《数字电子技术基础》课程教学大纲

《数字电子技术基础》课程教学大纲课程名称：数字电子技术基础课程编号：F098091581英文名称：Fundamentalsofdigitalelectronictechnology学时：64学时 学分：4学分开课学期：第3学期适用专业：光电信息科学与工程专业课程类别：理论课课程性质：专业核心课先修课程：大学计算机（1）、大学计算机（2）、大学物理（1）、大学物理（2）、电路分析基础一、课程的性质及任务《数字电子技术基础》课程是光电信息科学与工程专业学生的专业核心课，通过本课程的学习，使学生能够了解数字电路在光电信息相关的专业仪器结构中的地位与作用；了解光电信息相关的专业仪器中常用的数字电路组成；能够理解光电信息相关的专业仪器中基本电路的工作原理和一般设计规则；能够根据需求设计相关电路、计算关键参数；能够应用相关仪器对电路进行调试与分析；具备将数字电路的基本理论、方法综合应用于分析、解决各种信息获取、处理、传输与应用过程中与电路相关的典型工程问题的能力。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：1.掌握必要的数学、自然科学等基础知识，具备对光电信息科学与工程领域相关工程问题的建模和求解的能力（毕业要求指标1-①）2.掌握光电信息科学与工程专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力（毕业要求指标1-③）3.具备根据用户需求确定设计目标，利用专业知识设计/开发满足特定指标要求的光电系统功能模块的能力（毕业要求指标2-⑤）4.掌握计算机、网络技术、通信技术、信息检索等与光电信息科学与工程相关的信息技术工具和有效资源，具备综合运用上述工具及资源进行系统研究、设计与开发的能力（毕业要求指标2-⑮）5.了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感（毕业要求指标3-②）二、课程目标与要求2.1课程目标1.能理解数字电路的发展历程及国情，理解社会主义核心价值观，培养推动民族复兴和社会进步的责任感。2.能解释数字电路的类型及信号形式，理解数字电路基本概念、基本理论和基本知识。3.能理解算术运算和逻辑运算，能对光电信息科学与工程领域相关工程问题进行建模和求解。4.能理解硬件描述语言基础知识，并用专业术语描述关键电路元件和各类数字电路，进而描述光电信息科学与工程领域相关的复杂工程问题。5.能解释各类组合逻辑电路和时序逻辑电路的器件构造、基本参数和工作原理，能够分析和设计简单的数字电路。6.能理解数字系统中半导体存储器的基本结构和工作原理，利用专业知识描述相关的复杂工程问题。2.2课程目标与毕业要求对应关系课程目标毕业要求123456●●1-①掌握必要的数学、自然科学等基础知识，具备对光电信息科学与工程领域相关工程问题的建模和求解的能力●1-③掌握光电信息科学与工程专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力●2-⑤具备根据用户需求确定设计目标，利用专业知识设计/开发满足特定指标要求的光电系统功能模块的能力●2-⑮掌握计算机、网络技术、通信技术、信息检索等与光电信息科学与工程相关的信息技术工具和有效资源，具备综合运用上述工具及资源进行系统研究、设计与开发的能力●3-②了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感模拟电子技术基础课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲.3课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学课后作业1能理解数字电路的发展历程及国情，理解社会主义核心价值观，培养推动民族复兴和社会进步的责任感。MH2能解释数字电路的类型及信号形式，理解数字电路基本概念、基本理论和基本知识。HM3能理解算术运算和逻辑运算，能对光电信息科学与工程领域相关工程问题进行建模和求解。HH4能理解硬件描述语言基础知识，并用专业术语描述关键电路元件和各类数字电路，进而描述光电信息科学与工程领域相关的复杂工程问题。HH5能解释各类组合逻辑电路和时序逻辑电路的器件构造、基本参数和工作原理，能够分析和设计简单的数字电路。HH6能理解数字系统中半导体存储器的基本结构和工作原理，利用专业知识描述相关的复杂工程问题。HL注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求；L表示该能力在此环节有所涉及。2.4目标达成度的评价1.课程目标1主要通过理论教学环节、课后作业进行培养。主要通过课堂测试和课后作业中的概念性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。2.课程目标2主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有应用要求。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试中概念性、原理性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。3.课程目标3、4、5主要通过理论教学环节、课后作业进行培养。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试中的算术运算、逻辑运算、逻辑化简、电路分析、电路设计类题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。4.课程目标6主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课后作业和期末考试中概念性、原理性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段1.理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立；2.理论教学强调将各种数字电路与工程实现的实际情况紧密联系，面向知识的实际应用；3.理论教学注重本课程与大学计算机（1）、大学计算机（2）、大学物理（1）、大学物理（2）、电路分析基础等先修课程的联系，以常见数字集成电路FPGA和CPLD典型需求作为本课程知识的应用背景，结合计算机基础和软件开发的相关理论解释本课程的有关概念和原理，基于电路原理与机器语言的基础知识掌握数字电路的分析与设计。4.课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第1章数字逻辑概论[教学目的与要求]：了解数字信号的描述方法、代码、逻辑函数及其表示方法，掌握常用数制及其转换、补码、反码、二进制数的算术运算与逻辑运算。[本章主要内容]：1.1数字信号与数字电路（支撑课程目标1）1.2数制（支撑课程目标2）1.3二进制数的算术运算（支撑课程目标2、3）1.4二进制代码（支撑课程目标2）1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算（支撑课程目标2、3）1.6逻辑函数及其表示方法（支撑课程目标2）[本章重点]：1.数字电子技术课程的简介及数字电子技术的发展历程。2.数制的基本概念和几种常用的数制。3.不同数制之间的转换和二进制算术运算。[本章难点]：1.常用数制的表示形式。2.反码、补码的概念。第2章逻辑代数与硬件描述语言基础[教学目的与要求]：掌握逻辑代数的基本定律、恒等式、基本规则、逻辑函数的化简方法，重点掌握卡诺图化简逻辑函数；掌握VerilogHDL的语法规则、基本结构，能够编写简单的程序。[本章主要内容]：2.1逻辑代数的基本定律和规则（支撑课程目标2）2.2逻辑函数表达式的形式2.3逻辑函数的代数化简法2.4逻辑函数的卡诺图化简法（支撑课程目标3）2.5硬件描述语言VerilogHDL基础（支撑课程目标1、4）[本章重点]：1.逻辑代数的基本运算、基本公式、常用公式和基本定理。2.逻辑函数的标准形式。3.卡诺图化简逻辑函数。4.无关项在逻辑函数化简中的应用。5.硬件描述语言的基本结构和数据类型。6.硬件描述语言的各种运算符的符号和逻辑功能。7.各种硬件描述语言的语句结构和使用方法。[本章难点]：1.最小项、最大项的概念和性质。2.卡诺图化简逻辑函数。3.无关项的概念。4.硬件描述语言的语句结构和使用方法。第3章逻辑门电路[教学目的与要求]：了解半导体器件的开关特性，熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能，学会门电路逻辑功能分析方法，掌握逻辑门的主要参数。[本章主要内容]：3.1逻辑门电路简介（支撑课程目标1）3.2半导体二极管门电路3.3基本CMOS逻辑门电路3.4CMOS逻辑门的其他输出结构及参数3.5TTL逻辑门电路[本章重点]：1.正负逻辑。2.门电路代替开关电路的原理。3.MOS管的输入输出特性及各种CMOS门电路的工作原理。[本章难点]：1.开关电路。2.MOS管的输入输出特性。第4章组合逻辑电路[教学目的与要求]：了解组合逻辑电路的概念和特点，重点掌握组合逻辑电路的分析方法和基本设计方法，掌握各种常用的组合逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析；理解组合逻辑电路中的竞争-冒险和消除方法，了解组合逻辑的可编程电路实现。[本章主要内容]：4.1组合逻辑电路的分析（支撑课程目标3、5）4.2组合逻辑电路的设计（支撑课程目标3、5）4.3组合逻辑电路中的竞争-冒险4.4常用组合逻辑电路模块（支撑课程目标3、5）4.5组合逻辑的可编程电路实现[本章重点]：1.组合逻辑电路的分析方法。2.组合逻辑电路的基本设计方法。3.常用组合逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析。[本章难点]：1.组合逻辑电路的基本设计方法。2.常用组合逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析。第5章锁存器和触发器[教学目的与要求]：理解触发器概念及其与门电路的差异，了解各种触发器的结构特点，掌握各种锁存器和触发器的逻辑功能和工作原理。[本章主要内容]：5.1基本双稳态电路（支撑课程目标2）5.2SR锁存器（支撑课程目标3）5.3D锁存器（支撑课程目标3）5.4D触发器（支撑课程目标3）5.5触发器的逻辑功能（支撑课程目标3）5.6用VerilogHDL描述锁存器和触发器（支撑课程目标4）[本章重点]：1.SR锁存器的工作原理。2.各种触发器的结构特点、工作原理和逻辑功能。3.用VerilogHDL描述锁存器和触发器。[本章难点]：1.各种触发器的工作原理。2.用VerilogHDL描述锁存器和触发器。第6章时序逻辑电路[教学目的与要求]：了解时序逻辑电路的概念、分类和特点，重点掌握同步时序逻辑电路的分析方法和基本设计方法，掌握常用时序逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析；了解异步时序逻辑电路的分析和时序逻辑的可编程电路实现。[本章主要内容]：6.1时序逻辑电路的基本概念6.2同步时序逻辑电路的分析（支撑课程目标3、5）6.3同步时序逻辑电路的设计（支撑课程目标3、5）6.4异步时序逻辑电路的分析（支撑课程目标3、5）6.5常用时序逻辑电路模块（支撑课程目标3、5）6.6时序逻辑的可编程电路实现[本章重点]：1.时序逻辑电路的概念和特点。2.时序逻辑电路的分析方法。3.同步时序逻辑电路的设计方法。4.常用时序逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析。[本章难点]：1.同步时序逻辑电路的基本设计方法。2.常用时序逻辑电路模块的电路结构和逻辑功能分析。第7章半导体存储器[教学目的与要求]：掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址等基本概念，重点掌握RAM、ROM的工作原理及典型应用，了解只读存储器基本结构、工作原理和分类，了解随机存取存储器SRAM、DRAM基本结构、工作原理和分类。[本章主要内容]：7.1只读存储器（支撑课程目标1、2、5、6）7.2随机存取存储器（支撑课程目标2、6）[本章重点]：1.半导体存储器的分类。2.ROM的基本结构、二维译码和存储阵列、读操作时序。3.SRAM存储单元的结构。[本章难点]：ROM的基本结构、二维译码和存储阵列、读操作时序。第8章FPGA和CPLD[教学目的与要求]：了解可编程逻辑器件的发展历史、分类和开发过程，掌握FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理，了解FPGA和CPLD的结构。[本章主要内容]：8.1现场可编程门阵列(FPGA)（支撑课程目标1、2）8.2复杂可编程逻辑器件(CPLD)简介（支撑课程目标2）8.3可编程逻辑器件开发过程简介（支撑课程目标2）[本章重点]：1.FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理。2.FPGA和CPLD的结构。[本章难点]：FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理。五、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1数字信号与数字电路1.3理论课22数制理论课23二进制数的算术运算、二进制代码理论课2４二值逻辑变量与基本逻辑运算、逻辑函数及其表示方法理论课25逻辑代数的基本定律和规则理论课26逻辑函数表达式的形式理论课27逻辑函数的代数化简法理论课28逻辑函数的卡诺图化简法理论课29VerilogHDL模块的基本结构理论课210VerilogHDL数据类型理论课211VerilogHDL运算符及表达式理论课212VerilogHDL内部的基本门级元件、赋值语句、块语句理论课213条件语句、循环语句、结构说明语句理论课214编译预处理理论课215逻辑门电路简介、半导体二极管门电路理论课216基本CMOS逻辑门电路理论课217CMOS逻辑门的其他输出结构及参数、TTL逻辑门电路理论课218组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、组合逻辑电路中的竞争-冒险理论课219编码器理论课220译码器/数据分配器理论课221数据选择器理论课222数值比较器理论课223算术运算电路、组合逻辑的可编程电路实现理论课224基本双稳态电路、SR锁存器、D锁存器理论课225D触发器理论课226触发器的逻辑功能、用VerilogHDL描述锁存器和触发器理论课227时序逻辑电路的基本概念、同步时序逻辑电路的分析理论课228同步时序逻辑电路的设计理论课229异步时序逻辑电路的分析理论课230常用时序逻辑电路模块、时序逻辑的可编程电路实现理论课231只读存储器、随机存取存储器理论课232现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)简介、可编程逻辑器件开发过程简介理论课2注：实验课由实验教师负责协调安排时间，原则上安排在课堂教学结束后、考试之前一周以上完成。六、课程考核与成绩评定6.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考试，其中课程过程考核占总成绩的20%，分别由课堂表现、课后作业进行评定；期末考试成绩占总成绩的80%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现10%20%作业10%期末成绩期末测试80%80%总计100%100%6.2考核内容及要求本课程为考试课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考试80%数制运算15～20目标2、3100分逻辑函数表达式的定义、形式5～15目标2、3逻辑代数基本定律、规则的运用15～20目标2、3门电路的工作原理5～151、4、6锁存器和触发器的电路结构、工作原理、逻辑功能5～154、6逻辑电路分析、设计20～30目标1、3、4、5过程考核20%课堂表现课堂测试、出勤情况10目标1、2、3、4、5、610分课后作业作业完成情况10目标1、2、3、4、5、610分6.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分10分，由课堂测试与课堂出勤情况评定。其中，课堂测试满分10分，以客观题（填空、选择、判断）为主，每学期随堂测试15~20次，每次测试1~2道题目，每答错一道题目扣0.5分（直到扣满10分为止）；课堂出勤满分5分，缺勤一次扣1分，迟到或请假扣0.5分。2.课后作业课后作业总分10分，由作业完成情况评定。每学期布置作业5次，每次作业占2分，评分标准如下；评分标准分值标准描述课后作业2能够按时认真完成作业、