数字电路精品课程教案

课时授课计划-1课号：1(共8学时理论6学时实验0学时习题2学时)课题：第1章绪论1.1概述1.2数制和码制目的与要求：了解本门课程的基本内容；了解数字电路的特点及应用、分类及学习方法；掌握二、八、十、十六进制的表示方法及相互转换；知道8421BCD码、余三码、格雷码的意义及表示方法。重点与难点：重点：数制与码制的表示方法；难点：二、八、十六进制的转换。教具：课堂讨论：离散信号；二、十、八、十六进制的特点及表示方法；码的作用；8421BCD码的特点及应用。现代教学方法与手段：数字电路网络课程PowerPoint复习（提问）：什么是模拟信号模拟电路；什么是二进制代码。授课班次：课时分配：课堂教学环节课堂组织课堂讨论复习（提问）新课讲解巩固新课布置作业时间分配（分）52095051提纲第1章绪论1.1概述1.1.1数字信号和数字电路1、数字信号与模似信号2、模拟电路与数字电路1.1.2数字电路的分类1、按电路类型分类2、按集成度分类3、按半导体的导电类型分类1.1.3数字电路的优点1、易集成化2、抗干扰能力强，可靠性高3、便于长期存贮4、通用性强，成本低，系列多5、保密性好1.1.4脉冲波形的主要参数1．脉冲幅度Um2．脉冲上升时间3．脉冲下降时间4．脉冲宽度5．脉冲周期6．脉冲频率7．占空比q1.2数制和码制1.2.1数制一、十进制二、二进制三、八进制和十六进制1.2.2不同数制间的转换一、各种数制转换成十进制二、十进制转换为二进制三、二进制与八进制、十六进制间相互转换1.2.3二进制代码一、二-十进制代码8421码、5421码和余3码二、可靠性代码1．格雷码2．奇偶校验码作业：7.（4）第1章绪论1.1概述1.1.1数字信号和数字电路电信号—随时间变化的电流或电压。1、数字信号与模似信号模拟信号—幅度随时间连续变化数字信号—断续变化（离散变化），时间上离散幅值上整量化，多采用0、1二种数值组成又称二进制信号。举例P1图1.1.1。与同学讨论离散信号。2、模拟电路与数字电路模拟电路—传输或处理模拟信号的电路，如：电压、功率放大等；数字电路—处理、传输、存储、控制、加工、算运算、逻辑运算、数字信号的电路。如测电机转速：电机-光电转换-整形-门控-计数器-译码器-显示时基电路1.1.2数字电路的分类微电子技术的迅猛发展导致了数字电路的飞速发展。1、按电路类型分类（1）组合逻辑电路输出只与当时的输入有关，如：编码器、加减法器、比较器、数据选择器。（2）时序逻辑电路输出不仅与当时的输入有关，还与电路原来的状态有关。如：触发器、计数器、寄存器2、按集成度分类SSI→MSI→LIS→VLSI表1.1.1数字集成电路分类3、按半导体的导电类型分类（1）双极型电路（2）单极型电路1.1.3数字电路的优点1、易集成化。两个状态“0”和“1”，对元件精度要求低。2、抗干扰能力强，可靠性高。信号易辨别不易受噪声干扰。3、便于长期存贮。软盘、硬盘、光盘。4、通用性强，成本低，系列多。（国际标准）TTL系例数字电路、门阵列、可编程逻辑器件。5、保密性好。容易进行加密处理。1.1.4脉冲波形的主要参数在数字电路中，加工和处理的都是脉冲波形，而应用最多的是矩形脉冲。图1.1.2脉冲波形的参数1．脉冲幅度。脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏（V）。2．脉冲上升时间。脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。3．脉冲下降时间。脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。脉冲上升时间tr和下降时间tf越短，越接近于理想的短形脉冲。单位为秒（s）、毫秒（ms）、微秒（us）、纳秒（ns）。4．脉冲宽度。脉冲上升沿0.5Um到下降沿0.5Um所需的时间，单位和tr、tf相同。5．脉冲周期T。在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间，单位和tr、tf相同。6．脉冲频率f：每秒时间内，脉冲出现的次数。单位为赫兹（Hz）、千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz），f＝1∕T。7．占空比q：脉冲宽度与脉冲重复周期T的比值。q＝∕T。它是描述脉冲波形疏密的参数。1.2数制和码制1.2.1数制一、十进制1、表示法与同学讨论二、八、十六进制的表示方法及特点二、二进制三、八进制和十六进制1．八进制逢八进一；系数0～7；基数8；权8n。2．十六进制逢十六进一；系数：0～9、A、B、C、D、E、F；基数16；权16n。表1.2.1十进制、二进制、八进制、十六进制对照表1.2.2不同数制间的转换一、各种数制转换成十进制二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。例：二、十进制转换为二进制将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”；将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”。例1.1.1将十进制数(107.625)10转换成二进制数。将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”，它是将整数部分逐次被2除，依次记下余数，直到商为0。第一个余数为二进制数的最低位，最后一个余数为最高位。解：①整数部分转换所以，②小数部分转换将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”，它是将小数部分连续乘以2，取乘数的整数部分作为二进制数的小数。由此可得十进制数(107.625)10对应的二进制数为(107.625)10＝(1101011.101)2三、二进制与八进制、十六进制间相互转换1．二进制和八进制间的相互转换（1）二进制数转换成八进制数。二进制数转换为八进制数的方法是：整数部分从低位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在高位加0补足三位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在低位加0补足三位，然后用对应的八进制数来代替，再按顺序排列写出对应的八进制数。例1.1.2将二进制数(11100101.11101011)2转换成八进制数。(11100101.11101011)2＝(345.726)8（2）八进制数转换成二进制数。将每位八进制数用三位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。例1.1.3将八进制数(745.361)8转换成二进制数。(745.361)8＝(111100101.011110001)22．二进制和十六进制间的相互转换（1）二进制数转换成十六进制数。二进制数转换为十六进制数的方法是：整数部分从低位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，则在高位加0补足四位为止；小数部分从高位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，在低位加0补足四位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。例1.1.4将二进制数(10011111011.111011)2转换成十六进制数。(10011111011.111011)2＝(4FB.EC)16（2）十六进制数转换成二进制数。将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。例1.1.5将十六进制数(3BE5.97D)16转换成二进制数。(3BE5.97D)16＝(11101111100101.100101111101)21.2.3二进制代码讨论：码的作用；BCD码。一、二-十进制代码将十进制数的0～9十个数字用二进制数表示的代码，称为二-十进制码，又称BCD码。表1.2.2常用二-十进制代码表（重点讲解8421码、5421码和余3码）注意：含权码的意义。二、可靠性代码1．格雷码表1.2.3格雷码与二进制码关系对照表2．奇偶校验码为了能发现和校正错误，提高设备的抗干扰能力，就需采用可靠性代码，而奇偶校验码就具有校验这种差错的能力，它由两部分组成。表1.2.48421奇偶校验码作业：课时授课计划-2课号：2(共12学时理论8学时实验2学时习题2学时)课题：第2章逻辑代数基础2.1概述2.2逻辑函数及其表示方法目的与要求：熟练掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。重点与难点：重点：三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。难点：将真值表转换为逻辑式。教具：课堂讨论：讨论简单逻辑运算的逻辑口诀；分析逻辑式与逻辑图之间的相互转换以及如何由逻辑式或逻辑图列真值表。现代教学方法与手段：数字电路网络课程数字电路网络课程复习（提问）：与、或、非逻辑的运算口诀、逻辑符号。授课班次：课时分配：课堂教学环节课堂组织课堂讨论复习（提问）新课讲解巩固新课布置作业时间分配（分）53054091提纲第2章逻辑代数基础2.1概述2.2逻辑函数及其表示法2.2.1基本逻辑函数及运算一、与逻辑二、或逻辑三、逻辑非2.2.2几种导出的逻辑运算一、与非运算、或非运算、与或非运算二、异或运算和同或运算2.2.3逻辑函数及其表示法一、逻辑函数的建立二、逻辑函数的表示方法1．真值表2．逻辑函数式3．逻辑图作业：P198第2章逻辑代数基础2.1概述布尔：英国数学家，1941年提出变量“0”和“1”代表不同状态。本章主要介绍逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。2.2逻辑函数及其表示法2.2.1基本逻辑函数及运算1、与运算———所有条例都具备事件才发生开关：“1”闭合，“0”断开灯：“1”亮，“0”灭真值表：把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表。逻辑表达式：L=K1*K2(逻辑乘)逻辑符号：原有符号：讨论与逻辑运算的逻辑口诀逻辑功能口决：有“0”出“0”，全“1”出“1”。2、或运算———至少有一个条件具备，事件就会发生。逻辑表达式：L=K1+K2（逻辑加）逻辑符号：讨论或逻辑运算的逻辑口诀逻辑功能口决：有“1”出“1”全“0”出“0”3、非运算：—结果与条件相反逻辑表达式：逻辑符号：讨论非逻辑运算的逻辑口诀2.2.2几种导出的逻辑运算一、与非运算、或非运算、与或非运算二、异或运算和同或运算逻辑表达式：相同为“1”，不同为“0”2.2.3逻辑函数及其表示法一、逻辑函数的建立举例子说明建立（抽象）逻辑函数的方法，加深对逻辑函数概念的理解。例2.2.1两个单刀双掷开关A和B分别安装在楼上和楼下。上楼之前，在楼下开灯，上楼后关灯；反之下楼之前，在楼上开灯，下楼后关灯。试建立其逻辑式。表2.2.6［例2.2.1］真值表例2.2.2比较A、B两个数的大小二、逻辑函数的表示方法1．真值表逻辑函数的真值表具有唯一性。逻辑函数有n个变量时，共有个不同的变量取值组合。在列真值表时，变量取值的组合一般按n位二进制数递增的方式列出。用真值表表示逻辑函数的优点是直观、明了，可直接看出逻辑函数值和变量取值之间的关系。分析逻辑式与逻辑图之间的相互转换以及如何由逻辑式或逻辑图列真值表。2．逻辑函数式写标准与-或逻辑式的方法是：（l）把任意一组变量取值中的1代以原变量，0代以反变量，由此得到一组变量的与组合，如A、B、C三个变量的取值为110时，则代换后得到的变量与组合为AB。（2）把逻辑函数值为1所对应的各变量的与组合相加，便得到标准的与-或逻辑式。3．逻辑图逻辑图是用基本逻辑门和复合逻辑门的逻辑符号组成的对应于某一逻辑功能的电路图。例2.2.3已知真值表，试写出逻辑式并画出逻辑图。作业：课时授课计划-3课号：3(共10学时理论8学时实验0学时习题2学时)课题：3.1逻辑代数的基本定律和规则目的与要求：理解并掌握逻辑代数的基本公式、基本定律和三个重要规则。重点与难点：重点：基本公式和基本定律；三个重要规则。难点：吸收律和摩根定律；代入规则。教具：课堂讨论：吸收律和摩根定律的证明；三个重要规则的验证。现代教学方法与手段：数字电路网络课程复习（提问）：与、或、非；与非、或非、同或、异或逻辑的运算口诀、逻辑符号。授课班次：课时分配：课堂教学环节课堂组织课堂讨论复习（提问）新课讲解巩固新课布置作业时间分配（分）530153091提纲3.1逻辑代数的基本定律和规则3.1.1逻辑代数的基本公式