《数字逻辑与系统设计》课程教学大纲 一、课程基本信息(Basic Course Information) 课程代码：22110083 课程名称：数字逻辑与系统设计 英文名称：Digital Logic and System Design 课程类别：学科基础课 学时：48 学 分：3 适用对象：计算机科学与技术、人工智能等本科专业 考核方式：考试 先修课程：高等数学 二、课程简介(Brief Course Introduction) 本课程是高等学校本科计算机及其应用专业必修的一门重要的学科基础课程， 是研究数字电路的应用学科。为继续学习其它专业课程，如微机原理、微机接口与 技术、计算机组成原理等准备必要的基本知识。 本课程系统的介绍数字系统逻辑分析与设计的基本知识与理论、各种不同规模 的逻辑器件及其分析与设计的基本方法。内容包括基本知识，逻辑代数基础，集成 门电路与触发器，组合逻辑电路，同步和异步时序电路，大规模通用集成电路及应 用，可编程逻辑器件等。 This course is an important basic course required for undergraduate computer and its application majors in colleges and universities,and it is an applied discipline to study digital circuits.It is the necessary basic knowledge for continuing to study other professional courses,such as microcomputer principle,microcomputer interface and technology,computer composition principle,etc This course systematically introduces the basic knowledge and theory of digital system logic analysis and design,various logic devices of different scales and the basic methods of analysis and design.The content includes basic knowledge,logic algebra foundation,integrated gate circuits and flip-flops,combinational logic circuits, synchronous and asynchronous sequential circuits,large-scale general integrated circuits and applications,programmable logic devices,etc 三、课程性质与教学目的 本课程是一门计算机科学与技术专业的重要的学科基础课，该课程的主要目的 是使学生了解从对数字系统提出的要求开始，直至用集成电路实现所需逻辑功能为 止的完整过程，熟练掌握数字逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字计算机和其 他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。（思政融合：）了解我国数字电路的
《数字逻辑与系统设计》课程教学大纲 一、课程基本信息（Basic Course Information） 课程代码： 22110083 课程名称：数字逻辑与系统设计 英文名称： Digital Logic and System Design 课程类别：学科基础课 学 时： 48 学 分： 3 适用对象: 计算机科学与技术、人工智能等本科专业 考核方式： 考试 先修课程： 高等数学 二、课程简介(Brief Course Introduction) 本课程是高等学校本科计算机及其应用专业必修的一门重要的学科基础课程， 是研究数字电路的应用学科。为继续学习其它专业课程，如微机原理、微机接口与 技术、计算机组成原理等准备必要的基本知识。 本课程系统的介绍数字系统逻辑分析与设计的基本知识与理论、各种不同规模 的逻辑器件及其分析与设计的基本方法。内容包括基本知识，逻辑代数基础，集成 门电路与触发器，组合逻辑电路，同步和异步时序电路，大规模通用集成电路及应 用，可编程逻辑器件等。 This course is an important basic course required for undergraduate computer and its application majors in colleges and universities, and it is an applied discipline to study digital circuits. It is the necessary basic knowledge for continuing to study other professional courses, such as microcomputer principle, microcomputer interface and technology, computer composition principle, etc. This course systematically introduces the basic knowledge and theory of digital system logic analysis and design, various logic devices of different scales and the basic methods of analysis and design. The content includes basic knowledge, logic algebra foundation, integrated gate circuits and flip-flops, combinational logic circuits, synchronous and asynchronous sequential circuits, large-scale general integrated circuits and applications, programmable logic devices, etc. 三、课程性质与教学目的 本课程是一门计算机科学与技术专业的重要的学科基础课，该课程的主要目的 是使学生了解从对数字系统提出的要求开始，直至用集成电路实现所需逻辑功能为 止的完整过程，熟练掌握数字逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字计算机和其 他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。（思政融合：）了解我国数字电路的
发展历程和现有水平，知悉在党的领导下，我国在数字电路和芯片技术研究发展上 取得的成绩。鼓励学生奋发图强，为我国的高科技发展贡献自己的力量，让国家的 芯片技术早日达到世界领先水平。 四、教学内容及要求 第一章逻辑代数基础 (一)目的与要求 1.教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生弄懂 逻辑代数的基本原理，掌握有关公式用法，掌握逻辑函数化简的方 法，能够熟练进行逻辑函数的化简及不同形式间的转换，理解并学 握逻辑函数的不同表现形式。让学生弄懂数字电路中数的概念和逻 辑代数的化简方法。 2.教学要求：结合例题演示，充分讲解逻辑代数的概念和特点，区分 逻辑代数与普通代数的不同，通过讲解各种公式使学生理解其原理 并掌握应用方法，通过讲解例题和布置习题练习使学生掌握逻辑函 数的化简，理解并掌握逻辑函数的不同表示形式以及不同形式之间 的转换方法」 (二)教学内容 前言：（思政融合：）介绍我国半导体技术的发展历程和现有水平，歌颂 在党的领导下，我国在半导体及芯片研究发展上取得的成绩。 第一节概述 1.主要内容：逻辑代数的概念 2.基本概念和知识点：逻辑代数的变量取值范围(0,1) 3.问题与应用（能力要求）：理解逻辑代数的抽象性及应用 第二节逻辑代数中的常用运算 1.主要内容：基本运算（与、或、非）：组合运算（与非、或非、与或 非、同或、异或)：及其逻辑表达式、真值表、逻辑符号三种不同表 达形式。 2.基本概念和知识点：与、或、非、与非、或非、与或非、同或、异 3.问题与应用（能力要求）：熟悉各个逻辑运算的关系及其表示方法： 第三节逻辑代数中的基本定律和常用公式 1.主要内容：逻辑代数中的基本定律和常用公式，逻辑代数的三个基 本规则以及应用。 2.基本概念和知识点：分配律、摩根律、代入规则、反演规则、对偶 规则
发展历程和现有水平，知悉在党的领导下，我国在数字电路和芯片技术研究发展上 取得的成绩。鼓励学生奋发图强，为我国的高科技发展贡献自己的力量，让国家的 芯片技术早日达到世界领先水平。 四、教学内容及要求 第一章 逻辑代数基础 （一）目的与要求 1．教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生弄懂 逻辑代数的基本原理，掌握有关公式用法，掌握逻辑函数化简的方 法，能够熟练进行逻辑函数的化简及不同形式间的转换，理解并掌 握逻辑函数的不同表现形式。让学生弄懂数字电路中数的概念和逻 辑代数的化简方法。 2．教学要求：结合例题演示，充分讲解逻辑代数的概念和特点，区分 逻辑代数与普通代数的不同，通过讲解各种公式使学生理解其原理 并掌握应用方法，通过讲解例题和布置习题练习使学生掌握逻辑函 数的化简，理解并掌握逻辑函数的不同表示形式以及不同形式之间 的转换方法。 （二）教学内容 前言：（思政融合：）介绍我国半导体技术的发展历程和现有水平，歌颂 在党的领导下，我国在半导体及芯片研究发展上取得的成绩。 第一节 概述 1．主要内容：逻辑代数的概念 2．基本概念和知识点：逻辑代数的变量取值范围（0，1） 3．问题与应用（能力要求）：理解逻辑代数的抽象性及应用 第二节 逻辑代数中的常用运算 1．主要内容：基本运算（与、或、非）；组合运算（与非、或非、与或 非、同或、异或）；及其逻辑表达式、真值表、逻辑符号三种不同表 达形式。 2．基本概念和知识点：与、或、非、与非、或非、与或非、同或、异 或 3．问题与应用（能力要求）：熟悉各个逻辑运算的关系及其表示方法； 第三节 逻辑代数中的基本定律和常用公式 1．主要内容：逻辑代数中的基本定律和常用公式，逻辑代数的三个基 本规则以及应用。 2．基本概念和知识点：分配律、摩根律、代入规则、反演规则、对偶 规则
3.问题与应用（能力要求）：熟悉逻辑代数中的各种基本定律和常用公 式以及基本规则。尤其要注意逻辑代数与一般代数的不同之处。如： 分配律和摩根律。 第四节逻辑代数及其表示方法 1,主要内容：理解并掌握逻辑函数的不同表示方法，理解个不同应用 领域，并掌握其相互的转换技能。 2.基本概念和知识点：真值表、逻辑函数式、逻辑图、最大项、最小 项。 3.问题与应用（能力要求）：掌握以逻辑函数式为基础的逻辑函数的各 种表示方法，掌握逻辑函数的最大项、最小项的定义和性质。 第五节逻辑代数的公式法化简 1.主要内容：最简表达式的标准，一般公式化化简的各种方法，逻辑 函数的常见表达形式及相互转换方法。 2.基本概念和知识点：与或表达式、并项法、吸收法、消去法、配项 法。 3.问题与应用（能力要求）：理解最简表达式的标准，在熟悉逻辑代数 中的基本定律和常用公式以及基本规则的基础上，掌握一般公式化 化简的各种方法，熟悉常见表达形式的转换方法。 第六节逻辑代数的卡诺图化简法 1.主要内容：卡诺图的概念、卡诺图表示逻辑函数、用卡诺图化简逻 辑函数、用卡诺图化简具有无关项的逻辑函数。 2.基本概念和知识点：卡诺图、卡诺图化简逻辑函数法、无关项 3.问题与应用（能力要求）：理解卡诺图概念、能够熟练应用卡诺图化 简四个及以下变量的函数，掌握含有无关项的逻辑函数的化简方法。 也能 (三)思考与实践： 1.实验：基本门电路逻辑功能及组合测试： 2.课后习题. (四)教学方法与手段：课程讲授：习题课：实验： 第二章集成逻辑门电路 (一)目的与要求 1.教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生理解 集成门电路工作的基本原理及输入输出关系，对简单类似的门电路 具备一定的分析能力。了解一些相关的器件申气特性参数和相关知 识。（思政融合：）我们日常生活的各种电器都是由很多个电子元器
3．问题与应用（能力要求）：熟悉逻辑代数中的各种基本定律和常用公 式以及基本规则。尤其要注意逻辑代数与一般代数的不同之处。如： 分配律和摩根律。 第四节 逻辑代数及其表示方法 1．主要内容：理解并掌握逻辑函数的不同表示方法，理解个不同应用 领域，并掌握其相互的转换技能。 2．基本概念和知识点：真值表、逻辑函数式、逻辑图、最大项、最小 项。 3．问题与应用（能力要求）：掌握以逻辑函数式为基础的逻辑函数的各 种表示方法，掌握逻辑函数的最大项、最小项的定义和性质。 第五节 逻辑代数的公式法化简 1．主要内容：最简表达式的标准，一般公式化化简的各种方法，逻辑 函数的常见表达形式及相互转换方法。 2．基本概念和知识点：与或表达式、并项法、吸收法、消去法、配项 法。 3．问题与应用（能力要求）：理解最简表达式的标准，在熟悉逻辑代数 中的基本定律和常用公式以及基本规则的基础上，掌握一般公式化 化简的各种方法，熟悉常见表达形式的转换方法。 第六节 逻辑代数的卡诺图化简法 1．主要内容：卡诺图的概念、卡诺图表示逻辑函数、用卡诺图化简逻 辑函数、用卡诺图化简具有无关项的逻辑函数。 2．基本概念和知识点：卡诺图、卡诺图化简逻辑函数法、无关项。 3．问题与应用（能力要求）：理解卡诺图概念、能够熟练应用卡诺图化 简四个及以下变量的函数，掌握含有无关项的逻辑函数的化简方法。 也能 （三）思考与实践： 1．实验：基本门电路逻辑功能及组合测试； 2．课后习题. （四）教学方法与手段：课程讲授；习题课；实验； 第二章 集成逻辑门电路 （一）目的与要求 1．教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生理解 集成门电路工作的基本原理及输入输出关系，对简单类似的门电路 具备一定的分析能力。了解一些相关的器件电气特性参数和相关知 识。（思政融合：）我们日常生活的各种电器都是由很多个电子元器
件组成的，虽然复杂，但是每一个元件都是必不可少的，对整体都 是有贡献的，一个元件损坏或者不工作，整个电路系统就可能瘫痪。 就像我们每个公民，都应该对国家的发展做出贡献，国家的发展离 不开每个人的付出。天下兴亡，匹夫有责，每个同学都应该有使命 感，有责任，有担当。 2.教学要求：详细讲解门电路的工作原理，帮助学生掌握分析方法， 结合实验使学生能够对集成门电路具备简单的分析和应用能力。通 过讲解例题和布置习题练习使学生巩固所学知识。 (二)教学内容 第一节概述 1.主要内容：逻辑门电路及其种类和不同特点：数字电路高低电位工 业标准：数字逻辑与电路电平的对应关系。 2.基本概念和知识点：TTL门电路：CMOS门电路：正逻辑、负逻辑 3.问题与应用（能力要求）能正确理解数字电路与数字逻辑的对应关 系。 第二节基本逻辑门电路 1.主要内容：二极管开关特性，包括静态开关特性和动态开关特性： 三极管的开关特性，包括静态开关特性、动态开关特性和抗饱和三 极管：MOS管的开关特性，包括静态开关特性和动态开关特性：分离 元件门电路，包括二极管与门电路、二极管或门电路、非门电路以 及组合逻辑门电路，包括与非门电路、或非门电路。 2.基本概念和知识点：二极管开关条件，导通与截止的特点：三极管 的开关特性，导通时间、反向恢复时间：MOS管的开关特性：静态开 关特性和动态开关特性：分离元件门电路。 3.问题与应用（能力要求）理解掌握二极管开关特性，包括静态开关 特性和动态开关特性；三极管的开关特性，包括静态开关特性、动 态开关特性：并能进一步独立分析简单的分离元件门电路。 第三节TTL集成逻辑门电路 1.主要内容：TTL与非门的工作原理：TTL与非门电气特性：其它功能 的TTL门电路：其它系列的TTL门电路：TTL数字集成电路系列：其 它双极型集成逻辑门电路的特点：TTL集成逻辑门电路的使用注意事 项。 2.基本概念和知识点：TTL与非门的工作原理：TTL与非门电气特性： 其它双极型集成逻辑门电路的特点：TTL集成逻辑门电路的使用注意 事项。 3.问题与应用（能力要求）：掌握TTL与非门的工作原理：熟悉TTL与
件组成的，虽然复杂，但是每一个元件都是必不可少的，对整体都 是有贡献的，一个元件损坏或者不工作，整个电路系统就可能瘫痪。 就像我们每个公民，都应该对国家的发展做出贡献，国家的发展离 不开每个人的付出。天下兴亡，匹夫有责，每个同学都应该有使命 感，有责任，有担当。 2．教学要求：详细讲解门电路的工作原理，帮助学生掌握分析方法， 结合实验使学生能够对集成门电路具备简单的分析和应用能力。通 过讲解例题和布置习题练习使学生巩固所学知识。 （二）教学内容 第一节 概述 1．主要内容：逻辑门电路及其种类和不同特点；数字电路高低电位工 业标准；数字逻辑与电路电平的对应关系。 2．基本概念和知识点：TTL 门电路；CMOS 门电路；正逻辑、负逻辑。 3．问题与应用（能力要求）能正确理解数字电路与数字逻辑的对应关 系。 第二节 基本逻辑门电路 1．主要内容：二极管开关特性，包括静态开关特性和动态开关特性； 三极管的开关特性，包括静态开关特性、动态开关特性和抗饱和三 极管；MOS 管的开关特性，包括静态开关特性和动态开关特性；分离 元件门电路，包括二极管与门电路、二极管或门电路、非门电路以 及组合逻辑门电路，包括与非门电路、或非门电路。 2．基本概念和知识点：二极管开关条件，导通与截止的特点；三极管 的开关特性，导通时间、反向恢复时间；MOS 管的开关特性；静态开 关特性和动态开关特性；分离元件门电路。 3．问题与应用（能力要求）理解掌握二极管开关特性，包括静态开关 特性和动态开关特性；三极管的开关特性，包括静态开关特性、动 态开关特性；并能进一步独立分析简单的分离元件门电路。 第三节 TTL 集成逻辑门电路 1．主要内容：TTL 与非门的工作原理；TTL 与非门电气特性；其它功能 的 TTL 门电路；其它系列的 TTL 门电路；TTL 数字集成电路系列；其 它双极型集成逻辑门电路的特点；TTL 集成逻辑门电路的使用注意事 项。 2．基本概念和知识点：TTL 与非门的工作原理；TTL 与非门电气特性； 其它双极型集成逻辑门电路的特点；TTL 集成逻辑门电路的使用注意 事项。 3．问题与应用（能力要求）：掌握 TTL 与非门的工作原理；熟悉 TTL 与
非门电气特性：理解其它功能的TTL门电路：了解其它系列的TTL 门电路和TTL数字集成电路系列：初步了解其它双极型集成逻辑门 电路的特点：简单了解TTL集成逻辑门电路的使用注意事项。 第四节CMOS集成逻辑门电路 1.主要内容：CMOS反相器：其它功能的CMOS电路：高速CMOS门电路： CMOS数字集成电路的系列：CMOS集成逻辑门电路的使用注意事项。 2.基本概今和知只点：C0S反相器：其它功能的CM0S申路：CM0S集 成罗祖门电路的使用注意事项。 3.问题与应用（能力要求）：理解掌握COS反相器：熟悉和理解其它 功能的CMOS电路：了解高速CMOS门电路和CMOS数字集成电路的系 列：熟悉CMOS集成逻辑门电路的使用注意事项。 第五节TTL电路与CMOS电路的接口 1.主要内容：TTL电路驱动CMOS电路；TTL电路驱动74HCT系列高速 CMOS电路：CMOS电路驱动TTL电路。 2.基本概念和知识点：驱动门；负载门：TTL电路驱动CMOS电路；TTL 电路驱动74HCT系列高速CMOS电路：CMOS电路驱动TTL电路。 3.问题与应用（能力要求）：理解驱动门和负载门：了解TTL电路驱动 CMOS电路：了解TTL电路驱动74HCT系列高速CMOS电路；了解CMOS 电路驱动TTL电路。 (三)思考与实践： 1.实验：模拟密码锁电路： 2果后习顿 (四)教学方法与手段：课程讲授：习题课：实验： 第三章组合逻辑电路 (一)目的与要求 1.教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生弄懂 各种组合逻辑电路的特点及表达式的列写。掌握组合逻辑电路的分 析和设计方法，并能应用于解决一些简单的实际问题。 2.教学要求：详细讲解各种组合逻辑电路的工作原理，帮助学生掌握 分析方法，使学生能够掌握各种组合逻辑电路的原理及应用特点： 理解各种组合逻辑电路的输入、输出表达式的列写：学会一些简单 的应用。理解组合逻辑电路中的竞争冒险。了解一些相关的电气特 性，以及测试方法。 (二)教学内容 第一节概述
非门电气特性；理解其它功能的 TTL 门电路；了解其它系列的 TTL 门电路和 TTL 数字集成电路系列；初步了解其它双极型集成逻辑门 电路的特点；简单了解 TTL 集成逻辑门电路的使用注意事项。 第四节 CMOS 集成逻辑门电路 1．主要内容：CMOS 反相器；其它功能的 CMOS 电路；高速 CMOS 门电路； CMOS 数字集成电路的系列；CMOS 集成逻辑门电路的使用注意事项。 2．基本概念和知识点：CMOS 反相器；其它功能的 CMOS 电路； CMOS 集 成逻辑门电路的使用注意事项。 3．问题与应用（能力要求）：理解掌握 CMOS 反相器；熟悉和理解其它 功能的 CMOS 电路；了解高速 CMOS 门电路和 CMOS 数字集成电路的系 列；熟悉 CMOS 集成逻辑门电路的使用注意事项。 第五节 TTL 电路与 CMOS 电路的接口 1．主要内容：TTL 电路驱动 CMOS 电路；TTL 电路驱动 74HCT 系列高速 CMOS 电路；CMOS 电路驱动 TTL 电路。 2．基本概念和知识点：驱动门；负载门；TTL 电路驱动 CMOS 电路；TTL 电路驱动 74HCT 系列高速 CMOS 电路；CMOS 电路驱动 TTL 电路。 3．问题与应用（能力要求）：理解驱动门和负载门；了解 TTL 电路驱动 CMOS 电路；了解 TTL 电路驱动 74HCT 系列高速 CMOS 电路；了解 CMOS 电路驱动 TTL 电路。 （三）思考与实践： 1．实验：模拟密码锁电路； 2．课后习题. （四）教学方法与手段：课程讲授；习题课；实验； 第三章 组合逻辑电路 （一）目的与要求 1．教学目的：本章的教学目的在于通过本章课程的学习，使学生弄懂 各种组合逻辑电路的特点及表达式的列写。掌握组合逻辑电路的分 析和设计方法，并能应用于解决一些简单的实际问题。 2．教学要求：详细讲解各种组合逻辑电路的工作原理，帮助学生掌握 分析方法，使学生能够掌握各种组合逻辑电路的原理及应用特点； 理解各种组合逻辑电路的输入、输出表达式的列写；学会一些简单 的应用。理解组合逻辑电路中的竞争冒险。了解一些相关的电气特 性，以及测试方法。 （二）教学内容 第一节 概述