数字电子技术基础
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课程评价
spContent=数字系统广泛应用于通信、计算机、自动控制、互联网、物联网等领域,数字系统与我们的日常生活也密切相关,例如,智能手机、数字电视、数码相机、医用心电图仪、CT仪器设备等都是数字技术的应用实例。本课程将从数字信号的表示开始,讲述数字设计需要的基础知识和各种设计方法,带你进入数字设计世界。
—— 课程团队
课程概述

数字电子技术基础是数字系统设计的入门课程,也是电气、电子信息类相关学科各专业的一门主要技术基础课程,有很强的实践性和工程应用背景。

本课程由华中科技大学电子技术基础课程教学团队提供。华中科技大学电子技术基础课程2003被评为首批国家精品课程2016年获得首批国家级精品资源共享课称号。

课程以康华光主编的《电子技术基础(数字部分 第六版)》教材为蓝本,同时参考了其他教材的内容。康华光教学团队编写的《电子技术基础》教材,曾先后获得国家优秀教材奖、特等奖、一等奖和国家科技进步二等奖等四次国家级大奖,也是九五十五十二五国家级规划教材,被国内众多高校采用。

课程内容以逻辑分析与设计为主线,讲解逻辑分析和设计所必须的基础理论。为降低学习难度,内容安排采用先“逻辑”后“电路”次序。首先讲解数制、码制和逻辑代数等基础知识,接着重点讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计方法,再介绍当今数字设计的新方法——采用硬件描述语言(Verilog HDL)来描述和仿真数字电路,然后讨论各种数字集成电路(含门电路、可编程逻辑器件和半导体存储器)的原理及使用方法,最后一部分讲解数/模与模/数转换器和脉冲波形的产生与变换电路。采用“视频讲授+在线练习”的教学模式,生动形象、直观明了,易于理解。


授课目标

掌握数字逻辑电路的基本原理、基本分析和基本设计方法,掌握数字集成电路的基本使用方法,了解可编程逻辑器件原理,能够使用硬件描述语言设计、验证并实现数字电路。

掌握半导体存储器、数/模和模/数转换电路的工作原理,为后续课程(如微机原理与接口技术、嵌入式系统、数字集成电路设计等)学习打下基础。

课程大纲

第1章 数字逻辑概论

1.1  数字信号描述方法

1.2  数制

1.3  二进制数的算术运算

1.4  二进制代码

第1章 数字逻辑概论测验题

第2章 逻辑代数

2.1 逻辑代数简介

2.2  逻辑运算和集成逻辑门简介

2.3  逻辑代数的基本定理和规则

2.4  逻辑函数及其表示方法

2.5  逻辑函数的代数化简法

2.6 逻辑函数的卡诺图化简法

2.7  逻辑门的等效符号及其应用

第2章 逻辑代数测验题

第3章 组合逻辑电路

3.1  组合逻辑电路的分析

3.2  组合逻辑电路的设计

3.3  组合逻辑电路中的竞争冒险

3.4  编码器

3.5  译码器

3.6  数据分配器与数据选择器

3.7  数值比较器与加法运算电路

第3章 组合逻辑电路测验题

第4章  锁存器和触发器

4.1 概述

4.2 SR锁存器

4.3 D锁存器

4.4 主从D触发器

4.5 维持阻塞D触发器

4.6 触发器的逻辑功能

第4章 锁存器和触发器单元测验题

第5章  时序逻辑电路

5.1 时序逻辑电路的基本概念

5.2 同步时序逻辑电路的分析

5.3 同步时序逻辑电路的设计

5.4 异步时序逻辑电路的分析

5.5 寄存器和移位寄存器

5.6 计数器概念及异步二进制计数器

5.7 同步二进制计数器

5.8 集成计数器应用

5.9  其他计数器

第5章 时序逻辑电路单元测验题

第6章  硬件描述语言Verilog HDL

6.1  Verilog HDL程序的基本结构

6.2  Verilog HDL基本语法规则

6.3  Verilog HDL结构级建模

6.4 Verilog HDL数据流建模

6.5 组合逻辑电路的行为级建模

6.6 分层次的电路设计方法

6.7 D触发器与寄存器的行为级建模

6.8 计数器与有限状态机的行为级建模

6.9 四位显示器的动态扫描控制电路设计

6.10  测试代码的编写与 ModelSim 功能仿真简介

6.11 常用的系统任务和系统函数

第6章 硬件描述语言Verilog HDL单元测验题

第7章  逻辑门电路

7.1  逻辑门电路简介

7.2   MOS管及其开关特性

7.3  基本CMOS逻辑门电路

7.4 CMOS逻辑门电路的不同输出结构

7.5 CMOS逻辑门的主要参数

7.6 类NMOS和BiCMOS逻辑门

*7.7 BJT开关电路(选学)

*7.8 TTL反相器(选学)

*7.9 其它TTL门电路(选学)

*7.10 抗饱和TTL门电路(选学)

7.11 逻辑使用中的几个实际问题

第7章 逻辑门电路 单元测验题

第8章 半导体存储器

8.1 半导体存储器概述和分类

8.2 ROM的结构和工作原理

8.3 可编程ROM简介

8.4 ROM应用举例

8.5 RAM的结构和工作原理

8.6 SRAM的读写操作定时图

8.7 同步SRAM、FIFO存储器及双口存储器简介

8.8 存储容量的扩展、RAM应用举例及本章小结

第8章 半导体存储器 单元测试题

第9章 可编程逻辑器件

9.1 可编程逻辑器件概述

9.2 可编程逻辑阵列PLA和可编程阵列逻辑PAL

9.3 通用阵列逻辑器件GAL

9.4  CPLD基本结构简介

9.5 现场可编程门阵列FPGA

9.6 可编程逻辑器件开发过程简介与本章小结

附1 基于Xilinx Vivado软件的FPGA开发过程

附2 基于IP核的计数器电路设计

第9章 可编程逻辑器件 单元测验题

第10章  脉冲波形的产生与变换

10.1 单稳态触发器

10.2 施密特触发器

10.3  多谐振荡器

*10.4 555定时器及其应用(选学)

第10章  脉冲波形的产生与变换 测验题

第11章 数模与模数转换器

11.1 权电阻网络D/A转换器

11.2 倒T形电阻网络D/A转换器

11.3 D/A转换器的输出方式

11.4 D/A转换器的主要技术指标

11.5 A/D转换的一般工作过程

11.6 并行比较型A/D转换器

11.7 逐次比较型A/D转换器

11.8 双积分式A/D转换器

11.9 A/D转换器的主要技术指标

第11章 A/D 与 D/A 测验

预备知识

二极管、三极管(BJT、MOS)等电子器件的基础知识

证书要求

成绩构成:单元测验占40%课堂讨论占10%期末考试占50%

60分≤成绩<85分者将获得合格证书,

成绩≥85分者将获得优秀证书。


参考资料

[1] 康华光主编,电子技术基础(数字部分)(第六版).北京:高等教育出版社,2014

[2] 罗杰,彭容修主编.数字电子技术基础(第三版).北京:高等教育出版社,2014.

[3] 阎石主编,数字电子技术基础(第五版),北京:高等教育出版社,2006

[4] 罗杰主编.Verilog HDL与FPGA数字系统设计.北京:机械工业出版社,2015.

[5] 国家精品资源共享课程华中科技大学《电子技术基础》网址: http://www.icourses.cn/coursestatic/course_2550.html


教学日历

     节      知识点视频时长单元测验

第  1

        
   
第 一 章
  数 字 逻 辑 概 论

4 学时)
   
1.1 数字信号描述方法01-01 数字信号描述方法14'49"第4周
    周6
    23:00
    前完成
1.2 数制01-02 数制14'44"
01-03 二-十进制数转换15'36"
01-04 其它不同数制间的转换9'57"
 01-05 二进制数的算术运算10'54"
1.3  二进制数的算术运算01-06 有符号数表示(一)6'27"
 01-07 有符号数表示(二)14'55"
 01-08 补码的加减运算15'34"
1.4  二进制代码01-09 二—十进制码13'38"
01-10 格雷码 14'2"
01-11 ASCII码和奇偶校验码10'14"

2
第 二 章
  逻 辑 代 数 (
4 学时)
2.1 逻辑代数简介02-01 逻辑代数简介9'10"第4周
    周6
    23:00
    前完成
2.2 逻辑运算和集成逻辑门简介02-02 逻辑代数基本运算15'54"
02-03 复合逻辑运算7'34"
02-04 三态输出逻辑门简介3'55"
02-05 集成逻辑门简介13'47"
2.3 逻辑代数的基本定理和规则02-06 逻辑代数的基本定律11'55"
02-07 逻辑代数的基本规则8'25"
2.4  逻辑函数及其表示方法02-08 逻辑函数及其表示方法13'51"
2.5  逻辑函数的代数化简法02-09 逻辑函数表达式的形式10'35"
02-10 逻辑函数的代数化简法7'52"
02-11 逻辑函数表达式的变换11'46"
2.6 逻辑函数的卡诺图化简法02-12 逻辑函数最小项表达式13'27"
02-13 逻辑函数最大项表达式10'22"
02-14 卡诺图的引出15'10"
02-15 逻辑函数的卡诺图表示法6'55"
02-16 逻辑函数的卡诺图化简法
   
13'1"
02-17 含无关项的逻辑函数化简10'2"
2.7 逻辑门的等效符号及其应用02-18 逻辑门的替代符号14'59"

3
第 三 章
  组 合 逻 辑 电 路

10 学时)
3.1 组合逻辑电路的分析03-01 组合逻辑电路的分析11'15"第10周
    周6
    23:00
    前完成
3.2 组合逻辑电路的设计03-02 组合逻辑电路的设计过程11'36"
03-03 组合逻辑电路的优化实现6'19"
3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险03-04 组合逻辑电路中的竞争冒险9'23"
3.4 编码器03-05 编码器14'45"
03-06 编码器的应用14'51"

4
3.5 译码器03-07 二进制译码器11'25"
03-08 二进制译码器的应用10'43"
03-09 二-十进制译码器5'49"
03-10 七段显示译码器12'55"
03-11 数字显示电路12'32"
3.6 数据分配器与数据选择器03-12 数据分配器9'8"
03-13 数据选择器11'10"
03-14 数据选择器的应用10'19"
3.7 数值比较器与加法运算电路03-15 数值比较器 9'34"
03-16 数值比较器的应用8'41"

5
03-17 半加器和全加器7'9"
03-18 多位数加法器12'27"
第 四 章
  锁 存 器 和 触 发器 

6

学时)
   

   
4.1 概述04-01 概述13'31"第14周
    周6
    23:00前完成
4.2 SR锁存器04-02 用或非门组成的   SR 锁存器(一)13'24"
04-03 用或非门组成的 SR 锁存器(二)12'16"
04-04 用与非门组成的 SR 锁存器18'33"
04-05 门控SR锁存器10'6"

6
4.3 D锁存器04-06 D锁存器的电路结构14'38"
04-07 D锁存器的动态特性13'26"
4.4 主从D触发器04-08 主从D触发器16'55"
04-09 有其他控制端的 D 触发器(一)12'45"
04-10 有其他控制端的 D 触发器(二)15'42"
04-11 主从D触发器的动态特性12'55"
4.5 维持阻塞D触发器04-12 维持阻塞D触发器18'5"
4.6 触发器的逻辑功能04-13 D触发器10'41"
04-14 JK触发器12'39"
04-15 T触发器和SR触发器13'2"

7
第 五章    时 序 逻 辑 电 路
  (
10 学时)
   
   
5.1 时序逻辑电路的基本概念05-01 时序逻辑电路的基本概念6'49"第14周
    周6
    23:00前完成
05-02 时序逻辑功能的描述10'8"
5.2 同步时序逻辑电路的分析05-03 同步时序逻辑电路分析(一)9'33"
05-04 同步时序逻辑电路分析(二)14'2"
5.3 同步时序逻辑电路的设计05-05 同步时序逻辑电路设计(一)12'8"

8
05-06 同步时序逻辑电路设计(二)12'24"
5.4 异步时序逻辑电路的分析05-07 异步时序电路分析13'59"
5.5 寄存器和移位寄存器05-08 寄存器及移位寄存器18'45"
5.6 计数器概念及异步二进制计数器05-09 计数器概念和异步二进制计数器计数器7'35"
第 9
5.7 同步二进制计数器05-10 同步二进制计数器9'59"
5.8 集成计数器应用05-11 集成计数器应用14'56"
5.9 其他计数器05-12 其他类型计数器7'1"
第 六 章
  硬 件 描 述 语 言
Verilog HDL(
 6 学时)

6.1 Verilog HDL程序的基本结构

(可以提前到第4章之前学习6.1~6.6)

06-01 HDL概述8'33"第15周
    周6
    23:00前完成
06-02 HDL程序的基本结构7'
6.2 Verilog HDL基本语法规则06-03 HDL基本语法规则(一)10'44"
06-04 HDL基本语法规则(二)7'58"
第  
10  
6.3 Verilog HDL结构级建模06-05 HDL结构级建模10'42"
6.4 Verilog HDL数据流建模06-06 HDL数据流建模(一)5'35"
06-07 HDL数据流建模(二)5'35"
6.5 组合逻辑电路的行为级建模06-08 组合电路行为级建模10'7"
6.6 分层次的电路设计方法06-09 分层次的电路设计15'33"

6.7 D触发器与寄存器行为级建模(学完第5章后,再学习6.7~6.11)

06-10 D触发器的行为级建模16'17"
6-11 寄存器的行为级建模12'35"
6.8 计数器与有限状态机的行为级建模06-12 计数器的行为级建模15'40"
06-13 有限状态机的行为级建模13'53"
6.9 四位显示器的动态扫描控制电路设计06-14 四位显示器的动态扫描控制电路设计17'1"
6.10 测试代码的编写与 ModelSim 功能仿真简介06-15 编写组合电路的测试代码12'35"
06-16 基于ModelSim软件的功能仿真简介15'27"
06-17 编写时序电路的测试代码13'54"
6.11 常用系统任务和系统函数06-18 常用的系统任务和系统函数17'11"
第    11    周

第 七 章

  逻 辑 门 电 路

4 学时)
7.1 逻辑门电路简介07-01 逻辑门电路简介8'14"第15周
    周6
    23:00前完成
7.2 基本CMOS逻辑门电路07-02 MOS管及其开关特性8'26"
07-03 基本 CMOS逻辑门电路7'48"
7.3 CMOS逻辑门的不同输出结构07-04 CMOS逻辑门的不同输出结构11'31"
7.4 CMOS逻辑门的主要参数07-05 CMOS逻辑门的重要参数12'14"
7.5 类NMOS和BiCMOS逻辑门07-06 类NMOS门电路和BiCMOS门电路8'35"

*7.6 TTL逻辑门电路

(选学)

07-07   BJT的开关特性8'3"
07-08 TTL反相器8'12"
07-09 其它TTL门电路8'23"
07-10 抗饱和TTL门电路8'51"
7.7 逻辑门使用中的几个实际问题07-11 逻辑门电路使用中的几个实际问题16'46"
第    12    周第 八 章

  半 导 体 存 储 器


4 学时)
8.1 半导体存储器概述和分类08-01 半导体存储器概述和分类7'36"第15周
    周6
    23:00前完成
8.2 只读存储器(ROM)08-02 ROM的结构和工作原理8'26"
08-03 可编程ROM简介16'38"
08-04 ROM应用举例9'9"
8.3 随机存取存储器(RAM)08-05 RAM的结构和工作原理13'33"
08-06 SRAM的读写操作定时图6'38"
08-07 同步SRAM、FIFO存储器及双口存储器简介15'29"
08-08 存储容量的扩展8'42"
08-09 RAM应用举例及本章小结6'35"
第    13    周第 九 章
  可 编 程 逻 辑 器 件
  (
4 学时)
9.1 可编程逻辑器件概述09-01 可编程逻辑器件概述6'54"第15周
    周6
    23:00前完成
09-02 可编程逻辑器件内部电路常用符号4'59"
9.2简单可编程逻辑器件09-03 可编程逻辑阵列PLA和可编程阵列逻辑PAL8'38"
09-04 通用阵列逻辑器件GAL9'16"
9.3 CPLD基本结构简介09-05 CPLD基本结构简介11'27"
9.4 现场可编程门阵列FPGA09-06-FPGA实现逻辑功能的基本原理7'47"
09-07 FPGA结构简介12'47"
*9.5 可编程逻辑器件开发过程简介( 选学)09-08 可编程逻辑器件开发过程简介与本章小结9'37"
附1 基于Xilinx   Vivado软件的FPGA开发过程 
附2 基于IP核的计数器电路设计 
第    14    周第 十 章
  脉 冲 波 形 的 变 换 与 产 生
  (
4 学时)
10.1 单稳态触发器10-01 用门电路组成的微分型单稳态触发器14'46"第16周
    周6
    23:00前完成
10-02 集成单稳态触发器7'32"
10-03 单稳态触发器应用8'10"
10.2 施密特触发器10-04 用门电路组成的施密特触发器12'22"
10-05 集成施密特触发器7'11"
10-06 施密特触发器应用5'37"
10.3 多谐振荡器10-07 门电路组成的多谐振荡器8'1"
10-08 施密特触发器构成的多谐振荡器5'43"
10-09 石英晶体振荡器7'52"
*10.4 555定时器及其应用(选学)10-10 555定时器及其组成的施密特触发器7'31"
10-11 555组成的单稳态触发器7'42"
10-12 555组成的多谐振荡器6'23"
第    15    周第 十 一 章
  数 模 与 模 数 转 换 器

4 学时)
11.1 D/A转换器11-01 权电阻网络D/A转换器10'14"第16周
    周6
    23:00,
   
    结业考试第17周三进行
11-02 倒T形电阻网络D/A转换器13'34"
11-03 D/A转换器的输出方式13'38"
11-04 D/A转换器的主要技术指标15'29"
11.2 A/D转换器11-05 A/D转换的一般工作过程18'8"
11-06 并行比较型A/D转换器9'39"
11-07 逐次比较型A/D转换器11'33"
11-08 双积分式A/D转换器16'28"
11-09 A/D转换器的主要技术指标8'40"



常见问题

1)学习数字电子技术基础课程需要哪些预备知识?

答:主要是模拟电子技术课程中半导体器件的基础知识,如二极管、三极管(MOS、BJT)的结构、工作原理及特性。


2)数字电子技术和模拟电子技术之间有何区别?

答:在电子技术中,被传输、加工和处理的电信号通常分为两类:一类是模拟电信号,简称模拟信号或模拟量,其特点是它的电压或电流的幅值随时间连续变化。用于传输、加工和处理模拟信号的电子电路称为模拟电子技术,或简称模拟电路。

另一类是数字电信号,简称数字信号或数字量,其特点是它的电压或电流在幅值上和时间上都是离散的、不是连续的信号。表示数字量的信号称为数字信号。用于传输、加工和处理数字信号的电子电路称为数字电子技术,或简称数字电路。由于数字电路的各种功能是通过逻辑运算和逻辑判断来实现的,所以,又将数字电路称为数字逻辑电路。这两大类电路,都有着广泛的应用,其工程性和实践性很强。


(3)数字信号如何表示呢?

  可以用两个离散值(01来表示。

  可以用高、低电平来表示。

  还可以用波形图来表示。