数字逻辑电路教学中的C语言描述和应用

作者：时间：2010-06-06来源：网络收藏

2 在教学中的应用原则
　　
　　2.1教学重点
　　笔者认为对于计算机专业的数字逻辑电路课，教学重点在于让学生能够很好地理解常用数字逻辑电路的逻辑功能，至于这些数字逻辑电路的实现方法有一些概念就可以了，没有必要掌握数字逻辑电路的中小规模集成电路实现方法。而这些中小规模集成电路实现的数字逻辑电路在我们目前所用的教材中往往是重点讲解的，这点对于计算机专业的学生就不是很合适。事实上，本文探索的用C51程序描述数字逻辑电路，就是基于微控制器的用软件实现的数字逻辑电路。这就是说数字逻辑电路课程的重点内容是理解数字逻辑电路的逻辑功能。而具体用什么方法实现这个逻辑功能就不是太重要了。用中小规模集成电路、可编程逻辑电路和软件来实现都是可以的。2.2应用实例
　　根据笔者的多年教学实践经验，在计算机专业的数字逻辑电路课程教学中，灵活运用本文论述的C51程序描述法，结合传统的数字逻辑电路的描述方法，取得到了较好的教学效果。
　　如：对于在计算机专业中用到的较多的逻辑电路“译码器”。用逻辑代数描述为：
　　

　　用C51程序可以描述为：
　　main()
　　{ sbit a=P1.0； // 定义布尔输入变量a,b,c为微控制器的P1口
　　sbit b=P1.1；
　　sbit c=P1.2；
　　sbit y0=P2.0； // 定义布尔输出变量y0~y7是微控制器的P2口
　　sbit y1=P2.1；
　　sbit y2=P2.2；
　　sbit y3=P2.3；
　　sbit y4=P2.4；
　　sbit y5=P2.5；
　　sbit y6=P2.6；
　　sbit y7=P2.7；
　　while(1){ // 无限循环
　　P1=0xff；
　　y0=y1=y2=y3=y4=y5=y6=y7=0；
　　if (a==0b==0c==0) y0=1;
　　if (a==0b==0c==1) y1=1;
　　if (a==0b==1c==0) y2=1;
　　if (a==0b==1c==1) y3=1;
　　if (a==1b==0c==0) y4=1;
　　if (a==1b==0c==1) y5=1;
　　if (a==1b==1c==0) y6=1;
　　if (a==1b==1c==1) y7=1;
　　}
　　}
　　因此，在数字逻辑电路课程中，让学生懂得作为计算机专业的学生，单单学会数字逻辑电路的硬件实现方法是不够的，还应当让学生从一开始就重视学习计算机软硬件的相互关系。如果教师在数字逻辑电路课程的教学中运用本文论述的方法，引导学生从计算机软件和硬件层次上去认识数字逻辑电路知识，对学生学好后续专业课程有着积极的促进意义。
　　
3 实验教学方法
　　
　　3.1硬件结构
　　本实验方法的硬件部分主要由PC机以及微控制器电路和多个LED电路组成。微控制器选用Philips公司生产的P89C51RD2BN。该芯片内部集成了多种功能部件，如四个8位的数字I/O口，8路A/D转换接口、UART、定时器、看门狗定时器和FLASH存储器等。微控制器的主要功能是：用户输入输出端口状态扫描输入，用户输入输出端口信号输入和数字信号显示等。实验硬件组成框图如图1所示。
　　

　　图1　实验硬件组成框图
　　
　　3.2ISP实现原理
　　本实验方法的关键是ISP技术。P89C51RD2BN的系统编程是通过标准RS232串口来完成的，它是一种内嵌的在线可编程。内部有一系列的硬件资源，当微控制器对自身的Flash存储器进行编程时，所有底层操作都由这些内部资源来完成。ISP编程不需要将微控制器从系统中取出，只要用一个开关将PSEN强行拉低，ALE管脚悬空，系统便在上电复位后进入ISP状态。通过免费的编程软件Flashmagic下载二进制文件到微控制器，就可以运行程序了。
　　3.3实验方法
　　如图1所示，实验时先把ISP控制开关放置在ISP位置上，在PC机上输入需要实现的数字逻辑电路的C51程序，然后经过C51编译器编译，生成二进制文件形式的目标程序文件，然后使用Flashmagic软件把目标程序下载到微控制器中，再把ISP控制开关放置到微控制器的正常工作状态，按动复位按钮，微控制器中的程序就可以正常运行了。这时可以在输入拨位开关上输入数字信号，在LED上可以观察到这个实验数字逻辑电路的逻辑功能的实现结果。改变输入拨位开关上输入的数字信号，可以得到不同的数字信号输入，在LED中可以观察分析实验数字逻辑电路的全部逻辑功能。
　　运用本实验方法进行的数字逻辑电路实验，由于实验所用到的硬件设备，除PC机以外的成本是极低的，可以实现把实验带回家的实验理念。在家里进行各种有创造性的实验。让学生真正成为实验学习的主人。
　　
4 结束语
　　
　　本文论述的数字逻辑电路C语言描述方法具有易懂、直观、有创新性的特点。用该教学方法的实验装置结构简单、成本较低、维护方便、性能可靠。可以进行简单的组合数字逻辑电路实验，也可以进行时序逻辑电路的实验，能够搭建多种趣味电路。能满足基本教学的需要，也可以进行综合性、设计性实验。