数字电路课程大纲(含实验大纲)

《数字电路》课程教学大纲
DIGITAL ELECTRONIC TECHNOLOGY
课程编号：0606108020
学时数：56（其中：理论46 实验10）学分数：3.5
课程类别：学科基础必修课开课学期：第4学期
适用专业：通信工程开课单位：计算机与信息工程学院先修课程：高等数学、电路分析、模拟电路等
后续课程：硬件描述语言及FPGA设计、单片机原理与应用等
编写时间：2012年1月
一、课程性质和目的
课程的性质：本课程是通信工程专业的一门重要专业必修课。

它是研究数字逻辑理论、数字逻辑器件以及数字逻辑系统的分析和设计方法的学科。

目的：通过本课程的学习，使学生掌握布尔代数的理论、代数化简法和卡诺图化简法，会使用各种逻辑门电路和数字逻辑部件设计并能分析数字逻辑系统。

使学生具有分析、阅读数字电子线路的能力，并具有自己动手设计、组装和调试数字电子线路的能力，同时也为学习后续专业课程打下理论基础。

本课程对培养学生既有综合理论知识，又有较强的实践动手能力和创新能力的复合型技术应用人才，起着关键性的作用。

二、课程对本专业培养目标的贡献
通过数字电路课程的学习，可以使学生掌握数字电路的基本知识，培养学生分析、设计和调试数字电路的基本能力，同时也培养了学生认识问题、分析问题和解决问题的能力和素质。

三、课程教学内容、学时分配和课程教学基本要求
第一章数制和码制
教学内容：本章分3小节
1. 数字电子技术概述：数字信号与模拟信号的概念，特点和区别；
2. 常用数制及数制之间的转换：十进制、二进制、八进制和十六进制的表示方法以及相互之间的转换方法；
3. 二进制算术运算：二进制算术运算规则，反码和补码；
4. 常用编码：BCD码、格雷码和ASCⅡ码的编解码方法。

教学要求：
1. 了解：BCD码、格雷码和ASCⅡ码的编解码方法；
2. 理解：数字信号与模拟信号的概念，特点和区别；
3. 熟悉：十进制、二进制、八进制和十六进制的表示方法以及相互之间的转换方法；
4. 掌握：二进制算术运算规则，反码和补码。

教学重点：
1. 十进制、二进制、八进制和十六进制的表示方法以及相互之间的转换方法；
2. 二进制算术运算规则，反码和补码。

教学难点：BCD码、格雷码和ASCⅡ码的编解码方法。

学时分配：本章课堂讲授2学时。

实践环节：
作业要求
十进制和二进制的转换。

第二章逻辑代数基础
教学内容：本章分6小节
1. 逻辑代数种的三种基本运算：与、或、非运算电路，真值表和符号，复合逻辑的符号和运算符号；
2. 逻辑代数的基本公式：逻辑代数的基本公式和常用公式；
3. 逻辑代数的基本定理：代入定理、反演定理和对偶定理；
4. 逻辑函数及其表示方法：逻辑函数定义及其物理意义，逻辑函数的表示三种方法：真值表、函数式、逻辑图和波形图，各种方法之间的转换，逻辑函数的量化总标准形式：最小项和最大项；
5. 逻辑函数的化简方法：公式法包括：并项法、吸收法、消项法、消因子法和配项法，和卡诺图法；
6. 无关项的化简：约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项。

教学要求：
1. 了解：逻辑函数定义及其物理意义，逻辑函数的表示三种方法：真值表、函数式、逻辑图和波形图，各种方法之间的转换，逻辑函数的量化总标准形式：最小项和最大项的概念；
2. 熟悉：与、或、非运算电路，真值表和符号，复合逻辑的符号和运算符号；
3. 理解：代入定理、反演定理和对偶定理；约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项；
4. 掌握：逻辑函数的化简方法：公式法包括：并项法、吸收法、消项法、消因子法和配项法，和卡诺图法；逻辑代数的基本公式和常用公式。

教学重点：
1. 逻辑函数的化简方法：公式法包括：并项法、吸收法、消项法、消因子法和配项法，和卡诺图法；
2. 逻辑代数的基本公式和常用公式。

教学难点：
1. 逻辑函数的化简方法：公式法包括：并项法、吸收法、消项法、消因子法和配项法，和卡诺图法；
2. 代入定理、反演定理和对偶定理。

学时分配：本章课堂讲授4学时。

实践环节：
作业要求
逻辑函数的化简，逻辑代数的运算，无关项的化简。

第三章门电路
教学内容：本章共分3小节
1. 半导体二极管门电路：半导体的开关特性，二极管与门、或门；
2. CMOS门电路：MOS管的开关特性，CMOS反相器的电路结构、工作原理，静态输入、输出和动态特性；
3. TTL门电路：双极性三极管的开关特性，TTL反相器的电路结构、工作原理，静态输入、输出和动态特性。

教学要求：
1. 了解：三种门电路的静态输入、输出和动态特性；
2. 理解：三种门电路的开关特性；
3. 掌握：三种门电路的电路结构和工作原理。

教学重点：三种门电路的电路结构和工作原理。

教学难点：三种门电路的静态输入、输出和动态特性。

学时分配：本章课堂讲授6学时，安排实验2学时。

实践环节：
1. 实验要求
实验一：门电路实验
通过该实验使学生进一步掌握二极管、CMOS和TTL门电路的结构和工作原理，熟悉三类门电路的电路特性。

2. 作业要求
门电路的分析。

第四章组合逻辑电路
教学内容：本章共分3小节
1. 组合逻辑电路的分析方法和设计方法：组合逻辑电路的概念、特点，分析方法和设计方法；
2. 常用组合组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器、函数发生器和奇偶校验器；
3. 竞争-冒险现象：竞争-冒险现象产生原因及影响，竞争-冒险现象的检查方法和消除方法。

教学要求：
1. 了解：竞争-冒险现象产生原因及影响，竞争-冒险现象的检查方法和消除方法；
2. 理解：组合逻辑电路的概念、特点；
3. 熟悉：组合逻辑电路的分析方法和设计方法；
4. 掌握：常用组合组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器、函数发生器和奇偶校验器。

教学重点：
1. 组合逻辑电路的分析方法和设计方法；
2. 常用组合组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器、函数发生器和奇偶校验器。

教学难点：竞争-冒险现象产生原因及影响，竞争-冒险现象的检查方法和消除方法。

学时分配：本章课堂讲授6学时，安排实验2学时。

实践环节：
1. 实验要求
实验二：组合逻辑电路分析与设计
通过该实验使学生进一步掌握组合逻辑电路原理和分析方法，掌握常用组合逻辑电路的分析与设计。

2. 作业要求
常用组合逻辑电路分析与设计。

第五章触发器
教学内容：本章共分5小节
1. SR锁存器：SR锁存器电路结构、符号及触发特性；
2. 电平触发器：电平触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
3. 脉冲触发器：脉冲触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
4. 边沿触发器：边沿触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
5. 触发器的逻辑功能及其描述方法：SR、T和D触发器的特性表、状态转换图。

教学要求：
1. 理解：SR锁存器电路结构、符号及触发特性；电平触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
2. 熟悉：脉冲触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；边沿触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
3. 掌握：SR、T和D触发器的特性表、状态转换图。

教学重点：
1. 脉冲触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
2. 边沿触发器的电路结构和工作原理，触发方式的动作特点；
3. SR、T和D触发器的特性表、状态转换图。

教学难点：SR、T和D触发器的特性表、状态转换图。

学时分配：本章课堂讲授6学时，安排实验2学时。

实践环节：
1. 实验要求
实验三：触发器实验
通过实验使学生进一步掌握各类触发器电路结构和工作原理，掌握触发器的动作特点。

2. 作业要求
各类触发器电路结构和工作原理。

第六章时序逻辑电路
教学内容：本章共分4小节
1. 时序逻辑电路的分析方法：同步、异步时序逻辑电路的分析方法，时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态机流程图和时序图；
2. 常用时序逻辑电路：寄存器、移位寄存器，计数器，顺序脉冲发生器和序列信号发生器；
3. 时序逻辑电路的设计方法：同步时序逻辑电路设计方法；
4. 竞争-冒险现象：竞争-冒险现象产生原因，解决方法。

教学要求：
1. 了解：竞争-冒险现象产生原因，解决方法；
2. 理解：寄存器、移位寄存器，计数器，顺序脉冲发生器和序列信号发生器；
3. 熟悉：同步、异步时序逻辑电路的分析方法，时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态机流程图和时序图；
4. 掌握：同步时序逻辑电路设计方法。

教学重点：
1. 同步、异步时序逻辑电路的分析方法，时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态机流程图和时序图；
2. 同步时序逻辑电路设计方法；
教学难点：同步时序逻辑电路设计方法。

学时分配：本章课堂讲授6学时，安排实验2学时。

实践环节：
1. 实验要求
实验四：时序逻辑电路实验
时序逻辑电路实验包括寄存器、计数器、脉冲发生器等实验，通过该实验使学生进一步理解时序电路分析方法，了解时序电路中的竞争-冒险现象。

2. 作业要求
时序逻辑电路设计。

第七章半导体存储器
教学内容：本章共分4小节
1. 只读存储器：掩模只读存储器，可编程只读存储器，可擦除的可编程只读存储器；
2. 随机存储器：静态随机存储器和动态随机存储器；
3. 存储器容量的扩展：位扩展和字扩展方式；
4. 存储器实现组合逻辑：利用真值表实现组合逻辑电路的方法。

教学要求：
1. 了解：位扩展和字扩展方式；
2. 理解：利用真值表实现组合逻辑的方法；
3. 熟悉：可编程只读存储器，可擦除的可编程只读存储器；
4. 掌握：掩模只读存储器，静态和动态随机存储器。

教学重点：
1. 利用真值表实现组合逻辑的方法；
2. 掩模只读存储器，静态和动态随机存储器。

教学难点：无。

学时分配：本章课堂讲授4学时。

实践环节：
作业要求
利用真值表实现组合逻辑的方法。

第八章可编程逻辑器件
教学内容：本章共分6小节
1. 现场可编程逻辑阵列：FPLA的基本电路结构；
2. 可编程阵列逻辑：PAL的基本电路结构，输出电路结构和反馈形式；
3. 通用阵列逻辑：GAL的基本电路结构，输出逻辑宏单元，GAL的输入特性和输出特性；
4. 可擦除的可编程逻辑器件：EPLD的基本结构和特点，EPLD的与或逻辑阵列，输出逻辑宏单元；
5. 复杂的可编程逻辑器件：CPLD的基本结构，通用逻辑模块，输入输出单元；
6. 现场可编程逻辑阵列：FPGA的基本结构，FPGA的IOB和CLB，FPGA的互连资源，编程数据的装载。

教学要求：
1. 了解：FPLA的基本电路结构，PAL的基本电路结构，输出电路结构和反馈形式，EPLD 的基本结构和特点，EPLD的与或逻辑阵列，输出逻辑宏单元；
2. 理解：GAL的基本电路结构，输出逻辑宏单元，GAL的输入特性和输出特性；
3. 熟悉：CPLD的基本结构，通用逻辑模块，输入输出单元；
4. 掌握：FPGA的基本结构，FPGA的IOB和CLB，FPGA的互连资源，编程数据的装载。

教学重点：
1. CPLD的基本结构，通用逻辑模块，输入输出单元；
2. FPGA的基本结构，FPGA的IOB和CLB，FPGA的互连资源，编程数据的装载。

教学难点：
1. CPLD的基本结构，通用逻辑模块，输入输出单元；
2. FPGA的基本结构，FPGA的IOB和CLB，FPGA的互连资源，编程数据的装载。

实践环节：
作业要求
CPLD的基本结构，FPGA的基本结构。

第九章脉冲波形的产生和整形
教学内容：本章共分4小节
1. 施密特触发器：门电路组成的施密特触发器，集成施密特触发器，施密特触发器的应用；
2. 单稳态触发器：门电路组成的单稳态触发器和集成单稳态触发器；
3. 多谐振荡器：对称式和非对称式多谐振荡器，环形振荡器，施密特触发器构成的多谐振荡器，石英晶体多谐振荡器；
4. 555定时器及其应用：555定时器的电路结构和功能，555定时器的应用。

教学要求：了解：施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器和555定时器的原理及应用。

教学重点：555定时器的原理和应用。

教学难点：555定时器的原理和应用。

学时分配：本章课堂讲授4学时。

实践环节：
作业要求
555定时器的原理分析。

第十章数-模和模-数转换
教学内容：本章共分2小节
1. 数-模转换器：各类转换器电路：权电阻网络、倒T形电阻网络、权电流型，转换器的转换精度和转换速度；
2. 模-数转换器：模-数转换器的基本原理，取样-保持电路，并联比较型和反馈比较型转换器，转换器的转换精度和转换速度。

教学要求：
1. 了解：模-数和数-模转换器的原理和电路；
2. 熟悉：转换器的转化精度和转换速度。

教学重点：转换器的转化精度和转换速度。

教学难点：模-数和数-模转换器的原理和电路。

学时分配：本章课堂讲授4学时。

实践环节：
1. 实验要求
实验五：模-数和数-模转换
通过该实验进一步掌握模-数和数-模转换得原理，进一步熟悉转换精度和转换速度，了解常用模-数和数-模转换芯片。

2. 作业要求
转换精度和转换速度计算。

四、各教学环节学时分配
五、本课程与其它课程的联系和分工
本课程的先修课程为高等数学、电工技术和模拟电子技术，后续课程为单片机原理与应用、通信原理，数字信号处理等。

其教学内容有着承前启后的作用，不可倒置。

六、本课程的考核方式
本课程采用考核方式：
总成绩=平时（10%）+实验（20%）+期末考试（70%）。

其中：平时成绩根据考勤、课堂讨论表现和作业情况得到，课程结束后采用闭卷考试情况得到闭卷成绩。

七、建议教材与教学参考书
阎石.数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006年5月
八、课程简介
《数字电路》是研究数字逻辑理论、数字逻辑器件以及数字逻辑系统的分析和设计方法的学科。

通过本课程的学习，使学生掌握布尔代数的理论、代数化简法和卡诺图化简法，会使用各种逻辑门电路和数字逻辑部件设计并能分析数字逻辑系统。

使学生具有分析、阅读数字电子线路的能力，并具有电路设计、组装和调试的能力，同时也为学习后续专业课程打下理论基础。

执笔人：路新华审核人：董占奇教学院长：张凌晓
院学术委员会：院长：
《数字电路》实验部分教学大纲
一、课程的基本信息
二、实验的目的
通过完成数字电路实验，使学生进一步掌握的数字电路的基本知识，理解数字信号的基本电路，熟悉数字电路分析和设计方法，并熟悉常用门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数-模和模-数电路的基本原理和应用，以及掌握数字电路设计过程中的实验方法、手段和调试方法。

同时培养学生由理论到实际应用的能力。

三、实验教学内容与要求
1、绪论部分
为适应数字电子技术理论教学特点，在实验教学中，着重针对几个重要的关键点（包括门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、模-数和数-模转换共5个实验）进行实践
验证学习。

学习内容切实体现了数字电子技术的特点，并为后续通信专业其他课程的学习打下坚实的基础。

四、作业（报告）要求
1. 实验前做好充分预习并写出预习报告；
2. 实验时要求
① 门电路实验，要求事先掌握半导体二极管门电路、CMOS和TTL门电路的原理和特性；实验过程中，掌握开关特性和输入输出特性；了解实验流程，测量各节点实验数据；并对实验结果进行分析，总结三类门电路的异同点。

② 组合逻辑实验，要求事先掌握组合逻辑电路分析与设计方法；实验过程中，掌握各类组合逻辑电路结构；了解实验流程，测量各节点实验数据；并对实验结果进行分析，观察组合逻辑电路的竞争-冒险现象。

③ 触发器实验，要求事先掌握各类触发器原理；实验过程中，掌握各类触发器电路结构，了解实验流程，测量各节点实验数据，并对实验结果进行分析。

④ 时序逻辑实验，要求事先掌握各类时序逻辑电路的分析方法和设计方法；实验过程中，掌握各类调制解调电路，了解实验程序，测量各节点实验数据；并对实验结果进行分析。

⑤ 模-数和数-模实验，要求事先掌握模-数和数-模转换的原理；实验过程中，掌握转换电路，了解实验程序，测量各节点实验数据；，对实验结果进行分析，并计算转换精度和速度。

3. 写出合格的实验报告（包括对测试结果数据的基本分析、处理）。

实验报告应包含以下内容：实验目的、实验内容、实验条件、实验方法与步骤、实验结果、分析与讨论。

五、实验考核方式
实验考核内容包括两部分：
1. 实验表现；
2. 实验报告。

六、成绩评定
根据第五项中规定的考核方式给出成绩。

具体比例为：
总成绩 = 实验表现（50%）+实验报告（50%）
七、必要的说明
执笔人：路新华审核人：董占奇
编写时间：2012年2月。