数字电路与逻辑设计大纲（通信工程）

《数字电路与逻辑设计》教学大纲课程编号：TE1020L课程名称：数字电路与逻辑设计英文名称：DigitalCircuitsandLogicalDesign学分/学时：3/48课程性质：学科基础课，必修适用专业：通信工程 开课单位：通信工程学院先修课程：大学物理、计算机导论与程序设计一、课程简介数字电路与逻辑设计是通信工程专业必修的一门学科基础课。其内容涵盖数字逻辑、数字电路描述、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计和处理器设计等方面。课程将通过课堂讲授、实验实践等教学方式，使学生掌握数字电路的分析设计方法，为后续课程的学习奠定数字化嵌入式平台实现的基础。在学生的思想政治教育方面，课程将结合当前芯片产业发展的相关内容，讲解我国的芯片产业的发展历程和当前面临的机遇与挑战，将爱党爱国、艰苦奋斗、爱岗敬业等价值取向渗透到课程教学当中，实现对学生相关品质的培养。二、课程目标（一）课程目标：1.掌握数字电路与逻辑设计的基本概念、基本原理。2.掌握数字电路分析及设计方法。3.掌握数字系统接口模块的设计方法。4.掌握复杂数字系统设计方法。（二）课程目标与毕业要求内涵观测点的对应关系：毕业要求内涵观测点课程目标内涵观测点2-3：能认识到通信工程专业复杂工程问题解决方案的多样性，理解获取现有解决方案的必要性，并能通过文献调研与咨询研究，寻求可替代的解决方案。目标3，4内涵观测点3-2能够在通信工程专业复杂工程问题的解决方案设计中，针对特定的需求如应用背景、系统特征、器件指标、设计流程等因素，完成单元（部件）的设计与单体功能验证。目标1，2内涵观测点5-2能够有效地选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件进行通信工程专业复杂工程问题的预测、模拟、实验、分析、处理及性能评估；目标3内涵观测点5-3在解决通信工程专业复杂工程问题过程中，能有效的选择及使用现代工具。在现有工具条件不满足的条件下，还能开发合适的工具。目标4三、课程具体内容及基本要求（一）数字化处理基础（线下4学时）1）掌握数字系统结构3）掌握布尔代数的基本运算。4）掌握基本逻辑电路实现。（二）逻辑电路（线下6学时+线上2学时）内容：布尔代数与逻辑门、逻辑函数描述、逻辑电路及硬件描述。本部分内容支撑课程目标1、4。1.基本要求1）逻辑真值表2）逻辑门3）逻辑函数表达式4）记忆逻辑电路5）逻辑电路结构6）掌握硬件描述语言VerilogHDL集电路仿真。2.重点、难点重点：数字系统结构、信息处理流程的实现、基本逻辑门实现结构及其基本电路应用、逻辑门电气特性和三态门的主要特点和应用、逻辑函数描述几种形式之间的转换及应用、VerilogHDL硬件描述语言。难点：数字系统结构、信息处理流程的实现、三态门的主要特点和应用、VerilogHDL硬件描述语言。（二）组合逻辑电路（线下6学时）内容：组合逻辑电路的分析和设计方法。本部分内容支撑课程目标2。1.基本要求1）掌握组合逻辑电路基本框架。2）掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。3）掌握组合逻辑电路常用模块（编/译码器、数码管译码器、数据选择/分配器、加法器、比较器）的逻辑功能、结构、描述和应用。4）熟悉组合逻辑电路中的竞争与冒险现象及消除方法。2.重点、难点重点：组合逻辑电路的分析方法和设计方法、组合逻辑电路常用模块的逻辑功能、结构、描述和应用。难点：组合逻辑电路的分析方法和设计方法。（三）时序逻辑电路（线下6学时）内容：触发器的工作原理、功能描述及应用、时序逻辑电路的分析与设计方法、计数器及其基本应用。本部分内容支撑课程目标2。1.基本要求1）掌握RS触发器的逻辑功能、描述方法及应用。2）掌握D触发器的逻辑功能、描述方法及应用。3）掌握由触发器构成寄存器、移位寄存器的实现方法及其应用。4）掌握时序逻辑电路的基本结构与类型、功能描述方法。5）掌握基于D触发器和VerilogHDL硬件描述语言的同步时序逻辑电路的分析与设计方法。6）了解异步时序逻辑电路的分析与设计方法。7）掌握计数器及其基本应用：计数器、分频器、序列发生器、序列检测器。2.重点、难点重点：D触发器及应用、同步时序逻辑电路的分析与设计方法、计数器及其基本应用。难点：寄存器及移位寄存器、异步时序逻辑电路的分析与设计方法、计数器的基本应用。（四）典型逻辑电路设计（线下6学时+线上2学时）内容：。1.基本要求1）分频器。2）序列发生器。3）序列检测器。4）设计实例-交通信号灯、SPI。2.重点、难点重点：存储器的原理、扩展及应用、ROM实现组合逻辑功能的设计方法及应用、可编程逻辑器件及LUT。难点：ROM实现组合逻辑功能的设计方法及应用、可编程逻辑器件及LUT。（五）数字系统集成电路（线下4学时+线上2学时）1)电路基本特性2）存储器实现逻辑3）可编程逻辑器件4）AD/DA转换器5）数字电路结构（五）数字系统设计（8学时+线上2学时（第7章介绍））内容：设计简易微处理器系统中的部件电路。本部分内容支撑课程目标4。1.基本要求1）可编程逻辑器件算术运算单元（ALU）设计。2）可编程逻辑器件控制单元设计。3）可编程逻辑器件指令设计。4）数字系统总线电路设计。5）存储系统与外设接口电路设计。6）通用输入输出口电路设计。7）定时器电路设计。8）异步串行通信器电路设计。9）中断控制器电路设计。10）片上系统构架与实践。2.重点、难点重点：CPU结构与设计、CPU指令与程序设计、总线、存储器扩容、输入输出部件电路。难点：CPU及输入输出设备电路设计实现。四、教学安排及方式总学时48学时，其中：线下讲授32学时，课内实践8学时，线上8学时。序号课程内容特点学时教学方式1数字逻辑电路概述基础性11课堂讲授、实践+线上讲授2组合逻辑电路实用性5课堂讲授、实践+线上讲授3时序逻辑电路实用性8课堂讲授、实践+线上讲授4数据转换与存储实用性4课堂讲授、实践+线上讲授5数字系统设计实践性20课堂讲授、实践五、课程考核方式与评价标准（一）考核方式：最终成绩由平时考核成绩、实践成绩和期末成绩组合而成。各部分所占比例如下：平时考核：20%。主要考核对每阶段课程知识点的学习、理解和掌握程度，主要依据有课堂情况、作业情况和平时考察情况。课程实践：40%。主要考核理论联系实际的能力，学生在仿真系统上设计实现微处理器系统电路，并结合其它课程知识实现一定功能。期末考试：40%。主要考核对知识的综合应用分析和设计能力。书面考试形式。课程目标支撑内涵观测点课程内容考核评价方式小计平时考核课程实践期末考试目标1内涵观测点3-2内容120510目标2内涵观测点3-2内容2，3202530目标3内涵观测点5-2内容4410520内涵观测点2-3内容50505目标4内涵观测点5-3内容1，5220530内涵观测点2-3内容50505合计104040100注：各部分比例仅是课程教学过程的一个参考，每年可以根据教学情况可以进行适当地调整。（二）各考核方式的成绩评价标准：平时考核评价标准要求考核评价标准成绩比例优秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目标1掌握数字电路的基本概念、逻辑代数相关知识、逻辑电路的描述方法概念清晰、问题分析准确、结论合理、作业正确率高概念清晰、问题分析比较准确、结论基本合理、作业正确率较高概念较为清晰，问题分析基本到位、结论基本合理、作业正确率尚可概念不清晰，问题分析失误、结论错误较多、作业错误较多20%目标2能运用组合数字电路、时序数字电路设计方法设计有指定功能的模块。相关分析方法运用熟练、解决方案正确可行、作业正确率高相关分析方法运用较为熟练、解决方案正确、作业正确率较高能在一定程度上运用相关分析方法、解决方案基本正确、作业正确率尚可方法运用生疏、解决方案无法满足要求、作业错误较多40%目标3能运用数字电路设计方法实现存储转换模块。相关分析方法运用熟练、解决方案正确可行、作业正确率高相关分析方法运用较为熟练、解决方案正确、作业正确率较高能在一定程度上运用相关分析方法、解决方案基本正确、作业正确率尚可方法运用生疏、解决方案无法满足要求、作业错误较多40%课程实践评价标准要求考核评价标准成绩比例优秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目标2能运用组合数字电路、时序数字电路设计方法设计功能的模块。相关分析方法运用熟练、解决方案正确可行、项目完成效果优秀相关分析方法运用较为熟练、解决方案正确、项目完成效果良好能在一定程度上运用相关分析方法、解决方案基本正确、项目完成效果合格方法运用生疏、解决方案无法满足要求、项目未完成或完成效果不合格37.5%目标3掌握数字系统接口模块的设计方案相关分析方法运用熟练、解决方案正确可行、报告撰写认真、答辩陈述清晰、回答问题正确相关分析方法运用较为熟练、解决方案正确、答辩陈述较为清晰、回答问题正确能在一定程度上运用相关分析方法、所提方案基本正确、答辩陈述较为清晰、回答问题基本正确方法运用生疏、所提方案无法满足要求、答辩陈述不清晰、回答问题错误较多37.5%目标4掌握复杂数字系统的设计方案相关分析方法运用熟练、解决方案正确可行、报告撰写认真、答辩陈述清晰、回答问题正确相关分析方法运用较为熟练、解决方案正确、答辩陈述较为清晰、回答问题正确能在一定程度上运用相关分析方法、所提方案基本正确、答辩陈述较为清晰、回答问题基本正确方法运用生疏、所提方案无法满足要求、答辩陈述不清晰、回答问题错误较多25%期末考试评价标准要求考核评价标准成绩比例优秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目标1掌握数字电路的基本概念、逻辑代数相关知识、逻辑电路的描述方法概念清晰、问题分析准确、答题正确率高概念清晰、问题分析比较准确、答题正确率较高概念较为清晰，问题分析基本到位、答题正确率尚可概念不清晰，问题分析失误、答题错误较多30%目标2能运用组合数字电路、时序数字电路设计方法设计有指定功能的模块。相关设计方法运用熟练、解决方案正确可行、答题正确率高相关设计方法运用较为熟练、解决方案正确、答题正确率较高能在一定程度上运用相关设计方法、所提方案基本正确、答题正确率尚可电路设计方法运用生疏、所提方案无法满足要求、答题错误较多30%目标3能运用数字电路设计方法实现存储转换模块。相关设计方法运用熟练、解决方案正确可行、答题正确率高相关设计方法运用较为熟练、解决方案正确、答题正确率较高能在一定程度上运用相关设计方法、所提方案基本正确、答题正确率尚可电路设计方法运用生疏、所提方案无法满足要求、答题错误较多30%目标4能运用数字电路设计方法提出复杂数字系统工程问题的解决方案相关设计方法运用熟练、解决方案正确可行、答题正确率高相关设计方法运用较为熟练、解决方案正确、答题正确率较高能在一定程度上运用相关设计方法、所提方案基本正确、答题正确率尚可电路设计方法运用生疏、所提方案无法满足要求、答题错误较多10%六、课程目标达成评价方式课程目标达成度值由该目标所有考核环节对应的观测点的学生平均得分之和除以目标分值之和得到。本课程课程目标的达成评价由下表所示：课程目标考核环节观测点目标分值(满分)学生平均得分达成度目标1平时考核教学内容1、2课后作业2期末考试期末考试体现该课程目标的题目15目标2平时考核教学内容3、4的随堂测试题与课后作业4期末考试期末考试体现该课程目标的题目15课程实践实践项目中的系统设计部分15目标3平时考核教学内容5的随堂测试题4课程实践实践项目中的系统仿真部分15期末考试期末考试体现该课程目标的题目15目标4课程实践实践项目中的系统报告撰写、答辩、演示环节10期末考试期末考试体现该课程目标的题目5七、教材及参考书目教材：《数字逻辑电路基础》陈彦辉、冯毛官、胡力山编著，西安：西安电子科技大学出版社，2014年参考书目：1.《数字电子技术基础》（第二版）杨颂华等编著，西安：西安电子科技大学出版社，2009年；2.《可编程逻辑器件原理、开发与应用》赵曙光主编，西安：西安电子科技大学出版社，2011年；3.《VerilogHDL数字设计与综合》（第二版）帕尔尼卡（