《数字电子技术基础》教学大纲Digital Foundamentals总学时：63+9总学分：4.0639理论学时：实验学时：电气及其自动化、自动化、机课程代码：BB024323面向专业：电工程大纲执笔人：张传洋大纲审定人：侯加林一、大纲说明1.课程的性质、地位和任务本课程是电气类、电子信息类及自控类等专业在电子技术方面入门性质的专业基础课。电子技术课程是现代新兴技术如计算机技术、信息技术等的基础，是一门必修课。它具有自身的体系，是实践性很强的一门课程。本课程的任务是：使学生获得电子技术方面的基本理论知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后深入学习电子技术在专业中的应用及本学科前沿知识打下良好的基础。2.课程教学的基本要求本课程置安排在《电路原理》、《电工技术》、《模拟电子技术基础》等课程之后开课。课堂教学注意多采用多媒体等最新教学方法和手段，同时结合传统授课方式，力求使学生学习本课程之后，基本掌握电子技术简单应用知识，做到理论联系实际，能独立完成较简单的电子线路的设计与制作等。3.课程简介本课程的基本内容包括：数字逻辑概论，逻辑代数与硬件描述语言基础，逻辑门电路，组合逻辑电路，锁存器和触发器，时序逻辑电路，存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列，脉冲波形的变换与产生，数模与模数转换器，数字系统设计基础。4.课程教学改革由于本课程理论教学学时有限，加之内容繁多，图形复杂。因此应尽可能采用教学辅助手段，比如多媒体、幻灯片等。另外，如果教师备课更充分些，亦可采用课前给同学布置预习任务，课堂提问问题（师生相互提问）、解答问题的教学方法，以达到简单问题同学自行看书解决，疑、难、重点问题课堂共同解决的事半功倍的教学目的和效果。二、大纲内容理论部分：第一章数字逻辑概论（6学时）
《数字电子技术基础》教学大纲 Digital Foundamentals 总 学 时： 63＋9 总 学 分： 4.0 理 论 学 时 ： 63 实 验 学 时 ： 9 面 向 专 业 ： 电气及其自动化、自动化、机 电工程 课 程 代 码 ： BB024323 大纲执笔人： 张传洋 大纲审定人： 侯加林 一、大纲说明 1．课程的性质、地位和任务 本课程是电气类、电子信息类及自控类等专业在电子技术方面入门性质的专业基础课。 电子技术课程是现代新兴技术如计算机技术、信息技术等的基础，是一门必修课。它具有 自身的体系，是实践性很强的一门课程。本课程的任务是：使学生获得电子技术方面的基 本理论知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后深入学习电子技术 在专业中的应用及本学科前沿知识打下良好的基础。 2．课程教学的基本要求 本课程宜安排在《电路原理》、《电工技术》、《模拟电子技术基础》等课程之后开 课。课堂教学注意多采用多媒体等最新教学方法和手段，同时结合传统授课方式，力求使 学生学习本课程之后，基本掌握电子技术简单应用知识，做到理论联系实际，能独立完成 较简单的电子线路的设计与制作等。 3．课程简介 本课程的基本内容包括：数字逻辑概论，逻辑代数与硬件描述语言基础，逻辑门电路， 组合逻辑电路，锁存器和触发器，时序逻辑电路，存储器、复杂可编程器件和现场可编程 门阵列，脉冲波形的变换与产生，数模与模数转换器，数字系统设计基础。 4．课程教学改革 由于本课程理论教学学时有限，加之内容繁多，图形复杂。因此应尽可能采用教学辅 助手段，比如多媒体、幻灯片等。另外，如果教师备课更充分些，亦可采用课前给同学布 置预习任务，课堂提问问题（师生相互提问）、解答问题的教学方法，以达到简单问题同 学自行看书解决，疑、难、重点问题课堂共同解决的事半功倍的教学目的和效果。 二、大纲内容 理论部分： 第一章 数字逻辑概论（6 学时）
本章首先介绍数字技术的发展及应用、数字集成电路的分类及特点、模拟信号与数字信号以及数字信号的描述方法。然后讨论数制、二进制数的算术运算、二进制码和数字逻辑的基本运算。1.1数学电路与数字信号1.2数制1.3二进制数的算术逻辑运算1.4 二进制代码1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算1.6逻辑函数及其表示方法重点：是常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转换；常见的代码（如：8421码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换；三种基本的逻辑运算（如：与、或、非）。难点：是二进制数（包括正、负二进制数）的表示法和补码的运算。教学要求：是掌握常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转换；掌握常见的代码（如：8421码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换。了解二进制数（包括正、负二进制数）的表示和补码的运算。思考题：1.数字电路从整体上来看可分为几大类？2.为什么数字逻辑称为二值数字逻辑？3.为什么在计算机或数字系统中通常采用二进制数？3.说明反码和补码之间的关系？4.8421码为什么用的较普遍？5.什么叫与、或、非逻辑？试举几种相关实例，并列出3种逻辑运算的表送式？第二章逻辑代数与硬件描述语言基础（6学时）本章首先介绍分析和设计数字电路的数学工具一一逻辑代数，从逻辑变量、基本定律和定理、逻辑函数及其化简方法逐步加以讨论。然后介绍在数字电路仿真和设计中使用的一种硬件描述语言一一VerilogHDL的基础知识。2.1逻辑代数2.2逻辑函数的卡诺图化简法2.3硬件描述语言VerilogHDL基础重点：常见的复合逻辑运算（如：异或、同或）：逻辑代数的基本定理、基本规则和常见公式；逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函数的表示方法（如：真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、逻辑电路图）及其之间的相互转换；逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念。难点：是逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念；引入变量的卡诺图（VEM）；逻辑函数的Q-M化简
本章首先介绍数字技术的发展及应用、数字集成电路的分类及特点、模拟信号与数字 信号以及数字信号的描述方法。然后讨论数制、二进制数的算术运算、二进制码和数字逻 辑的基本运算。 1.1 数字电路与数字信号 1.2 数制 1.3 二进制数的算术逻辑运算 1.4 二进制代码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.6 逻辑函数及其表示方法 重 点：是常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互 转换；常见的代码（如：8421 码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换；三 种基本的逻辑运算（如：与、或、非）。 难 点：是二进制数（包括正、负二进制数）的表示法和补码的运算。 教学要求：是掌握常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的 相互转换；掌握常见的代码（如：8421 码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互 转换。了解二进制数（包括正、负二进制数）的表示和补码的运算。 思考题： 1. 数字电路从整体上来看可分为几大类？ 2. 为什么数字逻辑称为二值数字逻辑？ 3. 为什么在计算机或数字系统中通常采用二进制数？ 3. 说明反码和补码之间的关系？ 4. 8421 码为什么用的较普遍？ 5.什么叫与、或、非逻辑？试举几种相关实例，并列出 3 种逻辑运算的表达式？ 第二章 逻辑代数与硬件描述语言基础（6 学时） 本章首先介绍分析和设计数字电路的数学工具——逻辑代数，从逻辑变量、基本定律 和定理、逻辑函数及其化简方法逐步加以讨论。然后介绍在数字电路仿真和设计中使用的 一种硬件描述语言——Verilog HDL 的基础知识。 2.1 逻辑代数 2.2 逻辑函数的卡诺图化简法 2.3 硬件描述语言 Verilog HDL 基础 重 点：常见的复合逻辑运算（如：异或、同或）；逻辑代数的基本定理、基本规则 和常见公式；逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函数的表示方法（如： 真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、逻辑电路图）及其之间的相互转换；逻辑函数的卡诺 图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念。 难 点：是逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函数的卡诺图化简 （包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念；引入变量的卡诺图（VEM）； 逻辑函数的 Q-M 化简
教学要求：是掌握三种基本的逻辑运算（如：与、或、非）和常见的复合逻辑运算（如：异或、同或）；掌握逻辑代数的基本定理、基本规则和常见公式；掌握逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；掌握逻辑函数的表示方法（如：真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、逻辑电路图）及其之间的相互转换；掌握逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；掌握正逻辑和负逻辑的概念。了解最小项、最大项、约束项的概念及其在逻辑函数化简中的应用；了解引入变量的卡诺图（VEM）；了解逻辑函数的Q-M化简。思考题：1、什么是逻辑代数？写出二变量摩根定理表达式。2、什么是最小项？无关项？3、使用卡诺图化简逻辑函数的依据是什么？第三章逻辑门电路（8学时）本章分析了几种常用的逻辑门的内部结构和参数，着重分析它们的逻辑功能和外部特性。3.1MOS逻辑门电路3.2TTL逻辑门电路3.3射极耦合逻辑门电路3.4砷化镓逻辑门电路3.5逻辑描述中的几个问题3.6逻辑门电路使用中的几个实际问题3.7用VerilogHDL描述逻辑门电路重点：是晶体管的开关特性；基本逻辑门电路；TTL集成逻辑门电路（包括TTL反相器的工作原理，静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性，开关特性）；MOS门电路（包括CMOS反相器的工作原理及静态特性）。难点：是TTL集成逻辑门电路（包括TTL反相器的工作原理、传输特性、输入特性、输出特性、输入负载特性、动态特性，TTL与非门、或非门、与或非门、异或门及以及TTL门的改进系列，OC门、三态门以及OC门的负载电阻的计算）；和MOS门电路（包括CMOS反相器的静态特性，电压传输特性，电流传输特性，输入特性，输出特性，输入端噪声容限）。教学要求：是掌握晶体管的开关特性；掌握基本逻辑门电路组成和工作原理；掌握TTL反相器的工作原理，静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性，开关特性；掌握CMOS反相器的工作原理及静态特性。了解门电路的定义及分类方法；了解其它TTL门（与非门、或非门、异或门、三态门，OC门）的工作原理及TTL门的改进系列；了解OC门的负载电阻的计算：了解CMOS反相器的动态特性以及其他CMOS门（与非门、或非门等）的工作原理。思考题：1.CMOS逻辑门有哪些特点？影响CMOS电路开关速度的主要因素是什么？
教学要求：是掌握三种基本的逻辑运算（如：与、或、非）和常见的复合逻辑运算（如： 异或、同或）；掌握逻辑代数的基本定理、基本规则和常见公式；掌握逻辑函数的公式法 化简和逻辑等式的公式法证明；掌握逻辑函数的表示方法（如：真值表、逻辑函数表达式、 卡诺图、逻辑电路图）及其之间的相互转换；掌握逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意 项的卡诺图的化简）；掌握正逻辑和负逻辑的概念。了解最小项、最大项、约束项的概念 及其在逻辑函数化简中的应用；了解引入变量的卡诺图（VEM）；了解逻辑函数的 Q-M 化简。 思考题： 1、什么是逻辑代数？写出二变量摩根定理表达式。 2、什么是最小项？无关项？ 3、使用卡诺图化简逻辑函数的依据是什么？ 第三章 逻辑门电路（8 学时） 本章分析了几种常用的逻辑门的内部结构和参数， 着重分析它们的逻辑功能和外部特 性。 3.1 MOS 逻辑门电路 3.2 TTL 逻辑门电路 3.3 射极耦合逻辑门电路 3.4 砷化镓逻辑门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题 3.7 用 Verilog HDL 描述逻辑门电路 重 点：是晶体管的开关特性；基本逻辑门电路；TTL 集成逻辑门电路（包括 TTL 反 相器的工作原理，静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性，开关特性）；MOS 门 电路（包括 CMOS 反相器的工作原理及静态特性）。 难 点：是 TTL 集成逻辑门电路（包括 TTL 反相器的工作原理、传输特性、输入特 性、输出特性、输入负载特性、动态特性，TTL 与非门、或非门、与或非门、异或门及以 及 TTL 门的改进系列，OC 门、三态门以及 OC 门的负载电阻的计算）；和 MOS 门电路（包 括 CMOS 反相器的静态特性，电压传输特性，电流传输特性，输入特性，输出特性，输入 端噪声容限）。 教学要求：是掌握晶体管的开关特性；掌握基本逻辑门电路组成和工作原理；掌握 TTL 反相器的工作原理，静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性，开关特性；掌握 CMOS 反相器的工作原理及静态特性。了解门电路的定义及分类方法；了解其它 TTL 门（与 非门、或非门、异或门、三态门，OC 门）的工作原理及 TTL 门的改进系列；了解 OC 门 的负载电阻的计算；了解 CMOS 反相器的动态特性以及其他 CMOS 门（与非门、或非门 等）的工作原理。 思考题： 1.CMOS 逻辑门有哪些特点？影响 CMOS 电路开关速度的主要因素是什么？
2.TTL与非门和TTL反相器在电路结构上和功能上有何不同？3.为什么BiCMOS电路的开关速度比较快？4.列出正逻辑体系或非门和负逻辑体系与非门的真值表，并说明两者的等效关系。5.当CMOS和TTL两种电路相连时，两者间的电平和电流应满足什么条件？第四章组合逻辑电路（10学时）本章首先介绍组合逻辑电路的定义、分析和设计，并阐述竞争冒险产生的原因及消除方法。然后讨论典型的中规模集成组合逻辑电路及其基本应用。最后介绍组合逻辑电路的VerilogHDL描述以及用可编程器件PLD的实现。4.1组合逻辑电路的分析4.2组合逻辑电路的设计4.3组合逻辑电路中的竞争冒险4.4若于典型的组合逻辑集成电路4.5组合可编程逻辑器件4.6用VerilogHDL描述组合逻辑电路重点：是组合逻辑电路的定义：组合逻辑电路的分析和设计；常用组合逻辑电路（如：数据选择器、加法器、数值比较器、编码器、译码器）的基本概念、工作原理及功能；用MSI（如：用数据选择器、加法器、译码器）实现组合逻辑电路的设计。难点：是用MSI（如：用数据选择器、加法器、译码器）实现中、大规模集成电路的组合逻辑设计；组合逻辑电路的竞争-冒险。教学要求：是掌握组合逻辑电路的定义；掌握组合逻辑电路的分析和设计；掌握常用组合逻辑电路（如：数据选择器、加法器、数值比较器、编码器、译码器）的基本概念、工作原理及功能；掌握用MSI实现组合逻辑电路的设计。了解组合逻辑电路的竞争-冒险现象、产生原因及消除方法。思考题：1.列出分析组合逻辑电路的分析步骤。2.为什么说在组合逻辑电路设计中正确列出真值表是最关键的一步？3.列出三种消除组合逻辑电路竞争冒险的方法？4.什么是编码？什么是译码？什么是半加、全加？5.PLD编程器连接技术分哪几种？第五章锁存器和触发器（4学时）本童条论实现存储功能的两种逻辑单元电路，即锁存器和触发器。着重讨论它们的结构和工作原理，以及所实现的不同功能。此外，本章还讨论用VerilogHDL描述锁存器和触发器的方法。5.1双稳态存储单元电路5.2锁存器
2.TTL 与非门和 TTL 反相器在电路结构上和功能上有何不同？ 3.为什么 BiCMOS 电路的开关速度比较快？ 4.列出正逻辑体系或非门和负逻辑体系与非门的真值表，并说明两者的等效关系。 5.当 CMOS 和 TTL 两种电路相连时，两者间的电平和电流应满足什么条件？ 第四章 组合逻辑电路（10 学时） 本章首先介绍组合逻辑电路的定义、分析和设计，并阐述竞争冒险产生的原因及消除 方法。然后讨论典型的中规模集成组合逻辑电路及其基本应用。最后介绍组合逻辑电路的 Verilog HDL 描述以及用可编程器件 PLD 的实现。 4.1 组合逻辑电路的分析 4.2 组合逻辑电路的设计 4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险 4.4 若干典型的组合逻辑集成电路 4.5 组合可编程逻辑器件 4.6 用 Verilog HDL 描述组合逻辑电路 重 点：是组合逻辑电路的定义；组合逻辑电路的分析和设计；常用组合逻辑电路（如： 数据选择器、加法器、数值比较器、编码器、译码器）的基本概念、工作原理及功能；用 MSI（如：用数据选择器、加法器、译码器）实现组合逻辑电路的设计。 难 点：是用 MSI（如：用数据选择器、加法器、译码器）实现中、大规模集成电路 的组合逻辑设计；组合逻辑电路的竞争-冒险。 教学要求：是掌握组合逻辑电路的定义；掌握组合逻辑电路的分析和设计；掌握常用 组合逻辑电路（如：数据选择器、加法器、数值比较器、编码器、译码器）的基本概念、 工作原理及功能；掌握用 MSI 实现组合逻辑电路的设计。了解组合逻辑电路的竞争-冒险现 象、产生原因及消除方法。 思考题： 1.列出分析组合逻辑电路的分析步骤。 2.为什么说在组合逻辑电路设计中正确列出真值表是最关键的一步？ 3.列出三种消除组合逻辑电路竞争冒险的方法？ 4.什么是编码？什么是译码？什么是半加、全加？ 5.PLD 编程器连接技术分哪几种？ 第五章 锁存器和触发器（4 学时） 本章条论实现存储功能的两种逻辑单元电路，即锁存器和触发器。着重讨论它们的结 构和工作原理，以及所实现的不同功能。此外，本章还讨论用 Verilog HDL 描述锁存器和 触发器的方法。 5.1 双稳态存储单元电路 5.2 锁存器
5.3主从触发器5.4触发器的逻辑功能5.5用VerilogHDL描述锁存器和触发器重点：是几种常见触发器（如：基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器）的组成结构、工作原理和逻辑功能；触发器的功能表示（如：特性表、次态卡诺图、特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换；触发器的类型转换（包括公式法、图形法）。难点：是主从触发器、边沿触发器的组成结构和逻辑功能；触发器的功能表示（如：特性表、次态卡诺图、特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换：触发器的类型转换（包括公式法、图形法）。教学要求是掌握几种常见触发器（如：基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器）的组成结构和逻辑功能：掌握触发器的功能表示（如：特性表、次态卡诺图、特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换：掌握触发器的公式法类型转换和图形法类型转换。了解触发器的应用。思考题：1.逻辑门控和传输门控D锁存器在工作原理上有何不同？2.触发器有哪几种常见的电路结构？试归结它们的工作原理和动作特点？3.触发器的逻辑功能和电路结构之间有沙漠关系？4.怎样利用JK触发器实现D触发器、T触发器、T触发器？第六章时序逻辑电路（14学时）本章首先介绍时序逻辑电路的基本概念，然后重点讨论这种电路的分析和设计方法以及逻辑设计中常见的典型集成电路，最后通过实例简要介绍VerilogHDL描述时序电路的方法以及时序可编程器件。6.1时序逻辑电路的基本概念6.2同步时序逻辑电路的分析6.3同步时序逻辑电路的设计6.4异步时序逻辑电路的设计6.5若干典型的时序逻辑电路6.6用VerilogHDL描述时序逻辑电路6.7时序可编程逻辑器件重点：是时序逻辑电路的基本概念（如：时序逻辑电路的定义、分类等）；时序逻辑电路的分析；时序逻辑电路的功能表示（如：方程组、状态表、状态图、时序图）；常见时序逻辑电路（如：计数器、寄存器）的组成和工作原理；同步时序逻辑电路的设计。难点：是时序逻辑电路的分析：时序逻辑电路的功能表示（如：方程组、状态表、状态图、时序图）：常见时序逻辑电路（如：计数器、寄存器）的组成和工作原理；同步时序逻辑电路的设计；异步时序逻辑电路的定义及其分析
5.3 主从触发器 5.4 触发器的逻辑功能 5.5 用 Verilog HDL 描述锁存器和触发器 重 点：是几种常见触发器（如：基本 RS 触发器、同步触发器、主从触发器、边沿 触发器）的组成结构、工作原理和逻辑功能；触发器的功能表示（如：特性表、次态卡诺 图、特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换；触发器的类型转换 （包括公式法、图形法）。 难 点：是主从触发器、边沿触发器的组成结构和逻辑功能；触发器的功能表示（如： 特性表、次态卡诺图、特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换； 触发器的类型转换（包括公式法、图形法）。 教学要求是掌握几种常见触发器（如：基本 RS 触发器、同步触发器、主从触发器、边 沿触发器）的组成结构和逻辑功能；掌握触发器的功能表示（如：特性表、次态卡诺图、 特性方程、激励表、状态转换图、波形图）及其之间的相互转换；掌握触发器的公式法类 型转换和图形法类型转换。了解触发器的应用。 思考题： 1.逻辑门控和传输门控 D 锁存器在工作原理上有何不同？ 2.触发器有哪几种常见的电路结构？试归结它们的工作原理和动作特点？ 3.触发器的逻辑功能和电路结构之间有沙漠关系？ 4.怎样利用 JK 触发器实现 D 触发器、T 触发器、T`触发器？ 第六章 时序逻辑电路（14 学时） 本章首先介绍时序逻辑电路的基本概念，然后重点讨论这种电路的分析和设计方法， 以及逻辑设计中常见的典型集成电路，最后通过实例简要介绍 Verilog HDL 描述时序电路 的方法以及时序可编程器件。 6.1 时序逻辑电路的基本概念 6.2 同步时序逻辑电路的分析 6.3 同步时序逻辑电路的设计 6.4 异步时序逻辑电路的设计 6.5 若干典型的时序逻辑电路 6.6 用 Verilog HDL 描述时序逻辑电路 6.7 时序可编程逻辑器件 重 点：是时序逻辑电路的基本概念（如：时序逻辑电路的定义、分类等）；时序逻 辑电路的分析；时序逻辑电路的功能表示（如：方程组、状态表、状态图、时序图）；常 见时序逻辑电路（如：计数器、寄存器）的组成和工作原理；同步时序逻辑电路的设计。 难 点：是时序逻辑电路的分析；时序逻辑电路的功能表示（如：方程组、状态表、 状态图、时序图）；常见时序逻辑电路（如：计数器、寄存器）的组成和工作原理；同步 时序逻辑电路的设计；异步时序逻辑电路的定义及其分析