从数字电子技术教材看中外两本教材的差别

2013-03-24张虹

电气电子教学学报 2013年5期

张虹

(西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049)

“数字电子技术”课程是本科生开始接触数字技术的基础课程。目前，随着我国高校双语和全英文教学的开展，如何适应数字技术的快速发展和课程实践性强的特点，选取合适的教材已成为需要认真考量的问题［1，2]。

双语教学中教材的选用既要考虑授课对象的能力与水平，又要符合教学规划及要求。选用的教材中使用外语应该难易适中，便于学生阅读和理解。综合以上因素，我院双语教学选择了文献［3] 作为主要参考教材［3]。该书被视为国外电气电子工程的经典教材，目前已发行第10版。

我们比较国内外教材的特点发现，其讲授知识点上尽管存在许多相似之处，但在教学内容和体系安排等诸多方面仍存在一些差异［4，5]。本文通过比较文献［3] :《Digital Fundamentals》和张克农等主编的文献［4] :《数字电子技术基础》两本教材来看中外教材的主要差别。

1 教材的教学内容

文献［3] 共分为14章。其内容有概念的介绍;数值、运算和码;逻辑门;布尔代数和逻辑化简;组合逻辑的分析;组合逻辑的功能;锁存器、触发器和定时器;计数器;移位寄存器;存储器;可编程逻辑和软件;信号接口和处理;计算机概念和集成电路技术。与文献［4] 相比，我们发现有如下不同。

(1)在数制的转换一节中，文献［3] 介绍了利用权的加和完成二-十进制之间转换的方法。而文献［4] 只介绍了重复除和重复乘的方法。

(2)在布尔代数逻辑表达形式的描述中，文献［3] 除介绍乘积项和的形式外，还介绍了和的乘积项的标准形式，以及两种表达式之间的转换方法，整本教材未引入最小项的概念。文献［4] 虽介绍了最小项，但只重点阐述了最小项和构成的逻辑表达式。

(3)对于逻辑函数化简的讨论，文献［3] 除介绍常用的卡诺图方法外，还介绍了Quine-McCluskey方法，为学生利用计算机编程实现化简奠定了基础。

(4)在锁存器和触发器部分，文献［3] 重点介绍了门控和边沿的触发器，删除了主从触发器这些不常用的内容。

(5)有关脉冲的产生和整形部分，文献［3] 未介绍由分立的门电路构成的单稳态和多谐振荡器施密特触发器，只重点介绍了几款常用的集成单稳和多谐振荡电路，如74LS121，74LS122及555电路。

(6)在时序逻辑电路部分，由于文献［3] 未引入特征方程的概念，所以主要利用触发器的状态转换表、次态表以及卡诺图进行电路设计。文献［4] 除介绍计数器的分析方法外，还举例说明了异步时序电路的设计方法。

(7)移位寄存器的内容在文献［3] 中作为单独的一章列出，除重点介绍了集成移位寄存器，以及环形和扭环形计数器外，对触发器构成的各种类型移位寄存器的内部结构和工作原理进行了较为详细描述和功能分析。

(8)在存贮器部分，除通常的只读和随机存取存贮器外，文献［3] 还介绍了Flash存贮器的特点，原理和结构。另外，介绍了先进先出(FIFO)存储的原理、磁盘和光驱等存储设备。

(9)在可编程逻辑器件一章，文献［3] 除介绍简单与复杂可编程器件的内部结构和主要特点外，还详细介绍了可编程逻辑的开发软件及开发过程，包括设计文件的录入、功能仿真、综合优化、编程下载及实际测试等环节。

(10)在信号接口方法一章，文献［3] 除就模/数和数/模转换的原理和常用电路进行阐述之外，还引入了一些数字信号处理的相关内容，如信号的混叠，信号处理的基本方法和构成，常用数字信号处理器(如TMS320C6000系列等)的介绍。

(11)有关计算机的相关概念，如微处理器的工作时序、编程、中断、直接存取存贮器及计算机的内部接口电路等在文献［3] 中作为单独一章进行讲解，将教材前几章学习的数字电路基本模块融入计算机应用当中，实现了微机原理和数字电路应用的有机结合。

综上所述，就教学内容而言，两本教材均对数字电路所涉及的基本概念和基本理论进行了阐述，使学生获得了数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能。两本教材在内容的组织上有相似之处，都以数字电路的基本概念和知识为起点，然后是组合逻辑电路，之后是触发器以及时序逻辑电路，最后是存贮器和可编程逻辑器件，以及/数模、模/数转换。总体而言，文献［3] 摒弃了一些陈旧的内容，更注重实用性和先进性。

2 内容安排上的差异

1)文献［4] 将数字电路的基本概念和知识，如数制，码制，逻辑门，布尔代数，卡诺图和函数的化简放在一章中进行了讲解，简明扼要。

文献［3] 则将上述内容分为四个章节进行了详细的描述。另外，在第一章中就引入了数字波形和逻辑块的概念，简要介绍了比较，算术运算，代码转换，数据选择和分配，数据存贮，计数等数字电路中常用的功能模块，并以一个实际的控制过程为实例，使学生一开始就建立起功能模块和系统的概念。

2)文献［4] 将集成逻辑门电路的介绍安排在第二章，集中讲解了CMOS、TTL集成电路的特性、主要参数，分析了与门、非门、与非门、集电极开路门，三态门等电路的内部结构，并介绍了使用中应注意的一些问题。

文献［3] 将以上内容放在最后一章，作为可选内容。因此，在第一章和第三章中，教材分别介绍了固定功能集成电路的一些外特性和参数，如传输延迟特性、速度—功率积、扇出和负载，以保证在不安排最后一章的情况下，学生也能够了解一些和应用密切相关的知识。

3)文献［4] 将脉冲的产生与整形电路作为单独一章给予了详细的介绍，文献［3] 将该部分内容安排在基本锁存器和触发器的讲解之后，未单独作为一章列出。

3 教材中理论阐述特色

相较于文献［4] ，文献［3] 在理论知识的讲述方面更加详细生动，利于学生的自学。例如，该教材对非门的介绍，首先介绍了非门的常用逻辑符号，然后讲解了非门对应的真值表、逻辑运算和逻辑表达式。之后，利用时序图进一步说明了非门的逻辑功能，最后列举了非门在求反码中的实际应用价值。可见，对一个基本概念和理论，教材从不同的角度较全面地给予了充分的诠释。

两本教材在讲解一个新的知识点时，一般都是先给出总体描述，然后通过列举具体的实例对理论进行进一步的阐述和说明。所选例题都紧紧围绕着所要阐述的问题而展开。文献［3] 在很多场合下都详细列出了解题过程和步骤，并对每一步有相应的文字说明和解释，因此，更加有利于学生的理解掌握。另外，在解答完所给出的例题后，教材还提出另一个与之相关的问题供学生思考和练习。

文献［3] 在每一章的结束部分，对本章所涉及的主要内容和概念进行总结，同时提供这一章的一些关键词。在每一节结束又都给出几道与本节内容相关的思考题供学生检验知识掌握的情况。课后习题按照文中每一节的内容进行安排，习题类型与文中的章节一一对应。

4 教材内容与工程实际的联系

“数字电子技术”课程的理论和实践紧密结合。两本教材都以工程实际应用出发，在内容选取方面，淡化器件内部电路的分析，突出中、大规模集成电路的外部特性和应用。但两者也各具特色。

1)系统综合设计

文献［4] 最后一章专门引入了系统综合设计的方法，步骤，并给出了设计实例，将前面几章所学习的内容，包括可编程逻辑器件的应用体现在综合设计当中，使学生了解到了所学习的一些分立器件的具体应用价值。

2)联系工程实践

文献［3] 则将理论与工程实践的联系体现在各个章节的内容当中，使两者结合的更为突出和紧密。首先，在内容的讲解上，在讲述完一个新的知识点之后，往往要给出一个具体实例说明其实际应用价值和应用场合。例如，在讲述与/或/非逻辑电路后举例说明，可以用该电路并结合相应的传感器测试容器中液面的位置。在讲述完组合逻辑电路常用的各类器件之后，专门利用一小节介绍了这些器件的实际应用和实现方法。如利用数据选择器、7段显示译码器、数码管及译码器构成一个动态显示电路等。

3)仪器测试与电路

文献［3] 在每一章专门安排了一节内容介绍数字电子技术中常用的仪器仪表及测试电路，并阐述了实验中常用器件和电路故障排查的一些具体方法。例如，第一章最后介绍了示波器、逻辑分析仪、数字万用表、直流电源和逻辑笔等常用仪器仪表的功能、特性和一般使用方法。其余各章分别在最后一节讲述了与本章内容相关联的实际工程问题和解决方案。例如，在逻辑门电路部分，介绍了利用信号追踪，通过分析输入输出信号间的关系，排查集成门电路故障的步骤和所使用的仪器仪表。在计数器和移位寄存器之后，介绍了由这些器件构成的小型电子系统电路故障排查常用仪器及其排查方法。通过详细的语言描述和图形展示，将理论知识与工程实践紧密结合是整本教材最大的特色和亮点。