数字电子技术基础教案.docx

数字电子技术基础教案.docx

《数字电子技术基础教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术基础教案.docx（99页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字电子技术基础教案

第1讲

授课时间

第1周一　　　第1-2　节

课次

1

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章§1.1-§1.5数制、码制及常用编码

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.掌握数字信号与模拟信号的区别；

2.几种进制之间的转换；

3.熟悉几种常用的编码.

教学重点及难点：

1.进制之间的转换;

2.8421码、余三码、格雷码的特点.

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

【引入新课】

回忆计算机基础中所讲的二进制，引出本次课内容。

第一章数字电路基础

1.1概述

模拟量：

时间上、数量变化上都是连续的物理量；表示模拟量的信号叫做模拟信号；工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。

数字量：

时间上、数量变化上都是离散的物理量；表示数字量的信号叫做数字信号；工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。

举例（图示）

1.1.2数字电路的分类

微电子技术的迅猛发展导致了数字电路的飞速发展。

（1）按电路类型分类

1）组合逻辑电路输出只与当时的输入有关，如：

编码器、加减法器、比较器、数据选择器。

2）时序逻辑电路输出不仅与当时的输入有关，还与电路原来的状态有关。

如：

触发器、计数器、寄存器

（2）按集成度分类

SSI→MSI→LIS→VLSI

（3）按半导体的导电类型分类

1）双极型电路

2）单极型电路

1.1.3数字电路的优点

（1）易集成化。

两个状态“0”和“1”，对元件精度要求低

（2）抗干扰能力强，可靠性高。

信号易辨别不易受噪声干扰。

（3）便于长期存贮。

软盘、硬盘、光盘。

（4）通用性强，成本低，系列多。

（5）保密性好。

容易进行加密处理。

1.2几种常用的数制

数制：

是指多位数码中每一位的构成方法及低位向相邻高位的进

位规则。

一、十进制

1、表示法

2、特点

与同学讨论二、八、十六进制的表示方法及特点

二、二进制

1、表示法

2、特点

三、八进制和十六进制

1．八进制

逢八进一；系数0～7；基数8；权8n。

2．十六进制

逢十六进一；系数：

0～9、A、B、C、D、E、F；

基数16；权16n。

1.3不同数制间的转换

一、各种数制转换成十进制

二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。

例题：

二、十进制转换为二进制

将十进制数整数部分转换为二进制数采用“除2取法”；

将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”。

例题

三、二进制与八进制、十六进制间相互转换

1．二进制和八进制间的相互转换

（1）二进制数转换成八进制数。

二进制数转换为八进制数的方法是：

整数部分从低位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在高位加0补足三位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在低位加0补足三位，然后用对应的八进制数来代替，再按顺序排列写出对应的八进制数。

（2）八进制数转换成二进制数。

将每位八进制数用三位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。

例1.1.3将八进制数（745.361）8转换成二进制数。

2．二进制和十六进制间的相互转换

（1）二进制数转换成十六进制数。

二进制数转换为十六进制数的方法是：

整数部分从低位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，则在高位加0补足四位为止；小数部分从高位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，在低位加0补足四位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。

十六进制数。

（2）十六进制数转换成二进制数。

将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。

1.4二进制数的运算

二进制数码可表示

数值大小→数值运算

例1010（即算术运算）

＋011010000

不同的逻辑状态→逻辑运算（按某种因果关系）

几个概念：

原码：

二进制数码的最高位增加符号位的数码

反码：

二进制数码按位取反得到的数码

补码：

正数的补码与原码相同；

负数的补码等于它的反码加1。

1.5几种常用的编码：

码制：

为了便于记忆和查找，在编制代码时所遵循的规则。

二-十进制编码：

用四位二进制数中的任意十种组合来表示一位十进制数，又称BCD码。

常用的BCD码有：

8421码、余3码、循环码、余3循环码、

2421码、5421码和5211码等等，如表1-1所示

讨论：

码的作用；BCD码。

课后小结：

回顾本节课主要内容，重点掌握几种进制之间的转换方法。

多媒体教学（5分钟）

板书讲授与多媒体教学相结合（15分钟）

板书讲解与多媒体教学相结合（10分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合,例题讲解及引导学生做题（35分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合，例题讲解（10分钟）

多媒体教学（10分钟）

教学互动（5分钟）

作业、习题、思考题、辅导等：

17页1.2，1.5；18页1.11，1.13

板书设计：

第一章数制和码制

1.1概述

模拟量

数字量

1.2几种常用的数制

（1）数制

（2）几种常见的数制：

十进制、二进制、八进制、十六进制

1.3不同数制间的转换

十进制转换成二进制

十进制转换成八进制

十进制转换成十六进制

二进制转化成十进制

八进制转化成十进制

十六进制转化成十进制

二进制转换成八进制

八进制转化成二进制

二进制转化成十六进制

十六进制转换成二进制

1.4二进制数运算

二进制数可以表示数制大小和逻辑状态

几个概念：

原码、反码及补码

1.5几种常用的编码

码制

二-十进制编码（BCD码）

参考教材和文献资料

《数字电子技术基础》_阎石编着

第2讲

授课时间

第1周一　　　第1-2　节

课次

2

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章§2.1-§2.3逻辑代数的基本运算、基本公式和基本定理

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.熟练掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；

2.熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。

教学重点及难点：

1.三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；

2.真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换；

3.将真值表转换为逻辑式。

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

第2章逻辑代数基础

2.1概述

布尔：

英国数学家，1941年提出变量“0”和“1”代表不同状态。

本章主要介绍逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。

逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。

2.2逻辑函数及其表示法

2.2.1基本逻辑函数及运算

1、与运算———所有条例都具备事件才发生

开关：

“1”闭合，“0”断开

灯：

“1”亮，“0”灭

真值表：

把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表。

逻辑表达式：

L=K1*K2（逻辑乘）

逻辑符号：

原有符号：

讨论与逻辑运算的逻辑口诀

逻辑功能口决：

有“0”出“0”，全“1”出“1”。

2、或运算———至少有一个条件具备，事件就会发生。

逻辑表达式：

L=K1+K2（逻辑加）

逻辑符号：

讨论或逻辑运算的逻辑口诀

逻辑功能口决：

有“1”出“1”全“0”出“0”

3、非运算：

—结果与条件相反

逻辑表达式：

逻辑符号：

讨论非逻辑运算的逻辑口诀

2.2.2几种导出的逻辑运算

一、与非运算、或非运算、与或非运算

二、异或运算和同或运算

逻辑表达式：

相同为“1”，不同为“0”

2.2.3逻辑函数及其表示法

一、逻辑函数的建立

举例子说明建立（抽象）逻辑函数的方法，加深对逻辑函数概念的理解。

例2.2.1两个单刀双掷开关A和B分别安装在楼上和楼下。

上楼之前，在楼下开灯，上楼后关灯；反之下楼之前，在楼上开灯，下楼后关灯。

试建立其逻辑式。

例2.2.2比较A、B两个数的大小

二、逻辑函数的表示方法

1．真值表

2．逻辑函数式

写标准与-或逻辑式的方法是：

（l）把任意一组变量取值中的1代以原变量，0代以反变量，由此得到一组变量的与组合，如A、B、C三个变量的取值为110时，则代换后得到的变量与组合为AB。

（2）把逻辑函数值为1所对应的各变量的与组合相加，便得到标准的与-或逻辑式。

3．逻辑图

逻辑图是用基本逻辑门和复合逻辑门的逻辑符号组成的对应于某一逻辑功能的电路图。

2.3逻辑代数的基本定律和规则

2.3.1逻辑代数的基本公式

一、逻辑常量运算公式

表2.3.1逻辑常量运算公式

变量A的取值只能为0或为1，分别代入验证。

讨论：

与、或、非；与非、或非、同或、异或逻辑的运算口诀、逻辑符号。

课后小结：

与、或、非；与非、或非、同或、异或逻辑的运算口诀、逻辑符号。

多媒体教学（5分钟）

板书讲授与多媒体教学相结合（15分钟）

板书讲解与多媒体教学相结合（10分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合,例题讲解及引导学生做题（35分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合，例题讲解（10分钟

多媒体教学（10分钟）

教学互动（5分钟）

作业、习题、思考题、辅导等：

59页2.5；61页2.11；

板书设计：

第2章逻辑代数基础

2.1概述

2.2逻辑函数及其表示法

2.2.1基本逻辑函数及运算

一、与逻辑

二、或逻辑

三、逻辑非

2.2.2几种导出的逻辑运算

一、与非运算、或非运算、与或非运算

二、异或运算和同或运算

2.2.3逻辑函数及其表示法

一、逻辑函数的建立

二、逻辑函数的表示方法

1．真值表

2．逻辑函数式

3．逻辑图

参考教材和文献资料

《数字电子技术基础》_阎石编着

第3讲

授课时间

第2周一　　　第1-2　节

课次

3

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章§2.4-§2.5逻辑代数基础

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握逻辑函数的表示方法和公式法化简。

教学重点及难点：

1.三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；

2.真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换；

3.将真值表转换为逻辑式。

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

【复习提问】

1.逻辑代数的基本定律

2.逻辑代数的基本规则

【引入新课】

2.4逻辑代数的基本定律

一、代入规则

对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后等式仍然成立。

这个规则称为代入规则。

代入规则的正确性是由逻辑变量和逻辑函数值的二值性保证的。

若两函数相等，其对偶式也相等。

（可用于变换推导公式）。

讨论三个规则的正确性。

2.5逻辑函数及其表达方法

逻辑函数：

当输入变量取值确定之后，输出变量取值便随之而定。

因此，输出变量和输入变量之间是一种函数关系。

逻辑函数的表示方法：

逻辑真值表、逻辑函数式、逻辑图、波形图、卡诺图和硬件描述语言。

2.5.1逻辑函数的表示方法

（1）逻辑真值表：

由输出变量取值与对应的输入变量取值所构成的表格。

列写方法是：

a）找出输入、输出变量，并用相应的字母表示；

b）逻辑赋值。

c）列真值表。

（2）逻辑函数式

逻辑函数式：

是将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻

辑关系用与、或、非等逻辑运算符号连接起来的式子，又称函数式或逻辑式。

（3）逻辑图

逻辑图：

是将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻辑关

系用与、或、非等逻辑符号表示出来的图形。

2.5.2逻辑函数表示方法之间的相互转换

（1）真值表转换为函数式

a）找出真值表中使函数值为1的输入变量取值；

b）每个输入变量取值都对应一个乘积项，变量取值为1，用

原变量表示，变量取值为0，用反变量表示。

c）将这些乘积项相加即可。

（2）函数式转换为真值表

首先在表格左侧将个不同输入变量取值依次按递增顺序列出

来，然后将每组输入变量取值代入函数式，并将得到的函数

值对应地填在表格右侧即可。

（3）函数式转换为逻辑图

将函数式转换成逻辑图的方法：

从输入到输出分别用相应的

逻辑符号取代函数式中的逻辑运算符号即可。

（4）逻辑图转换为函数式

将逻辑图转换成函数式的方法：

从输入到输出分别用相应的

逻辑运算符号取代逻辑图中的逻辑符号即可。

2.5.3逻辑函数的两种标准形式

（1）最小项和的形式

最小项：

设m为包含n个因子的乘积项，且这n个因子以原变量形式或者反变量形式在m中出现且只出现一次，称m为n变量的一个最小项。

最小项的编号规则：

使最小项m值为1的输入变量取值所对应的十进制数即为该最小项的编号。

课后小结：

回顾本节课主要内容，根据逻辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑函数式，对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的逻辑函数式和所需要的形式，设计出最简洁的逻辑电路。

这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场的竞争力是非常重要的。

板书讲授与多媒体教学相结合（15分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合,例题讲解及引导学生做题（35分钟）

教学互动（5分钟）

作业、习题、思考题、辅导等：

62页2.152.17；

板书设计：

2.4逻辑代数的基本定理

2.4.1代入定理

2.4.2反演定理

2.4.3对偶定理

2.5逻辑函数及其表示方式

2.5.1逻辑函数的表示方法

2.5.2逻辑函数表示方法之间的相互转换

2.5.3逻辑函数的两种标准形式

参考教材和文献资料

《数字电子技术基础》_阎石编着

第4讲

授课时间

第2周三　　　第1-2　节

课次

4

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章§2.6-§2.6逻辑函数的化简方法

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.掌握最小项的卡诺图表示；

2.熟练运用卡诺图化简逻辑函数。

教学重点及难点：

1.用卡诺图表示逻辑函数；

2.用卡诺图化简逻辑函数；

3.具有无关项的逻辑函数的化简。

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

2.6逻辑函数的化简方法

2.6.1公式化简法

熟练运用所学基本公式和常用公式，将一个函数式化成最简形式。

与或式最简形式的标准是：

该与或式中包含的乘积项的个数不能再减少，

且每个乘积项所包含的因子数也不能再减少。

常用公式化简法：

并项法、吸收法、消因子法、消项法、配项法。

2.6.2逻辑函数的卡诺图化简法

相邻最小项

两个最小项中只有一个变量互为反变量，其余变量均相同，称为相邻最小项，简称相邻项。

相邻最小项重要特点：

两个相邻最小项相加可合并为一项，

消去互反变量，化简为相同变量相与。

1.认识卡诺图

卡诺图：

是最小项按一定规律排列的方格图，每个最小项占有一个小方格。

逻辑相邻：

两个最小项,只有一个变量的形式不同,其余的都相同。

逻辑相邻的最小项可以合并。

2.逻辑函数的卡诺图表示

3.逻辑函数的卡诺图化简

讨论：

用卡诺图化简逻辑函数以及具有无关项的逻辑函数的化简。

课后小结：

回顾本节课主要内容，逻辑函数的几种表示方法的相互转换。

板书讲授与多媒体教学相结合（15分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合,例题讲解及引导学生做题（35分钟）

教学互动（15分钟）

作业、习题、思考题、辅导等：

62页2.17

（2）（4）；63页2.18

（1）（3）（5）（6）,2.20（a）（c）；64页2.22

（1）（4）,2.23

（1）（3）

板书设计：

2.6逻辑函数的卡诺图化简法

2.6逻辑函数的化简方法

2.6.1公式化简法

2.6.2逻辑函数的卡诺图化简法

1.认识卡诺图

2.逻辑函数的卡诺图表示

3.逻辑函数的卡诺图化简

参考教材和文献资料

《数字电子技术基础》_阎石编着

第5讲

授课时间

第3周一　　　第1-2　节

课次

5

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章§3.1-§3.7门电路

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.熟悉二、三极管的开关特性，掌握三极管导通、截止条件；

2.了解分立元件与门、或门、非门及与非门、或非门的工作原理和逻辑功能。

教学重点及难点：

重点：

二、三极管的开关特性和开关等效电路。

难点：

分立元件门电路的工作原理。

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

第3章门电路

本章主要讲述数字电路的基本逻辑单元—门电路，有TTL逻辑门、MOS逻辑门。

在讨论半导体二极管和三极管及场效应管的开关特性基础上，讲解它们的电路结构、工作原理、逻辑功能、电器特性等等，为以后的学习及实际使用打下必要基础。

本章重点讨论TTL门电路和CMOS门电路。

3.1概述

1.门电路

实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路称为门电路，常用的门电路有非门、与非门、或非门、异或门、与或非门等。

2.正负逻辑系统

（1）正逻辑

在二值逻辑中，如果用高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”，在这种规定下的逻辑关系称为正逻辑。

（2）负逻辑：

在二值逻辑中，如果用高电平表示逻辑“0”，低电平表示逻辑“1”，在这种规定下的逻辑关系称为负逻辑，正负逻辑式互为对偶式，即若给出一个正逻辑的逻辑式，则对偶式即为负逻辑的逻辑式，如正逻辑为或门，即Y=A+B，对偶式为YD＝AB。

3.高低电平的实现

在数字电路中，输入输出都是二值逻辑，其高低电平用“0”和“1”表示。

其高低电平的获得是通过开关电路来实现，如二极管或三极管电路组成。

其原理为：

当开关S断开时，输出电压vo＝Vcc，为高电平“1”；当开关S闭合时，输出电压vo＝0，为低电平“0”；若开关由三极管构成，则控制三级管工作在截止和饱和状态，就相当开关S的断开和闭合。

3.2半导体二极管门电路

1.稳态开关特性

2.二极管动态特性

当电路处于动态状态，即二极管两端电压突然反向时，半导体二极管所呈现的开关特性称为动态开关特性（简称动态特性）。

这是由于在输入电压转换状态的瞬间，二极管由反向截止到正向导通时，内电场的建立需要一定的时间，所以二极管电流的上升是缓慢的；当二极管由正向导通到反向截止时，二极管的电流迅速衰减并趋向饱和电流也需要一定的时间。

由于时间很短，在示波器是无法看到的。

3.2.2二极管与门

当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y为3.7V，为高电平。

3.2.3二极管或门

二极管或门电路如图3.2.5，当A、B中有一个是高电平3V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为2.3V，为高电平；只有A、B中都加低电平0V时，两个二极管同时截止，使得输出Y为0V，为低电平。

3.3.1MOS管（绝缘栅）的开关特性

一、MOS管的类型和符号

a.增强型NMOS

b.增强型PMOS

c.耗尽型NMOS

d.耗尽型PMOS

讨论：

二、三极管的开关特性和开关等效电路。

课后小结：

回顾本节课主要内容，重点掌握二、三极管的开关特性，掌握三极管导通、截止条件。

板书讲授与多媒体教学相结合（15分钟）

板书讲解、推导与多媒体教学相结合,例题讲解及引导学生做题（35分钟）

教学互动（5分钟）

作业、习题、思考题、辅导等：

151页3.6；152页3.8；153页3.10；

板书设计：

3.1概述

1.门电路

2.正负逻辑系统

（1）正逻辑

（2）负逻辑：

3.2半导体二极管门电路

1.稳态开关特性

2.二极管动态特性

3.3.2MOS管（绝缘栅）的开关特性

二、MOS管的类型和符号

a.增强型NMOS

b.增强型PMOS

c.耗尽型NMOS

d.耗尽型PMOS

参考教材和文献资料

《数字电子技术基础》_阎石编着

第6讲

授课时间

第3周三　　　第1-2　节

课次

6

授课方式

理论课▇　讨论课□　实验课□　习题课□　其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章§3.3-§3.5门电路

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。

教学重点及难点：

重点：

熟悉TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。

；

难点：

TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。

教　学　基　本　内　容

教学方法、教学手段

及时间设计

3.3CMOS门电路

利用PMOS管和NMOS管两者特性能相互补充的特点而做成

的互补对称MOS反相器，简称CMOS反相器。

一、工作原理

二、CMOS反相器的主要特性

①静态功耗极低；

②抗干扰能力强；

③电源利用率高，且有较大的允许范围；

④输入阻抗高，带负载能力强；

⑤电压传输特性接近理想开关。

3.3.5其他类型的CMOS逻辑门电路

一、CMOS与非门、或非门

1.与非门

2或非门

二、CMOS传输门

三、CMOS三态门

四、漏极开路输出门电路（OD门）

3.3.6CMOS电路的正确使用

一、输入端的静电保护

①在存贮和运输CMOS器件时不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，最耗采用金属屏蔽层作包装材料；

②组装调试时，应使电烙铁和其他工具、仪表、工作台面等良好接地。

必要时带防静电手镯；

③不用的输入端不应悬空。

二、输入端加过流保护

①输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号源之间串进保护电阻；

②输入端接有大电容时，应在输入端与电容之间接入保护电阻；

③输入端接长线时，应在门电路的输入端接入保护电阻。

/因长线上不可避免地伴有分布电容、分布电感，信号突变时可能产生正、负振荡的脉冲。

根据经验：

RP=VDD/1mA，且当长度大于10米后，每增加10米，RP的值应增加1KΩ。

集成逻辑门多余输入端的处理:

一般不让多余的输入端悬空，以防引入干扰信号，尤其对

CMOS器件输入端悬空可能因栅极感应静电电压而将管子击穿