课程概述

 数字电路学什么,怎么学?这是开始学习本课程需要搞清楚的问题。

    1. 数字电路学什么?

    数字电路课程首先介绍数字电路的组成、数字信号的特点、各种数字单元电路在数字系统中的作用等;在内容编排上,按先基本逻辑电路后逻辑部件、先单元电路后系统电路、先数字电路后脉冲电路编排;各章节内容包括:数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、半导体存储器和可编程逻辑器件、数/模(D/A)和模/数(A/D)转换电路、硬件描述语言(VHDL)。


              

    2.怎么学数字电路?

   授课中穿插使用提问-回答、启发、互动、仿真实验等方法,课堂教学以讲授为主,注重培养学生运用知识的实际能力、实践能力和创新意识。

    数字电路在线已经成为师生非常重要的教学信息获取的工具,在课程教学中起着重要的辅助作用。在线课程包括课程教学大纲、教学进程安排、参考书目、授课PPT、补充习题、测验等资料,学生可以通过网络进行浏览、提问、讨论等,教师可以在线答疑、提供与课程相关的资料、查看选课学生的学习状况等相关信息。

    数字电路课程有较强实践性,要重视实验技术,实验是本课程不可缺少的重要环节,学好本课程要求既有理论知识,又能动手实践。教师要有目的地引导学生利用仿真实验软件完成相应的仿真实验并积极完成实际实验。


证书要求

完成全部的课程学习,由任课教师签发课程结业证书,其中60≤成绩<80者获得合格证书,成绩≥80者将获得优秀证书。

预备知识

《计算机应用基础》、《电路原理》、《模拟电子技术》

授课大纲

《数字电路》教学大纲

 

一、课程基本情况


1. 课程名称:数字电路;Digital Circuit

2. 学分/学时:2.0/32

3. 课程类別:必修/专业基础/2年级

4. 适用专业:电子信息类各专业

5. 先修课程:《计算机应用基础》、《电路原理》、《模拟电子技术》

6. 参考教材:朱幼莲.数字电子技术.北京:机械工业出版社,2011.

7. 教学安排: 本课程为32学时


二、课程的教学目标

 (1) 使学生理解数字电子技术的基本概念,基本理论和基本应用,熟悉门电路构成的数字电路的一般分析与设计方法;培养学生运用专业基础知识分析问题解决问题的能力。

 (2)使学生熟悉中规模集成电路的原理,掌握中规模集成电路的应用;培养学生集成电路的分析、应用能力,自我获取新知识的学习能力和创新意识,为后续课程的学习以及解决工程实践中所遇到的实际问题打下坚实的基础。

 (3)理解脉冲信号的产生与整形原理,熟悉555定时器的原理及应用;进一步加强学生理论联系实际,解决工程实践问题的能力培养。


三、课程的基本内容

(一)数字逻辑基础

1.基本内容:数制和码制,逻辑运算,逻辑函数及描述方法,公式法化简逻辑函数,卡诺图法化简逻辑函数,TTL 集成门电路,CMOS集成门电路,特殊的集成逻辑门(集电极开路门、漏极开路门和三态门)。

2.基本要求:熟悉常用数制、编码的表示方法及其相互转换;熟悉逻辑代数的基本定律、规则和常用公式;熟悉由简单的逻辑命题建立逻辑函数的基本方法;掌握逻辑函数的化简方法,能熟练地应用卡诺图化简逻辑函数;熟练掌握常用门电路的逻辑符号及逻辑功能;了解TTL与非门、CMOS反相器的工作原理;掌握集成逻辑门的外部特性、主要参数和使用方法;理解特殊的集成逻辑门(集电极开路门、漏极开路门和三态门)的主要特点、逻辑符号及应用。

3.重 点:逻辑函数的化简方法、常用门电路的逻辑符号及逻辑功能、集成逻辑门的外部特性、主要参数和使用方法。

(二)组合逻辑电路

1.基本内容:组合逻辑电路的基本概念,组合逻辑电路的分析,组合逻辑电路的设计,常用MSI组合逻辑器件(加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器)及应用,组合逻辑电路的竞争冒险。

2.基本要求:掌握组合逻辑电路的分析与设计方法;理解常用MSI组合逻辑器件(加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器)的工作原理,熟练掌握其逻辑功能及应用;了解组合逻辑电路中的竞争冒险现象。

3.重 点:组合逻辑电路的分析与设计方法,常用MSI组合逻辑器件(加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器)的逻辑功能及应用。

(三)时序逻辑电路

1.基本内容:时序逻辑电路的基本概念,基本RS触发器,电平触发的触发器,脉冲触发的触发器,边沿触发的触发器,集成触发器及功能转换,时序逻辑电路的分析与设计方法,计数器及应用,寄存器和移位寄存器及应用,序列信号发生器,时序电路中的竞争冒险现象。

2.基本要求:理解时序逻辑电路的基本概念,了解触发器的结构及工作原理;掌握触发器的触发方式(电平触发、脉冲触发、边沿触发)、逻辑功能(RS、D、JK、T)及描述方法;熟悉触发器逻辑功能的转换方法;掌握同步时序电路的分析与设计方法;了解异步时序电路的分析与设计方法;理解常用MSI时序逻辑器件(计数器、寄存器、移位寄存器)的工作原理,熟练掌握其逻辑功能及应用;了解时序电路中的竞争冒险现象。

3.重 点:触发器的触发方式、逻辑功能及描述方法,同步时序电路的分析与设计方法,常用MSI时序逻辑器件(计数器、移位寄存器等)的逻辑功能及应用。

(四)脉冲的信号的产生与整形

1.基本内容:555定时器的工作原理,单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理及应用,由555构成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计算。

2.基本要求:理解555定时器的工作原理;理解单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理及应用;掌握由555构成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计算。

3.重 点:555构成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计算。

(五) 半导体存储器和可编程逻辑器件

1.基本内容:大规模集成电路的特点和发展概况,ROM、RAM的结构、工作原理及应用,可编程逻辑器件的结构、基本原理及应用。

2.基本要求:了解大规模集成电路的特点和发展概况;了解ROM、RAM的结构和工作原理,掌握存储容量的扩展方法;了解可编程逻辑器件的结构、基本原理,熟悉应用可编程逻辑器件实现逻辑电路的方法。

3.重点与难点: 存储容量的扩展方法,应用可编程逻辑器件实现逻辑电路的方法。

(六)A/D和D/A转换电路

1.基本内容: A/D转换和D/A转换的基本概念和转换过程,A/D转换电路,D/A转换电路,典型集成A/D转换器和D/A转换器。

2.基本要求:理解A/D转换和D/A转换的基本概念和转换过程,掌握常见的A/D转换和D/A转换电路,了解典型集成A/D转换器和D/A转换器。

3. 重点和难点:常见的A/D转换电路和D/A转换电路

(七) 硬件描述语言(VHDL)

1.基本内容:VHDL的历史,VHDL的标识符命名规则,VHDL代码结构、数据类型和运算操作符,常用VHDL的并行语句和顺序语句,组合逻辑电路的VHDL设计,时序逻辑电路的VHDL设计,元件例化语句与层次化设计方法,VHDL有限状态机,设计实例。

2.基本要求:了解VHDL的历史,理解VHDL的标识符命名规则,熟悉VHDL代码结构、数据类型和运算操作符,掌握常用VHDL的并行语句和顺序语句,熟练掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的VHDL设计,掌握元件例化语句与层次化设计方法,理解VHDL有限状态机。

   3.重点和难点:组合逻辑电路和时序逻辑电路的VHDL设计,元件例化语句与层次化设计方法


四、课程的教学方法与考核

1.课程的教学方法

本课程采用在线授课和多媒体课件自学相结合的方式,穿插使用随堂提问、讨论等在线互动形式。课后有作业、单元测试,学期结束有期末考试。

3.课程的考核

  成绩评定:单元测试25%;作业25%;期末50%

 

五、课程学时分配


(一)数字逻辑基础        5学时

(二)组合逻辑电路        8学时

(三)时序逻辑电路        10学时

(四)脉冲的信号的产生与整形   2学时

(五)存储器和可编程逻辑器件   2学时

(六)A/D和D/A转换电路        1学时

(七)硬件描述语言(VHDL)     4学时


参考资料

1. 阎石. 数字电子技术基础. 第五版. 北京:高等教育出版社,2006.

2. 康华光. 电子技术基础(数字部分).第五版. 北京:高等教育出版社,2006

3. 王毓银. 数字电路逻辑设计(第三版). 北京:高等教育出版社,2003.

4. 潘松、黄继业. EDA技术实用教程(VHDL版). 北京:科学出版社,2013.

5. Volnei A. Pedroni著,乔庐峰,王志功 等译. VHDL数字电路设计教程. 北京:电子工业出版社,2013.


常见问题

Q :  没有学过模拟电子技术是否可以学数字电路?

A :  可以。如果有了模电的基础,那么在学逻辑门电路这一章时会比较轻松些,没有学过影响也不大,因为我们在讲课时会尽量避免模电的基础,尽量淡化逻辑电路或逻辑器件的内部结构,而侧重器件的外围特性和应用。

Q :  大一的基础课没有学好,基础比较薄弱,能否学好数字电路?

A :  能学好本课程。数字电路课程与先修课程的思维方式和学习方法不同,数字电路的分析工具是逻辑代数,大家的起点都是一样的,要有信心学好这门课程