离散数学是计算机学科的重要基础理论本课程结合计算机学科的特点

安徽大学本科教学课程教案

♦一博士M

；行fif说

课程名称：数字电路与逻辑设计

课程代码：____________ZH35003_______________

开课单位：电子信息工程学院

授课教师：____________接当__________________

职称/学位：________讲师/博士_____________

开课时间：二至二学年第二学期

课程基本情况

课程课程

数字电路与逻辑设计

编号ZH35003名称

教学

安徽大学电子信息工程学院

单位

课程考核

■考试口考查口其他方式：__________________

学分4方式

课程□公共基础课・专业必修课(包括专业基础课和专业核心课)口专业选修课

类别□人文与科技素质教育课口其他课程__________

学时

总学时：72理论学时：72实验学时：()上机学时：0

数

任课教师■本校教师

程鸿职称讲师

教师来源□外聘教师

使用

■统编教材口自编教材或讲义

教材

书名作者出版社出版时间

教材数字电路与逻辑设计李晓辉国防工业出版社2012

数字电子技术基础阎石高等教育出版社2000

数字电路与系统刘宝琴清华大学出版社1993

教

学

参

考

用

书

第二次课程教学方案

周次第1周课时数2课时

教学

第1章数制与码制

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握本门课所要学习的主要内容以及数字电路中的一些基本概念。

和要

求

教学

几个基本概念：数字信号、数字电路、BCD代码

重点

教学

数制及其相互转换，编码

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练习题1,2,3,4,6的双号题

习

板书多媒体(PPT)

第一章数制与码制

板

1.1数字信号与数字电路

书

1.2数制

设

1.3数值转换

计

1.4编码

例题

2

第二次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

导入新课

本章首先介绍模拟信号与数字信号、数字逻辑的基本概念、数字

电路的特点、分析方法及测试技术，然后讨论数制与码和数字逻辑的

基本运算。

第1章数制与码制

1.1数字信号与数字电路

一模拟信号

模拟信号是时间连续、数值也连续的物理量。

处理模拟信号的电路为模拟电路。

二数字信号

数字信号是时间和幅值都离散的物理量。

*数字信号在时间和数值上均离散；用逻辑0和逻辑I表示，即二值讨论：逻

数字逻辑，或简称数字逻辑。辑电平是

物理量，

*在电路中，用电子器件的开关特性来表示二值数字逻辑，由此形成

还是物理

离散信号电压或数字电压。这些数字电压通常用逻辑电平表示。量的相对

表示？

1.2数制

L3数制转换

一十进制

二二进制>各种进制间的转换

三八进制

四十六进制

（有权码

1.4编码<

用四位二进制数来表示十进制数中的0~9十个数码。

注意：四位二进制数可以表示0T5共16个数！1无权码

可分为组合逻辑电路（第4章）和时序逻辑电路（笫64厂

*发展：电子管半导体分立器件集成电路

*逻辑门是重要的逻辑单元电路，如TTL、CMOS等。（第3章）

*可编程逻辑器件PLD,特别是现场可编程门阵列FPGA近年来有了飞

速发展。

*集成度：每一芯片所包含的三极管个数。根据集成度，数字集成电

路可分为小、中、大、超大和甚大规模。

3

本章小结：主要介绍模拟信号与数字信号、数字逻辑的基本概念、数

字电路的特点、分析方法及测试技术，然后讨论数制与码和数字逻辑

的基本运算。重点注意数制及其相互转换。

本课程主要介绍基本数字集成电路的工作原理和主要电气特性、

逻辑代数基础、组合逻辑和时序逻辑电路的方法。介绍半导体存储器

的基本结构。

布置作业题：

1,2,3,4,6的双号题

4

第2—次课程教学方案

周次第1周课时数2课时

教学

第2章逻辑函数及其化简2.1概述2.2基本逻辑运算2.3逻辑函数

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握几个基本概念：逻辑函数、几个基本逻辑运算和真值表。

和要

求

教学

逻辑函数常用的表示方法：真值表函数表达式逻辑图卡诺图(下次课介绍)

重点

教学

真值表的特点

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练2-1(1)(3)

习

板书多媒体(PPT)

第2章逻辑函数及其化简

板

2.1概述

书

2.2基本逻辑运算

设

2.3逻辑函数

计

5

第2一次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课提问：

8421BCD

码如何转

导入新课

换成余

第2章逻辑函数及其化简3BCD

2.1概述码？

分析和设计逻辑数字电路时，所用数学工具是逻辑代数（布尔代数）。

真值表：描述逻辑关系的表格。

逻辑符号：用规定的图形符号表示逻辑运算。

2.2基本逻辑运算

1与运算］三种基本运算的逻辑符号

2或运算；

3非运算」

思考：哪

注意：逻辑函数、真值表、逻辑符号共同表示某种逻辑关系。

种逻辑可

与、或逻辑运算可推广到多变量的情况：以推广到

>L=AB-C­...多变量情

>L=A+B+C+...况？

1逻辑乘（与运算）

L=A-B=AB（只有输入变量都为1时，输出才为1）

2逻辑加（或运算）

L=A+B（只有输入变量有一个为1,输出为1）

3逻辑非（非运算）

L=A（输出为输入变量的反）

4复合逻辑运算

（1）与非运算

（2）或非运算

（3）与或非运算

（4）异或运算

（5）同或运算

2.3逻辑函数

由真值表求逻辑表达式的步骤：

6

（1）把真值表中逻辑函数值为1的变量组合挑出来；

（2）若输入变量为1,则写成原变量，若输入变量为0,则写成反变

量；

（3）把每个组合中各个变量相乘，得到一个乘积项；

（4）将各乘积项相加，就得到相应的逻辑表达式。

本节小结

本节主要介绍了几种逻辑运算（与运算、或运算或和非运算）和

真值表的概念。实质上，逻辑函数、真值表、逻辑符号共同表示某种

逻辑关系。

布置作业

2-1(1)(3)

讨论：同

或和异或

运算之间

的关系？

7

第二—次课程教学方案

周次第2周课时数2课时

教学

第2章逻辑函数及其化简2.3逻辑函数2.4逻辑函数的标准表达式

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握三个规则和函数的标准形式。

和要

求

教学

三个规则的使用方法和注意事项。

重点

教学

最小项和最大项的区别。

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑・提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练2-2(4)2-3(4)2-4(2)2-7(1)(2)

习

板书多媒体(PPT)

板

2.3逻辑函数

书

2.4逻辑函数的标准形式

设

计

8

第二次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课提问：给

定真值

表，让学

导入新课生写出与

或表达

2.3逻辑函数式。

逻辑函数相等

(1)变量个数相等

(2)对应变量的任一组合状态等值

因此，要证明两个逻辑函数相等，只要把它们的真值表列出，如果完

全一样，则两个函数相等。

例:已知F(A,B,C)=A(B+C)G(A,B,C)=AB+AC证明F=G

三个规则

(1)代入规则：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

为代入规则。

(2)反演规则：对于逻辑表达式Y,如果将表达式中的所有“变

为“+”变为“・”，“o”变为“1"变为“0”,

原变量变为反变量，反变量变为原变量，那么所得到的表达式

就是函数Y的反函数(或称补函数)。这个规则称为反演规则，

又称做德・摩根定理。

注意：运算优先次序：括号、乘、加；不属于单个变量的反号保持不变

(3)对偶规则：对于逻辑表达式Y,如果将表达式中的所有“•”变

为“+”，“+”变为“・"，“0”变为“1”“1”变为“0”，

原变量不变，那么所得到的表达式就是函数Y的对偶函数。

注意：对偶规则的意义在于：如果两个函数相等，则它们的对偶函数

也相等。

2.4逻辑函数的标准形式

—最小项

1.如果一个函数的每个乘积项包含了函数的全部变量，其中每个变

9

量都以原变量或反变量的形式出现，且仅出现一次，则这个乘积项称

为该函数的一个标准积项，通常称为最小项。

1.最小项的表示方法：通常用符号mi来表示最小项。下标i的确

定：把最小项中的原变量记为1,反变量记为0,这个二进制数相对应

的十进制数，就是这个最小项的下标i。

3.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。

4.性质讨论：如

注意：卡诺图化简正是利用了第四个性质。何用三大

规则说明

5.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

同或既是

与或表达式，也称为最小项表达式异或的反

6.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，函数又是

便是函数的最小项表达式。它的对偶

函数？

二最大项

如果一个函数的某个和项包含了函数的全部变量，其中每个变量

都以原变量或反变量的形式出现，且仅出现一次，则这个和项称为该

函数的一个标准和项，通常称为最大项。

注意：可以与最小项对应着理解。

三利用最小项表达式可以直接写出异或表达式

本节小结

本节主要介绍三个规则，需要灵活使用。还介绍两种函数的标准

形式，在后面的课程学习中如卡诺图的化简时会使用到这两种标准形

式以及最小项和最大项的特点来进行简化。

思考：(1)

和(2)的

布置习题

区别？

2-2(4)2-3(4)2-4(2)2-7(1)(2)

1()

第」次课程教学方案

周次第2周课时数2课时

教学

2.5逻辑函数的化简方法2.5.1逻辑函数的公式化简法

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握公式化简的方法。

和要

求

教学

各种公式化简的方法。

重点

教学

配项法的使用技巧。

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示・难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练2-8(2)(4)

习

板书多媒体(PPT)

板

2.5.1逻辑函数的公式化简法

书

设

计

II

第4一次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课提问：给

定任意函

数如何化

成标准最

导入新课小项形

2.5逻辑函数的化简方法式？

同一逻辑函数可以有繁简不同的表达式，实现的电路也不相同。如果

表达式比较简单，那么电路使用的元器件就少，设备就简单。

2.5.1逻辑函数的公式化简法

化简或与式：

（-）利用各种公式的对偶式来化简；

（二）先将函数转换成其对偶与或式进行化简，然后求化简后的与或

式的对偶式，从而得到原函数的最简形式。

本节小结：

本节主要介绍四种公式化简的方法。用公式法化简逻辑函数，要

求对公式非常熟练，从而有一定的化简技巧和难度。有时没考虑全面

化简出来的不是最简结果。因此，我们引入图解化简的方法，这种方

法更加直观，容易掌握。

布置作业题

2-8(2)(4)

思考：如

何化简或

与表达

式？

12

第二一次课程教学方案

周次第3周课时数2课时

教学

2.5逻辑函数的化简方法2.5.2卡诺图化简法

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握筒化的另一种方法一卡诺图法

和要

求

教学

卡诺图化简与或和或与表达式

重点

教学

卡诺图化简含任意项的逻辑函数

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

2-9(2)(3)(4)(6)(8)

或练

2-10

习

板书多媒体（PPT）

板

2.5逻辑函数的化简方法

书

2.5.2卡诺图化简法

设

计

13

第」一次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课提问：让

学生用公

式法化简

导入新课逻辑函

数。

2.5逻辑函数的化简方法

2.5.2卡诺图化简法

一、用卡诺图化简逻辑函数

1.将逻辑函数真值表变换成方格图的形式，称为真值图。按循环码的

规则排列变量的取值组合，所得的真值图称为卡诺图。

循环码：相邻两组之间只有一个变量值不同的编码。例如，两变量的4

种取值组合按00—01—11—10排列。这里的相邻包括头尾两组。

2.卡诺图的一般形式

3.卡诺图的特点是任意两个相邻的最小项在图中也是相邻的。(相邻项

是指两个最小项只有一个因子互为反变量，其余因子均相同，又称为

逻辑相邻项)。

4.如何用卡诺图表示逻辑函数？

(1)逻辑函数以最小项给出：在卡诺图中那些与给定逻辑函数的最小

项相对应的方格内填入1,其余的方格内填入0。

(2)逻辑函数是与或式，但不是标准形式：将逻辑函数转换成最小项

表达式再填图。

注意：也可以不转换，直接观察。如果乘积项没有包含所有输入变量，只要现有

变量因子能够满足使该项为1的条件，该值即为1.

(3)逻辑函数以一般的逻辑表达式给出：先将函数变换为与或表达式，

然后在卡诺图上包含这些乘积项的那些最小项相对应的方格内填入1,

其余的方格内填入0。

5.如何利用卡诺图合并最小项？

(1)处于相邻位置的最小项可以合并，合并项由圈内没有变化的那些

变量组成，为1的用原变量表示，为0的用反变量表示。

注意：只能对相邻的T个1格进行合并。

14

二、化简方法

(1)处于相邻位置的最小项可以合并，合并项由圈内没有变化的

那些变量组成，为1的用原变量表示，为0的用反变量表示。

(2)在图上化简逻辑函数时，采用圈圈合并最小项的方法，函数

化简后乘积项的数目等于合并圈的数目，每个乘积项所含变

量因子的大小，取决于合并圈的数目，每个合并圈要尽可能

的大。

(3)化简的基本步骤：

逻辑表达式或真值表卡诺图圈出所有没有相邻项的孤立1格主要

项找出只有一种圈法的1格先把相邻格圈起来(必须是2i个格)

余下的1格有几种合并的可能，选择一种合并(圈越大越好；所有1

格没有被遗漏；总圈数最少)合并最小项最简与或表达式

注意：在有些情况下，不同圈法得到的与或表达式都是最简形式。即

一个函数的最简与或表达式不是唯一的。

三、具有任意项的化简

任意项：在一个逻辑函数中，变量的某些取值组合不会出现，或者在

某些组合时输出不确定，可能为0可能为1。卡诺图中用x表示任意项

格，化简时可以作为0可以作为lo合理的利用任意项可以使得逻辑函

数的表达式进一步简化。如果任意项对化简有利，则取1；如果任意项

对化简不利，则取0。对于非完全描述逻辑函数的化简，任意格可以作

为0也可以作为1,看哪一个对化简有利。在化简过程中，已经对任意

项赋予了确定的输出值。

注意：对于非完全描述逻辑函数的化简，任意格可以作为0也可以作

为1,看哪一个对化简有利。在化简过程中，已经对任意项赋予了确定

的输出值。

本节小结

本节介绍了用卡诺图化简逻辑函数的方法：包括完全描述函数和

非完全描述函数。注意化简的步骤和规则。

布置作业

2-9(2)(3)(4)(6)(8)2-10

本章小结：

本章简单介绍逻辑代数的基本公式、重要定理和常用公式，介绍

逻辑函数及其表示方法，讲述应用逻辑函数的方法一代数法和卡诺图

15

法。

重点：逻辑函数常用的四种表示方法：真值表、函数表达式、逻

辑图和卡诺图；逻辑函数基本定理和常用公式；卡诺图化简函数。

难点：逻辑函数的化简。

课后思

考：如何

利用卡诺

图将函数

化简成

“或与”

表达式？

16

第次课程教学方案

周次第3周课时数2课时

教学

第3章集成逻辑门电路3.1概述3.5双极型晶体管的开关特性及应用

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握二极管和三极管开关电路的分析。

和要

求

教学

开关电路的分析

重点

教学

二极管限幅电路。

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练思考题：上限限幅电路和下限限幅电路如何区分。

习

板书多媒体（PPT）

板

第3章集成逻辑门

书

3.1概述

设

3.5双极型晶体管的开关特性及应用

计

17

第次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

导入新课提问：上

节课思考

第3章集成逻辑门电路题，如何

利用卡诺

图将函数

3.1概述化简成

3.5双极型晶体管的开关特性及应用“或与”

1、二极管开关电路表达式？

因二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。在

近似分析时可以当成理想开关来分析。但在严格的电路分析中或者在

高速开关电路中不可以。

2、二极管的稳态开关特性

3、二极管的特点

二极管正向导通时，相当于开关闭合，两端仍有电位降落。

反向截止时，相当于开关断开，存在反向电流。

反向饱和电流和导通电压与温度有关。

4、二极管开关应用电路

限幅电路（将输入波形的一部分传送到输出端，将其余部分抑制掉，可

以对波形进行变换或整形。）

注意：开关元件位于限幅电路的串联臂时，称二极管串联限幅。

开关元件位于限幅电路的并联臂时，称二极管并联限幅。

串联限幅电路是利用二极管的截止状态起作用。

并联限幅电路是利用二极管的导通状态起作用。

晶体三极管开关特性

在一般模拟电子线路中，晶体三极管常常当作线形放大元件或非线形

元件使用，在脉冲与数字电路中，在大幅度脉冲信号作用下，晶体管

交替工作于截止区与饱和区，相当于开关的断开和闭合，作为开关元

件来使用。

&三极管开关应用电路（反相器）

讨论：二

本节总结

极管在什

本节主要介绍二极管和三极管在开关电路中的应用。

么情况下

布置思考题上限限幅电路和下限限幅电路如何区分。

导通？什

么情况下

截止？

18

第，次课程教学方案

周次第3周课时数2课时

教学

3.6TTL集成逻辑门电路

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握TTL门的外部特性。

和要

求

教学

TTL门的外特性何负载能力。

重点

教学

TTL与非门的工作原理和输入特性。

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练4

习

板书多媒体(PPT)

板

3.6TTL集成逻辑门电路

书

3.6.1肖特基晶体管

设

3.6.2TTL与非门和TTL或非门

计

19

第，次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课

导入新课

3.6TTL集成逻辑门电路

1TTL与非门是由双极型晶体管组成的集成电路。标准TTL与非门的基

本工作情况是：当几个输入信号中至少有一个为0(0.3V)时，输出为1

(3.6V)；当输入全为1(3.6V)时，输出为0(0.3V)o

2信号共发射极输入，p点实现“与"功能p=ABC

3中间级是典型的三极管反相器，实现反相功能。Q=ABC

4推拉输出电路的作用：(T3和T4截止导通状态相反)无论是电路

开态还是关态，具有较低的输出电阻，提高了带负载的能力。

5推拉输出电路和多发射极晶体管大大提高了电路的开关速度。

6钳位二极管抑制输入端出现的负脉冲性干扰，从而起到了保护输入

级多发射极晶体管的作用。

TTL与非门的主要外部特性

1电压传输特性

2TTL与非门输入特性

3TTL与非门输出特性

4平均延迟时间

5电源特性

6TTL与非门的主要特性

本节小结

本节主要介绍TTL与非门的结构和外部特性。

布置作业：4

20

第」一次课程教学方案

周次第4周课时数2课时

教学

3.6.3TTL集电极开路门和三态输出门

章节

教学

目标

通过本节教学使学生掌握其他类型的TTL门。

和要

求

教学

0C门、三态门的逻辑功能和应用。

重点

教学

TTL与非门为什么不能完成线与功能。

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

或练作业：56

习

板书多媒体

板

3.6.3TTL集电极开路门和三态输出门

书

设

计

21

第」一次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课

导入新课

3.6.3TTL集电极开路门和三态输出门

1TTL或非门

2TTL异或门讨论：为

3集电极开路的TTL与非门（0C门）什么普通

能够直接实现线与功能。的TTL门

不能实现

4三态输出门

线与功

能够实现总线结构。能？

例题

本节小结

本节主要介绍0C门和三态输出门的特点。

作业：56

22

第，一次课程教学方案

周次第5周课时数2课时

教学

3.2MOS晶体管3.3CMOS反相器3.4CMOS逻辑门电路

章节

教学

目标

通过本节学习让学生掌握MOS和CMOS反相器的工作原理

和要

求

教学

CMOS反相器原理

重点

教学

复杂MOS电路的分析

难点

主要

■课堂讲授口小组活动口实验演示口难点答疑■提问

教学

方式□作业讲评口实践教学口考试测验口其他活动____________

使用

□文字教材・电子教案口录像材料口录音材料

媒体

资源□直播课堂口CAI课件口IP课件口其他资源：___________

作业

101113

或练

习

板书多媒体(PPT)

板

3.2MOS晶体管

书

3.3CMOS反相器

设

3.4CMOS逻辑门电路

计

23

第，一次教学活动设计

学生活动

教学环节主要教学内容

安排

复习旧课

导入新课

3.2MOS晶体管

MOS管作为开关应用时，在开关信号作用下，基本交替工作在截止和

导通状态。（类似于二极管）

1、输入特性曲线

2、转移特性和跨导

3、输入电阻和输入电容

（1）MOS管输入电阻比较高；

（2）当MOS管驱动后面的MOS电路时，静态负载能力很强。

（3）栅极泄露电流很小。

二MOS管反相器

特点：

（1）工艺简单，集成度高；

（2）抗噪声容限大。

（2）负载管始终工作于饱和区，工作速度低，功耗大；

（3）有一些不必要的电源损失；

（4）输出的高低电平的比值取决于输入管和负载管的跨导的比值，

也叫做“有比电路”。

（5）工作管串联实现逻辑“与”，工作管并联实现逻辑“或”，工作

管与负载管相连处引输出端实现“非工

3.3CMOS反相器

3