1、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及應(yīng)用課程教學(xué)大綱課程編號(hào):53000540 學(xué)時(shí):64 學(xué)分:4課外上機(jī):16學(xué)時(shí)先修課程:高等數(shù)學(xué)、電路分析基礎(chǔ)、模擬電路基礎(chǔ)教材:DIGITAL DESIGN -Principles & Practices(Third Edition,John F. Wakerly,高等教育出版社,2001年5月數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐(原書第三版 John F. Wakerly 林生等譯機(jī)械工業(yè)出版社 2003年8月一、課程的性質(zhì)和任務(wù)本課程是通訊工程、電子信息工程、測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、生物醫(yī)學(xué)工程等多個(gè)專業(yè)方向所共有的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。要求學(xué)生通過(guò)本課程學(xué)習(xí)掌握數(shù)字邏輯電路的基本

2、原理與特性、數(shù)字邏輯電路的基本分析方法、數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)和綜合的基本技能、常用數(shù)字電路功能單元的實(shí)際應(yīng)用技巧。同時(shí)要求同學(xué)能夠理解數(shù)字邏輯電路與模擬電路之間的密切關(guān)系,了解EDA技術(shù)對(duì)于數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)分析的重大意義。二、教學(xué)內(nèi)容和要求1. 課堂理論教學(xué)(62學(xué)時(shí)第一章引論(2學(xué)時(shí)介紹數(shù)字邏輯電路的特點(diǎn)、數(shù)字邏輯電路在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的地位、數(shù)字邏輯電路與模擬電子電路之間的關(guān)系、簡(jiǎn)單介紹EDA設(shè)計(jì)工具、VHDL語(yǔ)言對(duì)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)作用和影響。第二章數(shù)系與代碼(6學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的表示方法以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換、非十進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算;符號(hào)數(shù)的表達(dá):符號(hào)-數(shù)值碼(S

3、igned-Magnitude System、原碼,二進(jìn)制補(bǔ)碼(two's complement,補(bǔ)碼、二進(jìn)制反碼(ones' complement, 反碼表示以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換;帶符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼的加減運(yùn)算;BCD碼(Binary Codes for Decimal numbers、格雷碼(Gray code、葛萊碼的特點(diǎn),它們與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;二進(jìn)制數(shù)的浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)(補(bǔ)充;學(xué)習(xí)了解:字符的代碼表示,二進(jìn)制代碼在狀態(tài),條件等的表示方面的應(yīng)用;第三章數(shù)字電路(4學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:作為電子開關(guān)運(yùn)用的二極管、雙極型晶體管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作方式;以CMOS倒相器電路的構(gòu)成及

4、工作狀態(tài)分析;邏輯電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析,等價(jià)的輸入、輸出模型;學(xué)習(xí)理解:特殊的輸入輸出電路結(jié)構(gòu):CMOS傳輸門、施密特觸發(fā)器輸入結(jié)構(gòu)、三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)、漏極開路輸出結(jié)構(gòu);學(xué)習(xí)了解其他類型的邏輯電路: TTL,ECL等;不同類型、不同工作電壓的邏輯電路的輸入輸出邏輯電平規(guī)范值以及它們之間的連接配合的問(wèn)題。第四章組合邏輯設(shè)計(jì)原理(10學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:邏輯代數(shù)的公理、定理,對(duì)偶關(guān)系,以及在邏輯代數(shù)化簡(jiǎn)時(shí)的作用;邏輯函數(shù)的表達(dá)形式:積之和與和之積標(biāo)準(zhǔn)型、真值表;組合電路的分析:邏輯函數(shù)表達(dá)式的產(chǎn)生過(guò)程及邏輯函數(shù)表達(dá)式的基本化簡(jiǎn)方法函數(shù)化簡(jiǎn)方法;組合電路的綜合過(guò)程:將功能敘述表達(dá)為組合邏輯函數(shù)的表達(dá)形

5、式、邏輯函數(shù)表達(dá)式的化簡(jiǎn)函數(shù)化簡(jiǎn)方法和卡諾圖化簡(jiǎn)方法、使用與非門、或非門表達(dá)的邏輯函數(shù)表達(dá)式、邏輯函數(shù)的最簡(jiǎn)表達(dá)形式及綜合設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題:無(wú)關(guān)項(xiàng)的處理、冒險(xiǎn)問(wèn)題和多輸出邏輯化簡(jiǎn)的方法。第五章組合邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐(10學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:利用基本的邏輯門完成規(guī)定的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)任務(wù):如譯碼器、編碼器、多路選擇器、多路分配器、異或門、比較器、全加器;利用基本的邏輯門和已有的中規(guī)模集成電路(MSI邏輯器件如譯碼器、編碼器、多路選擇器、多路分配器、異或門、比較器、全加器、三態(tài)器件等作為設(shè)計(jì)的基本元素完成更為復(fù)雜的組合邏輯電路設(shè)計(jì)的方法。第七章時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)原理(10學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:基本時(shí)序元件R-S型,

6、D型,J-K型,T型鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu),工作原理,時(shí)序特性, 功能表,特征方程表達(dá)式,不同觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換;掃描觸發(fā)器(Scan Flip-Flop特性及基本應(yīng)用;鐘控同步狀態(tài)機(jī)的模型圖,狀態(tài)機(jī)類型及基本分析方法和步驟,使用狀態(tài)圖表示狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系;時(shí)序狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì):狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程的建立,狀態(tài)的化簡(jiǎn)與編碼賦值、未用狀態(tài)的處理-最小風(fēng)險(xiǎn)方案和最小代價(jià)方案、使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的設(shè)計(jì)方法、使用狀態(tài)圖的設(shè)計(jì)方法。學(xué)習(xí)了解:時(shí)序電路設(shè)計(jì)中的其他的設(shè)計(jì)方法。第八章時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐(10學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握:利用基本的邏輯門、時(shí)序元件作為設(shè)計(jì)的基本元素完成規(guī)定的鐘控同步狀態(tài)機(jī)電路的設(shè)計(jì)任務(wù):計(jì)數(shù)器、位移

7、寄存器、序列檢測(cè)電路和序列發(fā)生器的設(shè)計(jì);利用基本的邏輯門和已有的中規(guī)模集成電路(MSI時(shí)序功能器件作為設(shè)計(jì)的基本元素完成更為復(fù)雜的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的方法。學(xué)習(xí)了解:時(shí)序電路設(shè)計(jì)中的其他問(wèn)題:組合電路與時(shí)序電路的比較,大型時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)劃分,時(shí)鐘歪斜,異步輸入處理等。第十章存儲(chǔ)器及其在數(shù)字邏輯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的運(yùn)用(4學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)了解:存儲(chǔ)器(ROM,SRAM的基本工作原理和結(jié)構(gòu);學(xué)習(xí)掌握:存儲(chǔ)器在數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)中的運(yùn)用。第十一章其他的實(shí)際問(wèn)題(3學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)了解:數(shù)字邏輯電路(組合電路和時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的描述說(shuō)明方法;數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題:數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)工具的作用、設(shè)計(jì)的可測(cè)試性問(wèn)題、

8、數(shù)字邏輯系統(tǒng)可靠性的問(wèn)題、高速數(shù)字邏輯系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)南嚓P(guān)問(wèn)題。補(bǔ)充內(nèi)容模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC原理及應(yīng)用簡(jiǎn)介(3學(xué)時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)理解:數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(Digit to Analog Convertor,DAC的基本電路結(jié)構(gòu)(R-2R結(jié)構(gòu)的DAC,工作原理;模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digit Convertor,ADC 的基本電路結(jié)構(gòu)(逐次逼近式的ADC,工作原理;、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC在電子系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用,特別是在波形發(fā)生方面的運(yùn)用。2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)(12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究典型數(shù)字集成電路的功能及擴(kuò)展方法;掌握其測(cè)試方法;根據(jù)

9、實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:根據(jù)數(shù)字集成電路的特點(diǎn),進(jìn)行基本功能單元試驗(yàn),包括組合電路基本功能單元的實(shí)驗(yàn),時(shí)序電路的基本功能單元的實(shí)驗(yàn)及數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)性設(shè)計(jì)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)上機(jī)(課外(16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)使用CAD設(shè)計(jì)工具 PSPICE、MAX+plusII對(duì)教材中相關(guān)例題的分析,加深對(duì)教材內(nèi)容的理解,更好地掌握相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1、學(xué)習(xí)使用PSPICE電路CAD工具,利用PSPICE仿真CMOS基本邏輯門的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性、了解電路結(jié)構(gòu)和負(fù)載特性對(duì)邏輯門靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的影響。2、學(xué)習(xí)使用MAX+plusII工具,利用MAX+plusII工具進(jìn)行數(shù)字邏輯電路仿真的基本方法;進(jìn)行

10、基本組合電路基本功能單元,時(shí)序電路的基本功能單元進(jìn)行仿真,加深對(duì)基本功能單元功能作用的理解;對(duì)教材中大型例題進(jìn)行仿真分析,加強(qiáng)對(duì)大型綜合性設(shè)計(jì)的分析理解能力。3. 課堂習(xí)題課由教師根據(jù)課程進(jìn)展情況自行安排。三、主要教學(xué)參考資料1.Alan B. Marcovitz . Introduction to Logic Design (影印版,清華大學(xué)出版社,20022. Victor P. Nelson H. Troy Nagle Bill D. Carroll J. David Irwin . DigitalLogic Circuit Analysis & Design 清華大學(xué)出版社,Prentice Hall, Inc, 19973.John M.Yarbrough . Digital Logic Applicatons and Design 機(jī)械工業(yè)出版社 20024.閻石,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版,高等教育出版社,19985.王毓銀,數(shù)字邏輯設(shè)計(jì),高等教育出版社,20016.龍忠琪,賈立新,數(shù)字集成電路教程,科學(xué)出版社,20017. 毛法堯,歐陽(yáng)星明,任宏萍,數(shù)字