數(shù)字電路與邏輯設(shè)計大綱（通信工程）

《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》教學大綱課程編號：TE1020L課程名稱：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計英文名稱：DigitalCircuitsandLogicalDesign學分/學時：3/48課程性質(zhì)：學科基礎(chǔ)課，必修適用專業(yè)：通信工程 開課單位：通信工程學院先修課程：大學物理、計算機導論與程序設(shè)計一、課程簡介數(shù)字電路與邏輯設(shè)計是通信工程專業(yè)必修的一門學科基礎(chǔ)課。其內(nèi)容涵蓋數(shù)字邏輯、數(shù)字電路描述、組合邏輯電路設(shè)計、時序邏輯電路設(shè)計和處理器設(shè)計等方面。課程將通過課堂講授、實驗實踐等教學方式，使學生掌握數(shù)字電路的分析設(shè)計方法，為后續(xù)課程的學習奠定數(shù)字化嵌入式平臺實現(xiàn)的基礎(chǔ)。在學生的思想政治教育方面，課程將結(jié)合當前芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容，講解我國的芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程和當前面臨的機遇與挑戰(zhàn)，將愛黨愛國、艱苦奮斗、愛崗敬業(yè)等價值取向滲透到課程教學當中，實現(xiàn)對學生相關(guān)品質(zhì)的培養(yǎng)。二、課程目標（一）課程目標：1.掌握數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的基本概念、基本原理。2.掌握數(shù)字電路分析及設(shè)計方法。3.掌握數(shù)字系統(tǒng)接口模塊的設(shè)計方法。4.掌握復雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法。（二）課程目標與畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測點的對應關(guān)系：畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測點課程目標內(nèi)涵觀測點2-3：能認識到通信工程專業(yè)復雜工程問題解決方案的多樣性，理解獲取現(xiàn)有解決方案的必要性，并能通過文獻調(diào)研與咨詢研究，尋求可替代的解決方案。目標3，4內(nèi)涵觀測點3-2能夠在通信工程專業(yè)復雜工程問題的解決方案設(shè)計中，針對特定的需求如應用背景、系統(tǒng)特征、器件指標、設(shè)計流程等因素，完成單元（部件）的設(shè)計與單體功能驗證。目標1，2內(nèi)涵觀測點5-2能夠有效地選擇與使用恰當?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件進行通信工程專業(yè)復雜工程問題的預測、模擬、實驗、分析、處理及性能評估；目標3內(nèi)涵觀測點5-3在解決通信工程專業(yè)復雜工程問題過程中，能有效的選擇及使用現(xiàn)代工具。在現(xiàn)有工具條件不滿足的條件下，還能開發(fā)合適的工具。目標4三、課程具體內(nèi)容及基本要求（一）數(shù)字化處理基礎(chǔ)（線下4學時）1）掌握數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3）掌握布爾代數(shù)的基本運算。4）掌握基本邏輯電路實現(xiàn)。（二）邏輯電路（線下6學時+線上2學時）內(nèi)容：布爾代數(shù)與邏輯門、邏輯函數(shù)描述、邏輯電路及硬件描述。本部分內(nèi)容支撐課程目標1、4。1.基本要求1）邏輯真值表2）邏輯門3）邏輯函數(shù)表達式4）記憶邏輯電路5）邏輯電路結(jié)構(gòu)6）掌握硬件描述語言VerilogHDL集電路仿真。2.重點、難點重點：數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信息處理流程的實現(xiàn)、基本邏輯門實現(xiàn)結(jié)構(gòu)及其基本電路應用、邏輯門電氣特性和三態(tài)門的主要特點和應用、邏輯函數(shù)描述幾種形式之間的轉(zhuǎn)換及應用、VerilogHDL硬件描述語言。難點：數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信息處理流程的實現(xiàn)、三態(tài)門的主要特點和應用、VerilogHDL硬件描述語言。（二）組合邏輯電路（線下6學時）內(nèi)容：組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法。本部分內(nèi)容支撐課程目標2。1.基本要求1）掌握組合邏輯電路基本框架。2）掌握組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法。3）掌握組合邏輯電路常用模塊（編/譯碼器、數(shù)碼管譯碼器、數(shù)據(jù)選擇/分配器、加法器、比較器）的邏輯功能、結(jié)構(gòu)、描述和應用。4）熟悉組合邏輯電路中的競爭與冒險現(xiàn)象及消除方法。2.重點、難點重點：組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法、組合邏輯電路常用模塊的邏輯功能、結(jié)構(gòu)、描述和應用。難點：組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法。（三）時序邏輯電路（線下6學時）內(nèi)容：觸發(fā)器的工作原理、功能描述及應用、時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法、計數(shù)器及其基本應用。本部分內(nèi)容支撐課程目標2。1.基本要求1）掌握RS觸發(fā)器的邏輯功能、描述方法及應用。2）掌握D觸發(fā)器的邏輯功能、描述方法及應用。3）掌握由觸發(fā)器構(gòu)成寄存器、移位寄存器的實現(xiàn)方法及其應用。4）掌握時序邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)與類型、功能描述方法。5）掌握基于D觸發(fā)器和VerilogHDL硬件描述語言的同步時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法。6）了解異步時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法。7）掌握計數(shù)器及其基本應用：計數(shù)器、分頻器、序列發(fā)生器、序列檢測器。2.重點、難點重點：D觸發(fā)器及應用、同步時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法、計數(shù)器及其基本應用。難點：寄存器及移位寄存器、異步時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法、計數(shù)器的基本應用。（四）典型邏輯電路設(shè)計（線下6學時+線上2學時）內(nèi)容：。1.基本要求1）分頻器。2）序列發(fā)生器。3）序列檢測器。4）設(shè)計實例-交通信號燈、SPI。2.重點、難點重點：存儲器的原理、擴展及應用、ROM實現(xiàn)組合邏輯功能的設(shè)計方法及應用、可編程邏輯器件及LUT。難點：ROM實現(xiàn)組合邏輯功能的設(shè)計方法及應用、可編程邏輯器件及LUT。（五）數(shù)字系統(tǒng)集成電路（線下4學時+線上2學時）1)電路基本特性2）存儲器實現(xiàn)邏輯3）可編程邏輯器件4）AD/DA轉(zhuǎn)換器5）數(shù)字電路結(jié)構(gòu)（五）數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計（8學時+線上2學時（第7章介紹））內(nèi)容：設(shè)計簡易微處理器系統(tǒng)中的部件電路。本部分內(nèi)容支撐課程目標4。1.基本要求1）可編程邏輯器件算術(shù)運算單元（ALU）設(shè)計。2）可編程邏輯器件控制單元設(shè)計。3）可編程邏輯器件指令設(shè)計。4）數(shù)字系統(tǒng)總線電路設(shè)計。5）存儲系統(tǒng)與外設(shè)接口電路設(shè)計。6）通用輸入輸出口電路設(shè)計。7）定時器電路設(shè)計。8）異步串行通信器電路設(shè)計。9）中斷控制器電路設(shè)計。10）片上系統(tǒng)構(gòu)架與實踐。2.重點、難點重點：CPU結(jié)構(gòu)與設(shè)計、CPU指令與程序設(shè)計、總線、存儲器擴容、輸入輸出部件電路。難點：CPU及輸入輸出設(shè)備電路設(shè)計實現(xiàn)。四、教學安排及方式總學時48學時，其中：線下講授32學時，課內(nèi)實踐8學時，線上8學時。序號課程內(nèi)容特點學時教學方式1數(shù)字邏輯電路概述基礎(chǔ)性11課堂講授、實踐+線上講授2組合邏輯電路實用性5課堂講授、實踐+線上講授3時序邏輯電路實用性8課堂講授、實踐+線上講授4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與存儲實用性4課堂講授、實踐+線上講授5數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐性20課堂講授、實踐五、課程考核方式與評價標準（一）考核方式：最終成績由平時考核成績、實踐成績和期末成績組合而成。各部分所占比例如下：平時考核：20%。主要考核對每階段課程知識點的學習、理解和掌握程度，主要依據(jù)有課堂情況、作業(yè)情況和平時考察情況。課程實踐：40%。主要考核理論聯(lián)系實際的能力，學生在仿真系統(tǒng)上設(shè)計實現(xiàn)微處理器系統(tǒng)電路，并結(jié)合其它課程知識實現(xiàn)一定功能。期末考試：40%。主要考核對知識的綜合應用分析和設(shè)計能力。書面考試形式。課程目標支撐內(nèi)涵觀測點課程內(nèi)容考核評價方式小計平時考核課程實踐期末考試目標1內(nèi)涵觀測點3-2內(nèi)容120510目標2內(nèi)涵觀測點3-2內(nèi)容2，3202530目標3內(nèi)涵觀測點5-2內(nèi)容4410520內(nèi)涵觀測點2-3內(nèi)容50505目標4內(nèi)涵觀測點5-3內(nèi)容1，5220530內(nèi)涵觀測點2-3內(nèi)容50505合計104040100注：各部分比例僅是課程教學過程的一個參考，每年可以根據(jù)教學情況可以進行適當?shù)卣{(diào)整。（二）各考核方式的成績評價標準：平時考核評價標準要求考核評價標準成績比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標1掌握數(shù)字電路的基本概念、邏輯代數(shù)相關(guān)知識、邏輯電路的描述方法概念清晰、問題分析準確、結(jié)論合理、作業(yè)正確率高概念清晰、問題分析比較準確、結(jié)論基本合理、作業(yè)正確率較高概念較為清晰，問題分析基本到位、結(jié)論基本合理、作業(yè)正確率尚可概念不清晰，問題分析失誤、結(jié)論錯誤較多、作業(yè)錯誤較多20%目標2能運用組合數(shù)字電路、時序數(shù)字電路設(shè)計方法設(shè)計有指定功能的模塊。相關(guān)分析方法運用熟練、解決方案正確可行、作業(yè)正確率高相關(guān)分析方法運用較為熟練、解決方案正確、作業(yè)正確率較高能在一定程度上運用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、作業(yè)正確率尚可方法運用生疏、解決方案無法滿足要求、作業(yè)錯誤較多40%目標3能運用數(shù)字電路設(shè)計方法實現(xiàn)存儲轉(zhuǎn)換模塊。相關(guān)分析方法運用熟練、解決方案正確可行、作業(yè)正確率高相關(guān)分析方法運用較為熟練、解決方案正確、作業(yè)正確率較高能在一定程度上運用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、作業(yè)正確率尚可方法運用生疏、解決方案無法滿足要求、作業(yè)錯誤較多40%課程實踐評價標準要求考核評價標準成績比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標2能運用組合數(shù)字電路、時序數(shù)字電路設(shè)計方法設(shè)計功能的模塊。相關(guān)分析方法運用熟練、解決方案正確可行、項目完成效果優(yōu)秀相關(guān)分析方法運用較為熟練、解決方案正確、項目完成效果良好能在一定程度上運用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、項目完成效果合格方法運用生疏、解決方案無法滿足要求、項目未完成或完成效果不合格37.5%目標3掌握數(shù)字系統(tǒng)接口模塊的設(shè)計方案相關(guān)分析方法運用熟練、解決方案正確可行、報告撰寫認真、答辯陳述清晰、回答問題正確相關(guān)分析方法運用較為熟練、解決方案正確、答辯陳述較為清晰、回答問題正確能在一定程度上運用相關(guān)分析方法、所提方案基本正確、答辯陳述較為清晰、回答問題基本正確方法運用生疏、所提方案無法滿足要求、答辯陳述不清晰、回答問題錯誤較多37.5%目標4掌握復雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方案相關(guān)分析方法運用熟練、解決方案正確可行、報告撰寫認真、答辯陳述清晰、回答問題正確相關(guān)分析方法運用較為熟練、解決方案正確、答辯陳述較為清晰、回答問題正確能在一定程度上運用相關(guān)分析方法、所提方案基本正確、答辯陳述較為清晰、回答問題基本正確方法運用生疏、所提方案無法滿足要求、答辯陳述不清晰、回答問題錯誤較多25%期末考試評價標準要求考核評價標準成績比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標1掌握數(shù)字電路的基本概念、邏輯代數(shù)相關(guān)知識、邏輯電路的描述方法概念清晰、問題分析準確、答題正確率高概念清晰、問題分析比較準確、答題正確率較高概念較為清晰，問題分析基本到位、答題正確率尚可概念不清晰，問題分析失誤、答題錯誤較多30%目標2能運用組合數(shù)字電路、時序數(shù)字電路設(shè)計方法設(shè)計有指定功能的模塊。相關(guān)設(shè)計方法運用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計方法運用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運用相關(guān)設(shè)計方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計方法運用生疏、所提方案無法滿足要求、答題錯誤較多30%目標3能運用數(shù)字電路設(shè)計方法實現(xiàn)存儲轉(zhuǎn)換模塊。相關(guān)設(shè)計方法運用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計方法運用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運用相關(guān)設(shè)計方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計方法運用生疏、所提方案無法滿足要求、答題錯誤較多30%目標4能運用數(shù)字電路設(shè)計方法提出復雜數(shù)字系統(tǒng)工程問題的解決方案相關(guān)設(shè)計方法運用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計方法運用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運用相關(guān)設(shè)計方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計方法運用生疏、所提方案無法滿足要求、答題錯誤較多10%六、課程目標達成評價方式課程目標達成度值由該目標所有考核環(huán)節(jié)對應的觀測點的學生平均得分之和除以目標分值之和得到。本課程課程目標的達成評價由下表所示：課程目標考核環(huán)節(jié)觀測點目標分值(滿分)學生平均得分達成度目標1平時考核教學內(nèi)容1、2課后作業(yè)2期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標的題目15目標2平時考核教學內(nèi)容3、4的隨堂測試題與課后作業(yè)4期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標的題目15課程實踐實踐項目中的系統(tǒng)設(shè)計部分15目標3平時考核教學內(nèi)容5的隨堂測試題4課程實踐實踐項目中的系統(tǒng)仿真部分15期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標的題目15目標4課程實踐實踐項目中的系統(tǒng)報告撰寫、答辯、演示環(huán)節(jié)10期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標的題目5七、教材及參考書目教材：《數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)》陳彥輝、馮毛官、胡力山編著，西安：西安電子科技大學出版社，2014年參考書目：1.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第二版）楊頌華等編著，西安：西安電子科技大學出版社，2009年；2.《可編程邏輯器件原理、開發(fā)與應用》趙曙光主編，西安：西安電子科技大學出版社，2011年；3.《VerilogHDL數(shù)字設(shè)計與綜合》（第二版）帕爾尼卡（