逻辑电路设计范文（精选12篇）
逻辑电路设计 第1篇
一、初等代数、初等函数的概念
1.初等代数。初等代数研究对象是代数式的运算和方程的求解。归纳起来初等代数有五条基本运算律、两条等式基本性质、三条指数律。另外, 初等代数还有四则运算、乘方和开方六种基本的代数运算。
2.初等函数。初等函数是初等代数的一个重要内容, 其定义为:设在某变化过程中有两个变量x、y, 如果对于x在某一范围内的每一个确定的值, y都有唯一确定的值与它对应, 那么就称y是x的函数, x叫做自变量, 记作y=f (x) 。包括基本初等函数5个:幂函数、指数函数、对数函数、三角函数和反三角函数, 及由由常数和基本初等函数构成的复合函数。[1,2]
由此可见, 初等代数有自己的运算规则及基本性质, 初等函数分基本初等函数和复合函数。下面先从逻辑代数、逻辑函数的引入着手归纳出它们和初等代数和初等函数的共性所在。
二、逻辑代数、逻辑函数和逻辑电路的概念及应用
(一) 引例
1.如果天不下雨并能借到自行车或者城里放映一部好得惊人的电影, 我就赶到城里去。
2.如果我没有课并且我的朋友也没有课并且天不下雨并能借到自行车或者城里放映一部有趣并且是大片并且好得惊人的电影, 我就赶到城里去。
从上述引例可以看出, 它们都是在一定条件下判断是否进城的例子。显然, 第一个例子较第二个例子的条件来的简单。如果说条件更多的话, 岂不用语言或用文字描述时就更加复杂?那么能否创造一种“语言”, 把推理过程像数学一样利用公式来计算, 从而得到是否进城的结论?下面就从了解数理逻辑的产生过程来诠释这个问题。
(二) 数理逻辑 (符号逻辑) 的产生过程
逻辑是探索、阐述和确立有效推理原则的学科, 即事物因果之间所遵循的规律。用数学的方法研究关于推理、证明等问题。早在17世纪, 莱布尼茨就曾经设想过能否创造一种“通用的科学语言”, 可以把推理过程像数学一样利用公式来进行计算, 从而得出正确的结论。莱布尼茨的思想可以说是数理逻辑的先驱。后来英国人乔治·布尔把代数的概念和方法应用于古典逻辑的改造, 从而得出一个既是新的逻辑 (今天称之为符号逻辑或数理逻辑) , 也是新的代数, 即布尔代数或称逻辑代数。1847年, 布尔发表了《逻辑的数学分析》, 建立了布尔代数, 并创造一套符号系统, 把古典逻辑中以自然语言为结构的命题全部符号化, 利用符号来表示逻辑中的各种概念。布尔还建立了一系列的运算法则, 利用代数的方法研究逻辑问题, 初步奠定了数理逻辑的基础。[3]1884年, 德国数学家弗雷格出版了《数论的基础》一书, 在书中引入量词的符号 (比如符号“”与“”, 表示“存在”与“所有”等等) , 使得数理逻辑的符号系统更加完备。还有美国人皮尔斯, 他也在著作中引入了逻辑符号。从而使现代数理逻辑最基本的理论基础逐步形成, 成为一门独立的学科。[4]
(三) 数理逻辑的“命题演算”
命题是指具有具体意义的又能判断它是真还是假的句子 (比如1+1=2) 。命题演算是研究关于命题如何通过一些逻辑连接词构成更复杂的命题以及逻辑推理的方法。如果把命题看作运算的对象, 如同代数中的数字、字母或代数式, 而把逻辑连接词看作运算符号, 就象代数中的“加、减、乘、除”那样, 那么由简单命题组成复和命题的过程, 就可以当作逻辑运算的过程, 也就是命题的演算。这样的逻辑运算也同代数运算一样具有一定的性质, 满足一定的运算规律。例如满足交换律、结合律、分配律等, 利用这些定律, 我们可以进行逻辑推理, 可以简化复和命题, 可以推证两个复合命题是不是等价。[3,4]
可见, 1、2引例进城与否也都属于命题。通过命题演算, 就可以最后得出该命题是真是假, 即进城与否的结论。
(四) 逻辑代数、逻辑函数定义及应用
由17世纪的莱布尼茨做先驱, 到1847年布尔首先创建逻辑代数、逻辑函数概念, 再到1938年香农开始将其用于开关电路的设计, 最后到20世纪60年代数字技术的发展才使布尔代数成为逻辑设计的基础, 在数字电路的分析和设计中得到广泛的应用。由此看来, “我们要造成这样的一个结果, 使所有推理的错误都只成为计算的错误, 这样当争论发生的时候, 两个哲学家同两个计算家一样, 用不着辩论, 只要把笔拿在手里, 并且在计算器面前坐下, 两个人面对面地说:让我们来计算一下吧!”[3]这样的思想, 整整经历了三个世纪才逐步走向了完善和应用的阶段。
逻辑代数定义:是研究逻辑函数 (因变量) 与逻辑变量 (自变量) 之间规律性的一门应用数学, 是分析和设计逻辑电路的数学工具。在逻辑代数中, 逻辑变量只有0和1两种取值, 其运算只有与、或、非三种基本的逻辑运算。还有与或、与非、与或非、异或等几种导出逻辑运算, 也称复合逻辑。[5]
逻辑函数定义:如果对应于输入逻辑变量A、B、 C、…的每一组确定值, 输出逻辑变量Y就有唯一确定的值, 则称Y是A、B、C、…的逻辑函数, 记为Y=f (A, B, C…) 。[5]
同初等代数, 逻辑代数根据逻辑与、或、非三种基本运算, 可推导出逻辑运算的13条基本定理 (0-1律、 交换律、结合律、分配律、求反律等) 和3条基本规则 (代入规则、反演规则、对偶规则) 。利用这些基本定理和基本规则, 可以方便高效地解决逻辑电路的分析和设计问题。[5]
有了以上逻辑代数和逻辑函数概念, 下面就用逻辑代数的方法来表达1、2引例问题。
引例1中, 先将这个用文字描述的命题符号化。即假设, 天下雨为R, 借到自行车为B, 惊人为W, 电影为F, 赶到城里为A。则该命题的逻辑函数表达式为。
同上引例2中, 假设, 我有课为C, 朋友有课为K, 天下雨为R, 借到自行车为B, 有趣为Q, 大片为M, 惊人为W, 电影为F, 赶到城里为A。则该命题的逻辑函数式为,
从引例1、2命题的逻辑函数式可以看出, 同一个命题, 显然用逻辑函数式的表达比用文字描述简捷清晰。不仅如此, 我们再利用逻辑代数的性质、规则等, 很快就能客观准确地解决到底要不要进城, 即进城命题是“真”还是“假”。
(五) 逻辑代数和逻辑电路的关系
现实中的很多逻辑问题, 不仅仅只是古典逻辑中的推理和证明, 比如在当代的数字电子技术中, 很多逻辑问题更多的是要用电路来实现。从上得出, 在逻辑代数中, 它把矛盾的一方假定为“1”, 另一方则假定为“0”, 这样就把逻辑问题数学化了。再看数字电路的定义:是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路或数字系统。由于数字电路具有逻辑运算和逻辑处理功能, 所以又称数字逻辑电路。又由于数字逻辑电路中的器件主要工作在开关状态, 采用的也是“0”、“1”代码代表开关的“关”和“开”, 因此逻辑代数也就成了分析和设计数字逻辑电路的重要数学工具。
下面的引例3就是一个简单的数字逻辑电路。它为一个双联开关电路, 如图1所示。设两个单刀双掷开关A和B分别装在宿舍进门处和双架子床的上位, 无论在进门处或床上位处都能单独控制灯的开和关。
同上, 假设灯的状态用Y表示, 而且Y=1为灯亮, Y=0为灯灭。开关A、B的位置拨上为1, 拨下为0。显然, 该命题的逻辑函数式为:
输入输出能实现异或运算的电路叫做异或门, 异或运算符号见右图。
三、结论
当今时代, 数字电路已广泛应用于各个领域。数字电路比模拟电路的发展更迅猛, 应用更广泛。所以对于当代的工科学生来说学好数字电路势在必行。其中, 正确理解数字电路中的“数字”二字以及逻辑电路中的“逻辑”二字的含义是学好数字逻辑电路的基础。 本文从初等代数、初等函数的概念出发, 旨在梳理出逻辑代数、逻辑函数和它们的共性所在, 进而使同学们能更快、更好地掌握、理解数字逻辑电路的分析思路和分析方法, 为今后数字逻辑电路的分析和设计打下基础。
摘要：数字电子技术中出现了逻辑代数、逻辑函数和逻辑电路的概念, 怎么理解“逻辑”二字进而学好数字逻辑电路?本文从初等代数、初等函数出发, 通过梳理其概念以及举例来说明和理解“逻辑”的含义。
关键词：数字电子技术,数字电路,逻辑代数,逻辑函数,数字逻辑电路
参考文献
[1]周焕山.初等代数研究[M].北京:高等教育出版社, 2014.
[4]黄耀枢.布尔与布尔代数[J].中国自然辨证法研究会出版, 1985, (4) :36-43.
组合逻辑电路教案 第2篇
组合逻辑电路
【课题】
8.1概述
【教学目的】
了解组合逻辑电路和时序逻辑电路的电路结构特点及功能特点。【教学重点】
1.数字逻辑电路的分类和特点。2.常用的组合逻辑电路种类。3.会区分数字逻辑电路的类型。【教学难点】
区分数字逻辑电路的类型。【教学方法】
讲授法 【参考教学课时】
1课时 【教学过程】
一、复习提问
1.基本逻辑门电路有哪几种，它们的逻辑功能是什么？
2.画出与非门逻辑符号并说明其逻辑功能。
二、新授内容 1.组合逻辑电路
（1）特点：数字逻辑电路中输出信号没有反馈到输入端，因此任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号状态有关，而与电路原来的输出状态无关。
（2）电路组成框图：教材图8.1。2.时序逻辑电路
（1）特点：数字逻辑电路中输出信号部分反馈到输入端，输出信号的状态不但与当前的输入信号状态有关，而且与电路原来的输出状态有关。因此，这种电路有记忆功能。
（2）电路组成框图：教材图8.2。
三、课堂小结
1.组合逻辑电路的特点。
2.时序逻辑电路的特点。
四、课堂思考
P176思考与练习题。
五、课后练习
对逻辑代数作重点复习并预习下节课的内容（8.2组合逻辑电路的分析）。
【课题】
8.2组合逻辑电路的分析
【教学目的】
掌握组合逻辑电路的分析方法和步骤。【教学重点】
1.组合逻辑电路的分析方法和步骤。2.会对给定的组合逻辑电路进行功能分析。
【教学难点】
对给定的组合逻辑电路作功能说明，并用文字描述。【教学方法】
讲授法、练习法 【参考教学课时】
1课时 【教学过程】
一、复习提问
公式化简，用练习的方式进行。
二、新授内容
1．组合逻辑电路的分析步骤。
（1）根据给定的逻辑电路图，推导输出端的逻辑表达式。（2）化简和变换（3）列真值表（4）分析说明
2．组合逻辑电路的分析举例（1）老师举例讲解
（2）老师举例，学生讨论分析
例1 已知逻辑电路如图8.1所示，试分析其逻辑功能，要求写出分析过程。2
图8.1
三、课堂小结
1．组合逻辑电路的分析步骤。2．组合逻辑电路实例分析。
四、课堂思考
1.分析组合逻辑电路的功能一般要经过哪几个步骤？
五、课后练习
1.上网查阅组合逻辑电路的相关知识。2.P178思考与练习题 2。
【课题】
*8.3 组合逻辑电路的设计【教学目的】
了解组合逻辑电路的设计过程和一般方法。【教学重点】
组合逻辑电路的设计方法和步骤。【教学难点】
组合逻辑电路的设计方法。【教学方法】
讲练结合 【参考教学课时】
2课时 【教学过程】
一、复习提问
简述组合逻辑电路的分析步骤。
二、新授内容
1.组合逻辑电路的设计步骤
(1)分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。
(2)确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。(3)根据实际情况列出逻辑真值表。
(4)根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简。
(5)画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路和相应的引脚。
(6)根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情况相符。2.组合逻辑电路的设计举例
三、课堂小结
1.组合逻辑电路的设计步骤。
2.组合逻辑电路的设计举例。
四、课堂思考与练习
1.设计组合逻辑电路一般要经过哪几个步骤？
2.设计一个故障显示电路：（１）两台电动机同时工作，绿灯亮：（２）其中一台电动机有故障时，黄灯亮；（３）两台电动机都有故障时，红灯亮。要求：
（1）写出真值表；（2）写出表达式；（3）画出逻辑图（学生先做，教师后讲）
五、课后练习
P180思考与练习题 2。
【课题】
8.4 编码器
【教学目的】
1.理解编码的概念。
2.理解典型集成编码电路的引脚功能并能正确使用。【教学重点】
1.编码器的基本功能、分类。
2.集成编码器的引脚功能及逻辑功能真值表。3.优先编码器的工作特点及应用。
4.根据集成编码器的输入引脚状态推导输出引脚的逻辑电平和工作状态。【教学难点】
根据集成编码器的输入引脚状态推导输出引脚的逻辑电平和工作状态。【教学方法】
讲授法、讨论法 【参考教学课时】
3课时 【教学过程】
一、复习提问
简要叙述组合逻辑电路的设计步骤。
二、新授内容 8.4.1 编码的概念
1.编码是把输入的各种信号（如10进制数、文字、符号等）转换成若干位二进制码的过程。
2.编码器：能够完成编码功能的组合逻辑电路。3.编码器分类
（1）按编码形式可分为：二进制编码器和BCD码编码器。
（2）按编码器编码输出二进制码的位数可分为：4线－2线编码器、8线－3线编码器和16线－4线编码器等。8.4.2 二进制编码器的门电路实现
1.二进制编码器的概念
2.8线－3线二进制编码器的设计
（1）例1：设计抢答器中实现8位选手编码功能的8线－3线二进制编码器。（2）课堂练习：请设计一个4线－2线编码器，要求写出设计过程，画出逻辑电路，标明集成电路的型号和引脚。
讨论：哪些数字电路产品中需要用到编码器，请列出1~2个较为典型的例子。8.4.3集成编码器
1.集成编码器的概念 2.优先编码器的概念 3.集成优先编码器
三、课堂小结
1.编码的概念 2.二进制编码器的门电路实现 3.集成编码器
四、课堂思考
1.三位二进制编码器能对几个信号进行编码？
2.试分析集成编码器MC14532在图8.2所示的输入信号状态下，其输出引脚的逻辑电平各为多少？如果要设计一个实现负逻辑的按键输入电路，即按键没按下时，输入高电平，按键按下时输入低电平，按键输入电路应怎样修改？
图8.2
五、课后练习
P187思考与练习题2。
【课题】
8.5译码器
【教学目的】
1.理解译码的概念及典型集成译码电路的引脚功能并能正确使用。2.了解常用数码显示器件的基本结构，理解其工作原理。【教学重点】
1.译码器的基本功能和分类。
2.译码器的引脚功能及逻辑功能真值表。
3.根据集成译码器的输入引脚状态推导输出引脚的逻辑电平和工作状态。4.常用数码显示器件的基本结构、工作原理和应用。5.典型集成译码电路的应用。【教学难点】
典型集成译码电路的灵活应用。【教学方法】
讲授法、实物展示（共阴极数码管）、讨论法 【参考教学课时】
3课时 【教学过程】
一、复习提问
什么叫编码？什么叫编码器？
二、新授内容 8.5.1 二进制译码器
1.二进制译码器的逻辑符号及功能
2.3线－8线译码电路集成74LS138 讨论：哪些数字电路产品中需要用到译码器，请列出1~2个较为典型的例子。8.5.2 七段数码显示译码器
1.外形封装（实物展示）2.数码管的结构和原理
3.集成显示译码器MC14511简介（驱动共阴极数码管）（1）引脚排列和逻辑符号
（2）显示译码器MC14511的主要作用（3）MC14511真值表（4）MC14511的功能说明（5）MC14511的应用实例
三、课堂小结
1.二进制译码器 2.七段数码显示译码器
四、课堂练习
1.画出七段数字显示器的字形。
2.用真值表的形式说明七段译码器输入与输出的关系。
五、课后练习
P192思考与练习题2、3。【课题】
实训项目
制作3人表决器
【实训目标】
1.掌握组合逻辑电路的应用和测试方法。2.进一步掌握数字实训箱的使用技能。【实训重点】
组合逻辑电路的应用和测试方法。【实训难点】
组合逻辑电路的设计过程。【实训方法】
实验实训 【参考实训课时】
2课时 【实训过程】
一、复习提问
简述组合逻辑电路的设计方法及步骤。
二、实训任务
任务一
验证3人表决器逻辑电路功能。任务二
设计组合逻辑电路
设计一个3人投票多数通过的逻辑电路，要求写出设计步骤，并在数字实训箱上实现。
三、实训总结
1.画出实训电路连接图，标明使用的集成电路型号和引脚。2.列表整理实训数据。
四、课堂思考
1．如何用2输入端的与非门搭接成3输入端的与非门？ 2.如何将与非门作为非门使用？
五、课后作业
逻辑电路设计 第3篇
【关键词】逻辑设计；目标定位；教学内容；模式手段
一、逻辑设计课程目标与定位
1、课程目标
使学生具备本专业的高素质技术应用型人才所必需的电子电路逻辑设计基本知识和灵活应用常用数字集成电路实现逻辑功能的基本技能；为学生全面掌握电子设计技术和技能，提高综合素质，增强职业变化的适应能力和继续学习能力打下一定基础；通过项目的引导与实现，培养学生团结协作、敬业爱岗和吃苦耐劳的品德和良好职业道德观。本课程目标具体包括知识目标、能力目标和素质目标。
（1）知识目标：熟悉数字电子技术的基本概念、术语，熟悉逻辑代数基本定律和逻辑函数化简；掌握门电路及触发器的逻辑功能和外特性；掌握常用组合逻辑电路和时序电路的功能及分析方法，学会一般组合逻辑电路的设计方法（用SSI和MSI器件），学会同步计数器的设计方法；熟悉脉冲波形产生与变换电路的工作原理及其应用；了解A/D，D/A电路及半导体存储器、PLA器件的原理及其应用。
（2）能力目标：具有正确使用脉冲信号发生器、示波器等实验仪器的能力；具有查阅手册合理选用大、中、小规模数字集成电路组件的能力；具有用逻辑思维方法分析常用数字电路逻辑功能的能力；具有数字电路设计初步的能力。
（3）素质目标：培养学生学习数字电路的兴趣；培养学生团结合作的意识，培养学生自己查找资料能力。
2、课程定位
《逻辑设计》是计算机应用技术专业和电子信息类专业的一门重要硬件基础课，其理论性和实践性很强，尤其强调工程应用。是现代电子技术、计算机硬件电路、通信电路、信息与自动化技术的和集成电路设计的基础。在高速发展的电子产业中数字电路具有较简单又容易集成。通过本课程学习，熟悉小中大规模数字集成电路分析与应用，突出数字电子技术应用性，获得数字电子技术必要的基本理论基本知识和基本技能；了解数字电子技术的应用和发展概况，为后继课程及从事相关工程技术工作和科研与设计工作打下一定基础。《逻辑设计》在电子信息专业课程的地位，表现在其先导课程为《电工电子技术》，要求学生掌握由分立元器件组成的电子电路的识别与检测、与基本分析方法，掌握有关晶体管以及晶体管电路的分析方法等；其后续课程有《微机原理与接口技术》、《单片机技术应用》、《EDA技术应用》等。学习集成电路芯片在计算机及相关电子设备中的应用与作用。
二、逻辑设计课程教学内容
1、教学内容选取依据
（1）以培养高素质技能型人才为目标，教学内容选择与组织突出“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目主体--任务贯穿”为总体设计要求，在内容的选取上，首先立足于打好基础。在确保基本概念、基本原理和基本教学方法的前提下，简化集成电路内部结构和工作原理的讲述，减少小规模集成电路的内容，尽可能多地介绍中大规模集成电路及其应用。以能力培养为主线，以应用为目的，突出思路与方法阐述，力求反映当今数字电子技术的新发展。
（2）在教材内容编排上精心组合，深入浅出，做到概念清晰，逻辑设计思想严谨。教学实施中注重重点突出，层次分明，相互衔接，逻辑性强，以利于教学做一体化的整合。在讲义上力求简洁流畅，通俗易懂，便于学生自学。
（3）以实训项目为载体，采取任务驱动教学做一体化的实施，体现理论指导实践，实践深化理论的素质养成目的。
（4）依据各学习项目的内容总量以及在该门课程中的地位分配各学习项目的课时数。
（5）知识学习程度用语主要使用“了解”、“理解”、“能”或“会”等用来表述。“了解”用于表述事实性知识的学习程度，“理解”用于表述原理性知识的学习程度，“能”或“会”用于表述技能的学习程度。
2、教学具体内容安排
表决器电路设计与制作，抢答器电路设计与制作，同步计数器电路设计与制作，方波发生器电路设计与制作，数字钟电路设计与制作。
三、逻辑设计课程教学模式与手段
1、教材编写
教材编写体现项目课程的特色与设计思想，教材内容体现先进性、实用性，典型产品的选取科学，体现地区产业特点，具有可操作性。呈现方式图文并茂，文字表述规范、正确、科学。
2、教学模式
采取项目教学，以工作任务为出发点来激发学生的学习兴趣，教学过程中要注重创设教育情境，采取“教学做”一体化的教学模式，将知识、能力、素质的培养紧密结合，进一步加强职业教育教学改革研究，优化完善我校应用型人才培养体系。
3、教学方法
从教学手段、教案设计、教学思路、语言表述、教学资源等方面着手，对如何在课堂教学中提高学生的学习主动性和兴趣开展教研。教学过程有进行项目引导，任务贯穿，“提出问题”、“引导思考”、“假设结论”、“探索求证”，把握课程的进度，活跃课堂气氛，使大多数学生能够获得尽可能大的收获。采用“发现法”教学方式，使学生建立科学的思维方法与创新意识。学习内容的掌握依赖于学习者的实践，课程组加强了对教师教学及学生学习过程的管理；为使学生理解和有效掌握课程内容，在坚持课外习题练习、辅导答疑等教学环节的基础上，增加随堂练习、单元测验等即时性练习环节，督促学生复习和掌握已学知识点。
4、教学手段
充分利用挂图、投影、多媒体等现代化手段，发挥网络突破空间距离限制的优势，让学生能够最大限度的利用学习资源，自主地学习和提高，弥补课堂上未能及时消化吸收的部分内容。教学过程中相应教学班成立课程提高学习小组，任课教师课外指导该小组进行拓展学习及课外科技活动指导，达到因材施教的目的；一方面教师指导有兴趣能力强的学生进行课外学习，特别是对数字系统设计知识的答疑指导，为能力强的学生提供发展空间，解决因课时数限制而无法在课堂上深入讲授特定工程应用专题的矛盾。也加强了教师与学生的互动，教师可以第一手了解学生对教学过程的反馈，改进教学方法，利用学习好的学生带动整个班级的学习，促进良好班风学风的形成。探讨当前教学环境下，培养学生课外学习能力的新模式。
5、课程资源的开发与利用
整理并开发具有职教特色的自编教材，编写学生实训指导用书，引导学生查阅网络资源，要注重利用仿真软件的辅助设计功用。
参考文献
[1]俞仲文,刘守义,朱方来.高等职业技术教育实践教学研究[M].北京:清华大学出版社,2004,5.
[2]姜大源.工学结合职业教育课程开发的实践与理论.
组合逻辑电路的设计与仿真 第4篇
组合逻辑电路是数字电路的一种重要的逻辑电路, 是时序逻辑电路设计的基础。该种电路是指任何时刻的稳定输出, 仅仅只决定于该时刻各个输入变量的取值, 既无输出到输入的反馈连接, 也不包含可以存储信号的记忆元件。[1]组合逻辑电路的设计是根据给定的逻辑问题, 设计出能够实现该逻辑功能的逻辑电路, 它具有重要的现实意义和实用价值, 本文对组合逻辑电路的设计方法进行了总结并进行了Multisim仿真分析, 结果证明用中规模集成电路实现逻辑设计是一种行之有效的方法。
1 组合逻辑电路的设计步骤
设计组合逻辑电路所遵循的原则首先是使用芯片的个数和种类尽可能少, 其次是连线尽可能少。一般所遵循的设计步骤是:
(1) 分析逻辑问题, 进行逻辑抽象, 设定逻辑变量并进行状态赋值;
(2) 根据因果关系, 列出真值表;
(3) 进行化简和处理, 组合逻辑电路设计的最简化无论在ASIC设计和PLD设计中都很重要。[2]用公式法或图形法化简为最简与或式, 或转换为适合所提供集成电路的逻辑形式;
(4) 画出逻辑电路图
根据化简和处理的逻辑表达式, 画出逻辑电路图, 根据提供的门电路或集成电路进行连线。可以采用分立元件实现电路, 并且随着微电子技术的迅速发展和集成电路工艺水平的提高, 单块芯片的集成度越来越高, 价格越来越便宜, 也可用通过小规模集成电路SSI, 中规模集成电路MSI来实现。[3]
2 组合逻辑电路的实现方法
2.1 逻辑问题分析
如设计一个三人表决电路, 要求少数服从多数原则, 即输出信号的电平与三个输入信号中的多数一致。首先进行逻辑抽象, 确定输入变量A、B、C和输出变量Y, 用0和1分别表示低电平和高电平, 列出真值表:
然后由真值表写出逻辑表达式:
2.2 用SSI实现电路
当使用SSI四2输入与非门74LS00和三3输入与非门74LS10实现电路时, 将逻辑表达式化简并改写为与非-与非式:
逻辑电路图如图1所示:
2.3 用MSI实现电路
(1) 使用M S I三位二进制译码器74LS138实现电路, 将逻辑表达式写成最小项的与非-与非式:
画出实验逻辑电路图如图2所示:
(2) 数据选择器的逻辑功能具有通用性, [4]利用数据选择器设计组合逻辑电路具有一定的实用价值, 能解决常规门电路设计中存在的不足, 提高设计水平。[5]当使用MSI二4选1数据选择器74LS153实现电路时, 将逻辑表达式变换成与数据选择器相对应的形式, 并进行对比, 画出实验逻辑电路图如图3所示:
当然, 可以用中规模集成电路的组合来优化逻辑设计, 如文献[6]采用数据选择器和译码器的组合优化逻辑设计。也可采用ROM来实现组合逻辑电路。
3 仿真分析
Multisim是一种电路设计与仿真软件, 可以对模拟、数字和混合电路进行电路性能仿真和分析。在元件库中选择电器元件及电源和“地”, 并进行连线、仿真。仿真电路如下:
4 结语
不同功能的芯片最后设计的电路形式虽然差别很大, 但逻辑功能却相同。用SSI来实现, 所用集成电路芯片数量多, 线路复杂, 而且设计出的电路并不具有通用性, 仅能够适应某一特殊的函数要求。
选用MSI设计组合逻辑电路, 会轻而易举的满足要求, 实现逻辑函数的需要, 既节约了成本又提高了所设计电路的稳定性, 是一种行之有效的方法。
摘要：组合逻辑电路在实践中被广泛应用, 研究其实现方法具有重要的现实意义和实用价值。本文给出了组合逻辑电路设计的一般步骤, 并对各种实现方法进行了比较, 最后进行了仿真实验。结果证明用中规模集成电路实现组合逻辑电路, 使用器件数目较少, 灵活性高, 成本低, 电路可靠性高, 是实现组合逻辑电路行之有效的方法。
关键词：组合逻辑电路,逻辑函数,设计,仿真
参考文献
[1]于孟尝.数字电子技术基础简明教程 (第三版) [M].北京:高等教育出版社, 2006:143.
[2]左全生.组合逻辑电路设计的一种方法[J].现代电子技术, 2007, (6) :6～11.
[3]黄进文.组合逻辑函数的实现方法讨论[J].宝山师专学报, 2004, 23 (2) :42～46.
[4]任骏原, 张凤云, 李戈.数据选择器逻辑功能的通用性[J].锦州师范学院学报 (自然科学版) , 2003, 24 (4) :13～14.
[5]石鑫, 黄沛昱.数据选择器在数字电路中的应用[J].重庆邮电大学学报 (自然科学版) , 2008, (6) :50～51.
数字逻辑电路小论文 第5篇
摘要：随着数字逻辑技术的发展，数字逻辑电路也逐步应用于我们生活的方方面面。在数字机顶盒，数字电冰箱，数字洗衣机等领域均有所体现。本文将大体介绍数字逻辑电路的发展历程、分类方法、数值、用途与特点，最后详细介绍数字逻辑电路的实际应用。
一．
数字电路的发展历程与分类方法
数字电路的发展：数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。近年来,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。数字逻辑电路分类：
1、按功能来分：
（1）组合逻辑电路：简称组合电路，它由最基本的的逻辑门电路组合而成。特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。
（2）时序逻辑电路：简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。
2、按电路有无集成元器件来
可分为分立元件数字电路和集成数字电路。
3、按集成电路的集成度进行分类 可分为小规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、大规模集成数字电路(LSI)和超大规模集成数字电路(VLSI)。
4、按构成电路的半导体器件来分类 可分为双极型数字电路和单极型数字电路。
二．数字逻辑电路的用途和特点
数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路。把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲，但这些脉冲是用来表示二进制数码的，例如用高电平表示“ 1 ”，低电平表示“ 0 ”。声音图像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲，它们被称为数字信号。能处理数字信号的电路就称为数字电路。
这种电路同时又被叫做逻辑电路，那是因为电路中的“ 1 ”和“ 0 ”还具有逻辑意义，例如逻辑“ 1 ”和逻辑“ 0 ”可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等。电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力，所以才把它叫做逻辑电路。
由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等优点，因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。一般家电产品中，如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。
数字逻辑电路的第一个特点是为了突出“逻辑”两个字，使用的是独特的图形符号。数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路，它们都是以晶体管和电阻等元件组成的，但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们，而不画出它们的具体电路，也不管它们使用多高电压，是 TTL 电路还是 CMOS 电路等等。按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图，它完全不同于一般的放大振荡或脉冲电路图。
数字电路中有关信息是包含在 0 和 1 的数字组合内的，所以只要电路能明显地区分开 0 和 1，0 和 1 的组合关系没有破坏就行，脉冲波形的好坏我们是不大理会的。所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能，较少考虑它的电气参数性能等问题。也因为这个原因，数字逻辑电路中使用了一些特殊的表达方法如真值表、特征方程等，还使用一些特殊的分析工具如逻辑代数、卡诺图等等，这些也都与放大振荡电路不同。
三．数字电路的数制
在我们的日常生活中常用的进制主要是十进制（因为我们有十个手指，所以十进制是比较合理的选择，用手指可以表示十个数字，0的概念直到很久以后才出现，所以是1－10而不是0－9）。例如：在早期设计的机械计算装置中,使用的不是二进制，而是十进制或者其他进制，利用齿轮的不同位置表示不同的数值，这种计算装置可能更加接近人类的思想方式。比如说一个计算设备有十个齿轮，它们级连起来，每一个齿轮有十格，小齿轮转一圈大齿轮走一格。这就是一个简单的十位十进制的数据表示设备了，可以表示0到999999999的数字。配合其他的一些机械设备，这样一个简单的基于齿轮的装置就可以实现简单的十进制加减法了。而在如今的信息化、数字社会，十进制不能满足人们的使用要求，从而出现了不同的进制，如我们常说的二进制、八进制、十六进制等
二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。计算机运算基础采用二进制。电脑的基础是二进制，电子计算机出现以后，使用电子管来表示十种状态过于复杂，所以所有的电子计算机中只有两种基本的状态，开和关。也就是说，电子管的两种状态决定了以电子管为基础的电子计算机采用二进制来表示数字和数据。这种通过不同的位置上面不同的符号表示数值的方法就是进制表示方法。一个字是电脑中的基本存储单元，根据计算机字长的不同,字具有不同的位数，现代电脑的字长一般是32位的，也就是说，一个字的位数是32。字节是8位的数据单元,一个字节可以表示0－255的数据。对于32位字长的现代电脑，一个字等于4个字节，对于早期的16位的电脑，一个字等于2个字节。八进制的数较二进制的数书写方便，常应用在电子计算机的计算中。十六进制常用在单片机的编程里。数制应用领域范围之广，一时难以一一举例，未来的世界数字化，期待着。
四、数字逻辑设计在生活中的应用
随着数字机顶盒、数字高清电视和液晶平板电视的迅猛发展，日常消费电子产品中的数字视频解调接收器和视频图像处理信号接收前端的重要模块-模数转换器的应用越来越广泛，而且随着整机产品的功能和性能要求越来越高，功耗低面积小的数字视频片上系统(SoC)单芯片已经成为10位分辨率、多通道模数转换器的主要应用芯片，例如3通道采集RGB和YUV信号的视频模拟前端。但是由于片上系统单芯片集成了大量的模拟电路和数字逻辑电路，内部时钟频率也非常高，因此导致电路噪声偏大，影响模数转换器的性能。如何使模数转换器既拥有较强的抗干扰能力，同时达到低功耗的要求，越来越成为模拟集成电路研究的热点和难点。论文主要研究了兼容0.18um 1.8V标准数字逻辑CMOS工艺应用于数字视频领域的流水线模数转换器，通过matlab的分析和优化，建立了系统级的设计框架，然后根据系统需求的采样率、输出分辨率等要求计算出影响模数转换器性能参数的限制指标。再根据工艺参数和EDA工具设计出了晶体管级电路并进行了全电路性能仿真。最后设计了整个模数转换器和测试芯片的布局及版图，完成了整个芯片设计的全部流程。期间主要的研究成果和工作有以下几个方面：(1)一般流水线模数转换器常用的动态比较器需要从外部输入参考源与输入信号进行比较然后输出数字域的结果，而本文提出的无输入参考源动态比较器不需要在比较器之外引入参考源而是利用比较器输入对管的差别产生比较阈值，这样减轻了参考源驱动电路的负载，排除了外部电路对动态比较器组成的子模数转换器模块的干扰，另外减少了外部引入参考源走线的数量进而减小了硅面积。(2)论文设计的低功耗高速模数转换器使用了1.8V电源，为了减少开关电容电路采样的信号失真，提出了一种新型的开关栅增压电路，使得信号开关器件的栅电压与输入信号无关，保持开关的导通电阻是常数，而且在增压传输路径中的开关导通电阻也与信号无关，从而降低了信号的谐波失真，提高了电路的动态范围。此外，所有的NMOS开关电路的衬底始终接在电路的最低电平上，这样就使该电路可以在普通的0.18um 1.8V数字标准逻辑CMOS工艺上实现，从而降低了芯片制造成本。(3)虽然流水线模数转换器的冗余位数字校正(RSD)能够消除一定的误差，但是在低电压应用中，由于信号输入幅度相对较高，因此冗佘校正后的误差仍较大，为了保证整个模数转换器依然有良好的线性度和良好的信噪比，论文提出了内插冗余校正技术。该技术的原理是：由于根据系统定义的噪声限制指标和制造工厂提供的工艺匹配参数可以计算出第i级之后插入一级冗余校正级。因此内插冗余校正级可以把第i级的输出大于正常输入范围数倍之内的信号做为输入(主要是第1级到第i级累积的误差并被MDAC电路放大引起的)然后输出时校正到后级能接受的正常输入范围，这样就可以避免最终模数转换器输出钳位和饱和引起整个ADC的线性度和动态范围的下降。(4)为了兼容标准数字逻辑工艺，MDAC中没有使用线性度较高的MiM电容，而是选择了三明治式金属层间电容(stack capacitor)，这需要通过仔细提取金属层间电容的寄生参数以确保电容的线性度能保证整个ADC的性能。(5)为了优化电路的功耗和面积，论文设计的流水线模数转换器采用了运算放大器复用技术，这样可以让相邻的两个MDAC共用一个运算放大器，有效地降低了功耗和面积。论文进行了两次硅实验，实验一是使用0.5um 2层多晶硅3层金属CMOS混合信号工艺实现了1MHz采样的10位流水线模数转换器电路，验证满足静态参数特性和动态参数性能的设计方法；实验二是使用0.18um 1.8V单层多晶硅6层金属标准逻辑工艺实现了100MHz采样的10位流水线模数转换器。在模数转换器的测试方面主要设计了高速电路应用的PCB板和整个测试平台环境搭建。实验一和实验二的DNL分别为0.71 LSB和0.47LSB；INL分别为0.8LSB和0.55LSB；实现的有效位(ENOB)分别为9.7位(1MHz采样)和9.3位(100MHz采样)；芯片面积分别为1.7mm~2和0.98mm~2；功耗分别为45mW和63mW，其中实验二的功耗优质因子(FOM)和面积优质因子(FOM_A)分别为0.995pJ.V／Sa和1.55e-11mm~2／Sa，这两个指标达到了近几年收录在JSSC和ISSCC等国际核心刊物的流水线模数转换器的研究成果，能够实现低功耗低硅面积数字视频及SoC嵌入式应用。
应用实例：
三路抢答器
图 1 是智力竞赛用的三路抢答器电路。裁判按下开关 SA4，触发器全部被置零，进入准备状态。这时 Q1 ～ Q3 均为 1，抢答灯不亮；门 1 和门 2 输出为 0，门 3 和门 4 组成的音频振荡器不振荡，扬声器无声。
竞赛开始，假定 1 号台抢先按下 SA1，触发器 C1 翻转成 Q1=1、Q1=0。于是： ① 门 2 输出为 1，振荡器振荡，扬声器发声； ②HL1 灯点亮； ③ 门 1 输出为 1，这时 2 号、3 号台再按开关也不起作用。裁判宣布竞赛结果后，再按一下 SA4，电路又进入准备状态。
彩灯追逐电路
高考制度设计的原理及逻辑分析 第6篇
[关键词]高考制度;分专业高考;高等教育
[中图分类号]G640
[文献标识码]A
[文章编号]1673-5595(2009)04-0091-(05)
笔者曾在2007年第5期的《中国石油大学学报(社会科学版)》发表《“分专业高考制度”初探——基于教育品牌战略视角的高考制度新思维》一文,提出了分专业高考的构想。[1]该文发表以后,笔者收到了一些读者的反馈,也和一些读者进行了一些有意义的讨论。在讨论的过程中,笔者发现有必要继续从制度设计的逻辑出发,进一步分析现行高考制度的问题及分专业高考制度的合理性。
一、高考制度设计的基本原理
要设计合理的高考制度,应该从高考制度的基本功能出发,找出实现其功能的最佳路径。
(一)高考制度的基本功能
说到中国高考制度的功能,可能一言难尽,因为中国的高考太重要,所以其功能也太复杂。
刘海峰教授认为:“现在的高考除了其有为高校选拔合适人才、以考促学等教育功能之外,也还具有维护社会公平、维护社会稳定、促进社会流动等社会功能”。[2]
彭拥军博士认为:高考具有社会、个人和教育内部三个方面的功能。从社会层面看,高考具有分配高等教育机会,预演分配社会机会,促进合理的社会分层和社会流动,充当社会稳定器和减压阀等功能;从个体层面看,高考具有分配个体生存资源,提高个体享用能力和促进个体发展等功能;从教育层面看,高考还具有牵制教育目标和左右人才规格,充当教育指挥棒和评价教育质量等功能。[3]
赵银生博士认为:高考是选拔性的能力考试而非学业考试,其重点不在于检验学生是否掌握了中学的课程内容,也不在于对记忆、复述、基本理解及简单运用能力的考查,而在于考查学生综合理解和运用知识分析问题和解决问题的能力,考查学生进入高校继续学习的能力以及发现问题、进行创新的潜在能力,以证明学生具备成为高校合格毕业生的能力基础。[4]
蔡达峰教授认为,高考仅仅是指高校为招生选拔而设置的测试;但长期以来人们将它与为检查应届高中毕业生学习水平而设置的考核混合,强调这两种功能考试的统一兼顾,所谓“一考定终身”的一考,既管高中,又管高校。这种认识已经成为社会共识和思维定势,并在不断地被强调和宣传。在这种观念统领下,高考改革始终处于左右为难的困境之中。[5]
在目前的中国,高考制度的功能很多,笔者无法否认。在承认并正视高考制度的各种功能以后,笔者在思考:高考的基本功能应该是什么?因为只有抓住了基本功能,才能抓住解决问题的关键。
“高考”,顾名思义,实际上是“高等学校招生考试”的简称。很明显,高考的基本功能就是为高等学校招生服务的。如果没有高等学校招生,也就不需要高考。设置高考,主要目的就是为了选拔“适当的人才”进入高校接受高等教育。
高考的其他功能都是围绕高考的基本功能而产生的附加功能。其中有些附加功能正在发生变化。比如以前还没有建立高中毕业会考制度的时候,高考还承担着“引导、评价、检验中学教育的功能”,也就是防止中学偏科的功能。但是,在20世纪80年代末90年代初高中毕业会考制度逐步建立以后,“引导、评价、检验中学教育的功能”主要由高中毕业会考来承担,高考已经渐渐卸除这一功能。
(二)高等教育的基本性质
既然高考制度的基本功能是为高等学校招生服务,那么必然要回答“高等学校需要招收什么样的学生”这个问题,要回答这个问题,又要从高等教育的基本性质出发。
高等教育的基本性质是什么,这是一个具有争议的问题,争议的基本点主要集中在高等教育是专业教育还是通识教育这两个维度。
潘懋元认为:“高等教育是建立在普通教育基础上的专业教育,以培养专门人才为目标,一般全日制大学本科生的年龄是20岁左右的青年,他们的身心发展已趋成熟。”[6]
胡建华认为:“高等教育是在完全中等教育基础上进行的各种学术性、专业性教育。”[7]
唐玉光认为:“从高等教育的性质看,高等教育是一种专业教育,是依据专业分工培养高级人才的活动……高等教育是在完全的中等教育基础上进行的专业教育,是培养各类高级专门人才的社会活动。”[8]
《中国大百科全书•教育》中关于高等教育概念的界定是:“高等教育是建立在中等教育基础之上的各种专业教育。”
由上可见,高等教育是专业教育,这是得到很大程度认可的。
笔者也认为,高等教育是专业教育,这也是高等教育的基本性质。在历史上,特别是高等教育刚刚产生的时候,社会分工不是很明显,高等教育的内容不是很广泛,主要集中在通识的人文方面,不需要突出专业教育的内容,所以那时候的高等教育似乎是通识教育。但是,随着人类社会的逐步发展,特别是社会分工的日益深化,高等教育的内容也日益在向专业角度发展。现实中,不管是哈佛大学,还是北京大学,几乎所有的高校都是在按照专业人才的要求培养人才。将来,高等教育分专业培养人才,这个基本方向不会改变,这是由社会分工的基本要求决定的。目前之所以出现高等教育是专业教育还是通识教育的争议,主要是因为一些高校培养专业人才的时候过分看重专业知识的传授,忽略了基本的人文素质的培养,导致一些专业人才畸形发展。要解决这个问题,办法就是在坚持专业教育的同时,增强人文知识的教育,使大学毕业生知识更加全面,素质更加协调。加强大学的通识教育,并没有改变高等教育是专业教育这个基本性质。
在明确了高等教育是专业教育这个基本性质以后,高考如何为高等学校招生服务这个问题就容易回答了:高考就是通过考试选拔有专业兴趣、专业潜质、专业基础的人才进入高等学校接受高等专业教育。其中的核心是从高中毕业生中选拔有专业兴趣、专业潜质、专业基础的人才进入高校。
(三)高考制度设计的思考路径
高考制度的核心任务是从高中毕业生中选拔有专业兴趣、专业潜质、专业基础的人才进入高校。这里有两个要素需要准确把握:第一是“高中毕业生”,也就是说,这些人已经从高中合格毕业了,他们的基础教育阶段已经结束了,并达到了一个合格的水平;第二是因为后面的高等教育是专业教育,所以在选拔的时候需要考量的是他们哪些人具有专业兴趣、专业潜质、专业基础。如果没有专业兴趣、专业潜质、专业基础,那就没有必要进入高等学校进行深造;如果某人的专业兴趣、专业潜质、专业基础不如别人,那么,进入高等学校进行深造的机会就应该分配给那些更加具有专业兴趣、专业潜质、专业基础的人。
正是基于上述思考路径,笔者认为应该实行“分专业高考”制度:在完善现行高中毕业会考制度的基础上,废除高考中的公共科目语文、数学、外语,高考按照专业来分类进行命题考试。
二、中国现行高考制度设计的逻辑误区
中国现行的高考制度把语文、数学、外语等公共科目作为决定性因素,这种制度设计其实陷入了一个逻辑误区:本来应该从合格的高中毕业生中选拔有专业兴趣、专业潜质、专业基础的人,现在却把专业兴趣、专业潜质、专业基础等方面的因素全部忽略不计了。
这就像要从100名运动员中选拔1名跳高运动员,理所当然应该对参与竞争的人做两方面的测试:一是基本身体素质的测试,包括跑步能力、仰卧起坐能力和俯卧撑能力等等;二是跳高兴趣、跳高潜质、跳高基础的测试。其中基本身体素质的测试应该是一个水平测试,只要达到某个水平就可以了,它不应该纳入后面的选拔性测试。假设这100名运动员中有60名基本身体素质合格了,那么,这60名运动员就应该开始后面的选拔性测试。这个时候,就不应该再考虑他们基本身体素质方面的成绩了,应该完全由他们的跳高兴趣、跳高潜质、跳高基础等跳高方面的测试成绩来决定。假如选拔制度放弃跳高兴趣、跳高潜质、跳高基础等方面的测试,完全由跑步、仰卧起坐、俯卧撑等身体基本素质来决定,最后可能会把刘翔安排来跳高,这就是选拔制度的灾难。
现行的高考制度其实就陷入了这么一个逻辑误区。这种逻辑误区带来的后果会在两个方向发展:
一是在基础教育方面,它会引导那些本来有专业兴趣、专业潜质和专业基础的人放弃自己的专业兴趣、专业潜质和专业基础,全力学习语文、数学、英语等公共科目,成为应试教育机器。什么叫应试教育?“从教育学的角度来看,应试教育是指脱离社会经济发展和人的发展需要,以应付升学考试为目的,违反教育学规律的一种教育模式”。[9]“所谓应试教育,是指脱离社会发展和人的需要,以应付考试和为高一级学校输送新生为目的的违反教育科学规律的一种传统教育模式”。[10]“应试教育是指脱离社会发展需要,违背人的发展规律,以应付升学考试为目的的教育思想和教育行为”。[11]不得不承认,中国的基础教育沦为应试教育,主要原因就是为了应付高考中的语文、数学、外语这三个应试科目。
二是在高等教育方面,它会导致那些有专业兴趣、专业潜质和专业基础的人因为自己的语文、数学、英语等公共科目差而失去进入高校进一步发展的机会,相反,那些没有专业兴趣、专业潜质和专业基础的人反而会凭借自己的语文、数学、外语优势而获得进入高校的机会。这样,对高等教育而言毫无疑问也是一个灾难。
三、分专业高考制度更有利于人的全面发展
笔者主张的分专业高考制度要求废除高考科目中的语文、数学、外语,大家担心的是会导致基础教育阶段的偏科。对这个问题,笔者主张用高中毕业会考制度来调节。实际上,当一个人通过高中毕业会考并拿到高中毕业证书的时候,他的基础教育已经合格了,已经符合社会的期待了,何谈偏科?
针对有人担心分专业高考制度会导致基础教育偏科、会导致人的畸形发展这个问题,笔者认为,这也许需要对马克思主义“人的全面发展观”有个全面的认识,然后才能消除对分专业高考制度的担忧。
(一)马克思主义“人的全面发展”观
“人的全面发展”是马克思主义关于人类发展的理性诉求,是科学发展观的重要内涵,也是中国教育目的的理论基础。“促进人的全面发展”,是中国的教育目的,是教育实践的行动指南,也是评判现实教育品质的价值尺度。马克思主义从对人的本质的科学认识出发,强调人与自然、人与社会的密切关系,重视人的自由、价值和权利,从而说明实现人的自由而全面的发展的重要性。其中有十分丰富的内涵。
1.人的全面发展是“全面”发展,但不是“均衡”或“全能”发展
马克思认为,人的全面发展就是“人以一种全面的方式,也就是说,作为一个完整的人,占有自己的全面的本质”。[12]什么是人的“全面的本质”?主要是三个方面:一是社会关系的总和;二是自由和自觉的实践活动,首先是劳动;三是人的自然因素、社会因素、精神因素三者的统一,也即“完整的人”。因此,人的“全面”发展就是要使这些方面都得到发展。也可以说,人的全面发展是指人的活动和能力、人的社会关系、人的个性等各方面由片面到全面、由畸形到完整、由贫乏到丰富、由潜在到现实的发展。[13]
需要指出的是,“全面”发展不等于均衡发展,不等于人人发展到水平一致的程度,不等于使每个人都成为万能的人、完人。“人的全面发展”只是一个相对的概念,这里的“相对”有两层含义。第一,“全面发展”是相对于“片面发展”而言的。“片面发展”的实质是指人在发展上受强制、遭奴役、被凝固,以及由此而造成的人在发展上的分裂、失衡、扭曲和畸形。在片面发展的状态下,人所感受到的是痛苦、折磨和摧残,是自由和自主的沦丧。与此相对应,“全面发展”的实质是指人在发展上的自由、自主、和谐、丰富以及流动和变化。在全面发展的状态下,人所感受到的是幸福和愉悦,是自我价值和尊严的实现和确立。第二,“全面发展”的“全面”只具有相对的意义,而不具有绝对的内涵。但许多人总喜欢把“全面”绝对化,似乎“全面”就是无一缺陷,无一短处,表现在教育上就是德智体美劳各方面都好,数理化文史哲各门功课均优。[14]
2.人的全面发展是人的个性的充分发展
人的个性即一个人区别于他人的特殊本性,包括个人所特有的生理素质、心理素质、自我意识及行为方式等等。它们通过人的独立性和自主性表现出来,体现着人作为自由主体的独立人格。个性通常包涵三个不同层次的含义:一是作为主体性的个性,它通过人的能力的发挥程度体现出来,人的能力越强,个性表现得也就越充分;二是作为社会性的个性,它通过不同社会群体之间承担不同的角色来体现,在各种角色中都承担着一定的权利和义务,从而体现自身的个性;三是作为个体的个性,它通过不同个人之间的特性所体现,世界上没有完全相同的两个人,每个人都是独特的、惟一的,这就取决于他的个性。[15]73
个性的充分发展就是把人的个性从束缚中解放出来或个人可以按照自己的意愿自主地做事,使个性不受压抑地张扬,表现为作为主体的人以自己的愿望施展自身各方面才能的自觉、自愿和自主的发展。人的本质是实践活动,在其现实性上是一切社会关系的总和。人的活动总是具体的、历史的,社会关系是具体的、变动的。每个人的活动、社会关系也是各不相同的。所以,由具体的活动和社会关系所造成的现实的人也是具体的独特的现实个体,人的本质现实地表现为每个个体所具有的个性。人的个性发展是马克思主义关于每个人的全面而自由的发展的题中应有之义。[15]116|117只有每个人的个性得到充分自由的发展,社会成员显示出千差万别、丰富多彩的个性,社会的全面发展进步才能实现。实际上,人的全面发展是指人的发展能为个人所驾驭,人们可以从自己的兴趣爱好出发,自由地从事多方面的活动和发展多方面的能力。所有这一切都旨在充分发掘人的内在潜能,促进人的个性充分发展。
说到个性的发展,无法回避“全面发展”与“个性发展”的关系问题。
从马克思“人的发展三阶段”①有关论述来看,所谓人的全面发展主要是指个人的全面发展或人的个性的全面发展,即构成人的个性的各种因素包括体力、智力、才能、品质等各个方面都得到充分发展。而在构成人的个性的各种因素中,马克思尤其注重个人能力的全面发展。他说,全面发展的个人,也就是用能够适应极其不同的劳动需求并且在交替变换的职能中,使自己先天和后天的各种能力得到自由发展的个人来代替局部生产职能的痛苦的承担者。
基于可编程逻辑器件的数字电路设计 第7篇
可编程逻辑器件PLD (Programmable Logic Device) 是一种数字电路, 它可以由用户来进行编程和进行配置, 利用它可以解决不同的逻辑设计问题。PLD由基本逻辑门电路、触发器以及内部连接电路构成, 利用软件和硬件 (编程器) 可以对其进行编程, 从而实现特定的逻辑功能。可编程逻辑器件自20世纪70年代初期以来经历了从PROM, PLA, PAL, GAL到CPLD和FPGA的发展过程, 在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有很大的改进和提高[1]。
随着数字集成电路的不断更新和换代, 特别是可编程逻辑器件的出现, 使得传统的数字系统设计方法发生了根本的改变[2]。可编程逻辑器件的灵活性使得硬件系统设计师在实验室里用一台计算机、一套相应的EDA软件和可编程逻辑芯片就可以完成数字系统设计与生产[3]。
1 Max+plus Ⅱ简介
Max+plus Ⅱ是一种与结构无关的全集成化设计环境, 使设计者能对Altera的各种CPLD系列方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Max+plus Ⅱ开发系统具有强大的处理能力和高度的灵活性, 其主要优点:与结构无关、多平台、丰富的设计库、开放的界面、全集成化、支持多种硬件描述语言 (HDL) 等。
数字系统的设计采用自顶向下、由粗到细, 逐步分解的设计方法, 最顶层电路是指系统的整体要求, 最下层是具体的逻辑电路的实现。自顶向下的设计方法将一个复杂的系统逐渐分解成若干功能模块, 从而进行设计描述, 并且应用EDA 软件平台自动完成各功能模块的逻辑综合与优化, 门级电路的布局, 再下载到硬件中实现设计[4], 具体设计过程如下。
1.1 设计输入
Max+plus Ⅱ支持多种设计输入方式, 如原理图输入、波形输入、文本输入和它们的混合输入。
1.2 设计处理
设计输入完后, 用Max+plus Ⅱ的编译器编译、查错、修改直到设计输入正确, 同时将对输入文件进行逻辑简化、优化, 最后生成一个编程文件, 这是设计的核心环节。
1.3 设计检查
Max+plus Ⅱ为设计者提供完善的检查方法设计仿真和定时分析, 其目的是检验电路的逻辑功能是否正确, 同时测试目标器件在最差情况下的时延, 这一查错过程对于检验组合逻辑电路的竞争冒险和时序逻辑电路的时序、时延等至关重要。
1.4 器件编程
当电路设计、校验之后, Max+plus Ⅱ的Programmer 将编译器所生成的编译文件下载到具体的CPLD器件中, 即实现目标器件的物理编程[5]。
2 以计数器为例介绍具体的设计方法
计数器是非常常用的时序逻辑电路。计数器类型有多种, 实现计数器的方法也有很多。可以买到大部分类型的中规模集成的计数器直接使用, 也可以用触发器搭建符合要求的计数器。但是采用以上方法实现的计数器灵活性不够, 不能随时进行修改, 通用性差。这里介绍基于可编程逻辑器件的实现方法。
2.1 设计输入
采用原理图输入的思维方式比较适合一直采用传统设计方法人的使用。原理图输入如图1所示。
采用硬件描述语言输入的方法对于没有传统设计方法经验的人更容易入门, 修改起来也更方便。给出了一个可逆计数器的实现实例[6], 程序的核心部分如下[7]:
PROCESS (clk)
VARIABLE cnt:INTEGER RANGE 0 TO 255;
VARIABLE direction:INTEGER;
BEGIN
IF (updown=′1′) THEN
direction:=1;
ELSE
direction:=-1;
END IF;
IF (clk′EVENT AND clk=′1′) THEN
cnt:=cnt+direction;
END IF;
qd <= cnt;
end process;
2.2 设计处理
原理图或程序完成之后, 选择好器件并进行引脚定义, 然后编译优化得到编程文件的界面如图2所示[8]。
2.3 设计检查
编译结束后, 建立波形文件进行仿真, 注意波形文件需要先保存, 保存文件名和源文件一致才能进行仿真[9]。结果如图3所示。
仿真结果达到设计目的, 符合设计要求。这时可以把编译生成的*.pof文件下载到选定的器件使用。用以上方法实现的器件, 修改起来非常方便, 只需要修改程序重新编译下载即可, 任何类型的计数器都可以在可编程逻辑器件实现。
3 结 语
随着电子技术的高速发展, CPLD 和FPGA 器件在集成度、功能和性能 (速度及可靠性) 方面已经能够满足大多数场合的使用要求。用CPLD, FPGA等大规模可编程逻辑器件取代传统的标准集成电路、接口电路和专用集成电路已成为技术发展的必然趋势。
可编程逻辑器件是逻辑器件家族中发展最快的一类器件, 它出现使得产品开发周期缩短、现场灵活性好、开发风险变小, 随着工艺、技术及市场的不断发展, PLD产品的价格将越来越便宜、集成度越来越高、速度越来越快, 再加上其设计开发采用符合国际标准的、功能强大的通用性EDA工具, 可编程逻辑器件的应用前景将愈来愈广阔[10]。
参考文献
[1]徐伟业, 江冰, 虔湘宾.CPLD/FPGA的发展与应用之比较[J].现代电子技术, 2007, 30 (2) :4-7.
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[3]赵延, 葛利嘉, 双涛.基于FPGA的UART设计实现及其验证方法[J].现代电子技术, 2008, 31 (17) :162-164.
[4]王淑文.基于CPLD的数字系统设计[J].现代电子技术, 2007, 30 (12) :184-186. (下转第194页)
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逻辑电路设计 第8篇
关键词：时序逻辑电路,延时开关,状态机化简,D触发器
0引言
时序逻辑电路的分析和设计是自动化、电气、通信、电子等电类专业必须掌握的重要专业基础,是《数字电子技术》的核心内容、学习的重点和难点。只有通过对它的研究与实践,才能真正具有设计数字电路的能力。同步时序逻辑电路的设计方法可按以下几个步骤进行:设计要求;原始状态图;最简状态图;状态分配;选定触发器类型,求出状态方程、驱动方程和输出方程;画逻辑电路图并检查能否自启动[1]。本文通过对延时开关电路这一具体实例的设计, 对时序逻辑电路设计的一般规律、原则、方法及步骤作了探讨和研究。
1设计要求和基本原理
设计一个开关装置,该开关装置在按钮k第一次按下时,三盏灯x,y和z同时点亮,当k再次按下时,x灯立刻熄灭;y灯5 s后熄灭,在y灯熄灭8 s后,z灯熄灭[2]。原理框图如图1所示。
由图1可知,该控制器状态机的输入逻辑变量有3个,分别为k,td5,td8,k=1表示按钮按下,td5=1表示5 s定时到,td8=1表示8 s定时到,输出逻辑变量有5个,分别为三盏灯x,y,z,高电平表示灯亮,t5=1表示5 s定时开始、t8=1表示8 s定时开始。
输入变量有3个,再加上现态Q,状态机将会有24=16种状态,随着输入变量的增加,状态的数目会呈指数倍急剧增加。当用状态机处理数字电路问题时,如果输入逻辑变量个数大于2且状态过多的话,会使设计变得复杂且容易出错,因此必然需要对其进行简化,也就是将其简化为2输入的状态机,并尽量减少状态的个数。简化输入变量的核心思路是将两个独立且互异的输入合并为一个输入,会使得整体电路变得简单。
2设计实现过程
基于上述思想,将td5和td8合并为一个逻辑变量
2.1 变量定义
图2所示是简化后的延时开关控制器状态机,输入变量有按钮信号k,以及延时时间到信号td,td高电平表示5 s延时时间到,低电平时表示8 s延时时间到,这是简化输入变量法的核心。输出变量有x,y,z,以及控制延时电路的信号t,t高电平表示13 s延时电路开始工作。
2.2 状态转换图
图3所示是简化后延时开关控制器的状态图,该图是不完全条件状态图,只标注了向其他状态转移的条件而没有标注自己转移到自己的条件,这里假设不向其他状态转移就是保持原状态不变。
更为重要的一点,为了避免按钮按下时间过长,状态连续变化的情况,在状态A0和A2中间设置了状态A1,当按钮按下k=1只转移到A1,然后按钮抬起时k=0,进入A2状态,直到按钮再次按下时k=1,才能转移到A3状态。
2.3 状态方程与输出方程
这里设A0=000,A1=001,A2=011,A3=010,A4=110。由状态图可以得到状态表1和图4所示的次态卡诺图。因为只用了8个状态中的5个,必然剩余3个状态,这里设定空余的状态全部跳转到A0,此方法叫最小冒险法,可以尽量地减少产生冒险竞争的风险。
将次态卡诺图分解并化简,可以得到次态方程,见式(1)～式(3):
由状态转换表可以得到输出方程,见式(4)～式(7):
2.4 用D触发器实现延时开关控制器
若选择用D触发器来实现该延时开关控制器,则所设计的逻辑电路如图5所示。
3电路时序仿真
将所设计的电路在Multisim集成开发环境下进行仿真,逻辑分析仪仿真结果如图6所示。从图6仿真结果可以看出,在按钮k第一次按下时,三盏灯x,y和z同时点亮,当k再次按下时,x灯立刻熄灭;y灯5 s后熄灭,在y灯熄灭8 s后,z灯熄灭,设计达到了预期要求。
4结语
本文给出了一种应用简化的同步时序逻辑电路设计延时开关控制器的方法,设计原理简单,思路清晰,易于理解,特别是对状态机输入逻辑变量的简化,大大简便了设计过程。但该方法仍然使用的是传统的时序逻辑电路设计方法[3,4],随着数字系统设计手段的不断更新,对于更为复杂的电路,可以采用CPLD和FPGA来实现。
参考文献
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浅谈时序逻辑电路设计中的小技巧 第9篇
在时序逻辑电路的设计过程中, 当选用小规模集成电路时, 电路最简的衡量标准是所用的触发器和门电路数目最少, 且输入端数目也最少。设计步骤中有一主要环节是选定触发器的类型, 进而求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。因为不同逻辑功能触发器的驱动方程不一样, 所以根据状态转换图或状态转换表以及选定的状态编码, 最终写出的状态方程也不一样。只有写出的状态方程和触发器的特性方程形式一致, 才可以避免因表达式变形引起的一些不必要的出错问题, 驱动方程的确定才会简单准确。然而教材上不管用D触发器还是用JK触发器, 方法是一样的, 即根据次态卡诺图以及卡诺图的化简原则, 写出最简的触发器状态方程。如果电路选用D触发器, 而D触发器的特性方程为Q*=D, 很方便就可以得到驱动方程。如果选用JK触发器, 由于其特性方程为:Q*=JQ′+K′Q, 就需要用公式法将状态方程变形为JK触发器特性方程的标准形式, 变形对于学生不是一件很简单的事, 容易出错。如何解决呢?
2 划分区域法
根据JK触发器的特性方程特点, 包含两项, 一项含有Q′, 另一项包含Q, 这样在次态卡诺图圈圈化简时, 我们可以将Q*=0和Q*=1的划分为两个区域, 即Q*=0的1属于一个区域, Q*=1的1是另一个区域, 各自区域中的1再分别按照最简原则画圈, 分属不同区域中的1即使相邻, 也不可以圈到一个圈中, 凡属于一个区的1如果相邻可以圈到一起, 根据这个方法得到的状态方程的结构, 与JK触发器的特性方程结构一样, 可以很方便的写出驱动方程。下面举一个例子:设计一个带进位输出端的十三进制计数器。根据逻辑抽象, 状态化简、分配等环节后, 假设得到的次态卡诺图如图1所示。
接下来分解图1的次态卡诺图, 再划分区域, 图2到图5分别为Q3、Q2、Q1和Q0的次态卡诺图分区域图解。
下面以求Q3的表达式为例:如果不分区域, 按照原来的方法圈1化简, 如图6所示, 会得到表达式:Q*3=Q3Q′2+Q2Q1Q0, 变形为JK触发器特性方程的标准形式还涉及到约束项, 容易出错, 麻烦。如果按Q3=0还是Q3=1分区域的话, 如图2所示, 再分别画圈就可以直接得到JK触发器特性方程的标准形式。
分区域后的卡诺图中的1如何画圈呢?不同区域的1互不相关, 也就是所属区域不同, 即使相邻的1也不可以圈到一起, 那么Q3的次态卡诺图圈1后的结果如图7所示:
根据图中的两个圈, 可以写出表达式:Q*3=Q2Q1Q0Q′3+Q′2Q3, 然后再对照JK触发器的特性方程Q*3=J3Q′3+K′3Q3, 可以很容易得到:J3=Q2Q1Q0, K3=Q2, 避免了再二次变形的麻烦, 采取同样的方法可以得到其他的驱动方程。
3 总结
在时序逻辑电路设计的过程中, 如果电路选用JK触发器, 可以通过这种先划分区域再分别画圈的方法, 写出的表达式和JK触发器的特性方程标准形式一致, 可以很方便的写出其驱动方程, 简单不易出错, 深受学生的认可。
摘要：时序逻辑电路设计中, 如果选用JK触发器, 根据状态转换图或状态转换表以及选定的状态编码, 写出的状态方程还需要经过表达式变形, 才能得到JK触发器的标准形式, 从而写出JK触发器的驱动方程, 学生在变形的过程中, 势必会引起一些不必要的出错问题。本文针对这一问题, 给出了在设计过程的一点小技巧即先划分区域再画圈化简, 运用这个技巧, 避免了表达式变形的过程, 简单, 方便, 不易出错。
关键词：时序逻辑电路,变形,JK触发器,划分区域
参考文献
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[2]康华光, 主编.《电子技术基础》模拟部分[M].高等教育出版社, 2004, 4.
浅析数字逻辑电路实验教学 第10篇
一、合理安排实验内容, 培养学生创新能力
实验教学不同于理论教学, 应该通过实验, 使所学理论知识得到验证和巩固, 另一方面, 通过实验, 培养和锻炼学生解决实际问题的能力。数字逻辑电路是一门很重要的专业基础课, 目前我校开设的实验项目有:TTL门电路的逻辑功能及测试;组合逻辑电路;译码器及其应用;数据选择器功能测试;触发器及其应用;计数器功能测试;脉冲分配器及其应用。其中大部分是基础性的验证实验, 是对理论教学的简单验证和基础实验技能的训练, 例如:74LS20与非门功能验证, 74LS151数据选择器功能验证以及74LS74, 74LS112触发器功能验证等等, 这类实验虽然对基本理论知识的理解、学生基础实验技能与电子测量技能的培养是很有帮助的, 但因已有实验图, 安装时只要细心, 即使不懂电路工作原理也能完成实验, 而且由于常用数字集成电路的真值表往往在理论教材上就已经给出, 一些学生便据此照抄, 导致实验还未操作, 而实验报告却已提前完成, 这使得实验报告不能充分地反应其实验过程和实验结果。纯粹的验证性实验使学生感觉枯燥乏味, 因此不利于培养学生的分析、解决问题能力及创新思维。所以, 在教学内容的选择上既应有一定量的验证性实验, 同时也应该有适量的综合性、设计性实验, 两者的有机结合对课堂教学效果是至关重要的。例如将数据选择器的功能测试改为多数表决电路或者交通信号灯监视电路的设计, 在减少实验学时的同时, 增强了趣味性和实用性, 在熟悉和掌握功能的基础上, 应用性实验项目又拓宽了学生的知识面, 增强了学生学习的主动性。
当然, 对综合设计性实验的安排, 以不脱离实验大纲的基础为前提, 对不同专业学生所开设实验项目要有所选择, 根据专业各自的需要, 注重因材施教, 在保证全部学生达到基本要求的基础上, 对于成绩优秀的学生也给予一个宽松的能够进一步学习的自由环境, 从而使创新能力的培养得到更好的提高。其次要营造一个激励性的环境, 鼓励学生创造。安排一些有创意的实验项目, 给出有创造性思维才能解决的问题, 让学生去思考, 去寻找解决问题的方法, 鼓励学生进行创造性学习。
二、改善实验教学方法, 提高学生综合素质
教学方法的选择恰当与否, 直接影响到课堂的教学效果。根据实际情况改善实验教学方法, 具体采取以下措施:
1. 让学生扮演课堂的主角, 教师加以正确的引导
实验是手脑并用的实践活动, 学生通过理解实验原理、操作仪器、观察实验现象和分析实验结果, 使观察能力、思维能力、操作能力得到锻炼。传统实验教学都是以老师为主, 实验老师从实验目的、实验原理及仪器使用, 到实验步骤到实验注意事项的介绍, 非常详细, 有时还做实验演示。而后学生按照老师的讲解进行实验操作。这种教学方式按部就班, 能避免学生在实验操作中出现一些这样那样的问题, 有利于实验的顺利完成。但是其弊端是学生思考和发挥的空间减小, 动手机会和动手能力下降。实验操作中出现问题的机会减少甚至从头至尾没有任何问题, 这其实不利于学生分析问题和解决问题能力的培养。因此实验过程应始终以全体学生为主体, 自觉动手、动脑, 目的是培养学生独立自主的学习, 激发学生学习的积极性和创造性, 把整个教学过程看成是学生主体, 教师引导的过程。教师在学生的整个实验过程中仅当配角, 对学生的操作方法、实验中遇到的问题加以正确引导、启发。另一方面, 指导教师要求学生课前预习并写预习报告, 让学生充分了解实验目的、原理、内容、步骤及有关注意事项, 认真做好预习题, 以便做到心中有数。只有让学生实验前做到胸有成竹, 实验的过程中才能做到得心应手。通过这种课堂角色的转换, 较好地调动了学生的主观能动性, 锻炼了学生独立思考分析问题和解决问题的能力。
2. 注重调试与故障检修技能, 提高学生的动手能力
数字逻辑电路实验中一个重要环节是通过电路调试、故障排查技能的训练培养学生独立分析问题、解决问题的能力, 提高学生的动手能力。当电路不能按预定的逻辑功能工作或达不到所要求的性能时, 电路就可产生故障。数字电路产生故障的原因是很复杂的, 常见的故障是由以下几个原因引起的: (1) 应用器件设计错误; (2) 布线错误; (3) 接插错误; (4) 干扰故障; (5) 集成芯片不匹配。目前的学生普遍动手能力较差, 电路一旦出现故障, 多数学生宁愿选择的是推倒重来的下策。所以我们在第一次实验时就向学生讲清学习调试与故障检修技能的重要性, 在实验中指导教师要耐心引导, 并允许学生犯错。在出错纠错过程中, 使学生从中体验到独立解决问题后所带来的收获感, 进而激发学生的创新意识, 提高学生的动手能力。
3. 加大实验室开放力度, 提高学生综合素质
实验室开放, 不仅能对学生技能进行训练, 培养学生的创新意识, 还能充分发挥实验室现有资源、提高仪器设备利用率。本实验室开放采用学生为主体, 教师加以启发指导的开放模式。如“智能交通灯控制系统”实验, 教师提前给出题目以及要达到的技术指标, 实验室提供可能用到的仪器设备, 由学生独立完成实验任务。整个过程, 学生通过合作交流反思, 形成探究能力, 学生在与老师同学之间的交流中, 不断完成自己的实验设计, 完成实验报告。将来, 本实验室还将开放科研型实验, 将实验室的部分科研项目对高年级本科生开放, 吸收部分优秀学生早进入实验室参与科学研究活动。同时, 借助计算机辅助设计软件, 如MAX+PLUS开发系统, 来进行电路的设计、模拟和调试, 学生可以根据自己的时间安排实验、根据自己发展的方向和特长选择实验, 有了学习的主动权。宽松的环境和严谨的治学氛围更有利于学生感受、理解知识产生和发展的过程, 养成科学精神和创新思维的良好习惯。
三、结束语
数字逻辑电路实验是数字逻辑电路教学中的重要的实践环节, 它要求学生们首先要养成良好的实验习惯, 也要求学生们具备理论联系实际的能力。在实验的教学过程中, 教师只有合理地安排实验内容和进行实验教学方法的创新, 给学生提供自主学习、自我发展的时间和空间, 让他们有一定的独立思考和发展自己见解的余地, 增强他们学习的积极性和主动性, 才能有效扎实地促进学生自主、全面的发展。
参考文献
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逻辑电路设计 第11篇
[关键词]数字逻辑设计及实验教学内容教学方法教学手段教学考核
《数字逻辑设计及实验》课程是计算机专业的一门重要专业基础课程。它是由《数字电路》与《逻辑设计及实验》两门课合成的一门新课，系统地介绍了数字电路和逻辑设计的基础知识、基本分析方法和设计方法，并演示了逻辑电路的典型实验。这门课程的内容多、学时少，在教学过程中极易出现教学重点不明确、教学主次不清晰、学生对重点难点的掌握不到位的情况。因此，教师必须优化教学内容、改革教学方法、改进教学手段、改善考核方式，以提高教学质量，更好地达到教学目标。
一、教学内容的优化
随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，新概念、新器件和新方法的出现，必然引起课程内容的调整和优化。根据电子技术发展的客观实际和“厚基础、宽口径、大专业”的高校人才培养目标，教学内容的改革必须符合“打好基础、精选内容，逐步更新、利于教学”的要求。
由于《数字逻辑设计及实验》课程的教学内容多、学时少，为了完成教学任务，通常会把每章节的内容做些删减，以便加快教学进度。在某种程度上会造成知识的不连贯，让学生难以把握重难点。笔者结合教学实际，对教学内容进行了两方面的优化。
1理论教学内容的优化。一方面，数字逻辑电路发展几十年，其理论基础并未发生根本变化。逻辑代数仍然是数字逻辑电路的数学基础；组合逻辑电路和时序逻辑电路仍然是数字电路分析和设计的基本对象；真值表、卡诺图、逻辑表达式等方法仍然是数字逻辑电路分析和设计的重要工具。另一方面，集成芯片不断发展，单个芯片所能实现的逻辑功能日趋复杂，数字逻辑电路的分析和设计也日趋丰富。所以在教学内容的优化上应实现“确保基础，强化能力，重视外部，淡化内部，联系实际，突出应用”要求。
为此，笔者对理论教学内容做了如下调整：第一，详细讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析方法和设计方法。结合若干典型的逻辑集成芯片，如译码器、数据选择器、触发器、计数器等，重点介绍由集成芯片构成的逻辑电路的分析和设计。要求学生熟练掌握芯片的应用。第二，削减集成芯片内部结构及详细工作过程的介绍，着重讲解集成电路的逻辑功能、外部特性和典型应用。如在第三章中，重点介绍OC门、OD门、三态门和传输门的功能、符号及应用，而对TTL门电路和CMOS门电路的结构工艺适当削减。第三，EDA软件、Verilog HDL描述语言只作入门介绍，在后续的《数字逻辑设计课程实践》中再详细介绍。
2实验教学内容的优化。实验教学是在学生系统学完相应理论章节之后，使之能够运用所学知识分析实验课提出的实际问题，综合设计出逻辑电路，并能科学地进行观察和判断，排除故障，以达到设计的目的。
由于《数字逻辑设计及实验》这门课程实验学时少，笔者认为实验的重点应放在中规模集成电路上，而且把这些芯片当做一个整体器件应用，而不是着重于它的内部电路组成。电路逻辑功能的讨论研究又应该是实验的重点所在。在实验内容的改革中减少了电路基本原理的测试，增加了电路的设计和分析。改进后的实验共4个，占16学时。实验一：三态门和OC门的研究，熟悉这两种特殊的门电路，并由这两种门电路组成总线方式的数据传输电路。实验二：用MSI设计组合逻辑电路，掌握数据选择器、译码器和全加器等中规模集成电路(MSI)的使用方法。要求学生设计二进制数及8421BCD码的大小判别电路和血型遗传规律电路。实验三：集成触发器，掌握集成D触发器和集成JK触发器的使用。要求学生设计抢答器电路。实验四：用MSI设计时序逻辑电路，掌握集成计数器和双向移位寄存器的使用方法。要求学生用74LSl60设计简单数字电子钟。
二、教学方法的改革
传统的教学方法是以教师为主体，讲授各种数字电路的基本概念、工作原理和逻辑功能，而学生成了旁观者，被动地接受知识灌输，结果使他们失去了学习兴趣，对高深的理论知识望而却步。因此，在教学上要积极采用多种教学方法以提高学生的学习积极性，加强教师与学生的沟通，突出学生的主体地位，强化知识的系统性和连贯性，达到良好的教学效果。
1启发式教学。采用启发式教学调动学生的主动性、积极性和创造性。教师要精心设计教案，注重知识点的引入和综合运用，使课堂教学有声有色，教与学达到良好互动。如在介绍OC门一节时，教师先提出TTL门不能“线与”的缺点，要使其能够“线与”又要进行怎样的改进?从而引出OC门的概念，进入OC门电路结构的学习，再比较OC门和TTL门的优缺点。
2案例式教学。案例式教学是通过教师采用案例引导来说明理论知识，学生通过案例的分析研究加深对理论知识的理解，从而提高学生分析、归纳和总结的能力。教师要善于列举贴近实际的典型例题，激发学生的强烈求知欲望，加强学生的联系能力、发散思维能力。如在讲完组合逻辑电路这一章时，教师举了父母血型与子女血型遗传关系电路的例子，先用基本逻辑门电路设计，再分别用译码器、数据选择器(附加少量门电路)设计，不但使知识系统深化，而且起到了举一反三的作用。
3讨论式教学。讨论式教学是指在教学过程中给学生留出充分的思维空间，留出一些问题让学生研究、讨论，以锻炼他们独立分析问题和解决问题的能力，提高其创新能力。
三、教学手段的改进
传统的教学方法用黑板教学，照本宣科，内容枯燥，教学效果差。为了加强教学效果，教师应注重多种教学手段的研究与实践，利用有效的教学资源，形成课堂教学+实验教学+网络教学的多元化教学模式，从而将教与学紧密结合起来，有效调动学生的学习热情。
1多媒体教学。多媒体技术的最大优势在于交互性和集图文声像为一体，不仅有利于激发学生的学习兴趣，营造互动的课堂氛围，还有利于提高教学效率和学生的学习效果。在《数字逻辑设计及实验》课程的教学中应充分利用多媒体教学手段，强调内容的逻辑性和循序渐进性，由简到繁、由点到面，使学生轻松掌握各知识点，提高教学效果。
2实验教学。实验教学能巩固理论教学的知识，激发学生的学习兴趣和求知欲，能很好地培养他们的应用能力和创造能力。在实验教学中形成课堂——实验——课堂的循环信息刺激，有利于学生加深对知识的理解。《数字逻辑设计及实验》课程有明确的实验大纲和实验内容，要求学生在完成指定实验后书写完整的实验报告，已经形成较
为完善的实验教学体系。
3网络教学。网络教学是利用网络课堂进行辅助教学，丰富网络教学资源，通过编写教学案件、制作题库，为学生提供网络学习环境。网络教学能突破时间和空间的限制，在任何时刻访问课程的相关信息，方便学生自学和答疑。《数字逻辑设计及实验》课程已有教学案件和网络题库，有效提高了学习的便捷性。
四、考核方式的改善
《数字逻辑设计及实验》课程的考核包括理论知识的考核和实验知识的考核，各占总成绩的60％和30％，另外，平时考核占10％。这种考核方式改变了传统的一锤定音的考试方式，逐步建立了“平时考核、理论知识、实际动手”三者并重的考核模式。平时考核包括考勤、课堂提问、课后作业、答疑等，其目的是引导学生学习的积极性和主动性，减轻学生期末考试的压力。理论知识的考核主要是期末的考试环节，其目的是督促学生学习的自觉性。科学合理的考试试题不仅能检验学生对所学知识的掌握程度，而且能以考试成绩给学生认可，建立正确的学习方法和学习态度。实验知识的考核主要是以学生做实验时的表现和完成实验报告的情况来评估的。要求学生在每次做实验之前必须认真预习，没有预习好或没有设计好电路和测试实验步骤，就不允许学生实验。另外，在实验中要引导学生坚持“先想后动”的原则。做完实验后要求学生认真写好实验报告，实验报告是实验的一个重要环节，也是一个再提高和知识升华的过程。要求学生写报告一定要真实，养成严谨的学风。
总之，在改善考核方式时要发挥考试的导向作用，抓住考核这一教学环节，引导和教育学生端正考试动机，巩固课程的教学质量，同时加强理论与应用的结合。
教学是一门艺术，需要不断探索和改进。在《数字逻辑设计及实验》课程的教学中，优化教学内容，改革教学方法，改进教学手段，改善考核方式是提高教学质量的重要基础；注重培养学生分析问题和解决问题的能力，是适应时代发展的需要。
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逻辑电路设计 第12篇
信号的边沿抖动无论是在数字电路还是模拟电路都是经常出现的问题,常常对整个电路的正常工作产生不可预期的影响。在信号电平变化时常常出现多次的随机快速的变化,即,在极短时间内出现多次脉冲变化,在一些以信号边沿为工作准则的电路中,抖动现象是致命的,也是必须滤除的。例如,数字电路中C P U的复位信号愿,时序电路的时钟信号都不能容忍抖动现象的出现。
边沿抖动常规的解决办法有滤波、平滑以及触发器设计等等,但是,这些方法在某些场合是无能为力的。本文介绍在电路设计中应用可编程逻辑器件简单,可靠地滤除边沿抖动现象。
2 边沿抖动的产生原因
2.1 模拟电路中产生边沿抖动的原因
当模拟信号向数字信号转化时常常出现抖动现象,即,模拟信号离散成数字信号,主要有三种情况:一是转换电路本身产生;二是输入模拟信号失真;三是对摸拟信号采样时采样电平在数字电路的高、低电平的两极限值之间进入模糊区域[3]。
在数字电路中高、低电平有两个极限值分别为有效低电平的最大输入值Va,有效高电平的最小输入值Vb,例如,TTL电平:输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平>=2.0 V,输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。CMOS电平:输出L:<0.1*Vcc;H:>0.9*Vcc。输入L:<0.3*Vcc;H:>0.7*Vcc[5].
当输入电平在逻辑模糊带(△V=Vb-Va)的时间(t2-t1)远大于门电路传播延迟时,其输出必将是前后沿都多次抖动的脉冲波形。对于比较器,△V一般为几毫伏,所以会更易出现边沿抖动。所以,模拟信号转化成数字信号的电路中抖动是常常存在的。
2.2 数字电路中产生边沿抖动的原因
数字电路中产生边沿抖动主要发生在以下几个方面:(1)不匹配终端长线效应;(2)逻辑设计的缺陷;(3)开关器件的多次触发。开关器件的多次触发是最常见的,如键盘按键的多次连接,继电器的触头多次接触等等,本来只有一次信号变化却形成了若干次变化。逻辑设计缺陷产生抖动的机理是:逻辑冒险或竞争,逻辑设计不合理造成瞬时毛刺,这种情况也是经常发生,很难完全避免。在无终端匹配的长线上,高频脉冲信号在线上多次往返传播,将在脉冲前后沿形成长长的余振,当余振幅度足够大时,对接收端门电路即成为沿抖动[6]。
3 边沿抖动的危害
对于控制信号、复位信号来说,边沿抖动会产生逻辑错误,产生误操作。对于时钟信号来说边沿抖动,将使依赖于时钟边沿工作的锁存器、定时器、计数器电路的工作结果完全错误。
4 基于CPLD去抖原理
我们经常用可编程逻辑器件,进行复杂的电路设计,这样可以使硬件软件化,降低了实现难度,增加了针对性,对特殊要求进行相应设计,使复杂电路实现起来变得简单可控。
对于抖动这个在电路中经常发生的现象我们可利用CPLD根据抖动的共同特征,进行相应的设计来解决问题。
无论是模拟电路还是数字电路中存在的抖动现象,它们有一个共同的特点就是时间短,连续多次。根据这个特点我们在可以在一定时间对信号电平多次采样,当电平值保持一致我们认为不是抖动,例如当信号电平从高电平变化成低电平时,只有对信号多次采样都为低电平时,才认为电平是低,否则保持原电平不变。
我们利用三个D触发器,一个三位或门,一个三位与非门,一个RS触发器来实现此设计消除抖动,原理如下:
对于RS触发器的两个输入端R、S,当R=0,S=1时,Q=0;
当R=1,S=0时,Q=1;
当R=1,S=1时,Q保持原值不变;
当R=0,S=0时,Q值不确定。
因此,在设计中应绝对避免R,S不能同时为零,否则输出端Q不可控。
D触发器在电路中的主要作用就是状态存储,此设计在中应用三个D触发器,用来保存三个连续的信号输入状态。
三个D触发器将三个连续的信号状态传递给“与非门”和“或门”进行逻辑判断,最终的判断结果作为RS触发器的输入。当三个D触发器状态值都为1时,“与非门”输出为0,即,S=0,或门输出为1,即R=1,结果RS触发器的输出为1;
当三个D触发器状态值都为零时,“与非门”输出为1,即S=1,或门输出为0,即R=0,RS触发器输出为0;
当三个状态值不同时,即(0和1)同时存在时,“与非门”的输出为0,即S=1,或门输出为1,即R=1,RS触发器的输出保持原值不变具体原理图如下:
在此设计中,3个D触发器和1个RS触发器用同一个时钟输入源作为他们的工作时钟,每个时钟的上升沿触发器开始工作,在一个时钟周期内,第一个D触发器对信号电平进行采样,由于信号传输固有的延时,上一时钟周期采集的电平状态作为第二个D触发器的输入,以此类推。三个D触发器保存了三个连续的电平状态,我们可以知道,此电路中,电平变化时将产生3个时钟周期的延时。我们可以根据实际中的具体要求来选择电路的时钟频率。同时,也可根据对可靠性的要求来增加D触发器的个数和“与门”、“或非门”的位数。
5 结束语
此电路在现实的电路设计中得以应用,而且效果很好,运行可靠。具有以下特点:
灵活,我们可以根据电路中所需精度来设定对外部的采样周期,例如我们希望电路中时间精度达到0.3那么我们根据此精度可以设置我们采用周期为15k。为增加可靠性我们可以增加D触发器的个数和或门,与非门的位数来达到。
实现简单,应用CPLD是硬件问题软件化,可控性得到加强,使用很少的器件资源就可实现功能。
摘要：随着可编程逻辑器件的发展,在一些电路设计中,电路设计人员普遍的利用可编程器件来设计一些逻辑电路来替代一些老的器件,例如,译码器,时钟发生器等等,同时,利用可编程逻辑器件针对特殊问题设计特殊电路。本文介绍一种应用CPLD解决电路中普遍存在的边沿抖动问题,同时也适用于解决电路中的毛刺问题。
关键词：可编程逻辑器件,抖动,D触发器,RS触发
参考文献
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