《数字电子线路》课程教案(2024)

组合逻辑电路的分 析与设计方法。
可编程逻辑器件的 原理、编程及应用 。
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拓展延伸内容推荐
01
数字电子线路在通 信、计算机等领域 的应用案例。
02
新型逻辑门电路及 器件的研究进展。
03
现代数字系统设计 方法与工具。
04
数字信号处理与数 字电路的关系及应 用。
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下一步学习建议
深入学习数字电子线路的相 关理论，掌握更多实际应用 技能。
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组合逻辑电路分析方法
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逻辑代数法
利用逻辑代数的基本公式和定理，对组合逻辑电 路进行化简和分析，从而得出输入与输出之间的 逻辑关系。
卡诺图法
采用图形化的方法，将逻辑函数表示为一种特殊 的几何图形——卡诺图，通过图形的合并和化简 来简化逻辑函数。
逻辑仿真法
3
利用计算机仿真软件对组合逻辑电路进行模拟分 析，观察输入信号变化时输出信号的状态，验证 电路的逻辑功能。
数字万用表、逻辑分析仪、组合逻辑电路芯片、面包板 、导线等。
1. 设计电路
根据实际需求，选择合适的组合逻辑电路类型，并设计 相应的逻辑表达式。
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2. 搭建电路
在面包板上搭建组合逻辑电路的连接电路，使用导线将 输入端与逻辑信号源连接，输出端与数字万用表或逻辑 分析仪连接。
3. 功能测试
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可编程逻辑器件应用
Chapter
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21
可编程逻辑器件概述及分类
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可编程逻辑器件（PLD）定义
01
一种通用集成电路设备，其逻辑功能可以按照用户对器件编程
来确定。
PLD分类
02
简单可编程逻辑器件（SPLD）、复杂可编程逻辑器件（CPLD
）、现场可编程门阵列（FPGA）等。
对输入端施加不同的逻辑信号组合，观察并记录输出端 的逻辑状态。
4. 数据分析
将测试结果与理论设计进行比较，验证电路功能的正确 性。
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实验三：时序逻辑电路设计与实现
实验目的
掌握时序逻辑电路的设计方法和实现过程，熟 悉常用时序逻辑电路（如触发器、计数器、寄
存器等）的工作原理。
01
02
实验器材
数字万用表、示波器、时序逻辑电路芯片、 面包板、导线等。
4
教学目标与要求
知识目标
掌握数字电子线路的基本概念、基本原理和基本分析 方法；熟悉常用数字集成电路的功能和应用。
能力目标
具备分析和设计简单数字系统的能力；具备使用常用 新精神和实践能力；提高学生的团队协 作和沟通能力。
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教材及参考资料推荐
04
时序逻辑电路分析与设计
Chapter
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时序逻辑电路概述及特点
时序逻辑电路定义
在任何时刻，输出状态不仅取决 于同一时刻的输入信号，而且还 取决于电路原来的状态，或者说
，还与以前的输入有关。
时序逻辑电路特点
具有记忆功能，通常由组合逻辑 电路和存储电路（如触发器）组
成。
时序逻辑电路分类
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组合逻辑电路设计步骤与实例
设计步骤 1. 分析设计要求，明确输入、输出信号及逻辑关系； 2. 选择合适的逻辑门电路实现所需逻辑功能；
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组合逻辑电路设计步骤与实例
3. 根据选定的逻辑门电路画出电路图 ；
设计实例：设计一个2位二进制数比 较器，当A>B时输出为1，否则输出 为0。
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《数字电子线路》课程概述
课程性质
《数字电子线路》是电子信息类 专业的一门重要基础课程，主要 研究数字信号的传输、处理及数
字系统的分析与设计。
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课程内容
本课程主要内容包括数字逻辑基础 、门电路、组合逻辑电路、时序逻 辑电路、脉冲信号的产生与整形、 数模与模数转换等。
课程地位
本课程在电子信息类专业课程体系 中处于承上启下的地位，为后续专 业课程的学习打下坚实基础。
其激励函数、画出逻辑图。
设计实例
以设计一个具有复位功能的JK触发器为例，介绍时序逻辑电路的设计过程。首先确定输 入输出变量及状态数，然后定义状态并赋值，接着列出状态转换表并化简，根据化简后 的状态转换表写出逻辑表达式，最后选定触发器类型并求出其激励函数，画出逻辑图。
通过实例详细阐述每个设计步骤的具体操作方法和注意事项。
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1. 搭建测试电路
在面包板上搭建门电路芯片的连接电路， 使用导线将输入端与逻辑信号源（如逻辑 笔）连接，输出端与数字万用表连接。
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实验二：组合逻辑电路设计与实现
实验目的
掌握组合逻辑电路的设计方法和实现过程，熟悉常用组 合逻辑电路（如编码器、译码器、数据选择器等）的工 作原理。
实验器材
PLD特点
03
设计灵活、开发周期短、集成度高、可靠性好等。
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PLD在数字系统中的应用实例
01
数字信号处理
PLD可用于实现各种 数字信号处理算法， 如滤波、变换等。
02
通信接口设计
PLD可实现各种通信 接口电路，如串行通 信接口、并行通信接 口等。
03
控制系统设计
PLD可用于实现各种 控制系统，如顺序控 制、过程控制等。
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逻辑代数基础
逻辑变量与逻辑函数
逻辑代数中的基本元素，逻辑变量表 示二进制数中的0和1，逻辑函数描 述输入与输出之间的逻辑关系。
基本逻辑运算
包括与、或、非三种基本运算，以及 由它们组合而成的复合逻辑运算。
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逻辑代数的基本公式和定理
如德摩根定律、吸收律、分配律等， 用于简化和变换逻辑函数。
教材
《数字电子技术基础》（阎石主编，高等教育出版社）
参考资料
《数字电路与逻辑设计》（夏宇闻编著，清华大学出版社）；《数字电子技术》（余孟尝主编，电子工业出版社 ）等。同时，建议学生充分利用网络资源，如MOOC课程、在线仿真软件等辅助学习。
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02
数字电路基础知识
Chapter
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智能仪器仪表
PLD可用于智能仪器 仪表中的数据处理和 控制电路。
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CPLD和FPGA编程技术简介
CPLD编程技术
采用基于乘积项的可编程逻辑阵列 和或阵列结构，通过编程实现所需 的逻辑功能。
FPGA编程技术
基于查找表（LUT）结构的可编程 逻辑单元阵列，通过编程配置实现 所需的逻辑功能。FPGA具有更高 的集成度和更快的速度。
《数字电子线路》课程教案
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目录
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• 课程介绍与教学目标 • 数字电路基础知识 • 组合逻辑电路分析与设计 • 时序逻辑电路分析与设计 • 可编程逻辑器件应用 • 数字电子线路实验指导 • 课程总结与拓展延伸
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01
课程介绍与教学目标
Chapter
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1. 设计电路
根据实际需求，选择合适的时序逻辑 电路类型，并设计相应的状态转换图
和逻辑表达式。
03
3. 功能测试
对输入端施加不同的时钟信号和逻辑信号组 合，观察并记录输出端的逻辑状态和波形变
化。
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05
06
04
2. 搭建电路
在面包板上搭建时序逻辑电路的连接 电路，使用导线将输入端与逻辑信号 源连接，输出端与数字万用表或示波 器连接。
关注数字电子线路领域的最 新动态，了解新技术、新器 件的发展趋势。
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尝试设计并实现一些简单的 数字电路项目，提高实践能 力。
参加相关学术竞赛或实验室 项目，拓宽视野，增强综合 素质。
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THANKS
感谢观看
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实验目的
掌握基本门电路（与门、或门、非门等） 的工作原理和特性，熟悉门电路的逻辑功 能测试方法。
3. 数据分析
将测试结果与理论值进行比较，分析误差 原因。
实验器材
数字万用表、逻辑笔、门电路芯片、面包 板、导线等。
2. 功能测试
根据门电路的真值表，逐一对输入端施加 逻辑信号，观察并记录输出端的逻辑状态 。
逻辑函数的表示方法
包括真值表、逻辑表达式、卡诺图和 逻辑图等，用于描述和分析逻辑函数 的性质和行为。
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03
组合逻辑电路分析与设计
Chapter
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组合逻辑电路概述及特点
概述
组合逻辑电路是数字电路中的一种，其输出仅取决 于当前输入信号的状态，而与电路原先的状态无关 。
特点
无记忆功能，输出状态仅与输入信号有关；电路结 构相对简单，易于分析和设计；广泛应用于数字系 统中的各种逻辑功能实现。
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数字电路基本元件介绍
触发器
具有记忆功能的逻辑电路，用 于存储二进制信息。
译码器
将二进制代码转换为输出信号 的电路。
门电路
实现基本逻辑运算的电路，如 与门、或门、非门等。
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编码器
将输入信号转换为二进制代码 的电路。
数据选择器与分配器
根据地址码选择多路输入信号 中的一路或多路输出的电路。
3. 画出电路图
根据选定的逻辑门电路和逻 辑关系，画出比较器的电路 图。具体实现可以使用两个 2输入的比较器和一个或门 来实现。首先将A和B分别输 入到两个比较器中，然后将 两个比较器的输出连接到或 门的输入端，最后将或门的 输出作为整个比较器的输出 。
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4. 仿真验证
使用仿真软件对设计的比较 器进行仿真验证。通过改变 输入信号A和B的值，观察输 出信号的状态是否符合设计 要求。如果仿真结果正确， 则说明设计的比较器满足要 求。
列出状态转换表
根据逻辑表达式，列出电路的状 态转换表，包括现态、输入、次 态和输出。
确定电路功能
根据状态转换图，分析电路的功 能，包括逻辑功能、记忆功能和 时序关系等。
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时序逻辑电路设计步骤与实例
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设计步骤
确定输入输出变量及状态数、定义状态、状态赋值（状态编码）、列出状态转换表、化 简状态转换表、根据状态转换表或状态转换图写出逻辑表达式、选定触发器类型并求出
4. 对电路进行仿真验证，确保满足设 计要求。
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组合逻辑电路设计步骤与实例
1. 分析设计要求
输入信号为A、B两个2位二 进制数，输出信号为1位二 进制数。当A>B时，输出为 1；否则输出为0。
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2. 选择合适的逻 辑门电路
根据比较器的逻辑关系，可 以选择使用基本逻辑门电路 （如与门、或门、非门）或 者复合逻辑门电路（如异或 门、同或门）来实现。这里 我们选择使用基本逻辑门电 路。
根据输出信号的特点，时序逻辑 电路可分为Mealy型和Moore型
。
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时序逻辑电路分析方法
写出电路的逻辑表达式
根据电路图，写出每个触发器的 驱动方程、状态方程和输出方程 。
画出状态转换图
根据状态转换表，画出电路的状 态转换图，直观地表示电路的状 态转换过程。
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数字信号与模拟信号区别
数字信号以二进制形式表示，模 拟信号则以连续变化的物理量表 示。
数字信号抗干扰能力强，模拟信 号抗干扰能力较弱。
信号性质 信号表示 传输方式
抗干扰能力
2024/1/29
数字信号是离散的，而模拟信号 是连续的。
数字信号通过脉冲或数字编码传 输，模拟信号通过连续变化的电 压或电流传输。
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编程工具
常用的编程工具有Xilinx ISE、 Altera Quartus II等，支持原理图 、硬件描述语言等多种设计方式。
编程流程
包括设计输入、功能仿真、综合、 布局布线、时序仿真、下载配置等
步骤。
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数字电子线路实验指导
Chapter
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实验一：门电路功能测试
4. 数据分析
将测试结果与理论设计进行比较，验证电路功 能的正确性。同时分析时序逻辑电路的响应时 间和稳定性等性能指标。
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07
课程总结与拓展延伸
Chapter
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29
课程重点回顾
逻辑门电路的种类 、功能及实现方法 。
时序逻辑电路的基 本原理、分类及应 用。
2024/1/29
数字电子线路的基 本概念、原理及应 用领域。