《數(shù)字電子技術(shù)》教案

PAGE1內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第1章概述目的要求：1、理解數(shù)字電子技術(shù)的一些最基本的概念；2、了解數(shù)字技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)；3、了解本課程的一些基本情況和學(xué)習(xí)要求。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：數(shù)字電子技術(shù)基本概念。方法步驟：理論講授、舉例說明、課堂提問、課堂練習(xí)、總結(jié)歸納。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排本課程的名稱為“數(shù)字電子技術(shù)”，內(nèi)容與“數(shù)字設(shè)計(jì)”、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”、“數(shù)字電路”等課程相近（板書）?！皵?shù)字設(shè)計(jì)”可以是數(shù)字電路設(shè)計(jì)，也可以是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這門課中我們所面對(duì)的大多是簡(jiǎn)單的電路而不是復(fù)雜的系統(tǒng)；“數(shù)字電路”與“邏輯關(guān)系”之間有著密不可分的聯(lián)系。自我介紹——姓名和聯(lián)系方式。本次課主要講授兩個(gè)內(nèi)容：首先，討論與“數(shù)字設(shè)計(jì)”相關(guān)的三個(gè)基本問題；然后，簡(jiǎn)單介紹一下這門課的一些基本情況，并明確本課程的學(xué)習(xí)要求。（通過對(duì)本次課的講授，要努力使學(xué)生明白3個(gè)問題：學(xué)什么？為什么學(xué)？怎樣學(xué)？）一、“數(shù)字設(shè)計(jì)”的三個(gè)基本問題◆什么是“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)”？——“數(shù)字設(shè)計(jì)”的基本概念◆為什么要進(jìn)行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)”？——“數(shù)字技術(shù)”的優(yōu)點(diǎn)◆怎樣進(jìn)行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)”？——“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）”設(shè)計(jì)技術(shù)既然本課程叫作“數(shù)字設(shè)計(jì)”，那么我們要討論的第一個(gè)問題就是：什么是“數(shù)字設(shè)計(jì)”？（這很自然，我們要研究一個(gè)東西，總要先搞清楚它是什么、它的一些基本的情況），在討論這個(gè)問題的過程中，將會(huì)涉及到“數(shù)字設(shè)計(jì)”的一些基本概念，這些基本概念也是本次課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。在了解了“什么是數(shù)字設(shè)計(jì)？”之后，接下來的問題是：為什么要進(jìn)行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)”？（或者換一個(gè)角度來說，已經(jīng)在學(xué)習(xí)模擬電路，為什么還要學(xué)習(xí)數(shù)字電路？）任何技術(shù)的存在總要有其存在的價(jià)值，只有這樣，人們才會(huì)研究它、使用它，這個(gè)問題的答案就在于“數(shù)字技術(shù)”有著“模擬技術(shù)”所不具備的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)我們已經(jīng)回答了以上這兩個(gè)問題，那么再接下來，大家想一想，我們的問題是什么？（設(shè)問，請(qǐng)學(xué)生先思考）。。。。。。。。。怎樣進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)？也就是數(shù)字設(shè)計(jì)的技術(shù)。不過，這個(gè)問題實(shí)在是太大了，現(xiàn)有的數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)容已經(jīng)十分豐富，而且也在不斷地發(fā)展當(dāng)中，50個(gè)學(xué)時(shí)都是微不足道的。在這50個(gè)學(xué)時(shí)里，我們所要做的就是，堅(jiān)實(shí)地邁出進(jìn)入數(shù)字世界的第一步，掌握一些基本的概念和設(shè)計(jì)技術(shù)，為將來進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。象“。。。是什么？”、“為什么。。。？”和“怎樣。。。？”這樣的問題不僅僅存在于這門課中，在很多場(chǎng)合都會(huì)遇到這樣的問題，只不過有時(shí)沒有意識(shí)到而已。(一)“數(shù)字設(shè)計(jì)”的基本概念1、物理量為了回答第一個(gè)問題，首先來了解一下自然界中的物理量。自然界中有各種各樣的物理量，所有的這些物理量可以被分成兩大類，一類是“模擬量”，另一類是“數(shù)字量”。所謂“模擬量”，是指那些在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的物理量。比如：大氣的溫度、車輛的速度等等（以溫度為例，一天當(dāng)中，某一點(diǎn)的溫度有一個(gè)最大值和最小值，在這個(gè)范圍內(nèi)任何一個(gè)值對(duì)這一天來講都是有意義的，也就是說，在這個(gè)范圍內(nèi)，溫度可以連續(xù)取值，可以取任何一個(gè)值）。所謂“數(shù)字量”，是指那些取值離散（不連續(xù)）的物理量。比如：書的頁碼、人數(shù)等等。（可以請(qǐng)學(xué)生舉出“模擬量”和“數(shù)字量”的其它例子）除了上面所介紹的“模擬量”和“數(shù)字量”的基本概念以外，還應(yīng)知道以下3點(diǎn)：☆我們的世界是模擬的?。ù蠖鄶?shù)的物理量是“模擬量”）☆物理量的取值隨時(shí)間、空間變化。（例：大氣溫度）☆當(dāng)我們用電路對(duì)物理量進(jìn)行處理的時(shí)候，需要先用相應(yīng)的傳感器或變換器將其變換成合適的電信號(hào)。（比如：擴(kuò)音器）因此，接下來就需要了解一下“電信號(hào)（ElectricSignal）”。2、電信號(hào)電信號(hào)主要是指電壓和電流，另外還有線圈的磁通、電容的電荷等。在電信號(hào)中，有兩類很重要的信號(hào)，它們分別是：“模擬信號(hào)”和“數(shù)字信號(hào)”。所謂“模擬信號(hào)”，是指那些在取值和時(shí)間上都連續(xù)的電信號(hào)（舉例解釋“取值連續(xù)”——在一定的范圍任意一個(gè)值都是有意義的，“時(shí)間連續(xù)”——取值隨時(shí)間連續(xù)變化，沒有跳變）。所謂“數(shù)字信號(hào)”，是指那些在取值和時(shí)間上都離散（不連續(xù)）的信號(hào)（舉例解釋“取值離散”——只有有限個(gè)值有意義，“時(shí)間離散”——在某些時(shí)間點(diǎn)上的取值是沒有意義的）。除了“數(shù)字信號(hào)”的基本概念之外，還應(yīng)該了解以下3點(diǎn)：☆最常見的數(shù)字信號(hào)一般是只有兩個(gè)有效狀態(tài)的電壓信號(hào)，這兩個(gè)狀態(tài)分別是：高電平、低電平，可以用“邏輯1”、“邏輯0”表示。解釋1：“高電平”和“低電平”是是相對(duì)的概念，“高電平”和“低電平”指的是兩個(gè)事先定義好的電壓范圍（例如：0～0.8，3.6～5）高低電平上下限。如果某個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)的電壓落在高電平的范圍之內(nèi)，則該信號(hào)就是“高電平”；如果某個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)的電壓落在低電平的范圍之內(nèi)，則該信號(hào)就是“低電平”；如果落在中間呢？對(duì)二值數(shù)字信號(hào)而言，這不是一種有效的狀態(tài)。解釋2：“邏輯1”和“邏輯0”。這里的1和0是邏輯代數(shù)中變量的取值，與普通代數(shù)中的1和0不一樣，它們無大小之分，僅僅是兩個(gè)不同的符號(hào)，可以用來代表兩個(gè)不同的事物（如：數(shù)字電壓信號(hào)的“高電平”和“低電平”）。解釋3：“正邏輯表示法”和“負(fù)邏輯表示法”。如果用“邏輯1”表示“高電平”，用“邏輯0”表示“低電平”，則將這種表示法稱為“正邏輯表示法”；如果用“邏輯1”表示“低電平”，用“邏輯0”表示“高電平”，則將這種表示法稱為“負(fù)邏輯表示法”。在本課程中，如果不加說明，默認(rèn)為“正邏輯表示法”?！顢?shù)字信號(hào)的波形是由一系列矩形脈沖信號(hào)組成的。解釋1：“理想的”矩形脈沖信號(hào)。矩形脈沖分為“正脈沖”和“負(fù)脈沖”，解釋什么是“正脈沖”和“負(fù)脈沖”、“上升沿”和“下降沿”、“脈沖寬度”和“脈沖幅度”、周期性矩形脈沖信號(hào)的“占空比”。解釋2：“實(shí)際的”矩形脈沖信號(hào)。解釋在“實(shí)際的”矩形脈沖信號(hào)中，“上升時(shí)間”和“下降時(shí)間”、“脈沖寬度”的如何定義的?！钅M信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間可以相互轉(zhuǎn)換。用ADC，也就是模－數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；反過來，用DAC，也就是數(shù)－模轉(zhuǎn)換器，可以把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。3、電路電路可以被分成“模擬電路”和“數(shù)字電路”兩大類。所謂“模擬電路”，就是指那些傳輸或處理模擬信號(hào)的電路，如：放大電路。所謂“數(shù)字電路”，就是指那些傳輸或處理數(shù)字信號(hào)的電路，如：電子表中的計(jì)時(shí)器?！顢?shù)字電路又可以被分成“組合電路”和“時(shí)序電路”兩大類，至于什么是“組合電路”和“時(shí)序電路”，以及它們之間有何區(qū)別，我們以后再作介紹。☆電路可以用電阻、電容、晶體管等分離元件構(gòu)成的“分立電路”，也可以是“集成電路”。我們所見到的數(shù)字電路大多都是集成電路，所謂集成電路，也就是通常所講的“芯片”（電腦里面有很多，CPU最復(fù)雜），就是通過一定的技術(shù)和工藝，把原來用電阻、電容、晶體管等分離元件構(gòu)成的電路集成到一片面積很小的半導(dǎo)體硅片上，然后用外殼封裝起來，電路的輸入、輸出端是通過芯片的引腳與外部相連，從而可以作為一個(gè)整體供人使用?！睢皵?shù)字電路（DigitalCircuit）”與“數(shù)字系統(tǒng)（DigitalSystem）”前面提到“數(shù)字設(shè)計(jì)”可以是數(shù)字電路設(shè)計(jì)，也可以是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，（在數(shù)字設(shè)計(jì)中，我們有時(shí)會(huì)提到“數(shù)字電路”，有時(shí)又會(huì)提到“數(shù)字系統(tǒng)”）它們之間的本質(zhì)區(qū)別以后再講，一般來說，可以認(rèn)為“數(shù)字電路”簡(jiǎn)單（復(fù)雜），功能單一（強(qiáng)大）如：電子表中的計(jì)時(shí)器，“數(shù)字系統(tǒng)”復(fù)雜，功能強(qiáng)大，如：電子計(jì)算機(jī)。4、“數(shù)字分析”與“數(shù)字設(shè)計(jì)”“數(shù)字分析（DigitalAnalysis）”，是指針對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)字電路（系統(tǒng)），通過一定的方法和手段，確定其輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系，從而明確整個(gè)電路（系統(tǒng)）的功能?！皵?shù)字設(shè)計(jì)（DigitalDesign）”，又稱為“數(shù)字綜合（DigitalSynthesis）”，與數(shù)字分析的過程相反，是指針對(duì)一定的設(shè)計(jì)要求，通過一定的方法和手段，用合適的器件來構(gòu)造出一個(gè)數(shù)字電路（系統(tǒng)），使其能夠符合設(shè)計(jì)要求。☆本課程的重點(diǎn)是如何進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)，但分析是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)往往是建立在很多前人的工作成果之上的，我們可以通過對(duì)現(xiàn)有電路分析，不斷地汲取和積累對(duì)自己有用的東西，從而作出好的設(shè)計(jì)?！瞵F(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)是一種“自頂向下（Top-to-Down）、分層次”的設(shè)計(jì)。如圖（PPT）所示，當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)候，可以先把它分解成若干個(gè)不是太復(fù)雜的子系統(tǒng)；每個(gè)子系統(tǒng)又可以被分解成一些更簡(jiǎn)單的功能模塊；功能模塊又可以由邏輯門和觸發(fā)器這兩類基本的數(shù)字單元來構(gòu)成（其中邏輯門是最小的數(shù)字單元，觸發(fā)器也是由邏輯門構(gòu)成的）；如果再下分解，構(gòu)成邏輯門的就是晶體管和電阻了；晶體管和電阻又是由半導(dǎo)體硅片上的幾何圖形和線條構(gòu)成的。這樣一個(gè)“自頂向下”的分解過程實(shí)際上就是一個(gè)設(shè)計(jì)過程，至于分解到那一層，主要取決于所用的器件。(二)“數(shù)字技術(shù)”的主要優(yōu)點(diǎn)——“數(shù)字”Vs“模擬”數(shù)字技術(shù)已經(jīng)在日常生活、自動(dòng)控制、測(cè)量和儀器儀表、通信等領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用。大家看一看下面所列的這些東西（舉例）?，F(xiàn)在這些東西對(duì)于我們而言，已經(jīng)非常地普通，也正是由于有了這些東西，我們生活才如此地豐富多彩。但是，如果沒有數(shù)字技術(shù)，這些東西都是不可能存在的。以手機(jī)為例，第一代移動(dòng)通信采用的是模擬技術(shù)，當(dāng)時(shí)所用的手機(jī)俗稱“大哥大”，很笨重、不便攜帶、功能單一，第二代和第三代移動(dòng)通信采用的是數(shù)字技術(shù)，現(xiàn)在的手機(jī)小巧且功能強(qiáng)大。這些情況就足以說明，相對(duì)與模擬技術(shù)而言，數(shù)字技術(shù)必然有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下4點(diǎn)：1、數(shù)字信號(hào)更便于存儲(chǔ)和處理。以電壓信號(hào)為例，數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)是有限的（一般只有兩個(gè)：“高電平”和“低電平”），每一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一個(gè)電壓范圍，我們只需要區(qū)分某個(gè)信號(hào)的電壓是在哪個(gè)范圍就可以了，而在某個(gè)范圍之內(nèi)，電壓的具體值就沒有什么意義了。模擬信號(hào)是連續(xù)取值的，在某個(gè)范圍內(nèi)任何一個(gè)值都有意義，理論上存在無窮個(gè)狀態(tài)。2、數(shù)字信號(hào)本身具有更強(qiáng)的抗干擾能力，而且還可以采用檢錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制進(jìn)一步提高其抗干擾能力。依圖（PPT）解釋數(shù)字信號(hào)本身的抗干擾能力。如圖所示，有一組數(shù)字信號(hào)從一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。A是發(fā)送信號(hào)的波形，很理想，假設(shè)低電平0V、高電平5V（板書），B是接受到的信號(hào)波形，由于在傳輸過程中不可避免地要受到干擾和衰減，波形發(fā)生了變化。但是，可以設(shè)置一個(gè)2.5V的門限電平（板書），將收到的信號(hào)與門限電平比較。如果接收信號(hào)電壓大于2.5V，則將其判為高電平；如果接收信號(hào)電壓小于2.5V，則將其判為低電平。這樣，只要干擾的幅度不超過2.5V，就可以恢復(fù)將收到的信號(hào)恢復(fù)成其在發(fā)送時(shí)的理性情況，也就是100％消除了干擾。而對(duì)于模擬信號(hào)，無法做到在接收端不可能100％去掉干擾，只能想辦法將干擾降至最低。至于檢錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制，是一個(gè)很大的題目，不在本課程的范圍之內(nèi)。只是在下一次課，會(huì)講到一種最簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)機(jī)制。3、數(shù)字電路更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，成本低、體積小、重量輕、功耗小、可靠性高。解釋“為什么數(shù)字電路更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成？”前面提到，最小的數(shù)字電路單元是“邏輯門”，而構(gòu)成“邏輯門”的基本元器件就是晶體管和電阻，主要是晶體管；而構(gòu)成模擬電路的基本元器件除了晶體管和電阻以外，還經(jīng)常需要電容和電感，在這些基本元器件中。電容和電感在硅片上所占的面積要遠(yuǎn)大于晶體管和電阻，而且在硅片上集成的電容和電感遠(yuǎn)不如分立的電容和電感性能好。4、數(shù)字電路中有兩大類器件（μP、PLD）具有可編程性，應(yīng)用起來非常靈活。對(duì)于這兩類器件，可以通過軟件編程的方式來改變其功能。在模擬電路中也有可編程器件，但可編程模擬電路的發(fā)展遠(yuǎn)不如可編程數(shù)字電路。這四個(gè)優(yōu)點(diǎn)就足以回答第二個(gè)問題——為什么要進(jìn)行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)”？如果要聯(lián)系到軍隊(duì)的實(shí)際，“建設(shè)信息化軍隊(duì)，打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)”是我軍肩負(fù)的重要?dú)v史任務(wù)。要實(shí)現(xiàn)這兩句話，就必須有先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)作為支撐。盡管數(shù)字技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，大家也要注意：☆客觀世界是模擬的，許多功能的實(shí)現(xiàn)——特別是在需要處理微弱信號(hào)、高頻信號(hào)和大功率信號(hào)的場(chǎng)合，還離不開模擬技術(shù)。所以，不能不加任何限制地講哪種技術(shù)更好，我們只能說，在特定的場(chǎng)合下，哪種技術(shù)更合適?！钅M電路的許多知識(shí)是進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)數(shù)字電路必不可少的基礎(chǔ)。二、課程概況1、課程定位本課程是繼《電路分析基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》等課程之后，又一門核心的學(xué)科基礎(chǔ)課；是學(xué)習(xí)《計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)》、《通信系統(tǒng)原理》、《數(shù)字通信》等后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。2、課程目標(biāo)（1）對(duì)數(shù)字電路中的一些基本概念有比較深刻的理解。（2）熟悉一些基本器件的功能和使用方法。（3）掌握數(shù)字電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的數(shù)字電路。3、課程的主要內(nèi)容（共4部分）（1）數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（2）組合邏輯電路（3）時(shí)序邏輯電路（4）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路等關(guān)于實(shí)驗(yàn)：推薦使用MultiSim軟件仿真，硬件實(shí)驗(yàn)由傳統(tǒng)74系列器件的基礎(chǔ)性試驗(yàn)和FPGA提高性實(shí)驗(yàn)兩部分組成。4、參考資料（1）“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社（2）《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石主編，高等教育出版社（3）輔助教學(xué)資源：電子版參考資料、EDA軟件。5、學(xué)習(xí)要求（1）課上，認(rèn)真聽講、積極思考、踴躍回答問題；（2）課下，認(rèn)真閱讀教材，完成作業(yè)要獨(dú)立、按時(shí)、整潔；（3）遇到問題時(shí)，及時(shí)溝通。6、考核方式以期末考試（閉卷）成績(jī)?yōu)橹?，課堂回答問題情況、作業(yè)情況、平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)都將成為本課程最終成績(jī)的重要參考。本次課小結(jié)：本次課從“數(shù)字設(shè)計(jì)的三個(gè)基本問題”出發(fā)，介紹了數(shù)字設(shè)計(jì)的基本概念和數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，然后介紹了本課程的一些基本情況。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：思考題：1、什么是“數(shù)字信號(hào)”？2、什么是“高電平”、“低電平”？3、什么是“正邏輯”、“負(fù)邏輯”？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理通過數(shù)字設(shè)計(jì)的三個(gè)基本問題，歸納數(shù)字設(shè)計(jì)的基本概念。介紹模擬量與數(shù)字量，及傳感器和換能器等概念。解釋：高低電平和邏輯符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。解釋：理想的矩形脈沖和實(shí)際的矩形脈沖的異同點(diǎn)。由信號(hào)形式思考處理信號(hào)的電路形式。數(shù)字系統(tǒng)又是什么？與數(shù)字電路有什么異同點(diǎn)？怎樣進(jìn)行數(shù)字電路（或系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)？數(shù)字分析的重要性。數(shù)字技術(shù)的基本知識(shí)介紹部分：對(duì)比模擬技術(shù)講解數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，注意講清楚數(shù)字技術(shù)不是在所有領(lǐng)域中都能夠取代模擬技術(shù)。由大到小講解清楚數(shù)字電路、邏輯門、晶體管和電阻的關(guān)系。強(qiáng)調(diào)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的重要性和必要性。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第02講信息數(shù)字化之方式（1）—二進(jìn)制數(shù)目的要求：1、理解數(shù)制的基本概念和按位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)；2、掌握常用的按位計(jì)數(shù)制以及不同數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的方法；3、掌握帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：（1）數(shù)制轉(zhuǎn)換方法；（2）有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)表示方法。難點(diǎn)：有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示方法。方法步驟：理論講授、舉例說明、課堂提問、課堂練習(xí)、總結(jié)歸納。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排對(duì)數(shù)據(jù)的處理是數(shù)字設(shè)備一項(xiàng)很基本的功能，那么在數(shù)字設(shè)備中，一個(gè)數(shù)通常是怎樣被表示時(shí)的？這就是本次課要解決的問題。一、數(shù)制的基本概念“數(shù)制”與“法制”、“制度”的概念是相通的，“法制”、“制度”就是人為制定的規(guī)則，這些規(guī)則用來約束人們的行為，告訴人們什么可以做、什么不能做、。。。。。等等。所謂“數(shù)制（NumberSystem）”，就是一套人為制定的規(guī)則，這套規(guī)則告訴人們?nèi)绾稳ビ?jì)數(shù)，或者說，如何去表示一個(gè)數(shù)值。目前常用的數(shù)制（十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制）都是“按位計(jì)數(shù)制”。二、按位計(jì)數(shù)制(一)按位計(jì)數(shù)制的5個(gè)特點(diǎn)以最熟悉的十進(jìn)制為例，來講解按位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)。1、有一組基本的數(shù)字符號(hào)（數(shù)碼，Digits），{0，1，…，r-1}，其中r是大于等于2的整數(shù)，稱r為該數(shù)制的“基數(shù)（RadixorBase）”，并將該數(shù)制命名為“r進(jìn)制”。舉例說明（PPT）。2、r進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)規(guī)則是：逢r進(jìn)1，借1當(dāng)r。3、任何一個(gè)r進(jìn)制數(shù)N都有兩種寫法：——位置法（PositionalNotation）——多項(xiàng)式法（PolynomialNotation）舉例說明（PPT）。4、在按位計(jì)數(shù)制中，每一位都有一個(gè)權(quán)（Weight）——該位的“1”5、在按位計(jì)數(shù)制中，第i位的權(quán)等于基數(shù)的i次方。寫出一個(gè)r進(jìn)制數(shù)N的兩種表示法（PPT），并對(duì)按位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)總結(jié)。(二)常用的按位計(jì)數(shù)制列表（PPT）說明常用的三種數(shù)制（十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制）的特點(diǎn)，以及它們的應(yīng)用場(chǎng)合。例題（PPT）。通過例題使學(xué)生進(jìn)一步熟悉數(shù)值的兩種寫法、按位計(jì)數(shù)制的基本概念，以及MSB和LSB的概念。(三)數(shù)制轉(zhuǎn)換不同的數(shù)制應(yīng)用場(chǎng)合不同，因此必然存在數(shù)制轉(zhuǎn)換的問題。1、非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)方法：按權(quán)展開求和（寫出一個(gè)r進(jìn)制數(shù)N的按權(quán)展開式）。例題：（見PPT）。2、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)方法：整數(shù)部分——除以基數(shù)，取余數(shù)，先低后高；小數(shù)部分——乘以基數(shù)，取整數(shù)，先高后低例題：（見PPT）。思考題：十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法的原理是什么？3、2進(jìn)制數(shù)與2n進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換（n為整數(shù)，n≥2）方法：1位2n進(jìn)制數(shù)?--àn位2進(jìn)制數(shù)。例題：（見PPT）。三、有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)在上節(jié)課通過對(duì)“按位計(jì)數(shù)制”這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，我們知道在數(shù)字設(shè)備中的數(shù)值采用二進(jìn)制表示，但這部分內(nèi)容并沒有說明在數(shù)字設(shè)備中如何區(qū)分?jǐn)?shù)的符號(hào)。(一)有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示法提問：有符號(hào)的十進(jìn)制數(shù)是如何表示的？回答：符號(hào)＋絕對(duì)值。（舉例，板書）引導(dǎo)學(xué)生思考：前面提到，數(shù)字設(shè)備的信號(hào)通常只有兩種——高電平和低電平，分別用1和0表示，還句話說，數(shù)字設(shè)備只能識(shí)別1和0，所有的信息都必須表示成1和0的形式，數(shù)字設(shè)備才能處理。通過對(duì)“按位計(jì)數(shù)制”這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道如何用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)的絕對(duì)值部分，又如何在數(shù)字設(shè)備中表示正負(fù)號(hào)？有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示法：符號(hào)（1bit，最高位）＋絕對(duì)值。（1）講解如何表示正負(fù)號(hào)。最高位為0代表正，最高位為1代表負(fù)。（2）有符號(hào)數(shù)的絕對(duì)值部分有多種表示方法，常見的有原碼表示法、反碼表示法和補(bǔ)碼表示法。（3）原碼、反碼和補(bǔ)碼本身的概念中是不考慮符號(hào)的。但是，有符號(hào)數(shù)絕對(duì)值部分的原碼、反碼和補(bǔ)碼與該數(shù)的符號(hào)有關(guān)。（4）負(fù)數(shù)的數(shù)值部分的原碼就是其絕對(duì)值的二進(jìn)制數(shù)，反碼就是將原碼逐位取反，補(bǔ)碼就是將反碼的末位加1；正數(shù)的數(shù)值部分的原碼、反碼和補(bǔ)碼相同，就是其絕對(duì)值的二進(jìn)制數(shù)。例1、例2（見PPT）。注意正數(shù)和負(fù)數(shù)的區(qū)別。(二)n位有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)所能表示的數(shù)值范圍以4位有符號(hào)數(shù)為例，列表說明n位有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)原碼、反碼和補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍。原碼：-(2n-1-1)～+(2n-1-1)反碼：-(2n-1-1)～+(2n-1-1)補(bǔ)碼：-2n-1～+(2n-1-1)3、帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的加減運(yùn)算在數(shù)字設(shè)備中，有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，通常采用補(bǔ)碼的形式進(jìn)行運(yùn)算。運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位和數(shù)值一樣參與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果仍然是有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的形式。例1（見PPT）。說明：（1）n位補(bǔ)碼在加/減運(yùn)算中，向n+1位的進(jìn)/借位一般均被舍棄，保留n位結(jié)果。（2）對(duì)無符號(hào)數(shù)而言，減去一個(gè)數(shù)就相當(dāng)于加上這個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼。例2（見PPT）。說明：（1）什么是“溢出”？（2）判斷“溢出”的兩種方法。（3）引導(dǎo)學(xué)生思考為什么會(huì)產(chǎn)生“溢出”，從而引出解決溢出的方法——擴(kuò)展補(bǔ)碼的位數(shù)（按符號(hào)位擴(kuò)展）。四、“定點(diǎn)數(shù)”和“浮點(diǎn)數(shù)”說明：為保證“數(shù)值”這部分內(nèi)容的完整性，補(bǔ)充“定點(diǎn)數(shù)”和“浮點(diǎn)數(shù)”，不做要求。舉例說明，要在數(shù)字設(shè)備中表示一個(gè)數(shù)值，還有小數(shù)點(diǎn)的問題沒有解決。在數(shù)字設(shè)備中如何處理小數(shù)點(diǎn)？?jī)煞N方法——“定點(diǎn)數(shù)”和“浮點(diǎn)數(shù)”。（當(dāng)然，如果設(shè)備處理的數(shù)據(jù)全部是整數(shù)或全部是純小數(shù)，則不存在這個(gè)問題。）簡(jiǎn)單講解，在講解“浮點(diǎn)數(shù)”時(shí)，可與十進(jìn)制數(shù)中的科學(xué)記數(shù)法（見PPT）做類比，說明“階碼”和“尾數(shù)”的概念，并舉例（見PPT）。本次課小結(jié)：在數(shù)字設(shè)備中，如何表示一個(gè)數(shù)？（1）采用二進(jìn)制。（2）若需要處理小數(shù)點(diǎn)，選擇使用定點(diǎn)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)表示法。（3）若需要處理符號(hào)，選擇使用補(bǔ)碼、反碼或原碼表示法。（4）根據(jù)數(shù)值范圍，選擇適當(dāng)?shù)奈粩?shù)并合理分配。（5）明確數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：思考題：十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法的原理是什么？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第03講信息數(shù)字化之方式（2）—二進(jìn)制編碼目的要求：1、理解二進(jìn)制編碼的基本概念；2、掌握一些簡(jiǎn)單的二進(jìn)制編碼。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：典型循環(huán)碼、BCD編碼、奇偶校驗(yàn)碼。難點(diǎn)：典型循環(huán)碼。方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排一、編碼的基本概念在數(shù)字設(shè)備中，可以用二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)數(shù)值。但是，數(shù)字設(shè)備所要處理的信息不僅僅是數(shù)值，還有字母、符號(hào)、指令等等，自然界中各種各樣、豐富多彩的信息在數(shù)字設(shè)備中又是如何表示的？答案就是“編碼”，準(zhǔn)確地講，是“二進(jìn)制編碼”（板書），也就是說，用“二進(jìn)制編碼”的方式來表示各種各樣的信息，當(dāng)然也可以表示數(shù)值。編碼的廣義概念。“編碼（Code）”，就是先選定一個(gè)集合，然后用該集合中的元素的某種排列組合來代表某個(gè)對(duì)象。例如：學(xué)號(hào)、人名等（可以引導(dǎo)學(xué)生舉出其它例子）。“二進(jìn)制編碼”的概念。“二進(jìn)制編碼（BinaryCode）”，就是用0和1的排列組合來代表某個(gè)對(duì)象。例如：給教室中的三個(gè)人進(jìn)行二進(jìn)制編碼。二進(jìn)制編碼的編碼長(zhǎng)度n與被編碼對(duì)象的個(gè)數(shù)m之間的關(guān)系：n≥log2m二、一些簡(jiǎn)單的二進(jìn)制編碼(一)數(shù)值編碼（NumericCode）1、自然二進(jìn)制編碼（NaturalBinaryCode）某個(gè)數(shù)值的n位自然二進(jìn)制編碼與它的n位二進(jìn)制數(shù)在形式上完全一樣。舉例說明n位自然二進(jìn)制編碼與它的n位二進(jìn)制數(shù)在概念上的區(qū)別。2、典型循環(huán)碼（GrayCode）典型循環(huán)碼有三個(gè)特點(diǎn)：相鄰性、循環(huán)性、反射性。舉例說明這三個(gè)特點(diǎn)，特別是“邏輯相鄰”的概念。以3位Gray碼為例（板書），說明利用“反射性”構(gòu)造n位Gray碼的方法。3、二—十進(jìn)制編碼（BinaryCodedDecimal，BCD）BCD編碼的方法分為兩步：首先，確定編碼方案。對(duì)十進(jìn)制數(shù)的基本數(shù)字符號(hào)（0～9）進(jìn)行n-bit編碼，一般n=4；然后，將十進(jìn)制數(shù)的每一位用各自的n-bit編碼代替后，結(jié)果就是該十進(jìn)制數(shù)的BCD碼。BCD編碼方案可分為兩大類：“有權(quán)碼”和“無權(quán)碼”。解釋“有權(quán)碼”和“無權(quán)碼”的概念；列表簡(jiǎn)單說明一些常見的BCD編碼方案，如：8421BCD、5421BCD、2421BCD、2421BCD、余3碼、余3循環(huán)碼。BCD碼的意義在于十進(jìn)制數(shù)和0、1形式之間的簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，克服了二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換的麻煩（通常需要一段程序），也帶來需要更多位的問題。例題（見PPT）。再次強(qiáng)調(diào)“編碼”與“二進(jìn)制數(shù)”在概念上的區(qū)別。(二)符號(hào)/數(shù)值編碼（AlphanumericNumericCode）ASCII碼是典型的用0、1編碼的形式表示字符和指令的編碼形式，采用7位編碼，可以表示128種信息，編碼常用2位十六進(jìn)制數(shù)表示。教學(xué)生看編碼表1－5。說明控制字符（32D以下都是）在打字機(jī)上的含義，如CR（回車：打印位置回到左邊）、BS（退格：打印位置回到前一個(gè)字符）、LF（換行）、FF（打印位置移到下頁）。說明控制字符的含義隨應(yīng)用環(huán)境的變化而變化。(三)差錯(cuò)控制編碼差錯(cuò)控制編碼可分為兩大類：檢錯(cuò)碼（ErrorDetectingCode）、糾錯(cuò)碼（ErrorCorrectingCode）。檢錯(cuò)碼可以在某種程度上檢查出數(shù)據(jù)在傳輸過程中所發(fā)生的錯(cuò)誤；糾錯(cuò)碼不但可以檢出錯(cuò)誤，還能定位錯(cuò)誤的位置，即：能改正錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)碼是信息傳輸中差錯(cuò)控制編碼中最簡(jiǎn)單的一種，是一種檢錯(cuò)碼。說明奇偶校驗(yàn)的規(guī)則——1bit校驗(yàn)位＋信息位；奇校驗(yàn)碼（odd-paritycode）中有奇數(shù)個(gè)1，稱校驗(yàn)位為奇校驗(yàn)位（odd-paritybit）；偶校驗(yàn)碼（even-paritycode）中有偶數(shù)個(gè)1，稱校驗(yàn)位為偶校驗(yàn)位（even-paritybit）。奇/偶校驗(yàn)碼的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)bit出錯(cuò)的情況，無糾錯(cuò)能力。本次課小結(jié)：本次課首先介紹了二進(jìn)制編碼的基本概念，然后介紹了一些簡(jiǎn)單的二進(jìn)制編碼，重點(diǎn)是典型循環(huán)碼、BCD編碼和奇偶校驗(yàn)碼。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：自測(cè)題：思考題：F=A1⊕A2⊕A3⊕…⊕An=1的充要條件是什么？F=A1⊙A2⊙A3⊙…⊙An=1的充要條件是什么？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理編碼的方式實(shí)現(xiàn)信息的二進(jìn)制方式描述。幾種常用編碼介紹。重點(diǎn)介紹二－十進(jìn)制編碼。介紹通信過程使用差錯(cuò)控制碼中的最簡(jiǎn)單一種：奇偶校驗(yàn)碼。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第04講邏輯代數(shù)（1）—邏輯代數(shù)基礎(chǔ)目的要求：1、理解“二值邏輯”的基本概念；2、掌握常見的邏輯運(yùn)算及相應(yīng)邏輯門的符號(hào)和邏輯功能；3、掌握邏輯代數(shù)的基本定律和運(yùn)算規(guī)則。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：邏輯門、9條定律和3條規(guī)則。難點(diǎn)：方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排一、“二值邏輯”的基本概念(一)邏輯變量（LogicVariable）1、形式上與普通代數(shù)中的變量相同，一般用字母或以字母開頭的字符串表示。如：變量A，B1等。2、只有兩種取值：0和1，無大小之分，只是代表兩種不同的狀態(tài)，因此又稱為“邏輯0”和“邏輯1”。(二)邏輯函數(shù)（LogicFunction）邏輯變量通過邏輯運(yùn)算形成邏輯函數(shù)。舉例說明。自變量和因變量。(三)邏輯關(guān)系、邏輯函數(shù)與數(shù)字電路通過幻燈片上的表格說明三者之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。二、常見的邏輯運(yùn)算注意強(qiáng)調(diào)邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算和邏輯門之間的聯(lián)系；注意指出三種邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算和邏輯門的特點(diǎn)；再次強(qiáng)調(diào)邏輯運(yùn)算與普通代數(shù)運(yùn)算的區(qū)別；三種邏輯運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)不同；要求學(xué)生認(rèn)識(shí)邏輯門的三套符號(hào)，使用國標(biāo)符號(hào)。(一)3種基本的邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算和邏輯門1、邏輯非、非運(yùn)算（NOT）、非門2、邏輯與、與運(yùn)算（AND）、與門3、邏輯或、或運(yùn)算（OR）、或門注意強(qiáng)調(diào)邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算和邏輯門之間的聯(lián)系；注意指出三種邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算和邏輯門的特點(diǎn)；再次強(qiáng)調(diào)邏輯運(yùn)算與普通代數(shù)運(yùn)算的區(qū)別；三種邏輯運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)不同；要求學(xué)生認(rèn)識(shí)邏輯門的三套符號(hào)，使用國標(biāo)符號(hào)。(二)5種復(fù)合邏輯運(yùn)算及相應(yīng)的邏輯門1、與非（NAND）、與非門2、或非（NOR）、或非門3、與或非（AND-OR-NOT）4、異或（XOR）、異或門5、同或（異或非，XNOR）(三)基本定律結(jié)合表講解9個(gè)基本定律，并舉例說明證明邏輯等式的兩種方法——真值表法、表達(dá)式變換法。例1（見PPT）。用真值表法證明分配律，同時(shí)說明真值表的概念（板書）。例2（見PPT）。用表達(dá)式變換法證明吸收律的4個(gè)公式（板書）。(四)運(yùn)算規(guī)則1、帶入規(guī)則1）代入規(guī)則：對(duì)于任何邏輯等式，以任意一個(gè)邏輯變量或邏輯函數(shù)同時(shí)取代等式兩邊的某個(gè)變量后，等式仍然成立。2）利用代入規(guī)則可以方便地將前面定義的各種邏輯運(yùn)算和基本定律推廣到多變量。例題（見PPT），證明反演律的推廣。2、對(duì)偶規(guī)則1）對(duì)偶式：將邏輯表達(dá)式F中出現(xiàn)的所有“·”和“＋”互換，“0”和“1”互換，并保持原運(yùn)算次序不變，就得到了一個(gè)新的函數(shù)表達(dá)式F2）對(duì)偶規(guī)則：如果兩個(gè)邏輯函數(shù)相等，則它們的對(duì)偶表達(dá)式也相等。例題（見PPT），同時(shí)指出表1-10左右兩部分呈對(duì)偶關(guān)系。3、反演規(guī)則1）反函數(shù)：將一個(gè)函數(shù)表達(dá)式F中出現(xiàn)的所有“·”和“＋”互換，“0”和“12）反演規(guī)則：如果兩個(gè)邏輯函數(shù)相等，則它們的反函數(shù)也相等。3）由原函數(shù)求反函數(shù)的常用方法有兩種：用反演律求反函數(shù)，用反演規(guī)則求反函數(shù)。例題（見PPT）。本次課小結(jié)：邏輯代數(shù)是數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)的重要工具，是學(xué)習(xí)數(shù)字電路的基礎(chǔ)之一。本次課主要介紹了二值邏輯的基本概念、常見的邏輯運(yùn)算及相應(yīng)的邏輯關(guān)系和邏輯門、邏輯代數(shù)中的9個(gè)基本定律和3個(gè)運(yùn)算規(guī)則。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：自測(cè)題：思考題：參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理對(duì)邏輯、邏輯關(guān)系作舉例說明。數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)跟邏輯代數(shù)之間存在映射關(guān)系。1和0的概念是真與假、高與低、導(dǎo)通與截止等對(duì)應(yīng)。注意三個(gè)域之間的對(duì)應(yīng)：邏輯關(guān)系、邏輯運(yùn)算、邏輯門。注意總結(jié)每種邏輯門的特點(diǎn)?；径ɡ硎堑仁阶C明、公式變換的依據(jù)。三條規(guī)則熟練掌握應(yīng)用?？偨Y(jié)知識(shí)點(diǎn)，提示知識(shí)預(yù)習(xí)。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第05講邏輯代數(shù)（2）—邏輯函數(shù)的描述方式目的要求：1、掌握邏輯函數(shù)的兩種描述方式——真值表、表達(dá)式；2、理解最小項(xiàng)、最大項(xiàng)和任意項(xiàng)的概念。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：邏輯函數(shù)的表達(dá)式描述方法。難點(diǎn)：任意項(xiàng)和非完全描述函數(shù)。方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排：首先，在黑板上簡(jiǎn)單舉例說明邏輯函數(shù)常見的兩種描述方式——真值表、表達(dá)式，或者叫做“表現(xiàn)形式”。一、描述方式之一——真值表首先，回顧上節(jié)課提到的真值表的基本概念，然后進(jìn)行例題講解。通過這個(gè)例題的講解，不僅是讓學(xué)生掌握邏輯函數(shù)的真值表描述方式，更重要的是，要使其體會(huì)用邏輯函數(shù)描述邏輯關(guān)系的過程，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)“邏輯函數(shù)”與“邏輯關(guān)系”之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)“變量定義”在“邏輯函數(shù)”與“邏輯關(guān)系”之間的“橋梁”作用。二、描述方式之二——邏輯表達(dá)式學(xué)生對(duì)邏輯函數(shù)的表達(dá)式這種形式已經(jīng)比較熟悉，直接講解例題。通過這個(gè)例題的講解，不僅是讓學(xué)生了解邏輯函數(shù)的表達(dá)式這種描述方式，更重要的是，要使其體會(huì)用邏輯函數(shù)表達(dá)式描述邏輯關(guān)系、再根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出邏輯電路的過程，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)“邏輯函數(shù)”、“邏輯關(guān)系”和“數(shù)字電路”之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)“邏輯函數(shù)”作為一種數(shù)學(xué)工具在“數(shù)字電路”與“邏輯關(guān)系”之間所起的作用。(一)邏輯表達(dá)式的類型舉例說明，“與－或”式和“或－與”式是邏輯函數(shù)的兩種最基本的類型；利用反演率，可從“與－或”式推出“與非－與非”式和“或－與－非”式；利用反演率，可從“或－與”式推出“或非－或非”式和“與－或－非”式。除了“或－與－非”式以外，其它五種表達(dá)式類型都比較常見。聯(lián)系到數(shù)字電路：根據(jù)不同類型的表達(dá)式，可用不同的邏輯門來構(gòu)造電路，舉例說明。(二)邏輯表達(dá)式的標(biāo)準(zhǔn)形式1、變量域（VariableDomain）一個(gè)邏輯函數(shù)所有自變量的集合，稱為該邏輯函數(shù)的變量域。例如：邏輯函數(shù)F=AB+AC的域?yàn)?A,B,C)，該函數(shù)也可寫為：F(A,B,C)=AB+AC2、最大項(xiàng)（Max-term）、最小項(xiàng)（Min-term）（1）乘積項(xiàng)與和項(xiàng)對(duì)于一個(gè)變量域，如（A，B，C），域中的變量及其反變量可以構(gòu)成多種乘積項(xiàng)（ProductTerm），舉例說明；以及多種和項(xiàng)（SumTerm）。舉例說明。（2）最大項(xiàng)與最小項(xiàng)變量域中的所有變量都以原變量或反變量的形式出現(xiàn)過一次且僅出現(xiàn)過一次的和項(xiàng)（乘積項(xiàng)），稱為該變量域的最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）。舉例說明。強(qiáng)調(diào)：最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）從屬于某個(gè)具體的變量域。（3）n個(gè)變量可以構(gòu)成2n個(gè)最大項(xiàng)，記作：Mi，i=0，1，…，2n-1；同樣，n個(gè)變量可以構(gòu)成2n個(gè)最小項(xiàng)，記作：mi，i=0，1，…，2n-1。舉例說明最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）的編號(hào)方法；舉例強(qiáng)調(diào)變量的排列順序與編號(hào)息息相關(guān)。（4）最大項(xiàng)和最小項(xiàng)的特點(diǎn)。（5）對(duì)于同一個(gè)變量域，相通編號(hào)的最大項(xiàng)Mi與最小項(xiàng)mi的關(guān)系。舉例說明。3、最大項(xiàng)表達(dá)式（Max-termExpression）、最小項(xiàng)表達(dá)式（Min-termExpression）（1）和項(xiàng)都是最大項(xiàng)的或與式，又稱為“標(biāo)準(zhǔn)的和之積式（CanonicalPOS）”；乘積項(xiàng)都是最小項(xiàng)的與或式，又稱為“標(biāo)準(zhǔn)的積之和式（CanonicalSOP）”。（2）任何一個(gè)邏輯函數(shù)都有唯一的最大項(xiàng)表達(dá)式和唯一的最小項(xiàng)表達(dá)式。（3）對(duì)于相同的變量域，邏輯函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式與最小項(xiàng)表達(dá)式之間的關(guān)系。舉例說明。三、邏輯函數(shù)不同描述方式之間的轉(zhuǎn)換(一)真值表>標(biāo)準(zhǔn)的邏輯函數(shù)表達(dá)式舉例說明由邏輯函數(shù)的真值表直接讀出邏輯函數(shù)的最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）表達(dá)式的3個(gè)步驟。注意：讀出兩種表達(dá)式之間區(qū)別。更重要的是讓學(xué)生理解：在邏輯函數(shù)的真值表中，自變量的每一組取值組合都代表著一個(gè)最大項(xiàng)和最小項(xiàng)。如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為1，則這個(gè)取值組合所代表的最小項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式中；如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為0，則這個(gè)取值組合所代表的最大項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式中。(二)邏輯函數(shù)表達(dá)式>真值表最好先利用邏輯代數(shù)的基本定律，將表達(dá)式變形為“與或式”或“或與式”，再利用它們的運(yùn)算特點(diǎn)來填真值表。舉例說明。(三)非標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式>標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式（1）真值表法（2）代數(shù)法建議采用“真值表法”。(四)最大項(xiàng)表達(dá)式>最小項(xiàng)表達(dá)式在講兩者之間的關(guān)系時(shí)，已經(jīng)說明。(五)最大各種非標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式類型之間的轉(zhuǎn)換在講邏輯函數(shù)表達(dá)式類型時(shí)，已經(jīng)說明。四、“非完全描述函數(shù)”與“任意項(xiàng)（Don’t-careTerm）”舉例說明。(一)“任意項(xiàng)（Don’t-careTerm）”的基本概念在某些情況下，自變量的一些取值組合不可能出現(xiàn)或沒有意義，對(duì)于這些不可能出現(xiàn)或沒有意義的自變量取值組合，相應(yīng)的函數(shù)值也就沒意義了，或者說，沒有必要去關(guān)心。前面提到，在邏輯函數(shù)的真值表中，自變量的每一組取值組合都代表著一個(gè)最大項(xiàng)和最小項(xiàng)。如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為1，則這個(gè)取值組合所代表的最小項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式中；如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為0，則這個(gè)取值組合所代表的最大項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式中。既然我們不關(guān)心沒有意義的自變量取值組合所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值是0還是1，那么，我們也不會(huì)去關(guān)心這些沒有意義的自變量取值組合所對(duì)應(yīng)最大項(xiàng)或最小項(xiàng)是否存在于函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式或最小項(xiàng)表達(dá)式中。因此，這些沒有意義的自變量取值組合所代表的最大項(xiàng)或最小項(xiàng)被稱為“任意項(xiàng)”或“無關(guān)項(xiàng)”；帶任意項(xiàng)的邏輯函數(shù)被稱為“非完全描述邏輯函數(shù)”。(二)“非完全描述函數(shù)”的表達(dá)式和“約束條件”舉例說明“非完全描述函數(shù)”的表達(dá)式和“約束條件”概念。“約束條件”就是用來明確自變量的哪些取值組合是有效的。不滿足約束條件的取值組合是無效的，這些無效的取值組合所對(duì)應(yīng)的最大項(xiàng)和最小項(xiàng)就是任意項(xiàng)。本次課小結(jié)：本次課，首先學(xué)習(xí)了邏輯函數(shù)的兩種描述方式——真值表和表達(dá)式，在“表達(dá)式描述方式”這一部分內(nèi)容中，又包括表達(dá)式的類型、標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)式；然后了解了不同描述方式之間的相互轉(zhuǎn)換的方法；最后學(xué)習(xí)了非完全描述的邏輯函數(shù)和任意項(xiàng)。至此，本課程的第一部分內(nèi)容已經(jīng)結(jié)束。對(duì)這一部分的知識(shí)結(jié)構(gòu)、主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求做一個(gè)簡(jiǎn)單的梳理和總結(jié)。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：思考題：如何證明對(duì)于相同的變量域，邏輯函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式與最小項(xiàng)表達(dá)式之間的關(guān)系？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理邏輯函數(shù)的幾種描述方式對(duì)比介紹。重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。重點(diǎn)介紹不同描述方式之間轉(zhuǎn)換的意義、方法。介紹非完全描述函數(shù)的意義。重點(diǎn)解釋“約束條件”的意義，及無關(guān)項(xiàng)的處理。總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，提示知識(shí)預(yù)習(xí)。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第06講邏輯代數(shù)（3）—邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)目的要求：1、了解邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法；2、掌握邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法。難點(diǎn)：帶任意項(xiàng)的邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)。方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排：一、邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)及其原因、目標(biāo)和方法(一)什么是“邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)”？所謂“邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)”，就是指通過一定的方法將邏輯函數(shù)中多余的項(xiàng)或多余的變量的去掉，而不改變自變量與因變量之間原有的邏輯關(guān)系。(二)為什么要對(duì)邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)？前面我們講過邏輯代數(shù)是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具。比如說，在設(shè)計(jì)數(shù)字電路時(shí)，我們通常是把電路要實(shí)現(xiàn)的邏輯功能先用邏輯函數(shù)表達(dá)式描述出來，然后再根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出相應(yīng)的電路。這也就意味著，邏輯函數(shù)表達(dá)式的繁簡(jiǎn)程度會(huì)直接影響電路的繁簡(jiǎn)程度。舉例說明。在能夠完成相同功能的前提下，當(dāng)然希望電路越簡(jiǎn)單越好，這也是做電路設(shè)計(jì)的基本原則之一。因?yàn)殡娐吩胶?jiǎn)單，用的器件就越少，成本和功耗就越低，可靠性就越高。（因?yàn)榭赡艹鲥e(cuò)的地方減少了。軍用設(shè)備對(duì)可靠性的要求通常是比較苛刻的。）(三)邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是什么？由于“與－或”式和“或－與”式是邏輯函數(shù)兩種最基本的表達(dá)式，所以這里講一下“與－或”式和“或－與”式的最簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。與或式：乘積項(xiàng)盡可能少（與門個(gè)數(shù)、或門輸入端個(gè)數(shù)），每個(gè)乘積項(xiàng)含有盡可能少的變量（與門輸入端個(gè)數(shù)）。或與式：和項(xiàng)盡可能少（或門個(gè)數(shù)、與門輸入端個(gè)數(shù)），每個(gè)和項(xiàng)含有盡可能少的變量（或門輸入端個(gè)數(shù)）。(四)怎樣進(jìn)行邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)？——代數(shù)化簡(jiǎn)法——卡諾圖化簡(jiǎn)法——計(jì)算機(jī)輔助化簡(jiǎn)法（《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》P63，沈嗣昌，高教出版社）前兩種方法適用于5變量以下邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)，而第3種方法則適用于更復(fù)雜邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)。二、邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)方法之一——代數(shù)法邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法就是利用邏輯代數(shù)的基本定律和公式，對(duì)表達(dá)式進(jìn)行一系列的變換，直至達(dá)到最簡(jiǎn)。例題講解。課堂練習(xí)。代數(shù)化簡(jiǎn)法要求熟練掌握并靈活運(yùn)用邏輯代數(shù)的基本定律和公式，而且有時(shí)難以確定是否最簡(jiǎn)。如果從這些方面來講，卡諾圖化簡(jiǎn)法則更行之有效。三、邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)方法之二——卡諾圖法(一)什么是卡諾圖？簡(jiǎn)單的講，卡諾圖就是真值表的一種簡(jiǎn)單變形。舉例1：自變量以及它們所有的取值被分到了垂直和水平兩個(gè)方向上，每一組自變量的取值組合都可以定位一個(gè)小方格，小方格中所填的就是該自變量取值組合所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值。自變量在水平和垂直方向上可以任意分配，但需要注意的是，變量的取值必須按照Gray碼的順序排列。至于為什么，等一會(huì)就會(huì)作出解釋。舉例2：上節(jié)課提到，在邏輯函數(shù)的真值表中，自變量的每一組取值組合都代表著一個(gè)最大項(xiàng)和最小項(xiàng)。如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為1，則這個(gè)取值組合所代表的最小項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式中；如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為0，則這個(gè)取值組合所代表的最大項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在函數(shù)的最大項(xiàng)表達(dá)式中；如果自變量的某個(gè)取值組合令函數(shù)值為X，則這個(gè)取值組合所代表的就是一個(gè)無關(guān)（最大、?。╉?xiàng)。而剛剛講過，每一組自變量的取值組合都可以定位一個(gè)小方格，小方格中所填的就是該自變量取值組合所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值。因此，每個(gè)小方格代表一個(gè)最大項(xiàng)（最小項(xiàng)），自變量取值組合所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)就是最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）的下標(biāo)（編號(hào)）。方格中的函數(shù)值為0（1）表示最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）表達(dá)式中含有該方格所對(duì)應(yīng)的最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）；方格中的函數(shù)值為X表示最大項(xiàng)（最小項(xiàng)）表達(dá)式中含有該方格所對(duì)應(yīng)的任意項(xiàng)。舉例3：講解根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式畫卡諾圖。舉例4：簡(jiǎn)單講過。至此，已經(jīng)知道了什么是卡諾圖以及怎樣畫出一個(gè)邏輯函數(shù)的卡諾圖。(二)卡諾圖法化簡(jiǎn)的基本原理卡諾圖法化簡(jiǎn)的基本原理就是吸收律的第3個(gè)公式（板書F1，F(xiàn)2）。對(duì)于這兩個(gè)邏輯函數(shù)而言，它們的變量域都是（A，B）。在F1中，兩個(gè)最小項(xiàng)被合并成了一項(xiàng)，消掉了一個(gè)變量，共同的變量被保留下來（注意：兩個(gè)最小項(xiàng)是相鄰的最小項(xiàng)，解釋最小項(xiàng)相鄰）；在F2中，兩個(gè)最大項(xiàng)被合并成了一項(xiàng)，消掉了一個(gè)變量，共同的變量被保留下來（注意：兩個(gè)最大項(xiàng)是相鄰的最大項(xiàng)，解釋最大項(xiàng)相鄰）。推廣到一般情況。2n個(gè)循環(huán)相鄰的最小項(xiàng)可以合并成一個(gè)乘積項(xiàng)，同時(shí)消掉n個(gè)變量（僅保留它們共有的變量），從而可以得到最簡(jiǎn)的“與或式”。（解釋：循環(huán)相鄰）2n個(gè)循環(huán)相鄰的最大項(xiàng)可以合并成一個(gè)和項(xiàng)，同時(shí)消掉n個(gè)變量（僅保留它們共有的變量），從而可以得到最簡(jiǎn)的“或與式”?？ㄖZ圖的優(yōu)勢(shì)則在于：從垂直或水平方向上看去，在位置上相鄰或?qū)ΨQ的小方格所代表的最大（小）項(xiàng)是相鄰的。舉例說明。(三)卡諾圖法化簡(jiǎn)的步驟卡諾圖法化簡(jiǎn)的過程可分為三個(gè)步驟：1、畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖。建議采用“真值表法”。2、在卡諾圖上圈1（0），即找出循環(huán)相鄰的最小項(xiàng)（最大項(xiàng)）。（1）用盡可能少的圈覆蓋所有的1（0），每個(gè)圈中的1（0）盡可能多，但必須是2n個(gè)。（2）必須優(yōu)先處理相對(duì)獨(dú)立的1（0）。（3）任何一個(gè)圈中，至少要有一個(gè)1（0）僅被圈過一次。3、讀出每個(gè)圈所對(duì)應(yīng)的乘積項(xiàng)（和項(xiàng)），將這些乘積項(xiàng)（和項(xiàng)）相加（乘），即得到最簡(jiǎn)的“與或式”（“或與式”）。例題講解。(四)帶任意項(xiàng)的邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)化簡(jiǎn)步驟與完全描述邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)相同。本著最簡(jiǎn)原則（一次合并的最大、小項(xiàng)越多越好），卡諾圖中的X（任意項(xiàng)）既可以當(dāng)作1（最小項(xiàng)）也可以當(dāng)作0（最大項(xiàng)）。例題講解。本次課小結(jié)：本次課，首先了解了邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)的原因和標(biāo)準(zhǔn)，然后簡(jiǎn)單介紹了邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法，重點(diǎn)介紹了邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法。在卡諾圖化簡(jiǎn)法中，首先了解了什么是卡諾圖，學(xué)習(xí)了卡諾圖法的原理和步驟，以及非完全描述邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：思考題：非完全描述的邏輯函數(shù)被化簡(jiǎn)后，除了變簡(jiǎn)單以外，還發(fā)生了什么變化？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社《計(jì)算機(jī)輔助邏輯化簡(jiǎn)》（電子版）本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理通過圖示介紹函數(shù)化簡(jiǎn)的意義。幾種常見函數(shù)化簡(jiǎn)方法。重點(diǎn)介紹卡諾圖化簡(jiǎn)法。提煉總結(jié)卡諾圖化簡(jiǎn)的步驟。無關(guān)項(xiàng)在卡諾圖化簡(jiǎn)的處理?？偨Y(jié)知識(shí)點(diǎn)，提示知識(shí)預(yù)習(xí)。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第07講組合邏輯電路與集成邏輯門目的要求：1、了解組合邏輯電路的特點(diǎn)和常用的描述方式。2、了解TTL、CMOS和ECL集成邏輯門特點(diǎn)和產(chǎn)品系列。3、理解集成邏輯門的主要性能參數(shù)。4、了解特殊輸入、輸出結(jié)構(gòu)邏輯門的用法。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：集成邏輯門的主要電氣參數(shù)；難點(diǎn)：特殊輸入、輸出結(jié)構(gòu)邏輯門。方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排：在前面6次課中所學(xué)習(xí)的內(nèi)容（包括：數(shù)字設(shè)計(jì)引論、數(shù)制、編碼、邏輯代數(shù)）是整個(gè)課程的基礎(chǔ)部分，并沒有太多地涉及到數(shù)字電路。從這次課開始，我們將在前6次課的基礎(chǔ)之上，真正開始學(xué)習(xí)數(shù)字設(shè)計(jì)，將接觸到更多的數(shù)字電路。前面提到，數(shù)字電路可以被劃分成兩大類：組合電路、時(shí)序電路。時(shí)序電路是建立在組合電路基礎(chǔ)之上的，所以先來學(xué)習(xí)組合電路。本次課的主要內(nèi)容：組合邏輯電路的基本概念和集成邏輯門。一、組合邏輯電路的基本概念(一)組合邏輯電路的模型和特點(diǎn)組合電路的模型就是對(duì)各種各樣具體的組合邏輯電路的一種抽象，對(duì)組合電路的模型進(jìn)行簡(jiǎn)單講解。從以下兩個(gè)方面說明組合邏輯電路的特點(diǎn)：1、從輸入－輸出信號(hào)關(guān)系上，組合邏輯電路（不考電路的時(shí)延）在任意時(shí)刻的輸出信號(hào)僅由該時(shí)刻的輸入信號(hào)決定，而與輸入信號(hào)以往的取值無關(guān)，即：組合邏輯電路無記憶性。（以學(xué)生在《電路分析基礎(chǔ)》中學(xué)習(xí)的電阻電路和動(dòng)態(tài)電路為類比，說明電路的記憶性和無記憶性）2、從電路結(jié)構(gòu)上，組合邏輯電路中不包含具有記憶性的器件，沒有從輸出到輸入的反饋通道。（在模擬電路中，具有記憶性的器件是電容和電感；在數(shù)字電路中具有記憶性的器件的觸發(fā)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）。(二)組合電路邏輯功能的描述方式對(duì)組合電路的邏輯功能（即：電路輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系）主要有以下4種描述方式：1、邏輯函數(shù)一般采用正邏輯表示法（再次重申“邏輯函數(shù)”與“數(shù)字電路”的對(duì)應(yīng)關(guān)系）。邏輯函數(shù)有兩種形式：（1）表達(dá)式（邏輯方程或方程組）（2）真值表2、電路圖要畫出電路圖，需要掌握電路中所用器件的邏輯符號(hào)。3、波形圖4、硬件描述語言（HardwareDescriptionLanguages）硬件描述語言是一類專門用來描述硬件的語言，在形式上與軟件編程語言相似。二、集成邏輯門在數(shù)字電路中，集成邏輯門是最簡(jiǎn)單的集成電路。在講集成邏輯門之前，先簡(jiǎn)單介紹一下集成電路。(一)集成電路1、什么是“集成電路（IC，IntegratedCircuit）”（在第1次課中已經(jīng)講過，再回顧一下）通過一系列特定的加工工藝，將多個(gè)晶體管、二極管、電阻、電容等器件，按照一定的電路連接集成在一塊面積很小的半導(dǎo)體（如：Si、GaAs）單晶片或陶瓷等基片上，然后用外殼將其封裝起來，電路的輸入輸出端通過引腳與外界相連，從而作為一個(gè)能執(zhí)行某種功能的不可分割的電路組件以供使用。2、集成電路的優(yōu)點(diǎn)集成電路技術(shù)使得原先由很多元器件構(gòu)成的復(fù)雜電路可以被集成到一片面積很小的晶片上，作為一個(gè)器件被使用，大大減少設(shè)備所用的器件數(shù)量，從而降低了設(shè)備的成本、功耗、重量和體積，提高了性能。（電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展就是一個(gè)最典型的例子，在很大程度上應(yīng)歸功于集成電路技術(shù)的發(fā)展）目前，集成電路技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到SOAC，電路（系統(tǒng)）的集成化是大勢(shì)所趨。3、集成電路的分類從不同的角度，對(duì)集成電路有著不同的分類方式。比較常見的分類方式有以下幾種：（1）按電路功能（2）按集成電路中有源器件的類型和工藝技術(shù)解釋“有源器件”、“工藝技術(shù)”。（3）按集成電路的規(guī)模解釋什么是“集成電路的規(guī)?！薄Ｒ赃壿嬮T的數(shù)量來衡量的時(shí)候，邏輯門指的是2輸入的與非門（或非門）。（4）按集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域(二)TTL、CMOS和ECL集成邏輯門邏輯門是最基本的數(shù)字電路，按照集成電路中所采用的有源器件類型和電路形式，集成邏輯門主要有以下三種類型：CMOS、TTL和ECL。作為器件的使用者而言，最關(guān)心的除了器件的功能以外，還有器件的性能（所謂“功能”，即：能做什么；所謂“性能”，即：做得怎么樣。以學(xué)生在《模電》中學(xué)的放大器為類比），一般沒有必要去精通器件內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)以及器件的制造技術(shù)，但是對(duì)此一無所知，也是不應(yīng)該的。對(duì)器件內(nèi)部電路的工作原理和器件的制造工藝做必要的了解，將有助于更深入地理解器件的功能和性能，從而更好地使用器件。前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了各種邏輯門的功能，現(xiàn)在再來了解一下邏輯門的一些性能參數(shù)和輸入、輸出結(jié)構(gòu)?；谝陨显?，盡管教材中對(duì)邏輯門內(nèi)部電路及其工作原理講得很簡(jiǎn)單，并不做要求，但是為了使學(xué)生更好地理解下面將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有必要先簡(jiǎn)單講解一下邏輯門內(nèi)部電路及其工作原理。1、CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）（1）CMOS數(shù)字集成電路系列說明低電壓芯片的好處（低功耗、速度快）和缺點(diǎn)（抗干擾能力差）。（2）CMOS數(shù)字集成電路的特點(diǎn)對(duì)于大部分特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)了邏輯門的性能參數(shù)后，就會(huì)有比較好的理解。（3）CMOS集成電路使用注意事項(xiàng)重點(diǎn)講解對(duì)邏輯門多余輸入端的處理。（4）開關(guān)器件——增強(qiáng)型PMOSFET、增強(qiáng)型NMOSFET在CMOS數(shù)字電路中所用的開關(guān)元件是成對(duì)出現(xiàn)的增強(qiáng)型PMOSFET、增強(qiáng)型NMOSFET。簡(jiǎn)單講解增強(qiáng)型PMOSFET、增強(qiáng)型NMOSFET的符號(hào)和工作狀態(tài)。（5）基本的CMOS邏輯門電路（選學(xué)）CMOS非門可以所是最簡(jiǎn)單的數(shù)字電路，只有一對(duì)MOSFET。講解其工作原理。在通過對(duì)與非門和或非門電路構(gòu)成和工作原理的講解，總結(jié)出COMS數(shù)字電路的構(gòu)成規(guī)律：成對(duì)出現(xiàn)，柵極為入，漏極為出；N串P并實(shí)現(xiàn)與非邏輯，P串N并實(shí)現(xiàn)或非邏輯。2、TTL（Transistor-TransistorLogic）（1）TTL集成電路系列軍品系列與民品系列的區(qū)別不在于邏輯功能，而在于性能。例如：對(duì)電源的要求，對(duì)環(huán)境溫度的要求等等。（3）開關(guān)器件——BJT（BipolarJunctionTransistor）構(gòu)成邏輯門的基本器件就是“開關(guān)”，在晶體管之前，曾用繼電器開關(guān)來構(gòu)成數(shù)字電路，目前數(shù)字電路使用的開關(guān)元件是晶體管，在TTL電路中用的開關(guān)元件是BJT。講解兩種BJT，以及在數(shù)字電路中的兩種工作狀態(tài)——飽和、截止。（在放大電路中，工作在放大狀態(tài)）（3）典型的TTL門電路（選學(xué)）非門又叫“反相器”，前面已經(jīng)學(xué)過它的邏輯功能，但是否有人想過這種功能究竟是怎樣實(shí)現(xiàn)的？簡(jiǎn)單講解TTL非門內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)（3級(jí)電路結(jié)構(gòu)）和工作原理。2輸入與非門的工作原理作為課后思考題。3、ECL（EmitterCoupledLogic）簡(jiǎn)要介紹ECL的特點(diǎn)和工作原理。(三)集成邏輯門的性能參數(shù)盡量結(jié)合器件手冊(cè)（7408的數(shù)據(jù)手冊(cè)作為課外閱讀）講解以下性能參數(shù)，讓學(xué)生從現(xiàn)在開始，就有意識(shí)地去培養(yǎng)閱讀器件數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。說明集成邏輯門的這些性能參數(shù)同樣適用于其它的數(shù)字集成電路。1、直流電源電壓（DCSupplyVoltage）器件必須在加電以后才能工作，數(shù)字電路用的是直流電壓源，需要的工作電源電壓有＋5V、＋3.3V、＋2.5V、＋1.8V等等。指出CMOS對(duì)電源的適應(yīng)能力比TTL更強(qiáng)。2、邏輯電平（LogicLevel）回顧邏輯電平的概念。電路有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，講解輸入高、低電平和輸出高、低電平的含義。邏輯電平的范圍與電路工藝、電路形式和電源電壓都有關(guān)系，目前有多種邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)（課外閱讀材料：常見的邏輯電平），其中最常用的就是TTL電平和CMOS電平。指出CMOS與TTL的區(qū)別和電平標(biāo)準(zhǔn)兼容問題，舉例說明。（課外閱讀材料：電平轉(zhuǎn)換方法）開門電平、關(guān)門電平的概念。3、抗干擾容限（NoiseMargin）“抗干擾容限”用于衡量集成電路的抗干擾能力。首先，給出高電平抗干擾容限和低電平抗干擾容限的定義式；然后，結(jié)合簡(jiǎn)單的電路圖，解釋高電平抗干擾容限和低電平抗干擾容限的概念；最后，舉實(shí)例說明CMOS比TTL有更強(qiáng)的抗干擾能力。4、扇入（Fan-in）系數(shù)Ni邏輯門輸入端的個(gè)數(shù)。5、輸出驅(qū)動(dòng)能力（負(fù)載能力）/扇出（Fan-out）系數(shù)No邏輯電路在正常工作條件下，一個(gè)輸出端可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)同系列邏輯電路輸入端數(shù)目的最大值。TTL邏輯門與CMOS邏輯門驅(qū)動(dòng)能力的定義有所不同。（1）TTL電路的驅(qū)動(dòng)能力結(jié)合電路講解輸入（出）高（低）電平電流的基本概念，解釋驅(qū)動(dòng)能力有限的原因，然后推導(dǎo)扇出（Fan-out）系數(shù)的公式。輸出高電平時(shí)的扇出系數(shù)與輸出低電平時(shí)的扇出系數(shù)不同，取其中的小值。（2）CMOS電路的驅(qū)動(dòng)能力結(jié)合電路指出CMOS驅(qū)動(dòng)能力有限的原因與TTL不同。6、速度（Speed）/時(shí)延（PropagationDelayTime）結(jié)合電路和波形，解釋兩種時(shí)延的概念。7、功耗（PowerDissipation）注意說明CMOS與TTL在該參數(shù)上的不同之處。（1）靜態(tài)功耗（2）動(dòng)態(tài)功耗8、速度-功耗積（Speed-PowerProduct，SPP）(四)集成邏輯門的輸入和輸出結(jié)構(gòu)1、推挽（Push-Pull）輸出結(jié)構(gòu)結(jié)合電路，講解推挽（Push-Pull）輸出結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，說明并解釋在使用推挽輸出結(jié)構(gòu)電路時(shí)應(yīng)注意的問題。2、集電極開路（OC）/漏極開路（OD）輸出結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)部電路說明什么是“集電極開路”和“漏極開路”。說明集電極開路（OC）/漏極開路（OD）邏輯門的邏輯符號(hào)。說明電路的使用方法，OC/OD結(jié)構(gòu)的輸出端與電源之間必須有一個(gè)上拉電阻。（課外閱讀：上拉電阻的計(jì)算方法——參考閻石的教材）說明集電極開路（OC）/漏極開路（OD）邏輯門的用途。（電平轉(zhuǎn)換、“線與”連接、驅(qū)動(dòng)較大電流或較大電壓負(fù)載）3、三態(tài)（TS，ThreeState）輸出結(jié)構(gòu)三態(tài)門的邏輯符號(hào)和真值表。解釋什么是“高阻抗”狀態(tài)。思考題：TTL三態(tài)非門的工作原理。三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：總線結(jié)構(gòu)、雙向傳輸。說明總線結(jié)構(gòu)中三態(tài)門的使用禁忌：任何時(shí)刻最多只允許一路輸出。（請(qǐng)學(xué)生思考：多路同時(shí)有效到底會(huì)有什么結(jié)果？）4、施密特觸發(fā)輸入結(jié)構(gòu)（Schmitt-triggerInput）以普通非門和施密特輸入結(jié)構(gòu)的非門為例，對(duì)比它們的邏輯符號(hào)和電壓傳輸特性；指出施密特觸發(fā)器結(jié)構(gòu)在性能上的兩個(gè)特點(diǎn)：有兩個(gè)不同的閾值電壓——正向閾值電壓VT+和負(fù)向閾值電壓VT-，兩者之間差值稱為回差電壓（△VT＝VT+－VT-）；在輸出信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生變換時(shí)，內(nèi)部電路的正反饋機(jī)制可以使輸出電壓波形的邊沿變得很陡峭。舉例說明：該輸入結(jié)構(gòu)用于提高輸入端抗閾值干擾的能力。對(duì)于普通輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)在閾值附件發(fā)生波動(dòng)時(shí)，輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生跳變，（對(duì)于閾值附近傳遞函數(shù)陡峭的CMOS電路，情況基本如此；而對(duì)于TTL電路，閾值附近的曲線斜率不夠大，輸入信號(hào)在閾值附近變化不大時(shí)，只是出現(xiàn)輸出電平下跌或升高的現(xiàn)象，并不會(huì)跳變。具體問題還要具體分析。但是，總之是不好的。話說回來，邏輯電路的輸入信號(hào)為什么要在閾值附近變化呢？——干擾）。教材從精簡(jiǎn)內(nèi)容的角度出發(fā)，沒有提供該輸入結(jié)構(gòu)的電路。教員可以從模擬電路中選取運(yùn)放構(gòu)成的“滯回比較器”，作為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的資料。5、CMOS傳輸門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單講解其電路結(jié)構(gòu)和工作原理。本次課小結(jié)：本次課重點(diǎn)介紹了集成邏輯門的性能參數(shù)和輸入輸出結(jié)構(gòu)，主題與邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)不同（不是邏輯問題），但對(duì)于正確使用硬件電路十分重要。其中，關(guān)于內(nèi)部構(gòu)造和輸入、輸出結(jié)構(gòu)的討論要求學(xué)生有較好的電路分析和模擬電路的基礎(chǔ)，也是對(duì)電子電路知識(shí)和應(yīng)用的拓展；對(duì)邏輯器件性能參數(shù)的學(xué)習(xí)也為實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，使數(shù)字電路的研究不至于紙上談兵。提示學(xué)生做好復(fù)習(xí)工作，同時(shí)結(jié)合實(shí)施計(jì)劃預(yù)習(xí)下一次教學(xué)內(nèi)容。作業(yè)與思考題：必做題：選做題：思考題：三態(tài)門的三種輸出狀態(tài)及其使能端的作用。使用OC門時(shí)應(yīng)注意什么？參考資料：《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》，沈嗣昌，高教出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，閻石，高等教育出版社“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，高等教育出版社電子版資料：《幾種常見邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)》、《常用的電平轉(zhuǎn)換方法及注意事項(xiàng)》、《CMOS與TTL的電平特點(diǎn)及轉(zhuǎn)換方法》本次課教學(xué)體會(huì)：特殊情況處理回顧歸納已學(xué)內(nèi)容，引出數(shù)字電路之組合邏輯電路。板書講解結(jié)合邏輯函數(shù)講解組合電路的描述方式。注意：邏輯門內(nèi)部電路不是學(xué)習(xí)重點(diǎn)，但是學(xué)習(xí)好內(nèi)部電路有助于電路的分析和設(shè)計(jì)。補(bǔ)充集成電路概念。邏輯門分類介紹。結(jié)合實(shí)際市場(chǎng)芯片使用情況介紹CMOS、TTL數(shù)字集成電路系列。提問學(xué)生舉例說明重點(diǎn)講解集成邏輯門的特殊輸出結(jié)構(gòu)。本次課知識(shí)點(diǎn)總結(jié)，提示預(yù)習(xí)內(nèi)容。內(nèi)容備注《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案講課題目：第08講基于SSI的組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)目的要求：1、掌握由SSI構(gòu)成的組合電路的基本分析方法。2、掌握基于SSI的組合電路設(shè)計(jì)方法。3、了解冒險(xiǎn)現(xiàn)象的基本概念和消除方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：基于SSI的組合電路設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：基于SSI的組合電路設(shè)計(jì)。方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習(xí)、課堂提問。器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴(kuò)音設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排：同時(shí)回顧什么是“數(shù)字電路分析”和“數(shù)字電路設(shè)計(jì)”?！皵?shù)字電路分析”，是指針對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)字電路，通過一定的方法和手段，確定其輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，從而明確整個(gè)電路的邏輯功能?！皵?shù)字電路設(shè)計(jì)”，與數(shù)字電路分析的過程相反，是指針對(duì)一定的設(shè)計(jì)要求，通過一定的方法和手段，用合適的器件來構(gòu)造出一個(gè)數(shù)字電路，使其能夠符合設(shè)計(jì)要求。一、基于集成邏輯門的組合邏輯電路分析(一)分析方法基于集成邏輯門的組合邏輯電路分析可分成三個(gè)步驟：Step1：根據(jù)電路寫出輸出函數(shù)的邏輯表達(dá)式；Step2：根據(jù)邏輯表達(dá)式列出真值表；Step3：根據(jù)真值表或表達(dá)式判斷電路的邏輯功能。指出分析過程實(shí)際上是不同域、不同描述方式之間的轉(zhuǎn)換過程，在這個(gè)過程中，起點(diǎn)是已經(jīng)存在的電路，目標(biāo)是要搞清楚該電路的輸出與輸入之間有什么樣的邏輯關(guān)系（即：電路的邏輯功能），邏輯函數(shù)的表達(dá)式和真值表僅僅是達(dá)到目的的手段，不必拘泥于此。(二)分析舉例例1：三人表決電路。例2：1位全加器電路。例3：1位半比較器電路。（課堂練習(xí)）說明組合電路分析的基礎(chǔ)有二：一是要熟悉電路中各種器件的符號(hào)和功能（對(duì)于一個(gè)待分析的電路，首先要做的就是了解它分構(gòu)成，包括哪些器件以及器件之間的連接關(guān)系）；二是要掌握一定的分析方法。針對(duì)邏輯門構(gòu)成的組合邏輯電路的分析，寫出表達(dá)式是基本要求，表達(dá)式通常整理成與或式，但不是必須的（甚至寫表達(dá)式也不是必須的）；真值表通常要列出，但也不是必須的。說明電路的邏輯功能應(yīng)該是必須的，但對(duì)于學(xué)生解題來說，通常是難以做到的（一是因?yàn)樗私獾碾娐诽?；二是因?yàn)楹芏嗑植侩娐穯为?dú)來看，就是專業(yè)人員也難說明其功能，但是放在整個(gè)系統(tǒng)中，各部分的功能還是很容易判斷的）。二、基于集成邏輯門的組合邏輯電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)是數(shù)字電路的重要教學(xué)內(nèi)容，要重視?；趦杉?jí)門電路的最簡(jiǎn)設(shè)計(jì)是主要教學(xué)要求，由于可以要求最簡(jiǎn)與或結(jié)構(gòu)、與非結(jié)構(gòu)、或與結(jié)構(gòu)、或非結(jié)構(gòu)、與或非結(jié)構(gòu)，以及OC（OD）結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，學(xué)生應(yīng)在卡諾圖化簡(jiǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)要求來實(shí)現(xiàn)?；贛SI的電路設(shè)計(jì)由于缺乏統(tǒng)一方法有一定難度，應(yīng)該具體問題具體分析，針對(duì)不同的MSI，也有一些規(guī)律，對(duì)于初學(xué)者，還需要逐漸積累。組合電路設(shè)計(jì)的基本原則：實(shí)現(xiàn)所要求的功能；盡可能簡(jiǎn)單；可靠。(一)設(shè)計(jì)方法基于集成邏輯門的組合邏輯電路設(shè)計(jì)包括三個(gè)步驟：Step1：據(jù)功能要求，定義輸入、輸出信號(hào)，列出真值表；Step2：據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用適當(dāng)?shù)幕?jiǎn)方法求出與所要求的邏輯門相適應(yīng)的輸出函數(shù)的最簡(jiǎn)表達(dá)式Step3：畫出與最簡(jiǎn)表達(dá)式相對(duì)應(yīng)的邏輯電路圖。指出設(shè)計(jì)過程實(shí)際上也是不同域、不同描述方式之間的轉(zhuǎn)換過程，只不過與分析過程中的轉(zhuǎn)換方向相反。在這個(gè)過程中，起點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)的邏輯功能（通常是用自然語言描述的邏輯關(guān)系），目標(biāo)是構(gòu)造一個(gè)能實(shí)現(xiàn)這種邏輯功能的電路，邏輯函數(shù)（表達(dá)式和真值表）在這里仍然僅僅是一種手段。(二)設(shè)計(jì)舉例例：設(shè)計(jì)一個(gè)組合電路，該電路能夠判斷一位十進(jìn)制數(shù)的BCD碼是否為8421碼。若是8421碼，則當(dāng)該碼所代表的十進(jìn)制數(shù)能被4或5整除時(shí)，輸出有所指示。要求分別用與非門、或非門、與或非門實(shí)現(xiàn)該電路（允許反變量輸入）。該例是一個(gè)試圖包括盡量多設(shè)計(jì)要求的綜合舉例，還可以在課堂上進(jìn)一步畫出OC電路圖。教員應(yīng)該說明兩級(jí)門電路最簡(jiǎn)是局部最簡(jiǎn)、不是全局最簡(jiǎn)；而且通常也不比較與非電路最簡(jiǎn)還是或非電路最簡(jiǎn)，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中選擇實(shí)現(xiàn)方法是要從全局考慮的。對(duì)于允許反變量輸入的問題，通常為了簡(jiǎn)化討論，是允許的，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來說，確實(shí)有些沒有反變量輸入的情形。我們將組合電路的最簡(jiǎn)限制在兩級(jí)門電路的范圍內(nèi)，目的主要是教學(xué)意義上的，因?yàn)榛诳ㄖZ圖的兩級(jí)門電路實(shí)現(xiàn)是一個(gè)比較完整、有條理的教學(xué)內(nèi)容。電路設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者自主的，由于變量定義不同，會(huì)有完全不同的電路結(jié)構(gòu)，其中自然有優(yōu)劣，組合電路設(shè)計(jì)中，變量定義在有些時(shí)候，還是有些難度的。三、組合電路中的冒險(xiǎn)現(xiàn)象首先，用電路仿真軟件Multisim對(duì)兩個(gè)分別有0型冒險(xiǎn)和1型冒險(xiǎn)的組合電路進(jìn)行仿真，使學(xué)生真實(shí)地感受到冒險(xiǎn)現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐的距離。然后，指出可能產(chǎn)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象的原因和危害。由于邏輯門的傳輸時(shí)延或者多個(gè)輸入信號(hào)變化時(shí)刻的不同步，可能會(huì)引起短暫的輸出差錯(cuò)，這種現(xiàn)象稱為邏輯電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱險(xiǎn)象。信號(hào)波