數字邏輯電路設計實踐

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數字邏輯電路設計實踐范文第1篇

【關鍵詞】時序邏輯電路；原始狀態；電路設計

1.引言

數字電子技術是自動化、電氣、通信、電子等電類專業必須掌握的重要專業基礎，是《數字電子技術》的核心內容、學習的重點和難點。而時序邏輯電路的設計是實踐教學的重要內容。時序邏輯電路的分析和設計只有通過對它的研究與實踐，才能真正具有設計數字電路的能力。目前同步時序邏輯電路的設計方法可按以下幾個步驟進行：設計要求；原始狀態圖；最簡狀態圖；狀態分配；選定觸發器類型，求出狀態方程、驅動方程和輸出方程；畫邏輯電路圖[1]-[3]。在數字電子技術的通用教材中，對時序邏輯電路設計方法的敘述不夠具體，以至于時序邏輯電路設計實例的設計過程往往不夠清晰，教學過程中學生難于理解和掌握。本文通過對具體設計實例的設計過程和步驟進行分析研究。提出強化原始狀態確定在給定邏輯問題的邏輯抽象過程中的應用，使設計過程更加清晰易懂。本文通過對具體實例的設計分析，對時序邏輯電路設計的一般規律、原則、方法及步驟作了探討和研究。

2.設計實例剖析

設計一個自動售飲料機的邏輯電路，它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機器自動給出一杯飲料；投以兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。

此設計實例是很多數字電子技術課程教材時序邏輯電路設計部分的設計實例，但其設計分析過程不甚清晰，學生在學習過程中理解困難，原因之一就是對原始狀態的設定和分配沒有闡述或闡述不清晰，如果通過邏輯分析和邏輯抽象首先確定電路的原始狀態，那么后面的設計就會水到渠成。下面本文將從原始狀態確定開始，從新對此設計實例進行設計剖析。

（1）確定原始狀態

（2）原始狀態化簡

根據狀態化簡原則，首先尋找等價狀態，在相同的輸入下有相同的輸出并轉換到同一個次態的狀態為等價狀態。由表1-1可知，S0、S3和S4為等價狀態，合并為S0狀態。狀態含義分別為：S0為初始狀態，即等待新交易開始的狀態；S1為投入一枚五角硬幣后的狀態；S2為投入滿一元錢后的狀態。從而得到化簡后的狀態裝換表如表1-2所示。

（4）選定觸發器并列狀態及輸出方程

3.總結

在時序邏輯電路的設計過程中，原始狀態的分析和確定對于初學者來說非常重要，如果原始狀態與系統的實際工作狀態無法清晰地對應，后續所有的設計步驟都無從談起，因此，無論對教或學的任何一個角度而言，在時序邏輯電路的設計的設計步驟中強化原始狀態的確定都是十分重要的。本文通過對自動售貨系統設計過程中原始狀態的分析和確定，強化了對于給定邏輯問題的邏輯抽象過程中原始狀態的重要性，使時序邏輯電路的設計思路更加清晰。另外，在設計過程中，考慮到了一元和五角同時投入的情況，即A、B同時為1時電路的工作情況，減少了系統在實際工作過程中進入混亂狀態的幾率，使整個邏輯系統更趨完善。

參考文獻

[1]閻石.數字電子技術基礎(5版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]夏路易.數字電子技術基礎教程[M].北京:電子工業出版社,2009.

[3]秦曾煌.電工學簡明教程[M].北京:高等教育出版社,2001.

作者簡介：

數字邏輯電路設計實踐范文第2篇

集成電路技術的發展，使集成電路和處理器的關系密不可分。隨著多核技術的出現，處理器已經變成構成系統級芯片（SoC）的基本單元，因此，從集成電路的功能級設計層面講，計算機系統設計實現采用的方法就是大規模集成電路（VLSI）系統的設計方法。從卓越人才培養的角度，VLSI系統設計是微處理器的邏輯實現手段，而數字邏輯是計算機組成的物理實現基礎。學生的數字邏輯系統設計能力和VLSI系統設計能力直接決定了其計算機系統設計能力。因此提升學生計算機系統設計能力的關鍵是提升學生的數字邏輯系統設計能力和VLSI系統設計能力。為了切實提高計算機工程專業方向本科學生的計算機系統設計能力，教學改革研究工作的目標確定為：以數字邏輯設計方法為設計基礎、以硬件描述語言為設計工具、以硬件仿真系統為設計環境、以FPGA為系統實現手段、以計算機系統設計實現為目標和主線，將計算機系統設計實踐完整地貫穿于專業核心課程之中；教學改革研究思路確定為：系統視角、整體優先、設計牽引、講做結合、注重能力。該研究思路不同于一般的課程群，不是簡單的知識點的審視，是“自頂向下”的觀點和“自底向上”的實現的一種結合方法，最終目標是提升計算機工程專業方向本科學生的計算機系統設計能力。

2研究內容

計算機工程專業方向的主干課程包括數字邏輯、計算機組成原理、匯編語言、計算機系統結構、嵌入式系統、計算機設計與調試、計算機系統設計、VLSI系統設計等。課程各有目標，課程之間有宏觀上的先后順序，有微觀上的相互穿插，有內容上的重疊。經過近幾年的教學研究和改革，各門課程都發生了非常大的變化[1]：VLSI課程中會涉及算術邏輯單元的設計甚至處理器設計方面的內容；匯編語言的作用已經從編程工具轉變為描述和理解計算機系統工作原理的有效工具；HDL語言和仿真工具不再專屬于數字邏輯電路設計領域，已經成為計算機系統設計的通用語言和工具。但是，由于總目標不明確，導致課程分頭講，實驗分頭做，總體學時不少，最終效果欠佳。筆者的主要研究內容以計算機系統設計為目標，從能力培養的視角看待和理解數字邏輯、計算機組成原理、匯編語言、計算機系統結構、嵌入式系統、計算機設計與調試、VLSI、計算機系統設計等課程，借鑒CDIO的思想，將系統設計思想和設計實踐貫穿整個計算機工程專業方向人才培養過程。

2.1重新審視和修訂教學計劃

在研究過程中，我們首先整理涉及的各門課程的全部知識點，對相互影響的重要知識點整體排序，整合相近和相似的知識點，歸并出一些重要的專題，提出有利于培養計算機系統設計能力的完整實踐教學體系，全線引入HDL語言，全線引入基于FPGA開發板的設計實驗，緊密配合理論課、設計方法課、實踐課，形成“學習—構思—設計—實現”的完整過程。

2.2數字邏輯電路設計課程內容的改革

數字邏輯電路設計課程改革的研究重點是設法強化和提升學生使用硬件描述語言說明硬件系統的能力，將硬件設計語言的介紹提前到課程的開始部分，使學生在學習數字邏輯電路設計過程中就開始使用硬件設計語言，相當于使學生掌握了一個設計工具，為計算機組成原理課程和計算機系統結構課程提供支持，另外，從教學上形成學習數字邏輯電路設計就是學習集成電路設計的理念。數字邏輯電路設計課程的實驗既有使用邏輯電路器件搭建實驗電路的傳統型實驗，又有使用FPGA開發板的設計實驗。

2.3計算機組成原理課程的教學改革

計算機組成原理課程借鑒“深入理解計算機系統”教材中的思想，調整了部分課程內容和授課重點，比如，在數據表示部分增加了C語言的整數表示以及比較運算的示例，在存儲器部分增加了程序訪問局部性原理的C語言示例，在指令系統部分增加了尋址方式的C語言示例等。增加C語言的示例是進行教學視角調整的一種嘗試，由于學生已經學習過C語言，已經初步掌握了編程方法，但是并不清楚程序在計算機內部，特別是在計算機系統底層硬件中是如何表示、如何執行的。通過在計算機組成原理課程中增加一些C語言的示例，讓學生真正理解程序的執行過程。

2.4計算機系統結構課程內容的調整

計算機系統結構課程在課程內容方面進行了一些調整，主要為了更好地與計算機組成原理和計算機設計與調試等課程銜接。增加多核處理器和多線程調度等方面的內容；對教材中給出的一些具體處理器實例給予更多關注，比如Pentium、PowerPC和MIPS處理器實例等；重視向量運算和向量處理器部分的內容。

2.5計算機設計與調試課程實踐教學改革

計算機設計與調試課程把以往讓學生設計實現一個有十幾條基本指令的微程序控制器改變為設計實現向量協處理器；以PowerPCRISC處理器的指令系統為參考，把設計PowerPC擴展指令協處理器AltiVec模塊中的VSFX指令部分作為教學內容。整個設計任務分為8個相互聯系、難度逐步增加的子任務，通過教師引導、分組討論、學生實踐、實現設計、完成測試等一系列教學環節，讓學生完成協處理器中的部分設計工作并熟悉完整的協處理器的設計與調試方法。

2.6嵌入式系統設計課程實踐教學改革

嵌入式系統設計課程開發出嵌入式系統計算機結構及相關軟件的綜合實驗，使硬件與軟件相結合，強化對學生計算機綜合開發應用能力的培養，提高學生的實踐能力。綜合實驗要求學生完成一個嵌入式系統開發實現的全過程，包括完成硬件、軟件的功能分配，進行主控數字系統硬件的設計和制作，設計驅動和功能軟件，硬件、軟件的分別測試與綜合測試等。

2.7VSLI系統設計課程實踐教學改革

VSLI系統設計課程的實踐教學改革，把實踐分為3種類型：課程實驗、自主實驗和課程設計，3種類型的實驗全部基于Nexys3FPGA開發板進行設計。課程實驗包括XilinxFPGA設計流程、Nexys3FPGA開發板主要模塊接口設計和基于IP的數字電路設計等。自主實驗部分的題目類型包括：串—并轉換電路、FIFO存儲器設計、大數加法器設計和FIR數字濾波器設計等。課程設計部分的題目類型包括密碼協處理器設計、數字信號協處理器設計和圖像處理協處理器設計等。

3實驗室建設

天津大學計算機科學與技術學院2006年建立了數字邏輯電路設計實驗室、計算機組成實驗室、計算機系統結構實驗室、嵌入式系統實驗室，建立了超大規模集成電路設計與應用研究所。實驗室配備了數字邏輯實驗臺、計算機組成原理實驗臺、計算機系統結構實驗臺（帶有FPGA模塊）、嵌入式系統設計實驗臺等教學實驗設備。這些實驗室和實驗設備能夠滿足常規的計算機系統實驗，但對計算機系統設計能力培養的支持還不夠。為此，學院2013年與美國Xilinx公司合作，建立了天津大學—美國Xilinx公司計算機系統設計聯合實驗室，實驗室配備了50多塊Nexys3FPGA開發板，實驗時可以滿足每人一塊開發板的要求。超大規模集成電路設計與應用研究所于2012年引進BEECube公司先進的BEE3系統，該系統基于計算機系統的第三代商用FPGA系統，包括4個Virtex5FXTFPGA芯片，以及高達64GB的DDR2ECCDRAM和8個用于模塊間通信的10GigE接口。有了Nexys3FPGA開發板和BEE3系統，我們具備了實現學生設計的各種計算機系統的設備平臺，為培養學生計算機系統設計能力提供了強有力的支撐。

4結語

數字邏輯電路設計實踐范文第3篇

一、教學整合的意義

根據高等職業教育培養目標的要求，結合教育部大力推行的高職高專教學改革，高職院校電類專業對部分課程進行了教學改革。《數字電路與EDA技術》這門課程就是將數字電路和EDA技術的教學進行整合。

數字電路課程是電類專業的專業基礎課，通過對本門課程的學習，使學生掌握典型的數字電路的組成、工作原理和工作特性，能夠設計一些邏輯功能電路，并為專業主干課程的學習打下基礎。對于數字電路的設計，傳統的設計方法是以邏輯門和觸發器等通用器件為載體，以真值表和邏輯方程為表達方式，依靠手工調試。隨著數字電子技術的迅速發展，特別是專用電子集成電路的迅速發展，基于EDA技術的設計方法成為數字系統設計的主流。EDA技術就是以計算機為工具，在EDA軟件開發平臺上，使用硬件描述語言完成設計文件，然后由計算機自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、仿真等，最終對特定目標芯片進行適配編譯、邏輯映射和編程下載。

EDA技術的設計方法正在成為現代數字系統設計的主流，作為即將成為工程技術人員的職業技術學院的電類專業的學生只懂電子技術的基本理論和方法，而不懂如何設計電路，會限制就業的崗位。實際上數字電路和EDA技術是不能分家的，因為前者是理論基礎，后者是工具，將兩者整合既能學好理論又能提高實踐技能。如果作為兩個課程分別學習則不適應高職高專的學制長度。因此，將數字電路與EDA技術有機地融為一體是高職教育的要求和未來發展的需求。

二、教學方法探討

在整合后的課程中我們把EDA技術貫穿于數字電路課程教學全過程。例如，在講授門電路時，就開始用EDA軟件仿真演示，熟悉用原理圖輸入一個簡單門電路的過程，通過編譯、功能仿真檢驗門電路的功能，可以加深學生對門電路知識的理解；在講授組合邏輯電路時，引入硬件描述語言的設計方法，并介紹基于EDA技術的數字電路設計方法；在講授時序邏輯電路時，可以引入一些簡單的綜合性的電路設計，為學生創造一個寬闊的設計空間。在開始講解基于EDA技術的數字電路設計方法時，可以通過引入簡單的數字電路的設計流程，使學生從宏觀上對EDA設計方法有一個整體的了解，讓學生在潛意識里建立這部分內容的知識框架。下面簡單介紹組合邏輯電路中的二選一數據選擇器的EDA設計流程：

（1）編寫硬件描述語言（以VHDL語言為例）。在EDA編程軟件中輸入設計源文件，如圖1所示。

（2）邏輯編譯。邏輯編譯過程包括檢查設計源文件是否有誤，進而提取網表、進行邏輯綜合和器件的適配，最后形成編程文件。

（3）功能仿真。通過模擬仿真測試電路的邏輯功能是否達到設計要求，仿真波形如圖2所示。

（4）鎖定引腳。將程序中各端口名稱與硬件電路中的各引腳對應。

（5）編程下載。功能仿真成功后，就可以將設計好的項目下載到邏輯器件中，實現既定的功能。

在課程教學中，我們采用項目教學的方法，制定一系列由易到難的項目，例如，基本門電路的設計、數據選擇器的設計、全加器的設計、數字頻率計的設計、交通信號燈控制器的設計、數字鐘的設計等。通過各個項目展開知識點的講解，包括數字電路的基礎知識、EDA技術的入門、數字電路的分析方法、原理圖的設計方法、硬件描述語言的描述方法及軟件仿真和硬件下載等。在教學中盡可能地將課堂搬到實驗室，讓學生邊學邊練，將理論教學與實驗教學融為一體。教學可以一部分安排在數字電路實驗室，一部分安排在EDA實驗室，比如對于一些簡單的數字電路可以安排用數字電路實驗箱進行一般的實驗驗證，使學生知道如何搭建一個簡單的電路，如何驗證一個電路的功能，從而對數字電路產生一個感性的認識。在EDA實驗室，學生可以學習用EDA技術設計數字電路，包括原理圖或硬件描述語言的輸入、編譯、功能仿真、引腳分配、下載等。

數字邏輯電路設計實踐范文第4篇

關鍵詞：數字電路；教學改革；能力培養

中圖分類號：G431文獻標識碼：A

數字電路與系統這門課是理工科大部分專業的重要專業基礎課，培養學生數字邏輯的基本概念和數字系統的設計能力。我校作為一所民辦本科院校，以培養應用型人才為目標，數字電路與系統課程也不例外。我們在多年教學過程中總結了一套適用于該層次學生的教學思路和方法，并啟動了數字電路與系統課程教學改革項目，對取得的研究成果進行總結，主要分為以下幾個方面。

1.課程教學內容研究

1.1 弱化陳舊過時的內容

隨著數字集成電路及大規模可編程邏輯器件的發展，中小規模電路應用已經逐漸減少，而傳統的授課思路過多注重中小規模的應用。且在大規模可編程邏輯電路設計過程中，邏輯化簡已經有開發工具取代，很少需要手工化簡。故而數字電路與系統課程在教學內容上要做相應調整。有些內容課程教學內容化簡只介紹化簡的原理和方法，不講化簡技巧，考試也不做深入要求。

1.2 刪減原理性內容的講解，注重應用技巧和分析思路

為了配合應用型人才培養目標，在授課過程中適當減少原理性講解，比如邊沿JK觸發器工作過程分析教材上一般有詳細的分析過程，但授課中只要分析一兩種工作情況，并借此介紹分析思路，有興趣的同學可以課下自己分析，而大部分同學只要弄懂使用方法就可以了。時序邏輯電路應作為重點內容，講授時應注重時序邏輯電路的分析過程，使學生深入理解相關概念，對于狀態化簡等要求要降低，只掌握方法即可。

1.3 教學內容在順序上的調整

此外，考慮到數字電路是嵌入式系統、FPGA、DSP及IC設計等課程的先修課程，為了方便這些后續課程的安排，所以把數電課程提前，跟模電統一學期開設，為后續課程提供足夠的時間。這就造成數電中邏輯門電路一章的內容受到影響，因此在授課時把這一章的內容往后移，等模電三極管基本放大電路學完之后再講授這部分內容，可以解決數電和模電安排在同一學期的問題。

2.課程教材建設

由于數電教學內容作了一定的調整，因此教材的選取要能適應這種調整。而現有教材大部分是按照老的教學體系編寫的，內容難免陳舊、過時，為了適應新形勢的需要，我們根據應用型人才培養的要求，分別編寫了本科和專科適用的教材。

本科的教材編寫思路是采用弱化傳統的邏輯代數公式化簡和器件內部結構原理等內容，對中小規模集成電路重點介紹其使用方法和數字邏輯的基本概念，使學生建立起數字邏輯的研究方法和設計思想，同時在傳統內容之上增加了大規模可編程邏輯器件和硬件描述語言方面的內容，傳達了自頂至底的數字系統設計方法和理念，為運用大規模可編程邏輯電路設計數字系統打下良好基礎。

專科的教材則更加弱化原理講解，對于集成邏輯門和觸發器等著重介紹器件功能和使用方法，原理只做最基本的講解。除此之外，每一章都增加電路設計和調試及錯誤排查方法等內容，對學生進行電路設計的技能訓練，再結合實驗和綜合課程設計，使學生動手能力得到提高。目前本科教材已經在我校使用了三屆，專科教材也使用了一屆，使用效果良好。

3.課程教學方法和手段

課堂教學作為重要的教學環節，采用合適的方法和手段至關重要。在數字電路教學過程中，重點做到以下幾方面：

3.1 注重學生主觀能動性的發揮

學生在課堂學習過程中如果只是被動接受知識，會導致填鴨式教學，必然會導致學生學習興趣下降，學習效果大打折扣。因此在課堂上要注意引導學生主動思考，對學生的預習情況進行干預，以預留作業的形式讓學生預習必要的知識，然后再課堂上再就預留的問題請學生分組討論，每組闡述討論的結果。雖然開始的時候學生做的不是很好，但是只要堅持這種做法，討論時加強引導，就會收到良好的效果。

3.2 注重習題課和平時測驗

筆者在教學中發現學生對所學知識不會靈活運用，體現在作業中就是對沒接觸過的類型題目不知道該怎么做，自己沒有思路。其實這些題目如果對知識點理解的話是可以獨立完成的，不會做說明知識點理解的不好，所以不會應用。這種情況下就要有針對性的設置習題課，講一些典型的例題，并著重題目的解決思路和方法的培養，使學生遇到類似的問題能夠靈活運用。然后再通過一些課堂測驗了解學生的學習情況，及時對測驗結果進行總結，并反映在后續的教學中。

3.3 注重實驗教學

數字電路應該是一門理論和實驗相結合的課程，兩者相輔相成。因此在理論課之外設置了兩種形式的動手環節：一種是跟理論課緊密配合的電子技術實驗，實驗的設置以理論教學進度為依據，讓學生能夠在剛學完某一知識點時就能通過實驗進行驗證，通過實驗理解理論知識和培養基本的分析和測試實驗結果的能力；另外一種是在學期末的電子技術綜合課程設計，給學生布置合適的題目，讓學生從方案設計、芯片選擇、電路布局、焊接查錯等方面得到訓練，同時撰寫課程設計報告，切實培養學生分析和解決問題的能力，寫總結文檔的能力，提高學生的綜合素質。

4.結束語

隨著科學技術的不斷發展，數字電路教學也必然面臨著教學內容和模式的不斷改革，以適應新形勢的需要。因此授課教師應不斷充實自己，不斷總結和積累經驗，抓住教學重點，使學生切實學懂這門課，掌握數字邏輯設計的重要概念和基本方法，為后續課程和今后走上工作崗位打好基礎。筆者在教學中所采用的內容改革和教學方法創新通過多輪教學實踐證明，是切實可行的，能夠很好的反應當前數電教學的新形勢，教學效果良好。

參考文獻

[1]楊志忠，衛樺林等.數字電子技術基礎（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2009，7

[2]楊志忠，趙航等.數字電子技術及應用[M].北京：高等教育出版社，2012，1

數字邏輯電路設計實踐范文第5篇

關鍵詞：學分制；“數字電子技術”；項目式；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0194-04

一、引言

內蒙古農業大學積極推動本科教學，提出本科生的完全學分制教育，將“數字電子技術”課程的學時壓縮至54學時，留出更多的時間讓學生來主動學習和增強動手能力。筆者試圖在“數字電子技術”課程的基礎教學中增加一個項目式教學環節，它使學生自己通過設計和搭建一個實用電子產品雛形，鞏固和加深在“數字電子技術”課程中的理論基礎和實驗中的基本技能，訓練電子產品制作時的動手能力。這需要研究出適合學生動手實踐的項目，學生根據項目要求設計出符合要求的電路，從而掌握數字電路的一般設計方法和步驟，訓練并提高學生在文獻檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時為畢業設計和畢業以后從事電子技術方面的科研和開發打下一定的基礎[1]。

二、項目式教學的目的

通過數字電子技術項目式教學，使學生能夠較全面地鞏固和應用“數字電子技術”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數字系統設計的基本方法，能合理、靈活地應用各種標準集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現規定的數字系統[2]。培養學生獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規定功能的數字系統的能力，培養學生獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調試和排除故障的能力，培養學生書寫綜合設計實驗報告的能力[3]。

三、項目式教學的步驟

學生根據設計教師步驟的項目任務，從選擇設計方案開始，進行電路設計[4]；選擇合適的器件，畫出設計電路圖；通過安裝、調試，直至實現任務要求的全部功能，對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經驗收合格后，寫出完整的課程設計報告[5]。

1.總體方案選擇。設計電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據提出的設計任務要求及性能指標，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體，來實現設計任務提出的各項要求和技術指標[6]。設計過程中，往往有多種方案可以選擇，應針對任務要求，查閱資料，權衡各方案的優缺點，從中選優。

2.單元電路的設計。（1）設計單元電路的一般方法和步驟：①根據設計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設計要求，必要時應詳細擬定主要單元電路的性能指標。②擬定出各單元電路的要求后，對它們進行設計。③單元電路設計應采用符合的電平標準。（2）元器件的選擇。針對數字電路的課程設計，在搭建單元電路時，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時鐘電路選555，轉換電路選0809，譯碼及顯示驅動電路也都相對固定。但由于電路參數要求不同，還需要通過選擇參數來確定集成塊型號。一個電路設計，單用數字電路課程內容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集成塊，因此還需熟悉相應內容，比如運算放大器的種類和基本用法、集成比較器和集成穩壓電路的特性和用法。總之，構建單元電路時，選擇器件的電平標準和電流特性很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產生電路、數模和模數轉換電路、采樣和存儲電路等，參數選擇恰當可以發揮其性能并節約設計成本。

單元電路設計過程中，阻容元件的選擇也很關鍵。它們的種類繁多，性能各異。優選的電阻和電容輔助于數字電路的設計可以使其功能多樣化、完整化。

3.單元電路調整與連調。數字電路設計以邏輯關系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經過調整，有條件的情況下可應用邏輯分析儀進行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設計的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅動電流匹配。它也是整個設計成功的關鍵一步。

4.衡量設計的標準。工作穩定可靠；能達到預定的性能指標，并留有適當的余量；電路簡單，成本低，功耗低；器件數目少，集成體積小，便于生產和維護。

5.課程設計報告要求。課程設計報告應包括以下內容：對設計課題進行簡要闡述；設計任務及其具體要求；總體設計方案方框圖及各部分電路設計（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設計原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）；整機電路圖（電路圖應用標準邏輯符號繪制，電路圖中應標明接線引出端名稱、元件編號等）；器件清單；調試結果記錄；課程設計報告應內容完整、字跡工整、圖表整齊、數據翔實。

四、項目式教學實例

1.實例簡述。為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動控制的交通信號燈來進行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。交通燈控制器的系統框圖如圖1所示。

2.設計任務和要求。設計一個十字路通信號燈控制器，其要求如下。

（1）滿足如圖2的順序工作流程。圖中設南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。

（2）應滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖3所示，假設每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮的時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環為36秒。其中紅燈亮的時間為綠、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。

（3）十字路口要有數字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數方式工作，直至減到數為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。

（4）可以手動調整和自動控制，夜間為黃燈閃耀。

（5）在完成上述任務后，可以對電路進行以下幾方面的電路改進或擴展。①在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道，主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時間可以選定為次干道綠燈亮的時間的2倍或3倍。②用LED發光二極管模擬汽車行駛電路。當某一方向綠燈亮時，這一方向的發光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當遇到黃燈亮時，移位發光二極管就停止，而過了十字路口的移位發光二極管繼續向前移動；紅燈亮時，則另一方向轉為綠燈亮，那么，這一方向的LED發光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。

3.可選用器材。①通用實驗底板；②直流穩壓電源；③交通信號燈及汽車模擬裝置；④集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路；⑤顯示：LC5011-11，發光二極管；⑥電阻；⑦開關。

4.設計方案提示。根據設計任務和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路，設計方案可以從以下幾部分進行考慮。

（1）秒脈沖和分頻器。因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮時間比例分別為5∶1∶6，所以，若選4秒（也可以3秒）為一個單位時間，則計數器每計4秒輸出一個脈沖，這一電路就很容易實現。邏輯電路參考前面有關課題。

（2）交通燈控制器。計數器每次工作循環周期為12，所以可以選用12進制計數器。計數器可以用單觸發器組成，也可以用中規模集成計數器。這里我們選用中規模74LS164八位移位寄存器組成扭環形12進制計數器。扭環形計數器的狀態表如表1所示。

由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時標1s和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。

（3）顯示控制部分。顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當綠燈亮時，使減法計數器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數器減1，直到計數器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計數器材用可預置加、減法計數器，如74LS168、74LS193等。

（4）手動/自動控制、夜間控制。這可以用一個選擇開關進行。置開關在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某一位置上，開關在自動位置時，則交通信號燈按自動循環工作方式運行。夜間時，將夜間開關接通，黃燈閃亮。

（5）汽車模擬運行控制。用移位寄存器組成汽車模擬控制系統，即當某一方向綠燈亮時，則綠燈亮“G”信號使該路方向的移位通路打開，而當黃、紅燈亮時，則使該方向的移位停止。如圖4所示，為南北方向汽車模擬控制電路。

五、結語

項目教學法主張先練后講、先學后教，強調學生的自主學習，主動參與，從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的主動性、創造性、積極性等，學生唱“主角”，而教師轉為“配角”，實現了教師角色的換位，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。筆者就多個方面對項目教學法進行了嘗試性的研究與實踐，也取得了非常好的效果。

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