国防科学技术大学

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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。
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


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。

授课大纲

引言

第一章 逻辑代数基础

    1 数制

2 码制

3 逻辑代数的基本概念和运算规则-

4 逻辑代数的基本概念和运算规则-

5 逻辑函数的公式化简法

6 逻辑函数的卡诺图表示

7 逻辑函数的卡诺图化简法

第二章 逻辑门电路

8 逻辑门电路概述

9 CMOS门电路

10 TTL门电路

11 其它类型数字集成电路

第三章 组合逻辑电路

12 组合逻辑电路的分析和设计方法

13 若干常用中规模组合逻辑电路-编码器

14 若干常用中规模组合逻辑电路-译码器

15 若干常用中规模组合逻辑电路-分配器和选择器

16 若干常用中规模组合逻辑电路-加法器

17 若干常用中规模组合逻辑电路-数值比较器及奇偶校验器

第四章 触发器

18 SR锁存器

19 触发器电路结构及动作特点

20 触发器的逻辑功能描述及应用示例

第五章 时序逻辑电路

21 时序逻辑电路的特点及描述方法

22 时序逻辑电路的分析

23 时序逻辑电路的设计

24 常见时序逻辑电路——计数器

25 常见时序逻辑电路——寄存器和移位寄存器

26 其它常见时序逻辑电路及竞争-冒险现象

第六章 半导体存储器及PLD

27 半导体存储器及可编程逻辑器件概述

28 只读存取存储器(ROM

29 随机存取存储器(RAM

30 可编程逻辑器件

第七章 脉冲波形的产生与整形

31 施密特触发器

32 单稳态触发器

33 多谐振荡器

34 555时基电路及其应用

第八章 DAC和ADC

35 /模转换器(DAC)

36 /数转换器(ADC)

 

讲座一:信息时代及数字电子技术发展历程——‘01’时代

讲座二:信息数字化及其应用——‘01’世界

讲座三:数字电子技术与半导体制造技术——从‘沙粒’到‘苹果’

讲座四:数字电子技术与EDA技术——轻松“玩转”电路设计

       讲座五:数字电子信息技术与导航定位技术——‘泰坦尼克号与GPS

   

   历届学生课程设计作品展示

       * 2012 多功能数字钟

       * 2013 VGA视频显示

       * 2014 直接数字频率合成器(DDS)

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》(第三版),高吉祥,丁文霞主编,电子工业出版社,2011

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。