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1、第五章 触发器1.课程分析1.1 本课程的地位 数字电子技术基础是电类各专业的主要技术基础课，是这些专业本科生必修的主干课程。随着技术的进步和时代的发展，该课程在整个电类专业课程体系中的地位和作用越来越重要。在当今现实世界中，电子技术日新月异，突飞猛进，这其中一个最为重要趋势就是从模拟技术向数字技术的转化，数字技术将曾经毫不相干的领域融为一体，并且还将继续整合整个工业体系甚至是整个社会。 作为体现数字化发展成果和趋势的基础技术课程，本课程在整个电类专业课程体系中的地位和作用是不言而喻的，与传统的教学体系不同，以前从未曾有过的大量学科纷纷出现在高等教育的课程设置中。如DSP技术、SOC设计、ED
2、A技术、计算机组成与设计、数字通信、嵌入式系统、工业自动化、硬件描述语言、面向用户的微电子技术、软件无线电、硬件智能演化技术等等。这其中许多被列为当今的核心科技学科、自主型科学技术的重心，引领着未来电子技术的发展方向，也预示着前景良好的就业取向。 也就是说，课程体系中还有大量的极为重要的课程是以此课程为基础的。1.2 本课程教学存在的问题 现代数字技术本身的迅猛发展和广泛应用把本课程的地位和重要性推到了前所未有高度的同时，也对这一课程的教学提出了极大的挑战。尽管近些年来，国内不少高校在本课程教学观念、教学内容与体系、教学方法与手段上进行了一些改革探索，并取得了一些成果，但目前在总体上还存在着不
3、少的问题。1）教学理念和教学内容跟不上技术的发展 教学理念还停留在对传统的数字电子技术教学内容与体系的丰富和完善上。传统数字电子技术教学的落后主要体现在：过分强调手工设计方式，并将其作为核心教学内容。如组合、时序电路的分析与设计技术，包括试题库、统考或研究生考试的内容，都是诞生于上世纪60年代、成熟于70年代、淘汰于80年代初的数字电路手工设计技术，这些内容被传承数十载而自成体系，无需计算机，十分容易构建标准试题库，便利于书面考试与评分。然而这一切恰恰埋没了这门作为当今科技领域最富变化，最具活力，最贴近实践，最需创新能力的学科的突出特质。局限于低速数字系统设计。传统数字技术忽视时序特性分析，其
4、本质就是一种低速系统理念。诸如介绍用上拉电阻提高TTL输出电平的方法、加驱动器件提高扇出能力的方法、详细讨论555、施密特触发器、单稳态电路等现代数字电路中不可能存在的模数混合电路等等。从现代数字技术的角度看，这些方法与技术有的是错误的，有的内容则没有任何实用意义。局限于中小规模系统设计。如过于强调化简，现代数字设计技术中已没有化简这个概念，所对应的概念是优化，即数字设计更强调提高系统性能而不是逻辑结构的简化。 正是基于这样的教学理念，传统的教学在教学内容处理上将中小规模、低速系统的手工设计内容作为教学的重中之重，在篇幅上（前6章）约占2/3，在教学时间上更是占到了3/4。2 2）教学目标和评
5、价体系）教学目标和评价体系落后 本课程传统的教学过于重视原理性讨论过于重视原理性讨论而不注重实际技不注重实际技术术，在理论教学内容上自我封闭，不考虑生产实践和实际应用。而与之相配套的实践课大多停留在原理性的验证上，很少或根本没有创新性设计。 传统的评价体系也仅仅限于理论上的闭卷考试，实践环节的考核要求也很低。对实践动手能力和创新能力方面的考核严重不足。3 3）课程设置的时段过于靠后）课程设置的时段过于靠后 传统上此课程绝大多数被放在本科第5、第6学期，这在30年前是合理的。我校目前安排在第4学期，但这还不够，导致学生动手实践操作起步晚，剩余在校时间少，难于应付大量基于此技术的后续课程，更不可能
6、有足够的时间通过有效的实验和实践来消化它们，而这些后续课程又多数与未来的就业或可能的深造关系密切。 因此，本课程设置前提到第3学期，甚至是第二学期是必要的，这在国外十分普遍。这种提前对于应用型本科院校尤为重要。2.1 本课程常用的教材传统的经典教材主要有两部： 1）阎石主编数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.5。为普通高等教育“十五”国家级规划教材，按照教育部2004年修订的“数字电子技术基础课程教学基本要求”修订而成的。 作者阎石：1937年生，清华大学教授、全国高等学校电子技术研究会理事长。 2 教材分析2）康华光主编电子技术基础（数字部分）（第五版）.北京：高等教
7、育出版社，2008.1。该教材为普通高等教育“十五”国家级规划教材。 作者康华光：华中科技大学教授。1925年8月出生。曾任国家教育部原国家教委高校工科电工课程教学指导委员会副主任兼电子技术课程教学指导小组组长。2.2 本课程两部经典教材的特点分析阎石版特点：主要是增加了硬件描述语言和EDA软件应用的基础知识。为了便于读者今后阅读外文教材和使用外文版的EDA软件，书中采用了目前国际上流行的图形逻辑符号。 康华光版特点：1.加强了数字逻辑的概念与设计；2.以CMOS器件为主兼顾其他类型的器件；3.引入了Verilog硬件描述语言和QUARTUS集成开发软件，利用PLD和EDA技术可以实现多种数字
8、逻辑电路；4.采用新的思路和技术构建模数和数模转换器,作为模拟电路和数字电路的接口。 两部教材的体系结构相似，就本身的系统性而言都很好，但都与现代数字技术的理念还有一定差距。作为考研参考都很好，但作为应用型本科教材不是很适合。 相比较而言，康版由于出版较晚，跟随数字电子技术进步更紧密一些。 两部教材均将触发器安排在第五章，内容大同小异。关键在于教学者的取舍。2.3 2.3 其他教材：其他教材：杨志忠杨志忠. . 数字电子技术基础数字电子技术基础. . 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2004.2004.余孟尝余孟尝. .数字电子技术基础简明教程（第四版）数字电子技术基础简明教程（第
9、四版）. .北京：北京：高等教育出版社高等教育出版社,2006.,2006. 我校为新升本院校，定位为建设有特色的地方性应我校为新升本院校，定位为建设有特色的地方性应用型教学型本科院校。学生的整体素质一般，就业主用型教学型本科院校。学生的整体素质一般，就业主要去向为地方经济建设应用型人才。这就决定了在教要去向为地方经济建设应用型人才。这就决定了在教学内容选取上不求理论上的完善和深度，以够用、实学内容选取上不求理论上的完善和深度，以够用、实用为宜，强调应用性、实用性，突出学生的实践动手用为宜，强调应用性、实用性，突出学生的实践动手能力的培养。但这并不意味着要学习落后的或即将淘能力的培养。但这并不
10、意味着要学习落后的或即将淘汰的知识。汰的知识。 就全国的情况而言，普遍存在着教师的理论水平就全国的情况而言，普遍存在着教师的理论水平高但实践经验不足的问题，我校也是如此，而我校作高但实践经验不足的问题，我校也是如此，而我校作为应用型本科，更需要大量既懂理论教学，又具备丰为应用型本科，更需要大量既懂理论教学，又具备丰富实践经验的教师。我作为本课程的主讲教师，在实富实践经验的教师。我作为本课程的主讲教师，在实践经验方面也同样很缺乏。践经验方面也同样很缺乏。5.1教学目标教学目标1）熟练掌握熟练掌握SRSR锁存器的原理、特性表。锁存器的原理、特性表。2 2）熟练掌握电平触发的触发器的电路组成及其特性
11、表。）熟练掌握电平触发的触发器的电路组成及其特性表。 3）了解了解脉冲触发的触发器的工作原理。脉冲触发的触发器的工作原理。4 4）了解边沿）了解边沿D D触发器的结构和工作原理。触发器的结构和工作原理。 5）掌握掌握SRSR触发器、触发器、JKJK触发器、触发器、D D触发器、触发器、T T触发器的逻触发器的逻辑功能。辑功能。6 6）了解触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系）了解触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系 1 1）教学重点：）教学重点：SRSR锁存器的原理、特性锁存器的原理、特性电平触发的触发器电路组成及工作原理电平触发的触发器电路组成及工作原理脉冲触发的触发器的触发方式
12、脉冲触发的触发器的触发方式边沿边沿D D触发器的触发方式触发器的触发方式 SRSR、JKJK、D D、T T触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能 2 2）教学难点：）教学难点：SRSR锁存器的原理、特性锁存器的原理、特性主从触发器的结构与工作原理主从触发器的结构与工作原理边沿边沿D D触发器的结构与工作原理触发器的结构与工作原理 触发器是时序逻辑电路的基本组成单元，因此本章触发器是时序逻辑电路的基本组成单元，因此本章是为第六章服务的，而第六章时序逻辑电路分析与设是为第六章服务的，而第六章时序逻辑电路分析与设计作为手工设计方法已经比较落后，学习手工设计的计作为手工设计方法已经比较落后，学习手工设计的
13、主要目的不是让学生按照这种方法来设计数字系统，主要目的不是让学生按照这种方法来设计数字系统，而是为了让学生将来进行而是为了让学生将来进行EDA设计时更好地理解自动设计时更好地理解自动设计的基本过程与原理。设计的基本过程与原理。 因此，对于本章的教学，与传统教学相比，教学因此，对于本章的教学，与传统教学相比，教学要求可以有所下降，教学课时可适当减少，对于触发要求可以有所下降，教学课时可适当减少，对于触发器的结构和工作原理可以适当简略，重点放在触发器器的结构和工作原理可以适当简略，重点放在触发器的逻辑功能上。而腾出的教学时数用于课程设计和现的逻辑功能上。而腾出的教学时数用于课程设计和现代数字系统设
14、计的基础知识讲授。代数字系统设计的基础知识讲授。 具体教学方法上，以讲授和讨论为主，并配以各具体教学方法上，以讲授和讨论为主，并配以各种典型触发器器件实物进行展示说明。种典型触发器器件实物进行展示说明。6.1 课程引入课程引入 从本课程教学内容体系结构入手分从本课程教学内容体系结构入手分析本章在整个课程中的地位和作用。第析本章在整个课程中的地位和作用。第一、二章是本课程的基本概念和知识，一、二章是本课程的基本概念和知识，第三章是为第四章服务的，而第五章是第三章是为第四章服务的，而第五章是为第六章服务的。为第六章服务的。5.1概述：触发器的概念和特点及概述：触发器的概念和特点及其分类其分类5.2
15、 SR锁存器锁存器 具体分析用两个或非门组成的具体分析用两个或非门组成的SR锁存器的结构和工作原理，如表锁存器的结构和工作原理，如表所示的所示的8种工作情况只分析前种工作情况只分析前4种和种和最后两种即可，其中最后两种情况最后两种即可，其中最后两种情况是难点。而其他两种情况由学生自是难点。而其他两种情况由学生自行分析，以达到举三反一的目的，行分析，以达到举三反一的目的，并节约教学时间。并节约教学时间。 用两个与非门组成的用两个与非门组成的SR锁存器锁存器的分析由学生自行完成。的分析由学生自行完成。 指出上述两种指出上述两种SR锁存器的共同点锁存器的共同点和区别。和区别。0 0 000 0 11
16、1 0 011 0 110 1 000 1 101 1 00*1 1 10*1nnDDQQRS时序图时序图SRQQ 首先明确锁存器与触发器概念的区别首先明确锁存器与触发器概念的区别 具体分析具体分析CLK=0和和CLK=1两种情况下电路的两种情况下电路的工作原理。并说明电平触发的触发器的特征。工作原理。并说明电平触发的触发器的特征。时序图时序图指出该指出该D D触发器是由电平触发的触发器是由电平触发的SRSR触发器演触发器演变而来，其特性表如下表所示：变而来，其特性表如下表所示：0 11 0Q Q1 01 10 xQn+1 Qn+1CP DD QC QD QC QDCLKQMQQFF1FF2D
17、QCLKQM一、触发器按逻辑功能的分类一、触发器按逻辑功能的分类按按逻逻辑辑功功能能可可分分为为SR触发器触发器T和和T触发器触发器JK触发器触发器D触发器触发器1. 特性表特性表2. 特性方程3. 状态转换图状态转换图1)强调强调SR锁存器是构成触发器的基本结构单元锁存器是构成触发器的基本结构单元电路，指出锁存器与触发器概念的区别与联系。电路，指出锁存器与触发器概念的区别与联系。2)强调触发器的电平触发方式、脉冲触发方式和强调触发器的电平触发方式、脉冲触发方式和边沿触发方式，指出它们的各自特点。边沿触发方式，指出它们的各自特点。3)强调触发器按逻辑功能分类的四种类型：强调触发器按逻辑功能分类的四种类型：SR、JK、D、T触发器。触发器。4)指出触发器的电路结构、触发方式与逻辑功能指出触发器的电路结构、触发方式与逻辑功能之间的关系。之间的关系。谢谢！谢谢！