、集成度高、需要及時融入新技術表現出了很好的適應性。因此，EDA技術已經成為當今電子設計的新手段，代表了電子設計的新潮流。 據了解，在很多西方國家，EDA技術已經融入教學并且占有重要地位。不管從科技發展還是從培養人才的角度，還是為了我國電子行業能與國際上形成更有力的競爭，我們都應該引進和學習新的EDA技術，培養更多這方面專業素質的人才適應競爭的需要。因此，我們應該在高校開設EDA課程，而且應該在教學內容、教學方法和手段上狠下一番功夫，深入電子類專業課程體系，做出一番深入的探索。
2 本校EDA教學的實施
從2007年開始，我校在電子類兩個專業開設了《EDA技術》這門專業課，開始了EDA教學嘗試。由于我們是職業院校，給學生定下的培養目標是：具有看懂或組建EDA電子系統的初步能力；具有利用EDA及其VHDL語言設計電子系統的初步能力。
在教學內容的安排上，我們將其劃分為六個單元。第一單元我們講述EDA技術基本概況、CPLD/FPGA的結構及原理；第二單元介紹EDA的設計工具軟件Quartus II以及原理圖設計方法；第三單元講述VHDL語言以及簡單邏輯電路的設計；第四單元講述組合邏輯電路系統設計；第五單元講述時序邏輯電路系統設計；第六單元為有限狀態機設計。在整個課程過程中，我們把重點放在了“如何去設計一個邏輯電路，怎樣去設計，以及如何將設計好的電路通過CPLD/FPGA器件來實現”上，希望通過學生了解一種器件，掌握一門語言，熟悉一種設計工具。
本課程屬于實踐性很強的課程，為了實踐環節的順利實施。在學校及分院領導的重視下，我們配置了EDA實訓室。該實訓室共50臺學生機以及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在實訓室，通過教師一邊講解，學生一邊練習的理實一體的授課模式，讓學生增強動手能力。
經過幾年的教學實踐，我們培養了一些不錯的EDA人才。與此同時，考慮到EDA課程的重要性，我們將其開設到微電子專業，同時將編程語言更改為更接近于高級設計語言的Verilog HDL，并將實驗設備主要器件從早期的CPLD更新為FPGA，滿足EDA技術發展的需求。
3 EDA教學改革
EDA技術作為一門獨立的課程教學在高校中已經存在了好多年。在所有的電子類專業中，我們都需要開設數字電子技術這門專業基礎課，它的理論性以及工程實踐性很強。在職業院校里，它的任務是為培養應用型高技能人才提供必要的基礎理論和實驗技能。在數字電子技術課程實施過程中，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使用，加上連線的可靠性變差，容易產生接觸不良等諸多問題。我們可以嘗試將EDA技術與數字電子技術融合而成一門專業課，在講授數字電路的同時，通過EDA技術，讓學生掌握設計以及實現的方法。將EDA引入數字電路是現代教育發展的趨勢。通過計算機輔助軟件來進行數字系統設計和模擬仿真，這種實現方法易于修改、易于實現并且安全，同時排除了學生對設備安全的擔憂。利用EDA工具，學生可以在學習的過程中充分發揮創造力，做不同的嘗試，大大激發學生的興趣，培養和提高學生的創新意識和創新能力。
關鍵詞：學分制；“數字電子技術”；項目式；教學研究
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0194-04
一、引言
內蒙古農業大學積極推動本科教學，提出本科生的完全學分制教育，將“數字電子技術”課程的學時壓縮至54學時，留出更多的時間讓學生來主動學習和增強動手能力。筆者試圖在“數字電子技術”課程的基礎教學中增加一個項目式教學環節，它使學生自己通過設計和搭建一個實用電子產品雛形，鞏固和加深在“數字電子技術”課程中的理論基礎和實驗中的基本技能，訓練電子產品制作時的動手能力。這需要研究出適合學生動手實踐的項目，學生根據項目要求設計出符合要求的電路，從而掌握數字電路的一般設計方法和步驟，訓練并提高學生在文獻檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時為畢業設計和畢業以后從事電子技術方面的科研和開發打下一定的基礎[1]。
二、項目式教學的目的
通過數字電子技術項目式教學，使學生能夠較全面地鞏固和應用“數字電子技術”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數字系統設計的基本方法，能合理、靈活地應用各種標準集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現規定的數字系統[2]。培養學生獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規定功能的數字系統的能力，培養學生獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調試和排除故障的能力，培養學生書寫綜合設計實驗報告的能力[3]。
三、項目式教學的步驟
學生根據設計教師步驟的項目任務，從選擇設計方案開始，進行電路設計[4]；選擇合適的器件，畫出設計電路圖；通過安裝、調試，直至實現任務要求的全部功能，對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經驗收合格后，寫出完整的課程設計報告[5]。
1.總體方案選擇。設計電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據提出的設計任務要求及性能指標，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體，來實現設計任務提出的各項要求和技術指標[6]。設計過程中，往往有多種方案可以選擇，應針對任務要求，查閱資料，權衡各方案的優缺點，從中選優。
2.單元電路的設計。（1）設計單元電路的一般方法和步驟：①根據設計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設計要求，必要時應詳細擬定主要單元電路的性能指標。②擬定出各單元電路的要求后，對它們進行設計。③單元電路設計應采用符合的電平標準。（2）元器件的選擇。針對數字電路的課程設計，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，轉換電路選0809，譯碼及顯示驅動電路也都相對固定。但由于電路參數要求不同，還需要通過選擇參數來確定集成塊型號。一個電路設計，單用數字電路課程內容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集成塊，因此還需熟悉相應內容，比如運算放大器的種類和基本用法、集成比較器和集成穩壓電路的特性和用法。總之，構建單元電路時，選擇器件的電平標準和電流特性很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產生電路、數模和模數轉換電路、采樣和存儲電路等，參數選擇恰當可以發揮其性能并節約設計成本。
單元電路設計過程中，阻容元件的選擇也很關鍵。它們的種類繁多，性能各異。優選的電阻和電容輔助于數字電路的設計可以使其功能多樣化、完整化。
3.單元電路調整與連調。數字電路設計以邏輯關系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經過調整，有條件的情況下可應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計的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅動電流匹配。它也是整個設計成功的關鍵一步。
4.衡量設計的標準。工作穩定可靠；能達到預定的性能指標，并留有適當的余量；電路簡單，成本低，功耗低；器件數目少，集成體積小，便于生產和維護。
5.課程設計報告要求。課程設計報告應包括以下內容：對設計課題進行簡要闡述；設計任務及其具體要求；總體設計方案方框圖及各部分電路設計（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設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（電路圖應用標準邏輯符號繪制，電路圖中應標明接線引出端名稱、元件編號等）；器件清單；調試結果記錄；課程設計報告應內容完整、字跡工整、圖表整齊、數據翔實。
四、項目式教學實例
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框圖如圖1所示。
2.設計任務和要求。設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）應滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、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：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數方式工作，直至減到數為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。
（4）可以手動調整和自動控制，夜間為黃燈閃耀。
（5）在完成上述任務后，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發光二極管模擬汽車行駛電路。當某一方向綠燈亮時，這一方向的發光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當遇到黃燈亮時，移位發光二極管就停止，而過了十字路口的移位發光二極管繼續向前移動；紅燈亮時，則另一方向轉為綠燈亮，那么，這一方向的LED發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，發光二極管；⑥電阻；⑦開關。
4.設計方案提示。根據設計任務和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路，設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、紅燈所亮時間比例分別為5∶1∶6，所以，若選4秒（也可以3秒）為一個單位時間，則計數器每計4秒輸出一個脈沖，這一電路就很容易實現。邏輯電路參考前面有關課題。
（2）交通燈控制器。計數器每次工作循環周期為12，所以可以選用12進制計數器。計數器可以用單觸發器組成，也可以用中規模集成計數器。這里我們選用中規模74LS164八位移位寄存器組成扭環形12進制計數器。扭環形計數器的狀態表如表1所示。
由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時標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。當綠燈亮時，使減法計數器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數器減1，直到計數器為“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，計數器材用可預置加、減法計數器，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進行。置開關在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某一位置上，開關在自動位置時，則交通信號燈按自動循環工作方式運行。夜間時，將夜間開關接通，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，即當某一方向綠燈亮時，則綠燈亮“G”信號使該路方向的移位通路打開，而當黃、紅燈亮時，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、結語
項目教學法主張先練后講、先學后教，強調學生的自主學習，主動參與，從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的主動性、創造性、積極性等，學生唱“主角”，而教師轉為“配角”，實現了教師角色的換位，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。筆者就多個方面對項目教學法進行了嘗試性的研究與實踐，也取得了非常好的效果。
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（西安郵電大學電子工程學院，陜西西安710121）
摘要：為了高效地利用Verilog HDL語言中always行為建模語句設計集成電路，采用比較和舉例論證的方法，總結出always語句中事件控制敏感信號對設計仿真的影響。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，否則仿真結果不確定。
關鍵詞 ：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字電路和系統的語言。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80年代中期開發出來的，兩種HDL 均為IEEE 標準。但是Veriolg 語言的很多規定與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，對于初學者設計簡單的數字系統，更容易學習和掌握[1]。所以，Verilog HDL語言在大規模集成電路和現場可編程門陣列設計中得到了廣泛的應用[2?4]。
在集成電路設計中，Verilog語言中的always語句經常用來描述時序邏輯電路和組合電路。always語句是一種結構化的過程語句，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生，都將激活事件控制，各個敏感事件之間是“或”的關系；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。
在實際應用中，敏感信號為時鐘邊沿信號，仿真綜合結果一般正確。但是當敏感信號為電平信號時，情況就會變得復雜，仿真綜合結果會變得不確定。文獻[6]對always敏感信號與仿真結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的各種情況進行對比探討，發掘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時的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態，或者說，還與之前的輸入有關。從電路行為上講，不管輸入如何變化，僅當時鐘的沿（上升沿或下降沿）到達時，才有可能使輸出發生變化[7]。這里以經常用到的D觸發器為例，其仿真圖如圖1所示。
上面所述的D 觸發器，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前時刻輸入信號的函數，與其他時刻的輸入狀態無關，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，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果，因此需要保證敏感信號的完備性。在實際的PLD 器件開發中，EDA 工具都會默認將所有的輸入信號和條件判斷語句作為觸發信號，增減敏感信號列表中的信號不會對最終的執行結果產生影響，因此如果期望在設計中通過修改敏感信號來得到不同的邏輯，是不能實現的，這也是經常犯錯的地方，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，則無法觸發和該信號相關的仿真進程，也就得不到正確的仿真結果。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enable信號的電平發生變化時，再去譯碼，程序如下，仿真圖如圖4所示。
由圖4 可以看出，這并不是所需的結果，這就是前面所說的，系統自動將所有的輸入作為了敏感信號。
因此，在應用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，要求觸發為所有內部用到的信號，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。在設計中，一些初學的設計者經常在時鐘的上升沿和下降沿都進行計數器加1，以為這樣能實現倍頻，仿真結果如圖5所示。
從圖5中可以發現并沒有出現想要的結果，而是呈現出了高阻態。將直接加1運算改為直接的賦值語句，程序如下，仿真結果如圖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always敏感信號為電平信號，系統默認為組合邏輯電路，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，最終的實現結果中并沒有寄存器，在圖5中出現高阻態，因為cnt8=cnt8+1是計數器，是時序邏輯電路。
3 結論
本文對Verilog語言中always塊語句中的敏感信號進行了對比探討，得到如下結論：
（1）如果敏感信號是時鐘邊沿觸發信號，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沿即可。
（2）如果敏感信號是電平觸發信號，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，得不到想要的設計結果。
（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，最終實現結果中并沒有寄存器。
參考文獻
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[關鍵詞]教學方法；學習方法；一體化教學；操作性；實用性
中圖分類號：G64
文獻標識碼：A
文章編號：1006-0278（2013）08-236-01
經過幾十年的探索與實踐，我國的中等職業教育已進入了一個新的發展時期，教育質量不斷提高，辦學方向更加明確，改革思路日益清晰，學校布局日趨合理，事業規模迅速擴大，一個基本適應我國社會主義現代化建設需要的中等職業教育新體系已初步形成。
一、當前數字電子技術理論課程教學的現狀
當前的數字電子技術課程教學目標，根據中等教育和高等教育的不同，在傳統教育理念和教育模式的基礎上，增加了技能訓練的元素，在教材的編寫上，實現了理論與實驗的統一，以清華大學出版社出版的《數字電子技術基礎》劉美玲，2008.5版為例，此教材在每一章后，都增加了技能訓練章節，充分說明了數字電子技術課程理論與實際的緊密結合，并向著一體化的方向發展。
二、數字電子技術課程教學方法改革實現的方法和途徑
（一）教學方法改革實現的方法與實例
1 理論和實踐相結合
教學過程中注重理論與實踐相結合，以實踐作為檢驗學習效果的標準，并注意實際問題的分析方法，培養學生的分析綜合能力。
例如數據選擇器的擴展應用中，用4片8選1數據選擇器和1片2線-4線譯碼器構成的32選1數據選擇器，當A4A3=00時，由A2A1A0從D0-D7中選1路輸出，當A4A3=01時，由A2A1A0從D8-D15中選1路輸出，當A4A3=10時，由A2A1A0從D16-D23中選1路輸出，當A4A3=11時，由A2A1A0從D24-D31中選1路輸出。本例的教學方法與單片機原理與應用中，存儲器擴展的地址分配法類似，都是通過對現在芯片的功能和要擴展電路的使能端的綜合分析應用來實現的，教學時應注意問題分析方法的解決，及線路設計思想和線路設計步驟的統一，從芯片的有效性選擇入手，分析數據的選擇路徑，從而完成電路的設計，也是理論和實踐相結合，培養學生綜合分析能力的體現。
2 啟發式、討論式、研究式教學
從灌輸式方法轉變為啟發式、討論式、研究式的教學方法，充分調動學生的積極性，積極利用多媒體、遠程網絡教育等現代化教學手段，改變以往黑板加粉筆的說教方式，激發學生的學習興趣，提高教學質量和教學效益，讓學生變得更活更實。
例如在進行集成A/D轉換器章節的教學過程中，應充分運用現代多媒體手段，以及網絡教育的手段，擴展學生的視野，常用典型集成A/D轉換器有ADC0808/0809、ADC7705、ADC7714、ADC7888、ADC5320、ADC0824、TLC548/549、TLV5616、TLV5880等，在教學實際過程中，應先找到對應芯片，以及芯片在電子、機電一體化、通信等專業的應用實例，從而激發學生的學習積極性，具有事半功倍的效果。以某一塊芯片作為分析實例時，應具體講解引腳定義及工作原理，在安排學生作業時，要求學生應用網絡等手段，找到ADC芯片實際應用的例子，并作分析，從而提高學生獨立分析研究、檢索信息、解決實際問題的能力，是啟發式、研究式教學的典型應用。
（二）學習方式轉變方法與實例
1 互動式學習方式
指在課堂教學中教師從主體轉為主導，進而創造出教學中師生平等、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，實現教學相長。
例如在時序邏輯電路的設計教學過程中，可通過步驟式教學方法，由教師提出設計思想的步驟，以學生為主體，緊緊抓住邏輯電路設計步驟，教師和學生在平等的基礎上共同完成教學內容，根據時序邏輯電路的設計步驟，分析每個步驟完成后要達到的結果，并為下一個步驟做好準備，并以實際設計案例為教學規范，與學生共同進入到邏輯電路設計的規范步驟之中，將教師放到學生的思維方式上，共同完成互動式的教學過程。
2 適應性學習方式
當學生在學習環境變化的情況下，通過主觀努力，克服心理上的不適感，積極變被動為主動，使自己的心態調整到能正常學習的一種心理活動。
例如數字電子技術教學過程中常會出現學生不能主動學習的情況，心理上產生對知識應用的不信任，在學習上產生被動的局面，此時教師應以實例作為教學入口，深入講解實際生活中的邏輯思想和邏輯電路應用，擴大知識面，以“從應用到理論的反向邏輯思想”作為教學方法，讓學生適應邏輯電路和學習方式，得到較好的教學效果。
一、課例簡介
（一）課例名稱
基本RS觸發器
（二）課例內容
基本RS觸發器的概念及其應用。觸發器是構成時序邏輯電路的基本單元，而基本RS觸發器又是各種類型觸發器的基本形式，因此它對整個章節的學習具有重要的意義。
二、學生特征
學生為電子技術專業一年級學生，通過前期課程《電工基礎》、《模擬電子技術》和本課程前一階段的學習，已具備了一定的電路的分析、設計及制作的能力。已在本課程學習了“與”、“或”、“非”及其復合邏輯的邏輯符號、邏輯表達式及邏輯運算規則，具備了學習本課的基本知識，對將觸發器用于實際電路的設計與制作有強烈的認知愿望，因此對本節課的學習很感興趣，但又覺得難度大。
三、教學設計
（一）教學目標分析
1．知識與技能目標。讓學生了解觸發器的概念及其應用；學會分析基本RS觸發器的電路結構、工作原理，掌握觸發器在實際電路設計中的應用。
2．方法和能力目標。讓學生初步掌握分析電路的方法，進一步培養學生的電路設計與制作的能力和分析、解決問題的能力；培養學生獲取數字電子技術的能力，交流表達的能力和自主學習的內在發展能力。
3．情感與態度目標。通過讓學生積極參與探究，投入到課堂教學雙邊活動中，培養學生的合作意識；通過讓學生體驗成功，享受發現的樂趣，培養學生學習數字電子技術的自信心。
（二）教學重點和難點
1.重點：基本RS觸發器工作原理及在實際電路設計中的應用。
2.難點：如何根據基本RS觸發器的電路結構分析其工作原理。
（三）教學目標實現策略
1．通過課件中的實物圖片、動畫、模擬仿真等手段將學生帶進形象的教學情境之中，突出教學內容中的重點、難點，激發學生學習興趣，提高教學效率。
2．采用問題解決的教學策略，以引導式的問題循序漸進地教學，提高學生分析問題、解決問題的能力。
3．采用教師引導、啟發。首先教師提出問題、然后學生討論、發言、同學點評、教師點評；培養學生的認知能力、問題解決與處理能力及交流溝通能力，使學生在雙向互動的教學活動中掌握知識。
（四）教學過程
（五）學習評價
采用過程性評價和形成性評價相結合的方法進行學習評價，注重利用學生學習質量反饋結果改進教學。
1．過程性評價。
（1）通過課堂教學中與學生的互動情況反饋。（2）學生討論及上臺演示的表現。（3）通過學生完成“在線測試”情況了解教學效果。
2．形成性評價。
通過查閱網絡課程的“電路設計與制作指導”欄目，完成“由觸發器構成的改進型搶答器”電路的設計與制作。要求學生能正確選擇和測試所使用的元件，電路設計正確、布線合理、制作美觀，電路通過檢測能實現相應的功能。
