從數字電子技術教材看中外兩本教材的差別

張 虹

(西安交通大學電氣工程學院，陜西西安710049)

“數字電子技術”課程是本科生開始接觸數字技術的基礎課程。目前，隨著我國高校雙語和全英文教學的開展，如何適應數字技術的快速發(fā)展和課程實踐性強的特點，選取合適的教材已成為需要認真考量的問題［1，2]。

雙語教學中教材的選用既要考慮授課對象的能力與水平，又要符合教學規(guī)劃及要求。選用的教材中使用外語應該難易適中，便于學生閱讀和理解。綜合以上因素，我院雙語教學選擇了文獻［3] 作為主要參考教材［3]。該書被視為國外電氣電子工程的經典教材，目前已發(fā)行第10版。

我們比較國內外教材的特點發(fā)現，其講授知識點上盡管存在許多相似之處，但在教學內容和體系安排等諸多方面仍存在一些差異［4，5]。本文通過比較文獻［3] :《Digital Fundamentals》和張克農等主編的文獻［4] :《數字電子技術基礎》兩本教材來看中外教材的主要差別。

1 教材的教學內容

文獻［3] 共分為14章。其內容有概念的介紹;數值、運算和碼;邏輯門;布爾代數和邏輯化簡;組合邏輯的分析;組合邏輯的功能;鎖存器、觸發(fā)器和定時器;計數器;移位寄存器;存儲器;可編程邏輯和軟件;信號接口和處理;計算機概念和集成電路技術。與文獻［4] 相比，我們發(fā)現有如下不同。

(1)在數制的轉換一節(jié)中，文獻［3] 介紹了利用權的加和完成二-十進制之間轉換的方法。而文獻［4] 只介紹了重復除和重復乘的方法。

(2)在布爾代數邏輯表達形式的描述中，文獻［3] 除介紹乘積項和的形式外，還介紹了和的乘積項的標準形式，以及兩種表達式之間的轉換方法，整本教材未引入最小項的概念。文獻［4] 雖介紹了最小項，但只重點闡述了最小項和構成的邏輯表達式。

(3)對于邏輯函數化簡的討論，文獻［3] 除介紹常用的卡諾圖方法外，還介紹了Quine-McCluskey方法，為學生利用計算機編程實現化簡奠定了基礎。

(4)在鎖存器和觸發(fā)器部分，文獻［3] 重點介紹了門控和邊沿的觸發(fā)器，刪除了主從觸發(fā)器這些不常用的內容。

(5)有關脈沖的產生和整形部分，文獻［3] 未介紹由分立的門電路構成的單穩(wěn)態(tài)和多諧振蕩器施密特觸發(fā)器，只重點介紹了幾款常用的集成單穩(wěn)和多諧振蕩電路，如74LS121，74LS122及555電路。

(6)在時序邏輯電路部分，由于文獻［3] 未引入特征方程的概念，所以主要利用觸發(fā)器的狀態(tài)轉換表、次態(tài)表以及卡諾圖進行電路設計。文獻［4] 除介紹計數器的分析方法外，還舉例說明了異步時序電路的設計方法。

(7)移位寄存器的內容在文獻［3] 中作為單獨的一章列出，除重點介紹了集成移位寄存器，以及環(huán)形和扭環(huán)形計數器外，對觸發(fā)器構成的各種類型移位寄存器的內部結構和工作原理進行了較為詳細描述和功能分析。

(8)在存貯器部分，除通常的只讀和隨機存取存貯器外，文獻［3] 還介紹了Flash存貯器的特點，原理和結構。另外，介紹了先進先出(FIFO)存儲的原理、磁盤和光驅等存儲設備。

(9)在可編程邏輯器件一章，文獻［3] 除介紹簡單與復雜可編程器件的內部結構和主要特點外，還詳細介紹了可編程邏輯的開發(fā)軟件及開發(fā)過程，包括設計文件的錄入、功能仿真、綜合優(yōu)化、編程下載及實際測試等環(huán)節(jié)。

(10)在信號接口方法一章，文獻［3] 除就模/數和數/模轉換的原理和常用電路進行闡述之外，還引入了一些數字信號處理的相關內容，如信號的混疊，信號處理的基本方法和構成，常用數字信號處理器(如TMS320C6000系列等)的介紹。

(11)有關計算機的相關概念，如微處理器的工作時序、編程、中斷、直接存取存貯器及計算機的內部接口電路等在文獻［3] 中作為單獨一章進行講解，將教材前幾章學習的數字電路基本模塊融入計算機應用當中，實現了微機原理和數字電路應用的有機結合。

綜上所述，就教學內容而言，兩本教材均對數字電路所涉及的基本概念和基本理論進行了闡述，使學生獲得了數字電子技術方面的基本知識、基本理論和基本技能。兩本教材在內容的組織上有相似之處，都以數字電路的基本概念和知識為起點，然后是組合邏輯電路，之后是觸發(fā)器以及時序邏輯電路，最后是存貯器和可編程邏輯器件，以及/數模、模/數轉換?？傮w而言，文獻［3] 摒棄了一些陳舊的內容，更注重實用性和先進性。

2 內容安排上的差異

1)文獻［4] 將數字電路的基本概念和知識，如數制，碼制，邏輯門，布爾代數，卡諾圖和函數的化簡放在一章中進行了講解，簡明扼要。

文獻［3] 則將上述內容分為四個章節(jié)進行了詳細的描述。另外，在第一章中就引入了數字波形和邏輯塊的概念，簡要介紹了比較，算術運算，代碼轉換，數據選擇和分配，數據存貯，計數等數字電路中常用的功能模塊，并以一個實際的控制過程為實例，使學生一開始就建立起功能模塊和系統(tǒng)的概念。

2)文獻［4] 將集成邏輯門電路的介紹安排在第二章，集中講解了CMOS、TTL集成電路的特性、主要參數，分析了與門、非門、與非門、集電極開路門，三態(tài)門等電路的內部結構，并介紹了使用中應注意的一些問題。

文獻［3] 將以上內容放在最后一章，作為可選內容。因此，在第一章和第三章中，教材分別介紹了固定功能集成電路的一些外特性和參數，如傳輸延遲特性、速度—功率積、扇出和負載，以保證在不安排最后一章的情況下，學生也能夠了解一些和應用密切相關的知識。

3)文獻［4] 將脈沖的產生與整形電路作為單獨一章給予了詳細的介紹，文獻［3] 將該部分內容安排在基本鎖存器和觸發(fā)器的講解之后，未單獨作為一章列出。

3 教材中理論闡述特色

相較于文獻［4] ，文獻［3] 在理論知識的講述方面更加詳細生動，利于學生的自學。例如，該教材對非門的介紹，首先介紹了非門的常用邏輯符號，然后講解了非門對應的真值表、邏輯運算和邏輯表達式。之后，利用時序圖進一步說明了非門的邏輯功能，最后列舉了非門在求反碼中的實際應用價值。可見，對一個基本概念和理論，教材從不同的角度較全面地給予了充分的詮釋。

兩本教材在講解一個新的知識點時，一般都是先給出總體描述，然后通過列舉具體的實例對理論進行進一步的闡述和說明。所選例題都緊緊圍繞著所要闡述的問題而展開。文獻［3] 在很多場合下都詳細列出了解題過程和步驟，并對每一步有相應的文字說明和解釋，因此，更加有利于學生的理解掌握。另外，在解答完所給出的例題后，教材還提出另一個與之相關的問題供學生思考和練習。

文獻［3] 在每一章的結束部分，對本章所涉及的主要內容和概念進行總結，同時提供這一章的一些關鍵詞。在每一節(jié)結束又都給出幾道與本節(jié)內容相關的思考題供學生檢驗知識掌握的情況。課后習題按照文中每一節(jié)的內容進行安排，習題類型與文中的章節(jié)一一對應。

4 教材內容與工程實際的聯系

“數字電子技術”課程的理論和實踐緊密結合。兩本教材都以工程實際應用出發(fā)，在內容選取方面，淡化器件內部電路的分析，突出中、大規(guī)模集成電路的外部特性和應用。但兩者也各具特色。

1)系統(tǒng)綜合設計

文獻［4] 最后一章專門引入了系統(tǒng)綜合設計的方法，步驟，并給出了設計實例，將前面幾章所學習的內容，包括可編程邏輯器件的應用體現在綜合設計當中，使學生了解到了所學習的一些分立器件的具體應用價值。

2)聯系工程實踐

文獻［3] 則將理論與工程實踐的聯系體現在各個章節(jié)的內容當中，使兩者結合的更為突出和緊密。首先，在內容的講解上，在講述完一個新的知識點之后，往往要給出一個具體實例說明其實際應用價值和應用場合。例如，在講述與/或/非邏輯電路后舉例說明，可以用該電路并結合相應的傳感器測試容器中液面的位置。在講述完組合邏輯電路常用的各類器件之后，專門利用一小節(jié)介紹了這些器件的實際應用和實現方法。如利用數據選擇器、7段顯示譯碼器、數碼管及譯碼器構成一個動態(tài)顯示電路等。

3)儀器測試與電路

文獻［3] 在每一章專門安排了一節(jié)內容介紹數字電子技術中常用的儀器儀表及測試電路，并闡述了實驗中常用器件和電路故障排查的一些具體方法。例如，第一章最后介紹了示波器、邏輯分析儀、數字萬用表、直流電源和邏輯筆等常用儀器儀表的功能、特性和一般使用方法。其余各章分別在最后一節(jié)講述了與本章內容相關聯的實際工程問題和解決方案。例如，在邏輯門電路部分，介紹了利用信號追蹤，通過分析輸入輸出信號間的關系，排查集成門電路故障的步驟和所使用的儀器儀表。在計數器和移位寄存器之后，介紹了由這些器件構成的小型電子系統(tǒng)電路故障排查常用儀器及其排查方法。通過詳細的語言描述和圖形展示，將理論知識與工程實踐緊密結合是整本教材最大的特色和亮點。

5 結語

本文就文獻［3] 和文獻［4] 這兩本教材作了比較。并引入微機原理的一些相關知識。就總體而言，國內教材講解得簡明扼要，利于日常教學安排;國外教材講解更加細致，注重新器件和新技術的應用這些教材與而實際應用的緊密結合，使學生能隨時聯系身邊的例子可以增強學習的目的性。

［1] 張同利.加強高校雙語教學的探討［J] .北京:中國高教研究，2007，5:90-91

［2] 蔣隆敏，凌智勇.高校實施雙語教學的實踐與研究［J] .江蘇:江蘇高教，2006，3:87-88

［3] Thomas L.Floyd.Digital Fundamentals［M] .China:Pearson Education Asia LTD.and Science Press LTD.，2011

［4] 張克農，寧改娣.數字電子技術基礎［M] .北京:高等教育出版社，2011

［5] 閻石.數字電子技術基礎［M] .北京:高等教育出版社，2006