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《数字电子技术及实验》（本科）课程自学指导一、课程介绍（一）课程中文名称：数字电子技术及实验（二）课程性质：本课程是电气工程及其自动化本科专业的专业必修课，也是电子信息工程及其它工学本科专业的专业基础课。通过本课程的学习，应掌握数字电子技术的基本原理、基本分析与设计方法。熟悉中大规模集成电路应用。为各种数字逻辑系统的分析、设计与应用打下坚实的基础。因此本课程在后续课程中占有很重要的地位。（三）学分：4学分,总学时128学时。其中自学72学时，课程设计24学时，面授32个学时。（四）授课对象：高中起点，本科层次（五）教学目的：本课程的教学内容突出基础性、应用性和实践性。旨在通过本课程的学习，使学生达到：1.理论方面：掌握数制和码制的基本概念及相互转换的方法；掌握逻辑事件的基本描述方法；掌握门电路和组合逻辑电路的基本特点以及典型组合逻辑电路的工作原理、分析与设计方法；掌握触发器和时序逻辑电路基本特点及典型时序逻辑电路的工作原理、分析与设计方法；掌握编译码器、计数器、寄存器、存储器等常用数字集成电路的特点与使用方法；了解可编程逻辑器件的基本原理；熟悉模-数和数-模转换的基本概念和基本电路；了解脉冲整形和定时电路的基本原理。2.技能方面：能绘制数字电路原理图和读图；会设计简单的组合逻辑电路；能分析典型的时序逻辑电路与综合应用电路；会制作典型的数字应用电路；能独立完成数字电路的单元实验和设计任务。（六）教学大纲：www.hhdd.cn二、学习进度安排表根据课程内容及学时，以下是学习进度安排参考表，学生可根据自己的学习情况作一定的调整。（一）理论学习：学习时限学习或完成实践的章节学习时数备注第1周第一章数制和码制1.1概述1.2几种常用的数制1.3不同数制间的转换1.4二进制算数运算1.5几种常用的编码4第2、3周第二章逻辑代数基础2.1概述2.2逻辑代数中的三种基本运算2.3逻辑代数的基本公式和常用公式2.4逻辑代数的基本原理2.5逻辑函数及其表示方法2.6逻辑函数的化简方法2.7具有无关项的逻辑函数及其化简8第4周第三章门电路3.1概述3.3CMOS门电路3.5TTL门电路3.8TTL电路与CMOS电路的接口4第5--7周第四章组合逻辑电路4.1概述4.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法4.3若干常用的组合逻辑电路4.4组合逻辑电路中的竞争－冒险现象12第8、9周第五章触发器5.1概述5.2SR锁存器5.3电平触发的触发器5.4脉冲触发的触发器5.5边沿触发的触发器5.6触发器的逻辑功能及其描述方法8第10-12周第六章时序逻辑电路..6.1概述6.2时序逻辑电路的分析方法6.3若干常用的时序逻辑电路6.4时序逻辑电路的设计方法12第13周第七章半导体存储器7.1概述7.2只读存储器（ROM）7.3随机存储器（RAM）7.4存储器容量的扩展7.5用存储器实现组合逻辑函数4第14周第八章可编程逻辑器件8.1概述8.3可编程阵列逻辑（PAL）8.4通用阵列逻辑（GAL）8.5可擦除的可编程逻辑器件（EPLD）8.6复杂的可编程逻辑器件（CPLD）8.7现场可编程门阵列（FPGA）8.8在系统可编程通用数字开关4课程设计8学时第15、16周第十章脉冲波形的产生和整形10.1概述10.2施密特触发器10.3单稳态触发器10.4多谐振荡器10.5555定时器及其应用8课程设计8学时第17周第十一章数－模和模－数转换11.1概述11.2D/A转换器11.3A/D转换器4课程设计8学时第18周总复习4（二）课程设计：1、课程设计的教学目的和任务（1）通过课程设计，使学生能把理论和实践结合起来，增强对数字电路的感性认识，进一步提高学生本专业的实践技能；（2）掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；（3）培养学生科学研究能力和勇于实践探索不断创新的科学精神；（4）提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；（5）为后续专业课和为毕业后进入科学研究领域掌握不断发展着的电子技术打下良好的基础。2、课程设计的主要内容（1）设计题目：学生自拟或教师命题；（2）查阅有关资料，画出电路框图；（3）根据画出的电路框图，选定电子元器件并进行计算机仿真实现电路；（4）对电路作实验调试；（5）编写课程设计报告。3、课程设计的基本教学要求（1）巩固和加深对数字电路基本知识的理解，提高综合运用课程知识的能力。（2）培养学生自学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的能力。（3）通过实际课程设计，初步掌握简单软件的分析方法和设计方法。（4）了解与课程有关的工程技术规范，能正确解释和分析实验结果。（5）题目命题应具有足够的工作量。4、课程设计报告的规范课程设计报告要求规范书写。应当包括如下几个部分：（1）设计题目（2）设计目的及要求：描述该设计任务所要达到的目标和要求。（3）设计内容及基本要求：描述该设计任务的具体内容并给出应达到的具体的要求。（4）采用的设计方法、设计技术路线：给出本任务的总体安排和进度、采用的设计方法和步骤以及任务流程图、可能遇到的问题和解决的方法（5）设计成果及总结分析：给出程序清单、测试数据、指定的功能模块说明、设计说明。描述解决相应问题算法的设计思想。5、成绩评定标准课程设计成绩评分标准：（1）方案设计情况25%；（2）电路设计能力25%；（3）安装、调试与测试结果25%；（4）答辩情况15%；（5）设计报告15%6、课程设计时间安排：13周开始，17周验收，并进行成绩评定。三、学习重、难点各章重点和难点，主要内容及要求：第一章数制和码制重点和难点：掌握二进制、十六进制、十进制及相互转换；掌握8421BCD码、补码，了解ASCII码；第二章逻辑代数基础重点和难点：逻辑函数的化简。主要内容及要求：掌握逻辑代数的基本运算及门：与、或、非，常用复合逻辑运算及门：与非、或非、异或、同或、与或非；熟悉逻辑代数的基本定律与基本定理；掌握逻辑函数的表示方法：真值表、卡诺图、表达式（代数表达式及最小项表达式）、逻辑图。掌握逻辑函数的化简与变换：公式法、卡诺图法第三章门电路重点和难点：门电路是各种数字电路及数字系统的基本逻辑单元。重点应放在它们的外部特性上，即它们的逻辑功能和外部电气特性（包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等）。介绍门电路的内部结构（着重于输入级和输出级）和工作原理的目的在于帮助读者加深对器件外部特性的理解，以便更好地运用这些外特性。为便于合理选择和正确使用数字集成器件，必须熟悉它们的主要参数，如输入、输出高低电平时的电压、电流范围、噪声容限、扇出系数、平均传输延迟时间及功耗等。主要内容及要求：要求掌握TTL、CMOS门电路的逻辑功能（普通门、OC门、OD门、TSL、TG、SW）、特性，参数和使用方法；理解门电路的工作原理。第四章组合逻辑电路重点和难点：常用组合逻辑器件（编码器、译码器、数据选择器、全加器及比较器）的应用是重点。在了解常用组合逻辑器件的逻辑功能时，应重点了解这些逻辑器件上的控制端的功能。能够根据器件的功能表正确合理地运用这些控制端，最大限度地发挥作用器件的潜力，设计出任何其他逻辑功能的组合电路。主要内容及要求：要求掌握组合逻辑电路的特点及基本分析与设计方法；理解常用组合逻辑器件：编码器、译码器、数据选择器、全加器及比较器的工作原理；掌握其逻辑功能及其功能扩展，并会用常用组合逻辑器件构成函数发生器和数据分配器；了解组合逻辑电路竞争冒险现象及消除方法。第五章触发器重点和难点：触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元。重点是明确触发器的电路结构和逻辑功能的关系；同一种逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现，同一种电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；触发器的电路结构不同，其触发方式不同。要正确选用触发器，不仅需要知道它的逻辑功能，还必须知道它的触发方式。主要内容及要求：掌握RS、JK、D、T触发器的逻辑功能及描述方法：特性表、特性方程、状态转换图、逻辑图；掌握触发器的触发方式：基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器；理解触发器的工作原理及次态卡诺图。第六章时序逻辑电路重点和难点：常用时序逻辑功能器件的应用是重点。了解寄存器、移位寄存器及计数器等逻辑功能时，重点了解这些逻辑器件上控制端的功能，能够根据器件的功能表，正确合理地运用这些控制端，最大限度地发挥所用器件的潜力，设计出任何其他逻辑功能的时序电路。主要内容及要求：掌握几种典型、常用时序逻辑功能器件的逻辑功能及功能扩展，能判别同步时序及异步时序；掌握时序逻辑逻辑功能的描述方法：方程组（状态方程、驱动方程、输出方程）、状态转换表、状态转换图、逻辑图及基本分析方法，会分析同步时序逻辑电路，判断其能否自启动；掌握同步计数器的逻辑功能及功能扩展，会构成任意进制计数器及环形、扭环计数器；了解时序逻辑电路的复合卡诺图、时序图、同步时序逻辑的基本设计过程及常用时序逻辑电路的工作原理。第七章半导体存储器重点和难点：存储器容量扩展是本章重点。RAM的重点是“存储单元”、“字”、“位”、“地址”、“地址单元”等基本概念，存储器的读/写控制；ROM的重点是各类ROM的特点，特别是可编程的概念。主要内容及要求：掌握ROM、RAM的逻辑功能、特点及使用方法；会合理选用半导体存储器、扩展存储容量及用存储器设计简单的组合逻辑电路；理解半导体存储器的工作原理。第八章可编程逻辑器件重点和难点：可编程逻辑器件（PLD）；复杂的可编程逻辑器件（CPLD）；现场可编程门阵列（FPGA）。主要内容及要求：熟悉各类可编程逻辑器件的结构、工作原理和使用方法，了解可编程逻辑阵列PLA功能及其实现组合逻辑函数的应用。第十章脉冲波形的产生和整形重点和难点：555定时器在脉冲波形的产生与变换方面的应用是本章的重点。多谐振荡器是直接产生矩形脉冲波形的基本单元电路，单稳态触发器和施密特电路是最常用的两种波形变换电路。对于这几种电路，应重点了解其特点、波形分析法、参数计算及基本应用。施密特电路是门而不是触发器；波形分析法的关键在于通过对电路工作过程的分析，正确地画出电路各点的电压波形，找出决定电路状态发生转换的控制电压。主要内容及要求：掌握集成施密特电路、单稳态触发器的逻辑功能；理解555定时器的工作原理，石英晶体多谐振荡器及由施密特IC构成的单稳态触发器及多谐振荡器；掌握555定时器的逻辑功能及由其组成施密特电路、单稳态触发器、多谐振荡器的方法及外接元件参数的计算。第十一章数－模和模－数转换重点和难点：目前A/D、D/A转换器的类型很多，应着重理解A/D、D/A转换的基本思想、共性及其特点。主要内容及要求：掌握A/D转换的一般工作过程：取样保持、量化编码。理解倒T型电阻网络D/A转换器、并行比较A/D转换器、逐次比较A/D转换器和双积分型A/D转换器的工作原理、特点及D/A和A/D转换器的主要技术指标。了解电流型D/A转换器、常用集成采样保持器件。四、学习媒体介绍（一）教材：数字电子技术基础（第五版）阎石主编高等教育出版社；（二）参考书目：本学科自学指导推荐或由授课教师指定；（三）电子资料：教学大纲、电子教案、习题及模拟试题；（四）网络资源：相关课程的电子教案、习题、试题、视频等。五、网上资源及网上教学活动信息（一）网络资源：相关课程的电子教案、习题、试题、视频等。（二）网上答疑：教师与学员电子邮件非实时交流或QQ实时交流。六、成绩的评定（1）本课程的考核成绩为：平时成绩+课程设计成绩+期末考试成绩（2）平时作业要求：学员应完成任课教师布置的作业（共4次），并交教师批改，但从教学大纲和学习效果考虑，建议学员尽量完成教材上相关的作业。平时成绩主要由面授考勤、平时作业（每学期不少于四次）组成，平时成绩以百分制计算，占课程总成绩的30%。（3）课程设计成绩以百分制计算，占课程总成绩的20%。（3）期末考试采用闭卷考试形式，题型参考模拟试题，成绩以百分制计算，占课程总成绩的50%。作业（一）一、选择题1．一位十六进制数可以用位二进制数来表示。A.１B.２C.４D.162．十进制数25用8421BCD码表示为。