《數字電路制作與調試》教案課程名稱數字電子技術課程代碼M01F28D10總學時64任課教師

南京信息職業技術學院單元教案授課日期授課地點根據實際情況填寫，有幾個填寫幾個。授課班級班級人數教學單元教學單元、教學目標、教學方式、評價方式與課程大綱的相應內容保持一致。項目1簡易邏輯測試筆電路的制作與調試教學時數按單元的教學時數填寫。6教學目標教學目標應是此單元的教學目標結合實際授課內容的具體化，其描述參見文中舉例。AOB2：了解基本門電路邏輯功能；掌握邏輯函數的表示方法以及卡諾圖化簡；AOB3：學會組合邏輯電路的設計方法，能夠進行簡單的組合邏輯電路的設計；掌握組合邏輯電路的分析與測試方法；AOB4：掌握常用與或非門集成邏輯電路的使用和測試方法；AOB5：能熟練使用Multisim仿真軟件對所設計的電路進行調試和仿真；利用數電實驗箱搭建硬件電路。BOB4：電子設計小項目制作培養學生嚴謹、踏實、精益求精的大國工匠精神、專業榮譽感和職業使命感。BOB4：通過課程思政的微課視頻：青春汗水煉匠心，纖微毫末筑國防中國電科十四所微電路總裝師顧春燕，培養學生嚴謹、踏實、精益求精的大國工匠精神。教學方式一體化教學評價方式課堂表現（30%）作業完成（30%）項目完成（40%）教學資源教學資源包含理論上使用的紙質或網絡教學資源，實踐課使用的設備、工具和耗材等資源。任課教師需保證所有資源可用。1.《數字電子技術》，楊志忠編著；2.數字電路實驗箱25套，Multisima9.0仿真軟件；3.網絡學習資源：職教云，釘釘在線測試：第二單元單元測試

微視頻：視頻2組合邏輯電路邏輯功能仿真、視頻4邏輯函數化簡、視頻5與非門邏輯功能驗證等等：/design/process/edit.html?courseOpenId=9boyamcro69oaawrvqbbkw行業網站推薦：/單元教學設計第一次課（2學時根據根據實際教學時數填寫。教學內容教學內容部分的詳略可以根據實際情況調整。對于新教師、新課程，要求詳細填寫；其余填寫內容要點即可。任務1.1門電路邏輯功能的測試1.1.1邏輯代數與邏輯變量邏輯指事物因果關系的規律。邏輯代數(Logicalgebra)又叫布爾(Boolean)代數或開關(Switching)代數，是一種描述客觀事物邏輯關系的數學方法，是由英國數學家喬治?布爾于1849年首先提出的。邏輯代數研究的內容是邏輯函數與邏輯變量之間的關系，而數字電路主要研究輸入和輸出之間的邏輯關系。邏輯代數是研究數字電路的數學工具，是分析和設計邏輯電路的理論基礎。1.1.2基本邏輯運算課程思政：5G時代新模式開啟與智能手機的發展；新時代的四大發明。引入“科學思維與創新意識”。在二值邏輯函數中，最基本的邏輯運算有與（AND）、或（OR）、非（NOT）三種邏輯運算。1、與運算邏輯關系如圖1.1，與邏輯式為：Y＝真值表如表1.1所示。圖1.2表示邏輯門或邏輯符號，實現與邏輯運算的門電路稱為與門。2、或運算邏輯關系如圖1.3，其真值表如表1.2所示，其邏輯式為：Y=A+B其邏輯門符號如圖1.4所示，實現或邏輯運算的門電路稱為或門。3.非邏輯運算邏輯關系如圖1.3，其真值表如表1.3所示：其邏輯式為：Y=A其邏輯門符號如圖1.6所示，實現非邏輯運算的門電路稱為非門。4. 復合邏輯函數利用與、或、非三種基本邏輯運算和基本邏輯門，可以構成各種復合邏輯運算和復合邏輯門，最常用的有與非門、或非門、與或非門、異或門、同或門（異或非）等。（1）與非邏輯運算（NAND）與非邏輯運算的特點是“先與后非”，以兩個輸入變量的與非門為例，與非門邏輯符號如圖1.7所示，與非邏輯真值表如表1.4所示，運算結果表現為“輸入有0，輸出為1；輸入全1，輸出為0”。與非邏輯的表達式為（2）或非邏輯運算（NOR）或非邏輯運算的特點是“先或后非”，以兩個輸入的或非門為例，或非邏輯符號如圖1.8所示，或非邏輯真值表如表1.5所示，運算結果表現為“輸入有1，輸出為0；輸入全0，輸出為1”?；蚍沁壿嫳磉_式為（3）與或非邏輯運算（AND–OR–INVERT）與或非邏輯運算的特點是“先與后或再非”，以A、B、C、D輸入變量為例，與或非邏輯符號如圖1.9所示，與或非邏輯真值表如表1.6所示。與或非邏輯表達式為（4）異或邏輯運算（Exclusive–OR，XOR）異或邏輯（XOR）運算的特點是當A、B兩個變量取值不同時，輸出為1；當A、B兩個變量的取值相同時，輸出為0。異或邏輯符號如圖1.10所示，真值表如表1.7所示，異或邏輯表達式為（5）同或邏輯運算（Exclusive–NOR，XNOR）同或邏輯（XNOR）運算的特點是當A、B兩個變量的取值相同時，輸出為1；當A、B兩個變量的取值不同時，輸出為0。同或邏輯符號如圖1.11所示，真值表如表1.8所示，同或邏輯表達式為1.1.3數字集成電路1．TTL與CMOS集成電路 用來實現邏輯運算的電子電路稱為邏輯門電路。邏輯門電路是組成各種數字電路的基單元電路。將構成門電路的元器件制作在一塊半導體芯片上，再封裝起來，便構成了集成門電路。按著制造門電路所用晶體管（制造工藝）的不同，門電路主要有MOS型（內部有MOS管組成）、雙極型（內部由雙極型晶體管組成）和混合型（內部有MOS管和雙極型晶體管混合組成）3種類型。MOS型主要由CMOS型、NMOS型和PMOS型3種，雙極型主要由TTL和ECL，混合型主要有BiCMOS。CMOS邏輯門電路是目前使用最廣泛、占主導地位的集成電路。早期的CMOS與TTL邏輯門相比，CMOS速度慢、功耗低，而TTL主要是速度快、功耗大。后來隨著制造工藝的不斷改進，CMOS電路的集成度、工作速度、功耗和抗干擾能力遠優于TTL。因此，幾乎所有的超大規模集成電路，如存儲器、CPU、PLD器件和專用集成電路（ASIC）都采用CMOS工藝制造，且費用較低。到目前為止，已經生產出的標準化、系列化的CMOS集成電路產品有4000系列、HC/FCT系列、AHC/AHCT系列、LVC系類、ALVC系列等。（1）4000系列4000系列是早期生產的CMOS電路，其工作速度較慢（延遲時間達100ns左右），帶負載能力弱，與TTL不兼容。但它的功耗低、工作電壓范圍寬、抗干擾能力強。由于受當時制造工藝水平的限，因此，目前它已經基本上被后來出現的HC/HCT系列產品所取代。（2）74HC/HCT系列74HC/HCT系列是高速CMOS系列。與4000系列相比，其工作速度快（傳輸延遲時間縮短到了10ns左右，僅為4000系列的1/10）、帶負載能力強，與TTL兼容，可與TTL器件互換使用。（3）74AHC/AHCT系列74AHC/AHCT系列是改進的告訴CMOS系列。改進后的這兩種系列產品其工作速度能達到了74HC和74HCT系列的兩倍多，而且帶負載能力也提高了近一倍。同時，AHC/AHCT系列產品又能與HC/HCT系列產品兼容，這就為系統的器件更新帶來了很大的方便。因此，AHC/AHCT系列是目前比較受歡迎、應用最廣泛的CMOS器件。（4）74LVC/ALVC系列是抵押CMOS系列。LVC系列不僅能工作在1.65～3.6V的低電壓下，而且傳輸延遲時間也縮短到了3.8ns。同時，它又能提供更大負載電流。2．數字集成電路命名方法（1）國產集成電路的型號命名方法我國集成電路的型號是按照國家標準（國標）的規定命名的，遵照國標GB3430-1989《半導體集成電路型號命名方法》，規定了我國集成電路各個品種和系列的命名方法。集成電路國標命名方法見表1.10。表1.10集成電路國標命名方法（2）國外集成電路的型號命名方法目前電子市場上除了國產的集成電路外，還有世界各大半導體器件公司生產的大量產品。由于集成電路的命名國際上還沒有一個統一的標準，各制造公司都有自己的一套命名方法，給我們識別集成電路帶來了很大的困難，但各制造公司對集成電路的命名總是還存在一些的類似。下面列出一些常見的集成電路生產公司的命名方法供參考。=1\*GB3①NationalSemiconductorCorp.（國家半導體公司）。AD：A/D轉換器，DA：D/A轉換器，CD：CMOS數字電路，LF：線性場效應，LH：線性電路（混合），LM：線性電路（單塊），LP：線性低功耗電路。=2\*GB3②RCACorp.（美國無線電公司）。CA、LM：線性電路，CD：CMOS數字電路，CDM：CMOS大規模電路。=3\*GB3③MotorolaSemiconductorProducts,Ins.（摩托羅拉半導體公司）。MC：密封集成電路，MMS：存儲器電路，MLM：引線于國家半導體公司相同的線性電路。=4\*GB3④NECElectronics,Ins.（日本電氣電子公司）uP：微型產品，A：組合元件，B：雙極型數字電路，C：雙極型模擬電路，D：單機型數字電路。例如，uPC、uPA等。=5\*GB3⑤SANYOElectricCo.,Ltd.（三洋電機有限公司）。LA:雙極型線性電路，LB：雙極型數字電路，LC：CMOS電路，STK：厚膜電路。=6\*GB3⑥ToshibaCorp.（東芝公司）。TA：雙極型線性電路，TC：CMOS電路，TD：雙極型數字電路，TM：MOS電路。=7\*GB3⑦Hitachi,Ltd.（日立公司）。HA：模擬電路，HD：數字電路，HM：RAM電路，HN：ROM電路。=8\*GB3⑧SGSSemiconductorCorp.（SGS半導體公司）。TA、TB、TC、TD：線性電路，H：高電平邏輯電路，HB、HC：CMOS電路。表1.11列出了國外一些有影響公司的名稱和產品型號、前綴字母及網站，供參考。表1.11國外集成電路型號前綴字母與生產公司對照一覽表圖1.14所示為數字集成電路型號舉例。3．集成邏輯門電路與基本邏輯運算和復合運算相對應，常用的邏輯沒呢電力在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門、異或非門（同或門）等。實際上，對于各種不用功能的邏輯門，一般都是將多個門電路封裝在一個集成芯片上，構成集成電路來使用。圖1.15～圖1.18分別給出了幾種常用的典型門電路芯片的引腳配置、封裝外形和邏輯符號。1.1.4邏輯函數及其表示方法描述輸出變量和輸入變量之間的因果關系稱為邏輯函數，如與、或、非、與非、或非、異或都是邏輯函數。邏輯函數是從生活和生產實踐中抽象出來的，但只有那些能明確地用“是”或“否”做出回答的事物，才能定義為邏輯函數。邏輯函數有真值表、邏輯函數式、邏輯圖、波形圖和卡諾圖等五種表示形式。只要已知其中一種表示形式，就可轉換為其它幾種表示形式。（1）真值表真值表是由變量的所有可能取值組合及其對應的函數值所構成的表格。（2）邏輯函數式邏輯函數式是由邏輯變量和與、或、非三種運算符連接起來所構成的式子。（3）邏輯圖邏輯圖是指將邏輯表達式中的與、或、非等邏輯關系用對應的邏輯符號表示得到的圖形。（4）波形圖波形圖是由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對應的輸出函數值的高、低電平所構成的圖形?！緦嶒灧抡?】函數式、真值表與邏輯圖之間的相互轉化課程思政：邏輯函數的五種描述。引入“辯證法中事物的多樣性”。教學重點基本與或非門邏輯符號及真值表；基于Multisim軟件的函數式、真值表與邏輯圖之間的相互轉化；教學難點基本與或非門邏輯符號及真值表；基于Multisim軟件的函數式、真值表與邏輯圖之間的相互轉化；教學流程教學環節“教學環節”根據教學課前、課中、課后的具體設計填寫，如預習、引入新課、具體學習任務、課堂小結、作業等等，表格自行增刪。教師活動教師對學生學習活動的把控及觀察、評價等信息應在此處有體現，也可以在具體活動的前面描寫設計意圖或者在具體活動后面增加設計總結。學生活動學生在這個環節中要需要做的事情，包含是否采用分組學習以及如何分組、組內分工等信息。課程引入課程思政：由5G時代新模式開啟與智能手機的發展和新時代的四大發明。引入“科學思維與創新意識?！?.使用學習通APP搶答；2.思考哪些新時代的四大發明。講授1.講授基本與或非門邏輯符號及真值表；2.介紹基于Multisim軟件的使用和應用軟件進行函數式、真值表與邏輯圖之間的相互轉化；1.學生積極參與APP搶答；2.積極回答教師提問；3.認真思考、記錄關鍵內容；4.熟悉Multisim軟件的使用?？偨Y與課后任務1.總結本次課程內容；2.布置作業：課后書面習題；觀看微課視頻3和微課視頻4，寫一篇觀后感。思考教師總結，記錄教師的作業要求并完成。第二次課（2學時根據根據實際教學時數填寫。教學內容教學內容部分的詳略可以根據實際情況調整。對于新教師、新課程，要求詳細填寫；其余填寫內容要點即可。1.2.1TTL特殊門電路OC門（OpenCollector）――TTL集電極開路門（1）基本電路結構及工作原理圖1.26（a）所示為OC與非門的電路結構，圖1.26（b）所示為OC與非門的邏輯符號。由OC與非門的電路結構可見，OC門的電路特點是輸出管T5的集電極開路。因此使用OC門時，為保證電路正常工作，必須外接負載電阻RL（又稱上拉電阻）與電源VCC相連如圖1.27所示。只要上拉電阻和電源電壓的數值選擇取得當，就可以保證輸出的高、低電平符合要求，并且不會使三極管的負載電流過大而燒毀。如圖1.28所示，多個OC門輸出端相連時，可以共用一個上拉電阻。此時輸出Y為Y=Y1（2）OC門的應用實現線與－與或非邏輯電平轉換2.三態TTL與非門（TSL－ThreeStateLogicGate）三態TTL與非門又叫三態門，它是在普通與非門電路的基礎上附加控制電路構成的。其特點是除了輸出高、低電平兩個狀態外，還有第三種狀態，即高阻狀態。（1）基本電路結構及工作原理三態TTL與非門的典型電路結構和邏輯符號如圖1.33所示，它與普通與非門電路的主要差別是輸入級多了一個使能端EN和一個二極管，且使能端有低電平有效和高電平有效兩種控制方式，圖1.33（b）所示為EN為低電平有效，圖1.33（c）所示為EN為高電平有效。（2）三態門的用途TTL三態門除了電平轉換，也可以構成數據的單向傳輸和雙向傳輸1.2.2CMOS特殊門電路OD門（OpenDrain）――漏極開路門為了滿足輸出電平的變換，輸出大負載電流，以及實現“線與”功能，將CMOS門電路的輸出級做成漏極開路的形式，稱為漏極開路輸出的門電路，簡稱OD（Open－DrainOutput）門。OD門與OC門相似，常用作驅動器、電平轉換器和實現線與等，在這里不在贅述。CMOS傳輸門（1）基本電路結構及邏輯符號CMOS傳輸門的電路圖及邏輯符號如圖1.38所示，其中T1為PMOS管，T2為NMOS管，C和C為一對互補控制信號，TG即TransmissionGate的縮寫。教學重點TTL與CMOS集成電路；數字集成電路命名方法；門電路邏輯功能測試。教學難點TTL與CMOS集成電路；數字集成電路命名方法；門電路邏輯功能測試。教學流程教學環節“教學環節”根據教學課前、課中、課后的具體設計填寫，如預習、引入新課、具體學習任務、課堂小結、作業等等，表格自行增刪。教師活動教師對學生學習活動的把控及觀察、評價等信息應在此處有體現，也可以在具體活動的前面描寫設計意圖或者在具體活動后面增加設計總結。學生活動學生在這個環節中要需要做的事情，包含是否采用分組學習以及如何分組、組內分工等信息。課程引入課程思政：由鰭式晶體管變“平房為高樓”，可使晶體管縮小至1納米。引入“辯證法否定觀；量變與質變相統一。”1.使用學習通APP搶答；講解自己對預習知識點的理解。講授1.介紹TTL與CMOS集成電路和數字集成電路命名方法；2.實操技能訓練：門電路邏輯功能測試。1.學生分組：每組3人。組長1名：負責器材領取、保管、方案確定、數據記錄；硬件1名：負責審核實驗中硬件搭建、設備更換等工作；軟件1名：負責軟件仿真電路設計，以檢驗硬件電路設計方案的可行性。每次實驗輪流更換任務。2.學生積極參與學習通APP課堂互動；3.積極回答教師提問；4.認真思考、記錄關鍵內容。分組實操練習安排學生分組完成：1.簡易任務：《基本門電路邏輯功能測試》；2.學生操作時注意巡視；對于提前完成的同學，安排一人對一組幫扶任務，確保每組都能及時完成，不打擊任何學生的學習積極性。分組完成：1.硬件連接；2.軟件仿真預檢驗硬件電路方案設計可行性；3.操作演示?？偨Y與課后任務1.總結本次課程內容；2.布置作業：課后書面習題。觀看微視頻5：與非門邏輯功能驗證思考教師總結，記錄教師的作業要求并完成。第三次課（2學時根據根據實際教學時數填寫。教學內容教學內容部分的詳略可以根據實際情況調整。對于新教師、新課程，要求詳細填寫；其余填寫內容要點即可。項目描述：數字電路主要研究的是輸出信號狀態（“0”或“1”）與輸入信號狀態（“0”或“1”）之間的關系，這是一種因果關系，也就是所謂的邏輯關系，即電路的邏輯功能。在數字電路和儀器的維修過程中，經常需要檢測電路的輸入與輸出是否符合邏輯關系，需要對電路板的邏輯電路輸出狀態進行判斷，以便了解電路的工作情況和故障所在，以往通常使用萬用表來測試，但是弊端較多：一方面管腳多時使用萬用表測試非常不便，另一方面是萬用表無法測試電路的高阻態。本項目就此設計簡易邏輯測試筆，又稱邏輯探針，它是數字電路設計、故障診斷和維修中最簡單且實用的工具。1.實訓目的（1）掌握門電路邏輯功能的測試方法。

（2）了解集成邏輯門電路的外形及引腳排列。

（3）初步掌握數字電路實驗儀器的使用方法。（4）通過測試論證設計的正確性。（5）訓練正確接線與排除故障的能力。2.實訓要求（1）設計邏輯測試筆電路，畫出仿真電路圖。（2）仿真并調試被測點為邏輯低電平、高電平、高阻態、脈沖信號等邏輯狀態的情況。（3）