《数字逻辑与数字系统》教案使用教材：《数字电子技术基础》（第五版）高等教育出版社，清华大学电子学教研组编，阎石主编；教材选用依据：本教材是数字电路的经典教材，属于普通高等教育国家级规划教材，以前各版曾分别获得北京市教育教学成果一等奖、国家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖：为了体现电子技术的最新发展并适合特定学时授课的需要，本教材精选基本内容，删减了陈旧和不实用部分，更加突出了重点：教材既全面系统地论述了本学科基础理论知识，义强调了电子技术的实用性，还介绍了一些新方法和新技术；教材内容符合我院计算机科学与技术专业教学大纲的要求。课程分析：本课程是计算机及相关专业的专业基础课之一，它是一门发展快、应用广、实践性强的课程。课程将数字逻辑和数字系统有机地联系起来，作为基础，较为深入地阐述了基本数字集成电路的工作原理和电气特性，着重讨论了逻辑电路的基本单元（门电路和触发器），也讨论了中、大规模集成电路及其应用，介绍了近年迅速发展起来的器件和电路，如PLA、GAL、CPLD、FPGA等；同时讨论了作为数字逻辑与数字系统数学基础的逻辑代数及其化简方法；作为重点，系统地讨论了组合逻辑电路、同步时序逻辑电路的分析和设计方法：并介绍了采用大规模可编程逻辑器件的数字系统设计的新方法。本课程的知识技能将为后续课程的学习打下良好的基础，也为学生毕业后从事计算机应用方面的科学研究和技术工作打下坚实的基础。本课程以计算机课堂理论教学（理论总学时为48）为主，并通过单独开设的实验课（实验总学时为16）帮助学生加深对理论知识的理解，培养学生的动手能力。在讲授过程中，对概念、原理的解释和描述尽可能清晰，对各个电路的功能和各种电路的工作原理详加解释，并通过典型例题的讲解加深学生对理论问题的理解与掌握，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、案例式教学。《数字逻辑与数字系统》课程的特点是内容丰富、图表较多，传统的课堂教学有一定的困难，而采用多媒体技术将复杂的图表直观、形象地展示出来，不仅便于教师的讲解，学生的学习，而且还将大大增
《数字逻辑与数字系统》教案 使用教材：《数字电子技术基础》（第五版）高等教育出版社，清华大学电子学 教研组编，阎石主编；教材选用依据：本教材是数字电路的经典教材，属于普通 高等教育国家级规划教材，以前各版曾分别获得北京市教育教学成果一等奖、国 家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖；为了体现电子技术的最新发展并适 合特定学时授课的需要，本教材精选基本内容，删减了陈旧和不实用部分，更加 突出了重点；教材既全面系统地论述了本学科基础理论知识，又强调了电子技术 的实用性，还介绍了一些新方法和新技术；教材内容符合我院计算机科学与技术 专业教学大纲的要求。 课程分析：本课程是计算机及相关专业的专业基础课之一，它是一门发展快、应 用广、实践性强的课程。课程将数字逻辑和数字系统有机地联系起来，作为基础， 较为深入地阐述了基本数字集成电路的工作原理和电气特性，着重讨论了逻辑电 路的基本单元（门电路和触发器），也讨论了中、大规模集成电路及其应用，介 绍了近年迅速发展起来的器件和电路，如 PLA、GAL、CPLD、FPGA 等；同时 讨论了作为数字逻辑与数字系统数学基础的逻辑代数及其化简方法；作为重点， 系统地讨论了组合逻辑电路、同步时序逻辑电路的分析和设计方法；并介绍了采 用大规模可编程逻辑器件的数字系统设计的新方法。本课程的知识技能将为后续 课程的学习打下良好的基础，也为学生毕业后从事计算机应用方面的科学研究和 技术工作打下坚实的基础。本课程以计算机课堂理论教学（理论总学时为 48） 为主，并通过单独开设的实验课（实验总学时为 16）帮助学生加深对理论知识 的理解，培养学生的动手能力。在讲授过程中，对概念、原理的解释和描述尽可 能清晰，对各个电路的功能和各种电路的工作原理详加解释，并通过典型例题的 讲解加深学生对理论问题的理解与掌握，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、案例式教学。《数字逻辑与数字系统》课程的特点是内容 丰富、图表较多，传统的课堂教学有一定的困难，而采用多媒体技术将复杂的图 表直观、形象地展示出来，不仅便于教师的讲解，学生的学习，而且还将大大增
加课堂的信息量，解决课时少、内容多的矛盾。同时，我们设计的课堂教学并不完全依赖于多媒体课件，而是从调动学生思维、加强师生互动和循序渐进引导学生将各知识点转化为自已的知识结构体系等方面考虑。此外，我们在教学中引入了EDA仿真软件，以求提高学生应用先进技术和分析、设计复杂逻辑电路的能力。对本学院学生而言，《数字逻辑与数字系统》课程的学习安排在大二学年的下学期，其先修课程主要是《高等数学》和《计算机电路》（包括《电路分析》和《模拟电子技术基础》）；后续的相关主要课程是《计算机组成原理》、《接口技术》和《嵌入式系统》等
加课堂的信息量，解决课时少、内容多的矛盾。同时，我们设计的课堂教学并不 完全依赖于多媒体课件，而是从调动学生思维、加强师生互动和循序渐进引导学 生将各知识点转化为自己的知识结构体系等方面考虑。此外，我们在教学中引入 了 EDA 仿真软件，以求提高学生应用先进技术和分析、设计复杂逻辑电路的能 力。对本学院学生而言，《数字逻辑与数字系统》课程的学习安排在大二学年的 下学期，其先修课程主要是《高等数学》和《计算机电路》（包括《电路分析》 和《模拟电子技术基础》）；后续的相关主要课程是《计算机组成原理》、《接 口技术》和《嵌入式系统》等
课题一、数制和码制教学内容数制转换、补码运算及常用编码教学对象计算机科学与技术专业大学二年级本科生1、掌握数字量与模拟量的概念及区别2、熟练掌握常用数制的表示及不同数制之间的转换认知3、了解二进制算术运算的特点目标4、重点掌握补码运算5、了解几种常用的编码特点，重点掌握格雷码的编码特点与编码方法本次课的教学设计应注重培养学生的基本逻辑思维能力和创造性思维教学目标能力；让学生在熟悉的自然环境中发现形形色色的物理量及其变化规能力律，理解“离散”与“连续”的意义及其区别；能够看到物理思想、方目标法源于实际的本质，在实际问题、应用或现象的分析与探索中促进理论与方法的理解；并在简单的物理描述中体验意想不到的逻辑艺术魅力。在掌握思想、理论与方法的同时，树立学生严谨的科学作风，激发学生情感浓厚的专业兴趣及强烈的自学欲望，形成良好学习习惯和正确学习动机目标的目标。以培养学生的逻辑思维能力和创造性思维能力为宗旨，突出基础知识的掌握和先修相关课程知识的运用。综合运用启发式教学和讨论式教学等教学方法，鼓励学教学思想生独立思考，激发学生的学习兴趣，在理解几种常用数制与编码的前提下培养学生数字逻辑与数字系统的思维能力和自学能力教学重点补码运算及几种常用的编码教学难点补码运算过程及格雷码的编码方法学生已具二进制的特点及基本二进制算术运算备的知识1、采用启发、设问、讨论等方式，突出对重点内容的讲述和难点的剖析教学方法2、精心设计例题，引导课堂思考与讨论，强化知识的理解与运用与策略3、课堂引导学生发挥想象，并共同探讨格雷码的“镜像法”编码方法4、布置课后思考题及作业，加深对知识的理解教学资源多媒体课件、教学图片资源、教学视频资源、电路仿真软件、参考资料等《电子技术基础》（数字部分）（第四版），康华光主编，高等教育出版社参考资料《数字电路与逻辑设计》，魏书衡主编，人民邮电出版社《数字电路与逻辑设计》，张端主编，高等教育出版社1
1 课 题 一、数制和码制 教学内容 数制转换、补码运算及常用编码 教学对象 计算机科学与技术专业大学二年级本科生 教学目标 认知 目标 1、掌握数字量与模拟量的概念及区别 2、熟练掌握常用数制的表示及不同数制之间的转换 3、了解二进制算术运算的特点 4、重点掌握补码运算 5、了解几种常用的编码特点，重点掌握格雷码的编码特点与编码方法 能力 目标 本次课的教学设计应注重培养学生的基本逻辑思维能力和创造性思维 能力；让学生在熟悉的自然环境中发现形形色色的物理量及其变化规 律，理解“离散”与“连续”的意义及其区别；能够看到物理思想、方 法源于实际的本质，在实际问题、应用或现象的分析与探索中促进理论 与方法的理解；并在简单的物理描述中体验意想不到的逻辑艺术魅力。 情感 目标 在掌握思想、理论与方法的同时，树立学生严谨的科学作风，激发学生 浓厚的专业兴趣及强烈的自学欲望，形成良好学习习惯和正确学习动机 的目标。 教学思想 以培养学生的逻辑思维能力和创造性思维能力为宗旨，突出基础知识的掌握和先 修相关课程知识的运用。综合运用启发式教学和讨论式教学等教学方法，鼓励学 生独立思考，激发学生的学习兴趣，在理解几种常用数制与编码的前提下培养学 生数字逻辑与数字系统的思维能力和自学能力。 教学重点 补码运算及几种常用的编码 教学难点 补码运算过程及格雷码的编码方法 学生已具 备的知识 二进制的特点及基本二进制算术运算 教学方法 与策略 1、采用启发、设问、讨论等方式，突出对重点内容的讲述和难点的剖析 2、精心设计例题，引导课堂思考与讨论，强化知识的理解与运用 3、课堂引导学生发挥想象，并共同探讨格雷码的“镜像法”编码方法 4、布置课后思考题及作业，加深对知识的理解 教学资源 多媒体课件、教学图片资源、教学视频资源、电路仿真软件、参考资料等 参考资料 《电子技术基础》（数字部分）（第四版），康华光主编，高等教育出版社 《数字电路与逻辑设计》，魏书衡主编，人民邮电出版社 《数字电路与逻辑设计》，张 端主编，高等教育出版社
教学安排教学时间教学方法教学活动环节分配知识回顾上学期模拟电子技术基础的相关知识，引导学生提炼3分钟师生讨论回顾出模拟电路的研究对象、研究方法与研究工具的特点。什么是数字量？它与模拟量的区别是什么？自然界常见的物理量中有哪些是数字量，哪些是模拟量？数字电路与模拟电路的区别？数字学拉12:37问题提问，学生思A+2分钟引入考，师生讨论生活中的模拟量与数字量图像处理中的模拟量与数字量一、几种常用的数制及不同数制之间的转换4种常用数制：十进制、二进制、八进制和十六进制学生已经在先各种数制之间两两转换的方法：修导论课中学二进制一>十进制：数权相乘再求和十进制一二进制：整数部分除以2取余；习过相关知5分钟小数部分乘以2取整识，在此仅简新课单复习，查漏二进制一>十六进制：小数点往左右，4位一组转换讲授补缺二进制一>八进制：小数点往左右，3位一组转换.....思考：引入八进制与十六进制的目的？二、二进制算术运算二进制算术运算的特点：逢二进一3分钟实例讲解思考：如何简化运算电路的结构？加、减、乘、除都用“移位”和“相加”操作实现2
2 教 学 安 排 教学 环节 教 学 活 动 教学方法 时间 分配 知识 回顾 回顾上学期模拟电子技术基础的相关知识，引导学生提炼 出模拟电路的研究对象、研究方法与研究工具的特点。 师生讨论 3 分钟 问题 引入 什么是数字量？它与模拟量的区别是什么？自然界常见 的物理量中有哪些是数字量，哪些是模拟量？数字电路与 模拟电路的区别？ 生活中的模拟量与数字量 图像处理中的模拟量与数字量 提问，学生思 考，师生讨论 2 分钟 新课 讲授 一、几种常用的数制及不同数制之间的转换 4 种常用数制：十进制、二进制、八进制和十六进制 各种数制之间两两转换的方法： 二进制 —> 十进制： 数权相乘再求和 十进制 —> 二进制： 整数部分除以 2 取余； 小数部分乘以 2 取整 二进制 —> 十六进制： 小数点往左右，4 位一组转换 二进制 —> 八进制： 小数点往左右，3 位一组转换 . 思考：引入八进制与十六进制的目的？ 学生已经在先 修导论课中学 习 过 相 关 知 识，在此仅简 单复习，查漏 补缺 5 分钟 二、二进制算术运算 二进制算术运算的特点：逢二进一 思考：如何简化运算电路的结构？ 加、减、乘、除都用“移位”和“相加”操作实现 实例讲解 3 分钟
补码和补码运算：1127210V339847D6介绍补码运算补码运算原理说明规则后，板书钟表往回拨（减法)的结果可以用往前拨(加法)替代10分钟演算二进制补回拨2小时=前拨10小时码运算实例，回拨4小时=前拨8小时再请学生分析回拨5小时=前拨7小时将数值位改变.....1位后对计算典型例题：用二进制补码运算求出13+10、13-10、-13+10结果的影响。和-13-10。思考：数值位取多少比较合适？新课讲授三、几种常用的编码8421码（BCD码）：按权值命名余3码：8421码对应加上3对应数值的对应位互补比如：0的余3码为00119的余3码为11001的余3码为01008的余3码为1011引导学生通过......仔细观察得出0与9、1与8.·的编码结果按位互补结论5分钟2421码：类似8421码，每位分配权值具有类似余3码对应数值的对应位互补的特点余3循环码：相邻数值的编码结果，仅有一位不同格雷码（GrayCode）：又称循环码，每一位的状态变化都按一定的顺序循环：具有类似余3循环码的特点：相邻数值的编码结果，仅有一位不同ASCII码：一组7位二进制代码，共128个A
3 新课 讲授 补码和补码运算： 补码运算原理说明 钟表往回拨(减法)的结果可以用往前拨(加法)替代 回拨 2 小时 = 前拨 10 小时 回拨 4 小时 = 前拨 8 小时 回拨 5 小时 = 前拨 7 小时 . 典型例题：用二进制补码运算求出 13+10、13-10、-13+10 和-13-10。 思考：数值位取多少比较合适？ 介绍补码运算 规则后，板书 演算二进制补 码运算实例， 再请学生分析 将数值位改变 1 位后对计算 结果的影响。 10 分钟 三、几种常用的编码 8421 码（BCD 码）：按权值命名 余 3 码：8421 码对应加上 3 对应数值的对应位互补 比如：0 的余 3 码为 0011 9 的余 3 码为 1100 1 的余 3 码为 0100 8 的余 3 码为 1011 . 0 与 9、1 与 8.的编码结果按位互补 2421 码：类似 8421 码，每位分配权值 具有类似余 3 码对应数值的对应位互补的特点 余 3 循环码：相邻数值的编码结果，仅有一位不同 格雷码（Gray Code）：又称循环码，每一位的状态变化 都按一定的顺序循环；具有类似余 3 循环码的特点：相邻 数值的编码结果，仅有一位不同 ASCII 码：一组 7 位二进制代码，共 128 个 引导学生通过 仔细观察得出 结论 5 分钟