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《数字电路逻辑设计》课程教学标准

《数字电路逻辑设计》是电子信息工程、通信工程和网络工程专业的主要技术基础理论课,是这些专业的主干课程,在电子信息工程和通信工程专业课程体系中具有重要的地位。

本课程的目标是使学生掌握数字逻辑电路的基本工作原理、基本分析方法和基本应用技能,使学生能够分析、设计由各种逻辑门电路、数字集成电路构成的基 本电路,并初步具备根据实际要求应用这些单元电路构成简单数字电子系统的能力,为专业课程如《单片机原理与应用》和《EDA技术》等的学习奠定扎实的基 础。对于电子信息工程专业,要结合已学习过的《电路分析基础》和《模拟电子线路》等进行课程之间的联系构建综合的电子系统设计概念。作为本课程的重要补 充,同时开展《课程设计(电子技术)》课程,使学生动手实践,培养电子系统设计与实际制作能力。本课程的另外一个重要目标是使电子信息工程和通信专业树立 工程概念,课程讲授过程中强调知识的应用性,提供详实的应用实例。通过电子系统的设计、制作、调试等,培养学生的初步工程能力。

本课程拟采用高等教育出版社2006年1月出版的、由康华光教授主编的(面向21世纪课程教材)《电子技术基础 数字部分 (第五版)》一书,作为本课程的主教材,也可使用其后续版本作为主教材。

第一章是本课程的预备知识,目标是用来帮助学生建立数字电路的基本概念。内容为介绍模拟信号与数字信号、数字逻辑的基本概念、数字电路的特点、分析 方法及其测试技术、数制与码制、数字逻辑基本运算。学生在学完本章后,应当能够掌握数字信号的特点、数字波形(脉冲波形)的画法,理解反映脉冲波形特性的 技术参数如脉冲重复率PRR、脉冲宽度、占空比的含义,掌握反映实际数字系统的数字波形特性的技术参数-上升时间、下降时间的定义和物理意义,进而理解比 特率的定义以及其所反映的传输速度受硬件输出高低电平切换速度限制的物理意义。建立时序图概念,了解时序图是反映数字电路功能的基本工具之一。建立模数转 换的基本概念和物理意义。掌握数制间的转换,理解二进制是数字电路能直接表示的进制,是一切数字信号处理的数学基础,掌握二进制码的概念及二进制码建立的 物理意义,了解常用的二进制编码如8421BCD码、2421BCD码、余3BCD码、格雷码和ASCII码。建立基本逻辑运算的概念,掌握逻辑运算的逻 辑符号,了解逻辑问题的一般描述方法。

重点:上升时间和下降时间概念及物理意义、数码概念、基本逻辑运算、逻辑符号。

介绍组合逻辑电路的分析工具—逻辑代数、卡诺图,要求介绍逻辑代数划简,逻辑表达式的几种标准格式及其相互转换,卡诺图的构成和用卡诺图划简逻辑函数的方法,学生在学完本章后,应当能够灵活应用逻辑代数和卡诺图进行逻辑函数划简

逻辑门电路为组成数字电路的基本电路。目标是帮助学生建立对器件电气特性的理解,使学生懂得各种元器件连接所要考虑的电气指标。要求通过介绍开关器 件的开关特性,了解各种门电路的内部构造和工作原理,通过对内部电路的一般性介绍推导出门电路外部特性指标建立方法或依据,重点介绍基本门电路的外部特性 及应用方法,注意介绍常用器件系列的识别及其外部特性参数比较,用产品实例讲解工程设计过程中如何查找器件参数和如何应用器件参数。 学生在学完本章后,应当了解二极管的开关特性、BJT的开关特性,知道如何用二极管和三极管构造基本逻辑门电路,并明白这种基本门电路的缺点是带负载能力 弱和输出电平切换速度低(对应第一章的知识点—上升时间、下降时间长),了解TTL电路能够解决基本逻辑门电路的缺点,TTL电路的内部构造、工作原理和 传输特性,并掌握理论:TTL门电路的外特性指标如输入高电平、输出高电平、输入低电平、输出低电平的定义是建立在TTL门电路的传输特性基础上并考虑到 同类器件的直接互联性且具有一定的抗电气干扰能力(即噪声容限)而得出的。掌握灌电流和拉电流的含义,知道TTL器件在输入高电平和输入低电平时输入电流 的方向分别为流入器件和流出器件,在外部条件允许时,输出高电平和输出低电平时的输出电流的方向分别为流出器件和流入器件。掌握扇出数的计算方法,同类或 异类器件连接时电平匹配和电流匹配方法。了解器件常用技术参数如传输延迟时间、功耗、延时-功耗积的意义及对电路设计的影响。了解OC门诞生的客观要求, 掌握OC门的应用方法,上拉电阻的计算方法及在上下限范围内的取值考虑。掌握三态门的概念和应用方法,对三态门高阻态的正确理解及片选端的作用。了解 TTL电路、STTL电路、LSTTL电路和ALSTTL电路的功耗和速度关系。了解CMOS门电路的内部结构和工作原理,掌握CMOS门电路的传输特性 和外部特性,能对TTL门电路和CMOS门电路的技术参数进行比较。了解传输门、NMOS门和BiCMOS门电路。对元器件外部封装种类有基本了解。

重点:逻辑门电路的外部特性和应用方法、不同种类器件的连接方法。

第五章介绍构成时序逻辑电路的基本单元即触发器,目标是使学生了解触发器的电路结构、触发方式、逻辑功能以及描述触发器功能的几种工具如逻辑符号、 功能表、特性方程和状态转换图,理解各种触发方式的触发器的脉冲工作特性,掌握应用触发器时信号的加入方式。要求学生掌握基本RS触发器的构造及功能,特 别要注意对输出不定状态的准确理解,了解同步RS触发器的组成和其与基本RS触发器的关系,理解同步触发器可以使电路中不同触发器输入变化时刻虽不同但输 出翻转时刻却相同,进而了解主从RS触发器的电路构造,理解主从触发器解决了同步触发器具有的当时钟信号到来后输入信号的多次变化可能引起输出多次翻转的 问题。掌握主从式触发器的脉冲工作特性。掌握边沿触发器的工作原理,脉冲工作特性,与主从触发器的特性比较。熟记RS触发器、JK触发器、D触发器和T触 发器各自的功能、特性方程和逻辑符号辨识,了解主从RS触发器出现不定状态的条件,了解主从JK触发器发生一次翻转现象,理解边沿触发器比主从触发器抗干 扰能力强的道理。学生在学完本章后,应当对各种触发的功能作用及表示方法了如指掌。

课时计划是:对电子信息工程和通信工程专业每周4个学时,对网络工程专业每周3个学时,教师根据课时和专用要求适当调整部分教学内容。课程教学将采用课堂讲授与学生讨论相结合的方式。鉴于课程内容多电路图复杂而课时有限,本课程要求采用多媒体技术手段辅助教学。

本课程重视平时的复习与作业,每一章每次课都有作业,部分作业是教科书上没有的,也可以是无统一标准答案的开放性和研究性作业,主要是教师提出的与实际工程问题接近的练习,要求学生自行完成。班级人数较多时,批改一半作业,人数较少时,全部批改。

本课程的期末考试方式采用闭卷考试。考试设计主要在于考查学习者理解、掌握和应用电路知识的程度;考查学习者分析研究问题的能力;考查学习者查阅资料的能力和综合设计能力。考试设计基于教学内容,但又不局限于教学内容。

本课程总评成绩由卷面考试成绩和平时作业及讨论成绩加权计算,采用百分制。卷面考试成绩占总评成绩的60~70%,平时成绩占总评成绩的30~40%,期中考试根据需要进行设置,考虑到期中考试的座次排列和监考的把关较难,期中考试成绩只作为参考列入平时作业成绩。

为了更好地理解和学习课程内容,做到学而至用,要求学习者查找和阅读5~8个元器件资料(至少有2篇英文的)并作应用方案设计。并建议学习者可以进一步阅读以下几本重要的参考书: