《数字电路与逻辑设计》教学大纲

课程编号：IB006006

课程名称：数字电路与逻辑设计           英文名称：Digital Circuits and Logic Design

学分/学时：3/48                         课程性质：必修

适用专业：生物医学工程                  建议开设学期：第4学期

先修课程：高等数学、普通物理、电路分析基础  开课单位：生命科学技术学院

一、课程的教学目标与任务

数字电路与逻辑设计是重要的学科基础课。要求学生掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法，了解电子设计自动化（EDA：Electronic Design Automation）技术和工具。数字电路部分要求学生掌握数制及编码、逻辑代数及逻辑函数的知识；掌握组合逻辑电路的分析与设计方法，熟悉常用的中规模组合逻辑部件的功能及其应用；掌握同步时序逻辑电路的分析与设计方法，以及典型的中大规模时序逻辑部件；掌握基本设计工具，培养学生设计较大规模的数字电路系统的能力。

二、课程具体内容及基本要求

（一）数制与编码（4学时）

具体内容：学习数制表示方法和常用编码

1.基本要求

（1）掌握常用数制（2、8、10、16进制数）的表示方法与相互转换方法

（2）掌握原码、反码、补码等带符号编码的的表示和运算。

（2）掌握常用编码（842BCD码、5421BCD码、余3码、格雷码等）的表示方法

2.重点、难点

重点：二进制，十六进制

难点：补码概念，格雷码的掌握

3. 毕业要求指标点

毕业要求1. 数理与工程知识。

4.作业及课外学习要求：

完成数制与编码一章的习题,主要掌握常用编码的表示方法。

（二）逻辑代数基础（10学时）

具体内容：学习逻辑代数基础，逻辑函数的表示与化简方法

1.基本要求

（1）熟练掌握基本逻辑运算与逻辑门

（2）熟练掌握逻辑代数的基本定理、法则和主要公式，熟悉逻辑函数代数化简法

（3）熟悉逻辑函数的标准表达式和常用的五种表达式及相互转换方法

（4）熟练掌握逻辑函数的卡诺图化简法

（5）掌握包含无关项逻辑函数的表示方法及化简，了解多输出逻辑函数的化简方法

2.重点、难点

重点：逻辑门与逻辑代数的基本定理和法则

难点：多输出逻辑函数的化简

3. 毕业要求指标点

毕业要求1. 数理与工程知识。

4.作业及课外学习要求：

完成逻辑代数基础一章的习题，5个变量以上的逻辑函数化简不作要求。

（三）组合逻辑电路（12学时）

具体内容：学习组合逻辑电路的分析方法和设计方法

1.基本要求

（1）掌握组合电路的分析方法和设计方法

（2）熟悉常用MSI组合逻辑部件（变量译码器、数据选择器）的逻辑功能，扩展方法及应用

（3）掌握由MSI器件构成组合电路的设计方法和分析方法

（4）了解组合电路的竞争冒险现象及消除方法

2.重点、难点

重点：由门电路进行组合电路的设计

难点：中规模集成电路芯片使能端的利用

3. 毕业要求指标点

毕业要求2. 问题分析与设计解决方案。

毕业要求3. 科学研究

4.作业及课外学习要求：

完成组合逻辑电路一章的习题，课外学习仿真软件（如multisim）的操作与使用。

（四）触发器（8学时）

具体内容：学习触发器的工作原理和功能描述方法

1.基本要求

（1）掌握基本RS触发器及钟控（RS、D、T、JK）触发器的逻辑功能及其描述方法

（2）掌握集成触发器（主从触发器、边沿触发器）的工作原理及工作特性

（3）熟悉常用集成触发器的逻辑符号及时序图的画法

2.重点、难点

重点：触发器的多种描述方法

难点：触发器的空翻和一次翻转现象

3. 毕业要求指标点

毕业要求2. 问题分析与设计解决方案。

毕业要求3. 科学研究

4.作业及课外学习要求：

完成触发器一章的习题，触发器部分要求记忆逻辑符号掌握逻辑功能，对触发器内部电路不做要求。

（五）时序逻辑电路（12学时）

具体内容：学习同步时序电路的分析方法和典型同步时序电路的设计方法

1.基本要求

（1）掌握同步时序电路的分析方法，要求根据电路能正确写出激励函数和输出函数、状态方程、列出状态表、画出状态、时序图，分析其功能

（2）学习同步时序电路的一般设计方法和步骤，掌握同步时序电路的设计方法

（3）掌握典型MSI时序逻辑部件（74160、74161、74194等）的逻辑功能，扩展方法及应用

（4）掌握以MSI为主的典型同步时序电路的分析方法与设计方法：任意模值计数器；移位型计数器；序列码发生器

（5）了解异步时序电路的主要特点

2.重点、难点

3.  毕业要求指标点

毕业要求2. 问题分析与设计解决方案。

毕业要求3. 科学研究

重点：状态表；MSI时序逻辑部件的逻辑功能及应用

难点：电路自启动自校正的设计

4.作业及课外学习要求：

完成时序逻辑电路一章的习题，课外学习仿真软件（如multisim）实现时序逻辑电路的仿真；学习这一章后，要求能看懂其他数字集成器件的功能。

完成集成逻辑门一章的习题，课外学习集成逻辑门的延时与上拉电阻的应用。

（六）脉冲波形的产生与整形（2学时）

具体内容：了解脉冲电路的分析方法

1.基本要求

（1）掌握555定时器的基本工作原理及典型应用（单稳、多谐、施密特触发器）的基本特点及脉冲电路的分析方法

（2）了解集成单稳电路的基本原理及使用方法

（3）掌握晶体振荡器，了解集成晶体振荡器产品的性能指标

2.重点、难点

重点：555定时器

难点：振荡电路性能提高需要考虑的因素

3. 毕业要求指标点

毕业要求2. 问题分析与设计解决方案。

毕业要求3. 科学研究

4.作业及课外学习要求：

理解555定时器的基本原理与应用，能够使用555定时器构成简单的实用功能电路。

三、教学安排及方式

总学时48学时，其中：理论讲授48学时，实验（或上机等多种形式）0学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

四、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、期末成绩和大作业成绩等组合而成。各部分所占比例如下：

平时成绩：60%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度，形式包括平时作业（约占平时成绩30%）、到课情况（约占平时成绩20%）以及每16学时一次的考核成绩（形式为课程大报告或随堂测试，共2次，约占平时成绩50%）等。

期末考试成绩：40%。主要考核电工及电子技术基础知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：选择题、填空题、判断题、问答题、计算题等。

过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表

注：上表用于说明授课过程中分项成绩提交时间，教师应在规定的时间内提交对应成绩，提前或逾期无法提交，一旦提交无法修改。大纲可以根据需要自行定义提交成绩的次数、时间和名称或说明，总评成绩计算必须与考核和成绩评定方式中描述的一致。

五、教材及参考书目

教材：

《数字电子技术基础》（第三版），杨颂华、冯毛官、孙万蓉、初秀琴、胡立山主编，西安电子科技大学出版社，2009

参考书目：

1.《数字电子技术基本教程》，阎石，清华大学出版社

2.《数字电子技术基础》（第二版），张克农、宁改娣主编，高等教育出版社

3.《数字电路与系统》，刘宝琴，清华大学出版社

4.《数字电路逻辑设计》，王毓银，高教出版社

5. 《数字逻辑基础与Verilog设计》 （原书第2版），夏宇闻等译，Stephen Brown, Zvonko Vranesic著，机械工业出版社

6.《Introduction to Logic Design》 ，Alan B. Marcovitz，McGraw-Hill

    7. 《数字电子技术基础解题指南》，唐竞新，清华大学出版社

六、说明

（一）与相关课程的分工衔接

 数字电路主要讨论集成电路器件的外部特性，对门电路内部晶体管的工作原理及状态转换只作定性了解。

《数字电路与逻辑设计》是电子电工类各专业的一门重要的专业基础课程，尤其是电子信息类、电气类和自动化类等专业，是为继续学习其它专业课程，如数字信号处理、大规模数字集成电路设计、微机原理、微机接口与技术等准备必要的基本知识，也是通信、电子、控制，信号处理乃至电力电子等专业课程的必要基础。本课程的教学内容尽可能与电子技术的发展相适应，为学生能够尽快适应科研和数字电路与系统的设计奠定基础。

“数字电路与逻辑设计”课程与“电路基础”、“电子电路基础”、“信号与系统”、“ “计算机基础”、“微机原理”构成了专业基础课。“数字电路与逻辑设计”课程内容与“电子电路基础”等课程内容进行了合理的分工，相关电路、晶体管等主要内容归于“电子电路基础”，因此本课程尽可能少的涉及电平等具体电参数。

数字电路在学科基础中的地位既要体现数字电子线路作为一门课程的完整性和电子线路体系结构的特点，也要体现为后续课程服务的目的。后续的专业课程如计算机组成原理，微机原理、接口技术等都是数字电路系统高度集成的体现。数字电路与逻辑设计为后续课程进行了基础知识准备。

（二）其他说明

   无