数字电路与系统设计
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课程评价
spContent=数字电子技术已经渗透到现代社会的各个领域,大到航空、航天,小到我们身边的手机和电器,数字电子技术改变了我们的生活方式。西安电子科技大学国家级精品课程“数字电路与系统设计”,将带你进入数字电子技术的世界,让你从一个数字电子产品的消费者成为一个设计者!
—— 课程团队
课程概述

“数字电路与系统设计”2004年被评为国家级精品课程,2013年获得国家精品课程共享建设立项,并于2013年12月在“中国大学精品开放课程”爱课程网站上线。2015年9月10日在西电学堂建设了“数字电路与系统设计-丝绸之路云课堂”。精品课程建设以来,实现了多种教学体系的灵活组合,为学生提供了根据兴趣、爱好和今后的发展来设计课程学习的平台。

课程的性质

数字电路与系统设计”是电子信息、计算机技术、自动控制、工业自动化、检测技术、生物医学工程等专业本科生必修的学科基础课程。

课程的目标与任务

要求学生掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法,了解电子设计自动化(EDA:Electronic Design Automation)技术和工具。数字电路部分要求学生掌握数制及编码、逻辑代数及逻辑函数的知识;掌握组合逻辑电路的分析与设计方法,熟悉常用的中规模组合逻辑部件的功能及其应用;掌握同步时序逻辑电路的分析和设计方法,典型的中大规模时序逻辑部件。掌握EDA设计工具,培养学生设计较大规模的数字电路系统的能力。注重学生学习新知识、掌握新方法、培养新技能、解决新问题。

课程内容主要包括:数字电路基础知识(数制、编码、逻辑代数、逻辑门、触发器等),组合电路分析、设计方法,时序电路分析、设计方法,脉冲波形的产生与整形、可编程逻辑器件以及模拟-数字转换等。

本课程与其它课程的联系和分工

学习该课程的先修课程有:高等数学、普通物理、电路分析基础、模拟电路。“数字电路与系统设计”在学科基础中的地位既要体现数字电子线路作为一门课程的完整性和电子线路体系结构的特点,也要体现为后续课程服务的目的。后续的专业课程如计算机组成原理,微机原理、接口技术等都是数字电路系统高度集成的体现。数字电路与系统设计为后续课程进行了基础知识准备。

教材


                        

 

授课目标
通过本课程的学习,使学习者系统的掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法,熟悉电子设计自动化(EDA)技术和现代工具;掌握逻辑电路的分析与设计方法,熟悉常用的逻辑器件及其中大规模逻辑器件的应用;培养学习者分析与设计较大规模的数字电路系统的能力和解决工程问题的能力。
课程大纲

(一) 数制与编码

1.   教学内容

常用数制的表示方法与相互转换;常用编码的表示方法

2.   基本要求

1) 掌握常用数制(2、8、10、16进制数)的表示与相互转换的方法

2) 掌握常用编码(842BCD码、5421BCD码、余3码、格雷码等)的表示方法。

3.   重点、难点

重点:二进制,十六进制。

难点:格雷码的掌握。

4.   作业及课外学习要求

作业:熟悉各种数的进制表示及进制之间的相互转换方法,理解编码思想与方法。

课外学习:学习有符号数的表示方法,掌握常用BCD码及奇偶校验码。

(二)逻辑代数基础

1.   教学内容

基本逻辑运算与逻辑门;逻辑代数的基本定理、规则和主要公式;标准表达式和常用的五种表达式及相互转换方法;逻辑函数代数化简法和卡诺图化简法;包含无关项逻辑函数的表示方法及化简,多输出逻辑函数的化简方法

2.   基本要求

1熟练掌握基本逻辑运算与逻辑门。

2)熟练掌握逻辑代数的基本定理、法则和主要公式。

3)熟悉逻辑函数的标准表达式和常用的五种表达式及相互转换。

4)熟练掌握逻辑函数代数化简法和卡诺图化简法。

5)掌握包含无关项逻辑函数的表示方法及化简,多输出逻辑函数的化简方法

3.   重点、难点

重点:逻辑门与逻辑代数的基本定理和法则。

难点:多元逻辑函数的化简。

4.   作业及课外学习要求

作业:掌握基本逻辑运算及符号表示,了解逻辑代数中的相关定理、规则,掌握逻辑代数的两种标准表达式及五种表达式之间的相互转换;掌握逻辑函数的卡诺图化简方法。

课外学习:认真阅读教材,熟练掌握数字逻辑电路的基本表达方式与逻辑函数的不同表示方式。

(三)组合逻辑电路

1.   教学内容

组合电路的分析方法和设计方法;常用MSI(中规模)组合逻辑器件(变量译码器、数据选择器等)的逻辑功能,扩展方法及应用;MSI器件构成组合电路的设计方法和分析方法;组合电路的竞争冒险现象及消除方法。

2.   基本要求

1)掌握组合电路的分析方法和设计方法。

2)熟悉常用MSI组合逻辑部件(变量译码器、数据选择器等)的逻辑功能,扩展方法及应用。

3)掌握由MSI器件构成组合电路的设计方法和分析方法。

4)了解组合电路的竞争冒险现象及消除方法。

3.   重点、难点

重点:由门电路进行组合电路的设计。

难点:中规模集成电路芯片使能端的利用。

4.   作业及课外学习要求

作业:掌握组合逻辑电路的分析与设计方法,熟悉常用MSI组合逻辑芯片的应用;了解组合逻辑电路竞争冒险的产生与消除方法。

课外学习:认真阅读教材,掌握组合逻辑电路设计的逻辑抽象方法,并通过数字电路实验及EDA软件的学习,掌握数字逻辑的仿真与测试方法。

(四)触发器

1.   教学内容

基本RS触发器及钟控(RS、D、T、JK)触发器的逻辑电路、功能及其描述方法;常用集成触发器的逻辑符号及时序波形图。

2.   基本要求

1)掌握基本RS触发器及钟控(RS、D、T、JK)触发器的功能及其描述方法。

2)熟悉常用集成触发器的逻辑符号及时序波形图的画法。

3.   重点、难点

重点:触发器的多种描述方法。

难点:触发器的空翻。

4.   作业及课外学习要求

作业:熟悉RS触发器、D触发器、T触发器和JK触发器的基本结构,掌握D、T、JK触发器的特征方程及逻辑符号表示。

课外学习:认真阅读教材,掌握现态和次态关系及D、T、JK触发器的基本功能。

(五)时序逻辑电路

1.   教学内容

同步时序电路分析方法,激励函数和输出函数、状态方程、状态表、时序波形;同步时序电路设计方法,原始状态图的建立,状态化简,状态分配;典型MSI时序逻辑部件(计数器、寄存器等)的逻辑功能,扩展方法及应用;以MSI为主的典型同步时序电路的分析方法与设计方法,任意模值计数器;移位型计数器;序列码发生器;异步时序电路的主要特点。

2.   基本要求

1)掌握同步时序电路的分析方法,要求根据电路能正确写出激励函数和输出函数、状态方程、列出状态表、画出状态图、时序图,分析其功能。

2)掌握同步时序电路的一般设计方法和步骤,原始状态图的建立,状态化简,状态分配,画出电路图。

3)掌握典型MSI时序逻辑器件(74160、74161、74194等)的逻辑功能,扩展方法及应用。

4)掌握以MSI为主的任意模值计数器;移位型计数器;序列码发生器。

5)了解数字电路仿真软件的使用。

6)了解异步时序电路的主要特点

3.   重点、难点

重点:状态表,MSI时序逻辑部件的逻辑功能及应用。

难点:电路自启动自校正的设计。

4.   作业及课外学习要求

作业:掌握时序逻辑电路的分析与设计方法,熟悉时序逻辑系统的基本组成结构;掌握时序逻辑电路的设计过程,通过课后练习掌握时序逻辑电路的原始状态转移图建立方法,典型时序逻辑MSI芯片的应用与扩展方法。

课外学习:结合EDA软件,完成典型时序逻辑电路的仿真,并通过EDA软件仿真掌握时序逻辑MSI芯片的功能及应用方法。

(六)脉冲波形的产生与整形

1.   教学内容

555定时器的基本工作原理,典型应用(单稳、多谐、施密特触发器)的基本特点及电路的分析方法;集成单稳电路;晶体振荡器,集成晶体振荡器产品。

2.   基本要求

1 掌握555定时器的基本工作原理及典型应用(单稳、多谐、施密特触发器)的基本特点及电路的分析方法

2了解集成单稳电路的基本原理及使用方法

3掌握晶体振荡器,了解集成晶体振荡器产品的性能指标

3.   重点、难点

重点:555定时器。

难点:提高振荡电路性能需要考虑的因素。

4.   作业及课外学习要求

作业:熟悉555芯片三种典型电路结构,掌握脉冲信号的产生方法。

课外学习:学习晶体振荡器的性能指标,掌握晶体振荡器的实际应用方法。

(七)集成逻辑门

1.   教学内容

TTL与非门的基本工作原理,主要外特性和参数;集电极开路门和三态门的主要特点;CMOS逻辑门的特点和使用方法。

2.   基本要求

1)了解典型TTL与非门的基本工作原理,掌握其主要外特性和参数。

2)掌握集电极开路门和三态门的主要特点。

3)掌握CMOS逻辑门的主要特点和使用方法

3.   重点、难点

重点:TTL与非门的主要外特性和参数。

难点:集电极开路门。

4.   作业及课外学习要求

作业:了解TTL逻辑门及MOS逻辑门内部结构,通过作业掌握三态门和OC门的“线或”、“线与”关系。

课外学习:通过EDA软件掌握三态门的应用方法。

(八)存贮器与可编程逻辑器件

1.   教学内容

ROMRAM的原理与扩展; ROM阵列图及其应用;可编程逻辑器件(PLDCPLDFPGA)的基本特点和应用。

2.   基本要求

1掌握ROMRAM的基本工作原理与扩展。

2掌握ROM阵列图的应用与实现组成逻辑函数的基本工作原理。

3掌握可编程逻辑器件(PLDCPLDFPGA)的基本特点和应用。

3.   重点、难点

重点:ROM的基本工作原理,PLD特点与应用。

难点:ROM实现组成逻辑函数。

4.   作业及课外学习要求

作业:通过课后练习,掌握逻辑电路的PLD表示方法。

课外学习:结合EDA工具,掌握PLD的设计方法。

(九)D/A和A/D转换

1.   教学内容

D/AA/D转换器的基本原理;典型集成D/AA/D芯片的特点。

2.   基本要求

1了解D/AA/D转换器的基本原理和主要技术指标。

2了解典型集成D/AA/D芯片的特点。

3.   重点、难点

重点:D/AA/D转换器的主要技术指标。

难点:D/AA/D转换器的基本原理。

4.   作业及课外学习要求

作业:熟悉D/A及A/D的主要指标。

        课外学习:通过A/D和D/A芯片手册,进一步学习A/D和D/A芯片的相关参数,包括转换速率、转换精度等。


预备知识

高等数学、普通物理、电路分析基础

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]  杨颂华,冯毛官,孙万蓉等,数字电子技术基础(第三版),西安:西安电子科技大学出版社,2016

[2]  阎石,数字电子技术基本教程,北京:清华大学出版社,2007

[3]  潘明,潘松,数字电子技术基础,北京:科学出版社,2008

[4]  夏宇闻等译,Stephen Brown, ZvonkoVranesic著,数字逻辑基础与Verilog设计(原书第2版),北京:机械工业出版社,2008

[5]  Alan B. Marcovitz. Introduction to Logic Design. McGraw-Hill. 2002

[6]  孙肖子,楼顺天,任爱锋等,模拟及数模混合器件的原理与应用,北京:科学出版社,2009

[7]  孙肖子,徐少莹等现代电子线路与技术实验简明教程,北京:高等教育出版社,2004.


常见问题

为什么视频和课件PPT中的编号与标题编号不同?


答:有的章节视频和课件PPT中的编号是按照教材的章节编排的,在上传视频和PPT的时候为了统一就采用按“章+序号”的方式统一。