《数字电子技术基础》-阎石编著-数字电路教案

数字电路教案本课程理论课学时数为70，实验24学时。各章学时分配见下表：章次章名课内教学理论教学时数实验时数总学时绪论22一数字逻辑基础8311二门电路1010三组合逻辑电路10616四触发器10313五时序逻辑电路15621六脉冲信号产生与整形10313七A/D与D/A转换器538合计702494课程编号0450506课程名称数字电路授课专业通信工程授课对象（年级）2007级授课教师刘明亮课程类型必修课授课时间2008~2009学年第二学期教材名称《数字电子技术基础》阎石编著高等教育出版社课程教学总学时数70学时学时分配课堂教学70学时辅导答疑30学时考核方式考试：笔试80%+平时20%教学目标1、本课程要求学生通过系统学习，了解和掌握逻辑代数、门电路的基本原理。2、掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析、设计方法，学会一些基本部件的设计。3、掌握常用脉冲电路的功能和原理。4、掌握A/D、D/A转换电路的基本知识、原理和方法。5、培养学生较强的逻辑思维能力及实践技能，从而对数字系统有一个较全面的了解。6、加强学生的创新能力，能够学为所用，提高学生的学习兴趣，为后续课程奠定良好的基础。第一章逻辑代数基础【本周学时分配】本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。【教学目的与基本要求】1、掌握二进制数、二—十进制数（主要是8421BCD码）2、熟练掌握逻辑代数的若干基本公式和常用公式。3、熟练掌握逻辑函数的几种表达形式。【教学重点与教学难点】本周教学重点：1、绪论：重点讲述数字电路的基本特点、应用状况和课程主要内容。2、逻辑代数的基本运算：重点讲述各种运算的运算规则、符号和表达式。3、逻辑代数的基本公式和常用公式：重点讲述逻辑代数的基本公式与普通代数公式的区别，常用公式的应用背景。4、逻辑函数的表示方法：重点讲述各种表示方法的特点和相互转换方法。本周教学难点：反演定理和对偶定理：注意两者之间的区别、应用背景和变换时应注意的问题。【教学内容与时间安排】一、绪论（约0.5学时）1、电子电路的分类。2、数字电路的基本特点。3、数字电路的基本应用。4、本课程的主要内容；5、本课程的学习方法和对学生的基本要求。二、数制与码制（约1.5学时）（若前置课程已学，可作简单复习0.5学时）1、几种不同进制（二、八、十、十六进制）。2、几种不同进制相互转换。3、码制（BCD码）。三、逻辑代数1、基本逻辑运算和复合逻辑运算：与、或、非运算是逻辑代数的基本运算；还可以形成其他复合运算，常用的是与非、或非、与或非、异或、同或运算。（约0.5学时）2、常用公式（18个）（约0.5学时）3、基本定理（代入定理、反演定理、对偶定理）（约0.5学时）4、逻辑函数的概念及表示方法（约0.5学时）5、逻辑函数各种表示方法间的转换：常用的转换包括：函数式←→真值表；函数式←→逻辑图（约1学时）【教学方法与教学手段】采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论逻辑代数公式和普通代数公式的相同和不同之处，讨论逻辑函数各种表示方法的特点和相互转换方法。【作业】P381.11.21.81.10【本周学时分配】本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。【教学目的与基本要求】1、熟练掌握四变量以下的卡诺图化简的方法和步骤，并学会在化简中正确利用约束项。2、正确理解公式化简法及化简的原则。【教学重点与教学难点】本周教学重点：1、逻辑函数的标准形式：重点讲述逻辑函数标准与或式的展开方法。2、逻辑函数的公式化简法：重点讲述最简与或式的概念和常用化简技巧。3、逻辑函数的卡诺图表示方法：重点讲述函数的卡诺图画法。4、逻辑函数的卡诺图化简法：重点讲述图形法的化简步骤以及与公式化简法的对比（特点与适用范围）。本周教学难点：1、公式化简法的技巧：注意结合实例说明各种技巧的综合运用。2、逻辑函数的卡诺图表示方法：注意讲述卡诺图的结构、相邻的含义和函数的卡诺图画法。3、具有无关项的逻辑函数化简：注意讲述卡诺图化简法的化简技巧。【教学内容与时间安排】一、逻辑函数的两种标准形式（约1学时）1、最小项的定义和性质；2、最大项的定义和性质；3、逻辑函数的最小项之和形式；结论：任何一个逻辑函数均可展为最小项之和形式即标准与或式，且该形式唯一。展开方法：利用基本公式去掉括号和非号，再利用公式1AA展开。4、逻辑函数的最大项之积形式；结论：任何一个逻辑函数均可展为最大项之积形式即标准或与式，且该形式唯一。展开方法：先求出反函数的标准与或式，再利用反演定理求反即可。二、最简与或式的定义最简与或式满足如下两个条件：a）乘积项的个数最少；b）在满足条件a的前提下，每个乘积项中因子的个数最少。三、公式化简法（约1学时）原理：利用逻辑代数的基本公式和常用公式化简。常用方法：1、合并项法；2、吸收法；3、消去法；4、消项法；5、配项法。*注意在实际化简时，往往要综合运用上述方法。四、逻辑函数的卡诺图表示法：（约1学时）1、卡诺图的概念；2、卡诺图的结构；3、函数的卡诺图表示法五、卡诺图化简法（约1学时）原理：利用函数的卡诺图合并相邻的最小项。化简步骤：1、将函数展开为标准与或式；2、画出函数的卡诺图；3、合并相邻的最小项；4、选择乘积项，写出最简与或式。选择乘积项的原则：a.须包含函数的全部最小项；b.选用乘积项的总数应最少；c.每个乘积项包含的因子最少。六、具有无关项的逻辑函数化简（约0.5学时）1、无关项的概念2、函数化简方法七、逻辑函数的变换与实现（约0.5学时）1、逻辑函数的其他表达形式a.与—或式b.与非—与非式c.或—与式d.或非—或非式e.与或非式2、逻辑函数的变换与实现利用逻辑函数公式和定理将最简与—或式变换为其他表达形式【教学方法与教学手段】本讲主要采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论卡诺图化简法中的“画圈”技巧。【作业】P401.111.131.161.20第二章门电路【本周学时分配】本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。【教学目的与基本要求】1、正确理解TTL的门电路结构、工作原理、逻辑功能和主要参数。2、熟练掌握其外部特性及特点，并从输入特性、输出特性、电压传输特性、速度、功耗、抗干扰能力、带负载能力对电路进行比较，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。【教学重点与教学难点】本周教学重点：1、半导体器件的开关特性：重点讲述各种器件的导通和截止条件与特点。2、TTL反相器的结构和原理：重点讲述典型结构和定性分析方法。3、TTL反相器的电压传输特性：重点讲述各种特性的含义、相关参数和应用背景。本周教学难点：1、半导体器件的结构和特性曲线：主要讲述各种器件的外部特性和主要参数。2、TTL反相器的原理：主要讲述根据三极管的开关条件与特点进行定性分析的方法。3、TTL反相器的电压传输特性：结合TTL反相器的结构理解各种特性，在此基础上讲述相关参数。【教学内容与时间安排】一、门电路的基本概念（约0.5学时）1、门电路的定义和分类：门电路按照逻辑功能可分为与门、或门、非门、与非门等；按照制造工艺可分为TTL门、CMOS门等。2、逻辑状态的表示方法：在逻辑电路中，利用电路输入或输出的高、低电平来表示逻辑状态，可分为正逻辑和负逻辑两种。注意高电平和低电平是指两个电平范围，而不是固定的电压值。二、二极管的开关特性（约0.5学时）1、二极管导通的条件和特点；2、二极管截止的条件和特点；3、动态开关特性：存在反向恢复时间tre，其原因在于PN结的电容效应。三、三极管的开关特性（约0.5学时）1、三极管饱和导通的条件和特点2、三极管截止的条件和特点3、动态开关特性：存在开启时间TON和关断时间TOFF，影响了三极管的开关速度。四、MOS管的开关特性（约0.5学时）1、MOS管导通的条件和特点2、MOS管截止的条件和特点3、动态开关特性：主要影响因素是开关电路中输入、输出回路中等效电容的充、放电时间。五、分立元件门电路（约1学时）包括二极管与门、二极管或门和三极管非门，它们的结构简单，但是输出电平存在偏移而且带负载能力较差，通常只是作为LSI的内部单元来使用。六、TTL反相器的结构和原理（约1学时）1、结构：TTL反相器由三部分构成：输入级、中间级和输出级。2、原理：A为低电平时，T1饱和，VB1≈0.9V，VB2≈0.2V，T2和T5截止，T4和D2导通，Y为高电平；A为高电平时，VB1≈2.1V，T1倒置，VB2≈1.4V，T2和T5饱和，T4和D2截止，Y为低电平。七、TTL反相器的电压传输特性（约1学时）1、电压传输特性的定义；2、电压传输特性的分析：分为四个区段：AB段：UI＜0.6伏，截止区；BC段：0.6伏＜UI＜1.3伏，线性区；CD段：UI≈1.4伏，转折区；DE段：UI＞1.4伏，饱和区。3、相关参数：阀值电平VTH，开门电平VON，关门电平VOFF，高电平噪声容限VNH，低电平噪声容限VNL。【教学方法与教学手段】本讲主要采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论半导体器件作为开关器件使用和作为放大器件使用时在特性上的区别，在讲述TTL门电路的电气特性时可采用多媒体教学。【作业】P1252.12.2【本周学时分配】本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。【教学目的与基本要求】1、了解OC门和三态门的使用。2、课堂自学正确理解COMS的门电路结构、工作原理、逻辑功能和主要参数。3、培养学生的自学能力、独立思考与解决问题的能力，帮助学生克服学习中的畏难心理。【教学重点与教学难点】本周教学重点：1、TTL反相器的静态输入和输出特性：重点讲述各种特性的含义、相关参数和应用背景。2、其他逻辑功能的TTL门：重点讲述各种门电路的功能及其电气特性方面与TTL反相器的相同和不同之处。3、集电极开路的门电路（OC门）和三态输出门电路（TS门）：重点讲述OC门和TS门的功能、使用方法和应用。本周教学难点：1、TTL反相器的静态输入和输出特性：结合TTL反相器的结构理解各种特性，在此基础上讲述相关参数。2、TTL反相器的动态特性：主要讲述相关概念以及对于应用的影响，不必讲述过细。3、集电极开路的门电路（OC门）和三态输出门电路（TS门）：注意讲述OC门可实现“线与”的原因和TS门输出高阻的概念。【教学内容与时间安排】一、TTL反相器的静态输入和输出特性（约1学时）1、输入特性定义：II=f（UI）。相关参数：输入短路电流IIL，高电平输入电流IIH。2、输出特性定义：VO=f（IL），分为高电平输出特性和低电平输出特性。相关参数：最大负载电流ILMAX，扇出系数N。3、输入端负载特性定义：VI=f（RI）。相关参数：开门电阻RON，关门电阻ROFF。二、TTL反相器的动态特性（约0.5学时）背景：TTL反相器在状态变化过程中出现的现象。1、传输延迟时间Tpd：门电路的输出波形相对于输入波形的滞后时间。2、交流噪声容限VNA=f（Tw）：反映动态抗干扰能力。3、电源的动态尖峰电流ICCM：产生动态附加功耗。三、其他逻辑功能的TTL门包括与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种常见的类型。尽管它们逻辑功能各异，但输入端、端出端的电路结构形式与反相器基本相同，因此前面所讲的反相器的输入特性和输出特性对这些门电路同样适用。四、集电极开路的门电路（OC门）（约1学时）1、OC门的结构：将TTL门的输出级的D3、R4和T4去除，而变为开路的结构。2、OC门的使用方法和用途：使用方法：使用时需外接电阻和电源，电源取值一般为+5V，电阻取值应恰当。用途：可将多个OC门的输出端直接并联以实现“线与”。五、三态输出门电路（TS门）（约0.5学时）1、TS门的结构：三态输出门是在普通门电路的基础上附加控制电路而构成的。2、TS门的原理：以控制端高电平有效的TS门为例。EN=1时，三态门工作，Y=BAEN=0时，三态门的输出级的T4和T5同时截止，输出为高阻态。3、TS门的应用：基本应用是将多个TS门的输出端直接并联以实现“总线结构”，可以实现多路数据的分时传送，但要求任何时间只能使一个TS门工作。此外还可用TS门实现数据的双向传输。六、MOS