数字电路与系统
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spContent=当今世界千变万化、五光十色,离不开数字技术。大到国家的各个行业领域,小到个人生活的方方面面,数字技术与我们息息相关。同学们,大连理工大学《数字电路与系统》课程组将引领你们走进数字技术的大门!
—— 课程团队
课程概述

本课程是工科电气信息大类专业的专业基础课,是工科电气信息大类学生学习和掌握电子与信息工程、通信工程、自动控制、生物医学工程、集成电路设计、电气工程、计算机工程等方面专业知识的入门课程。本课程的主要任务是引导学生从应用角度出发,学习数字电路的常用集成器件原理、符号、功能,以及由常用器件组成的组合电路、时序电路的分析和设计方法,进而分析和设计以中规模集成电路为主组成的数字系统。同时也涉及了可编程器件的硬件描述语言——VHDL,并用VHDL设计各种数字电路和系统,建立数字系统的整体概念,使学生具有用硬件和软件设计中、大规模数字系统的能力,全面提高学生数字电路方面的综合素质。

授课目标

1.学习数字电路基础知识和基本理论知识,掌握常用集成器件原理、符号、功能,以及由常用器件组成的组合电路、时序电路等基本知识;

2.掌握组合电路、时序电路的分析和设计方法,进而分析和设计以中规模集成电路为主组成的数字系统,具有设计组合电路和时序电路的能力;

3.掌握脉冲电路、模数数模转换电路以、存储器及可编程逻辑器件的原理及常用电路的设计;

4.掌握基本的数字系统的设计方法;

5.掌握超高速集成电路硬件描述语言VHDL,并用VHDL设计各种数字电路和系统

6.培养学生的工程实践学习能力,使学生掌握典型数字电路的实验方法,获得实验技能的基本训练,具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力


课程大纲


第1章 数字逻辑基础  2学时

1.1数字系统简介

1.2数字系统的优点

1.3十进制和二进制

1.4八进制和十六进制

1.5数制间转换

1.6 BCD码与格林码

1.7二进制代码表示法

1.8带符号二进制的表示法

第2章 逻辑门电路  5学时

2.1逻辑与门

2.2逻辑或门

2.3逻辑非门

2.4复合逻辑门

2.5 TTL与非门原理

2.6 TTL与非门电压传输特性

2.7 TTL与非门电气特性

2.8 TTL非、或非、与或非门

2.9 TTL异或门

2.10 TTL OC

2.11 TTL三态门

2.12 TTL门改进

2.13 NMOS与非门

2.14 NMOS与非、或非门

2.15 COMS基本逻辑门

2.16 CMOS三态门

第3章 逻辑代数基础  4学时

3.1逻辑函数的表达式

3.2逻辑函数基本定律

3.3逻辑函数的基本规则

3.4逻辑函数的常用公式

3.5标准与项

3.6标准与或式

3.7标准或项与标准或与式

3.8两种标准式之间的关系

3.9逻辑函数的公式法化简

3.10公式法化简举例

3.11卡诺图

3.12卡诺图表示逻辑函数

3.13卡诺图化简逻辑函数-最简与或式

3.14卡诺图化简逻辑函数-最简或与式

3.15具有随意项的逻辑函数化简

3.16引入变量卡诺图

第4章 组合逻辑电路  5学时

4.1数字逻辑电路分类

4.2组合逻辑电路特点

4.3组合逻辑电路分析

4.4 两位全加器分析

4.5组合逻辑电路设计例题1

4.6组合逻辑电路设计例题2

4.7组合逻辑电路设计例题3

4.8组合逻辑电路设计例题4

4.9组合逻辑电路设计例题5

4.10译码器分类

4.11 2线-4线译码器

4.12 3线-8线译码器

4.13 译码器扩展

4.14译码器实现逻辑函数

4.15 BCD十进制译码器

4.16显示译码器

4.17多路数据选择器MUX

4.18数据选择器74153

4.19数据选择器74151

4.20 MUX实现组合逻辑函数

4.21数据分配器

4.22比较器原理

4.23四位比较器7485

4.24加法器

4.25超前进位加法器

4.26组合逻辑电路竞争冒险

第5章 触发器  4学时

5.1触发器概述

5.2与非门构成的RS触发器的基本结构与原理

5.3触发器的逻辑功能描述法

5.4或非门构成的RS触发器基本结构与原理

5.5基本RS触发器特点

5.6时钟RS触发器的结构、原理与逻辑功能

5.7时钟D触发器的结构与逻辑功能

5.8时钟JK触发器的结构与逻辑功能

5.9时钟T触发器的结构与逻辑功能

5.10主从RS触发器的原理与逻辑功能

5.11主从JK触发器的原理与逻辑功能

5.12主从D、T触发器的原理与逻辑功能

5.13边沿D触发器的原理与逻辑功能

5.14边沿JK触发器的原理与逻辑

5.15变压T触发器的原理与逻辑功能

5.16边沿触发器波形图练习

5.17触发器之间的转换

5.18触发器的应用1

5.19触发器的应用2

第6章 时序逻辑电路  9学时

6.1时序逻辑电路的概述

6.2时序逻辑电路分析例1

6.3时序逻辑电路分析例2

6.4时序逻辑电路设计步骤

6.5时序逻辑电路设计1(不确定触发器类型)

6.6时序逻辑电路设计1(确定触发器类型)

6.7时序逻辑电路设计2

6.8时序逻辑电路设计3

6.9时序逻辑电路设计4

6.10时序逻辑电路设计5

6.11集成计数器74161功能

6.12计数器74161例1-置数归0法

6.13计数器74161例1-预置补数法

6.14计数器74161例1-发馈归0法

6.15计数器74161例2例3

6.16计数器74161例4例5

6.17集成计数器74160、74163

6.18集成计数器74290的功能

6.19集成计数器74290的应用

6.20集成计数器74290的级联

6.21计数器例题

6.22寄存器概述

6.23寄存器分类

6.24寄存器74194的结构

6.25寄存器74194的应用1

6.26寄存器74194的应用2

6.27序列信号发生器

第7章 脉冲波形的产生与变换  6学时

7.1脉冲信号

7.2 555定时器

7.3 555定时器构成的施密特触发器结构

7.4 施密特触发器应用

7.5单稳态触发器特性

7.6 555定时器构成的单稳态触发器结构

7.7 555定时器构成的单稳态触发器工作原理

7.8 555定时器构成的单稳态触发器例题

7.9 集成单稳态触发器74121

7.10 单稳态触发器应用例1例2

7.11单稳态触发器应用例3

7.12单稳态触发器应用例4

7.13 555定时器构成的多谐振荡器

7.14占空比可调的多谐振荡器

7.15 TTL门构成的多谐振荡器

7.17施密特触发器构成的多谐振荡器

7.18多谐振荡器应用例1

7.19多谐振荡器应用例2

7.20多谐振荡器应用例3

7.21多谐振荡器应用例4

第8章 数字系统设计基础  4学时

8.1 数字系统简介

8.2 ASM图的符号

8.3 ASM

8.4理解ASM图

8.5建立ASM图

8.6数字系统设计例1-一个灯光系统

8.7数字系统设计例2-十字路口交通灯管理系统

8.8数字系统设计-练习1

8.9数字系统设计-练习2

第9章 数模与模数转换  6学时

9.1数模-模数转换概述

9.2数模转换电路特点

9.3权电阻数模转换电路

9.4权电阻数模转换电路例题

9.5梯型数模转换电路

9.6梯型数模转换电路例题

9.7倒梯型数模转换电路

9.8权电流数模转换电路

9.9数模转换电路例题

9.10 集成数模转换芯片AD7533

9.11 AD7533接收二进制码

9.12 AD7533接收偏移码

9.13 AD7533接收补码

9.14 数模转换电路总结

9.15 数模转换电路技术指标

9.16 数模转换电路几种基本类型及其特点

9.17模数转换电路特点

9.18模数转换工作过程

9.19量化与编码

9.20并行比较ADC电路结构

9.21并行比较ADC电路特点

9.22并串型ADC电路结构

9.23 并串型ADC电路例题

9.24逐位比较型ADC电路工作原理

9.25逐位比较型ADC电路例题

9.26双积分型ADC电路工作原理

9.27双积分型ADC电路特点

9.28双积分型ADC电路例题1

9.29双积分型ADC电路例题2

9.30集成模数转换电路

9.31集成模数转换电路应用举例

9.32模数转换电路技术指标

第10章 半导体存储器及可编程逻辑器件  3学时

10.1 RAM的分类以及整体结构

10.2 RAM的容量定义

10.3 RAM容量的地址扩展

10.4 RAM容量的地扩展以及集成RAM6166简介

10.5 RAM容量的位扩展

10.6 RAM容量的字位扩展1

10.7 RAM容量的字位扩展2

10.8 RAM容量的扩展地址范围

10.9 RAM的结构

10.10 RAM的工作原理

10.11 RAM的应用举例

10.12 可编程逻辑器件PLD电路

10.13 可编程逻辑器件FPLA、PAL、GAL和FPGA介绍

第11章 硬件描述语言Verilog HDL  6学时

11.1 Verilog HDL 引言

11.2 Verilog程序基本结构

11.3 Verilog HDL 基本元素

11.4 Verilog基本元素-数据类型

11.5 Verilog HDL 基本语句

11.6 Verilog HDL 程序设计实例

11.7 Verilog HDL 模拟仿真软件介绍

习题课  2学时


预备知识

先修课程:《工科数学》(含微积分),《计算机基础》,《电路理论》,《模拟电子线路》

证书要求

(1)完成全部的课程学习;

(2)平时成绩占20%,期末考试成绩占80%

(3)由课程负责人签发课程结业证书,其中成绩在60分到84分的同学,获得合格证书,成绩85分及以上的同学,获得优秀证书


参考资料

1.  使用教材

《数字电路与系统(第三版)》,戚金清、王兢主编,电子工业出版社,2016.

2.  主要参考书

(1) 康华光编,《电子技术基础——数字部分》高等教育出版社,2008

(2) 刘宝琴编,《逻辑设计与数字系统》清华大学出版社,2005年;

(3) 阎石,《数字电子设计基础》高等教育出版社,2008

(4) 邓元庆、贾鹏编,《数字电路与系统设计》西安电子科技大学出版社,2004


大连理工大学
授课老师
王兢

王兢

教授