基于同步時序邏輯電路設計的數字邏輯教學實例設計

郭玲 何峰

摘要：同步時序邏輯電路的設計是數字邏輯課程中的教學難點之一，通常只進行純理論的講解。通過結合工程型人才培養目標，從理論與實踐相結合的教學理念出發，基于Protues 8.0軟件平臺，研究數字邏輯電路的應用型、創新型、綜合型教學案例，設計了利用不同的觸發器實現的同步時序邏輯電路。通過案例的設計，使學生在理論上掌握了同步時序邏輯電路的基本設計方法，在軟件上完成實際應用和驗證，鍛煉了學生的創新能力和實踐能力。

關鍵詞： 實例教學;教學改革;數字邏輯;同步時序邏輯電路;計數器

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0211-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design of Digital Logic Teaching Example Based on Synchronous Sequential Logic Circuit Design

GUO Ling， HE Feng

（Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China）

Abstract：The design of synchronous sequential logic circuit is one of the teaching difficulties in Digital Logic Course， which is usually explained only in theory in the classroom. Based on? the training target of engineering talents and the education concept? of combining theory with practice，? an applied， innovative and comprehensive teaching case of digital logic circuit is studied.By using the software platform of Protues 8.0. A synchronous sequential logic circuitusing is designed based on different triggers. Through the design of the teaching case， the students can master the basic design method of synchronous sequential logiccircuit in theory， complete the practical application and verification in software， and exercise the students' innovation and practical abilities.

Key words： teaching example;teaching reform;digital logic;synchronous sequential logic circuit;counter

數字邏輯是電氣類、控制類、通信類專業的核心基礎課，主要涵蓋數字電路和數字系統的基本概念、原理、分析和設計方法等知識[1]。在教學過程既需要注重理論知識的講解，又需要注重對學生分析應用能力的培養[2]。因此，設計一些優秀的教學實例并加以實施不僅能幫助學生更好的理解計出的理論知識，又可以培養學生的邏輯思維能力和實踐設計能力[3]。鑒于模擬電子技術課程安排在數字邏輯電路之前，我們將基于模擬電子技術課程中使用過的Protues 8.0 軟件對數字邏輯課程中的一些重要的知識內容進行實例化的設計與仿真，加強學生對知識點的理解，增強學生的軟件應用能力，更好地培養能夠解決實際問題的應用型工程人才。

1 教學實例設計

時序邏輯電路是數字邏輯課程中非常重要的內容。不同于組合邏輯電路中輸出信號僅取決于當時輸入信號的特點，時序邏輯電路的輸出信號不僅取決于當時的輸入信號還取決于電路之前的狀態。根據電路的輸出與輸入變量依存關系的不同，時序電路分為Mealy型和Moore型，Mealy型電路的輸出與輸入變量直接相關，Moore型電路的輸出與輸入變量無依存關系;根據存儲電路中觸發器動作特點的不同，時序邏輯電路又分為同步時序電路和異步時序電路，同步時序電路即是在同一時鐘信號下所有觸發器的狀態同步變化的，而異步時序電路則是觸發器的狀態變化不同時發生。由于當前電路系統中多是統一時鐘，所以當前的實用電路設計中基本以同步時序電路為主。

本同步時序邏輯電路設計教學實例選擇了數字邏輯課程中較為基礎的計數器設計為例，設計一個帶有進位輸出端的十三進制計數器[1]。計數器是一種非常典型的Moore型時序電路，組成簡單，主要工作特點是在時鐘信號的作用下按一定的順序及運行狀態轉換，沒有輸入邏輯變量。計數器不僅可以進行計數，也可以進行分頻、定時、產生節拍脈沖等操作，是各種數字系統核心處理器的基本單元，應用十分廣泛[4-7]。因此可以說計數器是數字邏輯的基礎，選取計數器來進行教學實例的設計是非常有意義的。Protues8.0軟件是一款可以進行電路仿真及聯合仿真的軟件，功能強大，是電路設計中常用的軟件之一[8]。

在設計電路時，應該根據給出的具體邏輯問題，以最簡單的方式實現要求。當選用小規模集成電路來進行設計時，為達到最簡電路標準盡可能用最少的觸發器和門電路，并且其輸入端數目也要盡量少。因此我們首先按照同步時序邏輯電路的設計過程設計出邏輯電路，再用Protues8.0軟件進行仿真。