《数字电路与逻辑设计》课程实施大纲

PAGEPAGE96《数字电路与逻辑设计》课程实施大纲1．教学理念12．课程介绍12.1课程的性质12.2课程在学科专业结构中的地位、作用12.3课程的前沿及发展趋势22.4学习本课程的必要性23．课程介绍34．教师简介24.1教师的职称、学历24.2教育背景24.3研究兴趣（方向）35．先修课程36．课程目标36.1知识与技能方面36.2过程与方法方面46.3情感、态度与价值观方面47．课程内容47.1课程的内容概要47.2学习要求47.3学时安排58.课程实施58.0绪论78.1教学单元一88.2教学单元二108.3教学单元三158.4教学单元四168.5教学单元五188.6教学单元六208.7教学单元七208.8教学单元八268.9教学单元九308.10教学单元十378.11教学单元十一438.12教学单元十二488.13教学单元十三528.14教学单元十四538.15教学单元十五598.16教学单元十六618.17教学单元十七668.18教学单元十八708.19教学单元十九728.20教学单元二十748.21教学单元二十一758.22教学单元二十二778.23教学单元二十三828.24教学单元二十四869．课程要求909.1学生自学要求909.2课外阅读要求909.3课堂讨论要求909.4课程实践要求9010．课程考核9110.1出勤（迟到、早退等）、作业、报告等的要求9110.2成绩的构成与评分规则说明9110.3考试形式及说明9111．学术诚信9112．课堂规范9112.1课堂纪律9112.2课堂礼仪9113．课程资源9213.1教材与参考书9213.2专业学术著作9313.3专业刊物9313.4网络课程资源9313.5课外阅读资源9414．教学合约94教学理念自20世纪60年代数字集成电路问世以来，数字电子技术快速发展的脚步始终没有停息。今天，数字电子技术的应用领域仍在继续扩展，半导体集成电路的集成度和复杂度仍在不断提高，现场可编程技术的应用更加广泛，EDA技术日益成熟和完善，数字电子技术及其应用已经成为一个十分浩瀚的领域。本课程即为该技术领域的一门“入门级”基础课程。

本课程的实践性是培养学生创新意识，提高学员创新能力的有力保障。本课程具有自身的体系和特点，既具有很强的理论性、系统性和完整性，又具有很强的工程性、实践性，在基础课和后续专业课之间起到了重要的承上启下的作用，它对于培养学员的工程实践能力、实际动手能力、科技创新能力，特别是应用电子技术思考、分析、解决实际工程问题的能力，具有非常重要的意义。课堂不再是教师的天下，师生间可以围绕某个问题进行深入讨论，师生间是一种双向沟通的关系。以启发式教学为指导思想，尊重学生的首创精神。教学方法宜综合采用讲授法、讨论法、实验法、多媒体教学法，由单一走向多元化、现代化、和综合化。我们将具体采用以下方法进行教学：（1）把教学内容巧妙地安排在任务中。（2）直观演示法：利用图片的投影等手段进行直观演示，激发学生学习的兴趣，活跃课堂气氛，促进学生对知识的掌握。通过幻灯片的使用是教学更加生动，从而达到提高课堂教学效率的目的。（3）启发式教学法:采用提问与思考的形式，调动学习积极性。

（4）辅助方法：讲授、讨论、练习、习题课讲解、答疑、实验等。2．课程介绍2.1课程的性质本课程的建设是我院本科专业基础系列课程建设的重要内容。目前电子电路系列课成包括“电工与电路基础”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“高频电子线路”、“EDA技术原理”、“DSP技术”、“单片机与嵌入式技术”等多门课程，本课程既是该本科系列课中的核心课程之一，又是多门研究生课程的理论基础。2.2课程在学科专业结构中的地位、作用本课程是我校电子信息类、自控类、计算机及部分非电类专业的大类技术基础课程，是EDA技术原理、单片机与嵌入式系统、专用集成电路（ASIC）设计、超大规模集成电路（VLSI）设计、实时信号处理、数字信号处理、通信系统等许多后续专业课程的基础。课程系统地介绍了数字电子技术的基础理论、逻辑分析工具、各基本逻辑模块的内部原理及外部特性，并详细讲解了数字逻辑电路的分析方法和设计方法以及脉冲波形的产生与整形、半导体存储器及PLD器件以及模/数和数/模转换电路等相关知识。课程主要研究数字信号存储、变换、运算和数字逻辑的分析与设计等。通过该课程的学习，学生们将掌握有关数字电子技术的基础知识，了解数字电路基本逻辑单元的功能，学会分析和设计中、大规模数字电路及数字系统，从而培养学生们分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习相关领域知识及实际应用打下坚实的基础。其目的是使学员通过本课程的学习，了解和掌握数字电子技术的基本概念、基本原理和基本方法，培养学员运用数字电子技术分析与处理本专业领域实际工程问题的能力，为后续课程的学习、相关科学研究打下必要的理论基础。2.3课程的前沿及发展趋势电路与系统一直是电子科学与技术领域中的一个传统学科，数字电子技术又是其中的一个重要分支。近年来，随着微电子和计算机网络等基础技术的飞速发展，数字电子技术已渗透到了科研、生产和人们日常生活的各个领域。数字系统的实现方法在经历了由分立元件、SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI和GLSI等系列演变之后，数字器件也经历了由通用集成电路到专业集成电路（ASIC）的演化。目前，随着数字集成技术和EDA、SOC、SOPC等技术的迅速发展，数字系统设计的理论和方法也在相应的变化和发展。2.4学习本课程的必要性“数字电路与逻辑设计”是目前高等院校电子电气、自动控制、计算机科学、通信及信息工程等专业具有入门性质的一门重要的专业技术基础课程。3.课程介绍《数字电路与逻辑设计》是电子及计算机等工科专业的基础必修课，实践性很强。本课程的任务是使学生熟悉数字电路的基础理论知识，掌握数字电路与系统的工作原理和分析方法，能对主要的逻辑部件进行分析和设计，为以后进一步学习和应用电子技术奠定扎实的理论与实践基础。电子信息科学是最具活力的年轻学科！从1904年年弗莱明发明的电真空二极管到1946年[美]宾州大学用18800个电子管作的世界上第一台计算机花了40年。1947年晶体管的诞生，1958年[美]德州仪器公司工程师杰克·基尔比在一块6.45平方毫米硅片上集成了12个元件，研制出了一个RC移相振荡器。这是世界上第一块集成电路芯片，它标志着电路制作上的一次革命性进展。到现在近60年的时间，随着数字电子技术的发展，人们的生活发生了极大的改变，越来越离不开电子产品和店主自己技术。目前现代电子技术中发展最为迅猛的关键技术：微电子技术、EDA技术、纳米电子技术和光电子技术。目前，所有的先进科技，如人工智能、VR、手机、笔记本电脑、智能医疗、智能住宅、自动驾驶等等一系列高科技都离不开对数字电子技术的学习。4．教师简介5．先修课程学习《数字电路与逻辑设计》课程的先修课程是《电路分析基础》、《模拟电子技术》或《线性电子线路》。6．课程目标6.1知识与技能方面本课程旨在使学生获得数字电子技术方面的基础理论、基本知识，掌握数字电路分析和设计的基本技能，从而具备应用数字电子技术的基本能力，同时掌握从电子技术专业角度分析、解决本专业领域的实际工程问题的思维方式和实际技能，为后续课程的学习和工程应用打下良好的基础。6.2过程与方法方面在教学过程中，按照兼顾知识结构构建与设计分析能力培养的教学理念，精心组织教学内容。综合利用多媒体课件、板书、仿真演示、分组研讨等手段进行课堂教学，提高教学效率。同时积极开展启发式、案例式、研讨式教学，在课程考核中将理论与平时表现相结合，调动学员的学习积极性，提高学员的自主学习能力、分析问题能力和书面及口头表达能力。6.3情感、态度与价值观方面通过本课程的教学，除使学员获得必要的学科方面的基础知识、专业技能和分析解决实际问题的能力外，还将使他们加深对电子技术在信息化建设中地位的认识，增强他们应用所学知识与技能服务社会的责任感、使命感、自觉性和自信心。同时，力求通过课程各教学环节的严格要求和教育训练，培养学员一丝不苟、严谨求实的工作作风和独立思考、自主创新的科学精神。7．课程内容7.1课程的内容概要本课程是主要内容有：逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形、数模转换和模数转换等共9章内容。7.2学习要求绪论通过对通信技术或计算机技术发展历史、现状及未来的发展趋势的介绍，引出数字电子技术发展的历史、现状及未来的发展趋势。从而引出学习数字电路与逻辑设计课程的重要性、必要性和前后课程的关联性。第一章

逻辑代数基础1．掌握二进制数、八进制数、十六进制数、十进制数之间的相互转换；以及BCD码(重点掌握8421BCD,余三BCD),格雷码的特点；2.掌握与,或,非基础运算的含义及运算符号,逻辑符号；3.掌握逻辑函数的描述方法及其互换；4.熟练掌握基本定律,公式,规则及逻辑函数的化简熟悉代数法,重点掌握卡诺图法,了解系统法。第二章门电路1．掌握TTL,CMOS基本逻辑门(非门,与非门,或非门,三态门,OC门,传输门)的逻辑功能和主要外特性和主要参数,重点掌握输入/输出之间的逻辑关系；2.了解其它逻辑门的主要特点。第三章

组合逻辑电路1．熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计的基本方法,常用中规模集成器件的逻辑功能及使用方法；2.理解常用中规模集成器件的工作原理；3.了解组合逻辑电路的竟争冒险。第四章触发器1.掌握常用触发器的触发方式,逻辑功能、真值表、特征方程、激励表；重点掌握时钟边沿触发器JKFF、DFF、TFF、T、FF；2.了解常用触发器的电路结构特点及各种触发器逻辑功能互换;重点掌握SR锁存器。第五章

时序逻辑电路1．熟练掌握时序逻辑电路的分析方法,重点是同步时序逻辑电路的分析方法；2.掌握常用中规模集成时序器件的逻辑功能及使用方法(重点:74LS194、74LS161、74LS160、74LS290)；3.正确理解同步时序逻辑电路的基本设计方法，重点掌握MSI计数器的应用及SSI设计时的状态化简的基本原则,了解状态编码。第六章

半导体存储器1.了解存储单元和存储器的逻辑功能及基本工作原理；2.熟悉ROM,RAM的结构框图、组成及工作特点；3.掌握ROM实现逻辑函数的基本方法和RAM的容量扩展方法。第七章可编程逻辑器件1．了解PLD的编程原理及结构特点；2．熟悉典型的PLD器件的使用方法及设计流程；3．熟悉在系统编程技术(ISP)和在线可重配置(ICR)的特点。4、了解硬件描述语言VerilogHDL第八章脉冲波形的产生和整形1．了解555电路的结构,工作原理；2.掌握555电路组成单稳态电路、多谐振荡器、施密特触发器的方法,以及三种电路的应用。第九章数模转换及模数转换1．掌握A/D与D/A转换的基本原理及主要的技术指标；2.了解常用的A/D与D/A的使用方法。7.3学时安排教学内容讲授学时绪论2第一章10第二章6第三章6第四章6第五章8第六章4第七章2第八章2第九章4习题讨论课及复习10小计608.课程实施（注：每次课按照２学时计划，如果是三学时，就依次调整即可，习题课根据课程进度穿插其中）

8.0教学单元零单元教学日期第1次2017.2.27单元教学目标绪论1．通过对通信技术或计算机技术发展历史、现状及未来的发展趋势的介绍，引出数字电子技术发展的历史、现状及未来的发展趋势。从而引出学习数字电路与逻辑设计课程的重要性、必要性和前后课程的关联性。2．课程内容简介。单元教学内容（含重点、难点）了解全课程的各章节的内容的基本要求。单元教学方法以技术的发展历程引出课程的发展趋势单元作业安排课后反思了解每一门课为什么要引入，怎么引入的，如何学习等问题。教学单元的参考资料通信技术和计算机技术的发展历程。课前准备情况及其他相关特殊要求教学过程：绪论各类电子设备的应用发展，以通信技术和计算机技术为例进行说明。数字系统的基本概念：数字量、模拟量、数字信号；数字系统自顶向下的分层结构说明，从中引出本课程的重心所在。本课程的性质和任务；介绍主要参考书目；通报本课程的教学及考核方式，以及上课纪律要求等。8.1教学单元一单元教学日期第2次2017.3.1单元教学目标数制和码制单元教学内容（含重点、难点）见第七部分课程内容中的学习要求单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。单元作业安排根据课程实施情况及教学要求确定作业，主要参考《数字电子技术基础》（第五版）阎石主编。课后反思教学单元的参考资料见绪论部分－主要参考书目课前准备情况及其他相关特殊要求教学过程：第一章逻辑代数基础§1.1概述电子电路中的信号模拟信号：幅度随时间连续变化的信号数字信号：幅度和时间都是离散的.数字信号的表示方式：1)采用二值数字来表示，即0、1数字。0为逻辑0，1为逻辑1；2)采用逻辑电平来表示，即H和L；3)采用数字波形来表示。§1.2几种常用的数制数制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称数制。基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。位权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。一、十进制数码为：0～9；基数是10。用字母D表示运算规律：逢十进一，即：9＋1＝10。十进制数的权展开式：D＝∑ki×10i若在数字电路中采用十进制必须要有十个电路状态与十个计数码相对应。将在技术上带来许多困难，很不经济。二、二进制数码为：0、1；基数是2。用字母B表示运算规律：逢二进一，即：1＋1＝10。三、八进制数码为：0～7；基数是8。用字母O表示运算规律：逢八进一，即：7＋1＝10。八进制数的权展开式：D＝∑ki×8i四、十六进制数码为：0～9、A～F；基数是16。用字母H来表示运算规律：逢十六进一，即：F＋1＝10。十六进制数的权展开式：D＝∑ki×16i§1.3不同数制间的转换一、二－十转换方法：将二进制数按权展开再相加，即可以转换为十进制数。方法—基数连除、连乘法将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分基数连除取余;小数部分基数连乘取整。采用基数连除、连乘法可将十进制数转换为任意的N进制数。三、二－十六转换将二进制数由小数点开始，整数部分向左,小数部分向右，每4位分成一组，不够4位补零，则每组二进制数便是一位十六进制数。四、十六－二转换方法：将每位十六进制数用4位二进制数表示。五、八进制数与二进制数的转换二进制数与八进制数的相互转换，按照每3位二进制数对应于一位八进制数进行转换。十六进制数与十进制数的转换将十六进制数转换成十进制数时，按权展开再相加即可。将十进制数转换成十六进制数时，可先转换成二进制数，再将得到的二进制数转换成等值的十六进制数§1.4二进制算术运算一、二进制算术运算的特点二进制算术运算和十进制算术运算规则基本相同，区别是“逢二进一”。反码、补码和补码运算原码最高位作为符号位,正数为0,负数为1.补码最高位作为符号位,正数为0,负数为1.正数的补码和它的原码相同;负数的补码需先将其原码数值逐位求反,然后在最低位加1.§1.5几种常用的编码我们常用的数字1、2、3……9、0通常有两大用途：表示大小：10000（一万），8848米。表示编码：000213班，8341部队。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421BCD码。2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。美国标准信息交换码ASCII码特点：是一种7位二进制代码，共有128种状态，分别代表128种字符。例：1000001代表A8.2教学单元二单元教学日期第3次2017.3.6单元教学目标第一章逻辑代数基础1．介绍逻辑变量与逻辑函数。2．讲解逻辑代数中的与或非三种基本运算及常见复合运算。3．列举逻辑函数的描述方法。4．分析推导逻辑代数的基本公式和常用公式。5．讲解逻辑代数的三个基本定律。单元教学内容（含重点、难点）逻辑代数的基本概念与运算。单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际应用出发，让学生了解逻辑变量和逻辑函数，及相关的逻辑关系。互动：请学生提出是否会有其它的逻辑的关系。理解1+1=1的含义。课堂讨论：逻辑函数的描述方法中哪些方法更好用和实用？单元作业安排P582．2选两小题课后反思现代装修中客厅灯线路是如何设计的?两套开关和灯器件之间的逻辑关系是这样的？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P19~28《数字电路逻辑设计》（第二版）：P13~27《数字系统原理与应用》（第九版）：P40~72课前准备情况及其他相关特殊要求数字逻辑代数公式中哪些与以前学过的逻辑公式含义相同，哪些不同？教学过程：：第一章逻辑代数基础§1.6概述在数字电路中，主要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，因此数字电路又称逻辑电路，其研究工具是逻辑代数（布尔代数或开关代数）。逻辑变量：用字母表示，取值只有0和1。此时，0和1不再表示数量的大小，只代表两种不同的状态。§1.7逻辑代数中的三种基本运算与逻辑（与运算）与逻辑：仅当决定事件（Y）发生的所有条件（A，B，C，…）均满足时，事件（Y）才能发生。表达式为：Y=ABC与门的逻辑符号：Ｙ＝Ａ•Ｂ 二、或逻辑（或运算）或逻辑：当决定事件（Y）发生的各种条件A，B，C，…)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）就发生。表达式为：Ｙ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…逻辑表达式为：Y=A+B实现或逻辑的电路称为或门。或门的逻辑符号：Y=A+B三、非逻辑（非运算）非逻辑：指的是逻辑的否定。当决定事件（Y）发生的条件（A）满足时，事件不发生；条件不满足，事件反而发生。表达式为：Y＝A′实现非逻辑的电路称为非门。非门的逻辑符号：Y＝A′常用的逻辑运算1、与非运算：逻辑表达式为：2、或非运算：逻辑表达式为：3、异或运算：逻辑表达式为：异或逻辑的运算规则：0⊕0=0A⊕0=A0⊕1=1A⊕1=A′1⊕0=1A⊕A′=11⊕1=0A⊕A=04、同或运算：逻辑表达式为：＝A⊙B同或逻辑的运算规则：0⊙0=1A⊙0=A′0⊙1=0A⊙1=A1⊙0=0A⊙A′=01⊙1=1A⊙A=15、与或非运算：逻辑表达式为：§1.8逻辑代数的基本公式和常用公式基本公式常量之间的关系与运算:或运算：非运算：2.基本公式0-1律：互补律：重叠律：还原律（双重否定律）3.基本定理交换律：结合律：分配律：反演律（摩根定律）：常用公式5.冗余定律或多余项定理的其他形式6.§1.9逻辑代数的基本定理代入定理任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入定理。反演定理对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数Y的反函数Y′（或称补函数）。这个规则称为反演定理。应用反演定理应注意两点：1、保持原来的运算优先顺序，即如果在原函数表达式中，AB之间先运算，再和其它变量进行运算，那么非函数的表达式中，仍然是AB之间先运算。2、不属于单个变量上的反号应保留不变。三、对偶定理对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式YD,YD称为Y的对偶式。对偶定理：如果两个逻辑式相等，则它们的对偶式也相等。利用对偶规则,可以使要证明及要记忆的公式数目减少一半。8.3教学单元三单元教学日期第4次2017.3.8单元教学目标§1-10逻辑函数及其表示方法单元教学内容（含重点、难点）逻辑函数表示方法之间的转换；逻辑函数的两种标准形式；逻辑函数形式的变换单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际应用出发，让学生了解逻辑函数的最小项表达式的意义和表达方式。互动：请学生提出逻辑函数还有没有更简便的表达方式？课堂讨论：从逻辑函数到最小项表达式哪种变换方法最简单。单元作业安排P582.62.10各选两小题2.9课后反思逻辑函数的表达方式中哪些有唯一性？哪些没有唯一性?逻辑函数形式变换主要用到哪些方法？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P29~38《数字电路逻辑设计》（第二版）：P28~31《数字系统原理与应用》（第九版）：73~82课前准备情况及其他相关特殊要求数字电路和数学中的函数有什么区别？教学过程：§1.10逻辑函数及其表示方法逻辑函数如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，当输入变量的取值确定之后，输出的取值便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻辑函数。Y=F(A,B,C,…)二、逻辑函数表示方法常用逻辑函数的表示方法有：逻辑真值表（真值表）、逻辑函数式（逻辑式或函数式）、逻辑图、波形图、卡诺图及硬件描述语言。它们之间可以相互转换。真值表：将输入、输出的所有可能状态一一对应地列出。n个变量可以有2n个组合，一般按二进制的顺序，输出与输入状态一一对应，列出所有可能的状态。逻辑函数式：把逻辑函数的输入、输出关系写成与、或、非等逻辑运算的组合式，即逻辑代数式，又称为逻辑函数式，通常采用“与或”的形式。逻辑图：把相应的逻辑关系用逻辑符号和连线表示出来。各种表示方法之间的相互转换真值表→逻辑函数式2、逻辑式→真值表3、逻辑式→逻辑图4、逻辑图→逻辑式方法:从输入端到输出端逐级写出每个图形符号对应的逻辑式，即得到对应的逻辑函数式.波形图→真值表三、逻辑函数的两种标准形式最小项:在n变量逻辑函数中，若m为包含n个因子的乘积项，而且这n个变量都以原变量或反变量的形式在m中出现，且仅出现一次，则这个乘积项m称为该函数的一个标准积项，通常称为最小项。3个变量A、B、C可组成8(23)个最小项：4个变量可组成16(24)个最小项,记作m0～m15。最小项的性质:①任意一个最小项，只有一组变量取值使其值为1。②任意两个不同的最小项的乘积必为0。③全部最小项的和必为1。④具有相邻性的两个最小项可以合并，并消去一对因子。只有一个因子不同的两个最小项是具有相邻性的最小项。逻辑函数的最小项表达式：任何一个逻辑函数都可以表示成唯一的一组最小项之和，称为标准与或表达式，也称为最小项表达式。对于不是最小项表达式的与或表达式，可利用公式A＋A′＝1和A(B+C)＝AB＋AC来配项展开成最小项表达式。如果列出了函数的真值表，则只要将函数值为1的那些最小项相加，便是函数的最小项表达式。四、逻辑函数形式的变换根据逻辑表达式，可以画出相应的逻辑图，表达式的形式决定门电路的个数和种类。在用电子器件组成实际的逻辑电路时，由于选择不同逻辑功能类型的器件，因此需要将逻辑函数式变换成相应的形式。最简与或表达式最简：首先是式中乘积项最少；乘积项中含的变量最少2、最简与非-与非表达式最简或与表达式4、最简或非-或非表达式最简与或非表达式8.4教学单元四单元教学日期第5次2017.3.13单元教学目标§1-11逻辑函数的公式化简法1．介绍逻辑函数的最简形式及最简原则。2．介绍逻辑函数公式化简的一些常用方法。§1-12逻辑函数的卡诺图化简法1．介绍逻辑函数的卡诺图表示法。单元教学内容（含重点、难点）逻辑函数的公式化简。单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际应用出发，让学生了解逻辑函数公式法化简和卡诺图化简的意义及方法。互动：请学生提出逻辑函数化简当变量增加后两种化简方法的优缺点。课堂讨论：函数化简的结果是否一定就是我们认为最好的函数构成形式。单元作业安排P582.15选两个小题课后反思四个主要的公式是什么？卡诺图和公式法化简方法比较哪个更简单？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P39~41《数字电路逻辑设计》（第二版）：P32~33《数字系统原理与应用》（第九版）：P91~93课前准备情况及其他相关特殊要求为什么要讲解卡诺图法？函数为什么要化简？化简的最终目的是什么？教学过程：§1.11逻辑函数的化简方法一、公式化简法并项法：吸收法：消项法：消因子法：配项法：二、卡诺图化简法逻辑函数的卡诺图表示法卡诺图的定义：将n变量的全部最小项各用一个小方块表示，并使具有逻辑相邻性的最小项在几何位置上相邻排列，得到的图形叫做n变量最小项的卡诺图。逻辑相邻项：仅有一个变量不同其余变量均相同的两个最小项，称为逻辑相邻项。卡诺图的表示：下面我们根据逻辑函数变量数目的不同分别介绍一下：1、一变量全部最小项的卡诺图一变量Y=F（A）全部最小项：卡诺图：2、二变量全部最小项的卡诺图Y=F（A、B）3、三变量全部最小项的卡诺图Y=F（A、B、C）4、四变量全部最小项的卡诺图Y=F（A、B、C、D）注意：在卡诺图中，左右、上下；每一行的首尾；每一列的首尾；的最小项都是逻辑相邻的。用卡诺图表示逻辑函数：方法一：1、把已知逻辑函数式化为最小项之和形式。2、将函数式中包含的最小项在卡诺图对应的方格中填1，其余方格中填0。方法二：根据函数式直接填卡诺图，每一个乘积项看，使乘积项为1对应方格填18.5教学单元五单元教学日期第6次2017.3.15单元教学目标§1-13逻辑函数的卡诺图化简法2．介绍逻辑函数的卡诺图表示法。§1-14具有无关项的逻辑函数及其化简1．介绍无关项的概念。2．无关项在化简逻辑函数中的应用示例。§1-15系统法简介单元教学内容（含重点、难点）卡诺图化简；具有无关项的卡诺图化简单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际应用出发，让学生了无关项的意义，告诉学生无关项如何参与化简。互动：请学生提出设计中含有几个无关项的实际应用。课堂讨论：无关项中哪些项可以参与化简，哪些项不需要参与化简单元作业安排P582.182.192.202.23(各题选两个小题)课后反思在现实生活中还有哪些设计中会出现无关项？无关项什么情况参与化简？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P42~53《数字电路逻辑设计》（第二版）：P34~50《数字系统原理与应用》（第九版）：102~110课前准备情况及其他相关特殊要求举3-4个有无关项的现实设计。教学过程：用卡诺图化简逻辑函数化简依据：逻辑相邻性的最小项可以合并，并消去因子。化简规则：能够合并在一起的最小项是2n个（画矩形圈）。如何最简：圈的数目越少越简；圈内的最小项越多越简。特别注意：卡诺图中所有的1都必须圈到，不能合并的1必须单独画圈。注意：卡诺图逻辑函数的化简结果可能不唯一。用卡诺图化简逻辑函数合并最小项的原则（1）任何两个（21个）相邻最小项，可以合并为一项，并消去一个变量。（2）任何4个（22个）相邻的最小项，可以合并为一项，并消去2个变量。（3）任何8个（23个）相邻最小项，可以合并为一项，并消去3个变量。利用AB+AB′=A2个最小项合并，消去1个变量；4个最小项合并，消去2个变量；8个最小项合并，消去3个变量；……2n个最小项合并，消去n个变量；卡诺图化简法的步骤：①画出变量的卡诺图;②作出函数的卡诺图;③画圈;④写出最简与或表达式。画圈的原则：①合并个数为2n；②圈尽可能大乘积项中含因子数最少；③圈尽可能少乘积项个数最少；④每个圈中至少有一个最小项仅被圈过一次，以免出现多余项。§1.11具有无关项的逻辑函数化简约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项约束项:当限制某些输入变量的取值不能出现时，用它们对应的最小项恒等于0来表示。任意项:在输入变量的某些取值下函数值是1还是0皆可，并不影响电路的功能。在这些变量的取值下，其值等于1的那些最小项称为任意项。在卡诺图中用符号“φ”、“×”或“d”表示无关项。在化简函数时即可以认为它是1，也可以认为它是0。§1-15系统法简介逻辑函数化简小结逻辑函数的化简有公式法、卡诺图法、系统法等。公式法是利用逻辑代数的公式、定理和规则来对逻辑函数化简，这种方法适用于各种复杂的逻辑函数，但需要熟练地运用公式和定理，且具有一定的运算技巧。图形法就是利用函数的卡诺图来对逻辑函数化简，这种方法简单直观，容易掌握，但变量太多时卡诺图太复杂，图形法已不适用。在对逻辑函数化简时，充分利用无关项可以得到十分简单的结果。系统法便于计算机仿真。8.6教学单元六单元教学日期第7次2017.3.20单元教学目标§2-1概述1．介绍逻辑门电路的基本概念。2．讲解高低电平的一般获取方法和正负逻辑的表示。3．简单介绍集成电路的发展历史及现状。§2-2半导体器件的开关特性1．讲解二极管开关特性。2．讲解MOS管的开关特性单元教学内容（含重点、难点）半导体器件的开关特性单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际应用出发，让学生了解逻辑门的硬件概念及作用，特别是MOS的广泛应用的原因，了解MOS管的结构及特性。互动：请学生提出逻辑门为什么不能用二极管设计，MOS管这样设计的优缺点。课堂讨论：MOS的广泛应用的原因。单元作业安排课外练习2题课后反思1.为什么二极管是开关管，却不能大规模集成？2.TTL和CMOS电路谁的发展会更好？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P66~79《数字电路逻辑设计》（第二版）：P87~93《数字系统原理与应用》（第九版）：408~411课前准备情况及其他相关特殊要求半导体的发展简史半导体的发展趋势开关管在数字电子技术中的应用教学过程：第二章门电路2.1概述门电路是用以实现逻辑运算的电子电路，与已经讲过的逻辑运算相对应。常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。正逻辑：高电平表示逻辑1、低电平表示逻辑0。负逻辑：高电平表示逻辑0、低电平表示逻辑1。获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。2.2半导体二极管门电路§2.2.1半导体二极管的开关特性ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。当外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，因而正向电流的建立稍微滞后一点。当外加电压突然由正向变为反向时，存储电荷反向电场的作用下，形成较大的反向电流。经过ts后，存储电荷显著减少，反向电流迅速衰减并趋于稳态时的反向饱和电流。反向恢复时间即存储电荷消失所需要的时间，它远大于正向导通所需要的时间。这就是说，二极管的开通时间是很短的，它对开关速度的影响很小，以致可以忽略不计。因此，影响二极管的开关时间主要是反向恢复时间，而不是开通时间。§2.2.2二极管与门§2.2.3二极管或门2.3CMOS门电路§2.3.1MOS管的开关特性一、MOS管的结构和工作原理二、MOS管的输入、输出特性对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为零。夹断区（截止区）条件：整个沟道都夹断特点：用途：做无触点的、断开状态的电子开关。可变电阻区条件：源端与漏端沟道都不夹断特点:(1)当vGS为定值时,iD是vDS的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受vGS控制。（2）管压降vDS很小。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。恒流区：(又称饱和区或放大区）条件:(1)源端沟道未夹断(2)漏端沟道予夹断特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。三、MOS管的基本开关电路当vI=vGS<VGS(th)时，MOS管工作在截止区。D-S间相当于断开的开关，vO≈vDD.当vI>VGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变电阻区。MOS管导通内阻RON很小，D-S间相当于闭合的开关,vO≈0。四、MOS管的四种基本类型在数字电路中，多采用增强型。8.7教学单元七单元教学日期第8次2016.3.22单元教学目标§2-3CMOS门电路1．讲解CMOS反相器的电路结构和工作原理。2．讲解CMOS反相器静态输入特性和输出特性。3．介绍CMOS反相器的动态特性（*）。4．介绍其他类型的CMOS门电路。5．介绍CMOS电路的正确使用。7．引进CMOS数字集成电路的各种系列介绍（*）。8．介绍其他类型的MOS集成电路（*），如PMOS、NMOS集成电路等。单元教学内容（含重点、难点）CMOS典型逻辑门电路的工作原理及应用单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:让学生了解MOS门的输入输出的特性，特别是应用时要注意的问题。互动：MOS逻辑门其它类型从结构上的特点是什么。课堂讨论：MOS门的选型应该如何进行。单元作业安排P1503.73.8课后反思在计算机技术中哪些硬件结构采用了三态门、OD门、可控开关等等。教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P79~106《数字电路逻辑设计》（第二版）：P94~107《数字系统原理与应用》（第九版）：P412~416课前准备情况及其他相关特殊要求CMOS的优缺点教学过程：§2.3.2CMOS反相器工作原理当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(意为互补)。一、电路结构静态下，无论vI是高电平还是低电平，T1、T2总有一个截止，因此CMOS反相器的静态功耗极小。二、电压传输特性和电流传输特性三、输入端噪声容限在保证输出高、低电平基本不变的条件下,输入电平的允许波动范围称为输入端噪声容限。输入高电平时噪声容限：输入低电平时噪声容限：测试表明：CMOS电路噪声容限VNH=VNL＝30％VDD，且随VDD的增加而加大。噪声容限－－衡量门电路的抗干扰能力。噪声容限越大，表明电路抗干扰能力越强。§2.3.3CMOS反相器的静态输入输出特性一、输入特性因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质非常薄，极易被击穿，所以应采取保护措施。在正常的输入信号范围内，即–0.7V<vI<(VDD+0.7)V时输入电流iI≈0。(因为CMOS门电路的GS间有一层绝缘的SiO2薄层。)在–0.7V～(VDD+0.7)V以外的区域，iI从零开始增大，并随vI增加急剧上升，原因是保护电路中的二极管已进入导通状态。注意：由于门电路输入端的绝缘层使输入的阻抗极高，若有静电感应会在悬空的输入端产生不定的电位，故CMOS门电路的输入端不允许悬空。二、输出特性§2.3.4CMOS反相器的动态特性一、传输延迟时间平均传输时间二、交流噪声容限噪声电压作用时间越短、电源电压越高，交流噪声容限越大。三、动态功耗反相器从一种稳定状态突然变到另一种稳定状态的过程中，将产生附加的功耗，即为动态功耗。动态功耗包括：负载电容充放电所消耗的功率PC和PMOS、NMOS同时导通所消耗的瞬时导通功耗PT。在工作频率较高的情况下，CMOS反相器的动态功耗要比静态功耗大得多，静态功耗可忽略不计。§2.3.5其他类型CMOS门电路一、其他逻辑功能的CMOS门电路1.与非门2.或非门3.带缓冲级的CMOS门电路带缓冲级的门电路其输出电阻、输出高、低电平以及电压传输特性将不受输入端状态的影响。电压传输特性的转折区也变得更陡。二、漏极开路输出门电路（OD门）为什么需要OD门？普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与”！需将一个MOS管的漏极开路构成OD门。三、CMOS传输门①C＝0、，即C端为低电平（0V）、端为高电平（＋VDD）时，T1和T2都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样，呈高阻态。②C＝1、，即C端为高电平（＋VDD）、端为低电平（0V）时，T1和T2至少有一个导通，输入和输出之间相当于开关接通一样，呈低阻态，vo＝vi。四、三态门,G4输出高电平，G5输出低电平，T1、T2同时截止，输出呈高阻态；若A=1，则G4、G5输出均为高电平，T1截止、T2导通，Y=0；若A=0，则G4、G5输出均为低电平，T1导通、T2截止，Y=1；三态门有三种状态:高电平、低电平、高阻态。§3.3.6CMOS电路的特点CMOS电路的优点1.静态功耗小。2.允许电源电压范围宽(3~18V）。3.扇出系数大，噪声容限大。CMOS电路的正确使用1．输入电路的静电保护CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：（1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。（2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。2．多余的输入端不能悬空。输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其它输入端并联使用。3．输入电路需过流保护8.8教学单元八单元教学日期第9次2017.3.27单元教学目标§2-5TTL门电路1．讲解TTL反相器的电路结构和工作原理。2．讲解TTL反相器静态输入特性和输出特性。3．介绍TTL反相器的动态特性（*）。4．介绍其他类型的TTL门电路。5．引进TTL数字集成电路的各种系列介绍（*）。6．其他类型的双极型数字集成电路（*），如ECL电路、IIL电路等。单元教学内容（含重点、难点）TTL典型逻辑门电路的工作原理及其应用单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:让学生了解TTL门的输入输出的特性，特别是应用时要注意的问题。互动：TTL逻辑门结构上的优缺点是什么。课堂讨论：TTL门的选型应该如何进行。单元作业安排P1303.143.15课后反思1.双极型结构半导体的结构特点是什么？2.如何正常使用TTL器件和CMOS器件教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P109~138《数字电路逻辑设计》（第二版）：P54~80《数字系统原理与应用》（第九版）：P384~40,P419~434课前准备情况及其他相关特殊要求TTL的优缺点是什么？为什么渐渐被CMOS代替？如何选择器件？教学过程：2.5TTL门电路§2.5.1双极型三极管的开关特性一、双极型三极管的结构二、双极型三极管的基本开关电路三、双极型三极管的开关等效电路截止状态条件：发射结反偏特点：电流约为0(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅四、三极管反相器§2.5.2TTL反相器TTL—晶体管-晶体管逻辑集成电路MOS—金属氧化物半导体场效应管集成电路一、TTL反相器的电路结构和工作原理1.输入为低电平（0.2V）时vo=5－vR2－vbe4－vD2≈3.4V输出高电平2.输入为高电平（3.4V）时vo=VCE5≈0.3V输出低电平可见，无论输入如何，T4和T5总是一管导通而另一管截止。这种推拉式工作方式，带负载能力很强。二、电压传输特性AB段：vI<0.6V,vB1<1.3V,T2、T5截止，T4导通，输出高电平3.4V。(截止区）BC段:vI>0.7V,vI<1.3V,T2导通，T5截止，T2工作在放大区。（线性区）CD段：vI≈1.4V,vB1≈2.1V,T2、T5同时导通，T4截止，输出电位急剧下降为低电平。（转折区）DE段：vI>1.4V,vI继续升高,vo不再变化，保持低电平0.3V。（饱和区）输出高电平VOH、输出低电平VOLVOH³2.4VVOL£0.4V便认为合格。典型值VOH=3.4VVOL£0.3V。阈值电压VTH(门槛电压)vI<VTH时，认为vI是低电平。vI>VTH时，认为vI是高电平。VTH=1.4V三、输入端噪声容限输入高电平时噪声容限：输入低电平时噪声容限：§2.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性一.输入特性:二.输出特性1.前后级之间电流的联系2.前级输出为高电平时前级输出为低电平时3.扇出系数－－驱动同类门的个数。扇出系数NO取NOL、NOH中较小的一个。扇出系数－－衡量门电路的带负载能力。三.输入端负载特性在一定范围内，uI随RP的增大而升高。但当输入电压uI达到1.4V以后，uB1=2.1V，RP增大，由于uB1不变，故uI=1.4V也不变。这时T2和T5饱和导通，输出为低电平。(1)关门电阻ROFF——在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许RP的最大值称为关门电阻。典型的TTL门电路ROFF≈0.7kΩ。(2)开门电阻RON——在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许RP的最小值称为开门电阻。典型的TTL门电路RON≈2kΩ。数字电路中要求输入负载电阻RP≥RON或RP≤ROFF，否则输入信号将不在高低电平范围内。振荡电路则令ROFF≤RP≤RON使电路处于转折区。§3.5.4TTL反相器的动态特性一、传输延迟时间平均传输延迟时间tpd表征了门电路的开关速度。平均传输时间二.功耗：有静态功耗和动态功耗。静态功耗指的是当电路没有状态转换时的功耗;动态功耗只发生在状态转换的瞬间。对于TTL电路静态功耗是主要的，用PD表示。§3.5.5其他类型的TTL门电路TTL集成门电路的封装：双列直插式74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。2.或非门4.异或门二.集电极开路门（OC门）OC门输出端可直接连接实现线与。三.三态门（TS门)三态输出门(Three-StateOutputGate)是在普通门电路的基础上附加控制电路而构成的。§2.5.6TTL数字集成电路的各种系列从提高工作速度、降低功耗两方面考虑进行改进。74H系列：高速系列。其工作速度的提高是用增加功耗的代价换取的，效果不够理想。74S系列：肖特基系列。采用抗饱和三极管，提高了工作速度，但电路功耗加大，并且输出的低电平升高。74LS系列：低功耗肖特基系列。兼顾功耗和速度两个方面，得到更小的延迟－功耗积。74AS系列：电路结构与74LS系列相似，采用低阻值，提高了工作速度，但功耗较大。74ALS系列：其延迟－功耗积是TTL电路所有系列中最小的一种。54、54H、54S、54LS系列：54系列与74系列电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。54系列工作温度范围更宽，电源允许的工作范围更大。74系列：温度0～70℃，电源电压5V±5%;54系列:温度-55～+125℃，电源电压5V±10%。CMOS电路与TTL电路比较：（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在3～18V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个μW，中规模集成电路的功耗也不会超过100μW。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。多余输入端的处理措施处理原则：不能影响输入与输出之间的逻辑关系。数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。对于TTL门，一般可将多余的输入端通过上拉电阻（1~3KW）接电源正端；也可利用反相器将其输入端接地;通过大电阻接地（逻辑1的处理）。直接把多余端接地（逻辑0的处理）。对于CMOS电路，对于输入端可根据需要直接接地（逻辑0的处理）；或直接接VDD（逻辑1的处理）。要实现，输入端B应如何连接？B=1时可实现，B端应接高电平（接电源）。要实现Y=A，输入端B应如何连接？B=0时可实现Y=A，B端应接低电平(接地）。本章小结门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路。在学习这些集成电路时，应把重点放在它们的外部特性上。外部特性包含两个内容，一个是输出与输入间的逻辑关系，即所谓逻辑功能；另一个是外部的电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性等。本章也讲一些集成电路内部结构和工作原理，但目的是帮助读者加深对器件外特性的理解，以便更好地利用这些器件。

8.9教学单元九单元教学日期第10次2017.3.29单元教学目标第一节

概述1．介绍组合逻辑电路的特点。2．组合逻辑电路逻辑功能的描述。第二节

组合逻辑电路的分析和设计方法1．举例讲解基于门电路的组合逻辑电路的分析方法。2．举例讲解基于门电路的组合逻辑电路的设计方法。单元教学内容（含重点、难点）基于门电路的组合逻辑电路的分析方法和设计方法。单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际出发，让学生了解组合逻辑电路的电路设计的方法互动：如何确定组合逻输入、输出及相互的关系。课堂讨论：组合电路设计的步骤及电路的缺点。单元作业安排P2094.24.5课后反思组合逻辑电路设计和分析的步骤是什么如何分析功能教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P160~166《数字电路逻辑设计》（第二版）：P116、P140~155《数字系统原理与应用》（第九版）：P453课前准备情况及其他相关特殊要求组合电路设计中毛刺现象产生的原因及危害组合电路在数字电子技术中的地位及作用教学过程：第三章组合逻辑电路3.1概述1.数字电路：组合逻辑电路（任一时刻的输出仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。）时序逻辑电路（任一时刻的输出不仅取决于现时的输入，而且还与电路原来状态有关。）2.组合逻辑电路在电路结构上不包含存储单元，仅仅是由各种门电路组成。3.2组合逻辑电路的分析和设计方法§3.2.1组合逻辑电路的分析方法一.已知逻辑电路→说明逻辑功能分析方法步骤：组合逻辑电路图→写出逻辑表达式→化简→列真值表→说明功能由真值表知：该电路可用来判别输入的4位二进制数数值的范围。§3.2.2组合逻辑电路的设计方法根据实际逻辑问题→最简单逻辑电路步骤：确定输入、输出列出真值表→写出表达式并简化→画逻辑电路图注意：根据设计所用芯片可以对表达式进行变换形式8.10教学单元十单元教学日期第11次课2017.4.3单元教学目标第四节

组合逻辑电路中的竞争-冒险现象1．介绍组合逻辑电路中的竞争-冒险现象及其成因。2．介绍检查竞争-冒险现象的一般方法。3．介绍消除竞争-冒险现象的一般方法。第三节

若干常用中规模组合逻辑电路1．讲解编码器和优先编码器的工作原理、门级电路设计及MSI集成芯片应用。2．讲解译码器的工作原理、门级电路设计及MSI集成芯片应用。单元教学内容（含重点、难点）常用典型MSI组合逻辑电路74138、74148工作原理及设计应用。单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际出发，引出编码器、译码器出现的必要性和设计原理；及相关芯片使用的方法。互动：为什么很多芯片要设计成低电平有效的信号。课堂讨论：如何克服组合电路中的竞争冒险现象；如何用译码器设计组合电路。单元作业安排P2094.94.12课后反思编码器为什么要优先编码器编码器和译码器一起可以构成一个什么样的系统？除了74138和74148，还有那些编码器和译码器集成器件，如何应用？如何用7448或7447设计一个多位数据显示系统？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P167~187、P200~205《数字电路逻辑设计》（第二版）：P120~130、P56~160《数字系统原理与应用》（第九版）：P453~469课前准备情况及其他相关特殊要求1.在有线智能控制系统中，编码器和译码器的应用是如何体现的？2.在无线智能控制系统中，编码器和译码器的应用是如何体现的？教学过程：3.3若干常用的组合逻辑电路§3.3.1编码器编码：用二进制代码来表示某一信息（文字、数字、符号）的过程。实现编码操作的电路称为编码器。二进制编码器1.普通编码器任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。2.优先编码器在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。编码时只对优先权最高的进行编码。：选通输入端：选通输出端：扩展端功能表如表所示二、二－十进制编码器输入端10个，输出端4个，也称10线－4线编码器。集成10线-4线优先编码器输入输出均低电平有效§3.3.2译码器译码：将二进制代码翻译成对应的输出信号的过程.译码是编码的逆过程.实现译码操作的电路称为译码器。常用的译码器有:二进制译码器、二－十进制译码器、显示译码器三类。一、二进制译码器输入端：n输出端：2n二进制译码器的输入端为n个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中只有一个为1（或为0），其余全为0（或为1）。2线—4线译码器74LS139（输出低电平有效）真值表3位二进制译码器(3线-8线译码器)输入：3位二进制代码输出：8个互斥的信号（高电平有效）3线－8线译码器74HC138功能表当S1=1,=0,=0（即S=1）时，可得输出二、二－十进制译码器输入端：4输出端：10二-十进制译码器的输入是十进制数的4位二进制编码（BCD码），分别用A3、A2、A1、A0表示；输出的是与10个十进制数字相对应的10个信号，用Y9～Y0表示。由于二-十进制译码器有4根输入线，10根输出线，所以又称为4线-10线译码器。集成8421BCD码译码器74LS42三、显示译码器用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器。半导体数码管:显示器件常用的是七段显示器件Ya-Yg:控制信号高电平时,对应的LED亮低电平时,对应的LED灭。abcdefg111111001100001101101BCD－七段显示译码器A3-A0:输入数据RBI和RBO配合使用，可使多位数字显示时的最高位及小数点后最低位的0不显示。四、译码器的应用3.4组合逻辑电路中的竞争－冒险现象一.竞争－冒险的概念在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现象称为竞争冒险。二.产生竞争－冒险的原因原因：主要是门电路的延迟时间产生的。三.检查竞争－冒险的方法只要输出端的逻辑函数在一定条件下能简化成或则可出现竞争－冒险现象。图(a)当B=C=1时，Y＝A+A′存在竞争冒险图(b)当A=C=0时存在竞争冒险四.消除竞争－冒险的方法１．接入滤波电容２．引入选通脉冲３．修改逻辑设计（增加冗余项）8.11教学单元十一

单元教学日期第12次课2017.4.5单元教学目标第四节

若干常用中规模组合逻辑电路3．讲解多路数据分配器和数据选择器的工作原理、门级电路设计及MSI集成芯片应用。4．讲解加法器的工作原理、门级电路设计及MSI集成芯片应用。5．讲解数值比较器的工作原理、门级电路设计及MSI集成芯片应用。单元教学内容（含重点、难点）常用典型MSI组合逻辑电路74151、74153、74283、7485等芯片工作原理及设计应用。单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际出发，引出数据分配器、数据选择器、比较器出现的必要性和设计原理；及相关芯片使用的方法。互动：数据选择和数据分配如何实现系统的搭建。课堂讨论：数据选择器如何完成组合电路的设计。单元作业安排P2094.164.174.194.28课后反思数据选择器和数据分类器可以完成什么样的控制系统？数据选择器和数据分配器如何用c语言编写？在74系列中，还有哪些集成电路属于数据选择器和数据分配器？如何使用各个端口？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P188~199《数字电路逻辑设计》（第二版）：P131~149《数字系统原理与应用》（第九版）：P470~495、P251~261课前准备情况及其他相关特殊要求1.在有线智能控制系统中，数据选择和数据分配器的应用是如何体现的？2.在无线智能控制系统中，数据选择和数据分配器的应用是如何体现的？教学过程：§3.3.3数据分配器与数据选择器一、数据分配器定义：将公共数据线上的信号根据需要送到多个不同通道上去的逻辑电路。输入端:1个输出端:2n个由74HC138构成的1路-8路数据分配器二、数据选择器定义：根据需要将多路信号中选择一路送到公共数据线上的逻辑电路(又称多路开关).输入端：2n个输出端：1个1、2选1数据选择器2、4选1数据选择器由地址码决定从４路输入中选择哪１路输出。集成电路数据选择器型号:74HC153双4选1数据选择器集成8选1数据选择器74HC151＝1时，选择器被禁止，无论地址码是什么，Y总是等于0时注意：用数据选择器设计组合逻辑电路的步骤：1.列出所求逻辑函数的真值表，写出其最小项表达式。2.根据上述函数包含的变量数，选定数据选择器。3.对照比较所求逻辑函数式和数据选择器的输出表达式确定选择器输入变量的表达式或取值。4.按照求出的表达式或取值连接电路，画电路连线图。数据分配器和数据选择器一起构成数据分时传送系统§3.3.4加法器一、加法运算的基本规则：（1）逢二进一。（2）最低位是两个数最低位的相加，不需考虑进位。（3）其余各位都是三个数相加，包括加数、被加数和低位来的进位。（4）任何位相加都产生两个结果：本位和、向高位的进位。1位加法器（1）半加器：半加运算不考虑从低位来的进位A加数;B被加数;S本位和;Co进位。（2）全加器：相加过程中，既考虑加数、被加数又考虑低位的进位。A加数；B被加数；Ci低位的进位；S本位和；Co进位。二、双全加器74LS183多位加法器（1）串行进位加法器如图：用全加器实现4位二进制数相加。（2）超前进位加法器§3.3.5数值比较器定义：对两数A、B（可以是一位，也可是多位）进行大小比较的逻辑电路。比较的结果有A>B、A<B、A=B三种结果。一、1位数值比较器设A＞B时Y1＝1；A＜B时Y2＝1；A＝B时Y3＝1。二、4位数值比较器集成数值比较器

8.12教学单元十二单元教学日期第13次2017.4.10单元教学目标第一节

概述1．介绍触发器概念和基本特点。2．介绍触发器的初步分类。第二节

SR锁存器1．讲解与非门构成的SR锁存器的工作原理。2．讲解或非门构成的SR锁存器的工作原理。第三节

不同触发类型的触发器的电路结构与动作特点1．以同步RS和同步D触发器为主介绍电平触发的触发器的电路结构及动作特点。单元教学内容（含重点、难点）基本SR锁存器及电平触发的触发器的结构及动作特点单元教学方法课堂讲授+课堂讨论。课堂讲授:从实际出发，引出触发器出现的必要性和基本RS触发器设计原理；及相关芯片使用的方法。互动：基本RS触发器的特点及缺点。课堂讨论：为什么基本RS触发器没有得到广泛应用。单元作业安排P2485.4课后反思1.SR锁存器为什么具有数据存储的功能？2.SR锁存器的功能是什么？3.RS和电平触发D触发器的优缺点是什么？教学单元的参考资料《数字电子技术基础》（第五版）：P215~219《数字电路逻辑设计》（第二版）：P178~182《数字系统原理与应用》（第九版）：P163~174课前准备情况及其他相关特殊要求不停研究不同触发器的根本目的是什么？触发器的发展史说明什么问题？教学过程：第四章触发器4.1概述１.概念：能够存储１位二值信号的基本单元电路。２.特点：（１）有两个稳定的状态：０和１。（２）在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。3、触发器的现态和次态现态：Ｑ次态：Ｑ*4、触发器逻辑功能描述方法功能表（特性表）、特性方程、四、触发器分类状态图、波形图按结构可分为：SR锁存器、电平触发的触发器、脉冲触发的触发器、边沿触发触发器按逻辑功能可分为：SR触发器、JK触发器、D触发器、T和T′触发器4.2触发器的电路结构与动作特点一、SR锁存器（基本RS触发器）1.或非门构成或非门组成的基本RS触发器的特性表当SD、RD同时撤去时，输出端Q和Q′状态不定。设计电路时此种情况应避免特性方程：已知或非门构成的基本RS触发器输入波形，试画出输出Q和Q′的波形。2.与非门构成与非门组成的基本RS触发器的特性表当SD′、RD′同时撤去时，输出端Q和Q′状态不定。当SD′、RD′同时撤去时，输出端Q和Q′状态不定。特性方程：输入信号在全部作用时间内都直接改变输出端Q和Q′的状态。二、电平触发的触发器（同步触发器）1.电平触发SR触发器电路特点：增加了时钟信号，并使用时钟的电平触发。同步SR触发器的特性表特性方程：带异步置位、复位端的电平触发SR触发器：带异步置位、复位端的电平触发SR触发器、异步复位端（低电平有效）电平触发方式的动作特点:在CLK＝1期间，输入信号的变化都直接改变输出端Q和Q′的状态;CLK=0期间输出状态保持不变。2.D锁存器特性方程：Q*=D注意：时钟信号为高电平触发方式。缺点：干扰信号很容易进入系统，系统抗干扰能力很差；包括不允许出现的输入状态。

8.13教学单元十三单元教学日期第14次2017.4.12单元教学目标第三节

不同触发类型的触发器的电路结构与动作特点2．以主从RS和主从JK触发器为主介绍脉冲触发的触发器的电路结构及动作特点。3．以边沿D和边沿JK触发器为主介绍边