现代数字逻辑电路实践教学探索与改革new

《现代数字逻辑电路实践教学探索与改革new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、现代数字逻辑电路实践教学探索与改革陈小毛熊发明周巍骆培荫（桂林电子工业学院桂林541004）摘要可编程逻辑器件的出现使数字电路设计方式发生了革命性变化，设计者采用EDA软件平台，通过编写程序就可以完成复杂数字系统的设计工作。为了让学生掌握这种新方法，本文对数字逻辑电路实验教学改革进行了探索，由原来采用中小规模集成电路和手工布线的传统教学方式转变为以可编程逻辑器件为基础，EDA技术为手段的实践教学模式。关键词数字逻辑FPGA/CPLD电子设计自动化实践教学一、数字逻辑电路实践教学的意义目前，我国工科类学生普遍存在重理论，轻实践的倾向

2、，缺乏解决实际工程问题的能力和协调、管理素质。造成这种现象的原因是多方面的，既有客观的原因，也有认识上的偏差。由于近年我国大部分高校都扩大了招生规模，结果出现了资源不足的问题。据统计，我国经济规模只有美国和加拿大的八分之一，但我们的工科学生却是人家的十倍。投入不足，使我们的学生只能单纯做实验，缺乏系统研究和工程项目经验。在国外高校，数字电路实验在电子技术实验教学过程中所占的比重较大，而且很多采用了EDA技术。例如美国斯坦福大学数字电子技术实验大多是基于FPGA器件的。我国也有一些高校对数字逻辑电路实验改革进行了探索，如华中科技大学

3、结合教学实践，研制了“ISP技术实践教学平台”。对传统的数字电路课程的实验方式做了许多改进，经过多届学生的使用，学生反映易学、方便、设计与实验项目成功率高，理论与实践结合紧密，教学效果好。高校人才培养过程中，实验教学具有其它教学环节不可替代的重要作用。传统教学实验均按课程设置且多为验证性质，实验内容单一，综合性、设计性实验偏少。改革实验教学方式和教学内容成了当前迫切任务，重点加大对学生实践能力、解决实际问题能力、组织协调和管理能力及团体合作精神等综合素质的培养，使“数字逻辑电路实践教学”在本科培养中发挥更重要的作用。根据学院的办学

4、指导思想以及学校改革和发展方向，我校将以教学为中心，培养务实、创新的高素质应用型人才，把学院建设成为电子信息科学优势突出，多学科互相渗透的教学型大学。为了达到以上要求，并结合数字逻辑电路实验教学实际情况，我们对现代数字逻辑电路实践教学改革进行了探索。二、数字逻辑电路实践教学改革探索为了提高学生的电子设计和工程实践能力，并结合国内外著名高校的经验，我们对数字逻辑电路实践教学内容和方式进行了革新。首先，本课程的培养目标是使学生具有以下的三种能力：①理解数字系统的一些基本概念。例如，布尔代数、触发器和有限状态机（FSM）等等。②学会常用

5、仪器的使用方法，如示波器等。掌握硬件描述语言（VHDL）在数字系统中的应用。③能够参加一个较复杂数字电子系统项目，并提供参考设计方案，可以成功实现设计电路，最后整理项目文档，写出项目总结报告。实验室提供场地，并配备逻辑分析仪、示波器、计算机和设计软件等工具。学生可以在实验室做一些基本实验，也能制作、调试和测试电路板，还可以把数字系统开发板带回宿舍调试程序。采用上课时间和业余时间结合的形式，保证项目能够按时完成。学生既可以与老师或者小组成员当面讨论，也能通过网络的方式集体讨论遇到的问题。实践教学以三种形式出现，分别是问题的提出、基本

6、技能训练和项目工程设计。整个过程又分为三个阶段：①首先开设的是基础性实验，包括TTL门电路静态特性测试、触发器和记数器的应用、组合逻辑电路测试与分析、简单VHDL程序编写以及FPGA编程等等。该阶段开设的实验题目较多，要求学生在规定的时间完成所有实验内容。主要是为了让学生尽快熟悉仪器和器件，为后续阶段做好准备工作。②接下来，学生需要参加一个具体的项目小组。这里提供了两个不同的项目，一个是实用交通灯控制电路的设计，一个是数字滤波器的设计。实用交通灯控制电路是有限状态机（FSM）的具体应用，状态机的VHDL设计程序层次分明，结构清晰，

7、易读易懂，在排错、修改和模块移植方面，初学者特别容易掌握。而且状态机可以完成许多并行的运算和控制操作，运算速度快。同时状态机的设计可以使用容错技术，当状态机进入非法状态，它能够很快跳出，消耗的时间十分短暂，通常只有2个时钟周期，约十几个纳秒，尚不足以对系统运行构成损害，可靠性好。数字滤波器的设计是FPGA/CPLD在数字信号处理中的一个应用。数字滤波器的应用场合大部分都要求实时处理，有的还要进行复杂运算，基于传统的DSP器件的数字滤波器实现方法，在速度上总不能如人所愿。相比而言，FPGA表现出了特有的优势。③最后一个阶段，由学生自

8、由选题，自由组队，按时完成一个数字系统的设计工作。学生应尽早找到团队合作伙伴，一般两到三个人组成一个开发小组，单独一个人组队必须经过指导老师的同意。参考实验室提供的题目，选择一个难易适当能够及时完成的课题。经过小组成员讨论，确定项目预定目标，并写出