《數(shù)字電子技術》課程教學大綱

《數(shù)字電子技術》課程教學大綱課程編號：0612036課程總學時/學分：82/4.5（其中理論64學時，實驗18學時）課程類別：專業(yè)任選課一、教學目的和任務數(shù)字電子技術是電子科學與技術、微電子制造工程、光電信息科學與工程、物理學相關本科專業(yè)的必修基礎課，該課程不僅具有自身的理論體系而且是一門實踐性很強的課程。本課程的任務是使學生掌握數(shù)字電子電路的基本工作原理、分析方法和基本實驗技能，為深入學習后續(xù)課程和從事有關電子技術方面的實際工作打下基礎。二、教學基本要求1.教學要求要求學生熟練掌握邏輯代數(shù)基礎、熟悉常用的基本門電路、熟練掌握組合邏輯電路與時序邏輯電路的分析、設計方法，重點掌握分析和設計數(shù)字電路的正確思維方法和內在規(guī)律。2.教學重點組合邏輯電路的設計方法、觸發(fā)器、時序邏輯電路的設計方法。3.與其它課程的聯(lián)系本課程的第三章門電路，會用到模擬電子技術中二極管、三極管、場效應管三種器件的工作原理。4.教學方法根據(jù)內容不同，可分別采用循序漸進、邏輯推理、啟發(fā)誘導、反復訓練、舉一反三、深入淺出等教學方法。5.選取教材的原則本課程在選取教材時，本著內容全面、基礎性強、普遍適用等特點進行選取，進而選擇了清華大學閻石主編的《數(shù)字電子技術基礎》第五版作為教材。三、教學內容及學時分配各章講授參考學時數(shù)章節(jié)教學內容參考學時第一章數(shù)制和碼制2第二章邏輯代數(shù)基礎8第三章門電路6第四章組合邏輯電路12第五章觸發(fā)器8第六章時序邏輯電路16第七章半導體存儲器2第八章可編程邏輯器件2第九章脈沖波形的產生和整形4第十章數(shù)-模和模-數(shù)轉換電路4合計64第一章數(shù)制和碼制（2學時）教學內容：第一節(jié)數(shù)值與碼制的概念、模擬信號、數(shù)字信號的區(qū)別；第二節(jié)幾種常用的數(shù)制；第三節(jié)不同數(shù)制之間的轉換；第四節(jié)二進制算術運算；第五節(jié)幾種常用的編碼。教學要求：（1）掌握不同數(shù)制之間的轉換、二進制算術運算；（2）理解數(shù)制的概念；（3）了解常用的編碼：BCD碼、余3碼、2421碼、5211碼及余3循環(huán)碼等。教學重點：（1）二級制、十進制、十六進制之間的相互轉換。（2）正數(shù)、負數(shù)的原碼、反碼、補碼的表示。（3）BCD碼。第二章邏輯代數(shù)基礎（8學時）教學內容：第一節(jié)概述；第二節(jié)邏輯代數(shù)中的三種基本運算；第三節(jié)邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式；第四節(jié)邏輯代數(shù)的基本定理；第五節(jié)邏輯函數(shù)及其表示方法：真值表、邏輯式、卡諾圖、邏輯圖、波形圖；第六節(jié)邏輯函數(shù)的化簡方法。教學要求：（1）要求學生熟練掌握邏輯函數(shù)的幾種描述方法、表達式、真值表和卡諾圖等，并能正確運用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)；（2）熟悉邏輯代數(shù)的基本法則和基本定律。教學重點：（1）邏輯函數(shù)的兩種標準形式。（2）邏輯函數(shù)的化簡。教學難點：邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡方法。第三章門電路（6學時）教學內容：第二節(jié)半導體二極管們電路及其開關特性；第三節(jié)MOS門電路：MOS管及特性、NMOS門電路、CMOS門電路；第四節(jié)TTL門電路：TTL與非門、其他TTL門電路；第五節(jié)其他門電路：ECL門電路、I2L門電路。教學要求：通過本章學習，使學生了解各種門電路的構成和特性，熟悉各種邏輯門電路的邏輯功能和邏輯符號。教學重點：（1）TTL反相器的結構及工作原理。（2）CMOS反相器的結構及工作原理。教學難點：TTL反相器與CMOS反相器工作原理的分析。[實驗一]集成門電路[實驗內容]（1）測量與非門74LS00的邏輯功能。（2）測量或非門74LS02的邏輯功能。（3）測量異或門74LS86的邏輯功能。（4）測量與或非門74LS54的邏輯功能。（5）將數(shù)據(jù)開關的1、2、3、4分別接入數(shù)碼管的D、C、B、A，熟悉BCD8421編碼。[實驗要求]（1）不用的輸入端不能懸空，應根據(jù)邏輯功能將其接高電平或低電平。（2）先接電源，后接信號。絕不允許將電源反接。（3）輸出端不允許直接接地或接電源正極。（4）TTL電路的電源電壓為＋5V，CMOS電路的電源電壓范圍為：＋3V－＋18V。[實驗學時]3學時第四章組合邏輯電路（12學時）教學內容：第一節(jié)組合邏輯電路的分析：分析方法、分析舉例第二節(jié)組合邏輯電路的設計：任務、步驟、舉例。第三節(jié)常用組合邏輯電路：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、比較器、奇偶校驗電路。教學要求：（1）要求學生基本掌握組合邏輯電路的分析和設計方法；（2）對常用組合邏輯電路的結構和功能作一般了解。教學重點：組合邏輯電路的分析，常見集成組合邏輯電路的使用。教學難點：利用譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)邏輯函數(shù)。[實驗二]組合邏輯電路[實驗內容]（1）由74LS00與74LS02組成一個四輸入與非門電路。（2）利用所給芯片設計半加器電路。（3）利用74LS86實現(xiàn)四位奇偶校驗器電路。[實驗要求]（1）掌握組合邏輯電路的分析方法。（2）學會簡單組合邏輯電路的設計。（3）多余的輸入端不能懸空，應根據(jù)邏輯功能作相應處理。[實驗學時]3學時[實驗三]譯碼、顯示實驗[實驗內容]（1）利用74LS47及數(shù)碼管，學習其功能及數(shù)碼管的使用。（2）完成至少兩級數(shù)碼管的控制工作。[實驗要求]（1）明確實驗目的。（2）掌握譯碼器74LS47的工作原理及使用方法。（3）掌握譯碼器74LS138的使用方法。（4）掌握LED數(shù)碼管及顯示電路的工作原理。（5）當74LS47的第五腳為0時，第4腳不能輸入1，因為此時第4腳輸出的0。[實驗學時]3學時第五章觸發(fā)器（8學時）教學內容：第一節(jié)SR鎖存器：與非門構成的SR鎖存器、或非門構成的SR鎖存器；第二節(jié)電平觸發(fā)的觸發(fā)器：同步SR觸發(fā)器、電平觸發(fā)D觸發(fā)器；第三節(jié)脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器：主從SR觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器；第四節(jié)邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器：維持阻塞式觸發(fā)器的工作原理、上升沿與下降沿；第五節(jié)觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法；第六節(jié)觸發(fā)器的動態(tài)特性：t?set，tn，fmex，延遲時間。教學要求：（1）通過本章學習，讓學生掌握常用觸發(fā)器的電路結構、邏輯符號、特征方程及其特點；（2）了解觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象以及解決方法；（3）熟悉各觸發(fā)器之間的相互轉換。教學重點：主從RS觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器的邏輯功能。教學難點：主從RS觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器的邏輯功能。[實驗四]觸發(fā)器[實驗內容]（1）由74LS00與非門組合出R-S觸發(fā)器并驗證其邏輯功能。（2）由R-S觸發(fā)器組合成D觸發(fā)器并驗證其功能。（3）驗證J-K觸發(fā)器的邏輯功能。[實驗要求]（1）注意R-S觸發(fā)器的約束條件R·S=0。（2）掌握R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器的邏輯功能。第六章時序邏輯電路（16學時）教學內容：第一節(jié)概述：時序邏輯電路的特點、分類及用途。第二節(jié)時序邏輯電路的分析方法；第三節(jié)若干常用的時序邏輯電路：寄存器、移位寄存器、計數(shù)器、順序脈沖發(fā)生器、序列信號發(fā)生器；第四節(jié)時序邏輯電路的設計方法：同步時序邏輯電路的設計、異步時序邏輯電路設計。教學要求：（1）讓學生掌握時序邏輯電路的分析方法和步驟，初步具備閱讀時序電路的能力；（2）熟悉時序電路的設計思路、步驟和方法。教學重點：（1）時序邏輯電路分析、設計的方法和步驟。（2）常見時序邏輯電路的使用。教學難點：時序邏輯電路的使用。[實驗五]計數(shù)器[實驗內容]（1）驗證74LS161的邏輯功能。（2）利用兩塊74LS76中的四個J-K觸發(fā)器構成異步二進制加法計數(shù)器。[實驗要求]（1）掌握利用J-K觸發(fā)器構成計數(shù)器的方法。（2）掌握74LS161的邏輯功能及使用方法。（3）學習計數(shù)器與譯碼器的配合使用。[實驗學時]3學時第七章半導體存儲器（2學時）教學內容：第一節(jié)概述：半導體存儲器的種類；第二節(jié)只讀存儲器、隨機存儲器的結構及其特點；第三節(jié)存儲器容量的擴展方式：位擴展方式、字擴展方式；第四節(jié)用存儲器實現(xiàn)邏輯函數(shù)。教學要求：（1）掌握只讀存儲器ROM的結構、功能及其實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的應用；（2）掌握隨機存儲器RAM的結構、功能；（3）了解可編程邏輯陣列PLA功能及其實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的應用。教學重點：存儲器容量的擴展方式。教學難點：存儲器容量的擴展方式。第八章可編程邏輯器件（2學時）教學內容：第一節(jié)概述：可編程邏輯器件的發(fā)展；第二節(jié)現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPLA；第三節(jié)可編程陣列邏輯PAL；第四節(jié)通用陣列邏輯GAL；第五節(jié)可擦除的可編程邏輯器件EPLD；教學要求：（1）熟悉可編程邏輯器件PAL、GAL、EPLD的主要結構、編程原理和編程方法；（2）其它可編程邏輯器件作一般了解。教學重點：PAL、GAL、EPLD的主要結構、編程原理和編程方法。教學難點：PAL、GAL、EPLD的主要結構、編程原理和編程方法。第九章脈沖波形的產生和整形（4學時）教學內容：第一節(jié)施密特觸發(fā)器：TTL施密特觸發(fā)器、CMOS施密特觸發(fā)器、應用舉例；第二節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：TTL單穩(wěn)、CMOS單穩(wěn)、應用舉例；第三節(jié)多諧振蕩器：TTL多諧振蕩器、CMOS多諧振蕩器、石英晶振、應用舉例；第四節(jié)555定時器：電路結構、功能、工作模式、應用。教學要求：（1）了解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路結構、功能、工作模式及應用；（2）熟悉555定時器的電路結構、主要功能、工作模式及應用。教學重點：施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器、555定時器電路的原理分析。教學難點：利用555定時器構成多類型的觸發(fā)器。第十章數(shù)-模和模-數(shù)轉換電路（4學時）教學內容：第一節(jié)D/A轉換器：DAC原理、參數(shù)、精度、電路。第二節(jié)A/D轉換器：ADC原理、參數(shù)、精度、電路。教學要求：（1）本章讓學生熟悉DAC與ADC的工作原理，主要參數(shù)以及應用場合等；（2）對其具體的電路結構作一般了解即可。教學重點：DAC與ADC的工作原理分析、精度計算、轉換速率計算。教學難點：DAC與ADC的工作原理分析。[實驗六]綜合設計性實驗[實驗內容]設計一個交通信號燈故障信號顯示電路：十字路口的交通管理燈分紅、黃、綠三種，它們之間應符合以下邏輯關系：紅、黃、綠三種燈單獨工作，否則為不正常狀態(tài)，應報警，并發(fā)出報警信號。請設計一個滿足上述要求的報警電路。交通燈紅用R、黃用Y、綠用G表示，亮為1，滅為0。只有當其中一只亮時為正常Z=0，其余狀態(tài)均為故障Z=1。[實驗要求]（1）定義輸入、輸出變量。（2）根據(jù)物理意義確定其邏輯函數(shù)。（3）根據(jù)卡諾圖或公式法進行化簡。（4