通信工程专业.docx
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通信工程专业
通信工程专业、计算机科学与技术专业、智能科学与技术专业、信息安全专业、
软件工程专业本科教学
《数字电路与逻辑设计》课程
教学大纲
二〇〇八年五月
目录
1《数字电路与逻辑设计》课程基本信息
2课程性质
3教学目标和要求
3.1课程的主要目的
3.2教学要求
3.2.1教学大纲与教学实际需要的协调
3.2.2教学重难点的把握
3.2.3教学进度安排
3.2.4该课程依据的主要科学原理
3.2.5、主要知识点
4教学内容及基本要求
5教学组织
5.1学时分配
5.1.1课堂教学安排表
5.1.2实验室教学安排表
5.2教学手段
5.3设计技能训练方式
5.4课程考试
6教学材料
6.1指定教材
6.2辅导资料
6.3主要参考书目
6.4相关链接
1《数字电路与逻辑设计》课程基本信息
课程编号
08101
课程
信息
课程性质
专业必修课
课时
64学时（4学分）
开设专业
通信工程专业
计算机科学与技术专业信息安全专业
智能科学与技术专业
软件工程专业
开课时间
第4学期
先修课程
计算导论、电路分析基础、电子线路
后续课程
计算机组成与结构、数字系统设计
2课程性质
《数字电路与逻辑设计》课程属传统的经典课程，国内各类高校，包括职业技术学院、中专等，一般都有设有计算机应用技术、自动化等专业，所有大电类学生都必须开设本课程。
在湖南大学，《数字电路与逻辑设计》属理科通识教育课程，本课程是计算机与通信学院计算机科学与技术、通信工程、信息安全、智能科学与技术等专业的四大核心课程之一；
软件学院软件工程专业；
电气与信息工程学院电气工程、电子信息工程、自动化、测量技术与仪器等专业等；
物理与微电子科学学院电子科学与技术专业；
数学与计量经济学院信息与计算科学专业等均是必修课程。
它是《计算机组成原理》、《数字系统设计》等专业课程的主要先导课程之一，是一门重要的专业基础课。
本学期开设此课程的是软件学院软件工程专业。
3教学目标和要求
3.1课程的主要目的
本课程的主要目的是使学生了解和掌握从对数字电路或数字系统提出要求开始，到用集成电路来实现所需逻辑功能为止的整个过程的完整知识。
本课程的基本要求除了系统地掌握组合逻辑电路和同步时序逻辑电路的分析与设计的经典方法之外，还要求掌握利用现代EDA系统进行数字系统设计的先进的思想与方法。
3.2教学要求
本课程以往实施的是按16周、每周4学时共64学时组织课堂教学，从2007-2008学年第一学期开始，在计算机与通信学院计算机科学与技术、通信工程、信息安全等专业实施的是按16周、前10周3学时，从第11周至17周，每周课堂教学3学时，实验室教学3学时组织教学。
3.2.1教学大纲与教学实际需要的协调
本教学大纲是根据高等学校通信工程专业、计算机科学与技术专业、智能科学与技术、信息安全专业、软件工程专业等本科学生的培养目标和本学科发展的基本现状编写的，在教学计划的具体执行过程中应根据不同时期、不同专业的教学要求和本学科发展的最新成果进行调整。
因此，《数字电路与逻辑设计》课程的教学应选取满足教学需要的权威性教材来完成教学大纲的要求，担任本课程的主讲教师需要根据社会IT环境的变化以及本学科的发展，及时更新和充实新的教学内容。
3.2.2教学重难点的把握
教师应注重授课的条理性，强调课程内容的简单和综合运用，突出课程的重点和难点，在既是重点又是难点的问题上详细讲解，并辅之以具体案例来做说明。
授课时多结合实际，注意培养学生分析问题和解决问题的综合能力。
教学过程中，通过不同方式多倾听学生对本课程教学的反映和意见，督促学生在课后阅读相关文献，还要通过必要数量的练习题来检查学生运用所学知识分析和解决这些重点与难点事项的能力，以达到教学目的与培养目标。
3.2.3教学进度安排
本课程教学内容与教学组织安排必须依照本教学大纲总体要求进行，任课教师在每学期开课前应根据教学大纲和实际需要编写教学进度计划表，并在教学计划执行过程中及时编写教学日志，反映教学计划的完成情况，以便分析在教学过程中存在的主要问题及其原因，为今后进一步提高课堂教学质量提供依据。
3.2.4该课程依据的主要科学原理
1、二进制数制和编码；
2、二值布尔代数（逻辑代数）的基本公理、定理及规则；
3、逻辑函数的性质；
4、卡诺图排列的巧妙方格阵列；
5、基本组合逻辑模块分析与设计的经典方法；
6、组合逻辑电路定时冒险和动态冒险产生的原因及消除险象的方法；
7、标准的MSI器件进行组合逻辑设计的基本方法与应用；
8、同步状态机转移表达式的互斥性和完备性；
9、时序逻辑电路的设计原理与应用；
10、反馈时序逻辑电路中竞争产生的原因及消除临界竞争的基本方法。
3.2.5主要知识点
1、数制转换，检错码与纠错码，负数的表示、十进制数的二进制编码；
2、CMOS逻辑、双极逻辑、TTL逻辑，扇入，扇出，噪声容限、延时特性；
3、逻辑函数的代数法化简、组合电路设计、分析，逻辑代数的定理、逻辑函数的标准表示法，无关最小项，卡诺图，利用卡诺图化简逻辑函数，定时冒险；
4、“级联”设计，“圈到圈”的设计方法，定时图，组合型PLD；
5、触发器，锁存器，电路类型，同步状态机的分析与设计，特征方程、转移表、状态表，状态/输出表，状态图；
6、反馈时序电路输入信号的约束，电路的分析与设计，流程表，无竞争状态赋值，本质冒险。
4教学内容及基本要求
第一章引言（4）
学习内容：
数字系统，数字系统的历史及对社会的影响，关于数字设计，模拟与数字，数字器件，数字设计的电子技术，数字设计的软件技术，集成电路，可编程逻辑器件，专用集成电路，印制电路板，数字设计层次。
学习要求：
了解数字系统与模拟系统的关系；
掌握常用的逻辑器件；
清楚数字系统专用名词；
了解数字设计层次。
第二章数制和码制（4）
目的
阐述在数字系统中数字量的表示和处理，非数值数据、事件、条件等事物的表示。
学习内容：
按位计数制，八进制和十六进制，常用按位计数制的转换，非十进制数的加法和减法，负数的表示，二进制补码的加法和减法，十进制数的二进制编码，葛莱码，检错码和纠错码字符编码，动作、条件和状态的编码，n维体与距离，检错码和纠错码，用于串行数据传输与存储的编码。
学习要求：
掌握二、十、八、十六进制及相互转换
掌握二进制的原码、反码和补码表示及其加减运算了解定点数与浮点数的基本概念；
掌握常用的几种编码。
第三章数字电路（6）
目的
掌握有关数字电路电气方面的坚实的工作知识，构建出实际电路和系统。
学习内容：
逻辑信号与门电路，逻辑系列，CMOS逻辑，CMOS电路的电气特性和动态电气特性，三态门、传输门、漏极开路门，双极逻辑，晶体管-晶体管逻辑，TTL系列
学习要求：
熟悉CMOS逻辑门的构成和特性参数
了解TTL逻辑门的构成和特性参数
了解有关数字电路电气方面的基础知识，以便构建出符合实际要求的电路和系统
了解CMOS电路电气特性的几个指标
熟悉噪声容限、扇入、扇出等含义
掌握影响速度的两个因素：
转换时间与传播速度
理解三态门、传输门、漏极开路门等工作原理
第四章组合逻辑设计原理（课堂教学6，实验室教学4）
学习内容：
开关代数，组合电路分析，组合电路的综合，冒险。
学习要求：
掌握开关代数（逻辑代数）的基本概念，初步学会用函数描述逻辑问题的基本方法
掌握逻辑代数的公理、基本定理和重要规则
熟练掌握用卡诺图化简逻辑函数
了解组合逻辑电路的特点
了解竟争、冒险的概念，掌握消除冒险的基本方法
了解组合逻辑电路分析和设计的基本方法
第五章硬件描述语言（课堂教学4，实验室教学2）
学习内容：
VHDL程序基本结构:
实体、结构体、配置、包集合和库
VHDL基本语法
描述结构体功能的三种方法：
行为描述法、数据流描述法、结构描述法
学习要求：
用VHDL语言设计简单的数字系统
第六章组合逻辑电路设计实践（课堂教学8+2，实验室教学8）
学习内容：
文档标准，组合型PLD，译码器，编码器，三态器件，多路复用器，异或门和奇偶校验电路，比较器。
学习要求：
了解可编程逻辑器件的基本工作原理及逻辑结构；
学会使用常用的可编程逻辑器件；
掌握译码器、编码器、三态器件、多路复用器、奇偶校验电路、比较器的工作原理；
掌握“圈到圈”设计理念；
熟悉定时图
理解加法器、减法器、ALU的工作原理。
掌握电路设计级联的方式
第2、3、4、5、6章习题讲解
（2）
第七章时序逻辑电路设计原理（课堂教学12+2，实验室教学4）
学习内容：
双稳态元件，锁存器与触发器，时钟同步状态机分析，时钟同步状态机设计，用状态图设计状态机，用转移表综合状态机，其它状态机设计举例，状态机的分解，反馈时序电路，反馈时序电路设计。
学习要求：
了解时序逻辑电路的基本结构、分类和常用的描述方法
熟悉各种锁存器和触发器的功能和使用
熟悉状态图的建立，状态简化和状态分配等各个重要环节
了解同步时序逻辑电路分析和设计的基本方法
掌握异步时序逻辑电路对输入信号的约束条件
熟练掌握异步时序逻辑电路分析和设计的基本方法
对冒险的影响有基本的了解。
综合习题讲解
（2）
5教学组织
5.1学时分配
“数字电路与逻辑设计”课程的课内学时为64学时，课堂教学48课时，实验室教学16课时，课内外学时之比为1：
2。
教学安排如下表所示：
5.1.1课堂教学安排表
内容
讲课
时数
作业量及批改要求
引言
4
数制和编码
4
每章布置
数字电路
6
每次作业，全部批改
组合逻辑设计原理
6
硬件描述语言
4
组合逻辑设计实践
8
第2、3、4、5章习题讲解
2
时序逻辑设计原理
12
综合习题讲解
2
5.1.2实验室教学安排表
实验教学时间
内容
第9周
实验一Max+PlusII软件的基本操作
（2）
第10周
实验二三态门，OC门的设计与仿真（3）
第12周
实验三加法器的设计与仿真（3）
第13周
实验四译码器与编码器的设计与仿真（3）
第14周
实验五多路复用器与比较器的设计与仿真（3）
第15周
实验六触发器的仿真
（2）
第16周
实验考试序列检测器的设计
（2）
5.2教学手段
1、教师将利用学校网络辅助教学平台并采用多媒体教学手段进行本课程的教学；
2、课堂教学实行讲授、习题分析、提问、讨论等多种教学方式的有机结合
3、电路原理讲解后即在实验室仿真验证，采用实行实验室上课的方式。
5.3设计技能训练方式
数字电路与逻辑设计具有实用性和操作性强的特点。
在本课程课堂教学中，不仅要向学生传授数字系统设计的基本理论和基本方法，同时还要培养学生运用所学理论和方法分析、解决生活中实际问题的能力（如洗衣机、密码锁控制程序），要求安排学生在实验室配合教师的现场讲解，进行必要的训练，如果有条件，还可以组织学生到IT方面的公司进行参观实习，聘请实务界专家对重点、难点和设计工艺等问题进行剖析与讲解，逐步提高学生对数字系统设计理论和方法的理解，培养学生的现代设计理念和意识，解决数字系统设计实际问题的能力。
1、课堂训练
根据授课进度，适时进行有关数字系统设计基本方法的训练。
2、现场参观
根据教学要求，组织学生到IT方面的公司进行参观学习，了解数字系统设计实务。
3、课后作业
相关教学内容结束后，布置课后习题和实验操作作业。
5.4课程考试
本课程的考试实行严格的教考分离制度，相同学分、相同课程号的课堂实行统一命题、统一考试、统一流水阅卷。
1、考试形式
本课程采用开卷考试方式,也可以根据情况辅以其他方式，试卷按照课程组指定的考试大纲要求命题。
2、考试题型
考试题型一般包括填空题、单项选择、判断说明、简答题、分析化简题、设计题等多种题型。
3、试题结构
每份试卷应当含有多种题型，试题难易程度适中。
在试题覆盖内容的组合上，数字系统设计基本理论和设计方法之比大约为4﹕6。
4、成绩评定
期评成绩：
平时成绩（20%）+实验考试成绩（30%）+期末考试（50%），其中平时成绩含作业、实训、课堂发言与讨论以及学习态度等方面成绩。
6教学材料
6.1指定教材
1、[美]JohnF．Wakerly著．林生，金京林译．数字逻辑设计（DigitalDesignPrinciplesandPractices）第4版．北京：
机械工业出版社，2007年5月.
2、本课程组自主编写的适应计算机科学与技术、通信工程、信息安全、软件工程等专业方向的《数字电路与逻辑设计》教材正在编写之中，在教学中，有意识地结合该教材，设计的PPT文件的组织中已融入部分内容。
6.2辅导资料
1、已通过国家验收的大学教学资源平台中由本课程组组织编写和设计的教学辅助网站
2、2003年已通过湖南大学验收，由课程责任教授、博士生导师邝继顺担任主持的湖南大学多媒体课件教改项目（2002年立项）《数字电路与逻辑设计》
3、2007年已通过湖南大学验收，本人担任主持的湖南大学自主型多媒体教改项目（2004年立项）《集成电路设计基础》
6.3主要参考书目
[1][美]JohnF．Wakerly著．林生，金京林译．数字逻辑设计（DigitalDesignPrinciplesandPractices）第3版．北京：
机械工业出版社，2003年8月.
[2][美]JohnM.Yarbrough著.李书浩,仇广煜译.数字逻辑应用与设计（DigitalLogicApplicationandDesign）北京:
机械工业出版社,2000.
[3]VictorP.Nelson.DigitalLogicCircuitAnalysis&Design.北京：
清华大学出版社,2000.
[4]毛法尧.数字逻辑.北京:
高等教育出版社,2000.
[5]数字逻辑设计学习与解题指南.欧阳星明编著.武汉：
华中科技大学出版社，2003年（与毛法尧的教材对应）
[6]廖裕评.CPLD数字电路设计——使用MAX+plusII.北京:
清华大学出版社,2001.
[7]超星图书：
数字集成电路应用与实验（第二版）
[8]潘松,黄继业.EDA技术实用教程.北京:
科学出版社,2002.
[9]曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计.北京:
清华大学出版社,2001.
6.4相关链接
[1]
[2]http:
//www.berkeley.edu/
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
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