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课程评价
spContent=当前,我们正经历着一种“数字化生存”的模式,当你惬意地使用手机、数码照相机、摄像机等常用电子设备,或是用计算机畅游网络、休闲地观看各种电视节目的时候,你就已经在与数字电子技术打交道了。想系统学习并亲身体验数字电子技术的专业知识吗?那么,来吧,我们在真实的‘01’世界中等你!
—— 课程团队
课程概述

MIT教授尼葛洛庞帝在其专著《Being Digital》一书中写道:“在信息时代,计算不再只和计算机有关,它决定了我们的生存——数字化生存!”时至今日,“数字化”的浪潮几乎席卷了电子技术应用的一切领域如电子电气、自动控制、计算机应用、信息通讯、航空航天、军事、医疗以及远程教育等等。与模拟系统相比,数字系统具有更高的精确性和可靠性,因此,许多曾经用模拟系统实现的系统目前正逐步地被数字系统所替代。数字电路和数字电子技术是数字化信息采集、存储、处理和传输的载体与依存。

“数字电子技术基础”这门课程为大家系统学习数字电子技术的基础知识提供了一个专业的平台,它是各高等院校电子信息、电气工程、自动控制、机电、计算机及其应用等专业的必修技术基础课程。该课程既具有很强的理论性、系统性,又有很强的工程性、实践性,我们在着力使在校大学生、工程技术人员和广大社会学习者系统地获得数字电子技术方面的专业知识的同时,特别注重培养广大学习者应用数字电子技术思考、分析、解决实际设计问题的能力,为后续真正参与工程实践打下坚实的理论基础。

为符合MOOC课程的特点并方便广大学习者,我们将本课程分为基础和拓展两大部分,共8章,36讲(每讲均配有“本讲主要内容”和“本讲小结”),119节,其中基础部分的内容包括(前5章):逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路;拓展部分的内容包括(后3章):半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与整形以及模-数和数-模转换电路等。这些内容几乎涵盖了数字电子技术的所有基础理论,可为学习者着手设计中大规模数字电路或数字系统提供丰富的专业知识。

   另外本课程还为广大学习者提供了大量的实验录像、仿真演示视频、学生精品设计以及五讲“数字电子信息技术导论”课外讲座,为开拓学习者的视野,更好地理解课程提供有力辅助。


授课目标

在使学生获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能的基础上,培养学生的逻辑分析和设计能力,同时完善大家的实践技能,强化工程素质培养,提升学生数字系统的整体设计理念。

课程大纲

引言

课程导论

我校学生“数字电子技术基础”课程历届课程设计展示

多功能数字时钟-课程设计

VGA视频显示-课程设计

第1讲 数制

本讲主要内容

1.1 数制介绍

1.2  数制转换

1.3 二进制正负数及其表示

1.4  二进制数补码及其运算

本讲小结

第2讲 码制

本讲主要内容

2.1 码制定义

2.2 BCD

2.3 格雷码

2.4 检错码和纠错码

2.5 字符-数字代码

本讲小结

第3讲 逻辑代数的基本概念和运算规则-上

本讲主要内容

3.1 逻辑代数的三种基本运算

3.2 逻辑函数的描述方式

本讲小结

第4讲 逻辑代数的基本概念和运算规则-下

本讲主要内容

4.1 逻辑代数基础

4.2 逻辑代数的基本定律

本讲小结

第5讲 逻辑函数的公式化简法

本讲主要内容

5.1 逻辑函数的最简形式和最简规则

5.2 逻辑函数常用的公式化简法

5.3 指定器件的逻辑函数化简

本讲小结

第6讲 逻辑函数的卡诺图表示

本讲主要内容

6.1 最小项定义及其性质

6.2 最大项定义及其性质

6.3 逻辑函数的两种标准形式

6.4 卡诺图定义及其特点

6.5 逻辑函数的卡诺图表示

本讲小结

第7讲 逻辑函数的卡诺图化简法

第一章 逻辑代数基础-单元测试

本讲主要内容

7.1 用卡诺图化简逻辑函数的基本性质

7.2 用卡诺图求最简与或表达式

7.3 无关项及其在化简中的应用

本讲小结

第一章重难点解析

1-高阶卡诺图化简探讨

2-如何用卡诺图实现逻辑函数间的运算

第8讲 逻辑门电路概述

本讲主要内容

8.1 门电路概述

8.2 半导体器件的开关特性

8.3 分立元件门电路

8.4 集成电路的发展历史及现状

本讲小结

第9讲 CMOS门电路

本讲主要内容

9.1 CMOS反相器电路及其特性

9.2 其它典型CMOS集成门电路

9.3 CMOS集成门电路的特点

本讲小结

第10讲 TTL门电路

本讲主要内容

10.1 TTL集成门电路的结构

10.2 几种典型的TTL集成复合门电路

10.3 集电极开路(OC)门

10.4 三态(TS)输出门

本讲小结

第11讲 其它类型数字集成电路

第二章 逻辑门电路-单元测试

本讲主要内容

11.1 其它类型数字集成电路结构及特点

11.2 TTL电路与CMOS电路的接口电路

11.3 使用数字集成电路的注意事项

本讲小结

第12讲 组合逻辑电路的分析和设计方法

本讲主要内容

12.1 组合逻辑电路的特点及描述

12.2 组合逻辑电路门级电路分析

12.3 组合逻辑电路门级电路设计

12.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象

本讲小结

第13讲 若干常用中规模组合逻辑电路-编码器

本讲主要内容

13.1 普通编码器工作原理

13.2 优先编码器工作原理

13.3 MSI编码器芯片举例及应用示例

本讲小结

第14讲 若干常用中规模组合逻辑电路-译码器

本讲主要内容

14.1 二进制译码器

14.2 二十进制译码器

14.3 显示译码器

14.4 译码器应用示例

本讲小结

第15讲 若干常用中规模组合逻辑电路-分配器和选择器

本讲主要内容

15.1 数据分配器

15.2 数据选择器工作原理

15.3 MSI数据选择器及其应用

本讲小结

第16讲 若干常用中规模组合逻辑电路-加法器

本讲主要内容

16.1 加法器工作原理

16.2 MSI加法器示例及应用

本讲小结

第17讲 若干常用中规模组合逻辑电路-数值比较器及奇偶校验器

第三章 组合逻辑电路-单元测试

本讲主要内容

17.1 比较器

17.2 奇偶校验器

本讲小结

Multisim基本操作及应用实例

Multisim基本操作演示

第18讲 SR锁存器

本讲主要内容

18.1 触发器概述

18.2 与非门构成的SR锁存器工作原理

18.3 或非门构成的SR锁存器工作原理

本讲小结

第19讲 触发器电路结构及动作特点

本讲主要内容

19.1 同步(电平)触发器的电路结构及动作特点

19.2 主从(脉冲)触发器的电路结构及动作特点

19.3 边沿触发器的电路结构及动作特点-双极型

19.4 边沿触发器的电路结构及动作特点-MOS型

本讲小结

第20讲 触发器的逻辑功能描述及应用示例

第四章 触发器—单元测验

本讲主要内容

20.1 触发器逻辑功能描述

20.2 触发器之间的相互转换

20.3 触发器应用示例

本讲小结

触发器应用主观题设计作业

第21讲 时序逻辑电路的特点及描述方法

本讲主要内容

21.1 时序逻辑电路的特点及分类

21.2 时序逻辑电路的方程描述

21.3 时序逻辑电路的图表描述

本讲小结

第22讲 时序逻辑电路的分析

本讲主要内容

22.1 同步时序逻辑电路分析

22.2 异步时序逻辑电路分析

本讲小结

第23讲 时序逻辑电路的设计

本讲主要内容

23.1 同步时序逻辑电路的设计方法及实例

23.2 异步时序逻辑电路的设计方法及实例

23.3 时序逻辑电路的自启动设计

本讲小结

第24讲 常见时序逻辑电路——计数器

本讲主要内容

24.1 计数器概述

24.2 异步计数器工作原理分析

24.3 同步计数器工作原理分析

24.4 MSI集成计数器示例及其应用

24.5 基于MSI计数器的任意进制计数器设计

本讲小结

第25讲 常见时序逻辑电路——寄存器和移位寄存器

本讲主要内容

25.1 寄存器工作原理分析

25.2 移位寄存器工作原理分析

25.3 MSI移位寄存器及其应用

25.4 移位寄存器型计数器设计

本讲小结

第26讲 其它常见时序逻辑电路及竞争-冒险现象

第五章 时序逻辑电路-单元测验

本讲主要内容

26.1 顺序脉冲发生器

26.2 序列信号发生器

26.3 时序逻辑电路中的竞争-冒险现象

本讲小结

第27讲 半导体存储器及可编程逻辑器件概述

本讲主要内容

27.1 半导体存储概述

27.2 可编程逻辑器件概述

本讲小结

第28讲 只读存取存储器(ROM)

本讲主要内容

28.1 ROM的电路结构及其特点

28.2 ROM的应用

本讲小结

第29讲 随机存取存储器(RAM)

本讲主要内容

29.1 RAM的电路结构及其特点

29.2 存储器容量的扩展

本讲小结

第30讲 可编程逻辑器件

本讲主要内容

30.1 典型可编程逻辑器件的电路结构及其特点

30.2 可编程逻辑器件的开发流程

本讲小结

基于Quartus Ⅱ平台的PLD完整设计实验示例

基于Quartus Ⅱ平台的PLD完整设计实验示例-跑马灯演示

循环彩灯控制器-主观题作业

第31讲 施密特触发器

本讲主要内容

31.1 施密特触发器的特点及参数

31.2 施密特触发器电路结构及原理分析

31.3 施密特触发器的应用

本讲小结

第32讲 单稳态触发器

本讲主要内容

32.1 微分型单稳态触发器

32.2 积分型单稳态触发器

32.3 集成单稳态触发器及应用示例

本讲小结

第33讲 多谐振荡器

本讲主要内容

33.1 用施密特触发器构成的多谐振荡器

33.2 对称式多谐振荡器

33.3 石英晶体多谐振荡器

33.4 环形振荡器

本讲小结

第34讲 555时基电路及其应用

本讲主要内容

34.1 555时基电路的结构与功能

34.2 用555时基电路构成施密特触发器

34.3 用555时基电路构成单稳态触发器

34.4 用555时基电路构成多谐振荡器

本讲小结

第35讲 数模转换器

本讲主要内容

35.1 DA转换的基本原理

35.2 权电阻网络DAC

35.3 倒T型电阻网络DAC

35.4 权电流型DAC

35.5 具有双极性输出的DAC

35.6 DAC转换器的转换精度与转换速度

本讲小结

第36讲 模数转换器

本讲主要内容

36.1 AD转换的基本原理

36.2 并联比较型直接ADC

36.3 反馈比较型直接ADC

36.4 V-T型间接ADC

36.5 V-F型间接ADC

36.6 ADC的转换精度和转换速度

本讲小结

预备知识

电工与电路基础,高等数学(有微积分基础知识即可),有大学物理,模拟电子技术基础者更佳。

证书要求

课堂测试与章节单元测验25%完成2次主观题作业15%,期末考试占60%,按百分制计分,60~84分为合格,85~100为优秀。积极参与课程的各项讨论,注重参与质量,对课程有特殊贡献的学员,可以获得10~20分的加分


参考资料

1.《数字电子技术基础》(第四、五版),阎石主编,高等教育出版社,2006

2.《数字电子技术》(第四版),高吉祥,丁文霞主编,电子工业出版社,2016

3.《Modern Digital Electronics(Third Edition)R.P.Jain,清华大学出版社,2008

4.《数字电子技术基础解题指南》,唐竞新主编,清华大学出版社,2006


常见问题

1)学习“数字电子技术基础”课程需要很好地数学(如高等数学)功底吗?

答:不需要,仅需简单的高数基本知识,如微积分的基本概念等,因为本课程的数学基础是逻辑代数(即布尔代数),该理论主要建立在两个逻辑值01和三个基本运算“与”、“或”、“非”的基础上,与普通代数有很大的区别,也就是说,没有很强数学功底的学生也可以很好地学习本门课程。

 

2)数字电子技术和模拟电子技术有怎样的联系和区别?

答:工程上通常将信号(通常为电信号)分为模拟信号和数字信号两大类:模拟信号是指在时间和数值上都连续变化的信号,传输、处理模拟信号的电路称为模拟电路;数字信号是指在时间或数值上离散的信号,而传输、处理数字信号的电路称为数字电路。对应这两大类电路,在电子技术领域中就出现了数字电子技术和模拟电子技术两大分支。这两大分支工程性、实践性都很强,被统称为“电子技术”。

 

3)电子信息为何通常要“数字化”?

         答:电子信息技术经历了由模拟向数字的转变过程,这是由于获取的信息的初始形态一般都是模拟的,因而初期大多采用的是模拟电子技术,但集成电路的普及使得电子信息数字化有了物质基础,电子设备实行数字化体制后有很多优点,如设备抗干扰性强、传输效率高、性能稳定、生产制造方便、易于大规模集成、便于对信息进行处理以实现模拟信号体制下无法实现的功能等。

 

4)目前知名PLD公司的软件开发系统有哪些?

         答:除了常用的Multisim软件开发系统,目前知名PLD公司的开发系统软件包括:

Ø Lattice 公司的开发软件从ISP Synario SystemispEXPERT SYSTEM发展到了ispLEVEL;

Ø Altera公司的开发软件从MAX+PLUS II 发展到了Quartus II开发系统;

Ø Xilinx公司开发的软件从Xilinx Automatic CAE Tools发展到了ISE开发系统。

        这些开发系统的设计输入方式都支持原理图、硬件描述语言(HDL)等输入方式,并且都包括功能模拟仿真工具,可以很好的辅助同学们学习“数字电子技术基础”这门课程。

 

(5)本课程主讲人与课程负责人怎么不一致?

  本课程已经在中国大学MOOC平台上开课了6个学期,在过去的6个学期中,选修本课程的同学人数较多,已成为首批国家级精品在线开放课程。本课程主讲人实际上是丁文霞教授,三年来丁老师在本课程的建设和管理中花费了大量的时间和精力,由于她的工作调动原因,学校暂时安排库锡树老师来负责组织该课程的运行、维护、拓展及更新工作,同学们若发现问题、或有什么建议请发送到邮箱(kuxishu@126.COM)中,本教学团队会根据大家的意见或建议及时进行修改,与同学们一起把本课程建设得更好,谢谢大家!