沈阳理工大学 数字逻辑与硬件描述语言教学大纲10计划20.doc

数字逻辑与硬件描述语言课程教学大纲课程代码：030631007课程英文名称：digital logic and VHDL课程总学时：56 讲课：48 实验：8 上机：0适用专业：通信工程大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标数字逻辑与硬件描述语言是通信工程专业的专业基础课。该课程主要讲授数字逻辑电路的基本知识、基本理论和基本分析、设计方法，并利用现代EDA技术的VHDL和Multisim进行数字逻辑电路分析与设计。在通信专业培养计划中，它起到由专业基础课向专业课过渡的承上启下的作用。本课程的教学任务是通过本课程的理论学习，使学生掌握有关数字逻辑的基本理论，熟悉数字逻辑电路基本器件的电路结构、功能和使用方法，掌握数字逻辑电路的分析方法和设计方法。通过课堂教学演示环节及课程设计，使学生掌握利用VHDL和EDA工具进行数字逻辑电路设计的方法，培养学生初步具有数字电路和数字系统的工程技术技能，学习先进的应用技术和方法，培养严谨的科学态度和良好的作风。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1掌握数字逻辑电路分析与设计方法，掌握学习应用先进的EDA技术，具有设计一般数字电路的的初步能力； 2树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术信息； 3具有运用标准、规范、手册等有关技术的能力； 4了解典型数字逻辑，通过Multisim实时电路分析获得实验技能的基本训练；5了解数字逻辑与硬件描述语言的新发展。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握数字逻辑电路和现代EDA技术的基础知识，常用的数字小规模、中规模和部分大规模集成电路的特点、使用方法及应用。2.基本理论和方法：掌握数字逻辑电路基本工作原理，常用门电路的特点及应用方法，典型中规模集成电路的设计方法，级联扩展应用等。555、A|D、D|A基本原理及典型应用。VHDL设计实现数字逻辑电路。Multisim仿真环境中仿真实现数字逻辑电路，通过虚拟仪器分析电路，排查故障等。掌握简单数字系统的分析和设计方法。3.基本技能:掌握分析数字电路、设计数字电路、VHDL程序分析及设计技能等。（三）实施说明 1教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；注意培养学生提高利用手册等技术资料的能力。本课程是一门应用性较强的专业基础课，必须注重理论结合实际，重点研讨电路的设计与实际应用，同时结合相应的仿真软件，让学生既有理性认识也有感性认识。为今后从事电子工程方面实际工作打下基础。 2教学手段：本课程属于专业基础课，在教学中采用电子教案及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。3计算机辅助设计：要求学生在EDA环境中实现典型数字逻辑电路。Multisim仿真环境中通过虚拟仪器分析自主设计的电路。（四）对先修课的要求本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程的先修课程为C语言程序设计等。本课程将为数字系统课程设计、通信原理等专业课、以及毕业设计的学习打下良好基础。（五）对习题课、实践环节的要求 1对重点、难点章节（如：组合逻辑电路、时序电路）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容覆盖大纲要求，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 3安排大作业，大作业成绩作为平时成绩的一部分。4本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。（六）课程考核方式 1考核方式：考试 2考核目标：在考核学生对数字逻辑电路基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分析电路能力、设计电路能力和VHDL程序设计及程序分析能力。 3成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括中期考试、作业、小测验、课堂提问等）占15%，实验占15%期末考试成绩占70%。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出。 （七）参考书目数字电子技术基础简明教程， 清华大学电子学教研组编，高等教育出版社，2006数字逻辑基础与VHDL设计， Stephen Brown著，清华大学出版社，2010数字电路逻辑设计， 王毓银编，高等教育出版社，2006 数字逻辑原理与VHDL设计， 徐志军 尹廷辉编，机械工业出版社，2008 VHDL电路设计，雷伏容编著，清华大学出版社，2006基于Multisim2001的电子电路计算机仿真与设计，黄智伟主编，电子工业出版社，2006 VHDL设计实例与仿真，姜雪松等编著，机械工业出版社，2007二、中文摘要本课程是通信工程专业学生必修的一门实践性很强的主干专业基础课程。课程通过对数字逻辑及硬件描述语言内容的讲授，使学生掌握数字逻辑电路分析设计的基本知识、原理及方法，并具有设计简单数字系统的能力。课程主要内容包括组合电路、时序电路、VHDL程序设计、仿真等。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1逻辑代数与EDA技术的基础知识661.1逻辑函数表示方法、化简方法441.2EDA技术的基础知识222门电路442.1门电路的基本工作原理222.2门电路的VHDL描述及其仿真2223组合逻辑电路14143.1组合逻辑电路的分析和设计方法223.2典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析1223.3典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析2223.4典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析322 3.5用中规模集成电路实现组合逻辑函数223.6组合逻辑电路的VHDL描述及其仿真4424触发器664.1触发器原理444.2触发器的VHDL描述及其仿真2225时序逻辑电路12125.1同步时序电路的分析和设计方法445.2寄存器和移位寄存器及其Multisim仿真分析225.3计数器及其Multisim仿真分析1225.4计数器及其Multisim仿真分析2225.5时序电路的VHDL描述及其仿真2226脉冲波形的产生与整形电路226.1脉冲波形的产生与整形电路及其Multisim仿真分析227数模、模数转换电路447.1数模转换电路227.2模数转换电路22合计48488四、教学内容及基本要求第1部分 逻辑代数与EDA技术的基础知识总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0第1.1部分 逻辑函数表示方法、化简方法（讲课4学时） 具体内容: 1)明确本课程的内容、性质和任务； 2)掌握数制与码制； 3)掌握逻辑函数及其表示方法； 4)掌握逻辑函数的化简方法，在Multisim中用逻辑分析仪实现函数化简第1.2部分 EDA技术的基础知识（讲课2学时） 具体内容: 1)掌握EDA技术的基础知识； 2)掌握VHDL语言基本结构； 3)掌握VHDL语言环境； 4)了解EDA发展状况；重 点: 逻辑函数的化简方法和表示方法，EDA技术的基础知识和VHDL 难 点: 约束的概念；EDA技术的概念和对VHDL程序进行编译、修改时出现的各种错误习 题:化简运算及编程第2部分 门电路 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:2 上机:0第2.1部分 门电路的基本工作原理（讲课2学时） 具体内容: 1)掌握半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性； 2)掌握TTL、CMOS门电路的基本工作原理；3)掌握传输门、三态门、漏极和集电极开路门的电路组成、工作特点。第2.2部分 门电路的VHDL描述及其仿真（讲课2学时） 具体内容: 各种门电路的VHDL描述及其仿真重 点:传输门、三态门、开路门的逻辑功能，基本门电路VHDL描述难 点: 门电路的内部结构。习 题: 各种门电路输入输出关系运算，用VHDL仿真实现基本门电路并绘制波形第3部分 组合逻辑电路总学时(单位：学时):14 讲课:14 实验:2 上机:0第3.1部分 组合逻辑电路的分析和设计方法（讲课2学时）具体内容:掌握分析组合逻辑电路的方法，根据真值表描述电路功能。掌握设计组合逻辑电路的方法，根据功能描述绘制电路图。第3.2部分 典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析1（讲课2学时）具体内容:掌握加法器和数值比较器设计方法和基本原理。MULTISIM中仿真分析。第3.3部分 典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析2（讲课2学时） 掌握编码器、译码器和七段译码器基本原理和设计方法，MULTISIM中仿真分析。第3.4部分 典型组合逻辑电路及其Multisim仿真分析3（讲课2学时）掌握数据选择器及分配器基本原理和设计方法，MULTISIM中仿真分析。第3.5部分 用中规模集成电路实现组合逻辑函数（讲课2学时）掌握数据选择器及译码器级联设计组合逻辑函数，MULTISIM中仿真分析。第3.6部分 组合逻辑电路的VHDL描述及其仿真（讲课4学时）掌握组合电路中的竞争冒险，典型组合逻辑电路的VHDL描述及其仿真，波形绘制。重 点: 组合逻辑电路的分析、设计。用中规模集成电路实现组合逻辑函数。组合逻辑电路的VHDL描述及其仿真。难 点: 组合逻辑电路的设计，竞争冒险的判断。习 题: 组合逻辑电路的分析、设计等，典型MSI的VHDL描述。第4部分 触发器 总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:2 上机:0第4.1部分 触发器原理（讲课4学时）具体内容: 1)掌握基本RS触发器、同步RS触发器和D触发器的工作特点。 2)掌握边沿触发器（D、JK、T、T）逻辑功能和工作特点。3)掌握触发器的功能表示方法。第4.2部分 触发器的VHDL描述及其仿真（讲课2学时）具体内容: 掌握触发器的VHDL描述及其仿真，了解触发器的Multisim仿真实现。重 点: 触发器的次态、现态的概念，触发器的逻辑功能表示方法：特性表、特性方程、状态转换卡诺图、状态图、时序图。触发器的VHDL描述及其仿真。难 点: 次态、现态的概念的建立，触发器的电路结构与逻辑功能。习 题: 写特征方程等第5部分 时序逻辑电路 总学时(单位：学时):12 讲课:12 实验:2 上机:0第5.1部分 同步时序电路的分析和设计方法（讲课4学时）具体内容： 1)掌握同步时序电路的分析和设计方法。2)掌握状态转换图，波形图。3)掌握时钟方程，驱动方程，输出方程，状态方程。第5.2部分 寄存器和移位寄存器及其Multisim仿真分析（讲课2学时）具体内容：掌握寄存器和移位寄存器原理及应用。结合Multisim作仿真分析。第5.3部分 计数器及其Multisim仿真分析1（讲课2学时）具体内容：掌握触发器设计计数器方法，熟练写出时钟方程，驱动方程，输出方程，状态方程。第5.4部分 计数器及其Multisim仿真分析2（讲课2学时）具体内容： 1)掌握MSI设计计数器方法。 2)掌握清零端，置位端归零法。3)掌握同步、异步区别。4） 结合Multisim作仿真分析。第5.5部分 时序电路的VHDL描述及其仿真（讲课2学时） 具体内容： 掌握时序电路的VHDL描述及其仿真重 点: 同步时序电路的分析和设计方法。用集成计数器构成N进制计数器。时序电路的VHDL描述及其仿真。难 点:实际时序逻辑问题到最简状态图的数学抽象。画时序图。数字系统电路的VHDL描述。习 题: 时序电路的分析和设计，VHDL描述及其仿真等；第6部分 脉冲波形的产生与整形电路总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容: 1)掌握施密特触发器及其应用。 2)掌握单稳态触发器、多谐振荡器基本原理。3)掌握555定时器及其应用。4） 结合Multisim作仿真分析。重 点:施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、石英晶体振荡器的主要工作特点。难 点: 几种典型电路的工作原理及波形分析。习 题: 典型电路的主要工作特点第7部分 数模、