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数字电路与逻辑设计
第12次开课
开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第13周,共20周 已有 1541 人参加
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立即参加
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课程评价(351)
spContent=先后获得国家教学成果二等奖、国家精品课程、国家级教学团队、国家精品共享课、湖北省教学成果一等奖等荣誉称号。课程教学内容结合微电子产业和计算机硬件产业的发展现状和技术前沿,注重基础性、实用性和先进性,培养学生灵活敏捷的逻辑思维能力、严谨务实的工程设计能力、分析与解决实际问题能力。
先后获得国家教学成果二等奖、国家精品课程、国家级教学团队、国家精品共享课、湖北省教学成果一等奖等荣誉称号。课程教学内容结合微电子产业和计算机硬件产业的发展现状和技术前沿,注重基础性、实用性和先进性,培养学生灵活敏捷的逻辑思维能力、严谨务实的工程设计能力、分析与解决实际问题能力。
—— 课程团队
课程概述

我们正在迎来以新一代信息技术和人工智能为代表的新一轮技术革命,云计算、物联网、移动互联网和大数据等快速发展,其中作为主要核心关键技术和产品的微电子和集成电路正在以摩尔定律的速度蓬勃发展。

为什么学?《数字电路与逻辑设计》课程是剖析集成电路原理的基础,是计算机科学与技术类各专业必修的一门重要专业技术基础课程,也是信息学科各专业的平台课程,数字电路与逻辑设计课程教学的内容处于计算机层次结构中的最底层,属于计算机的内核,有关知识是构成计算机和其它数字系统的基础,也是相应后续课程(计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机系统结构等)的必备基础。

学什么?课程在介绍数制与编码、逻辑代数等基础知识的基础上,以数字电路的集成度为主线,结合生活实例,全面介绍逻辑电路的分析和设计方法、触发器基本原理和应用、时序逻辑电路的分析和设计、并以应用为驱动讲授常见的大规模集成电路及其应用方法,以及该领域的发展现状及最新的技术。

学了能获得什么? 课程针对数字系统逻辑设计的应用需求,努力培养学生灵活敏捷的逻辑思维能力、严谨务实的工程设计能力、分析与解决问题能力以及面向实际应用的创新能力,着力加深学生对数字电路的整体性的理解,有效增强学生的计算机系统设计能力。

特色与亮点。以创新型和应用型人才培养为教学目标,课程教学内容结合微电子产业和计算机硬件产业的发展现状和技术前沿,注重基础性、实用性和先进性,采用模块化的思想对教学内容进行有机划分,按照章节将知识点划分为一系列的最小知识单元,方便教师和学生课堂教与学的同时,也可以满足学生利用课后的碎片时间自主学习。课程教学模式和资源建设以学生为中心设计教学活动并开发数字化学习资源,为学生提供全方位、立体化、多层次的优质学习支持服务。

主讲教师。 本次在线课程由获得华中科技青年教师教学竞赛一等奖的三位优秀的中青年教师于俊清教授(课程组长)、赵贻竹副教授和何云峰副教授负责主讲。

课程历史与荣誉。华中科技大学计算机系于1978年正式成立了数字逻辑课程组,并筹建了数字逻辑实验室。40余年来,在教师队伍、教学条件、教学内容、教学方法和教学效果等方面均得到了稳步快速发展,获得了国家教学成果二等奖、国家精品课程、国家级教学团队、国家精品共享课、湖北省教学成果一等奖等荣誉称号,课程主讲教师多人多次获得教学名师、教学质量优秀奖、青年教师教学竞赛一等奖荣誉称号。1997年至2000年,遵循面向21世纪的高等教育的改革要求,在对计算机科学与技术类两门必修的专业技术基础课“数字电子技术”和“数字逻辑”进行了认真分析和深入研究的基础上,在国内高校中率先将两门课程进行整合与集成,并将课程名称改为“数字电路与逻辑设计”,多年的教学实践表明,两门课程的整合不仅必要,而且效果非常好,国内外多所高校逐渐参照进行改革。2001年至2008年,开发了课程资源包和互动型虚拟实验教学平台,在国内处于领先水平并于2005年获得国家教学成果二等奖,2005被评为湖北省精品课程和国家精品课程(普通本科),2008年被评为国家网络课程,并入选“计算机硬件系列课程教学团队”国家级教学团队,2012年入选国家精品共享课程(网络)、2014年获得华中科技大学首批本科责任教授课程。

授课目标

   通过相关教学活动,达到以下目标:

   1. 使学生系统的掌握数字电路的基本概念、基本原理,理解逻辑设计的基本内涵;

   2. 了解组成数字计算机和其它数字系统的各种常用逻辑电路,能够熟练地运用有关基本知识和基本理论对各类常用数字电路进行分析和设计;

   3. 掌握数字集成芯片数据手册的阅读方法、常用集成芯片的应用方法和应用注意事项,能够根据客观需求选用合适的集成芯片完成各种逻辑部件的设计,具备利用集成芯片设计复杂电路的能力;

    4. 了解EDA的基本概念,掌握EDA在电路设计中的应用方法,能用EDA工具完成简单电路系统设计和验证。

课程大纲

绪论

科技革命促生互联网时代

半导体与微电子技术

课程性质、内容与学习方法

第一章 基本知识

1.1 数字信号与系统

1.2 数制及其转换

1.3 带符号二进制数的代码表示

1.4 几种常用的编码

第一章 单元测验

第二章 逻辑代数基础

2.1 逻辑代数的基本概念

2.2 逻辑代数的基本定理和规则

2.3 逻辑表达式的形式与转换

2.4 逻辑函数代数化简法

2.5 逻辑函数卡诺图化简法

2.6 逻辑函数列表化简法

本章教材

第二章 单元测验

第三章 集成门电路与触发器(1)

3.1 数字集成电路的分类

3.2 半导体器件的开关特性

3.3 简单逻辑门电路

3.4 TTL型集成门电路

3.5 MOS型集成门电路

3.6 正逻辑和负逻辑

第四章 组合逻辑电路

4.1 逻辑电路的分类

4.2 组合逻辑电路分析

4.3 组合逻辑电路设计

4.4 组合逻辑电路中的险象

本章教材

第四章 单元测验

第三章集成门电路与触发器(2)

3.7 触发器

实验1 虚拟实验平台介绍

实验1 虚拟实验平台介绍

实验2 Logisim实验平台介绍

实验2.1 Logisim简介

实验2.2 Logisim实例

第五章 同步时序逻辑电路

5.1 时序逻辑电路基础

5.2 同步时序逻辑电路分析

5.3 同步时序逻辑电路设计过程

5.4 同步时序逻辑电路设计实例

第五章 单元测试

第六章 异步时序逻辑电路

6.1 异步时序逻辑电路的特点与分类

6.2 脉冲异步时序逻辑电路

6.3 电平异步时序逻辑电路

实验3 vivado介绍

实验3.1 vivado简介

实验3.2 vivado实例

第七章 中规模集成电路及其应用

7.1 常用中规模组合逻辑电路

7.2 常用中规模时序逻辑电路

7.3 常用中规模信号产生电路

7.4 常用中规模信号变换电路

第七章 单元测试

第八章 可编程逻辑器件

8.1 PLD概述

8.2 低密度可编程逻辑器件

8.3 高密度可编程逻辑器件

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预备知识

电路理论、模拟电子技术

参考资料

教材资源:

于俊清,赵贻竹,何云峰著,数字电路与逻辑设计. 人民邮电出版社,2023.08



参考教材:

[1] Karim Abbas. Handbook of Digital CMOS Technology, Circuits, and Systems, Springer, 2020

[2] G. S. Tomar, Ashish Bagwari. Fundamentals of Electronic Device and Circuits, Springer, 2020

[3] Giuliano Donzellini, Luca Oneto, Domenico Ponta, Davide Anguita. Introduction to Digital Systems Design, Springer, 2019

[4] K. Deergha Rao, M. N. S. Swamy. Digital Signal Processing, Springer, 2018

[5] Ata Elahi. Computer Systems, Springer, 2018

[6] Jean-Pierre Deschamps, Elena Valderrama. Digital Systems, Springer, 2017

[7] Krzysztof Sozański. Digital Signal Processing in Power Electronics Control Circuits, Springer, 2017

[8] John Seiffertt. Digital Logic for Computing, Springer, 2017

[9] Vaibbhav Taraate. Digital Logic Design Using Verilog, Springer, 2016

[10] Frédéric Cohen Tenoudji. Analog and Digital Signal Analysis, Springer, 2016

[11] Dag H. Hanssen. Programmable Logic Controllers, Wiley, 2015

[12] Uwe Meyer-Baese. Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, Springer, 2014

[13] Mohit Arora, The Art of Hardware Architecture, Springer, 2012

[14] R.K. Rao Yarlagadda. Analog and Digital Signals and Systems, Springer, 2010

[15] Anil K. Maini. Digital Electronics, Wiley, 2007

[16] Zainalabedin Navabi. Digital Design and Implementation with Field Programmable Devices, Springer, 2005


[17] 谭志虎,秦磊华,胡迪青. 计算机组成原理实践教程——从逻辑门到CPU,清华大学出版社,2018

[18] 汤勇明,张圣清,陆佳华著,搭建你的数字积木——数字电路与逻辑设计(Verilog HDL&Vivado版),清华大学出版社,2017.05

[19] 蒋立平著,数字逻辑电路与系统设计(第3版). 电子工业出版社, 2019.01

 



网络资源:

[1] 中国计算机学会:https://www.ccf.org.cn

[2] 中国电子学会:https://www.cie-info.org.cn

[3] 美国电气和电子工程师协会(IEEE):https://www.ieee.org

[4] 美国计算机学会:https://www.acm.org

[5] 百度百科:https://baike.baidu.com/view/494470.htm

[6] 维基百科:https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_electronics

[7] 全国大学生电子设计大赛:https://www.nuedcchina.cn/


学术期刊:

[1]《电子工程专辑》(https://www.eet-china.com ) :提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势,以双周刊为亚洲及中国的电子工程师社群提供及分析最新工业和科技趋势, 并以工程师合适的形式及熟悉的语言传递所需信息。

[2]《计算机世界》(https://www.ccw.com.cn):1980 年创办,中国第一份面向IT领域的专业媒体,是中国目前发行量最大、读者面最广的IT专业媒体,也是IT专业媒体中惟一跻身中国报业10强的媒体。

[3]《电子产品世界》(https://www.eepw.com.cn):美国IDG集团和中国科技信息研究所共同创办,服务于中国电子业界的广大技术工程师以及技术决策者,在嵌入式系统、元器件、电源、无线技术、消费类电子、测试测量和EDA 等热门领域都有深入细致的报道。

[4]《电子技术设计》(EDN China)(https://www.ednchina.com):中国第一本专注电子设计领域的杂志,为电子设计工程师提供第一手的业界资讯、深度技术文章和海量技术资源,并有汇聚各界精英,最具人气的技术社区。

[5]《电子设计应用》(https://www.eaw.com.cn):中国科学技术信息研究所主办,紧紧围绕电子设计与技术应用的定位,提供设计思路,展示解决方案,开设IC设计、通信与计算机、自控与测量、嵌入式系统、电源技术和芯片应用六大板块。

[6] 《今日电子》(https://www.epc.com.cn/):电子工业出版社主办,报道最新产品技术的电子行业的权威杂志,创刊于 1993年,1998年10月后以美国电子行业的权威杂志 《Electronic Products》为蓝本,以产品为纲,及时为国内的电子工程师和工程管理人员提供最前沿的产品技术信息。

[7]《中国电子商情-基础电子》(https://www.chinaem.com.cn):专注分析电子工业产业链,从市场、技术、产品到企业战略的最新变化,形成了自己特有的多功能、多元化、立体型的资讯服务体系和丰富的行业资源与优势,其高效的传播速度和庞大的传播网络使之成为电子行业实力强大的商业媒体,也成为电子行业从业人员设计、选型与采购的重要工具书。

[8]《EDN》(英文版)(https://www.edn.com/):推荐电子类专业的研究生,高级工程师优先阅读,本科生、工程师可以从其中文版 EDN China开始阅读。

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常见问题

Q:数字电路与逻辑课程的内容很多,按照课程的网站内容和您的视频录像我很容易理解一些问题,但做题时还是经常无法下手,如何才能学好这门课?

A:这门课的内容很多,非常强调理论联系实际,建议大家边学理论边做实验,这样有助于理解理论内容;要在看懂教材中的例题的前提下多做联系,可以从先做例题开始,遇到困难看看例题中是如果解决的,重点理解题的思路。例如,关于逻辑表达式的化简,一定要对公理和定理理解和记忆清楚,多做课后练习,掌握在什么情况下使用什么定理和公理,电路分析和设计也类似。


Q:电路不太容易画好,请问使用什么软件可以画得又快又好呢?

A:可以使用Visio或logisim软件来画电路图,Visio使用简单,logisim软件是专业的电路仿真软件,建议大家开始可以使用Visio来画。


Q:请问期末考试的范围是什么?有重点吗?

A:八章的内容属于考试范围,视频教学中强调的需要掌握的内容就是考试的重点,请大家认真复习。

华中科技大学
3 位授课老师
何云峰

何云峰

副教授

于俊清

于俊清

教授

赵贻竹

赵贻竹

副教授

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