李 平，高 云，李 陽

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

0 引 言

“物聯(lián)網(wǎng)電子技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，具有知識點(diǎn)繁多、實(shí)踐性較強(qiáng)等特點(diǎn)。課程的任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生的思想創(chuàng)新能力，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)和提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力[2]，提高綜合素質(zhì)。課程共有3部分知識塊，分別是電路分析基礎(chǔ)、模擬電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)[3]。在分析模擬電路[4]時(shí)考慮其輸出信號與輸入信號在振幅大小、頻率等方面的變化關(guān)系；數(shù)字電路只考慮輸出和輸入的電平變化規(guī)律等。本文在研究分析數(shù)字電路的基礎(chǔ)上，教授學(xué)生設(shè)計(jì)組合邏輯電路，讓學(xué)生了解數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)，并能對數(shù)字電路進(jìn)行靈活分析和設(shè)計(jì)。

本文采用Multisim 14.0仿真軟件[5-8]，Multisim 14.0是原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件，軟件提供了物聯(lián)網(wǎng)電子技術(shù)的主要硬件設(shè)備，打破了時(shí)間和空間的壁壘，讓學(xué)生能夠隨時(shí)隨地在仿真平臺上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和開發(fā)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，采用銳捷網(wǎng)絡(luò)云桌面虛擬系統(tǒng)，在此系統(tǒng)里提前下載好Multisim 14.0仿真軟件。即使教師在備課過程中忘記攜帶筆記本電腦，也可以在其他電腦中登錄此系統(tǒng)并進(jìn)行電路教學(xué)設(shè)計(jì)。

本文以組合邏輯電路[9-10]中全加器電路為例，講解組合邏輯電路里互為逆過程的設(shè)計(jì)和分析，讓學(xué)生充分掌握、理解數(shù)字電路，并最終能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)電路。

1 學(xué)情分析

授課對象為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與技術(shù)專業(yè)2020級學(xué)生，前導(dǎo)課程有“高等數(shù)學(xué)”，后續(xù)課程有“物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開發(fā)”“物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與組建”。這些學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)，具有一定的程序設(shè)計(jì)思路和實(shí)際編程能力。

2 教學(xué)策略

Multisim 14.0仿真軟件[11]是提供物聯(lián)網(wǎng)電子技術(shù)的主要底層硬件設(shè)備之一，打破了時(shí)間和空間的壁壘，不僅幫助學(xué)生在預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)階段節(jié)省了大量時(shí)間，還能夠讓學(xué)生隨時(shí)隨地在仿真平臺上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和開發(fā)，提升了學(xué)習(xí)興趣。

3 實(shí)例展示

在數(shù)字電路的組合邏輯電路學(xué)習(xí)過程中，通過采用以下設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生掌握組合邏輯電路的設(shè)計(jì)技巧。

3.1 設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)一全加器電路：

（1）根據(jù)給定條件和最終實(shí)現(xiàn)的功能，首先對邏輯變量和邏輯函數(shù)進(jìn)行定義，用相應(yīng)字母表示，再用0和1各表示一種狀態(tài)，由此找出邏輯變量和邏輯函數(shù)之間的關(guān)系。

（2）根據(jù)邏輯變量和邏輯函數(shù)之間的關(guān)系列出真值表，根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式。

（3）對邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡處理。

（4）根據(jù)最簡邏輯表達(dá)式繪制相應(yīng)邏輯電路。

3.2 電路變量分析

定義輸入、輸出邏輯變量，并將文字?jǐn)⑹龀橄鬄檫壿嬅枋?。根?jù)題意可知，該系統(tǒng)的輸入變量有3個，即A、B、C，分別用0、1來表示，輸出變量為F、G，其中G為進(jìn)位。

（1）根據(jù)邏輯功能要求列出真值表，見表1所列。

表1 全加器真值表

（2）由邏輯狀態(tài)寫出表達(dá)式，分別如下：

（3）化簡邏輯式：

F1卡諾圖化簡如圖1所示。

圖1 F1卡諾圖化簡

（4）由于在制作邏輯電路的過程中，一塊集成芯片往往有多個同類門電路，所以在構(gòu)成具體邏輯電路時(shí)，通常只選用一種門電路，而且一般選用與非門較多。因此，全加器的邏輯函數(shù)可利用反演律，即：

（5）繪制全加器邏輯圖，如圖2所示。全加器電路的設(shè)計(jì)基本完成，教學(xué)目的在于讓學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)知識，擁有電路分析能力。全加器電路如圖3所示。

圖2 全加器邏輯圖

圖3 全加器電路

3.3 全加器電路分析

（1）對邏輯圖用逐級遞推法寫出F和G的邏輯函數(shù)表達(dá)式：

（2）用代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)：

（3）列出真值表。

（4）進(jìn)行邏輯功能分析，觀察真值表可得出電路的特點(diǎn)，即全加器的含義。

教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，分任務(wù)完成，以學(xué)生學(xué)習(xí)知識為重點(diǎn)，通過向?qū)W生展示理論與實(shí)踐相結(jié)合的操作，完成組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與仿真，真正解決實(shí)際邏輯問題。完成課堂知識講授，能夠讓學(xué)生更有效地掌握電工電子的知識與方法。

4 結(jié) 語

本課程的教學(xué)探索不僅在促進(jìn)學(xué)生知識理解、能力掌握、素養(yǎng)提升三方面成效明顯，也能通過仿真練習(xí)讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動實(shí)踐，很好地完成了“能仿、會變、可展示”的教學(xué)目標(biāo)。最終通過組合邏輯電路的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)意識，學(xué)生可通過動手操作提高自我調(diào)節(jié)能力。