《数字电子技术》课程教学大纲

《数字电子技术》课程教学大纲课程编号：0612036课程总学时/学分：82/4.5（其中理论64学时，实验18学时）课程类别：专业任选课一、教学目的和任务数字电子技术是电子科学与技术、微电子制造工程、光电信息科学与工程、物理学相关本科专业的必修基础课，该课程不仅具有自身的理论体系而且是一门实践性很强的课程。本课程的任务是使学生掌握数字电子电路的基本工作原理、分析方法和基本实验技能，为深入学习后续课程和从事有关电子技术方面的实际工作打下基础。二、教学基本要求1.教学要求要求学生熟练掌握逻辑代数基础、熟悉常用的基本门电路、熟练掌握组合逻辑电路与时序逻辑电路的分析、设计方法，重点掌握分析和设计数字电路的正确思维方法和内在规律。2.教学重点组合逻辑电路的设计方法、触发器、时序逻辑电路的设计方法。3.与其它课程的联系本课程的第三章门电路，会用到模拟电子技术中二极管、三极管、场效应管三种器件的工作原理。4.教学方法根据内容不同，可分别采用循序渐进、逻辑推理、启发诱导、反复训练、举一反三、深入浅出等教学方法。5.选取教材的原则本课程在选取教材时，本着内容全面、基础性强、普遍适用等特点进行选取，进而选择了清华大学阎石主编的《数字电子技术基础》第五版作为教材。三、教学内容及学时分配各章讲授参考学时数章节教学内容参考学时第一章数制和码制2第二章逻辑代数基础8第三章门电路6第四章组合逻辑电路12第五章触发器8第六章时序逻辑电路16第七章半导体存储器2第八章可编程逻辑器件2第九章脉冲波形的产生和整形4第十章数-模和模-数转换电路4合计64第一章数制和码制（2学时）教学内容：第一节数值与码制的概念、模拟信号、数字信号的区别；第二节几种常用的数制；第三节不同数制之间的转换；第四节二进制算术运算；第五节几种常用的编码。教学要求：（1）掌握不同数制之间的转换、二进制算术运算；（2）理解数制的概念；（3）了解常用的编码：BCD码、余3码、2421码、5211码及余3循环码等。教学重点：（1）二级制、十进制、十六进制之间的相互转换。（2）正数、负数的原码、反码、补码的表示。（3）BCD码。第二章逻辑代数基础（8学时）教学内容：第一节概述；第二节逻辑代数中的三种基本运算；第三节逻辑代数的基本公式和常用公式；第四节逻辑代数的基本定理；第五节逻辑函数及其表示方法：真值表、逻辑式、卡诺图、逻辑图、波形图；第六节逻辑函数的化简方法。教学要求：（1）要求学生熟练掌握逻辑函数的几种描述方法、表达式、真值表和卡诺图等，并能正确运用卡诺图化简逻辑函数；（2）熟悉逻辑代数的基本法则和基本定律。教学重点：（1）逻辑函数的两种标准形式。（2）逻辑函数的化简。教学难点：逻辑函数的卡诺图化简方法。第三章门电路（6学时）教学内容：第二节半导体二极管们电路及其开关特性；第三节MOS门电路：MOS管及特性、NMOS门电路、CMOS门电路；第四节TTL门电路：TTL与非门、其他TTL门电路；第五节其他门电路：ECL门电路、I2L门电路。教学要求：通过本章学习，使学生了解各种门电路的构成和特性，熟悉各种逻辑门电路的逻辑功能和逻辑符号。教学重点：（1）TTL反相器的结构及工作原理。（2）CMOS反相器的结构及工作原理。教学难点：TTL反相器与CMOS反相器工作原理的分析。[实验一]集成门电路[实验内容]（1）测量与非门74LS00的逻辑功能。（2）测量或非门74LS02的逻辑功能。（3）测量异或门74LS86的逻辑功能。（4）测量与或非门74LS54的逻辑功能。（5）将数据开关的1、2、3、4分别接入数码管的D、C、B、A，熟悉BCD8421编码。[实验要求]（1）不用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能将其接高电平或低电平。（2）先接电源，后接信号。绝不允许将电源反接。（3）输出端不允许直接接地或接电源正极。（4）TTL电路的电源电压为＋5V，CMOS电路的电源电压范围为：＋3V－＋18V。[实验学时]3学时第四章组合逻辑电路（12学时）教学内容：第一节组合逻辑电路的分析：分析方法、分析举例第二节组合逻辑电路的设计：任务、步骤、举例。第三节常用组合逻辑电路：编码器、译码器、数据分配器、数据选择器、加法器、比较器、奇偶校验电路。教学要求：（1）要求学生基本掌握组合逻辑电路的分析和设计方法；（2）对常用组合逻辑电路的结构和功能作一般了解。教学重点：组合逻辑电路的分析，常见集成组合逻辑电路的使用。教学难点：利用译码器、数据选择器实现逻辑函数。[实验二]组合逻辑电路[实验内容]（1）由74LS00与74LS02组成一个四输入与非门电路。（2）利用所给芯片设计半加器电路。（3）利用74LS86实现四位奇偶校验器电路。[实验要求]（1）掌握组合逻辑电路的分析方法。（2）学会简单组合逻辑电路的设计。（3）多余的输入端不能悬空，应根据逻辑功能作相应处理。[实验学时]3学时[实验三]译码、显示实验[实验内容]（1）利用74LS47及数码管，学习其功能及数码管的使用。（2）完成至少两级数码管的控制工作。[实验要求]（1）明确实验目的。（2）掌握译码器74LS47的工作原理及使用方法。（3）掌握译码器74LS138的使用方法。（4）掌握LED数码管及显示电路的工作原理。（5）当74LS47的第五脚为0时，第4脚不能输入1，因为此时第4脚输出的0。[实验学时]3学时第五章触发器（8学时）教学内容：第一节SR锁存器：与非门构成的SR锁存器、或非门构成的SR锁存器；第二节电平触发的触发器：同步SR触发器、电平触发D触发器；第三节脉冲触发的触发器：主从SR触发器、主从JK触发器；第四节边沿触发的触发器：维持阻塞式触发器的工作原理、上升沿与下降沿；第五节触发器的逻辑功能及其描述方法；第六节触发器的动态特性：t¬set，tn，fmex，延迟时间。教学要求：（1）通过本章学习，让学生掌握常用触发器的电路结构、逻辑符号、特征方程及其特点；（2）了解触发器的空翻现象以及解决方法；（3）熟悉各触发器之间的相互转换。教学重点：主从RS触发器、主从JK触发器、边沿触发器的逻辑功能。教学难点：主从RS触发器、主从JK触发器、边沿触发器的逻辑功能。[实验四]触发器[实验内容]（1）由74LS00与非门组合出R-S触发器并验证其逻辑功能。（2）由R-S触发器组合成D触发器并验证其功能。（3）验证J-K触发器的逻辑功能。[实验要求]（1）注意R-S触发器的约束条件R·S=0。（2）掌握R-S触发器、D触发器、J-K触发器的逻辑功能。第六章时序逻辑电路（16学时）教学内容：第一节概述：时序逻辑电路的特点、分类及用途。第二节时序逻辑电路的分析方法；第三节若干常用的时序逻辑电路：寄存器、移位寄存器、计数器、顺序脉冲发生器、序列信号发生器；第四节时序逻辑电路的设计方法：同步时序逻辑电路的设计、异步时序逻辑电路设计。教学要求：（1）让学生掌握时序逻辑电路的分析方法和步骤，初步具备阅读时序电路的能力；（2）熟悉时序电路的设计思路、步骤和方法。教学重点：（1）时序逻辑电路分析、设计的方法和步骤。（2）常见时序逻辑电路的使用。教学难点：时序逻辑电路的使用。[实验五]计数器[实验内容]（1）验证74LS161的逻辑功能。（2）利用两块74LS76中的四个J-K触发器构成异步二进制加法计数器。[实验要求]（1）掌握利用J-K触发器构成计数器的方法。（2）掌握74LS161的逻辑功能及使用方法。（3）学习计数器与译码器的配合使用。[实验学时]3学时第七章半导体存储器（2学时）教学内容：第一节概述：半导体存储器的种类；第二节只读存储器、随机存储器的结构及其特点；第三节存储器容量的扩展方式：位扩展方式、字扩展方式；第四节用存储器实现逻辑函数。教学要求：（1）掌握只读存储器ROM的结构、功能及其实现组合逻辑函数的应用；（2）掌握随机存储器RAM的结构、功能；（3）了解可编程逻辑阵列PLA功能及其实现组合逻辑函数的应用。教学重点：存储器容量的扩展方式。教学难点：存储器容量的扩展方式。第八章可编程逻辑器件（2学时）教学内容：第一节概述：可编程逻辑器件的发展；第二节现场可编程逻辑阵列FPLA；第三节可编程阵列逻辑PAL；第四节通用阵列逻辑GAL；第五节可擦除的可编程逻辑器件EPLD；教学要求：（1）熟悉可编程逻辑器件PAL、GAL、EPLD的主要结构、编程原理和编程方法；（2）其它可编程逻辑器件作一般了解。教学重点：PAL、GAL、EPLD的主要结构、编程原理和编程方法。教学难点：PAL、GAL、EPLD的主要结构、编程原理和编程方法。第九章脉冲波形的产生和整形（4学时）教学内容：第一节施密特触发器：TTL施密特触发器、CMOS施密特触发器、应用举例；第二节单稳态触发器：TTL单稳、CMOS单稳、应用举例；第三节多谐振荡器：TTL多谐振荡器、CMOS多谐振荡器、石英晶振、应用举例；第四节555定时器：电路结构、功能、工作模式、应用。教学要求：（1）了解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路结构、功能、工作模式及应用；（2）熟悉555定时器的电路结构、主要功能、工作模式及应用。教学重点：施密特触发器、多谐振荡器、555定时器电路的原理分析。教学难点：利用555定时器构成多类型的触发器。第十章数-模和模-数转换电路（4学时）教学内容：第一节D/A转换器：DAC原理、参数、精度、电路。第二节A/D转换器：ADC原理、参数、精度、电路。教学要求：（1）本章让学生熟悉DAC与ADC的工作原理，主要参数以及应用场合等；（2）对其具体的电路结构作一般了解即可。教学重点：DAC与ADC的工作原理分析、精度计算、转换速率计算。教学难点：DAC与ADC的工作原理分析。[实验六]综合设计性实验[实验内容]设计一个交通信号灯故障信号显示电路：十字路口的交通管理灯分红、黄、绿三种，它们之间应符合以下逻辑关系：红、黄、绿三种灯单独工作，否则为不正常状态，应报警，并发出报警信号。请设计一个满足上述要求的报警电路。交通灯红用R、黄用Y、绿用G表示，亮为1，灭为0。只有当其中一只亮时为正常Z=0，其余状态均为故障Z=1。[实验要求]（1）定义输入、输出变量。（2）根据物理意义确定其逻辑函数。（3）根据卡诺图或公式法进行化简。（4