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课程信息

《数字系统与逻辑设计》课程教学大纲

 

《数字系统与逻辑设计》课程教学大纲

 

课程名称:数字系统与逻辑设计

课程代码:TELE1005

英文名称:Digital System and Logic Design

课程性质:专业必修课程

学分/学时:3.5

开课学期:第3学期

 

适用专业:通信工程、信息工程、电子信息工程、微电子、电子科学与技术等专业

先修课程:电路分析

后续课程:微机原理与接口技术,VHDL语言及应用等

开课单位:4166.com

课程负责人:黄旭

大纲执笔人:黄旭

大纲审核人:刘学观

 

一、课程性质和教学目标

课程性质:本课程是通信工程、信息工程、电子信息工程等电子信息类专业的一门重要专业基础课,是通信工程专业的必修主干课。

教学目标:本课程主要讲授数字逻辑的基本常识及数字逻辑电路的分析方法和设计方法。通过理论教学与实验教学相结合,使学生能建立数字系统完整的总体概念,掌握数字逻辑电路的基本概念、基本分析方法和设计方法以及若干典型的中、小规模集成电路的功能及应用,具备一定的数字电路分析和设计能力,培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程打下理论和技术基础。本课程的具体教学目标如下:

1、 掌握逻辑代数和数字逻辑电路的基础常识,能将其用于实际工程问题的分析。【1-3

2、 具备对数字逻辑器件的特性和功能进行分析的能力,能够对组合逻辑电路和时序逻辑电路进行描述和分析,能够分析典型脉冲电路、半导体存储器以及数模和模数转换电路的结构和原理,并针对实际工程问题和应用对象进行器件和参数的选择。【2-1

3、 具备对数字逻辑电路进行初步设计的能力,能运用基本原理和方法,根据设计要求完成数字逻辑电路(组合逻辑电路、时序逻辑电路)的设计。【3-1

4、 通过实验教学,能够对数字逻辑电路的相关常识和方法进行研究与实验验证。【4-1

 

二、课程目标与毕业要求的对应关系

毕业要求

指标点

课程目标

1、工程常识

1-3 掌握电子、通信及工程基础常识,能将其用于分析工程问题中的电路、电磁场及信号问题;

教学目标1

2、问题分析

2-1能运用数理和工程常识识别和判断通信领域复杂工程问题中的关键环节和参数;

教学目标2

3、设计/开发解决方案

3-1 能利用专业常识,根据给定的设计指标,设计本专业领域的单元或过程;

教学目标3

4、研究

4-1能够对通信领域的相关部件或环节进行研究和实验验证;

教学目标4

 

三、课程教学内容及学时分配

1、   数制和码制(2学时)(支撑课程目标1

1.1       概述

1.2       几种常用的数制

1.3       不同数制间的转换?

1.4       二进制算术运算

1.5       几种常用的编码?

目标及要求:

1)          通过概述的先容,使得学生了解课程的学习要求,课程的性质和主要内容;了解数字量,数字信号和数字电路的定义,与模拟量的区别。

2)          掌握常用数制及码制的概念。数制之间、码制之间的相互转换。了解二进制算数运算的特点及方法。

作业内容:

强化对数制和码制的表示及转换方法。

讨论内容:

数字量与模拟量,数字信号与模拟信号,数字电路与模拟电路的关系。数的表示方法。

自学拓展:

查阅资料,了解数字电子技术的发展与应用。

 

2、   逻辑代数基础(6学时)(支撑课程目标1

2.1       概述

2.2       逻辑代数中的三种基本运算?

2.3       逻辑代数的基本公式和常用公式?

2.4       逻辑代数的基本定理

2.5       逻辑函数及表示方法?D

2.6       逻辑函数的化简方法?D

2.7       具有无关项的逻辑函数及其化简?

目标及要求:

1)   通过物理层章节的学习,使得学生了解逻辑代数在课程学习中的重要性和基本概念;

2)   掌握逻辑代数的基本公式、常用公式和重要定理;

3)   掌握逻辑函数及其表示方法,各种表示方法之间的相互转换;建立逻辑问题与数字逻辑电路的常识关联;

4)   掌握逻辑函数的化简方法;无关项的概念及应用。

作业内容:

强化逻辑代数的基本运算关系;逻辑函数的表示方法及相互转换;逻辑函数的化简方法。

讨论内容:

强调逻辑的概念,讨论逻辑代数与以前的数学常识的区别。

自学拓展:

通过查阅相关资料,了解逻辑代数的应用。

 

3、   门电路(9学时)(支撑课程目标12

3.1       概述

3.2       半导体二极管门电路

3.3       CMOS门电路?D

3.4       TTL门电路?D

目标及要求:

1)   了解门电路的基本概念、半导体二极管和半导体三极管的开关特性;

2)   掌握CMOS门电路和TTL门电路的电路结构、工作原理及特性;

3)   掌握OC门、OD门、三态输出门、CMOS传输门的结构特点及应用。

作业内容:

强化基本逻辑门的使用方法;强化CMOS门电路和TTL门电路相关参数的计算;强化CMOS门电路和TTL门电路的特性分析。

讨论内容:

不同电路结构和功能的门电路的应用。

自学拓展:

查阅资料,了解数字集成门电路的主要厂商、产品系列和特点,以及在实际工程问题中的应用。

 

4、   组合逻辑电路(9学时)(支撑课程目标23

4.1       概述

4.2       组合逻辑电路的分析方法和设计方法?D

4.3       若干常用的组合逻辑电路?D

4.4       组合逻辑电路中的竞争-冒险现象

目标及要求:

1)   了解组合逻辑电路的基本概念及表述方法;

2)   掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法;

3)   掌握常用组合逻辑器件的工作原理、功能和使用方法。

4)   了解组合逻辑电路中的竞争-冒险现象

作业内容:

强化组合逻辑电路的分析和设计;强化编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等常用组合逻辑器件的使用和应用。

讨论内容:

常用组合逻辑器件在应用方面的扩展。组合逻辑电路的实际应用。

自学拓展:

查阅资料,了解数字集成电路的主要厂商、产品特点;学会查阅产品手册;了解组合逻辑电路在实际工程问题中的应用。

 

5、   触发器(4学时)(支撑课程目标12

5.1概述

5.2 SR锁存器?

5.3电平触发的触发器

5.4脉冲触发的触发器?D

5.5边沿触发的触发器?

5.6触发器的逻辑功能及其描述方法?

目标及要求:

1)   了解触发器的基本概念和特点;

2)   掌握SR锁存器的电路结构、工作原理及特性;

3)   掌握不同电路结构和触发方式的触发器的结构、特性及动作特点。

4)   掌握触发器的逻辑功能及其描述方法

作业内容:

强化触发器的功能分析;强化触发器的正确使用,给定条件下画出触发器的输出波形。

自学拓展:

查阅资料,了解数字集成触发器电路的主要厂商、产品及特点。

 

6、   时序逻辑电路(9学时)(支撑课程目标23

6.1 概述

6.2 时序逻辑电路的分析方法?D

6.3 若干常用的时序逻辑电路?D

6.4 时序逻辑电路的设计方法?D

目标及要求:

1)   了解时序逻辑电路的基本概念及逻辑功能的描述;

2)   掌握同步时序逻辑电路的分析方法;

3)   掌握常用时序逻辑器件,特别是计数器的工作原理、功能和使用方法。

4)   掌握同步时序逻辑电路的设计方法。

作业内容:

强化同步时序逻辑电路的分析方法和设计方法;强化集成计数器的使用方法。

讨论内容:

同步时序电路与异步时序电路的比较。时序逻辑电路的实际应用。

自学拓展:

查阅资料,了解数字集成电路的主要厂商、产品特点;学会查阅产品手册。异步时序电路的分析和设计方法。了解数字集成器件的实际工程应用。

 

7、   半导体存储器(3学时)(支撑课程目标2

7.1概述

7.2只读存储器(ROM

7.3随机存储器(RAM

7.4存储器容量的扩展?

7.5用存储器实现组合逻辑函数?D

目标及要求:

1)   了解半导体存储器的基本概念、只读存储器和随机存储器的基本结构;

2)   掌握存储器容量的扩展方法以及用存储器设计组合逻辑电路的方法。

作业内容:

强化存储器容量的扩展方法;强化用存储器设计组合逻辑电路的方法。

自学拓展:

查阅资料,了解不同类型的存储器的存储结构和存储方法以及在系统中的应用。

 

8、   脉冲波形的产生和整形(6学时)(支撑课程目标2

8.1       概述

8.2       施密特触发器?

8.3       单稳态触发器?D

8.4       多谐振荡器?D

8.5       555定时器及其应用?D

作业内容:

强化脉冲波形的产生与整形电路的分析及参数计算。

目标及要求:

1)   了解脉冲波形产生的方法及描述脉冲波形特性的主要参数;

2)   掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的结构特点、工作原理、参数计算及应用;

3)   掌握用555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构、工作原理及特性。

讨论内容:

脉冲波形的产生与整形电路的实际应用。

自学拓展:

查阅资料,了解脉冲波形的产生与整形电路在数字系统中的应用。

 

9、   -模和模-数转换(6学时)(支撑课程目标2

9.1概述

9.2 D/A转换器?

9.3 A/D转换器?D

作业内容:

强化A/DD/A转换器的转换方法。

目标及要求:

1)   了解A/DD/A转换的基本概念及在数字系统中的作用;

2)   掌握A/DD/A转换器的工作原理和转换方法;

3)   了解A/DD/A转换器的主要性能指标。

自学拓展:

查阅资料,了解A/DD/A转换器在数字系统中的实际应用。

 

10、实验(18学时)(支撑课程目标34

实验内容:必开实验9学时,其余9学时在选开实验中选择。

序号

实验项目名称

目的要求

学时分配

实验类型

每组人数

必开、选开

1

基本TTLCMOS器件实验

掌握门电路的主要参数及传输特性的测试方法

3

验证型

1

必开

2

组合逻辑电路的设计

用小规模数字集成电路设计组合电路

3

设计型

1

必开

3

触发器

掌握集成触发器的功能及测试方法并能设计简单时序电路。

3

设计型

1

选开

4

移位寄存器

掌握移位寄存器的使用方法及应用。

3

设计型

1

选开

5

计数器

熟悉集成计数器的功能,掌握任意进制计数器的设计方法。

3

设计型

1

必开

6

脉冲信号整形电路

掌握集成单稳触发器、施密特触发器电路的功能及使用方法;

利用集成单稳触发器、施密特触发器电路设计脉冲电路。

3

设计型

1

选开

7

555集成定时器及其应用

555集成定时器设计脉冲波形产生与整形电路

3

设计型

1

选开

8

D/A转换器

熟悉集成数模转换器的功能测试及使用

3

设计型

1

选开

9

A/D转换器

熟悉集成模数转换器的功能测试及使用

3

设计型

1

选开

10

交通灯控制器

熟悉小型数字系统的设计

6

综合型

1

选开

11

数字钟

熟悉小型数字系统的设计

6

综合型

1

选开

四、教学方法

1、  在课堂教学中,阐述数字逻辑电路的基本原理和分析设计方法,理论联系实际,培养学生对实际工程问题的理解和应用能力;

2、  采用传统教学方式与多媒体课件相结合进行教学;充分利用学校的课程录播视频和课程中心网站资源辅助教学。

3、  通过实验教学,理论联系实际,使学生加深对课程理论常识的理解和对工程应用的认识。

 

五、考核及成绩评定方式

考核方式:闭卷笔试(期末,期中),平时成绩(作业及出勤情况),实验报告

成绩评定方式:期末笔试成绩50%,期中笔试成绩20%,平时成绩10%,实验报告20%

 

六、教材及参考书目

教材:阎石主编  《数字电子技术基础》(第五版)  高等教育出版社  2006

汪一鸣、黄旭等  《数字电子技术实验引导书》  4166出版社  2005

参考书:

1、康华光主编  《电子技术基础》数字部分(第五版)  高等教育出版社  2006

2、阎石 王红  《数字电子技术基础(第五版)教师手册》  高等教育出版社  2006

3William Kleitz著 陶国斌 赵玉峰译  《数字电子技术》  科学出版社  2008

4、马金明  《数字系统与逻辑设计》  北京航空航天大学出版社  2007

5、朱定华  《数字电路与逻辑设计》  清华大学出版社  2011

 

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