組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)方法探討與實(shí)踐

鄭鑫

【摘 要】在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，善于總結(jié)電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)和規(guī)律，有助于對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，從而加深對(duì)知識(shí)的理解和聯(lián)系，對(duì)學(xué)習(xí)者思維擴(kuò)展和興趣培養(yǎng)都會(huì)起到積極的作用。

【關(guān)鍵詞】三人多數(shù)表決器 電路設(shè)計(jì) Multisim10仿真

在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，將學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸到的電路設(shè)計(jì)題目通過(guò)整理分析，不難發(fā)現(xiàn)有這樣的兩個(gè)特點(diǎn)，其一，對(duì)于同一題目電路的設(shè)計(jì)，可采用基本邏輯門(mén)、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器等不同的設(shè)計(jì)方案。學(xué)習(xí)者通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案的整理和分析，可加強(qiáng)對(duì)電路的理解，掌握更多的設(shè)計(jì)思路，這些設(shè)計(jì)思路將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)以點(diǎn)到面的學(xué)習(xí)方式達(dá)到系統(tǒng)掌握知識(shí)的目的。其二，對(duì)于不同題目的電路設(shè)計(jì)，可采用相同設(shè)計(jì)方案。如果不同題目根據(jù)其電路功能寫(xiě)出來(lái)的真值表相同，就意味著可以采用相同的電路來(lái)完成其功能，通過(guò)把這種類型的設(shè)計(jì)題目搜集和歸類，可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和知識(shí)的綜合應(yīng)用都會(huì)起到很大作用。

本文以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，從兩方面探討和總結(jié)了電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，希望學(xué)習(xí)者能夠借鑒這種學(xué)習(xí)方法，達(dá)到綜合掌握知識(shí)的目的。

1 三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)舉例

假設(shè)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決器電路[1]，當(dāng)表決某個(gè)提案時(shí)，多數(shù)人同意，則提案通過(guò)，少數(shù)人同意時(shí)，提案被否決。

由組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟[2]，首先定義變量，設(shè)三個(gè)人分別用A、B、C表示，同意提案時(shí)用1表示，否則用0表示，提案表決結(jié)果用Y表示，Y為1表示提案表決通過(guò)，Y為0則不通過(guò)。其次，寫(xiě)真值表，根據(jù)上述定義，把題目設(shè)計(jì)要求的文字信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的真值表，具體見(jiàn)表1所示。最后， 由表1所示真值表得到邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

表1 三人表決器真值表

輸入 輸出

A B C Y

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 “一題多解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

所謂“一題多解法”是指在設(shè)計(jì)同一個(gè)電路時(shí)，采用不同的設(shè)計(jì)方法。由于數(shù)字電路是用0、1代碼表示特定含義的電路設(shè)計(jì)，任何題目在設(shè)計(jì)是都要把文字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，即用真值表的數(shù)字信息來(lái)體現(xiàn)電路的功能。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們除采用傳統(tǒng)的用與或非實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)外，還可以采用各種中規(guī)模集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，只要設(shè)計(jì)出來(lái)的電路經(jīng)過(guò)測(cè)試，得到的真值表和題目要求的真值表相同，那么就可以實(shí)現(xiàn)題目的要求。這種采用不同思路設(shè)計(jì)電路的做法，對(duì)學(xué)生思維擴(kuò)展和知識(shí)綜合應(yīng)用方面起到了積極的作用。下面以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，介紹不同設(shè)計(jì)思路在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[3]。

2.1采用基本邏輯門(mén)設(shè)計(jì)

在采用組合邏輯電路現(xiàn)實(shí)時(shí)，根據(jù)表達(dá)式（2）的特點(diǎn)，采用1個(gè)異或門(mén)、一個(gè)或門(mén)和兩個(gè)與門(mén)就可完成電路搭建和測(cè)試，具體設(shè)計(jì)電路如圖1所示，筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試[4]，其結(jié)果完全和表1相同，達(dá)到了三人多數(shù)表決器的設(shè)計(jì)要求。

圖1 基本邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.2采用譯碼器設(shè)計(jì)

譯碼器74LS138是根據(jù)三個(gè)地址輸入端的輸入情況，在同一時(shí)刻輸出其中一個(gè)Yi，譯碼器是組合邏輯電路設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)中規(guī)模集成電路，根據(jù)74LS138的工作原理，我們將表達(dá)式（1）化為：

由表達(dá)式（3）和譯碼器工作原理可設(shè)計(jì)出圖2所示電路，經(jīng)測(cè)試結(jié)果與表1數(shù)據(jù)一致，由此可見(jiàn)采用譯碼器也能實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能。

圖2 譯碼器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.3 采用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)選擇器是根據(jù)地址碼的特點(diǎn)，從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路輸出的中規(guī)模集成器件。當(dāng)邏輯函數(shù)的變量個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入變量個(gè)數(shù)相同時(shí)，將變量和地址碼對(duì)應(yīng)連接，就可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的功能。

根據(jù)上述工作原理，將八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151的D3、D5、D6、D7接高電平，D0、D1、D2、D4接低電平，控制端G接低電平，按圖3所示連接，即可實(shí)現(xiàn)三人多數(shù)表決器功能。經(jīng)筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果和表1相同，因此，采用數(shù)據(jù)選擇器同樣可以三人表決器的功能。

圖3 數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.4采用全加器設(shè)計(jì)

由于一位二進(jìn)制全加器的進(jìn)位輸出端Ci=∑m（3，5，6，7），與三人表決器的真值表中Y的輸出完全一樣，所以只需將A、B、C對(duì)應(yīng)接到全加器集成塊CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，輸出Y接到Ci端，即可用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能，采用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能非常簡(jiǎn)單，此處不再論述。

3 “多題一解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

“多題一解法”是指不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，可采用同一個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，只要設(shè)計(jì)題目真值表相同，其設(shè)計(jì)出的電路也就相同。學(xué)習(xí)者如果善于總結(jié)這種規(guī)律，當(dāng)再次遇到真值表相同的設(shè)計(jì)題目時(shí)就可以直接使用原來(lái)的電路，這樣可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，從而提高學(xué)習(xí)效率。

通過(guò)筆者的搜集和歸類，發(fā)現(xiàn)許多不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，都可使用相同電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。例如，題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測(cè)器，為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)兩種或三種探測(cè)去發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

假設(shè)煙感、溫感和紫外光感三種火災(zāi)探測(cè)器分別用個(gè)A、B、C表示，發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)用1表示，否則用0表示，報(bào)警信號(hào)用Y表示，其中Y為1表示有報(bào)警，Y為0表示沒(méi)有火災(zāi)報(bào)警。

在此定義下的得到該報(bào)警系統(tǒng)的真值表和表1完全一樣，這也意味著火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和三人多數(shù)表決器一樣，可使用相同的電路來(lái)完成其功能，當(dāng)然也可采用上述所講的四種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的功能。由此看來(lái)把不同類型、不同功能的電路設(shè)計(jì)題目進(jìn)行歸納和總結(jié)，對(duì)比各電路真值表的特征，就可以將具有相同真值表的設(shè)計(jì)題目歸為一類。這樣的學(xué)習(xí)方法既提高了學(xué)習(xí)效率，又增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到了深入理解知識(shí)，靈活應(yīng)用知識(shí)的目的。

4 結(jié)論

通過(guò)“一題多解”和“多題一解”學(xué)習(xí)方法的總結(jié)和歸類，一方面可以讓學(xué)生以點(diǎn)學(xué)面，把所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)各知識(shí)點(diǎn)的相互滲透，達(dá)到全面理解知識(shí)的目的。另一方面，可以為學(xué)習(xí)者節(jié)約大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生電路設(shè)計(jì)思想和興趣的培養(yǎng)方面都會(huì)起到積極的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 丁業(yè)兵，譚學(xué)琴，等.基于 Multisim 的組合邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真[J].價(jià)值工程，2013，6（8）63-64.

[3] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4] 馬敬敏.基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（17）：24-26.endprint

【摘 要】在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，善于總結(jié)電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)和規(guī)律，有助于對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，從而加深對(duì)知識(shí)的理解和聯(lián)系，對(duì)學(xué)習(xí)者思維擴(kuò)展和興趣培養(yǎng)都會(huì)起到積極的作用。

【關(guān)鍵詞】三人多數(shù)表決器 電路設(shè)計(jì) Multisim10仿真

在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，將學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸到的電路設(shè)計(jì)題目通過(guò)整理分析，不難發(fā)現(xiàn)有這樣的兩個(gè)特點(diǎn)，其一，對(duì)于同一題目電路的設(shè)計(jì)，可采用基本邏輯門(mén)、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器等不同的設(shè)計(jì)方案。學(xué)習(xí)者通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案的整理和分析，可加強(qiáng)對(duì)電路的理解，掌握更多的設(shè)計(jì)思路，這些設(shè)計(jì)思路將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)以點(diǎn)到面的學(xué)習(xí)方式達(dá)到系統(tǒng)掌握知識(shí)的目的。其二，對(duì)于不同題目的電路設(shè)計(jì)，可采用相同設(shè)計(jì)方案。如果不同題目根據(jù)其電路功能寫(xiě)出來(lái)的真值表相同，就意味著可以采用相同的電路來(lái)完成其功能，通過(guò)把這種類型的設(shè)計(jì)題目搜集和歸類，可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和知識(shí)的綜合應(yīng)用都會(huì)起到很大作用。

本文以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，從兩方面探討和總結(jié)了電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，希望學(xué)習(xí)者能夠借鑒這種學(xué)習(xí)方法，達(dá)到綜合掌握知識(shí)的目的。

1 三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)舉例

假設(shè)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決器電路[1]，當(dāng)表決某個(gè)提案時(shí)，多數(shù)人同意，則提案通過(guò)，少數(shù)人同意時(shí)，提案被否決。

由組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟[2]，首先定義變量，設(shè)三個(gè)人分別用A、B、C表示，同意提案時(shí)用1表示，否則用0表示，提案表決結(jié)果用Y表示，Y為1表示提案表決通過(guò)，Y為0則不通過(guò)。其次，寫(xiě)真值表，根據(jù)上述定義，把題目設(shè)計(jì)要求的文字信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的真值表，具體見(jiàn)表1所示。最后， 由表1所示真值表得到邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

表1 三人表決器真值表

輸入 輸出

A B C Y

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 “一題多解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

所謂“一題多解法”是指在設(shè)計(jì)同一個(gè)電路時(shí)，采用不同的設(shè)計(jì)方法。由于數(shù)字電路是用0、1代碼表示特定含義的電路設(shè)計(jì)，任何題目在設(shè)計(jì)是都要把文字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，即用真值表的數(shù)字信息來(lái)體現(xiàn)電路的功能。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們除采用傳統(tǒng)的用與或非實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)外，還可以采用各種中規(guī)模集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，只要設(shè)計(jì)出來(lái)的電路經(jīng)過(guò)測(cè)試，得到的真值表和題目要求的真值表相同，那么就可以實(shí)現(xiàn)題目的要求。這種采用不同思路設(shè)計(jì)電路的做法，對(duì)學(xué)生思維擴(kuò)展和知識(shí)綜合應(yīng)用方面起到了積極的作用。下面以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，介紹不同設(shè)計(jì)思路在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[3]。

2.1采用基本邏輯門(mén)設(shè)計(jì)

在采用組合邏輯電路現(xiàn)實(shí)時(shí)，根據(jù)表達(dá)式（2）的特點(diǎn)，采用1個(gè)異或門(mén)、一個(gè)或門(mén)和兩個(gè)與門(mén)就可完成電路搭建和測(cè)試，具體設(shè)計(jì)電路如圖1所示，筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試[4]，其結(jié)果完全和表1相同，達(dá)到了三人多數(shù)表決器的設(shè)計(jì)要求。

圖1 基本邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.2采用譯碼器設(shè)計(jì)

譯碼器74LS138是根據(jù)三個(gè)地址輸入端的輸入情況，在同一時(shí)刻輸出其中一個(gè)Yi，譯碼器是組合邏輯電路設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)中規(guī)模集成電路，根據(jù)74LS138的工作原理，我們將表達(dá)式（1）化為：

由表達(dá)式（3）和譯碼器工作原理可設(shè)計(jì)出圖2所示電路，經(jīng)測(cè)試結(jié)果與表1數(shù)據(jù)一致，由此可見(jiàn)采用譯碼器也能實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能。

圖2 譯碼器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.3 采用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)選擇器是根據(jù)地址碼的特點(diǎn)，從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路輸出的中規(guī)模集成器件。當(dāng)邏輯函數(shù)的變量個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入變量個(gè)數(shù)相同時(shí)，將變量和地址碼對(duì)應(yīng)連接，就可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的功能。

根據(jù)上述工作原理，將八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151的D3、D5、D6、D7接高電平，D0、D1、D2、D4接低電平，控制端G接低電平，按圖3所示連接，即可實(shí)現(xiàn)三人多數(shù)表決器功能。經(jīng)筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果和表1相同，因此，采用數(shù)據(jù)選擇器同樣可以三人表決器的功能。

圖3 數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.4采用全加器設(shè)計(jì)

由于一位二進(jìn)制全加器的進(jìn)位輸出端Ci=∑m（3，5，6，7），與三人表決器的真值表中Y的輸出完全一樣，所以只需將A、B、C對(duì)應(yīng)接到全加器集成塊CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，輸出Y接到Ci端，即可用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能，采用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能非常簡(jiǎn)單，此處不再論述。

3 “多題一解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

“多題一解法”是指不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，可采用同一個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，只要設(shè)計(jì)題目真值表相同，其設(shè)計(jì)出的電路也就相同。學(xué)習(xí)者如果善于總結(jié)這種規(guī)律，當(dāng)再次遇到真值表相同的設(shè)計(jì)題目時(shí)就可以直接使用原來(lái)的電路，這樣可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，從而提高學(xué)習(xí)效率。

通過(guò)筆者的搜集和歸類，發(fā)現(xiàn)許多不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，都可使用相同電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。例如，題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測(cè)器，為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)兩種或三種探測(cè)去發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

假設(shè)煙感、溫感和紫外光感三種火災(zāi)探測(cè)器分別用個(gè)A、B、C表示，發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)用1表示，否則用0表示，報(bào)警信號(hào)用Y表示，其中Y為1表示有報(bào)警，Y為0表示沒(méi)有火災(zāi)報(bào)警。

在此定義下的得到該報(bào)警系統(tǒng)的真值表和表1完全一樣，這也意味著火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和三人多數(shù)表決器一樣，可使用相同的電路來(lái)完成其功能，當(dāng)然也可采用上述所講的四種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的功能。由此看來(lái)把不同類型、不同功能的電路設(shè)計(jì)題目進(jìn)行歸納和總結(jié)，對(duì)比各電路真值表的特征，就可以將具有相同真值表的設(shè)計(jì)題目歸為一類。這樣的學(xué)習(xí)方法既提高了學(xué)習(xí)效率，又增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到了深入理解知識(shí)，靈活應(yīng)用知識(shí)的目的。

4 結(jié)論

通過(guò)“一題多解”和“多題一解”學(xué)習(xí)方法的總結(jié)和歸類，一方面可以讓學(xué)生以點(diǎn)學(xué)面，把所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)各知識(shí)點(diǎn)的相互滲透，達(dá)到全面理解知識(shí)的目的。另一方面，可以為學(xué)習(xí)者節(jié)約大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生電路設(shè)計(jì)思想和興趣的培養(yǎng)方面都會(huì)起到積極的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 丁業(yè)兵，譚學(xué)琴，等.基于 Multisim 的組合邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真[J].價(jià)值工程，2013，6（8）63-64.

[3] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4] 馬敬敏.基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（17）：24-26.endprint

【摘 要】在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，善于總結(jié)電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)和規(guī)律，有助于對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，從而加深對(duì)知識(shí)的理解和聯(lián)系，對(duì)學(xué)習(xí)者思維擴(kuò)展和興趣培養(yǎng)都會(huì)起到積極的作用。

【關(guān)鍵詞】三人多數(shù)表決器 電路設(shè)計(jì) Multisim10仿真

在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，將學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸到的電路設(shè)計(jì)題目通過(guò)整理分析，不難發(fā)現(xiàn)有這樣的兩個(gè)特點(diǎn)，其一，對(duì)于同一題目電路的設(shè)計(jì)，可采用基本邏輯門(mén)、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器等不同的設(shè)計(jì)方案。學(xué)習(xí)者通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案的整理和分析，可加強(qiáng)對(duì)電路的理解，掌握更多的設(shè)計(jì)思路，這些設(shè)計(jì)思路將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)以點(diǎn)到面的學(xué)習(xí)方式達(dá)到系統(tǒng)掌握知識(shí)的目的。其二，對(duì)于不同題目的電路設(shè)計(jì)，可采用相同設(shè)計(jì)方案。如果不同題目根據(jù)其電路功能寫(xiě)出來(lái)的真值表相同，就意味著可以采用相同的電路來(lái)完成其功能，通過(guò)把這種類型的設(shè)計(jì)題目搜集和歸類，可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和知識(shí)的綜合應(yīng)用都會(huì)起到很大作用。

本文以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，從兩方面探討和總結(jié)了電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，希望學(xué)習(xí)者能夠借鑒這種學(xué)習(xí)方法，達(dá)到綜合掌握知識(shí)的目的。

1 三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)舉例

假設(shè)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決器電路[1]，當(dāng)表決某個(gè)提案時(shí)，多數(shù)人同意，則提案通過(guò)，少數(shù)人同意時(shí)，提案被否決。

由組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟[2]，首先定義變量，設(shè)三個(gè)人分別用A、B、C表示，同意提案時(shí)用1表示，否則用0表示，提案表決結(jié)果用Y表示，Y為1表示提案表決通過(guò)，Y為0則不通過(guò)。其次，寫(xiě)真值表，根據(jù)上述定義，把題目設(shè)計(jì)要求的文字信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的真值表，具體見(jiàn)表1所示。最后， 由表1所示真值表得到邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

表1 三人表決器真值表

輸入 輸出

A B C Y

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 “一題多解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

所謂“一題多解法”是指在設(shè)計(jì)同一個(gè)電路時(shí)，采用不同的設(shè)計(jì)方法。由于數(shù)字電路是用0、1代碼表示特定含義的電路設(shè)計(jì)，任何題目在設(shè)計(jì)是都要把文字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，即用真值表的數(shù)字信息來(lái)體現(xiàn)電路的功能。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們除采用傳統(tǒng)的用與或非實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)外，還可以采用各種中規(guī)模集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，只要設(shè)計(jì)出來(lái)的電路經(jīng)過(guò)測(cè)試，得到的真值表和題目要求的真值表相同，那么就可以實(shí)現(xiàn)題目的要求。這種采用不同思路設(shè)計(jì)電路的做法，對(duì)學(xué)生思維擴(kuò)展和知識(shí)綜合應(yīng)用方面起到了積極的作用。下面以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，介紹不同設(shè)計(jì)思路在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[3]。

2.1采用基本邏輯門(mén)設(shè)計(jì)

在采用組合邏輯電路現(xiàn)實(shí)時(shí)，根據(jù)表達(dá)式（2）的特點(diǎn)，采用1個(gè)異或門(mén)、一個(gè)或門(mén)和兩個(gè)與門(mén)就可完成電路搭建和測(cè)試，具體設(shè)計(jì)電路如圖1所示，筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試[4]，其結(jié)果完全和表1相同，達(dá)到了三人多數(shù)表決器的設(shè)計(jì)要求。

圖1 基本邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.2采用譯碼器設(shè)計(jì)

譯碼器74LS138是根據(jù)三個(gè)地址輸入端的輸入情況，在同一時(shí)刻輸出其中一個(gè)Yi，譯碼器是組合邏輯電路設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)中規(guī)模集成電路，根據(jù)74LS138的工作原理，我們將表達(dá)式（1）化為：

由表達(dá)式（3）和譯碼器工作原理可設(shè)計(jì)出圖2所示電路，經(jīng)測(cè)試結(jié)果與表1數(shù)據(jù)一致，由此可見(jiàn)采用譯碼器也能實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能。

圖2 譯碼器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.3 采用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)選擇器是根據(jù)地址碼的特點(diǎn)，從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路輸出的中規(guī)模集成器件。當(dāng)邏輯函數(shù)的變量個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入變量個(gè)數(shù)相同時(shí)，將變量和地址碼對(duì)應(yīng)連接，就可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的功能。

根據(jù)上述工作原理，將八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151的D3、D5、D6、D7接高電平，D0、D1、D2、D4接低電平，控制端G接低電平，按圖3所示連接，即可實(shí)現(xiàn)三人多數(shù)表決器功能。經(jīng)筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果和表1相同，因此，采用數(shù)據(jù)選擇器同樣可以三人表決器的功能。

圖3 數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面

2.4采用全加器設(shè)計(jì)

由于一位二進(jìn)制全加器的進(jìn)位輸出端Ci=∑m（3，5，6，7），與三人表決器的真值表中Y的輸出完全一樣，所以只需將A、B、C對(duì)應(yīng)接到全加器集成塊CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，輸出Y接到Ci端，即可用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能，采用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能非常簡(jiǎn)單，此處不再論述。

3 “多題一解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

“多題一解法”是指不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，可采用同一個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，只要設(shè)計(jì)題目真值表相同，其設(shè)計(jì)出的電路也就相同。學(xué)習(xí)者如果善于總結(jié)這種規(guī)律，當(dāng)再次遇到真值表相同的設(shè)計(jì)題目時(shí)就可以直接使用原來(lái)的電路，這樣可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，從而提高學(xué)習(xí)效率。

通過(guò)筆者的搜集和歸類，發(fā)現(xiàn)許多不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，都可使用相同電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。例如，題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測(cè)器，為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)兩種或三種探測(cè)去發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

假設(shè)煙感、溫感和紫外光感三種火災(zāi)探測(cè)器分別用個(gè)A、B、C表示，發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)用1表示，否則用0表示，報(bào)警信號(hào)用Y表示，其中Y為1表示有報(bào)警，Y為0表示沒(méi)有火災(zāi)報(bào)警。

在此定義下的得到該報(bào)警系統(tǒng)的真值表和表1完全一樣，這也意味著火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和三人多數(shù)表決器一樣，可使用相同的電路來(lái)完成其功能，當(dāng)然也可采用上述所講的四種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的功能。由此看來(lái)把不同類型、不同功能的電路設(shè)計(jì)題目進(jìn)行歸納和總結(jié)，對(duì)比各電路真值表的特征，就可以將具有相同真值表的設(shè)計(jì)題目歸為一類。這樣的學(xué)習(xí)方法既提高了學(xué)習(xí)效率，又增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到了深入理解知識(shí)，靈活應(yīng)用知識(shí)的目的。

4 結(jié)論

通過(guò)“一題多解”和“多題一解”學(xué)習(xí)方法的總結(jié)和歸類，一方面可以讓學(xué)生以點(diǎn)學(xué)面，把所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)各知識(shí)點(diǎn)的相互滲透，達(dá)到全面理解知識(shí)的目的。另一方面，可以為學(xué)習(xí)者節(jié)約大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生電路設(shè)計(jì)思想和興趣的培養(yǎng)方面都會(huì)起到積極的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 丁業(yè)兵，譚學(xué)琴，等.基于 Multisim 的組合邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真[J].價(jià)值工程，2013，6（8）63-64.

[3] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4] 馬敬敏.基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（17）：24-26.endprint