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数字电路与逻辑设计
第2次开课
开课时间: 2021年08月30日 ~ 2021年08月31日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 50 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
spContent=本课程是电子信息类专业本科生在电子技术方面的专业基础课,以采用数字集成电路设计数字硬件电路模块、数字系统的自顶向下设计方法为特色,具有很强的逻辑推理和工程实践性。
本课程是电子信息类专业本科生在电子技术方面的专业基础课,以采用数字集成电路设计数字硬件电路模块、数字系统的自顶向下设计方法为特色,具有很强的逻辑推理和工程实践性。
—— 课程团队
课程概述

信息时代,对信息的及时存储、处理和传输是人们要解决的基本问题,其中的硬件——数字集成电路是关键之一,本课程是学习数字集成电路的入门课程。

本课程以常见的数字集成电路应用为主线,先后介绍了功能固定组合集成电路、时序集成电路及可编程逻辑器件(PLD)。

通过本课程的学习,能掌握数字电路模块的基本分析、设计方法;了解A/DD/A转换的原理与过程;掌握半导体存储器的应用方法;了解数字系统的描述工具,掌握数字系统的自顶向下设计方法。

本课程以采用数字集成电路设计数字硬件电路模块、自顶向下法设计数字系统为特色,具有很强的逻辑推理和工程实践性。

授课目标

(一)思想、素质教育目标

目标1.1  具有探索创新意识

目标1.2  具有求真务实、精益求精的工匠精神。

(二)知识教学目标

目标2.1 掌握数字逻辑的基本理论和基本分析方法;

目标2.2了解常用功能固定组合器件、时序器件及可编程逻辑器件(PLD)的工作原理,了解A/DD/A转换的原理与过程;

目标2.3掌握数字电路模块和数字系统的基本分析、设计方法,掌握半导体存储器的应用及容量扩展方法;初步了解Verilog HDL语言。

(三)能力教学目标

目标3.1  具有合理选择与正确使用数字集成器件的能力;

目标3.2  具有数字单元电路、简单数字系统的分析和设计能力,能将其用于分析工程问题中的数字电路问题。

成绩 要求

课程成绩由四部分组成

       · 单元测验                           30%

       · 单元作业(互评作业)   15%

       · 期末考试                           40%

       · 论坛讨论                          15%     

      注:(1)每周会发布单元测验题(客观题,题库随机选题),在规定提交日期之前完成即可获得相应分数。

               2)在讨论区的课堂交流区发帖,系统才会统计发帖次数,计算得分。

                 (3)单元作业(互评作业)成绩由两个因素决定:一是自己的作业正确率,由其他5人来批改,去掉最高分和最低分后取平均值为作业得分;二是自己给其他人批改作业,每位同学需要至少批改5同学的作业才可获得作业得分的100%,未参加互评的同学只能得到自己作业得分的50%,参加了互评但是没有达到5份作业的同学只能得到作业得分的80%

                (4)本课程没有认证证书。

课程大纲
数制与码制(2学时)
课时目标:了解数制、码制的基本概念,掌握常用数制(二、八、十、十六进制)及转换方法,了解常用二进制码(自然二进制码、循环码、奇偶校验码)及BCD码(8421BCD、5421BCD、余3BCD)。
1-1 数字信号与数字电路概述
1-2 数制(三要素)
1-3 数制转化(非十进制和十进制)
1-4 数制转换(非十进制内部转换)
1-5 码制(二进制码)
1-6 码制(二-十进制码)
1-7 码制(BCD的加减法运算)
逻辑代数基础(7学时)
课时目标:掌握逻辑代数的基本概念、基本公式、基本规则,掌握逻辑函数的描述方式(真值表、表达式、电路图、卡诺图)及其相互转换方法,了解逻辑函数最简与或式的公式化简法,掌握逻辑函数(4变量及以下)最简与或式的卡诺图化简法。了解硬件描述语言Verilog HDL的基本概念和基本架构。
2-1 基本逻辑运算
2-2 复合逻辑运算
2-6 逻辑运算公式
2-7 逻辑运算基本规则
2-8 逻辑函数的标准形式(最小项)
2-9 逻辑函数的标准形式(最小项表达式)
2-10 逻辑函数的化简(公式法)1
2-11 逻辑函数的化简(公式法)2
2-12 逻辑函数的化简(卡诺图法)1
2-13 逻辑函数的化简(卡诺图法)2
2-14 逻辑函数的化简(卡诺图法)3
2-15 逻辑函数的化简(卡诺图法)4
逻辑门电路(4学时)
课时目标:掌握MOS场效应管的开关特性和有关参数,了解CMOS反相器的功能和主要外部电气特性,了解CMOS与非门、或非门、OD门、三态门的工作原理。
2-3 逻辑运算的电路实现(开关特性)
2-4 CMOS反相器
2-5 其他类型CMOS门电路
组合逻辑电路(11学时)
课时目标:掌握SSI组合电路的分析方法与双轨输入条件下的设计方法,了解MSI组合电路编码器、译码器、数据选择器、数据比较器、加法器的功能,掌握用MSI组合电路数据选择器、数据比较器、加法器实现组合逻辑设计的方法,了解组合电路中的竞争冒险现象,掌握增加多余项消除逻辑冒险的方法。了解使用Verilog HDL语言来设计常见的MSI组合电路(编码器、译码器、数据选择器、数据比较器、加法器等)。
3-1 组合逻辑电路的分析
3-2 组合逻辑电路的设计
3-3 编码器1
3-4 编码器2
3-5 译码器1
3-6 译码器2
3-7 译码器3
3-8 数据选择器1
3-9 数据选择器2
3-10 数据比较器
3-11 全加器
3-12 竞争和冒险1
3-13 竞争与冒险2
3-14 竞争与冒险3
触发器(4学时)
课时目标:掌握基本SR触发器的结构、工作原理,掌握描述触发器逻辑功能的各类方法,了解钟控触发器、边沿DFF的工作原理,掌握触发器的逻辑功能及其应用。了解使用Verilog HDL语言设计常用触发器。
4-1 基本SRFF1
4-2 基本SRFF2
4-3 钟控电位触发器
4-4 维持阻塞DFF
4-5 负边沿JKFF
4-6 TFF和T‘FF
时序逻辑电路(16学时)
课时目标:掌握时序电路的基本概念,了解一般时序电路的分析方法,掌握寄存器和移存器电路结构的特点,了解典型MSI移存器74194的功能,了解典型MSI二进制、十进制计数器的功能,掌握任意进制同步计数器分析和设计方法(复0法和预置0法),了解计数器的级联方法,掌握序列码发生器(已知码型)的设计方法,了解顺序脉冲发生器的构成方法,掌握有限状态机建模及根据状态机模型设计电路。
5-1 概述和寄存器1
5-2 寄存器2
5-3 同步计数器的分析1
5-4 同步计数器的分析2
5-5 同步计数器的设计
5-6 MSI同步计数器1
5-7 MSI同步计数器2
5-8 MSI同步计数器3
5-9 异步计数器
5-10 移存型计数器
5-11 序列信号发生器1
5-12 序列信号发生器2
5-13 序列信号发生器3
5-14 顺序脉冲信号发生器
5-15 一般时序电路的分析
5-16 一般同步时序电路的设计1
5-17 一般同步时序电路的设计2
5-18 一般同步时序电路的设计3
半导体存储器(2学时)
课时目标:了解各种半导体存储器的工作原理,掌握ROM、RAM的使用方法和存储容量扩展方法,掌握用ROM实现组合电路的方法。
6-2 PROM工作原理
6-3 ROM的应用
可编程逻辑器件(4学时)
课时目标:掌握PLD的基本结构和基本原理,了解PLD的描述方法和分类,了解PLA、PAL、GAL的基本结构和基本原理,了解应用可编程逻辑器件实现组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本方法。
6-1 PLD概述
6-4 PLD的制造工艺分类和开发流程
6-5 PLA和PAL
6-6 GAL
6-7 FPGA
数字系统设计基础(10学时)
课时目标:了解数字系统设计的过程,了解寄存器传输语言描述数字系统的方法,掌握算法流程图转换为ASM图的方法,了解数据处理器的设计方法,掌握每态一个触发器设计控制器的方法。
7-1 数字系统概述
7-2 数字系统设计方法和步骤
7-3 寄存器传输语言
7-4 方框图和算法流程图
7-5 算法状态机图1
7-6 算法状态机图2
7-7 数字系统设计实例1
7-8 数字系统设计实例2
7-9 数字系统设计实例3
D/A和A/D转换(3学时)
课时目标:掌握D/A和A/D转换电路的主要技术指标,掌握D/A和A/D转换的一般原理和过程,了解典型D/A和A/D转换电路的工作原理及其应用。
8-1 数模转换
8-2 模数转换
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预备知识

本课程的先修课程是高等数学、大学物理、电路分析基础、模拟电子线路。

参考资料

[1] 王毓银.数字电路逻辑设计[M].第二版.北京:高等教育出版社,2018

[2] .数字电子技术基础[M].第六版.北京:高等教育出版社,2016

[3] 刘宝琴.数字电路与系统[M].第二版.北京:清华大学出版社,2007

南京邮电大学
6 位授课老师
黄丽亚

黄丽亚

教授

杨恒新

杨恒新

副教授

车晶

车晶

副教授

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