摘要：本文通過對數(shù)字電路課程研究內(nèi)容與方法的發(fā)展過程的研究，提出了數(shù)字電路課程建設的新體系，論述了新的課程構建和教學改革方案的思路。對順應電子技術發(fā)展的現(xiàn)代數(shù)字電路設計理論的應用提出了新觀點。

中圖分類號：G64文獻標識碼：A

關鍵詞：數(shù)字電路；課程建設；EDA；新體系

文章編號：1672-5913(2007)16-0035-03

1引言

電子技術的發(fā)展使與之對應的基礎課程的教學內(nèi)容也不斷地發(fā)生變化。教學應領先于應用，而不能落后于應用，這是我們教育研究的動力。數(shù)字電路的教學內(nèi)容的改革，也同樣伴隨著當今的電子科學和電子工業(yè)發(fā)展而發(fā)展。課程的內(nèi)容體系，研究的范圍與方法，學科的內(nèi)在理論體系與應用型人才培養(yǎng)的大眾化教育要求等，都大大促進了課程的體系和內(nèi)容的改革。但就目前的數(shù)字電路這樣一門專業(yè)基礎課課程內(nèi)容的設置問題，如何構建出適合我國國情和與當今科學技術對應的數(shù)字電路課程體系，仍要不斷探索。本文通過對這門專業(yè)基礎課的發(fā)展過程的回顧，分析近年來眾多的教學改革的現(xiàn)狀，就合理設置數(shù)字電路課程內(nèi)容進行了一些探討。

2發(fā)展與現(xiàn)狀

數(shù)字電路的發(fā)展是從開關邏輯電路開始的，人們在廠家控制電路中的繼電器和開關構成的電路與信號，創(chuàng)建了開關電路理論與脈沖技術。在20世紀60年代這一門技術由于電子元件替代了機械開關元件，使之逐漸成為電子技術的基本內(nèi)容，得到研究和發(fā)展。隨著半導體元件的快速發(fā)展，電子技術把研究信號的連續(xù)性和離散性的研究理論體系和研究方法進行了分類，形成了以數(shù)字邏輯代數(shù)和離散數(shù)學為基本理論的數(shù)字電路。最早期以晶體管脈沖技術為核心的數(shù)字電路課程，研究的方法與模擬電路的晶體管電路研究方法基本相同。

隨著數(shù)字技術主要研究邏輯和算術運算、時間控制和計時等方面的應用，集成電路技術在數(shù)字邏輯電路的應用，出現(xiàn)了中小規(guī)模的數(shù)字邏輯電路標準器件。這時的數(shù)字電路研究的基本理論并沒有新的發(fā)展，但研究的方法則是以標準邏輯電路的選用為基礎的數(shù)字電路的分析與設計方法。

由于計算機應用于電子線路的輔助設計，超大規(guī)模的數(shù)字集成元件的分析與設計方法，成為新的數(shù)字電路的研究方向。EDA的工具軟件與PLD元件的結(jié)合，使得數(shù)字電路的研究方法發(fā)生了新的變化。那種以中規(guī)模標準邏輯電路為基本單元的，自下而上的數(shù)字電路系統(tǒng)的研究與分析設計方法，已不適應當前的數(shù)字系統(tǒng)的集成電路設計要求。利用HDL語言為基礎的自上而下的數(shù)字電路系統(tǒng)設計方法得到各種EDA軟件的支持，使得數(shù)字電路研究方法出現(xiàn)了新的飛躍。

大量的學者與教育工作者認識到，以HDL為描述語言的數(shù)字電路設計方法將成為現(xiàn)代數(shù)字電路研究的發(fā)展方向。與之對應的研究成果把數(shù)字電路分為二層進行教學，數(shù)字電路基礎和數(shù)字電路系統(tǒng)設計自動化。作為基礎課，是為了深入學習后續(xù)課程來準備基本的理論知識和基本的研究與設計方法等技術基礎。原有的自下而上的數(shù)字電路的課程中，增加了HDL語言的電路描述部分內(nèi)容，保持原有的課程體系不變。隨著EDA技術在數(shù)字電路的研究、分析和設計上的應用，數(shù)字電路系統(tǒng)設計自動化成為第二層面的教學內(nèi)容。之所以稱之為第二層面，對于數(shù)字電路而言，研究內(nèi)容大致一樣，研究方法上不在同一層面之上。一個是以邏輯單元為基本研究對象，對數(shù)字電路系統(tǒng)設計是自下而上的，另一個是直接以系統(tǒng)為對象，用HDL語言描述，在EDA軟件平臺上，自上而下的逐步綜合實現(xiàn)的。

3新體系的設想

把EDA作為數(shù)字電路的主體分析設計工具。在教學內(nèi)容上確立其中心位置。以單元電路學習形成的基本概念為基礎，以自上而下的電路系統(tǒng)設計方案為思路，以HDL語言為描述方法，構建的教學內(nèi)容新體系。

改革原有的以邏輯代數(shù)為基礎的思路，把邏輯代數(shù)與HDL語言并行為基礎。改革由單元電路開始自下而上的知識構建思路，變?yōu)橐隕DA軟件的工具學習為開始的自上而下的知識構建思路。

4新體系建立的基本思路

數(shù)字電子技術在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的實用方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化。特別是可編程邏輯器件的大量應用，使原來中小規(guī)模的標準器件在應用系統(tǒng)的設計中應用減少。

盡管傳統(tǒng)的基本單元電路對于理解數(shù)字系統(tǒng)基本構成模塊的工作原理具有重要意義，但是必須認識到電子技術的新進展使系統(tǒng)和數(shù)字邏輯電路的工作過程出現(xiàn)了新的描述方法。未來的數(shù)字系統(tǒng)設計，對描述方法的理解可能比具體的硬件結(jié)構更加重要。

從數(shù)字電路課程的性質(zhì)，專業(yè)基礎課看。如果這個基礎工業(yè)的應用范圍變了，中規(guī)模的標準邏輯器件相對應的研究方法，占實際應用的比例少到一定程度，而取而代之的現(xiàn)代電子技術的研究方法應該定位成課程的基礎。

從舊體系中的課程目的是針對從晶體管電路發(fā)展而來的研究方法與學習內(nèi)容，在中規(guī)模電路中進行了改革與發(fā)展。引進HDL語言的描述，使研究的層面從單元電路發(fā)展為系統(tǒng)級的層次。

舊的數(shù)字系統(tǒng)是在手工設計流程，一般都是先按電子系統(tǒng)的具體功能要求進行功能劃分，然后對每個電路模塊畫出真值表，用卡諾圖進行手工邏輯化簡，寫出邏輯表達式，得到相應的邏輯線路圖。再進行單元器件的選擇，設計電路板，最后進行實測與調(diào)試。而復雜電路的設計、調(diào)試十分困難，無法仿真在設計中存在問題，查找和修改十分不便，只有在設計出樣機后才能進行實測，設計周期長。

新的數(shù)字系統(tǒng)是在EDA中使用HDL對數(shù)字系統(tǒng)進行抽象的行為與功能描述，到具體的內(nèi)部線路結(jié)構描述，從而使設計的各個階段，各個層次在EDA軟件環(huán)境中模擬驗證，保證其正確性，周期短。由于邏輯設計仿真測試技術是EDA的突出功能，形成的現(xiàn)代電子設計技術的重要特征。適應了大規(guī)模的系統(tǒng)級電子設計的自動化程度。

對于知識構建的認識?？梢詮膶嶋H的需求，即專業(yè)人才應具備的素質(zhì)和能力。在構成這樣的素質(zhì)和能力的知識體系，確定應具有理論的系統(tǒng)性和完整性去構建課程的內(nèi)容。

從大眾教育與精英教育關系上看，原有的教材所形成的課程內(nèi)容，是以理論研究為目的的課程體系。不適應現(xiàn)在的學習群體的實際應用能力培養(yǎng)的需要，所以課程的內(nèi)容要從研究型的專門人才，向應用型的技術人才相適應。其內(nèi)容處理的方向是注重民應用為目的的“必須”與“夠用”為度。

因為新的課程內(nèi)容所提出的結(jié)構體系，更加符合大眾教育的特點，和人們認識規(guī)律，將大大降低學習難度。

傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學內(nèi)容中的課堂與實踐的關系。是以課堂教學內(nèi)容為主，實驗只是為了驗證課堂教學，而采用EDA為中心的數(shù)字電路教學內(nèi)容的課堂與實踐是同步進行了。因為這種教學與實驗是一個整體的EDA軟件，課堂的演示就可以解決驗證的問題，學生在EDA軟件的環(huán)境之下，可能隨時隨地在計算機上進行實驗研究。

長期以來，人們總是按照知識結(jié)構來構建課程內(nèi)容體系，要求學生通過學習掌握知識，而不考慮能力方面的要求。如果說在精英教育階段還能基本適應，那么進入大眾教育階段就必須改變?yōu)榘茨芰σ髞順嫿ㄕn程內(nèi)容體系。

我們在構成課程內(nèi)容體系時，是按照學科的理論體系出發(fā)，確定知識結(jié)構，組織知識點，形成課程的內(nèi)容；還是分析社會對應用人才能力要求，然后研究作為支撐的相應知識結(jié)構，組織和形成課程的內(nèi)容。以理論為主線的課程內(nèi)容與以應用為主線的課程內(nèi)容的關系。根據(jù)應用的特點，遵循應用本身的系統(tǒng)性和完整性，而不是根據(jù)理論的系統(tǒng)性和完整性來構建課程內(nèi)容。

教材是教學的指導思想，培養(yǎng)目標，教學要求和教學內(nèi)容的具體體現(xiàn)，是一項最基本的建設內(nèi)容。數(shù)字電路的課程發(fā)展史集中地表現(xiàn)在教材的建設史上。每當電子技術與電子工業(yè)發(fā)展的關鍵時刻，課程內(nèi)容體系都將進行重大的改革，并且及時總結(jié)教學改革的經(jīng)驗，進行教材的更新實現(xiàn)教學內(nèi)容的更新。

5結(jié)束語

本研究所提出的數(shù)字電路課程教學內(nèi)容，是根據(jù)多年的數(shù)字電路的教學研究和實踐的經(jīng)驗，參考眾多的學者相關的研究成果，并結(jié)合數(shù)字電子技術最新的發(fā)展成果而形成的內(nèi)容體系。使學生既能掌握數(shù)字電路的基礎理論知識，又能了解技術發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，并能利用現(xiàn)代的設計工具和方法設計數(shù)字系統(tǒng)。改變傳統(tǒng)的數(shù)字電路的內(nèi)容體系，使原有的邏輯代數(shù)的單元電路自下而上的系統(tǒng)分析設計方法，轉(zhuǎn)變?yōu)樵贓DA環(huán)境下用HDL語言描述的自上而下的系統(tǒng)分析設計方法。雖然課程內(nèi)容反映了當前電子器件的最新成果和現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計工具與方法的內(nèi)容，但這種教學內(nèi)容組織面臨的主要問題是與現(xiàn)行的教學大綱存在的差異。這種作法是否合適還有待教學實踐的檢驗。

Some New Points on the Stucture of the Course Digital Circuits

Xu Luxiong

Electronic and Imformation Institute

The Fuqing Branch of Fujian Normal University

Fuqing Fujian 350300

Abstract: this article analysis the development of content and methods about the Digital Circuits， try to provides a new structure system of the course Digital Circuits， and introduces some new thoughts about this untraditional structure and teaching reformation. Then， it gives some new points about how to apppled to modern digital circuits design theory which comform to the electronics development trend.

Key Words: Digital Circuits， course structure， EDA， new system

參考文獻

[1] CFC2006[M]. 北京：清華大學出版社，2006

[2] 潘松，黃繼業(yè) EDA技術與VHDL(第2版)[M]. 北京:清華大學出版社，2007

[3] 林濤 數(shù)字電子技術基礎[M]. 北京:清華大學出版社，2006

[4] 顧斌等．數(shù)字電路EDA設計[M]．西安：西安電子科技大學出版社．2004

[5] 崔 剛 陳文楷 徐萍萍 江捷. EDA技術課程教學經(jīng)驗談[J]華北航天工業(yè)學院學報，2006(7).

作者簡介

徐魯雄(1958-)，男，山東西霞人，教授，研究方向：計算機軟件。