基于同步时序逻辑电路设计的数字逻辑教学实例设计

郭玲 何峰

摘要：同步时序逻辑电路的设计是数字逻辑课程中的教学难点之一，通常只进行纯理论的讲解。通过结合工程型人才培养目标，从理论与实践相结合的教学理念出发，基于Protues 8.0软件平台，研究数字逻辑电路的应用型、创新型、综合型教学案例，设计了利用不同的触发器实现的同步时序逻辑电路。通过案例的设计，使学生在理论上掌握了同步时序逻辑电路的基本设计方法，在软件上完成实际应用和验证，锻炼了学生的创新能力和实践能力。

关键词： 实例教学;教学改革;数字逻辑;同步时序逻辑电路;计数器

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）26-0211-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Design of Digital Logic Teaching Example Based on Synchronous Sequential Logic Circuit Design

GUO Ling， HE Feng

（Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China）

Abstract：The design of synchronous sequential logic circuit is one of the teaching difficulties in Digital Logic Course， which is usually explained only in theory in the classroom. Based on  the training target of engineering talents and the education concept  of combining theory with practice，  an applied， innovative and comprehensive teaching case of digital logic circuit is studied.By using the software platform of Protues 8.0. A synchronous sequential logic circuitusing is designed based on different triggers. Through the design of the teaching case， the students can master the basic design method of synchronous sequential logiccircuit in theory， complete the practical application and verification in software， and exercise the students' innovation and practical abilities.

Key words： teaching example;teaching reform;digital logic;synchronous sequential logic circuit;counter

数字逻辑是电气类、控制类、通信类专业的核心基础课，主要涵盖数字电路和数字系统的基本概念、原理、分析和设计方法等知识[1]。在教学过程既需要注重理论知识的讲解，又需要注重对学生分析应用能力的培养[2]。因此，设计一些优秀的教学实例并加以实施不仅能帮助学生更好的理解计出的理论知识，又可以培养学生的逻辑思维能力和实践设计能力[3]。鉴于模拟电子技术课程安排在数字逻辑电路之前，我们将基于模拟电子技术课程中使用过的Protues 8.0 软件对数字逻辑课程中的一些重要的知识内容进行实例化的设计与仿真，加强学生对知识点的理解，增强学生的软件应用能力，更好地培养能够解决实际问题的应用型工程人才。

1 教学实例设计

时序逻辑电路是数字逻辑课程中非常重要的内容。不同于组合逻辑电路中输出信号仅取决于当时输入信号的特点，时序逻辑电路的输出信号不仅取决于当时的输入信号还取决于电路之前的状态。根据电路的输出与输入变量依存关系的不同，时序电路分为Mealy型和Moore型，Mealy型电路的输出与输入变量直接相关，Moore型电路的输出与输入变量无依存关系;根据存储电路中触发器动作特点的不同，时序逻辑电路又分为同步时序电路和异步时序电路，同步时序电路即是在同一时钟信号下所有触发器的状态同步变化的，而异步时序电路则是触发器的状态变化不同时发生。由于当前电路系统中多是统一时钟，所以当前的实用电路设计中基本以同步时序电路为主。

本同步时序逻辑电路设计教学实例选择了数字逻辑课程中较为基础的计数器设计为例，设计一个带有进位输出端的十三进制计数器[1]。计数器是一种非常典型的Moore型时序电路，组成简单，主要工作特点是在时钟信号的作用下按一定的顺序及运行状态转换，没有输入逻辑变量。计数器不仅可以进行计数，也可以进行分频、定时、产生节拍脉冲等操作，是各种数字系统核心处理器的基本单元，应用十分广泛[4-7]。因此可以说计数器是数字逻辑的基础，选取计数器来进行教学实例的设计是非常有意义的。Protues8.0软件是一款可以进行电路仿真及联合仿真的软件，功能强大，是电路设计中常用的软件之一[8]。

在設计电路时，应该根据给出的具体逻辑问题，以最简单的方式实现要求。当选用小规模集成电路来进行设计时，为达到最简电路标准尽可能用最少的触发器和门电路，并且其输入端数目也要尽量少。因此我们首先按照同步时序逻辑电路的设计过程设计出逻辑电路，再用Protues8.0软件进行仿真。