高職《數字電子技術》課程教學重點內容的探討

潘愛民

摘 要：數字電子技術是電信、通信、自動控制、計算機、電氣工程等專業開設的必修課，課程的主要內容是：數字邏輯電路的基礎知識數字電路（組合電路和時序電路）的分析和設計方法，所以如何上好《數字電子技術》這門課，這門課程的教學重點內容是什么，是上課教師課前備課的重點，也是值得數字電子教師討論和研究的問題。

關鍵詞：數字電子技術; 課程特點; 內容分類

中圖分類號：G712? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）7-137-002

一、前言

數字化是現代生活的主旋律，數字電子技術已成為一門發展最快，應用最廣的學科和實用技術，它深入到生產、生活的每個角落，對現代科學、工業、農業、醫學、社會和人類文明的發展產生了越來越深刻的影響。隨著我國電子信息行業的快速發展，各種各類的電子產品層出不窮，而且功能越來越多，用途不斷擴展，許多職業崗位對就業人員的數字電子技術與技能提出新的要求，因此，高等職業院校相關專業的學生都要認真學好這門課程，所以如何上好《數字電子技術》這門課，這門課程的教學重點是什么，是上課教師課前備課的重點，也是值得數字電子教師討論和研究的問題，本文是個人通過多次授課，得出對這門課程的教學重點和應該讓學生掌握的教學內容的看法。

二、高職學生職業能力的要求

根據高職教育具有“職業性”和“高等性”的特點，所以學習數字電子技術對高職高專學生應該著重職業能力的培養，也就是要讓學生學會數字集成芯片識別，功能表讀解，數字電路的分析設計、制作與調試。

三、數字電子電路的分類及其特點

只有理解數字電子電路的分類和特點，才能抓住教學點，才能上好數字電子技術課，這門課程的分類和特點如下：

1.數字電路的分類：（1）按電路的組成結構分，有分立元件數字電路和集成數字電路;（2）按電路所用開關器件的種類分，有雙極性電路和單極性電路;（3）按電路的記憶功能分，有組合邏輯電路和時序邏輯電路。

2.數字信號的特點為：數字電路傳輸的是數字信號，而數字信號僅用“1”和“0”表示，但“1”和“0”只是表示兩種互相對立的狀態，如：電路通、斷;電平的高、低;信號的有、無等等，沒有數字含義，不具有數量大小的意義。

3.數字電路的特點：（1）數字電路的基本單元簡單、集成化，所以數字電路又是集成電路。（2）數字電路不僅能夠完成算術運算（加、減、乘、除），還能完成邏輯運算（與、或、非），所以數字電路又稱為邏輯電路。

4.數字電路討論分析的內容：一是對已有的數字電路分析其邏輯功能叫作邏輯分析;二是按邏輯功能要求設計數字電路，稱為邏輯設計;也可以按電路的性質分為：對組合邏輯電路進行分析和設計;和對時序邏輯電路進行分析和設計。

5.數字電路的基本元件：組成數字電路的基本元件為邏輯門和觸發器。

6.數字電路的基本分析工具：為邏輯代數和卡諾圖。

四、數字電子技術課程的具體內容

數字電子技術這門課程的主要要求是：讓學生學會分析電路的邏輯功能和設計電路來實現邏輯功能，所以要從邏輯電路的組成、邏輯電路的性質來討論，具體的學習內容為：

1.基礎知識

（1）數制

數字電路只識別“1”和“0”組成的代碼，也就是用二進制來表示輸入信號，所以數制的定義和數制的轉換及碼制是這門課的基礎知識，必須要讓學生理解。

（2）邏輯門元件

組合邏輯電路的基本單元是邏輯門元件，所以與門、或門、非門及常見的與非門、或非門、與或非門、異或門、同或門等元件的特性和功能要講清楚，還有特殊的傳輸門、OC門、OD門、三態門的功能特性和應用也是基礎知識。

（3）觸發器

在數字系統中不但需要對“1”“0”信息進行傳輸和運算，還需要將信息和運算結果保存起來，能存儲二進制信息，具有記憶功能的就是觸發器，觸發器是組成時序邏輯電路的單元電路（元件），它與門電路相配合，可以組成各種類型的時序邏輯電路。所以各類觸發器的工作原理、特點、轉換等都要詳細講解。而且邏輯門、觸發器元件都已經集成化了，對集成芯片的識別、功能、應用等都是重點知識。

（4）邏輯函數的化簡

邏輯函數確定后，其真值表是唯一的，但其表達式有多種形式，邏輯函數表達式越簡單，分析和設計就越容易，當列出復雜的邏輯函數表達式時，就要先對邏輯函數進行化簡，所以必須掌握邏輯函數的化簡方法（公式法、卡諾圖法）。

2.組合邏輯電路的分析和應用

在組合邏輯電路中，信號的傳遞是單向的，任一時刻的輸出狀態僅取決于該時刻輸入變量組合，電路比較簡單，從簡單電路開始學習。

（1）組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路的分析就是根據給出的邏輯電路圖，從輸入到輸出，逐級寫出每一級輸出和輸入變量的邏輯函數式，然后把變量逐級代入便可得到最終輸出的邏輯函數表述式，根據最終的邏輯函數確定出電路的邏輯功能。

具體的步驟為：根據邏輯電路圖→寫出輸出變量對應輸入變量的邏輯函數表達式→用公式法或卡諾圖化簡→得出簡單的邏輯函數式→根據邏輯函數式列出真值表→根據真值表確定其邏輯功能，分析出該電路的邏輯功能。只要多分析幾個電路圖，學生都能理解。

（2）組合邏輯電路的設計

根據所要求的邏輯功能，設定輸入、輸出變量的要求，對輸入、輸出變量進行邏輯賦值，列出滿足要求的真值表→由真值表寫出邏輯函數的表達式→把邏輯函數式化簡或變換→根據化簡后（或變換后）的函數式畫出邏輯圖，即設計出滿足邏輯功能的電路。

（3）組合邏輯電路的應用

在數字系統中，編碼器、譯碼器、顯示器、加法器等都是屬于組合邏輯電路，一定要讓學生設計制作。

五、時序邏輯電路的分析和應用

時序邏輯電路的特點是在任何時刻電路的輸出不僅與該時刻電路的輸入有關，還與電路過去的狀態有關，所以時序邏輯電路由組合邏輯電路和存儲電路（觸發器構成）兩部分組成，電路中還要有反饋回路，把存儲電路的輸出（過去的狀態），反饋到輸入端，與輸入信號一起共同決定邏輯電路的輸出，可見描述時序電路的邏輯功能用輸出方程，狀態方程和驅動方程來表示，輸出方程表示時序邏輯電路的邏輯功能，狀態方程表示存儲電路的輸出（電路過去的狀態），驅動方程表示的是存儲電路（觸發器）的輸入關系。

1.時序邏輯電路的分析

時序電路邏輯分析過程比較復雜，需根據已知電路，采用求解相關方程、求真值表、畫狀態圖和時序圖等方法才能找出電路中觸發器（存儲電路）輸出和電路輸出變量的變化規律，確定出時序邏輯電路的功能。

具體步驟如下：

（1）寫出相關方程式：時鐘方程：控制各個觸發器的時鐘信號表述式;驅動方程：各個觸發器輸入信號的邏輯表述式;輸出方程：時序邏輯電路的輸出表述式。

（2）求出各個觸發器的狀態方程

將時鐘方程和驅動方程代入相應觸發器的特征方程式中，求出觸發器的狀態方程。

（3）求出對應狀態值

將電路輸入信號和觸發器現態的所有取值組合代入相應的狀態方程，求得相應觸發器的次態和輸出，以表格形式列出狀態表→根據狀態表畫狀態圖（狀態圖為反映時序電路狀態轉換規律及相應輸入、輸出信號取值情況的幾何圖形）→根據狀態圖畫時序圖（時序圖為反映輸入、輸出信號及各觸發器狀態的取值在時間上對應關系的波形圖，畫時序圖時，應在CP觸發沿到來時更新狀態）。

根據狀態表、狀態圖、時序圖進行分析，就可確定出時序邏輯電路的邏輯功能。

2.時序邏輯電路的應用

寄存器是用來暫時存放數據、指令等數字信號的時序邏輯器件，具有存儲和移位功能;計數器能累計輸入脈沖的個數，按計數體制分為二進制計數器、十進制計數器和N進制計數器，也是時序邏輯常用器件，所以計數器、數字顯示器等的制作都是時序邏輯電路的應用，一定要讓學生掌握理解。

3.脈沖電路的產生與變換

在數字電路系統中，需要有脈沖信號才能工作，獲得脈沖信號的方法主要有多諧振蕩器直接產生或通過脈沖整形電路變換得到，555定時器是構成多諧振蕩器和整形電路的集成電路，所以555定時器的工作原理和應用是教學重點內容，最后電子系統中數字量與模擬量的相互轉換也要學生了解。

只要按上面的內容結構、思路講解，讓學生理解數字電子技術的基礎知識，數字電路的基本分析與設計方法，然后讓學生從簡單到復雜、由部分到整體的進行電路設計、制作與調試，學生就掌握了數字電子技術的技能，為后面專業課程準備必要的知識，也能為畢業以后從事數字電子技術有關實際工作奠定必要的基礎。

參考文獻：

[1]屈東坡.淺談高職數字電子技術課程的教學改革，論文下載中心

[2]秦雯.數字電子技術，清華大學出版社，2012.1

[3]王蘋.數字電子技術及應用（第2版），清華大學出版社，2016.8