《數(shù)字電子技術(shù)》教材改革與實踐

張?zhí)禊i++姚玉欽

摘 要： 隨著數(shù)字電子技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)的高速發(fā)展和廣泛使用，傳統(tǒng)《數(shù)字電子技術(shù)》教材已不能跟上時代發(fā)展步伐。為了滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要，現(xiàn)對《數(shù)字電子技術(shù)》教材內(nèi)容進(jìn)行改革，增加EDA技術(shù)基礎(chǔ)知識和數(shù)字系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，強(qiáng)調(diào)教材內(nèi)容的工程應(yīng)用特點(diǎn)，具有較高的參考借鑒價值。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電子技術(shù) 教材改革 工程應(yīng)用

1.引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是高等學(xué)校通信工程、電子信息工程、自動化、電氣工程及自動化等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。隨著數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)的高速發(fā)展，以FPGA （Field Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）為代表的大規(guī)模可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)“板上數(shù)字系統(tǒng)”被“片上數(shù)字系統(tǒng)”替代[2]。為適應(yīng)數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，對傳統(tǒng)《數(shù)字電子技術(shù)》教材內(nèi)容進(jìn)行了改革，在教材內(nèi)容的安排和例題選用上，立足于應(yīng)用型人才培養(yǎng)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，注重理論聯(lián)系實際，取得較好的應(yīng)用效果。

2.教材改革的基本思路

隨著數(shù)字電子技術(shù)的快速發(fā)展，如何處理數(shù)字電子技術(shù)的經(jīng)典內(nèi)容與現(xiàn)代內(nèi)容、傳統(tǒng)分析設(shè)計方法與現(xiàn)代分析設(shè)計方法之間的關(guān)系，是教材內(nèi)容改革的重點(diǎn)。教材以“基礎(chǔ)知識→器件原理→器件應(yīng)用→器件仿真→系統(tǒng)構(gòu)建→系統(tǒng)仿真”為主線，構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)的知識框架。在教材內(nèi)容組織上，將數(shù)字電子技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)有關(guān)知識融為一體，系統(tǒng)介紹數(shù)字電子技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)的基本分析方法和設(shè)計方法；在教材內(nèi)容編寫上，以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實踐能力為目的，采用案例式或項目式編寫思路，將理論知識和實際應(yīng)用相結(jié)合，把突出知識的應(yīng)用性和實踐性作為主要方向，做到理論和實踐并重，既強(qiáng)調(diào)理論基礎(chǔ)，又突出應(yīng)用性。對于集成電路注重邏輯功能和使用方法介紹，增加EDA （Electronic Design Automation）技術(shù)基礎(chǔ)知識[3]，利用Multisim 軟件對部分電路進(jìn)行功能仿真，并介紹VHDL語言、QuartusⅡ軟件的基本使用方法，利用VHDL語言設(shè)計部分?jǐn)?shù)字電路，利用QuartusⅡ軟件進(jìn)行仿真分析，適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用的需要。

3.教材的主要特點(diǎn)

3.1 教材內(nèi)容組織

按照教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會對《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的基本要求，對《數(shù)字電子技術(shù)》教材內(nèi)容進(jìn)行重新組織，將教材內(nèi)容分為十章[4]。第一章介紹邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)知識，主要包括各種數(shù)制、常用的編碼規(guī)則、邏輯代數(shù)的基本定理、邏輯函數(shù)的表示方法和化簡方法等。第二章介紹EDA技術(shù)的基礎(chǔ)知識，包括Multisim、VHDL語言、QuartusⅡ的基礎(chǔ)知識。第三章介紹分立門電路、集成門電路和可編程邏輯器件的特點(diǎn)，并介紹利用VHDL語言設(shè)計門電路的方法。第四章首先介紹組合邏輯電路的基礎(chǔ)知識，然后講解組合邏輯電路的應(yīng)用，最后利用Multisim對組合邏輯電路進(jìn)行功能仿真和設(shè)計分析，并介紹組合邏輯電路的VHDL語言設(shè)計方法。第五章介紹各種觸發(fā)器的功能和應(yīng)用，并利用Multisim對觸發(fā)器進(jìn)行功能仿真，介紹觸發(fā)器的VHDL語言設(shè)計方法。第六章介紹時序邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法，介紹常用時序邏輯電路的功能和應(yīng)用，并分別利用VHDL語言和Multisim進(jìn)行功能描述和仿真。第七章介紹脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路，重點(diǎn)介紹集成電路的應(yīng)用。第八章介紹半導(dǎo)體存儲器的特點(diǎn)和應(yīng)用。第九章介紹A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)，對集成DAC和ADC的基礎(chǔ)知識及應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹，并利用Multisim對基本轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行功能仿真。第十章介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本流程，通過3個實例介紹數(shù)字系統(tǒng)的不同設(shè)計方法。

3.2強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論

隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已逐漸滲透到各個行業(yè)，《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為高校電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生走向數(shù)字化時代的第一門課程，也是某些高校相關(guān)專業(yè)的考研課程，其重要性不言而喻。教材編寫強(qiáng)調(diào)《數(shù)字電子技術(shù)》基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)性、完整性，將邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、組合邏輯電路分析與設(shè)計、時序邏輯電路的分析與設(shè)計等基礎(chǔ)知識作為教材核心內(nèi)容，并結(jié)合部分高校相關(guān)專業(yè)《數(shù)字電子技術(shù)》研究生考試大綱的要求，增加部分教學(xué)內(nèi)容。例如，在第六章“時序邏輯電路”中增加利用觀察法和隱含表法進(jìn)行狀態(tài)化簡的內(nèi)容，使學(xué)生能夠更容易掌握時序邏輯電路的傳統(tǒng)設(shè)計方法。

在教材內(nèi)容編排上，反復(fù)訓(xùn)練基礎(chǔ)理論知識，使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)并掌握基礎(chǔ)理論知識，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。例如，第四章“組合邏輯電路”首先介紹組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法，然后介紹常用集成組合邏輯電路的原理和應(yīng)用，其中譯碼器、數(shù)值比較器按照組合邏輯電路的分析方法進(jìn)行闡述，編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器按照組合邏輯電路的設(shè)計方法闡述，使教材內(nèi)容循序漸進(jìn)、深入淺出，適用于學(xué)生自學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

3.3突出實踐應(yīng)用

在教材編寫過程中，注重學(xué)生對知識應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要，強(qiáng)調(diào)具體操作過程中學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)，將知識應(yīng)用能力培養(yǎng)貫穿整本教材，突出教材知識的實踐應(yīng)用性。在介紹集成電路時，刪除集成電路內(nèi)部電路的分析，強(qiáng)調(diào)集成電路的邏輯功能和使用方法[5]，例如，介紹555定時器時，在簡單介紹555定時器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，以“觸摸式定時控制開關(guān)電路”、“雙音門鈴電路”等應(yīng)用電路介紹555定時器的使用方法。

在第九章“數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器”中，以DAC0808、DAC 0832、AD7543為例介紹常用集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理和使用方法，并分別給出DAC0832、AD7543與單片機(jī)AT89C51的接口電路，既加強(qiáng)與后續(xù)課程單片機(jī)、微機(jī)原理等的聯(lián)系[6]，又突出教材內(nèi)容的應(yīng)用性。

3.4增加EDA技術(shù)知識

EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，是從計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助測試（CAT）和計算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。教材第二章EDA技術(shù)基礎(chǔ)知識介紹了Multisim和QuartusⅡ兩種EDA工具的操作界面和使用方法，并介紹了VHDL語言的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作符和基本語句結(jié)構(gòu)，使學(xué)生借助EDA工具進(jìn)行電路分析和設(shè)計。教材給出了74LS138、74LS153、74LS194、74LS160等常用集成電路的Multisim仿真電路和VHDL描述方法，并在第十章“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”中，以“計數(shù)報警器”、“簡易交通燈控制器”、“函數(shù)信號發(fā)生器”為例，結(jié)合Multisim和QuartusⅡ軟件，詳細(xì)介紹簡單數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計過程，豐富教材內(nèi)容。

4.結(jié)語

《數(shù)字電子技術(shù)》教材改革是一項長期工程，隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，必將對教材內(nèi)容產(chǎn)生深刻影響。本教材于2012年10月由北京大學(xué)出版社作為“21世紀(jì)全國本科院校電氣信息類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材”出版，2013年12月被評為河南省“十二五”普通高等教育規(guī)劃教材。教材經(jīng)過3年多的使用，得到了廣大師生的關(guān)注，收集了各方面建議和意見。為了更好地適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，需要對教材內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸冰，魏蕓，閭燕，等.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革的實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)，2013，35（4）：46-47.

[2]寧改娣，杜亞利.教材：《數(shù)字電子技術(shù)》教材改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2012（8）：98-99.

[3]黎藝華，謝蘭清.高職數(shù)字電子技術(shù)項目課程教材建設(shè)探索[J].教育與職業(yè)，2011（15）：131-132.

[4]秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京大學(xué)出版社，2012.

[5]王國新，張桂鳳，宋婀娜.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探究[J].中國電力教育，2014（12）：73-74.

[6]佘新平.《數(shù)字電子技術(shù)》教材建設(shè)的探討與實踐[J].長江大學(xué)學(xué)報：自科版，2009，6（3）：324-325.