数字集成电路教学大纲

数字集成电路教学大纲

说明

一、课程的性质、目的、任务

计算机科学技术是当前最活跃、渗透力最强的“第一生产力”，它的发展将促进一个国家经济和科技的发展。随着改革、开放的进一步深入，计算机科学教育、计算机应用与维护等专业将有较大的发展空间，社会急需大量的计算机专业人才，特别是大专层次的计算机应用人才。

数字集成电路是高等学校计算机科学教育专业、计算机应用与维护专业的一门重要的专业基础课程，它是一门理论性和实践性均较强的专业基础课，为《计算机组成原理》、《微型机及其应用》等后续课程打下牢固的基础。

本课程的任务是使学生熟悉数字集成电路的基本理论、基础知识和基本技能，熟悉数字集成电路的工作原理、外特性和功能，掌握逻辑电路的分析方法和设计方法，具备正确运用数字集成电路的能力。

二、本课程的基本要求

通过本课程的学习，要求学生处理好基础知识、基本技能、基本理论与众多新电路、新技术之间关系。尽量做到以下几点：

1、打好基础——从各种典型的单元电路、功能部件入手，抓住与分析应用数字电路有关的基本概念、理论和方法。掌握了基础内容后，就为应用各种新电路、新技术打下了坚实的基础。

2、重视方法——要以数字逻辑电路的分析方法和设计方法为主，只有这样，才能抓住各种数字电路的共性。同时只有学会了方法，具备了分析、综合问题的能力，就能做到举一反三。

3、加强应用——对于计算机科学教育、计算机应用与维护专业，在学习中要以应用为目的，把注意力集中在数字电路的外特性、逻辑功能和典型应用的分析上。对集成电路内部的工作状态、参数计算及工艺设计则不必去了解。

4、更新知识——目前微电子技术迅猛发展，中大规模集成电路被大量生产与应用，因此在学习中应当以集成电路为起点，尽可能多地掌握微型机中常用的小、中规模集成电路。

三、本课程与相关课程的联系

其先修课程为《高等数学》、《电路分析》、《模拟电子技术》，后续课程为《计算机组成原理》、《微型计算机原理》、《单片机与接口技术》，它们的硬件基础就是《数字集成电路》，学完本课程后便可直接进入专业课程的学习，因此它实际上是计算机课程的“基础篇”，除运算器、中央控制器等复杂部件外，计算机中常用的数字部件、本课程都将涉及到。有关原码、反码、补码及浮点数等内容，由于与本课程内容无多大联系，将在“计算机组成原理”中介绍，本课程不再赘述。

本课程总学时为90学时，具体分配见各章安排。带“*”号为选讲内容。

教学内容

绪论（2学时）

1、电子学发展简史。

2、数字集成电路研究的对象、特点和方法。

3、数字集成电路与组成原理、微机原理等课程之间的关系。

4、学习数字集成电路课程应注意的几个问题。

说明和要求

讲授电子学发展简史及其数字集成电路在电子学中的地位，数字集成电路研究的对象、特点和方法，数字集成电路与组成原理、微机原理等课程之间的关系以及学习数字集成电路课程应注意的几个问题。

第一章数字电路概述（18学时）

一、数字信号

1、模拟信号

2、数字信号

二、数字电路

1、模拟电路

2、数字电路

三、半导体器件基础知识

1、导体、绝缘体和半导体

2、本征半导体

3、杂质半导体

四、半导体二极管

1、二极管的组成

2、二极管的单向导电性

3、二极管的特性曲线

4、二极管的开关特性

5、二极管的主要参数

6、二极管的应用电路举例（二极管限幅电路、二极管箝位电路）

五、半导体三极管

1、三极管的组成

2、三极管的电流放大作用

3、三极管的输入、输出特性曲线

4、三极管的开关特性

5、三极管的主要参数

6、三极管的应用电路举例

六、场效应管

1、 场效应管的组成

2、 场效应管的工作原理（转移特性曲线）

3、 场效应管输出特性曲线

4、 场效应管的开关特性

5、 场效应管的四种类型

6、 场效应管的主要参数

7、 场效应管的应用电路举例（重点是增强型NMOS 、PMOS 管）

七、数制

1、 二进制

2、 十进制

3、 八进制

4、十六进制

5、 数制之间的转换。

八、码制

1、 自然二进制码

2、 BCD 码（BCD 8421码、BCD 5421码、余BCD 3码、BCD 码及其相互间的转换）

3、 可靠性编码（格雷码、奇偶较验码）

说明和要求

介绍数字信号和数字电路的基本概念，在数字电路中工作的半导体器件的开关特性，数字电子计算机中常用的数制和码制。

本章的要求是：理解数字信号、数字电路的概念；深刻理解二极管、三极管、场效应管的开关特性；熟练掌握数制和码制。

本章知识点中，重点是：二极管、三极管、MOS 管的开关特性；数制和码制。难点是：三极管、场效应管的开关特性。

第二章 逻辑代数基础（8学时）

一、“与”逻辑及“与”门

二、“或”逻辑及“或”门

三、“非”逻辑及“非”门

四、正逻辑和负逻辑

1、 正、负逻辑的概念

2、 正、负逻辑的转换

五、复合逻辑及其逻辑门电路

1、 “与非”逻辑及“与非”门

2、 “与或”逻辑及“与或”门

3、 “与或非”逻辑及“与或非”门

4、 “异或”逻辑及“异或”门

5、 “同或”逻辑及“同或”门

六、逻辑代数的基本定律

1、 常量与变量之间的关系

2、 交换律、结合律、分配律

3、 德•摩根定律

七、逻辑代数的基本规则

1、 代入规则

2、 反演规则

3、 对偶规则

八、逻辑代数中的常用公式

1、 公式1 A B A AB =+

2、 公式2 A AB A =+

3、 公式3 B A B A A +=+

4、 公式4 C A AB BC C A AB +=++

5、 公式5 C A B A C A AB +=+

九、逻辑函数的建立及其表示方法

1、 逻辑函数的建立（假设逻辑变量、进行逻辑赋值、列真值表、写逻辑表达式等）

2、 逻辑函数的表示方法（真值表、逻辑表达式、卡诺图、逻辑图）

十、逻辑函数化简的含义

1、 最简的概念

2、 逻辑表达式的类型（与—或表达式、或—与表达式、与非—与非表达式、或非—或非表达式、与或非表达式）

3、 不同类型逻辑表达式之间的转换

十一、逻辑函数的代数化简法（并项法、吸收法、消因子法、消项法、配项法）

十二、逻辑函数的卡诺图化简法

1、逻辑函数的最小项

2、最小项的性质

3、卡诺图

4、用卡诺图化简逻辑函数

十三、具有约束的逻辑函数的化简

1、约束的概念和约束条件

2、具有约束的逻辑函数的化简

说明和要求

逻辑代数是数字电路的基本理论基础，也是组合逻辑电路、时序逻辑电路的分析、设计的基本工具，它贯串于本课程的始终。

逻辑函数的建立和逻辑函数的化简是逻辑电路的分析基础，它的数学工具是逻辑代数，

本章的要求是：理解“与”逻辑及“与”门、“或”逻辑及“或”门、“非”逻辑及“非”门以及复合逻辑关