武汉理工大学

数字电路01密码的奥秘

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课程概述

数字系统就是由数字电路构成的,它传送和处理的数字化信息是以0和1的形式存在的。当你用手机拍下一幅图片,存储卡内存储了0和1的代码,并以0和1的形式分享到朋友圈。

数字电路基础是电类专业的重要技术基础课,学习逻辑代数基础、逻辑门、触发器;重点讲解数字电路的两类数字逻辑部件——组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计;以及数字信号的产生与处理电路学习;最后学习模拟电路和数字电路的桥梁——模数转换器ADC和数模转换器DAC。

数字电路01密码的奥秘课程将数字电路基础与FPGA数字系统设计相结合,提高学习者的SOC设计能力。

数字电路01密码的奥秘课程将数字电路基础与趣味数字系统设计相结合,寓教于乐的同时着重提高学习者的创新实践能力。



授课目标
掌握数字逻辑的基本理论,掌握逻辑门(及触发器)电路的分析、设计方法;掌握组合(及时序)逻辑功能器件的工作原理及电路分析、设计方法;具备数字电子系统设计、仿真、制作、测试和分析数字电路系统的能力;会查阅相关的电子器件手册和相关资料。
证书要求

(1)完成平时作业(含章节测验和作业),平时成绩占课程总成绩的60%;

(2)课堂讨论,占课程总成绩的10%

(3)期中考试,占课程总成绩的30%


预备知识

先修课程——电路

授课大纲

1. 绪论

本课程的特点性质、基本内容与其它课程的关系,数字电路在近代科学技术中的地位与未来发展,以及学习本课程的学习方法。

2. 数字逻辑基础

内容包括:数制转换、二进制码、逻辑函数概念、基本逻辑运算、逻辑代数基本定律以及逻辑函数与逻辑问题的描述;代数化简法、逻辑函数的卡诺图化简法(最小项及其性质,用卡诺图化简逻辑函数,未用最小项表示的逻辑函数卡诺图、具有无关项的逻辑函数化简)。

重点:十进制与其他进位制的相互转换以及8421码;代数化简法和卡诺图化简法。

3. 逻辑门电路

内容包括:二极管的开关特性、三极管的开关特性、分立元件的基本与、或、非门电路,基本TTL与非门电路分析(工作原理、带负载能力、传输特性及抗干扰能力、参数),基本门电路构成的或非门及异或门。抗饱和TTL电路,OC门及负载电阻计算,三态门、MOS逻辑(NMOS反相器、NMOS逻辑门、CMOS逻辑门、CMOS传输门)电路分析、正负逻辑。

熟练掌握TTLCMOS门的逻辑功能、特性、参数和使用方法。正确理解TTLCMOS门电路结构及工作原理(三态门、OC门)。了解NMOS逻辑门和PMOS逻辑门。

电子设计自动化EDA常用软件Multisim仿真分析。应用Multisim对基本TTL反相器、CMOS反相器进行仿真,绘制其电压传输特性。

FPGA设计入门——门电路设计。

重点:逻辑门的输入-输出的逻辑关系,TTL与非门的外特性。Multisim仿真软件基础

难点:门电路的内部结构及工作原理。使用Multisim软件分析门电路特性。

4. 组合逻辑电路的分析与设计

内容包括:组合逻辑电路的分析与设计方法。

重点:组合逻辑电路设计与分析。

5. 常用组合逻辑功能部件

内容包括:几种常见的组合逻辑电路(二进制译码器、二-十进制译码器、数字显示译码器及驱动器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、全加器与半加器)的设计,集成组合逻辑芯片的应用。

基于FPGA组合逻辑电路设计。

重点:常用组合逻辑部件的功能特点,用中小规模器件设计组合逻辑电路。

难点:多片集成芯片的组合应用。使用Multisim软件仿真组合逻辑电路的逻辑功能。

6. 触发器

内容包括:触发器(基本RS触发器、同步RS触发器、RS主从触发器、JK主从、JK边沿触发器,维持阻塞D触发器),触发器工作原理、结构、特性方程、特性表。状态时序图,触发器相互转换,触发器的脉冲工作特性、参数及测试方法。CMOS触发器特点。

重点:主要掌握触发器的触发条件和特性方程。

难点:触发器的工作原理。

7. 时序逻辑电路分析与设计

内容包括:时序逻辑电路的基本概念,同步、异步时序逻辑电路的分析方法,同步时序逻辑电路的设计。

重点:同步、异步时序逻辑电路的分析。

难点:时序逻辑电路的设计。

8. 常用时序逻辑功能器件

内容包括:计数器的功能和应用;寄存器和移位寄存器的功能和应用;集成时序逻辑器件的应用。

基于FPGA时序逻辑电路设计。

重点:集成时序逻辑器件的应用。

难点:多片集成芯片的组合应用。使用Multisim软件仿真时序逻辑电路的逻辑功能。

9. 半导体存储器

内容包括:静态RAM、动态RAM工作原理、掩模ROMPROMEPROM特点,存储容量扩展。

本章在本课程中既不是难点,也不是重点。

10. 脉冲波形的产生与变换

内容包括:单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的定义。由定时器555构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器及应用。

重点:555定时器构成三种电路及应用。

难点:RC电路与定时器结合的工作原理。使用Multisim软件仿真波形发生电路的特性。

11. 数模与模数转换器

内容包括:D/AA/D转换的基本方法和思想;集成D/AA/D转换器及应用。

重点:转换原理及D/AA/D器件应用选型。