高職《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容的探討

潘愛(ài)民

摘 要：數(shù)字電子技術(shù)是電信、通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、電氣工程等專業(yè)開(kāi)設(shè)的必修課，課程的主要內(nèi)容是：數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字電路（組合電路和時(shí)序電路）的分析和設(shè)計(jì)方法，所以如何上好《數(shù)字電子技術(shù)》這門課，這門課程的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容是什么，是上課教師課前備課的重點(diǎn)，也是值得數(shù)字電子教師討論和研究的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù); 課程特點(diǎn); 內(nèi)容分類

中圖分類號(hào)：G712? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）7-137-002

一、前言

數(shù)字化是現(xiàn)代生活的主旋律，數(shù)字電子技術(shù)已成為一門發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的學(xué)科和實(shí)用技術(shù)，它深入到生產(chǎn)、生活的每個(gè)角落，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、社會(huì)和人類文明的發(fā)展產(chǎn)生了越來(lái)越深刻的影響。隨著我國(guó)電子信息行業(yè)的快速發(fā)展，各種各類的電子產(chǎn)品層出不窮，而且功能越來(lái)越多，用途不斷擴(kuò)展，許多職業(yè)崗位對(duì)就業(yè)人員的數(shù)字電子技術(shù)與技能提出新的要求，因此，高等職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生都要認(rèn)真學(xué)好這門課程，所以如何上好《數(shù)字電子技術(shù)》這門課，這門課程的教學(xué)重點(diǎn)是什么，是上課教師課前備課的重點(diǎn)，也是值得數(shù)字電子教師討論和研究的問(wèn)題，本文是個(gè)人通過(guò)多次授課，得出對(duì)這門課程的教學(xué)重點(diǎn)和應(yīng)該讓學(xué)生掌握的教學(xué)內(nèi)容的看法。

二、高職學(xué)生職業(yè)能力的要求

根據(jù)高職教育具有“職業(yè)性”和“高等性”的特點(diǎn)，所以學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)對(duì)高職高專學(xué)生應(yīng)該著重職業(yè)能力的培養(yǎng)，也就是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)字集成芯片識(shí)別，功能表讀解，數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。

三、數(shù)字電子電路的分類及其特點(diǎn)

只有理解數(shù)字電子電路的分類和特點(diǎn)，才能抓住教學(xué)點(diǎn)，才能上好數(shù)字電子技術(shù)課，這門課程的分類和特點(diǎn)如下：

1.數(shù)字電路的分類：（1）按電路的組成結(jié)構(gòu)分，有分立元件數(shù)字電路和集成數(shù)字電路;（2）按電路所用開(kāi)關(guān)器件的種類分，有雙極性電路和單極性電路;（3）按電路的記憶功能分，有組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。

2.數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)為：數(shù)字電路傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)僅用“1”和“0”表示，但“1”和“0”只是表示兩種互相對(duì)立的狀態(tài)，如：電路通、斷;電平的高、低;信號(hào)的有、無(wú)等等，沒(méi)有數(shù)字含義，不具有數(shù)量大小的意義。

3.數(shù)字電路的特點(diǎn)：（1）數(shù)字電路的基本單元簡(jiǎn)單、集成化，所以數(shù)字電路又是集成電路。（2）數(shù)字電路不僅能夠完成算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除），還能完成邏輯運(yùn)算（與、或、非），所以數(shù)字電路又稱為邏輯電路。

4.數(shù)字電路討論分析的內(nèi)容：一是對(duì)已有的數(shù)字電路分析其邏輯功能叫作邏輯分析;二是按邏輯功能要求設(shè)計(jì)數(shù)字電路，稱為邏輯設(shè)計(jì);也可以按電路的性質(zhì)分為：對(duì)組合邏輯電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);和對(duì)時(shí)序邏輯電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

5.數(shù)字電路的基本元件：組成數(shù)字電路的基本元件為邏輯門和觸發(fā)器。

6.數(shù)字電路的基本分析工具：為邏輯代數(shù)和卡諾圖。

四、數(shù)字電子技術(shù)課程的具體內(nèi)容

數(shù)字電子技術(shù)這門課程的主要要求是：讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析電路的邏輯功能和設(shè)計(jì)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯功能，所以要從邏輯電路的組成、邏輯電路的性質(zhì)來(lái)討論，具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容為：

1.基礎(chǔ)知識(shí)

（1）數(shù)制

數(shù)字電路只識(shí)別“1”和“0”組成的代碼，也就是用二進(jìn)制來(lái)表示輸入信號(hào)，所以數(shù)制的定義和數(shù)制的轉(zhuǎn)換及碼制是這門課的基礎(chǔ)知識(shí)，必須要讓學(xué)生理解。

（2）邏輯門元件

組合邏輯電路的基本單元是邏輯門元件，所以與門、或門、非門及常見(jiàn)的與非門、或非門、與或非門、異或門、同或門等元件的特性和功能要講清楚，還有特殊的傳輸門、OC門、OD門、三態(tài)門的功能特性和應(yīng)用也是基礎(chǔ)知識(shí)。

（3）觸發(fā)器

在數(shù)字系統(tǒng)中不但需要對(duì)“1”“0”信息進(jìn)行傳輸和運(yùn)算，還需要將信息和運(yùn)算結(jié)果保存起來(lái)，能存儲(chǔ)二進(jìn)制信息，具有記憶功能的就是觸發(fā)器，觸發(fā)器是組成時(shí)序邏輯電路的單元電路（元件），它與門電路相配合，可以組成各種類型的時(shí)序邏輯電路。所以各類觸發(fā)器的工作原理、特點(diǎn)、轉(zhuǎn)換等都要詳細(xì)講解。而且邏輯門、觸發(fā)器元件都已經(jīng)集成化了，對(duì)集成芯片的識(shí)別、功能、應(yīng)用等都是重點(diǎn)知識(shí)。

（4）邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)

邏輯函數(shù)確定后，其真值表是唯一的，但其表達(dá)式有多種形式，邏輯函數(shù)表達(dá)式越簡(jiǎn)單，分析和設(shè)計(jì)就越容易，當(dāng)列出復(fù)雜的邏輯函數(shù)表達(dá)式時(shí)，就要先對(duì)邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，所以必須掌握邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)方法（公式法、卡諾圖法）。

2.組合邏輯電路的分析和應(yīng)用

在組合邏輯電路中，信號(hào)的傳遞是單向的，任一時(shí)刻的輸出狀態(tài)僅取決于該時(shí)刻輸入變量組合，電路比較簡(jiǎn)單，從簡(jiǎn)單電路開(kāi)始學(xué)習(xí)。

（1）組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路的分析就是根據(jù)給出的邏輯電路圖，從輸入到輸出，逐級(jí)寫(xiě)出每一級(jí)輸出和輸入變量的邏輯函數(shù)式，然后把變量逐級(jí)代入便可得到最終輸出的邏輯函數(shù)表述式，根據(jù)最終的邏輯函數(shù)確定出電路的邏輯功能。

具體的步驟為：根據(jù)邏輯電路圖→寫(xiě)出輸出變量對(duì)應(yīng)輸入變量的邏輯函數(shù)表達(dá)式→用公式法或卡諾圖化簡(jiǎn)→得出簡(jiǎn)單的邏輯函數(shù)式→根據(jù)邏輯函數(shù)式列出真值表→根據(jù)真值表確定其邏輯功能，分析出該電路的邏輯功能。只要多分析幾個(gè)電路圖，學(xué)生都能理解。

（2）組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)所要求的邏輯功能，設(shè)定輸入、輸出變量的要求，對(duì)輸入、輸出變量進(jìn)行邏輯賦值，列出滿足要求的真值表→由真值表寫(xiě)出邏輯函數(shù)的表達(dá)式→把邏輯函數(shù)式化簡(jiǎn)或變換→根據(jù)化簡(jiǎn)后（或變換后）的函數(shù)式畫(huà)出邏輯圖，即設(shè)計(jì)出滿足邏輯功能的電路。

（3）組合邏輯電路的應(yīng)用

在數(shù)字系統(tǒng)中，編碼器、譯碼器、顯示器、加法器等都是屬于組合邏輯電路，一定要讓學(xué)生設(shè)計(jì)制作。

五、時(shí)序邏輯電路的分析和應(yīng)用

時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)是在任何時(shí)刻電路的輸出不僅與該時(shí)刻電路的輸入有關(guān)，還與電路過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，所以時(shí)序邏輯電路由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器構(gòu)成）兩部分組成，電路中還要有反饋回路，把存儲(chǔ)電路的輸出（過(guò)去的狀態(tài)），反饋到輸入端，與輸入信號(hào)一起共同決定邏輯電路的輸出，可見(jiàn)描述時(shí)序電路的邏輯功能用輸出方程，狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程來(lái)表示，輸出方程表示時(shí)序邏輯電路的邏輯功能，狀態(tài)方程表示存儲(chǔ)電路的輸出（電路過(guò)去的狀態(tài)），驅(qū)動(dòng)方程表示的是存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器）的輸入關(guān)系。

1.時(shí)序邏輯電路的分析

時(shí)序電路邏輯分析過(guò)程比較復(fù)雜，需根據(jù)已知電路，采用求解相關(guān)方程、求真值表、畫(huà)狀態(tài)圖和時(shí)序圖等方法才能找出電路中觸發(fā)器（存儲(chǔ)電路）輸出和電路輸出變量的變化規(guī)律，確定出時(shí)序邏輯電路的功能。

具體步驟如下：

（1）寫(xiě)出相關(guān)方程式：時(shí)鐘方程：控制各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)表述式;驅(qū)動(dòng)方程：各個(gè)觸發(fā)器輸入信號(hào)的邏輯表述式;輸出方程：時(shí)序邏輯電路的輸出表述式。

（2）求出各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程

將時(shí)鐘方程和驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程式中，求出觸發(fā)器的狀態(tài)方程。

（3）求出對(duì)應(yīng)狀態(tài)值

將電路輸入信號(hào)和觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)的所有取值組合代入相應(yīng)的狀態(tài)方程，求得相應(yīng)觸發(fā)器的次態(tài)和輸出，以表格形式列出狀態(tài)表→根據(jù)狀態(tài)表畫(huà)狀態(tài)圖（狀態(tài)圖為反映時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出信號(hào)取值情況的幾何圖形）→根據(jù)狀態(tài)圖畫(huà)時(shí)序圖（時(shí)序圖為反映輸入、輸出信號(hào)及各觸發(fā)器狀態(tài)的取值在時(shí)間上對(duì)應(yīng)關(guān)系的波形圖，畫(huà)時(shí)序圖時(shí)，應(yīng)在CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)更新?tīng)顟B(tài)）。

根據(jù)狀態(tài)表、狀態(tài)圖、時(shí)序圖進(jìn)行分析，就可確定出時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。

2.時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用

寄存器是用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)、指令等數(shù)字信號(hào)的時(shí)序邏輯器件，具有存儲(chǔ)和移位功能;計(jì)數(shù)器能累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，按計(jì)數(shù)體制分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也是時(shí)序邏輯常用器件，所以計(jì)數(shù)器、數(shù)字顯示器等的制作都是時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用，一定要讓學(xué)生掌握理解。

3.脈沖電路的產(chǎn)生與變換

在數(shù)字電路系統(tǒng)中，需要有脈沖信號(hào)才能工作，獲得脈沖信號(hào)的方法主要有多諧振蕩器直接產(chǎn)生或通過(guò)脈沖整形電路變換得到，555定時(shí)器是構(gòu)成多諧振蕩器和整形電路的集成電路，所以555定時(shí)器的工作原理和應(yīng)用是教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，最后電子系統(tǒng)中數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換也要學(xué)生了解。

只要按上面的內(nèi)容結(jié)構(gòu)、思路講解，讓學(xué)生理解數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)字電路的基本分析與設(shè)計(jì)方法，然后讓學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由部分到整體的進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試，學(xué)生就掌握了數(shù)字電子技術(shù)的技能，為后面專業(yè)課程準(zhǔn)備必要的知識(shí)，也能為畢業(yè)以后從事數(shù)字電子技術(shù)有關(guān)實(shí)際工作奠定必要的基礎(chǔ)。

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