数字电子技术基础_华中科技大学

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数字电子技术基础

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spContent=数字系统广泛应用于通信、计算机、自动控制、互联网、物联网等领域，数字系统与我们的日常生活也密切相关，例如，智能手机、数字电视、数码相机、医用心电图仪、CT仪器设备等都是数字技术的应用实例。本课程将从数字信号的表示开始，讲述数字设计需要的基础知识和各种设计方法，带你进入数字设计世界。

—— 课程团队

课程概述

数字电子技术基础是数字系统设计的入门课程，也是电气、电子信息类相关学科各专业的一门主要技术基础课程，有很强的实践性和工程应用背景。

本课程由华中科技大学电子技术基础课程教学团队提供。华中科技大学电子技术基础课程 2003被评为首批 “国家精品课程 ”， 2016年获得首批 “国家级精品资源共享课 ”称号。

课程以康华光主编的《电子技术基础（数字部分第六版）》教材为蓝本，同时参考了其他教材的内容。康华光教学团队编写的《电子技术基础》教材，曾先后获得国家优秀教材奖、特等奖、一等奖和国家科技进步二等奖等四次国家级大奖，也是 “ 九五 ” 、 “ 十五 ” 和 “ 十二五 ” 国家级规划教材，被国内众多高校采用。

课程内容以逻辑分析与设计为主线，讲解逻辑分析和设计所必须的基础理论。为降低学习难度，内容安排采用先“逻辑”后“电路”次序。首先讲解数制、码制和逻辑代数等基础知识，接着重点讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计方法，再介绍当今数字设计的新方法——采用硬件描述语言（Verilog HDL）来描述和仿真数字电路，然后讨论各种数字集成电路（含门电路、可编程逻辑器件和半导体存储器）的原理及使用方法，最后一部分讲解数/模与模/数转换器和脉冲波形的产生与变换电路。采用“视频讲授＋在线练习”的教学模式，生动形象、直观明了，易于理解。

主要参考资料：

[1] 康华光主编，电子技术基础（数字部分）（第六版）．北京：高等教育出版社，2014

[2] 罗杰，彭容修主编．数字电子技术基础（第三版）．北京：高等教育出版社，2014

[3] 罗杰，秦臻编著．数字电子技术基础（微课版|支持AR交互）．北京：人民邮电出版社，2023

授课目标

掌握数字逻辑电路的基本原理、基本分析和基本设计方法，掌握数字集成电路的基本使用方法，了解可编程逻辑器件原理，能够使用硬件描述语言设计、验证并实现数字电路。

掌握半导体存储器、数/模和模/数转换电路的工作原理，为后续课程(如微机原理与接口技术、嵌入式系统、数字集成电路设计等)学习打下基础。

课程大纲

预备知识

二极管、三极管（BJT、MOS）等电子器件的基础知识

参考资料

[1] 康华光主编，电子技术基础（数字部分）（第六版）．北京：高等教育出版社，2014

[2] 罗杰，彭容修主编．数字电子技术基础（第三版）．北京：高等教育出版社，2014.

[3] 阎石主编，数字电子技术基础（第五版），北京：高等教育出版社，2006

[4] 罗杰主编．Verilog HDL与FPGA数字系统设计．北京：机械工业出版社，2015.

[5] 国家精品资源共享课程华中科技大学《电子技术基础》网址： https://www.icourses.cn/coursestatic/course_2550.html

教学日历

周	章	节	知识点	视频时长	单元测验
第 1 周	第一章数字逻辑概论（ 4 学时）	1.1 数字信号描述方法	01-01 数字信号描述方法	14'49"	第4周周6 23:00 前完成
		1.2 数制	01-02 数制	14'44"
			01-03 二-十进制数转换	15'36"
			01-04 其它不同数制间的转换	9'57"
			01-05 二进制数的算术运算	10'54"
		1.3 二进制数的算术运算	01-06 有符号数表示（一）	6'27"
			01-07 有符号数表示（二）	14'55"
			01-08 补码的加减运算	15'34"
		1.4 二进制代码	01-09 二—十进制码	13'38"
			01-10 格雷码	14'2"
			01-11 ASCII码和奇偶校验码	10'14"
第 2 周	第二章逻辑代数（ 4 学时）	2.1 逻辑代数简介	02-01 逻辑代数简介	9'10"	第4周周6 23:00 前完成
		2.2 逻辑运算和集成逻辑门简介	02-02 逻辑代数基本运算	15'54"
			02-03 复合逻辑运算	7'34"
			02-04 三态输出逻辑门简介	3'55"
			02-05 集成逻辑门简介	13'47"
		2.3 逻辑代数的基本定理和规则	02-06 逻辑代数的基本定律	11'55"
		2.3 逻辑代数的基本定理和规则	02-07 逻辑代数的基本规则	8'25"
		2.4 逻辑函数及其表示方法	02-08 逻辑函数及其表示方法	13'51"
		2.5 逻辑函数的代数化简法	02-09 逻辑函数表达式的形式	10'35"
			02-10 逻辑函数的代数化简法	7'52"
			02-11 逻辑函数表达式的变换	11'46"
		2.6 逻辑函数的卡诺图化简法	02-12 逻辑函数最小项表达式	13'27"
			02-13 逻辑函数最大项表达式	10'22"
			02-14 卡诺图的引出	15'10"
			02-15 逻辑函数的卡诺图表示法	6'55"
			02-16 逻辑函数的卡诺图化简法	13'1"
			02-17 含无关项的逻辑函数化简	10'2"
		2.7 逻辑门的等效符号及其应用	02-18 逻辑门的替代符号	14'59"
第 3 周	第三章组合逻辑电路（ 10 学时）	3.1 组合逻辑电路的分析	03-01 组合逻辑电路的分析	11'15"	第10周周6 23:00 前完成
		3.2 组合逻辑电路的设计	03-02 组合逻辑电路的设计过程	11'36"
		3.2 组合逻辑电路的设计	03-03 组合逻辑电路的优化实现	6'19"
		3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险	03-04 组合逻辑电路中的竞争冒险	9'23"
		3.4 编码器	03-05 编码器	14'45"
		3.4 编码器	03-06 编码器的应用	14'51"
第 4 周		3.5 译码器	03-07 二进制译码器	11'25"
			03-08 二进制译码器的应用	10'43"
			03-09 二-十进制译码器	5'49"
			03-10 七段显示译码器	12'55"
			03-11 数字显示电路	12'32"
		3.6 数据分配器与数据选择器	03-12 数据分配器	9'8"
			03-13 数据选择器	11'10"
			03-14 数据选择器的应用	10'19"
		3.7 数值比较器与加法运算电路	03-15 数值比较器	9'34"
			03-16 数值比较器的应用	8'41"
第 5 周			03-17 半加器和全加器	7'9"
			03-18 多位数加法器	12'27"
	第四章锁存器和触发器（ 6 学时）	4.1 概述	04-01 概述	13'31"	第14周周6 23:00前完成
		4.2 SR锁存器	04-02 用或非门组成的 SR 锁存器（一）	13'24"
			04-03 用或非门组成的 SR 锁存器（二）	12'16"
			04-04 用与非门组成的 SR 锁存器	18'33"
			04-05 门控SR锁存器	10'6"
第 6 周		4.3 D锁存器	04-06 D锁存器的电路结构	14'38"
		4.3 D锁存器	04-07 D锁存器的动态特性	13'26"
		4.4 主从D触发器	04-08 主从D触发器	16'55"
			04-09 有其他控制端的 D 触发器（一）	12'45"
			04-10 有其他控制端的 D 触发器（二）	15'42"
			04-11 主从D触发器的动态特性	12'55"
		4.5 维持阻塞D触发器	04-12 维持阻塞D触发器	18'5"
		4.6 触发器的逻辑功能	04-13 D触发器	10'41"
			04-14 JK触发器	12'39"
			04-15 T触发器和SR触发器	13'2"
第 7 周	第五章时序逻辑电路（ 10 学时）	5.1 时序逻辑电路的基本概念	05-01 时序逻辑电路的基本概念	6'49"	第14周周6 23:00前完成
		5.1 时序逻辑电路的基本概念	05-02 时序逻辑功能的描述	10'8"
		5.2 同步时序逻辑电路的分析	05-03 同步时序逻辑电路分析（一）	9'33"
		5.2 同步时序逻辑电路的分析	05-04 同步时序逻辑电路分析（二）	14'2"
		5.3 同步时序逻辑电路的设计	05-05 同步时序逻辑电路设计（一）	12'8"
第 8 周		5.3 同步时序逻辑电路的设计	05-06 同步时序逻辑电路设计（二）	12'24"
		5.4 异步时序逻辑电路的分析	05-07 异步时序电路分析	13'59"
		5.5 寄存器和移位寄存器	05-08 寄存器及移位寄存器	18'45"
		5.6 计数器概念及异步二进制计数器	05-09 计数器概念和异步二进制计数器计数器	7'35"
第 9 周		5.7 同步二进制计数器	05-10 同步二进制计数器	9'59"
		5.8 集成计数器应用	05-11 集成计数器应用	14'56"
		5.9 其他计数器	05-12 其他类型计数器	7'1"
	第六章硬件描述语言 Verilog HDL（ 6 学时）	6.1 Verilog HDL程序的基本结构（可以提前到第4章之前学习6.1~6.6）	06-01 HDL概述	8'33"	第15周周6 23:00前完成
		6.1 Verilog HDL程序的基本结构（可以提前到第4章之前学习6.1~6.6）	06-02 HDL程序的基本结构	7'
		6.2 Verilog HDL基本语法规则	06-03 HDL基本语法规则（一）	10'44"
		6.2 Verilog HDL基本语法规则	06-04 HDL基本语法规则（二）	7'58"
第 10 周		6.3 Verilog HDL结构级建模	06-05 HDL结构级建模	10'42"
		6.4 Verilog HDL数据流建模	06-06 HDL数据流建模（一）	5'35"
		6.4 Verilog HDL数据流建模	06-07 HDL数据流建模（二）	5'35"
		6.5 组合逻辑电路的行为级建模	06-08 组合电路行为级建模	10'7"
		6.6 分层次的电路设计方法	06-09 分层次的电路设计	15'33"
		6.7 D触发器与寄存器行为级建模（学完第5章后，再学习6.7~6.11）	06-10 D触发器的行为级建模	16'17"
		6.7 D触发器与寄存器行为级建模（学完第5章后，再学习6.7~6.11）	6-11 寄存器的行为级建模	12'35"
		6.8 计数器与有限状态机的行为级建模	06-12 计数器的行为级建模	15'40"
		6.8 计数器与有限状态机的行为级建模	06-13 有限状态机的行为级建模	13'53"
		6.9 四位显示器的动态扫描控制电路设计	06-14 四位显示器的动态扫描控制电路设计	17'1"
		6.10 测试代码的编写与 ModelSim 功能仿真简介	06-15 编写组合电路的测试代码	12'35"
			06-16 基于ModelSim软件的功能仿真简介	15'27"
			06-17 编写时序电路的测试代码	13'54"
		6.11 常用系统任务和系统函数	06-18 常用的系统任务和系统函数	17'11"
第 11 周	第七章逻辑门电路（ 4 学时）	7.1 逻辑门电路简介	07-01 逻辑门电路简介	8'14"	第15周周6 23:00前完成
		7.2 基本CMOS逻辑门电路	07-02 MOS管及其开关特性	8'26"
		7.2 基本CMOS逻辑门电路	07-03 基本 CMOS逻辑门电路	7'48"
		7.3 CMOS逻辑门的不同输出结构	07-04 CMOS逻辑门的不同输出结构	11'31"
		7.4 CMOS逻辑门的主要参数	07-05 CMOS逻辑门的重要参数	12'14"
		7.5 类NMOS和BiCMOS逻辑门	07-06 类NMOS门电路和BiCMOS门电路	8'35"
		*7.6 TTL逻辑门电路（选学）	07-07 BJT的开关特性	8'3"
			07-08 TTL反相器	8'12"
			07-09 其它TTL门电路	8'23"
			07-10 抗饱和TTL门电路	8'51"
		7.7 逻辑门使用中的几个实际问题	07-11 逻辑门电路使用中的几个实际问题	16'46"
第 12 周	第八章半导体存储器（ 4 学时）	8.1 半导体存储器概述和分类	08-01 半导体存储器概述和分类	7'36"	第15周周6 23:00前完成
		8.2 只读存储器（ROM）	08-02 ROM的结构和工作原理	8'26"
			08-03 可编程ROM简介	16'38"
			08-04 ROM应用举例	9'9"
		8.3 随机存取存储器（RAM）	08-05 RAM的结构和工作原理	13'33"
			08-06 SRAM的读写操作定时图	6'38"
			08-07 同步SRAM、FIFO存储器及双口存储器简介	15'29"
			08-08 存储容量的扩展	8'42"
			08-09 RAM应用举例及本章小结	6'35"
第 13 周	第九章可编程逻辑器件（ 4 学时）	9.1 可编程逻辑器件概述	09-01 可编程逻辑器件概述	6'54"	第15周周6 23:00前完成
		9.1 可编程逻辑器件概述	09-02 可编程逻辑器件内部电路常用符号	4'59"
		9.2简单可编程逻辑器件	09-03 可编程逻辑阵列PLA和可编程阵列逻辑PAL	8'38"
		9.2简单可编程逻辑器件	09-04 通用阵列逻辑器件GAL	9'16"
		9.3 CPLD基本结构简介	09-05 CPLD基本结构简介	11'27"
		9.4 现场可编程门阵列FPGA	09-06-FPGA实现逻辑功能的基本原理	7'47"
		9.4 现场可编程门阵列FPGA	09-07 FPGA结构简介	12'47"
		*9.5 可编程逻辑器件开发过程简介( 选学)	09-08 可编程逻辑器件开发过程简介与本章小结	9'37"
			附1 基于Xilinx Vivado软件的FPGA开发过程
			附2 基于IP核的计数器电路设计
第 14 周	第十章脉冲波形的变换与产生（ 4 学时）	10.1 单稳态触发器	10-01 用门电路组成的微分型单稳态触发器	14'46"	第16周周6 23:00前完成
			10-02 集成单稳态触发器	7'32"
			10-03 单稳态触发器应用	8'10"
		10.2 施密特触发器	10-04 用门电路组成的施密特触发器	12'22"
			10-05 集成施密特触发器	7'11"
			10-06 施密特触发器应用	5'37"
		10.3 多谐振荡器	10-07 门电路组成的多谐振荡器	8'1"
			10-08 施密特触发器构成的多谐振荡器	5'43"
			10-09 石英晶体振荡器	7'52"
		*10.4 555定时器及其应用(选学)	10-10 555定时器及其组成的施密特触发器	7'31"
			10-11 555组成的单稳态触发器	7'42"
			10-12 555组成的多谐振荡器	6'23"
第 15 周	第十一章数模与模数转换器（ 4 学时）	11.1 D/A转换器	11-01 权电阻网络D/A转换器	10'14"	第16周周6 23:00，结业考试第17周三进行
			11-02 倒T形电阻网络D/A转换器	13'34"
			11-03 D/A转换器的输出方式	13'38"
			11-04 D/A转换器的主要技术指标	15'29"
		11.2 A/D转换器	11-05 A/D转换的一般工作过程	18'8"
			11-06 并行比较型A/D转换器	9'39"
			11-07 逐次比较型A/D转换器	11'33"
			11-08 双积分式A/D转换器	16'28"
			11-09 A/D转换器的主要技术指标	8'40"

常见问题

（1）学习 “数字电子技术基础”课程需要哪些预备知识？

答：主要是模拟电子技术课程中半导体器件的基础知识，如二极管、三极管（MOS、BJT）的结构、工作原理及特性。

（2）数字电子技术和模拟电子技术之间有何区别？

答：在电子技术中，被传输、加工和处理的电信号通常分为两类：一类是模拟电信号，简称模拟信号或模拟量，其特点是它的电压或电流的幅值随时间连续变化。用于传输、加工和处理模拟信号的电子电路称为模拟电子技术，或简称模拟电路。

另一类是数字电信号，简称数字信号或数字量，其特点是它的电压或电流在幅值上和时间上都是离散的、不是连续的信号。表示数字量的信号称为数字信号。用于传输、加工和处理数字信号的电子电路称为数字电子技术，或简称数字电路。由于数字电路的各种功能是通过逻辑运算和逻辑判断来实现的，所以，又将数字电路称为数字逻辑电路。这两大类电路，都有着广泛的应用，其工程性和实践性很强。

（3）数字信号如何表示呢？

可以用两个离散值（0和1）来表示。

可以用高、低电平来表示。

还可以用波形图来表示。

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