数字电子技术B

数字电子技术B课程负责人：钱伟康开课部门：光电信息与计算机编写时间：2009年9月课程代码18000672学分4总学时64理论学时64实验(实践)学时0上机学时课程英文名称DigitalElectronicsTechnologyB课程性质□通识课程■学科基础□专业课程面向对象自动化、电气工程及自动化、电子信息科学与技术、生物医学工程、光信息科学与技术、电子信息工程、医学影像工程、测控技术与仪器、通信工程前修课程或要求本课程的前修课程是电路、高等数学、大学物理和模拟电子技术部分一、课程内容简介数字电子技术B课程作为微电子学科的一个分支专为高等工科学校本科相关电专业开设的一门专业电子技术基础课程。本课程主要介绍基本的数字电路设计及其应用。数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系，二值性和记忆性是数字电路的主要特征，大致分为信号的产生、整形、传送、控制、记忆，计数及逻辑运算等部分。课程主要内容包括:布尔代数和组合电路的化简方法、基本门电路特征介绍和组合逻辑电路的分析与设计、时序逻辑电路的设计综合和脉冲信号的产生等。进入上世纪90年代后期，随着大规模集成电路的不断涌现，尤其是大规模的可编程集成电路芯片CPLD/FPGA的推出及可编程技术PLD的应用使数字电子技术正日益发展成为一门应用型学科。因此本课程在可编程逻辑器件设计技术及硬件描述语言HDL适当加以补充使硬件的构造与软件设计技术得到有机的融合。二、教学目标本课程的目标是：学生通过获得数字电子技术方面的基本理论知识和基本应用技能的训练，能初步具备数字电路设计分析与综合应用能力，为培养高素质的微电子学应用性人才和今后能从事与本专业有关的工程技术等工作打下一定的基础。三、教学方式以课堂教学为主，结合平时课堂练习。实践环节独立设课。四、学时分配教学内容讲课实验(实践)上机其它小计一第一章数字逻辑概论（包括绪论）88二第二章逻辑代数与硬件描述语言基础88三第三章逻辑门电路44四第四章组合逻辑电路1212五第五章锁存器和触发器44六第六章时序逻辑电路1212七第七章存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列44八第八章脉冲波形的变换与产生44九第九章数模与模数转换器44十复习与机动44合计6464五、教学内容与要求理论教学第一章数字逻辑概论（包括绪论）第一节模拟信号与数字信号1了解数字电路发展的简单历史过程和数字电路研究对象；2熟悉数字信号及波形分类。第二节数制1掌握数字电路所涉及的计数制与转换。第三节二进制数的算术运算1掌握带符号和不带符号的二进制数的算术运算。第四节二进制代码1了解和掌握BCD码、格雷码及ASCII码。第五节二值逻辑变量与基本逻辑运算1熟悉基本逻辑运算和掌握复合逻辑运算。第六节逻辑函数及其表示方法1初步学会逻辑函数的建立方法。第二章逻辑代数与硬件描述语言基础第一节逻辑代数1掌握逻辑代数的基本公式和常用公式；2熟悉逻辑代数运算定律；3了解逻辑代数运算的几个基本规则；4熟悉用逻辑代数的运算法则化简逻辑函数。第二节逻辑函数的卡诺图化简法1了解逻辑函数最小项的概念及表达方法；2重点掌握用卡诺图（K-MAP）化简逻辑函数。第三节硬件描述语言VHDL基础（补充）1了解HDL语言的结构；2了解HDL语言的变量、数据类型及运算操作；3了解HDL语言表达逻辑函数的方式。第三章逻辑门电路第一节MOS门电路1掌握MOS门电路的基本开关特征；2了解CMOS反相器、与非门、或非门和传输门的基本原理；3熟悉MOS门电路的传输特性。第二节TTL集成逻辑门电路1了解半导体二极管和三极管的开关特性；2掌握用分立元件构成的基本逻辑门电路原理；3了解TTL集成门电路的组成；4掌握OC门及三态门的结构；5熟悉OC门及三态门的应用。*第三节射极耦合逻辑门电路*第四节砷化镓逻辑门电路第五节逻辑描述中的几个问题1了解和掌握正负逻辑问题；2了解基本逻辑门电路的等效符号及其应用。第六节逻辑门电路使用中的几个实际问题1了解各种门电路之间以及带负载的接口特性。第四章组合逻辑电路第一节组合逻辑电路的分析1了解组合逻辑电路的基本概念；2掌握组合逻辑电路的分析思路；3熟悉几个典型电路的分析方法；4掌握组合逻辑电路的设计的基本步骤和方法；5熟悉组合逻辑电路设计的几个典型例子。第二节组合逻辑电路的设计1掌握组合逻辑电路的设计的基本步骤和方法；2熟悉组合逻辑电路设计的几个典型例子。第三节组合逻辑电路的竞争与冒险1了解组合电路中产生竞争与冒险的机理；2掌握消除竞争与冒险的基本方法。第四节若干典型的组合逻辑集成电路1了解编码器的结构原理及设计方法；2掌握集成电路优先编码器74LS148的应用；3了解译码器的结构原理及设计方法；4掌握集成电路3-8译码器74LS138及其应用；5了解7段数码显示器的结构包括LED和LCD;6了解数据选择器的组成及工作原理；7掌握集成电路8选一和双4选一电路构成及设计方法；8熟悉用双4选一74153电路应用于全加器的设计；9了解数据选择器的组成及工作原理；10掌握2位二进制数值比较器的设计方法；11熟悉用4位比较器构成多位比较电路的链接方法；12掌握基本算术运算单元电路半加器和全加器的设计原理；13熟悉N位串行加法器的构成；14了解应用加法器构成减法运算的设计方法。第五节组合可编程逻辑器件1了解PLD的结构、表示方法及分类；2学会用用PLD实现简单组合电路。第六节用VHDL描述组合逻辑电路（补充）1掌握HDL语言的简单编程方法；2熟悉几个HDL语言编程实例。第五章锁存器和触发器第一节双稳态存储单元电路1了解双稳态电路的基本概念；2熟悉双稳态存储单元电路。第二节锁存器1了解锁存器的基本概念及与一般组合电路的区别；2掌握基本R-S触发器、同步R-S触发器及D锁存器的电路结构；3熟悉基本R-S触发器的分析方法。第三节触发器的电路结构和工作原理1了解和掌握主从触发器、维持阻塞（边沿）触发器的工作原理；2了解触发器的动态特性。第四节触发器的逻辑功能1了解主从型J、K触发器和边沿型触发器D的原理和基本电路构成；2掌握作为时序电路的触发器状态表分析、状态图分析法；3熟悉区分电平型和边沿型触发器的特点及应用；4了解触发器逻辑功能转换的基本概念；5掌握D触发器和JK触发器的逻辑功能的相互转换；6熟悉T触发器和T’触发器的原理。第六章时序逻辑电路第一节时序逻辑电路的基本概念了解时序电路的分类包括同步米里型、摩尔型电路及异步时序电路；2掌握同步和异步时序电路的描述方式。第二节同步时序逻辑电路的分析1掌握同步时序逻辑电路的分析步骤；2熟悉同步时序电路的状态图；3同步时序逻辑电路分析举例。第三节同步时序逻辑电路的设计1了解和掌握同步时序逻辑电路的设计步骤及综合（设计）方法；2掌握用状态图综合设计同步时序电路，包括输出方程、特性方程及驱动方程；3熟悉同步时序电路的典型应用序列检验器的设计。第四节异步时序逻辑电路的分析1了解异步时序逻辑电路的结构及分析方法。第五节若干典型的时序逻辑集成电路了解同步二进制计数器的基本概念；熟悉同步二进制及任意进制计数器电路的构造及基本设计方法；3了解异步二进制及任意进制计数器的设计方法；4掌握用集成计数器构成任意进制计数器的设计步骤；5了解同步并行和串行寄存器的工作原理；6掌握各种移位寄存器的设计方法，包括左右、循环移位及扭环型移位计数器等。第六节用VHDL描述时序逻辑电路（补充知识可选）1了解时序逻辑电路HDL语言描述方法；了解用HDL语言表达序列检验器。第七节时序可编程逻辑器件1了解时序可编程逻辑器件中的宏单元；2了解通用阵列逻辑GAL。第七章存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列第一节半导体存储器RAM、ROM了解半导体只读存储器ROM的基本结构。2ROM应用举例。第二节随机存取存储器1了解静态随机存取存储器的基本结构及原理；2了解动态随机存取存储器的组成原理。第三节复杂可编程逻辑器件1了解当前可编程逻辑技术的发展方向，补充相关知识；了解CPLD的结构原理及应用。第四节现场可编程门阵列1以XilinxFPGA为例，了解FPGA的典型结构及应用；简单介绍FPFA的开发平台XilinxISE环境及FPGA的编程。第八章脉冲波形的变换与产生第一节集成555定时器原理掌握集成555定时器的工作原理及功能。第二节用555构成施密特触发器1了解用555构成施密特触发器电路；2掌握施密特触发器的应用包括构成整形电路、幅度鉴别等。第三节用555构成单稳态触发器了解555构成单稳态触发器的工作原理；2掌握构成单稳态触发器的参数计算；3熟悉几个单稳态触发器典型应用实例。第四节用555构成多谐振荡器了解555构成多谐振荡器的工作原理；2掌握构成多谐振荡器的参数计算；3熟悉用555构成占空比可调的方波发生器。第五节石英晶体振荡器了解用石英晶体构成高稳定度振荡器电路；2掌握用门电路合成石英晶体产生简单的时钟基准脉冲方法；了解双相时钟的石英晶体波形发生器的原理。第九章数模与模数转换器第一节D/A转换器了解D/A转换器的特性及基本概念；了解倒T型电阻网络D/A转换器的基本原理。第二节A/D转换器1了解A/D转换器的特性及基本概念；2掌握A/D转换器的电路分类；3了解逐次比较型A/D转换器和双积分A／D转换器的基本原理。六、考核与成绩评定考试课程：120分钟闭卷考试成绩评定：书面考核70%，平时成绩占总分30%。七、教材及参考资料1、指定用书[1]《电子技术基础——数字部分》第五版，康华光主编，高等教育出版社，2006年1月[2]《数字逻辑设计（VHDL）基础》（英文版）StephenBrown,机械工业出版社，2002年5月2、参考书[1]《数字电子技术基础》第五版，清华大学阎石主编，高等教育出版社，2006年5月[2]《电子技术基础——数字部分学练考》，何光明主编，清华大学出版社，2004年6月3、实验/上机指导书实验为独立设课4、其它电子教案及课程资料可在数字电子技术B课程网站浏览与下载。