《数字电路与逻辑设计》教案（数电部分）分课时教案2022-2023学年第二学期课程名称：数字电路与逻辑设计课程性质：专业基础课，必修课授课学时：48学时（含4学时课外自学）授课对象：计算机全课程教案（数字电路部分）基本信息专业基础数字电路与逻辑学分课程名称课程编号课程性质D0812003653设计课，必修课总学时48（含4学时课外自学）。其中讲授44学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时教学安排授课时间：第1周至第12周周学时/4本课程另外安排有16学时的独立实验课相关课程与环节先修课程：高等数学、大学物理、计算机电路基础二、教学内容与安排“数字逻辑与数字系统"是计算机类专业的主干课程，一门主要技术基础课程，属于专业基础课。本课程要求学生掌握基本电路、模拟电路、数字逻辑电路的基本原理课程简介基本分析方法和基本设计方法，掌握模拟和数字逻辑电路的使用，了解可编程逻辑器与要求件原理和数字电路EDA设计概念，为后续专业课程的学习打下基础。与课程关联课程目标课程目标支撑毕业要求指标点度
《数字电路与逻辑设计》教案（数电部分）分课时教案 2022-2023学年第二学期 课程名称： 数字电路与逻辑设计 课程性质： 专业基础课，必修课 授课学时： 48 学时（含 4 学时课外自学） 授课对象： 计算机 全课程教案（数字电路部分） 一、基本信息 课程名称 数字电路与逻辑 设计 课程编号 D081200365 课程性质 专业基础 课，必修课 学分 3 教学安排 总学时 48（含 4 学时课外自学）。其中讲授 44 学时，实验 0 学时，上机 0学时，实 训 0 学时 授课时间：第1周至第12 周 周学时 4 相关课程 与环节 本课程另外安排有 16 学时的独立实验课 先修课程：高等数学、大学物理、计算机电路基础 二、教学内容与安排 课程简介 与要求 “数字逻辑与数字系统”是计算机类专业的主干课程，一门主要技术基础课程，属于 专业基础课。本课程要求学生掌握基本电路、模拟电路、数字逻辑电路的基本原理、 基本分析方法和基本设计方法，掌握模拟和数字逻辑电路的使用，了解可编程逻辑器 件原理和数字电路 EDA 设计概念，为后续专业课程的学习打下基础。 课程目标 课程目标 支撑毕业要求指标点 与课程关联 度
1、掌握电路的基本分析方法，以及放大电路、组合逻辑电路和时序逻辑电1.4能够运用专业知识对复杂路的分析和设计方法，能够运用所学知识对模拟电路和数字电路复杂工程计算机工程问题的解决途径H (0.3)问题的解决途径进行比较、改进，从进行比较、改进而能根据要求设计特定的模拟电子电路和数字逻辑电路2、掌握电路元件特性、电路的基本规律和基本定理，模拟电子技术的基本理论知识、半导体器件和放大电路特5.1掌握计算机领域主要资料来源及获取方法，能够利用性、数制和码制的概念及应用，学会M (0.2)逻辑代数的公式和定理、逻辑函数的网络查询、检索本专业文描述方法和化简。能够利用献、资料及相关软件工具Multisim、Vivado等软件表示和分析模拟电子电路和数字逻辑电路本课程以计算机课堂理论教学为主，并通过一定的实验课帮助学生加深对理论知识的理解，培养学生的动手能力。总学时为48学时（含4学时课外自学）。在讲授过程中，对概念、原理的解释和描述尽可能详细，并对各个电路的功能和各种电路的计算教学方法技巧详加解释，并通过典型例题的讲解加深学生对理论问题的理解和掌握，引导学生建立起数字逻辑电路的整体逻辑结构和概念，并将仿真实验引入课堂。以指定教材内容为主，补充有关新知识。采用启发式、讨论式教学
1、掌握电路的基本分析方法，以及放 大电路、组合逻辑电路和时序逻辑电 路的分析和设计方法，能够运用所学 知识对模拟电路和数字电路复杂工程 问题的解决途径进行比较、改进，从 而能根据要求设计特定的模拟电子电 路和数字逻辑电路 1.4能够运用专业知识对复杂 计算机工程问题的解决途径 进行比较、改进 H（0.3） 2、掌握电路元件特性、电路的基本规 律和基本定理，模拟电子技术的基本 理论知识、半导体器件和放大电路特 性、数制和码制的概念及应用，学会 逻辑代数的公式和定理、逻辑函数的 描述方法和化简。能够利用 Multisim、Vivado 等软件表示和分析模 拟电子电路和数字逻辑电路 5.1掌握计算机领域主要资料 来源及获取方法，能够利用 网络查询、检索本专业文 献、资料及相关软件工具 M（0.2） 教学方法 本课程以计算机课堂理论教学为主，并通过一定的实验课帮助学生加深对理论知识的 理解，培养学生的动手能力。总学时为 48 学时（含 4 学时课外自学）。在讲授过程 中，对概念、原理的解释和描述尽可能详细，并对各个电路的功能和各种电路的计算 技巧详加解释，并通过典型例题的讲解加深学生对理论问题的理解和掌握，引导学生 建立起数字逻辑电路的整体逻辑结构和概念，并将仿真实验引入课堂。以指定教材内 容为主，补充有关新知识。采用启发式、讨论式教学
1、数制和码制（2学时）了解整个课程的内容、任务和学习方法，学习数制及其转换，常用编码及其特点。1）基本要求（1）理解数字信号的表现形式，掌握数制和码制的概念；（2）掌握常用数制的表示方法及其转换的方法；（3）掌握二进制运算的方法和特点，理解反码、补码和补码的运算原理；（4）理解常用编码及其特点。2）重点、难点重点：数制及转换，带符号二进制代码表示，常用编码；难点：数值在计算机内的表示，补码和补码运算。2、逻辑代数基础（8学时）逻辑代数是用于分析数字电路逻辑功能的数学方法，可以使用多变量的不同状态组合表示事物的多种逻辑状态，处理任何复杂的逻辑问题。教学重点1）基本要求与难点（1）掌握逻辑代数中的三种基本运算方法，熟悉被IEEE（电气与电子工程师协会）和IEC（国际电工协会）认定的两套与、或、非、异或和同或的图形符号，(2）掌握逻辑代数的基本公式和常用公式；（3）掌握逻辑代数的基本定理：代入定理、反演定理和对偶定理；（4）掌握逻辑函数及其表示方法：逻辑真值表、逻辑函数式、逻辑图、波形图；掌握其各种表示方法的相互转换方法；掌握逻辑函数标准形式最小项的概念及最小项之和形式；（5）掌握逻辑函数的化简方法：公式化简法和卡诺图化简法；（6）掌握具有无关项的逻辑函数及其化简方法。2）重点、难点重点：逻辑代数的概念、基本定理和规则；逻辑函数表达式的形式变换与化简。难点：逻辑函数表达式的形式变换及化简。3、门电路（4学时）
教学重点 与难点 1、数制和码制（2 学时） 了解整个课程的内容、任务和学习方法，学习数制及其转换，常用编码及其特点。 1）基本要求 （1）理解数字信号的表现形式，掌握数制和码制的概念； （2）掌握常用数制的表示方法及其转换的方法； （3）掌握二进制运算的方法和特点，理解反码、补码和补码的运算原理； （4）理解常用编码及其特点。 2）重点、难点 重点：数制及转换，带符号二进制代码表示，常用编码； 难点：数值在计算机内的表示，补码和补码运算。 2、逻辑代数基础（8 学时） 逻辑代数是用于分析数字电路逻辑功能的数学方法，可以使用多变量的不同状态组合 表示事物的多种逻辑状态，处理任何复杂的逻辑问题。 1）基本要求 （1）掌握逻辑代数中的三种基本运算方法，熟悉被 IEEE（电气与电子工程师协会） 和 IEC（国际电工协会）认定的两套与、或、非、异或和同或的图形符号； （2）掌握逻辑代数的基本公式和常用公式； （3）掌握逻辑代数的基本定理：代入定理、反演定理和对偶定理； （4）掌握逻辑函数及其表示方法：逻辑真值表、逻辑函数式、逻辑图、波形图；掌 握其各种表示方法的相互转换方法；掌握逻辑函数标准形式最小项的概念及最小项之 和形式； （5）掌握逻辑函数的化简方法：公式化简法和卡诺图化简法； （6）掌握具有无关项的逻辑函数及其化简方法。 2）重点、难点 重点：逻辑代数的概念、基本定理和规则；逻辑函数表达式的形式变换与化简。 难点：逻辑函数表达式的形式变换及化简。 3、门电路（4 学时）
了解集成逻辑门的电路结构，理解集成逻辑门电路的工作原理，重点掌握集成逻辑门电路的外部特性，即逻辑功能和外部电气特性。1）基本要求（1）了解二极管、三极管、MOS管的开关特性；（2）理解TTL反相器的电路结构和工作原理和外部特性；理解TTL与非门、或非门、与或非门的工作原理；理解集电极开路输出的门电路（OC门）和三态输出门电路（TS门）的工作原理；了解TTL数字集成电路的各种系列产品：（3）了解CMOS反相器的电路结构，理解它的工作原理和外部特性，理解漏极开路输出门电路和传输门电路的工作原理，理解三态输出的CMOS门电路的工作原理；掌握CMOS电路的正确使用方法。2）重点、难点重点：集成逻辑门电路的逻辑功能和外部特性难点：集成逻辑门电路的外部特性。4、组合逻辑电路（10学时）掌握基于小规模逻辑门的组合逻辑电路分析与设计方法；掌握常用中规模集成电路：编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器的应用；能利用中规模集成电路进行组合逻辑电路的设计，理解数字逻辑电路中的竞争-冒险现象。1）基本要求（1）了解组合逻辑电路的特点及其逻辑功能的描述方式；（2）掌握基本小规模逻辑门的组合逻辑电路分析方法和设计方法的基本步骤；（3）理解常用的组合逻辑电路（编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器）的工作原理；对于稍复杂的组合逻辑电路，能灵活采用“自顶向下”与“自底向上”相结合的设计方法，将这些常用中规模集成电路模块作为基本模块进行一些电路设计和实现；（4）理解数字逻辑电路中的竞争-冒险现象，掌握检查和消除竞争-冒险的基本方法。2）重点、难点重点：集成逻辑门电路：组合逻辑电路的分析方法与设计方法；中规模通用集成电路的应用。难点：组合逻辑电路的险象及消除，常用组合逻辑集成电路的应用
了解集成逻辑门的电路结构，理解集成逻辑门电路的工作原理，重点掌握集成逻辑门 电路的外部特性，即逻辑功能和外部电气特性。 1）基本要求 （1）了解二极管、三极管、MOS 管的开关特性； （2）理解 TTL 反相器的电路结构和工作原理和外部特性；理解 TTL 与非门、或非 门、与或非门的工作原理；理解集电极开路输出的门电路（OC 门）和三态输出门电 路（TS 门）的工作原理；了解 TTL 数字集成电路的各种系列产品； （3）了解 CMOS 反相器的电路结构，理解它的工作原理和外部特性，理解漏极开路 输出门电路和传输门电路的工作原理，理解三态输出的 CMOS 门电路的工作原理；掌 握 CMOS 电路的正确使用方法。 2）重点、难点 重点：集成逻辑门电路的逻辑功能和外部特性 难点：集成逻辑门电路的外部特性。 4、组合逻辑电路（10 学时） 掌握基于小规模逻辑门的组合逻辑电路分析与设计方法；掌握常用中规模集成电路： 编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器的应用；能利用中规模集成电路 进行组合逻辑电路的设计，理解数字逻辑电路中的竞争-冒险现象。 1）基本要求 （1）了解组合逻辑电路的特点及其逻辑功能的描述方式； （2）掌握基本小规模逻辑门的组合逻辑电路分析方法和设计方法的基本步骤； （3）理解常用的组合逻辑电路（编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较 器）的工作原理；对于稍复杂的组合逻辑电路，能灵活采用“自顶向下”与“自底向上” 相结合的设计方法，将这些常用中规模集成电路模块作为基本模块进行一些电路设计 和实现； （4）理解数字逻辑电路中的竞争-冒险现象，掌握检查和消除竞争-冒险的基本方 法。 2）重点、难点 重点：集成逻辑门电路；组合逻辑电路的分析方法与设计方法；中规模通用集成电路 的应用。 难点：组合逻辑电路的险象及消除，常用组合逻辑集成电路的应用
5、触发器（8学时）存储电路是计算机以及所有复杂数字系统不可缺少的组成部分，而触发器是存储单元中基本的逻辑电路。掌握不同触发方式触发器的工作原理，对于正确使用触发器是非常必要的。1）基本要求（1）掌握基本SR锁存器的工作原理；(2）理解电平触发的触发器（SR触发器和D型触发器）的电路结构，掌握其工作原理和触发方式的动作特点，熟悉它们的工作波形及图形符号；(3）掌握脉冲触发器的典型电路结构形式（主从RS触发器和主从JK触发器）和工作原理，熟悉它们的工作波形及图形符号；（4）理解边沿触发的触发器电路结构和工作原理；(5）掌握触发器逻辑功能的分类，熟悉每种类型(SR触发器、JK触发器、T触发器和D触发器）的特性表和特性方程，为进行时序逻辑电路的分析和设计打下扎实的基础。2）重点、难点重点：各种常用触发器的电路结构和工作原理。难点：脉冲触发和边沿触发的工作原理6、时序逻辑电路（8学时）掌握时序逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点，掌握时序逻辑电路的分析方法和步骤；掌握常用MSI移位寄存器、计数器等各类常用时序逻辑电路的工作原理和使用方法；掌握同步时序逻辑电路的设计方法；理解时序逻辑电路的竞争-冒险现象。1）基本要求（1）了解时序逻辑电路的特点及其逻辑功能的描述方式，理解同步时序电路和异步时序电路的异同；(2）掌握同步时序逻辑电路的分析方法，掌握时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图的分析和应用方法；（3）理解常用的时序逻辑电路（寄存器和移位寄存器、计数器等）的工作原理和应用方法，理解74LS75、74LS194、74LS161、74LS191、74LS160等常用芯片的工作原理。掌握任意进制计数器的各种设计方法；（4）掌握同步时序逻辑电路的设计方法和步骤
5、触发器（8 学时） 存储电路是计算机以及所有复杂数字系统不可缺少的组成部分，而触发器是存储单元 中基本的逻辑电路。掌握不同触发方式触发器的工作原理，对于正确使用触发器是非 常必要的。 1）基本要求 （1）掌握基本 SR 锁存器的工作原理； （2）理解电平触发的触发器（SR 触发器和 D 型触发器）的电路结构，掌握其工作原 理和触发方式的动作特点，熟悉它们的工作波形及图形符号； （3）掌握脉冲触发器的典型电路结构形式（主从 RS 触发器和主从 JK 触发器）和工 作原理，熟悉它们的工作波形及图形符号； （4）理解边沿触发的触发器电路结构和工作原理； （5）掌握触发器逻辑功能的分类，熟悉每种类型（SR 触发器、JK 触发器、T 触发器 和 D 触发器）的特性表和特性方程，为进行时序逻辑电路的分析和设计打下扎实的 基础。 2）重点、难点 重点：各种常用触发器的电路结构和工作原理。 难点：脉冲触发和边沿触发的工作原理 6、时序逻辑电路（8 学时） 掌握时序逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点，掌握时序逻辑电路的分析方法和 步骤；掌握常用 MSI 移位寄存器、计数器等各类常用时序逻辑电路的工作原理和使 用方法；掌握同步时序逻辑电路的设计方法；理解时序逻辑电路的竞争-冒险现象。 1）基本要求 （1）了解时序逻辑电路的特点及其逻辑功能的描述方式，理解同步时序电路和异步 时序电路的异同； （2）掌握同步时序逻辑电路的分析方法，掌握时序逻辑电路的状态转换表、状态转 换图的分析和应用方法； （3）理解常用的时序逻辑电路（寄存器和移位寄存器、计数器等）的工作原理和应 用方法，理解 74LS75、74LS194、74LS161、74LS191、74LS160 等常用芯片的工作原 理。掌握任意进制计数器的各种设计方法； （4）掌握同步时序逻辑电路的设计方法和步骤