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中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
1引言
“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”是計算機(jī)類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,具有綜合性與實(shí)踐性兩大特點(diǎn),特別是實(shí)踐動手能力是學(xué)好這類課程的關(guān)鍵,這也是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)的第一門與工程相關(guān)的硬件課程,學(xué)生需要掌握的不僅僅是相關(guān)的課程知識,更應(yīng)該通過實(shí)際電路的分析與設(shè)計學(xué)會邏輯思考,為后續(xù)的計算機(jī)組成原理、微機(jī)接口與通信、嵌入式系統(tǒng)原理等硬件系列課程打好基礎(chǔ),這就要求將所學(xué)的知識綜合運(yùn)用、融會貫通。
由于學(xué)生缺乏工程實(shí)踐經(jīng)歷,習(xí)慣用數(shù)學(xué)思維思考,不做可行性分析和定性分析,所以對課程的學(xué)習(xí)經(jīng)常抱怨“上課聽不懂、實(shí)驗(yàn)沒頭緒、太難……”,最后失去對硬件系列課程的興趣,不能很好地理解計算機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理,對于很多問題,包括軟件設(shè)計等問題都不可能找到最優(yōu)的解決方案。如何通過實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,使學(xué)生掌握工程設(shè)計的主要程序和方法,培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問題的能力,樹立正確的設(shè)計思想,訓(xùn)練邏輯思維能力和創(chuàng)新意識是值得探討的問題。
2實(shí)驗(yàn)課程改革思路
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)為計算機(jī)類專業(yè)開設(shè)的“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程計劃學(xué)時數(shù)為88學(xué)時,其中授課64學(xué)時,實(shí)驗(yàn)24學(xué)時。以下介紹我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、訓(xùn)練邏輯思維能力和實(shí)際操作能力所提出的教學(xué)改革思路和實(shí)踐情況。
2.1實(shí)驗(yàn)組織模式的改革
“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”實(shí)驗(yàn)主要包含驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、
設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)四大類。在實(shí)驗(yàn)課上針對這四種不同類別和層次的實(shí)驗(yàn),采用不同的實(shí)驗(yàn)組織模式,如圖1所示。
圖1實(shí)驗(yàn)組織模式
對于重點(diǎn)考察基礎(chǔ)知識、基本分析設(shè)計能力的驗(yàn)證性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立完成,每個實(shí)驗(yàn)又包含必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn),難度分級適當(dāng),既有多數(shù)學(xué)生都能完成的基本設(shè)計和制作,使他們在實(shí)驗(yàn)過程中掌握基本的知識并獲得成就感,又有具有挑戰(zhàn)性的項目,可激發(fā)學(xué)生的研究探索興趣,以期實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果。
課程設(shè)計是單獨(dú)設(shè)立的一個實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)時數(shù)為兩周,時間安排在講授完“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程之后到“計算機(jī)組成原理”課程開課之前,用以加強(qiáng)數(shù)字邏輯的學(xué)習(xí),并為“計算機(jī)組成原理”課程的學(xué)習(xí)作好預(yù)備。課程設(shè)計要求學(xué)生組隊合作完成,設(shè)計過程采用開放式的管理。
作者簡介:曹維(1978-),女,陜西西安人,實(shí)驗(yàn)師,工程碩士,主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)硬件研究及應(yīng)用。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是在完成課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計后,吸收部分對硬件感興趣的優(yōu)秀學(xué)生加入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊中來參加各種創(chuàng)新項目。
實(shí)驗(yàn)課的組織模式涵蓋了各種層次的需求,既滿足課程要求,又有延伸。
2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置非常重要,不但要涵蓋基本概念、基礎(chǔ)知識,還要有實(shí)用性、可操作性。要有新意,與工程應(yīng)用相結(jié)合;難度有層次性,既可以使大部分學(xué)生都可以完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),又有挑戰(zhàn)性?！皵?shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程的實(shí)驗(yàn)安排如表1所示,每個實(shí)驗(yàn)都分成兩部分。第一部分是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對相關(guān)課程基本理論的理解,鞏固基本概念,提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力;第二部分是延伸實(shí)驗(yàn),目的是進(jìn)一步提高學(xué)生對數(shù)字系統(tǒng)的理解、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、綜合設(shè)計及創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的獨(dú)立工作能力,取得工程設(shè)計與組裝調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
表1實(shí)驗(yàn)安排
實(shí)驗(yàn)名稱 學(xué)時 實(shí)驗(yàn)延伸
實(shí)驗(yàn)一:芯片檢測和基本門的構(gòu)建 2 學(xué)習(xí)示波器和萬用表的使用
實(shí)驗(yàn)二:組合邏輯電路的分析與設(shè)計 4 多進(jìn)制全加、全減器的分析設(shè)計;OC門、三態(tài)門的認(rèn)識。
實(shí)驗(yàn)三:中規(guī)模組合邏輯電路設(shè)計一
(并行加法器) 4 各種碼形變換電路
實(shí)驗(yàn)四:中規(guī)模組合邏輯電路設(shè)計二
(譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器) 4 串并變換電路、交通燈故障報警電路、密碼電子鎖電路、表決器電路的分析與設(shè)計
實(shí)驗(yàn)五:觸發(fā)器測試 2 加強(qiáng)時序概念的理解
實(shí)驗(yàn)六:同步時序邏輯電路分析設(shè)計 4 不完全確定同步時序邏輯電路分析設(shè)計
實(shí)驗(yàn)七:中規(guī)模集成電路計數(shù)器的功能及應(yīng)用 4 綜合運(yùn)用
綜合實(shí)驗(yàn):課程設(shè)計 2周 硬件描述語言VHDL
2.3實(shí)驗(yàn)方法的改革
實(shí)驗(yàn)課教學(xué)不再是單純的老師講解、學(xué)生照電路圖連線,也不是簡單地完全交由學(xué)生獨(dú)立完成,而應(yīng)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)類別分別處理。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行基本技能訓(xùn)練,先由老師講述知識點(diǎn)的背景、問題產(chǎn)生的緣由、電路構(gòu)成的思路等,之后才要求學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)。對每一個講解的電路,都要留給學(xué)生一系列問題:電路的設(shè)計思路是什么?有沒有問題?適用在什么場合等等。要求通過實(shí)際電路的檢測
來尋求答案,學(xué)生通過主動思考來解決問題,大大激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上,再要求學(xué)生完成較有難度的設(shè)計,學(xué)生根據(jù)所學(xué)邏輯電路的設(shè)計步驟,設(shè)計、連接電路并調(diào)試,寫出完整的實(shí)驗(yàn)報告。
課程設(shè)計要求綜合運(yùn)用當(dāng)前課程和前修課程的基本知識,進(jìn)行融會貫通,對所學(xué)專業(yè)課程知識進(jìn)行綜合和實(shí)際應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)前給出設(shè)計要求,要求學(xué)生按設(shè)計任務(wù)書中的要求獨(dú)立完成探索研究、查閱資料、設(shè)計方案、選擇設(shè)備和安裝調(diào)試、評估優(yōu)化,寫出完整的項目說明書。老師只進(jìn)行答疑,但不涉及基礎(chǔ)知識。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不是針對所有學(xué)生開設(shè)的,選擇吸收部分對硬件感興趣的優(yōu)秀學(xué)生加入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊中來參加各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動。實(shí)驗(yàn)室提供了元器件、硬件組裝平臺、各種產(chǎn)品開發(fā)平臺,學(xué)生經(jīng)過市場調(diào)研、分析設(shè)計、確定開發(fā)工具、項目實(shí)現(xiàn)、評估優(yōu)化、開發(fā)說明書等過程,需要綜合運(yùn)用各門課程的知識,還要涉及到一些未曾接觸過的領(lǐng)域,老師只進(jìn)行設(shè)計思路的指導(dǎo)。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)即培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣也提高他們開發(fā)硬件產(chǎn)品的水平。
3實(shí)驗(yàn)課程改革實(shí)施情況分析
“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革經(jīng)過4年的實(shí)施,取得了一定的效果,學(xué)生普遍對硬件類課程產(chǎn)生了興趣,提高了綜合運(yùn)用知識的能力,訓(xùn)練了邏輯思維。
3.1培養(yǎng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力
在同步時序邏輯電路分析設(shè)計(實(shí)驗(yàn)六)這個實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)課上給了學(xué)生電路圖(圖2),要求學(xué)生分析,并搭建實(shí)際電路驗(yàn)證,大部分學(xué)生都可以根據(jù)電路圖寫出方程式(輸出方程、驅(qū)動方程、狀態(tài)方程)、列狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和時序圖、說明邏輯功能,得出的結(jié)論是“111……”序列檢測器,再按電路圖搭建實(shí)際電路,測試結(jié)果。學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)時兩個1輸入之后,輸出就為Z=1,與分析結(jié)果不符,繼而查找出原因是輸方程為Z=xy2 y1,在11狀態(tài)之后,輸入x=1,在時鐘未到來輸出已經(jīng)置1,修改電路為Moore型,則可實(shí)現(xiàn)“111……”序列檢測器。
圖2同步時序邏輯電路分析設(shè)計電路圖
通過這個實(shí)驗(yàn),學(xué)生們加深了對時序概念的理解,訓(xùn)練了獨(dú)立思維的能力和動手能力,發(fā)現(xiàn)了指導(dǎo)老師也未注意的問題,對課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了信心。
3.2訓(xùn)練了邏輯思維能力和創(chuàng)新意識
中規(guī)模組合邏輯電路設(shè)計(實(shí)驗(yàn)三)要求選用4位并行加法器和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T電路實(shí)現(xiàn)(X+Y)×Z,其中,X=X2X1X0、Y=Y2Y1Y0、Z=Z1Z0均為二進(jìn)制。實(shí)驗(yàn)中希望同學(xué)積極思考,采用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。下面介紹其中2種設(shè)計。
根據(jù)乘數(shù)和被乘數(shù)的取值范圍,可知乘積范圍處在0～48之間。故該電路應(yīng)有6個輸出,設(shè)輸出用W5W4W3W2 W1W0表示。
第一種設(shè)計方案,兩數(shù)先加再乘,過程如圖3。
圖3第一種設(shè)計方案
第二種設(shè)計方案,兩數(shù)先分別乘,如圖4、圖5;再將結(jié)果相加,過程如圖6。
經(jīng)過這個實(shí)驗(yàn),大部分的學(xué)生愿意積極主動思考,敢于創(chuàng)新,并通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練了邏輯思維能力。
圖4第二種設(shè)計方案(1)
圖5第二種設(shè)計方案(2)
圖6第二種設(shè)計方案(3)
4結(jié)束語
在“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中,我們不僅注重實(shí)踐動手能力的培養(yǎng),更注重邏輯思維能力、綜合運(yùn)用知識能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng),更要使學(xué)生掌握工程設(shè)計的主要程序和方法,培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問題的能力,樹立正確的設(shè)計思想。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一個長期過程,它需要在實(shí)踐中不斷深入與完善,適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會對高素質(zhì)人才的需求。
參考文獻(xiàn):
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一、三本院校課程教學(xué)現(xiàn)狀
三本學(xué)生中多才多藝的較多，平時開展各種社團(tuán)活動比較頻繁，學(xué)生自主創(chuàng)新思維活躍，但能夠有條不紊自主學(xué)習(xí)的學(xué)生可能只有一少部分，許多學(xué)生對學(xué)習(xí)沒有興趣，課余時間幾乎不學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，剛開始學(xué)生還可以接受一些新知識，但隨著教學(xué)的深入，學(xué)習(xí)難度的增大，學(xué)生感到了困難，隨之學(xué)習(xí)的興趣也越來越低，主動學(xué)習(xí)便是一句空話，學(xué)生也就是為了應(yīng)付考試，甚至不少學(xué)生都是考前突擊。這一特點(diǎn)在《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》課程的教學(xué)中也同樣存在。要提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，我們在定位教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，采用教學(xué)手段和方法的時候都必須以這一實(shí)際情況為前提。
二、教學(xué)理念，教育目標(biāo)
三本教學(xué)有別于一本和二本，教學(xué)注重于學(xué)生應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，教學(xué)過程中突出培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識，分析解決實(shí)際問題的能力，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以教學(xué)為主線，樹立能力培養(yǎng)目標(biāo)為重中之重的思想，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式多元化，努力培養(yǎng)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”，適應(yīng)國際競爭和社會需求的應(yīng)用型人才。三本教育要加強(qiáng)通識教育，注重文理滲透理工結(jié)合，體現(xiàn)本科教育的基礎(chǔ)性和可發(fā)展性。努力探索人才培養(yǎng)新舉措，深入推進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)多元化人才培養(yǎng)新格局，大力實(shí)施“育人為本，全面發(fā)展”的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，拓寬基礎(chǔ)學(xué)科的范圍和基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)涵。
三、教材選取
考慮到三本學(xué)生理論基礎(chǔ)較差，教材選取不應(yīng)選擇理論研究或理論推導(dǎo)比較復(fù)雜的教
材，否則會讓學(xué)生還未涉及到重要的知識點(diǎn)就已經(jīng)因?yàn)殡y度過大而喪失信心。教材選取要以應(yīng)用為宗旨，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合。編寫原則遵循由淺入深，通俗易懂，重點(diǎn)和難點(diǎn)采取闡述與比喻相結(jié)合，例題與習(xí)題相結(jié)合，實(shí)例與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，針對數(shù)字電路課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，增加了與教材相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容。
四、教學(xué)內(nèi)容
在三本的《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》教學(xué)中，應(yīng)該注重基礎(chǔ)教學(xué)，要求學(xué)生熟悉布爾代數(shù)的基本定律，掌握卡諾圖與公式化簡法；掌握數(shù)字電路中常用的基本單元電路和典型電路構(gòu)成、原理與應(yīng)用；掌握常用的中小規(guī)模組合邏輯電路和集成電路功能和設(shè)計方法。具有查閱集成電路器件手冊，合理選用集成電路器件的能力。對集成芯片，重點(diǎn)分析電路的外特性和邏輯功，以一些典型集成電路為例介紹如何查閱集成電路手冊、資料等，使學(xué)生學(xué)會在實(shí)際應(yīng)用中正確選擇和使用集成芯片[11]。
對于三本學(xué)生而言，在電路設(shè)計中要求學(xué)生掌握基本的設(shè)計方法，但可以適當(dāng)降低對電路設(shè)計的要求，增強(qiáng)電路分析方法的教學(xué)。學(xué)生可以分析較復(fù)雜的電路，并且能夠利用已有的電路進(jìn)行修改，使電路滿足自己設(shè)計的需要。
五、教學(xué)手段與教學(xué)方法
（一）采用現(xiàn)代化教學(xué)
《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》課程的特點(diǎn)就是電路圖、邏輯圖特別多，如果采用板書形式教學(xué)，既浪費(fèi)課堂時間也達(dá)不到好的教學(xué)效果。教學(xué)過程中采用多媒體教學(xué)，可以使一些抽象的、難以解決的概念變得形象，易于學(xué)生接受。對于集成電路的分析和設(shè)計，為了增強(qiáng)演示效果，除了在PPT中添加更多的動畫效果外，還可以采用Flash或Authorware軟件制作動畫效果，使電路的變化過程一目了然。
（二）結(jié)合實(shí)際教學(xué)
在授課過程中，針對三本學(xué)生可以結(jié)合生活中的應(yīng)用舉例，如目前LCD顯示、數(shù)字溫度計、十字路通燈控制、數(shù)字頻率計、多媒體PC機(jī)里的顯示卡、聲卡是用數(shù)電中的數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)圖像顯示和聲音播放、制造業(yè)中的數(shù)控機(jī)床等都應(yīng)用了數(shù)電技術(shù)。通過這些實(shí)例的介紹，可以使學(xué)生真正了解數(shù)字電路課程的重要性，從而提高對數(shù)字電路學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)積極性。
（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可有兩種方式，一是上傳教師課堂教學(xué)過程的視頻到校園網(wǎng)；二是教師制作圖文并茂的課件，以及與該課程有緊密關(guān)系的資料一起上傳到網(wǎng)上。目前大部分三本學(xué)生宿舍都可以登錄校園網(wǎng)，學(xué)生可以在任何時間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式解決了學(xué)生傳統(tǒng)的看書自學(xué)枯燥無味的問題。
六、實(shí)踐教學(xué)
實(shí)踐教學(xué)一般分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計兩大部分?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從屬于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師給出實(shí)驗(yàn)步驟、電路圖，學(xué)生按部就班、驗(yàn)證結(jié)果，通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對于課堂所學(xué)基本概念和方法的理解和掌握更加透徹，同時培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精神和方法，訓(xùn)練嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)是理論和實(shí)際相互聯(lián)系的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，但是僅僅是這種以教師為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，不能激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，學(xué)生仍然不善于綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決問題。課程設(shè)計的目標(biāo)就是為了加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬知識面、增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、發(fā)展個性、啟發(fā)創(chuàng)新、加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，自行設(shè)計電路和測試方案，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生既動腦又動手，解決問題的能力大大提高[12]。
除此之外，還可以設(shè)置一些電子設(shè)計大賽，成立電子設(shè)計興趣小組，在教師的指導(dǎo)下開展設(shè)計性和專題研究性實(shí)驗(yàn)，為希望進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和創(chuàng)新研究場所，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力。
七、結(jié)束語
隨著高等教育的普及，三本學(xué)生的數(shù)量和質(zhì)量也在日益增高，同時隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛
普及，數(shù)字化社會已經(jīng)到來，大規(guī)模、超大規(guī)模數(shù)字集成電路以其低功耗、高速度等特點(diǎn)， 應(yīng)用越來越廣泛。因此如何在有限的時間內(nèi)使三本的學(xué)生扎實(shí)掌握數(shù)字電路基礎(chǔ)知識理論和基本操作技能，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，是教師在教學(xué)過程中需要認(rèn)真思考的問題。使學(xué)生在傳統(tǒng)的數(shù)字電路邏輯分析、邏輯設(shè)計思維訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立起現(xiàn)代數(shù)字電路的應(yīng)用與設(shè)計思想，掌握現(xiàn)代電子技術(shù)的新技術(shù)和新器件，為走向?qū)嶋H工作崗位打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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在數(shù)字電路教學(xué)中，教師發(fā)現(xiàn)“興趣”是最關(guān)鍵的問題，從這個角度考慮，第一次數(shù)電課，首先給學(xué)生介紹數(shù)字信號的特點(diǎn)、數(shù)字系統(tǒng)的組成、數(shù)字電路在電子系統(tǒng)中的作用，使學(xué)生建立一個對數(shù)字邏輯電路的系統(tǒng)的概念。然后是詳細(xì)講解各章節(jié)內(nèi)容在數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)中所處的位置和作用，通過前面的工作，學(xué)生基本上了解了這門課要干什么，學(xué)完后有什么用處。教師在這種情況下要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)定目標(biāo)，例如做一個多功能流水燈、多路搶答器、出租汽車?yán)锍逃媰r表等等，盡量讓每一個學(xué)生都有一個目標(biāo)。讓學(xué)生感到自己受到尊重，可以有自己的想法，從而對這門課有自信。然后對每個學(xué)生的目標(biāo)進(jìn)行分析，告訴學(xué)生，要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，需要掌握哪些章節(jié)的內(nèi)容，教師可以更加詳細(xì)的介紹某個章節(jié)在這個目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中起了多大作用，讓學(xué)生帶著目標(biāo)來上課，目標(biāo)驅(qū)動學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)知識的動力，使學(xué)生感覺到數(shù)電這門課有意思，不無聊，逐漸也就產(chǎn)生了興趣。[2]
二、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
有了目標(biāo)，學(xué)生就可以參與其中，帶著問題來聽課，課堂也就有了活力，教師要不斷的鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生，以學(xué)生為中心，進(jìn)行答疑解惑，同時授課教師要在充分了解學(xué)生的基礎(chǔ)上，依托自己所授課程，結(jié)合學(xué)生的目標(biāo)，開闊學(xué)生的思維，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和興趣。例如有些學(xué)生的目標(biāo)是設(shè)計一個多功能流水燈，其主要部分時實(shí)現(xiàn)定時功能，即在預(yù)定的時間到來時，產(chǎn)生一個控制信號來控制彩燈的流向、間歇等，可用可逆計數(shù)器和譯碼器來實(shí)現(xiàn)正、逆流水功能，利用組合電路實(shí)現(xiàn)自控、手控、流向控制等功能。學(xué)習(xí)了理論知識后，教師可以通過讓學(xué)生自己設(shè)計電路原理圖，實(shí)驗(yàn)室提供器材搭接組裝電路，在教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生按單元電路分塊調(diào)試，并最終按照設(shè)計整體調(diào)試實(shí)現(xiàn)結(jié)果，觀察彩燈工作情況并記錄。讓學(xué)生充分體驗(yàn)到動手、動腦、動口的過程，享受設(shè)計成功的快樂，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時鼓勵學(xué)生大膽猜想和獨(dú)立思考，創(chuàng)新設(shè)計理念，并通過實(shí)驗(yàn)否定錯誤或修正猜想，使學(xué)生擁有解決問題的勇氣和決心。[3]
三、目標(biāo)總結(jié)
經(jīng)過學(xué)生的努力，一個個目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了，也就意味著一個個知識點(diǎn)被掌握了，這時候，教師再回歸到理論課上，讓學(xué)生進(jìn)行總結(jié)?？偟膩碚f，每一章節(jié)的內(nèi)容要點(diǎn)是什么，都有什么用，相信通過不同學(xué)生的思維加工，數(shù)字電路這門課程將會掌握的淋漓盡致。當(dāng)然每門專業(yè)基礎(chǔ)課程固然有自己的學(xué)科特點(diǎn)，但學(xué)習(xí)方法和研究思路有其共通之處。對于專業(yè)課教學(xué)，要非常注意在教學(xué)的時候，要做到授之以漁而非授之以魚。社會在進(jìn)步和發(fā)展，學(xué)生的眼界和思想遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往各個時期，教師要傳遞給學(xué)生新的理念和科學(xué)的方法。[4]
1.引言
在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種，最初的經(jīng)典的振簧式頻率表經(jīng)電動式、鐵磁電動式結(jié)構(gòu)的指針式型頻率表和后來發(fā)展到使用示波器。但不管使用哪一種，不僅體積大、價格昂貴，而且操作過程復(fù)雜，攜帶也不方便?，F(xiàn)在電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測量的重要手段之一。頻率計作為電子測量和儀器儀表專業(yè)領(lǐng)域中的重要儀器要經(jīng)常用于測量頻率、周期、頻率比和進(jìn)行計數(shù)以及測量時間，文中應(yīng)用數(shù)字電路知識設(shè)計出了數(shù)字頻率計。它不僅體積小、價格低廉，而且操作方便快捷，可以廣泛應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)，通信廣播設(shè)備，生產(chǎn)自動化測控裝置，帶有LED，LCD數(shù)字顯示單元的多種儀器儀表以及諸多的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
2.設(shè)計基本框圖
數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。由于頻率和周期之間存在倒數(shù)關(guān)系（f=1/T），所以只要測得兩者中的一個，另一個可通過計算求得。頻率是在單位時間（1s）內(nèi)信號周期性變化的次數(shù)。這里我們采用直接測在給定的1s時間內(nèi)對信號波形計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀出被測信號的頻率。由于計數(shù)脈沖必須為方波信號，所以要用施米特觸發(fā)器對輸入波形進(jìn)行整形放大。由于日常用交流電的頻率為50Hz，這里可以利用記數(shù)器記錄50個脈沖的時間作為秒脈沖信號。這個秒脈沖加到門與上就能控制檢測出待測信號在1秒內(nèi)通過與門的個數(shù)，脈沖個數(shù)由計數(shù)器計數(shù)，結(jié)果由七段顯示器顯示。因此該頻率計電路由輸入整形電路，秒脈沖信號發(fā)生電路，計數(shù)器，顯示器等組成。
3.具體設(shè)計過程
3.1 放大整形電路
為了使放大器的輸出信號能與數(shù)字電路相適應(yīng)，故采用低電壓（+5V），單電源運(yùn)算放大器這里選用F158，整形器通常的是用施米特觸發(fā)器。施米特觸發(fā)器也可由555或其它門電路組成，在這個設(shè)計方案中將選用7555。
3.2 秒信號發(fā)生電路
（1）輸入電源
這里采用利用W78XX系列的三端穩(wěn)壓器將日用交流電（220V.50Hz）變壓后的電壓（5V，50Hz）作為秒信號發(fā)生電路的輸入電壓。W78XX系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓器，其輸出電壓有5V，6V，9V，12V，15V，18V和24V共7個檔次，型號后面的2個數(shù)字表示輸出電壓值。輸出電流分1.5A（W7800），0.5A（W78M00）和0.1A（W78L00）3個檔次。如W7805，表示輸出電壓為5V，輸出電流為1.5A。它因性能穩(wěn)定，價格低廉而得到廣泛的應(yīng)用。
（2）秒信號產(chǎn)生
由于日常用交流電的頻率為50Hz，變壓后的5V交流電頻率仍為50Hz。這里可以利用記數(shù)器記錄50個脈沖的時間作為秒脈沖信號。在把信號送入記數(shù)器前仍要整形，這里仍采用555定時器與其它門電路組成整形電路。
3.3 主控門電路
該部分電路在整個電路中起著控制頻率計數(shù)的開始的作用，相當(dāng)于一個開關(guān)電路。這部分由RS觸發(fā)器和一只反相器組成，原理如圖1所示。
在秒信號發(fā)生電路中，也有同樣的閘門電路來控制記數(shù)的開始和結(jié)束，只不過那里的開啟信號是待測信號。
3.4 計數(shù)，譯碼，顯示設(shè)計
這一部分是頻率計電路的核心部分，也是設(shè)計的重點(diǎn)。在這一部分中整形后的脈沖首先通過的計數(shù)器，計數(shù)器輸出的信號為8421BCD代碼，再經(jīng)譯碼變成七段字形代碼，七段數(shù)碼管顯示出來。計數(shù)器選用十進(jìn)制中規(guī)模集成計數(shù)器，在這兒選用74LS160，譯碼器選74LS48，顯示的為LED數(shù)碼管顯示器。這一部分的連線電路圖如圖2所示。
4.總電路圖
數(shù)字頻率計設(shè)計的總電路圖如圖3所示。本數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。當(dāng)沒有信號輸入時，555定時器電路輸出低電平，通過RS觸發(fā)器使與門1關(guān)閉，則定時計數(shù)器不工作，電路處于不工作狀態(tài)。當(dāng)有信號輸入時，通過與非門組成的施密特觸發(fā)器整形后輸出一個高電平，通過RS觸發(fā)器把與門1打開，此時定時計數(shù)器開始工作，同時，用于顯示的計數(shù)器也開始工作。在測頻率前首先要將頻率計上的復(fù)位開關(guān)按一下，讓內(nèi)部的RS觸發(fā)器復(fù)位，而后開始測頻率。
5.結(jié)束語
該電路只可以測1～9999Hz范圍的頻率，如果想測更大范圍就需要對電路進(jìn)行擴(kuò)展?？梢栽谳斎胝蚊}沖后加一級分頻器，如果是10倍分頻，電路的測量范圍可以增加到10倍；還可以在定時整形脈沖后加倍頻器，如果是10倍頻，則電路的測量范圍可以增加到10倍。
利用數(shù)字電路知識設(shè)計了一種數(shù)字頻率計，它實(shí)際上就是一個脈沖計數(shù)器，即在單位時間里（如1秒）所統(tǒng)計的脈沖個數(shù)。電路由輸入整形電路、時鐘振蕩器、分頻電路、量程選擇開關(guān)電路和計數(shù)、譯碼、顯示電路等組成。本多功能數(shù)字頻率計電路設(shè)計的使用方便、體積小、成本低、測量誤差小，實(shí)用性強(qiáng)，可在1～9999Hz范圍內(nèi)使用。雖然測量量程有限，但是可擴(kuò)展性比較強(qiáng)。要想獲得較寬的量程可以對電路進(jìn)行擴(kuò)展。
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中圖分類號： TN710?34； TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0139?04
Research on the necessity of change in digital circuit design method
based on CPLD/FPGA
SHUANG Kai， CAI Hong?ming
（College of Geophysics and Information Engineering， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China）
Abstract： Application of large?scale programmable logic device has brought great flexibility to digital system design. The introduction of standard logic design language has greatly changed the design method， design process and design concepts of traditional digital system. As a technical foundation teaching link in the university， it should be adjusted accordingly. The problems of the traditional design approach and advantages of modern logic design methods are compared through the combinational logic and sequential logic design examples. By contrast， the modern logic design techniques has replaced the traditional method of digital system design and become the mainstream of the digital circuit design， which is the inevitable trend of development of electronic technology.
Keyword： digital circuit design； modern digital logic design method； digital circuit teaching reform； conversion truth table
0 引 言
20世紀(jì)90年代，國際上電子和計算機(jī)技術(shù)較為先進(jìn)的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計方法，并在設(shè)計方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過類似軟件編程的方式對其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使硬件設(shè)計像軟件設(shè)計那樣方便快捷。這就極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念，促進(jìn)了數(shù)字邏輯電路設(shè)計技術(shù)的迅速發(fā)展。本文通過幾個設(shè)計實(shí)例的對比闡述一個道理，隨著數(shù)字電路中先進(jìn)設(shè)計方法的引入，高等學(xué)校中數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容必須隨之得到改善，使之與技術(shù)進(jìn)步相互適應(yīng)[1?3]。
數(shù)字電路根據(jù)邏輯功能的特點(diǎn)，分成兩類，一類叫組合邏輯電路（簡稱組合電路），另一類是時序邏輯電路（簡稱時序電路）。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時刻的輸出僅取決于該時刻的輸入，與電路初態(tài)無關(guān)。而時序邏輯電路任意時刻的輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入信號，還取決于電路原來的狀態(tài)。本文從這兩方面就傳統(tǒng)手工設(shè)計存在的問題進(jìn)行討論。
1 組合邏輯設(shè)計中傳統(tǒng)設(shè)計方法與可編程邏輯
設(shè)計方法的對比
列真值表，邏輯關(guān)系式，邏輯化簡是組合邏輯設(shè)計的幾個重要步驟。但這一經(jīng)典的組合邏輯設(shè)計步驟并不總是必須的。實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能的邏輯電路也是多種多樣的。為了使邏輯電路的設(shè)計更簡潔，通過各種方法對邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡是必要的。組合電路設(shè)計就是用最簡單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)給定邏輯表達(dá)式。在滿足邏輯功能和技術(shù)要求基礎(chǔ)上，力求電路簡單、可靠。實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)可采用基本門電路，也可采用中、大規(guī)模集成電路。
例1：三個人表決一件事情，結(jié)果按“少數(shù)服從多數(shù)”的原則決定這一邏輯問題[4?5]。在“三人表決”問題中，將三個人的意見分別設(shè)置為邏輯變量A、B、C，只能有同意或不同意兩種意見。將表決結(jié)果設(shè)置為邏輯函數(shù)F，結(jié)果也只有“通過”與“不通過”兩種情況。
傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計需要由下面的4個步驟完成：
（1） 列真值表
對于邏輯變量A、B、C，設(shè)同意為邏輯1，不同意為邏輯0。對于邏輯函數(shù)F，設(shè)表決通過為邏輯1，不通過為邏輯0。
根據(jù)“少數(shù)服從多數(shù)”的原則，將輸入變量不同取值組合與函數(shù)值間的對應(yīng)關(guān)系列成表，得到函數(shù)的真值表如表1所示。
表1 例1的真值表（共有23=8行）
[A＼&B＼&C＼&F＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&]
（2） 列邏輯函數(shù)表達(dá)式
三人表決器的邏輯表達(dá)式為：
[F=ABC+ABC+ABC+ABC] （1）
設(shè)N為上式中的邏輯項數(shù)，這時，共有邏輯項[N=C23+C33=4]項。
（3） 邏輯化簡
三人表決器的邏輯表達(dá)式可化簡為：
[F=BC+AC+AB]
（4） 畫出邏輯電路圖如圖1所示。
盡管上面的分析看上去沒有錯誤，但上例中的“三人表決器”設(shè)計給學(xué)生一個誤導(dǎo)，好像按照上述的設(shè)計步驟就可以進(jìn)行組合邏輯設(shè)計了?？梢酝茖?dǎo)，若表決人數(shù)用[p]來表示，邏輯表達(dá)式的項數(shù)為[Np=k=p2+1pCkp，]其中[Ckp]為邏輯項的組合數(shù)。以[p=7]為例，這時表1中的表項為27=128項，式（1）中的邏輯項數(shù)N變?yōu)閇N7=C47+C57+C67+C77=64]。
圖1 例1的邏輯圖
顯然，隨著表決者數(shù)量的增加，邏輯項數(shù)急劇增加，真值表不易繪制，邏輯公式無法手工書寫，邏輯化簡也非常困難。
多數(shù)表決器的邏輯公式由于過多的項數(shù)不易采用公式法化簡。如果采用卡諾圖化簡法也會因輸入變量過多而導(dǎo)致傳統(tǒng)化簡方法失效。
標(biāo)準(zhǔn)邏輯設(shè)計語言的出現(xiàn)給大規(guī)模邏輯設(shè)計帶來了新的希望。硬件描述語言（HDL）的采用可以使設(shè)計者的精力集中于所設(shè)計的邏輯本身，不必過多的考慮如何實(shí)現(xiàn)這個邏輯以及需要用哪些定型的邏輯模塊。這在以往中小規(guī)模集成電路邏輯設(shè)計與大規(guī)?？删幊踢壿嬙O(shè)計方法上產(chǎn)生了本質(zhì)的差別。Verilog是一種以文本形式來描述數(shù)字系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和行為的語言，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達(dá)式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的邏輯功能。在此，用Verilog設(shè)計一個“七人表決”邏輯，以考察采用現(xiàn)代邏輯設(shè)計方法較傳統(tǒng)設(shè)計方法的優(yōu)勢。
在表決器的設(shè)計中，關(guān)鍵是對輸入變量中為1的表決結(jié)果進(jìn)行計數(shù)，如果把全部的邏輯狀態(tài)列表分析，勢必存在冗余的設(shè)計資源。根據(jù)多數(shù)表決的性質(zhì)，考慮采用加法邏輯來統(tǒng)計表決結(jié)果，之后再判決加法器輸出中1的個數(shù)即可實(shí)現(xiàn)該邏輯。Verilog設(shè)計如圖2所示。
圖2 七人表決的Verilog邏輯
在“七人表決”邏輯中，不再專注于每個邏輯變量狀態(tài)的變化，只抓住關(guān)鍵問題多數(shù)表決有效，并用條件操作符“？”設(shè)計出所需的Verilog行為邏輯，剩下的實(shí)現(xiàn)問題交由計算機(jī)綜合（synthesis）?？梢钥吹?，采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言，能有效地避開以往組合邏輯設(shè)計中逐一考察每個輸入邏輯狀態(tài)所帶來的邏輯狀態(tài)分析的爆炸，從而可以用較短的設(shè)計時間得到正確的邏輯輸出。眾所周知，加法器、比較器都是傳統(tǒng)的組合邏輯教學(xué)內(nèi)容，但以往的教學(xué)中由于采用手工分析方法，很難把這些不同的邏輯設(shè)計內(nèi)容綜合考慮進(jìn)來。筆者認(rèn)為，現(xiàn)代邏輯設(shè)計方法的引入將逐漸轉(zhuǎn)化人們對傳統(tǒng)邏輯設(shè)計中的關(guān)注點(diǎn)，勢必引起邏輯設(shè)計教學(xué)方法的更新。有必要加大邏輯功能綜合設(shè)計的內(nèi)容，減少元器件級邏輯單元選型在教學(xué)中的比例。
2 時序邏輯設(shè)計中傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代可編程
邏輯設(shè)計方法的對比
數(shù)字電路的另一類設(shè)計內(nèi)容是時序邏輯設(shè)計。時序邏輯設(shè)計分為同步與異步時序邏輯設(shè)計。一般地，同步時序邏輯設(shè)計的難度要高于異步時序邏輯。因此，也在時序邏輯電路設(shè)計上占有較多的學(xué)時。如果在教學(xué)改革中僅把可編程邏輯設(shè)計作為傳統(tǒng)時序邏輯設(shè)計內(nèi)容的補(bǔ)充，不但不能使學(xué)生體會到先進(jìn)的計算機(jī)輔助邏輯設(shè)計所帶來的便捷，還可能使學(xué)生按照傳統(tǒng)的手工時序邏輯設(shè)計步驟去理解可編程時序邏輯，導(dǎo)致時序邏輯設(shè)計的復(fù)雜化，增加邏輯驗(yàn)證的成本。因此，有必要探討傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代邏輯設(shè)計方法之間的差別。下面根據(jù)一個典型的時序邏輯設(shè)計來說明。
例2：試設(shè)計一個序列編碼檢測器[6?7]，當(dāng)檢測到輸入信號出現(xiàn)110序列時，電路輸出1，否則輸出0。
這個序列編碼檢測器如果按照傳統(tǒng)的時序設(shè)計步驟，將會異常繁瑣：
（1） 由給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表
從給定的邏輯功能可知，電路有一個輸入信號A和一個輸出信號Y，電路功能是對輸入信號A的編碼序列進(jìn)行檢測，一旦檢測到信號A出現(xiàn)連續(xù)編碼為110的序列時，輸出為1，檢測到其他編碼序列時，輸出為0。
設(shè)電路的初始狀態(tài)為a，如圖3中箭頭所指。在此狀態(tài)下，電路輸出[Y=0，]這時可能的輸入有[A=0]和[A=1]兩種情況。當(dāng)CP脈沖相應(yīng)邊沿到來時，若[A=0，]則是收到0，應(yīng)保持在狀態(tài)a不變；若[A=1，]則轉(zhuǎn)向狀態(tài)[b，]表示電路收到一個1。當(dāng)在狀態(tài)[b]時，若輸入[A=0，]則表明連續(xù)輸入編碼為10，不是110，則應(yīng)回到初始狀態(tài)[a，]重新開始檢測；若[A=1，]則進(jìn)入狀態(tài)[c，]表示已連續(xù)收到兩個1。在狀態(tài)[c]時，若A=0，表明已收到序列編碼110，則輸出[Y=1，]并進(jìn)入狀態(tài)d；若[A=1，]則收到的編碼為111，應(yīng)保持在狀態(tài)[c]不變，看下一個編碼輸入是否為[A=0；]由于尚未收到最后的0，故輸出仍為0。在狀態(tài)[d，]若輸入[A=0，]則應(yīng)回到狀態(tài)[a，]重新開始檢測；若[A=1，]電路應(yīng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)[b，]表示在收到110之后又重新收到一個1，已進(jìn)入下一輪檢測；在[d]狀態(tài)下，無論[A]為何值，輸出[Y]均為0。根據(jù)上述分析，可以得出如圖3所示的原始狀態(tài)圖和表2所示的原始狀態(tài)表。
圖3 例2的原始狀態(tài)圖
表2 例2的原始狀態(tài)表
[現(xiàn)態(tài)
[（Sn）]＼&次態(tài)/輸出[Sn+1Y]＼&現(xiàn)態(tài)
[（Sn）]＼&次態(tài)/輸出[Sn+1Y]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[a]
[b]＼&[a/0]
[a/0]＼&[b/0]
[c/0]＼&[c]
[d]＼&[d1]
[a/0]＼&[c/0]
[b/0]＼&]
（2） 狀態(tài)化簡
觀察表2現(xiàn)態(tài)欄中[a]和[d]兩行可以看出，當(dāng)[A=0]和[A=1]時，分別具有相同的次態(tài)[a、][b]及相同的輸出0，因此，[a]和[d]是等價狀態(tài)，可以合并。最后得到化簡后的狀態(tài)表，見表3。
表3 例2經(jīng)化簡的狀態(tài)表
[現(xiàn)態(tài)
[（Sn）]＼&次態(tài)/輸出[Sn+1Y]＼&現(xiàn)態(tài)
[（Sn）]＼&次態(tài)/輸出[Sn+1Y]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[a]
[b]＼&[a/0]
[a/0]＼&[b/0]
[c/0]＼&[c]
＼&[a1]
＼&[c/0]
＼&]
（3） 狀態(tài)分配
化簡后的狀態(tài)有三個，可以用2位二進(jìn)制代碼組合（00，01，10，11）中的任意三個代碼表示，用兩個觸發(fā)器組成電路。觀察表3，當(dāng)輸入信號A=1時，有abc的變化順序，當(dāng)A=0時，又存在ca的變化。綜合兩方面考慮，這里采取00011100的變化順序，會使其中的組合電路相對簡單。于是，令a=00，b=01，c=11，得到狀態(tài)分配后的狀態(tài)圖，如圖4所示。
圖4 例2狀態(tài)分配后的狀態(tài)圖
（4） 選擇觸發(fā)器類型
這里選用邏輯功能較強(qiáng)的JK觸發(fā)器可以得到較簡化的組合電路。
（5） 確定激勵方程組和輸出方程組
用JK觸發(fā)器設(shè)計時序電路時，電路的激勵方程需要間接導(dǎo)出。表4所示的JK觸發(fā)器特性表提供了在不同現(xiàn)態(tài)和輸入條件下所對應(yīng)的次態(tài)。而在時序電路設(shè)計時，狀態(tài)表已列出現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，希望推導(dǎo)出觸發(fā)器的激勵條件。所以需將特性表做適當(dāng)變換，以給定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為條件，列出所需求的輸入信號，稱為激勵表。根據(jù)表4建立的JK觸發(fā)器激勵表如表5所示。表中的[x]表示其邏輯值與該行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換無關(guān)。
表4 JK觸發(fā)器特性表
[[Qn]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn+1]＼&[Qn]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn+1]＼&0＼&0＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&0＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&]
表5 JK觸發(fā)器的激勵表
[[Qn]＼&[Qn+1]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn]＼&[Qn+1]＼&[J]＼&[K]＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&1＼&0＼&[x]＼&1＼&0＼&1＼&1＼&[x]＼&1＼&1＼&[x]＼&0＼&]
根據(jù)圖4和表5可以列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及兩個觸發(fā)器所要求的激勵信號，見表6。
表6 例2的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵信號
[[Qn1]＼&[Qn0]＼&[A]＼&[Qn+11]＼&[Qn+10]＼&[Y]＼& 激勵信號＼&[J1]＼&[K1]＼&[J0]＼&[K0]＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&0＼&[x]＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&0＼&[x]＼&1＼&[x]＼&0＼&1＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&[x]＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&1＼&[x]＼&[x]＼&0＼&1＼&1＼&0＼&0＼&0＼&1＼&[x]＼&1＼&[x]＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&[x]＼&0＼&[x]＼&0＼&]
據(jù)此，分別畫出兩個觸發(fā)器的輸入J、K和電路輸出Y的卡諾圖，如圖5所示。圖中，不使用的狀態(tài)均以無關(guān)項x填入。
圖5 激勵信號及輸出信號的卡諾圖
化簡后得到激勵方程組和輸出方程。
[J1=Q0AK1=AJ0=AK0=AY=Q1A]
（6） 畫出邏輯圖，并檢查自啟動能力
根據(jù)激勵方程組和輸出方程畫出邏輯圖，如圖6所示。
圖6 例2的邏輯圖
如果發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的電路不能自啟動，還應(yīng)修改設(shè)計，直到能自啟動為止。
由上面所列舉的設(shè)計方法可以想見，繼續(xù)增加檢測位數(shù)會使邏輯設(shè)計更加復(fù)雜。
從上例可以看到，傳統(tǒng)的時序邏輯設(shè)計方法盡管可以用來實(shí)現(xiàn)時序邏輯的設(shè)計，但設(shè)計步驟不僅復(fù)雜且需要設(shè)計者大費(fèi)周折。可以預(yù)見，使用傳統(tǒng)的時序邏輯設(shè)計方法設(shè)計復(fù)雜時序電路的難度很大。那么，采用什么方法才能使教學(xué)與現(xiàn)代邏輯設(shè)計技術(shù)接軌呢？
時序電路也被稱為有限狀態(tài)機(jī)（FSM）[6，8]，因?yàn)樗鼈兊墓δ苄袨榭梢杂糜邢薜臓顟B(tài)個數(shù)來表示。在與可編程邏輯設(shè)計的對比分析中，這里采用FSM設(shè)計這個序列檢測器。
根據(jù)圖3的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（采用圖4中化簡的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖亦可），給邏輯狀態(tài)[a，b，c，d]分別分配以Gray編碼（00，01，11，10）。之所以采用Gray編碼方法，是可以省掉序列檢測中的計數(shù)檢測。序列檢測器的FSM邏輯如圖7所示。經(jīng)仿真驗(yàn)證，符合設(shè)計要求。
圖7 例2的FSM實(shí)現(xiàn)
從上面的對比可以看出，傳統(tǒng)時序邏輯設(shè)計以人工邏輯分析為基礎(chǔ)，現(xiàn)有邏輯器件為基礎(chǔ)構(gòu)件，歷經(jīng)基本邏輯方程轉(zhuǎn)換及最后的狀態(tài)驗(yàn)證等多個環(huán)節(jié)，設(shè)計周期長，僅適合設(shè)計小規(guī)模、時序簡單的邏輯單元[9]；現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)邏輯設(shè)計語言的設(shè)計方法以邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換本身為要點(diǎn)，從邏輯門與觸發(fā)器級邏輯設(shè)計上升的行為邏輯設(shè)計，更易于用來設(shè)計復(fù)雜的現(xiàn)代大規(guī)模時序邏輯。
3 結(jié) 論
現(xiàn)代邏輯設(shè)計方法的引入將逐漸轉(zhuǎn)化人們對傳統(tǒng)邏輯設(shè)計的關(guān)注點(diǎn)，大學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中邏輯電路的設(shè)計方法也應(yīng)隨著這一技術(shù)的引入更新它的內(nèi)容，改變傳統(tǒng)邏輯設(shè)計占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀?？梢灶A(yù)見，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷囊雽母旧细淖償?shù)字電子技術(shù)的教學(xué)模式?，F(xiàn)代邏輯設(shè)計概念的引入，減少手工邏輯設(shè)計方法的比重、增加現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計方法，注重基本概念的靈活運(yùn)用都是數(shù)字電路教學(xué)改革的選題。廣泛開展現(xiàn)代邏輯設(shè)計方法的研究，勢必帶來邏輯設(shè)計方法教學(xué)的變革。對于高等學(xué)校的教師來說，做好改革的思想準(zhǔn)備已經(jīng)是刻不容緩的了。
參考文獻(xiàn)
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[6] 康華光，鄒壽彬，秦臻.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.
一、打破單一課程限制
利用課程之間的教學(xué)時間關(guān)系，打破單一課程限制。比如在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)時間內(nèi)，有步驟地推進(jìn)FPGA初級應(yīng)用訓(xùn)練，在FPGA的教學(xué)時間內(nèi)，有目的的聯(lián)系數(shù)字信號處理等專業(yè)背景課程，強(qiáng)化FPGA應(yīng)用能力。
《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計與仿真》是新開設(shè)的課程，其定位是電子技術(shù)應(yīng)用培養(yǎng)體系的最終環(huán)節(jié)。該課程要求學(xué)生不受具體硬件平臺和開發(fā)手段限制，完成具有專業(yè)背景的開發(fā)課題，需要系統(tǒng)性地應(yīng)用電子設(shè)計的綜合知識。因此在前續(xù)課程中，如單片機(jī)、FPGA、嵌入式、DSP等，在規(guī)劃課程內(nèi)容，講解應(yīng)用設(shè)計實(shí)例，安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練時，突出實(shí)際的應(yīng)用。
二、加強(qiáng)理論與實(shí)踐，科技活動與教學(xué)的融合
通過理論與實(shí)踐的融合，對教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，將課程的實(shí)踐內(nèi)容采用“串講理論+答疑+網(wǎng)絡(luò)資源+專題講座”的方式進(jìn)行，這樣學(xué)生上完實(shí)驗(yàn)課后，帶著疑問進(jìn)入正式的理論課，提高了學(xué)生理論學(xué)習(xí)的深度。
學(xué)生的科技活動，如校級、市級和國家級的電子競賽和創(chuàng)新計劃等，是對實(shí)際工作環(huán)境的最好模擬和最佳訓(xùn)練。教學(xué)團(tuán)隊的老師從各屆競賽題目中分析和提煉知識點(diǎn)，引入到《電子設(shè)計自動化》《可編程邏輯器件與應(yīng)用》等課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中?！峨娮酉到y(tǒng)綜合設(shè)計與仿真》的綜合性項目設(shè)計題目就包括精心選擇提煉的各類電子競賽試題。通過教學(xué)與學(xué)生科技活動的有機(jī)結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生在共同任務(wù)下的團(tuán)隊協(xié)作能力和溝通能力，訓(xùn)練學(xué)生把想法變成現(xiàn)實(shí)的能力，將有效解決學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)問題。
三、改革實(shí)驗(yàn)考核制度，檢查培養(yǎng)效果
由于課程群的大部分課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時所占比重很大。在這樣一個在面向?qū)W生“能力培養(yǎng)”、采用全新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)課程如何考核？實(shí)踐動手能力培養(yǎng)的效果如何檢驗(yàn)？如何通過考核方式來促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)？通過多年的探索我總結(jié)出了多樣化的考核形式。
分組代表考核：對于《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程，學(xué)生幾個人一組，以小組為單位上實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場考試時，考試題目采取抽簽的方式，每個小組現(xiàn)場選一個人參加考試，他的考試成績代表這個組的考試成績。這樣增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
自選題目考核：對于《可編程邏輯器件與應(yīng)用》《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計》《DSP原理與應(yīng)用》課程提供多個難易程度不同的題目，由學(xué)生自行選擇，教師根據(jù)完成情況和題目難易度給出評分。此方法能夠有效的對學(xué)生能力進(jìn)行評估。
現(xiàn)場演示+答辯考核：對于《電子設(shè)計自動化》《電子綜合設(shè)計與仿真》采用測試演示+每組答辯30分鐘的形式。此方法激發(fā)了學(xué)生對科技創(chuàng)新實(shí)踐的興趣，同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生的組織能力、團(tuán)隊精神和領(lǐng)導(dǎo)才能，使他們的創(chuàng)新思維能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰︼@著提高。
四、加大投入，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺
我校近五年對重慶市市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心－電路實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行了超過600萬的建設(shè)投入。2008年完善了電工電子、數(shù)字電路和單片機(jī)等多門課程所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。2009年又購買了31套TMS320VC5509 DSP實(shí)驗(yàn)箱、31套TMS320DM6446 DSP的全功能評估板、15套Arm270嵌入式開發(fā)平臺、1套Labview軟件和62臺計算機(jī)，建設(shè)后的DSP和ARM實(shí)驗(yàn)室如圖3所示。這樣，就構(gòu)建了較完善的電子信息技術(shù)校級基礎(chǔ)教育大平臺，建成了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地兩級實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程群的實(shí)踐教學(xué)模式的改革和多樣化的發(fā)展提供了硬件保障。
五、自主研發(fā)與校企合作，豐富實(shí)驗(yàn)手段
我校通信與信息工程學(xué)院數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)團(tuán)隊自主研發(fā)了如圖6所示的“EDA綜合實(shí)驗(yàn)箱”，可同時支持單片機(jī)和FPGA實(shí)踐教學(xué)，并支持兩種技術(shù)的聯(lián)調(diào)。從硬件平臺上保證了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和FPGA實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合應(yīng)用，解決了長期困擾實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)受硬件設(shè)備影響的問題。
通過與美國Cypress Semiconductor Corporation公司關(guān)于片上系統(tǒng)CYPRESS PSoC和美國TI公司關(guān)于MSP430的16位低功耗單片機(jī)的課程研發(fā)合作，豐富了外部資源，加強(qiáng)了電子技術(shù)應(yīng)用課程體系的建設(shè)。
六、建設(shè)效果
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程群經(jīng)過了多年的建設(shè)、改革和實(shí)踐，獲得了較大的成功。通過教改項目和精品課程的立項和建設(shè)，擴(kuò)展了教師的教學(xué)思路，優(yōu)化了教學(xué)手段，提升了教師教學(xué)水平和教學(xué)效果。近五年來，教學(xué)團(tuán)隊承擔(dān)各級別的教改項目近20項，申報并建設(shè)了《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》市級精品課程和《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》市級雙語示范課程課程。2011年，“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程群教學(xué)團(tuán)隊”被評選為重慶市立項建設(shè)的市級教學(xué)團(tuán)隊。
學(xué)生在課外科技競賽方面也取得了豐碩的成果。2008年以來，參加重慶市盛群單片機(jī)電子設(shè)計大賽，獲得創(chuàng)意獎1項、重慶市一等獎3項、二等獎2項、三等獎3項。2009年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽（重慶賽區(qū)）獲本科組全國一等獎。2010年，“高教社&XILINX杯”重慶市大學(xué)生電子設(shè)計競賽本科組二等獎7人、三等獎2人；“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽全國二等獎2項、全國三等獎1項、重慶賽區(qū)一等獎2項?！?011年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽”獲全國一等獎1項，重慶市一等獎2項。
參考文獻(xiàn)：
1 橫向分層
橫向分層，是指同一門課程在不同層次學(xué)生之間分層，在我院，學(xué)生以A、B班的形式分層上課。橫向分層的主要實(shí)施如下。
1.1 教材分層
由于A、B班學(xué)生的學(xué)情不同，若采用同樣的教材，則不能充分體現(xiàn)分層教學(xué)的思想，故在我院數(shù)字電路與系統(tǒng)課程中，A班同學(xué)前后采用過王毓銀主編的《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》一書（高等教育出版社）、康華光主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分》（第五版，高等教育出版社），這兩部教材都是國內(nèi)數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)典教材，也是國內(nèi)多數(shù)高校，尤其是重點(diǎn)高校研究生招生考試的指定教材。B班同學(xué)采用北京郵電大學(xué)出版社唐志宏主編的《數(shù)字電路與系統(tǒng)》一書，概述內(nèi)容簡練，理論和實(shí)踐結(jié)合較為密切，適合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。
1.2 大綱分層
A、B班數(shù)字電路與系統(tǒng)課程采取不同的教學(xué)大綱，A班教學(xué)大綱充分體現(xiàn)研究型人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，B班教學(xué)大綱則體現(xiàn)了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點(diǎn)。以本課程第三章集成邏輯門為例，A班要求掌握CMOS基本邏輯門和TTL基本邏輯門的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和特性參數(shù)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自行分析、設(shè)計和應(yīng)用類似電路的目的，B班對這些內(nèi)容僅要求達(dá)到“了解”的程度，而在集成邏輯門的實(shí)際應(yīng)用方面（如CMOS電路和TTL電路的接口問題）提出了更高的要求。
2 縱向分層
縱向分層，是指同一個教學(xué)班內(nèi)再將學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容劃分為不同層次，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施教學(xué)。
2.1 同一教學(xué)班中學(xué)生的再分層
即便在同一個教學(xué)班，學(xué)生的學(xué)情也不盡相同，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、理解能力也是參差不齊的，故需要任課教師通過各種途徑，充分了解學(xué)生的基本狀況，這也是能否有效實(shí)施分層教學(xué)的基本。以我院2012級數(shù)字電路與系統(tǒng)課程A班來講，本班共98名學(xué)生，來自于電子、自動化、電氣工程、通信工程等4個專業(yè)，并不均勻地分布在14個班級，涉及到14個班導(dǎo)師和4個輔導(dǎo)教師。因此，任課教師在課外花了大量時間，與班導(dǎo)師、輔導(dǎo)教師以及前續(xù)模擬電子電路課程任課教師展開調(diào)查和交流，爭取做到對絕大多數(shù)學(xué)生的基本學(xué)情掌握第一手的資料，在正式開課之前做到心中有數(shù)。由于本文作者除了擔(dān)任數(shù)字電路與系統(tǒng)A班的教學(xué)任務(wù)之外，還擔(dān)任了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路課程實(shí)踐、電路理論及實(shí)驗(yàn)、模擬電子電路理論及實(shí)驗(yàn)、模擬電子電路課程設(shè)計等課程教學(xué)任務(wù)，與學(xué)生在不同學(xué)期、不同課程之間經(jīng)?！安黄诙觥?，有著廣泛的學(xué)生基礎(chǔ)，與學(xué)生之間建立了互相信任的和諧師生關(guān)系，故在數(shù)字電路與系統(tǒng)課程開課之前，就已經(jīng)很好地掌握了該教學(xué)班的基本情況，學(xué)生的層次水平已然做到心中有數(shù)。
2.2 教學(xué)內(nèi)容的分層
同一門課程的教學(xué)內(nèi)容要自成體系，又要區(qū)分層次，這也是分層教學(xué)理論提出的基本要求。在確定數(shù)字電路與系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的同時，也要清晰地區(qū)分教學(xué)內(nèi)容的層次，并將這些信息準(zhǔn)確地傳達(dá)給學(xué)生。以本課程第五章“鎖存器和觸發(fā)器”為例，將教學(xué)內(nèi)容區(qū)分為基本概念、原理、方法及應(yīng)用三個層面，基本概念中，又按照教學(xué)要求區(qū)分為掌握、理解和了解三個層次，例如基本概念里將“鎖存器、觸發(fā)器、現(xiàn)態(tài)、次態(tài)”等劃分為需要掌握的內(nèi)容，將“雙穩(wěn)態(tài)、觸發(fā)方式、空翻”等劃分為需要理解的內(nèi)容，將“介穩(wěn)態(tài)”劃分為需要了解的內(nèi)容。
2.3 授課策略上的分層
課堂授課的分層策略對教師提出了更高的要求，要想達(dá)到課堂分層教學(xué)的良好效果，教師可以從以下幾個方面實(shí)施：
（1）在授課過程中，將教學(xué)內(nèi)容之間的層次關(guān)系，準(zhǔn)確無誤地傳遞給學(xué)生。教師可以通過講解時間的長短、是否有配套實(shí)例、是否有提問和討論環(huán)節(jié)、語音語調(diào)的變換等方式達(dá)到這一目的，萬萬不可采用“這些內(nèi)容是重點(diǎn)，考試一定會考”、“這些內(nèi)容不重要，考試不考，不講了”等等此類生硬的話語。
（2）精心設(shè)計提問環(huán)節(jié)。課堂提問是提高師生互動的有效方法，教師在提問之前，一定要準(zhǔn)備好需要提問的問題、準(zhǔn)備提問哪個層次的學(xué)生，甚至要想好如果學(xué)生回答不上來應(yīng)該怎么應(yīng)對等。
（3）采用多媒體課件和板書有效結(jié)合的授課方式，基本內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容要精講，提高和創(chuàng)新內(nèi)容根據(jù)學(xué)生的理解和接受程度選擇性講解。在教學(xué)內(nèi)容講解時間的安排和授課時的語音語調(diào)來向?qū)W生傳達(dá)不同層次的信息。
2.4 作業(yè)的分層
課后作業(yè)的選取也要恰當(dāng)分層，數(shù)字電路與系統(tǒng)課程的作業(yè)選取分為三個層次：基本題目、提高題目和創(chuàng)新題目?；绢}目幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固基本知識點(diǎn)，提高題目幫助學(xué)生自我檢查學(xué)習(xí)效果，創(chuàng)新題目幫助學(xué)生激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。以數(shù)字電路與系統(tǒng)第六章“時序邏輯電路”為例，基本作業(yè)為時序邏輯電路的基本概念題，提高作業(yè)為同步時序邏輯電路的分析題目，創(chuàng)新作業(yè)為“任務(wù)驅(qū)動型”作業(yè)：利用D觸發(fā)器設(shè)計一個四路搶答器，要求學(xué)生在課后自己查閱相關(guān)資料、選擇器件、確定電路結(jié)構(gòu)、到實(shí)驗(yàn)室搭建測試電路。實(shí)踐證明：恰當(dāng)選取分層作業(yè)，既可以幫助學(xué)生梳理知識結(jié)構(gòu)，又能幫助學(xué)生將理論和實(shí)踐很好地結(jié)合起來，最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。
2.5 考核的分層
中圖分類號：TN794文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-3824（2014）03-0062-03
0引言
數(shù)字電路是通信工程、電子信息工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，對數(shù)字電路的教學(xué)也提出了越來越高的要求，而數(shù)字電路本身又是一門理論性和實(shí)踐性都極強(qiáng)的課程[1]。學(xué)生對該課程的理解掌握程度直接影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法主要在課堂上進(jìn)行，由于不能搭建具體的電路進(jìn)行動態(tài)演示，遇到一些功能原理復(fù)雜的電路，學(xué)生對其理解掌握就顯得力不從心了，慢慢地就會失去學(xué)習(xí)的興趣。作者所在的學(xué)校是一個三本院校，相對于一本、二本的學(xué)生，三本院校的學(xué)生基礎(chǔ)較差，而且學(xué)習(xí)的主動性也較差。針對上述問題，如何改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，成為教師亟待解決的問題[2]。
近些年來，隨著計算機(jī)仿真技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)計自動化已成為數(shù)字電路分析和設(shè)計的重要工具。其中Multisim仿真軟件以其形象直觀、簡單易學(xué)的特點(diǎn)，尤為適用于數(shù)字電路教學(xué)。它的引入讓傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生只能想象的東西變得形象直觀。這樣既能讓學(xué)生容易理解掌握，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。還能讓學(xué)生有意識地親自動手學(xué)會一種仿真工具，從而提高其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[3]。
1Multisim簡介
Multisim 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為平臺的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的仿真設(shè)計。它包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真分析[4]。目前為止，Multisim已經(jīng)推出了多種版本，本文以最新版本Multisim 13仿真軟件結(jié)合課堂實(shí)例進(jìn)行仿真演示。
1.1Multisim13主要特點(diǎn)
1） 直觀的圖形界面。整個操作界面就像一個電子實(shí)驗(yàn)臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，可以靈活、直觀地創(chuàng)建和修改電路。
2）豐富的元器件。它提供了超過17000多種元件，同時能方便地對元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能創(chuàng)建自己的元器件。
3）強(qiáng)大的仿真能力。支持模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路以及射頻電路的設(shè)計仿真，支持匯編語言和C語言，使得虛擬仿真顯得更加靈活[5]。
4）豐富的測試儀器。該軟件提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動作的測量：如Multimeter（萬用表），F(xiàn)unction Generatoer（函數(shù)信號發(fā)生器），Oscilloscope（示波器） ，Bode Plotter（波特儀），Logic Converter（邏輯轉(zhuǎn)換儀）等，這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，可以動態(tài)交互顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地測試、測量及控制應(yīng)用程序的儀器。
1.2Multisim在理論教學(xué)中的應(yīng)用
這里通過序列信號發(fā)生器的例子說明Multisim在數(shù)字電路理論教學(xué)中的應(yīng)用。從傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)果來看，學(xué)生對序列信號發(fā)生器的掌握并不理想，對其序列信號產(chǎn)生的方法也理解得不夠透徹。
序列信號是指在時鐘脈沖作用下產(chǎn)生的一串周期性的二進(jìn)制信號。序列信號發(fā)生器在數(shù)字設(shè)備中具有重要的作用，它分為2種類型：一種為計數(shù)型，它由計數(shù)器輔以組合電路組成；另一種為移存型，它由移位寄存器輔以組合電路組成[6]。
下面通過具體實(shí)例說明Multisim13在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用。
實(shí)例1：試設(shè)計一個能產(chǎn)生序列信號為0101101的計數(shù)型序列信號發(fā)生器。
方法1：利用計數(shù)器和組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)序列信號發(fā)生器
由狀態(tài)表可得輸出方程。Z=Qn2Qn0。由Multisim13搭建仿真電路，如圖1所示。圖1中74LS160采用同步置數(shù)法構(gòu)成模7計數(shù)，在計數(shù)脈沖作用下，其輸出Z依次輸出0101101。
為了讓學(xué)生能直觀地看到輸出是0還是1，這里用探針指示0或1，亮為1，滅為0（下同）。仿真結(jié)果與理論分析一致。
圖174LS160構(gòu)成序列發(fā)生器仿真圖（一）方法2：利用計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)序列信號發(fā)生器
原理是利用計數(shù)器（74LS160）的輸出作為8選1數(shù)據(jù)選擇器（74LS151）的地址變量控制端，將要產(chǎn)生的序列依次接入74LS151的7個數(shù)據(jù)輸入端，在脈沖信號的作用下，74LS151依次輸出0101101。仿真電路如圖2所示，仿真結(jié)果也與理論分析相符。
圖274LS160構(gòu)成序列發(fā)生器仿真圖（二）實(shí)例2：試設(shè)計一個能產(chǎn)生序列為00011101的移存型序列信號發(fā)生器。
由于該序列長度為8，故考慮采用3位移位寄存器。若選用雙向4位移位寄存器74LS194，則僅用其中的3位：Q0，Q1和 Q2。由于該序列最左邊3位為000，故電路中必包含一個狀態(tài)為Q0Q1Q2=000，設(shè)為S1，依次右移一位，得到S2=001，S3=011，……，S8=001。由此知該電路具有8個狀態(tài)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移表如表2所示，表2中Y表示移位寄存器所需的右移串行輸入信號（即DSR）。Q2依次輸出所需序列信號00011101。
綜合上述2種類型序列信號發(fā)生器的仿真演示，既能讓學(xué)生直觀看到仿真過程與結(jié)果，又能讓學(xué)生很清晰地理解掌握以上幾個電路的工作原理，并能進(jìn)一步對所學(xué)過的芯片功能加深印象。在不知不覺中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)不再是枯燥乏味的行為。這樣長期下去，教學(xué)質(zhì)量將會有很大提高。
2結(jié)語
實(shí)踐表明，將Multisim 13仿真軟件用于《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》理論課程的輔助教學(xué)，能把較為復(fù)雜難懂的電路設(shè)計過程形象直觀地展現(xiàn)學(xué)生面前，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，提高教師的教學(xué)質(zhì)量等方面都有重要意義。同時，促使教師不斷地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而提高老師的教學(xué)水平。
參考文獻(xiàn)：
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1概述
在教學(xué)過程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實(shí)踐工程能力，涉及相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)課程體系教學(xué)與實(shí)踐，在各高校的電氣、電子信息類專業(yè)中，數(shù)字電路是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在后續(xù)專業(yè)課程中，顯而易見，隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化部分比重增大，它在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中基礎(chǔ)性地位越來越突出。
因此，培養(yǎng)適合現(xiàn)代電氣、電子、信息技術(shù)發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)新數(shù)字電路的課程幾次理論與工程實(shí)踐教學(xué)迫在眉睫。
根據(jù)我校近幾年電氣、電子課堂教學(xué)的實(shí)踐情況，數(shù)字電路課程應(yīng)該以面向應(yīng)用的數(shù)字電路設(shè)計為核心，在熟練掌握基本電路教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的課程教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容。
工程實(shí)踐過程中，逐步從自底向上的設(shè)計方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計方法中來，以教師科研應(yīng)用來拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計卓越技術(shù)人才[1]。
2探索構(gòu)建數(shù)字電路教學(xué)中的多層次的創(chuàng)新實(shí)踐平臺
2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)思。
面向卓越人才培養(yǎng)的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，可以分層次進(jìn)行在各個教學(xué)階段逐步推進(jìn)，包括：面向基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計的基本原理與工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計教學(xué)和結(jié)合科研項目的創(chuàng)新實(shí)踐平臺[2][6]。
多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺架構(gòu)如圖1所示。
2.2數(shù)字設(shè)計的基礎(chǔ)原理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系的基礎(chǔ)入門階段，是培養(yǎng)數(shù)字邏輯代數(shù)與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計數(shù)器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復(fù)用器、比較器、加（減）法器、數(shù)值比較器和算術(shù)邏輯單元等。教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握組合和時序邏輯電路堅實(shí)理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計理論的理解，同時讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步了解面向應(yīng)用和現(xiàn)代科技進(jìn)步數(shù)字電路新的設(shè)計理念[2][3]。
2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)。
隨著電子設(shè)計自動化技術(shù)（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以EDA技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字系統(tǒng)理念已經(jīng)成為企業(yè)工程技術(shù)的核心。數(shù)字電路課程設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)生利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路器件和大規(guī)?？删幊唐骷M(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)背景下，結(jié)合前階段數(shù)字電路課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計和EDA技術(shù)課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內(nèi)容包括：
2.3.1基于Multisim等相關(guān)軟件的數(shù)字系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)?？梢詷?gòu)建虛擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不但較好地模擬實(shí)物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)平臺開展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計、仿真，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯驗(yàn)證。
2.3.2基于通用和專用數(shù)字芯片的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。其主要特點(diǎn)是有很好的直觀性和具體性。
2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計，基于EDA環(huán)境仿真和驗(yàn)證?？梢越Y(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點(diǎn)，采用硬件設(shè)計軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過綜合性實(shí)驗(yàn)的自行設(shè)計和實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)規(guī)模、實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了綜合創(chuàng)新設(shè)計[5]。
2.4結(jié)合科研項目的數(shù)字設(shè)計實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺。
在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時有各自的科學(xué)研究方向，同學(xué)們可以根據(jù)自己的研究興趣，加入教師的科研團(tuán)隊，形成教學(xué)與科研互利的良性循環(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學(xué)體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系[3]。同時，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國際知名的半導(dǎo)體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續(xù)建立卓越人才大學(xué)培養(yǎng)計劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺上進(jìn)行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，在實(shí)踐平臺上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實(shí)踐，相比改革前，取得很好的實(shí)踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認(rèn)識。
對于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計競賽這個創(chuàng)新平臺，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)研究興趣和創(chuàng)新意識，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識，發(fā)揮競賽團(tuán)隊的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過努力，創(chuàng)新設(shè)計的作品獲得專業(yè)認(rèn)可，并取得了良好的參賽成績，也使得數(shù)字設(shè)計課程體系的建設(shè)上了一個新的臺階。
3基于創(chuàng)新平臺的課程體系優(yōu)化與實(shí)踐
卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計課程體系協(xié)調(diào)好相關(guān)電氣、電子類專業(yè)上下游相關(guān)理論課程、實(shí)驗(yàn)綜合性設(shè)計同時得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實(shí)踐論文所提到的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺，應(yīng)該引進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計理念，重點(diǎn)把EDA軟件、設(shè)計工具、開發(fā)平臺與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們在這幾年對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程體系、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進(jìn)行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過這幾年的實(shí)踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系[5]，如圖2所示。
4不斷探索數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐
4.1以數(shù)字電路設(shè)計為目的強(qiáng)化基本邏輯電路理論教學(xué)。
在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應(yīng)用場合等。
樹立電路設(shè)計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設(shè)計思想需要理論講解與實(shí)踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計強(qiáng)調(diào)采用硬件描述語言來對電路與系統(tǒng)進(jìn)行描述、建模、仿真等[2][3]。
4.2掌握面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計方法。
學(xué)生在掌握數(shù)字電路基本概念和一般電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法、途徑和手段。其主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)與EDA的相關(guān)概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、開發(fā)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺以及應(yīng)用實(shí)例的介紹等。這些課程內(nèi)容涉及面較廣，為了提高教與學(xué)的效果，探索總結(jié)了以下的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，并作為教學(xué)實(shí)踐中的教學(xué)切入點(diǎn)[1]。
隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計在方法、對象、規(guī)模等方面已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的基于固定功能的集成電路設(shè)計[1][2]?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實(shí)現(xiàn)高達(dá)千萬門的目標(biāo)系統(tǒng)。這一過程需要也應(yīng)該有先進(jìn)的設(shè)計方法。根據(jù)硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過程中闡述了先進(jìn)設(shè)計方法。例如：采用基于狀態(tài)機(jī)的設(shè)計方法設(shè)計復(fù)雜的控制器（時序電路），應(yīng)用或設(shè)計鎖相環(huán)或延時鎖相環(huán)來處理時鐘信號，應(yīng)用自行設(shè)計（IPcore）軟核來提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。
4.3深化數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。
實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實(shí)踐創(chuàng)新相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路，加強(qiáng)學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實(shí)踐相結(jié)合的分析能力。在實(shí)踐過程中的提高創(chuàng)新性和綜合性能力，面向應(yīng)用的數(shù)字電路創(chuàng)新平臺建設(shè)，需要不斷提高課程試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐過程在教學(xué)中的比例，在符合認(rèn)知規(guī)律的同時，逐步加強(qiáng)來源與實(shí)際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計實(shí)驗(yàn)。
5結(jié)語
數(shù)字電路是電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，論文針對當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過程中遇到的主要問題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實(shí)踐平臺。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關(guān)課程體系改革與創(chuàng)新，使得學(xué)生更快、更好的適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的需求。
參考文獻(xiàn)
[1]孔德明.《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)重點(diǎn)的探討，科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012.1，173-174.
[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實(shí)驗(yàn)與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009.4，200-202.
[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學(xué)改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.
1、信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、電路分析基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計、微機(jī)原理與接口技術(shù)、工程電磁場、通信原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
2、以及現(xiàn)代通信網(wǎng)、傳感器原理、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、無線通信原理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、近距無線傳輸技術(shù)、二維條碼技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)等。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
物聯(lián)網(wǎng)工程包括在工學(xué)類里面。
物聯(lián)網(wǎng)工程一般指高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)之一（物聯(lián)網(wǎng)工程，傳感網(wǎng)技術(shù)，智能電網(wǎng)）。本科，學(xué)制四年，授工學(xué)學(xué)士學(xué)位。
其主干學(xué)科與課程如下：
信息與通信工程，電子科學(xué)技術(shù)，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)概論，電路分析基礎(chǔ)，信號與系統(tǒng)，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計，微機(jī)原理與接口技術(shù)，工程電磁場，通信原理，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)代通信網(wǎng)，傳感器原理，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，無線通信原理，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，近距無線傳輸技術(shù)，二維條碼技術(shù)，數(shù)據(jù)采集與處理，物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)等。
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