姜书艳 数字逻辑设计及应用 1
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20
课堂录像
学生听课时应精神饱满， 适时做笔记，不要趴在桌 子上或斜坐在座位上。
桌面保持适当的整洁。 课堂上应与老师进行必要
的互动。
21
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程简介
“数字逻辑设计及应用”课程历来是我校的重要专业基 础课程之一，是研究数字系统设计的入门课程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
习题 每次课 2—4题（基本采用教材习题）； 每章结束上交，批改后将进行针对性讲解，并
给出参考解答； 每课一题
每次内容讲解的课上布置，自备一页纸完成， 要求当堂完成上交；
课程设计 综合性考查，组合电路和时序电路各一次，要
5
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有清楚的思维、表达和写作能力 具有以批评的方式系统推理的能力
具有形成概念和解决问题的能力 具有独立思考的能力
具有敢于创新及独立工作的能力 具有与他人合作的能力
6
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有判断什么意味着彻底理解某种 东西的能力
具有辨识重要的东西与琐碎的东西、 持久的东西与短暂的东西的能力 熟悉不同的思维方式 具有某领域知识的深度
反馈da转换电子系统所包含的知识点及其相互关系脉冲的产生和整形组合电路时序电路单片机30数字逻辑数字逻辑设计设计数字逻辑数字逻辑设计设计微机原理及接口技术微机原理及接口技术数字系统设计数字系统设计vlsi设计vlsi设计edaeda设计设计31课程的先进性先进性主要体现在元器件和方法1947年晶体管1958年集成电路69年大规模集成电路75年超大规模集成电路20世纪80年代pld迅速发展按10倍6年集成度发展20世纪90年代模拟可编程器件20世纪90年代提出soc的概念palgalepldcpldisppldfpga21世纪初产生psocpsoc单片机sopc32内核可编程数字模块阵列可编程模拟模块阵列系统总线8位微处理器系统时钟源程序和数据存储器乘法累加压检测电路升压泵内部参考电压模拟多路开关大电流输出驱动
69年大规模集成电路 1958年集成电路 1947年晶体管
31
20世纪80年代 PLD迅速发展
PAL GAL EPLD CPLD ispPLD FPGA
单片机 SOPC
PSoC 结构
乘法累加 器、低电 压检测电 路、升压 泵、内部 参考电压、 模拟多路 开关、大
电流输出 驱动……
A/D、 D/A 转换器
• Digital signal
– Finite possible values • Ex: button pressed on a keypad
12
3
4
2
digital signal
analog
signal
36
36
1.2
What Does “Digital” Mean?
Analog signal
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程安排：64学时 教材：
数字设计—原理与实践（第4版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2019
参考书： 1.数字逻辑设计及应用，姜书艳主编，清华大学出版社，
2019 2. 数字电子技术基础 （第5版），阎石主编，高等教
27
第 1 章作业
读书报告：
数字技术的发展历程
要求：根据数字技术的发展历程，分析本课程应该重 点学习哪些内容？
学完本课程后，你应该具备哪些方面的能力？
提示：仔细阅读教材第一章内容，同时可以在网上查 阅一些相关资料，结合自己的思考，完成2000字以上 的读书报告。中、英文均可。
提交日期：第三周第一次课以前
内容安排：32次课 内容讲解29次，习题讲解3次
第1，2章 第3章 第4，6章 第5章 第7，8章 第9章 补充内容
25
3次 引言，数制与编码 4次 数字电路器件基础 11次 组合电路分析与设计 1次 Verilog语言 11次 时序电路分析与设计 1次 存储器和可编程器件 1次 DAC和ADC
求两周内完成后上交； 小论文
针对某个专题，查阅相关资料，撰写自己的认 识。
26
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
教学考核方式
平时作业及随堂考核成绩：15% 课程设计：10% 小论文若干篇，5% 期中考试：30% 期末考试：40%
34
34
– (Not the first year that a digital version appeared)
1.1
Why Study Digital Design?
Electronic devices becoming digital
Enabled by smaller and more capable chips
33
1.1
Why Study Digital Design?
Look “under the hood（覆 盖）” of computers
Solid understanding --> better programmer when aware of hardware resource issues
组合电路 时序电路
单片机
本课程与后续课程的关系
数字逻辑 设计
30
微机原理及 接口技术
数字系统 设计
EDA 设计
VLSI 设计
课程的先进性
先进性主要体现在“元器件”和“方法”
20世纪90年代提出SoC的概念
21世纪初产生PSoC
20世纪90年代 模拟可编程器件
PSoC
按10倍/6年集成度发展 75年超大规模集成电路
7
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有观察不同学科、文化、理念相 关之处的能力
具有一生求学不止的能力
8
哈佛大学的教学理念：
研究型大学本科教育的实质是： 教育我们的学生成为 具有好奇心 反思和怀疑精神 并至少能在一个知识领域中 进行专门和集中学习的人
9
斯坦福大学
不仅学生从老师那里学习 而且老师也从学生那里学习 在一所研究型大学 研究与教学有一种辩证的关系
means “Problem Solving”. Only 5%-10% is the Creative part of Design.
Much of the rest is just “Turning the Crank（曲 柄）”. Important Themes（主题） in Digital Design（P2)
以学生为中心 课内与课外相结合 科学与人文相结合 教学与科研相结合
18
大小班结合授课
小团队的实验室和研讨会的研究活 动是重要的教学模式
一切为了学生的成长 一切从学生的实际出发 一切让学生自主选择、自我负责
19
大小班结合授课
理论教学+实践教育+文化育人
科学精神与人文精神融合 专业教育与素质教育融合 课内培养与课外培养融合 共性发展与个性发展融合
Satellitee
players
recorders
music players
Cell phones
Cameras
Musical instruments
TVs
???
2019
2019
2019
2019
2019
2019
2019
• Years shown above indicate when digital version began to dominate
analog
signal Possible
values: 1.00, 1.01,
4 3
2.0000009, ... infinite time possibilities
• Digital signal
Infinite possible values
Ex: voltage on a wire created by microphone
– Finite possible values
• Ex: button pressed on a keypad
value value
Designers needed: Potential career direction
35
35
1.2
What Does “Digital” Mean?
Analog signal
Infinite(无限） possible values
Ex: voltage on a wire created by microphone
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Chapter 1 Introduction (引言)
1.1 About Digital Design(关于 “ 数字设计 ”)
Another name “Logic Design”. The goal of design is to Build System. Digital Design is engineering, and engineering
育出版社，2019 3. 数字设计—原理与实践（第4版），John F. Wakerly，
林生 等译，机械工业出版社，2019 4. 数字电路与系统 （第2版），刘宝琴等编著，清华大学
出版社，2019 5. 数字电路逻辑设计（第3版），王毓银主编，高等教育
出版社，2019
23
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基本 理论和基本分析设计方法，为学习后续课程准备必要的电 路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能 力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和 基本的系统设计技巧；培养同学综合运用知识提出问题、 分析、解决问题、评价问题的能力和在工程性设计方面的 基本素养。通过实验和课程设计、课外上机实验等的方式， 使同学深入了解和掌握数字逻辑电路的设计分析方法和电 路22 的运用过程。
相关学习网站：
222.197.165.195/wlxt/course.aspx?courseid=066 9 ：电子科技大学/互动教学空间/网络学堂/自动化工 程学院/数字逻辑设计及应用[姜书艳]
prenhall/onekey/:包含教材中的所有图表、占教材 中半数以上的部分习题解答
ddpp: 部分习题解答 xilinx/programs.univ：Xilinx的大学计划，提供了
14
中西文化教育的差异：
西方文化： 求新、求异、求变
中国文化: 求多不求新 求同不求异 求稳不求变
15
大小班结合授课
强调实践应用 突出系统概念 强化软硬件联系
注重知识面的宽度和广度 注重解决实际问题能力的培养
16
大小班结合授课
注重学生人文素质的培养 培养学生终身学习能力 倡导个性发展
17
大小班结合授课
10
斯坦福大学校长约翰·汉尼斯：
课程设置中 讲座式为主 而小组讨论的方式很少 这样影响学生的收获
11
耶鲁大学校长理查德·莱文：
中国大学本科教育缺乏： 1.跨学科的广度 2.对批判性思维的培养
12
耶鲁大学
所有对学生产生深远影响的 重要的具体事件 有4/5发生在课外
13
中西文化教育的差异：
1.自由教育与应试教育的差别 2.学以致知与学以致用的差别 3.求新与求多的差别
大量的产品资料、课程资料以及用于数字设计实验 课程的芯片和插件 aldec/education/university：Aldec的教育计划， 提供了Aldec自己的软件包和第三方的兼容工具以及 原型系统。
24
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
积极改造主观世界 主动适应外围环境
--王志强
志存高远 追求卓越
崇尚学术 追求真理
彰显个性 多样成才
--王亚非
3
自立： 自己依靠自己 自己决定自己未来的发展方向
自律： 要有自己管束自己的意识
4
认真学习专业知识 积极参加学生工作 注重培养思维方式和思考方法 注重培养自己的领导能力 专注专业，全面发展
系统总线
系
统 资
内核
源
计数器、定时器、脉宽调 制器、伪随机序列发生器、 缓冲器、反相器、全双工 串行通信接口……
可编程数字 模块阵列
数 字 互
联
外
部
端
模
口
可编程模拟 模块阵列
拟 互 联
8位微处理器、系统时钟源、 程序和数据存储器
32
可编程增益放大器、仪用 放大器、滤波器、电压比 较器、双音频拨号器等
提交方式：电子版 发到QQ邮箱：
770581831qq
28
电子系统所包含的知识点及其相互关系
传感器
接收器
信号 发生器
滤波器 隔离电路 阻抗变换
放大器
运算电路
信号转 换电路 比较器 采样保持
功率 放大器
A/D转换
执行机构 计算机 数字系统
反馈 不同的闭环系统将引入各种不同的反馈！
29
D/A转换
脉冲的产 生和整形
Enables:
Better devices: cameras, cars, medical devices, TVs...
New devices: smart phones, robots, ..
Known as “embedded systems”
Thousands of new devices every year
课堂录像
学生听课时应精神饱满， 适时做笔记，不要趴在桌 子上或斜坐在座位上。
桌面保持适当的整洁。 课堂上应与老师进行必要
的互动。
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程简介
“数字逻辑设计及应用”课程历来是我校的重要专业基 础课程之一，是研究数字系统设计的入门课程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
习题 每次课 2—4题（基本采用教材习题）； 每章结束上交，批改后将进行针对性讲解，并
给出参考解答； 每课一题
每次内容讲解的课上布置，自备一页纸完成， 要求当堂完成上交；
课程设计 综合性考查，组合电路和时序电路各一次，要
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普林斯顿大学的本科培养目标：
具有清楚的思维、表达和写作能力 具有以批评的方式系统推理的能力
具有形成概念和解决问题的能力 具有独立思考的能力
具有敢于创新及独立工作的能力 具有与他人合作的能力
6
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有判断什么意味着彻底理解某种 东西的能力
具有辨识重要的东西与琐碎的东西、 持久的东西与短暂的东西的能力 熟悉不同的思维方式 具有某领域知识的深度
反馈da转换电子系统所包含的知识点及其相互关系脉冲的产生和整形组合电路时序电路单片机30数字逻辑数字逻辑设计设计数字逻辑数字逻辑设计设计微机原理及接口技术微机原理及接口技术数字系统设计数字系统设计vlsi设计vlsi设计edaeda设计设计31课程的先进性先进性主要体现在元器件和方法1947年晶体管1958年集成电路69年大规模集成电路75年超大规模集成电路20世纪80年代pld迅速发展按10倍6年集成度发展20世纪90年代模拟可编程器件20世纪90年代提出soc的概念palgalepldcpldisppldfpga21世纪初产生psocpsoc单片机sopc32内核可编程数字模块阵列可编程模拟模块阵列系统总线8位微处理器系统时钟源程序和数据存储器乘法累加压检测电路升压泵内部参考电压模拟多路开关大电流输出驱动
69年大规模集成电路 1958年集成电路 1947年晶体管
31
20世纪80年代 PLD迅速发展
PAL GAL EPLD CPLD ispPLD FPGA
单片机 SOPC
PSoC 结构
乘法累加 器、低电 压检测电 路、升压 泵、内部 参考电压、 模拟多路 开关、大
电流输出 驱动……
A/D、 D/A 转换器
• Digital signal
– Finite possible values • Ex: button pressed on a keypad
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digital signal
analog
signal
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36
1.2
What Does “Digital” Mean?
Analog signal
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程安排：64学时 教材：
数字设计—原理与实践（第4版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2019
参考书： 1.数字逻辑设计及应用，姜书艳主编，清华大学出版社，
2019 2. 数字电子技术基础 （第5版），阎石主编，高等教
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第 1 章作业
读书报告：
数字技术的发展历程
要求：根据数字技术的发展历程，分析本课程应该重 点学习哪些内容？
学完本课程后，你应该具备哪些方面的能力？
提示：仔细阅读教材第一章内容，同时可以在网上查 阅一些相关资料，结合自己的思考，完成2000字以上 的读书报告。中、英文均可。
提交日期：第三周第一次课以前
内容安排：32次课 内容讲解29次，习题讲解3次
第1，2章 第3章 第4，6章 第5章 第7，8章 第9章 补充内容
25
3次 引言，数制与编码 4次 数字电路器件基础 11次 组合电路分析与设计 1次 Verilog语言 11次 时序电路分析与设计 1次 存储器和可编程器件 1次 DAC和ADC
求两周内完成后上交； 小论文
针对某个专题，查阅相关资料，撰写自己的认 识。
26
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
教学考核方式
平时作业及随堂考核成绩：15% 课程设计：10% 小论文若干篇，5% 期中考试：30% 期末考试：40%
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– (Not the first year that a digital version appeared)
1.1
Why Study Digital Design?
Electronic devices becoming digital
Enabled by smaller and more capable chips
33
1.1
Why Study Digital Design?
Look “under the hood（覆 盖）” of computers
Solid understanding --> better programmer when aware of hardware resource issues
组合电路 时序电路
单片机
本课程与后续课程的关系
数字逻辑 设计
30
微机原理及 接口技术
数字系统 设计
EDA 设计
VLSI 设计
课程的先进性
先进性主要体现在“元器件”和“方法”
20世纪90年代提出SoC的概念
21世纪初产生PSoC
20世纪90年代 模拟可编程器件
PSoC
按10倍/6年集成度发展 75年超大规模集成电路
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普林斯顿大学的本科培养目标：
具有观察不同学科、文化、理念相 关之处的能力
具有一生求学不止的能力
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哈佛大学的教学理念：
研究型大学本科教育的实质是： 教育我们的学生成为 具有好奇心 反思和怀疑精神 并至少能在一个知识领域中 进行专门和集中学习的人
9
斯坦福大学
不仅学生从老师那里学习 而且老师也从学生那里学习 在一所研究型大学 研究与教学有一种辩证的关系
means “Problem Solving”. Only 5%-10% is the Creative part of Design.
Much of the rest is just “Turning the Crank（曲 柄）”. Important Themes（主题） in Digital Design（P2)
以学生为中心 课内与课外相结合 科学与人文相结合 教学与科研相结合
18
大小班结合授课
小团队的实验室和研讨会的研究活 动是重要的教学模式
一切为了学生的成长 一切从学生的实际出发 一切让学生自主选择、自我负责
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大小班结合授课
理论教学+实践教育+文化育人
科学精神与人文精神融合 专业教育与素质教育融合 课内培养与课外培养融合 共性发展与个性发展融合
Satellitee
players
recorders
music players
Cell phones
Cameras
Musical instruments
TVs
???
2019
2019
2019
2019
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2019
• Years shown above indicate when digital version began to dominate
analog
signal Possible
values: 1.00, 1.01,
4 3
2.0000009, ... infinite time possibilities
• Digital signal
Infinite possible values
Ex: voltage on a wire created by microphone
– Finite possible values
• Ex: button pressed on a keypad
value value
Designers needed: Potential career direction
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1.2
What Does “Digital” Mean?
Analog signal
Infinite(无限） possible values
Ex: voltage on a wire created by microphone
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Chapter 1 Introduction (引言)
1.1 About Digital Design(关于 “ 数字设计 ”)
Another name “Logic Design”. The goal of design is to Build System. Digital Design is engineering, and engineering
育出版社，2019 3. 数字设计—原理与实践（第4版），John F. Wakerly，
林生 等译，机械工业出版社，2019 4. 数字电路与系统 （第2版），刘宝琴等编著，清华大学
出版社，2019 5. 数字电路逻辑设计（第3版），王毓银主编，高等教育
出版社，2019
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基本 理论和基本分析设计方法，为学习后续课程准备必要的电 路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能 力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和 基本的系统设计技巧；培养同学综合运用知识提出问题、 分析、解决问题、评价问题的能力和在工程性设计方面的 基本素养。通过实验和课程设计、课外上机实验等的方式， 使同学深入了解和掌握数字逻辑电路的设计分析方法和电 路22 的运用过程。
相关学习网站：
222.197.165.195/wlxt/course.aspx?courseid=066 9 ：电子科技大学/互动教学空间/网络学堂/自动化工 程学院/数字逻辑设计及应用[姜书艳]
prenhall/onekey/:包含教材中的所有图表、占教材 中半数以上的部分习题解答
ddpp: 部分习题解答 xilinx/programs.univ：Xilinx的大学计划，提供了
14
中西文化教育的差异：
西方文化： 求新、求异、求变
中国文化: 求多不求新 求同不求异 求稳不求变
15
大小班结合授课
强调实践应用 突出系统概念 强化软硬件联系
注重知识面的宽度和广度 注重解决实际问题能力的培养
16
大小班结合授课
注重学生人文素质的培养 培养学生终身学习能力 倡导个性发展
17
大小班结合授课
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斯坦福大学校长约翰·汉尼斯：
课程设置中 讲座式为主 而小组讨论的方式很少 这样影响学生的收获
11
耶鲁大学校长理查德·莱文：
中国大学本科教育缺乏： 1.跨学科的广度 2.对批判性思维的培养
12
耶鲁大学
所有对学生产生深远影响的 重要的具体事件 有4/5发生在课外
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中西文化教育的差异：
1.自由教育与应试教育的差别 2.学以致知与学以致用的差别 3.求新与求多的差别
大量的产品资料、课程资料以及用于数字设计实验 课程的芯片和插件 aldec/education/university：Aldec的教育计划， 提供了Aldec自己的软件包和第三方的兼容工具以及 原型系统。
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
积极改造主观世界 主动适应外围环境
--王志强
志存高远 追求卓越
崇尚学术 追求真理
彰显个性 多样成才
--王亚非
3
自立： 自己依靠自己 自己决定自己未来的发展方向
自律： 要有自己管束自己的意识
4
认真学习专业知识 积极参加学生工作 注重培养思维方式和思考方法 注重培养自己的领导能力 专注专业，全面发展
系统总线
系
统 资
内核
源
计数器、定时器、脉宽调 制器、伪随机序列发生器、 缓冲器、反相器、全双工 串行通信接口……
可编程数字 模块阵列
数 字 互
联
外
部
端
模
口
可编程模拟 模块阵列
拟 互 联
8位微处理器、系统时钟源、 程序和数据存储器
32
可编程增益放大器、仪用 放大器、滤波器、电压比 较器、双音频拨号器等
提交方式：电子版 发到QQ邮箱：
770581831qq
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电子系统所包含的知识点及其相互关系
传感器
接收器
信号 发生器
滤波器 隔离电路 阻抗变换
放大器
运算电路
信号转 换电路 比较器 采样保持
功率 放大器
A/D转换
执行机构 计算机 数字系统
反馈 不同的闭环系统将引入各种不同的反馈！
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D/A转换
脉冲的产 生和整形
Enables:
Better devices: cameras, cars, medical devices, TVs...
New devices: smart phones, robots, ..
Known as “embedded systems”
Thousands of new devices every year