数字电路教案.docx
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数字电路教案
皖西学院教案
2014-2015学年第2学期
课程名称
数字电子技术
授课专业班级
电气1302-02
授课教师
张斌
职称
副教授
教学单位
机电学院
教研室
学期授课计划说明
课程类别
总学分
3.5
总学时
56
本学期学时
教学周次
周学时
学时分配
56
14
4
讲授
实验
上机
考查
其他
56
教学
目的要求
在元器件学习的基础上，掌握数字电路的基础和逻辑门电路的基础知识；重点掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法，尤其是中规模集成的分析和设计方法；掌握D/A和A/D转换以及脉冲波形的产生和整形电路；了解半导体存储器的基本概念和基本知识。
教学
重点难点
重点掌握逻辑门电路的基础知识，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法，尤其是中规模集成的分析和设计方法。
此部分内容也是该门课程的教学难点。
选用教材
电子技术基础（数字部分）康华光等（第五版），北京：
高等教育出版社
主要
参考资料
1．清华大学电子学教研组，阎石主编，数字电子技术基础，第四版，北京，高等教育出版社，1998。
2．李士雄，丁康源主编，数字集成电子技术教程，北京：
高等教育出版社，1993。
3．曹汉房，陈耀奎编著，数字技术教程，北京：
电子工业出版社，1995。
4．扬晖，张风言编著，大规模可编程逻辑器件与数字系统设计，北京：
北京航空航天大学出版社，1998。
备注
单元教案
知识单元
主题
数字逻辑基础
学时
教学内容
（摘要）
1.1数字电路与数字信号
1.2数制
1.3二进制数的算术运算
1.4二进制代码
1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算
1.6逻辑函数及其表示方法
教学
目的要求
掌握数字电路与数字信号等相关基本概念。
了解数制、码制的涵义与应用范围。
掌握逻辑函数及其表示方法。
教学
重点难点
逻辑函数及其表示方法
教学
方法手段
板书结合多媒体课件
教学后记
分教案
授课主题
数字电路与数字信号
课次
1
教学方法手段
讲授结合多媒体课件
学时
2
教学目的要求
掌握数字电路与数字信号等相关基本概念。
教学重难点
数字信号的描述
教学内容纲要
备注
1.1.1数字技术的发展及其应用
发展特点:
以电子器件的发展为基础
电子管时代：
电压控制器件电真空技术
晶体管时代：
电流控制器件
半导体集成电路：
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代
a）传统的设计方法：
采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、修改完成。
所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。
b）现代的设计方法：
现代EDA技术实现硬件设计软件化。
采用从上到下设计方法，电路设计、分析、仿真、修订全通过计算机完成。
EDA（ElectronicsDesignAutomation）技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。
最后下载到芯片，实现系统功能。
使硬件设计软件化。
1.1.2、数字集成电路的分类及特点
1、数字集成电路的分类
根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，
--数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
从电路的形式不同，
--数字电路可分为集成电路和分立电路
从器件不同
--数字电路可分为TTL和CMOS电路
从集成度不同
--数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。
2、数字集成电路的特点
1）电路简单,便于大规模集成,批量生产
2）可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强
3）体积小,通用性好,成本低.
4）具可编程性,可实现硬件设计软件化
5）高速度低功耗
6）加密性好
3、数字电路的分析、设计与测试
（1）数字电路的分析方法
数字电路的分析:
根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。
分析工具：
逻辑代数。
电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。
（2）数字电路的设计方法
数字电路的设计:
从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。
设计方式:
分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.1.3模拟信号与数字信号
1.模拟信号
---时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等
2、数字信号
---在时间上和数值上均是离散、幅值只有0和1两种状态的信号。
数字电路和模拟电路：
工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同
分教案
教学内容纲要
备注
3、模拟信号的数字表示
由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.→模数转换。
1.1.4数字信号的描述方法
1、二值数字逻辑和逻辑电平
二值数字逻辑：
0、1数码---表示数量时称二进制数，表示事物状态时称二值逻辑。
表示方式：
a、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
2、数字波形
数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示。
比特率--------每秒钟转输数据的位数
（1）数字波形的两种类型:
归零型和非归零型
（2）周期性和非周期性
（3）实际脉冲波形及主要参数
（4）时序图----表明各个数字信号时序关系的多重波形图。
课后作业
分教案
授课主题
数制、二进制的运算逻辑变量与基本逻辑运算
课次
2
教学方法手段
讲授结合多媒体课件
学时
教学目的要求
了解数制的类型及其应用；掌握逻辑变量与逻辑运算，逻辑函数的表达方式
教学重难点
逻辑变量与逻辑运算，逻辑函数的表达方式
教学内容纲要
备注
1.2.1十进制
一般表达式:
各位的权都是10的幂。
任意进制数的一般表达式为:
1.2.2二进制
二进制数只有0、1两个数码，进位规律是：
“逢二进一”。
二进制的优点：
（1）易于电路表达---0、1两个值，可以用管子的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。
（2）二进制数字装置所用元件少,电路简单、可靠。
（3）基本运算规则简单,运算操作方便。
1.2.3二-十进制之间的转换（自学）
1）、十进制数转换成二进制数：
a.整数的转换:
“辗转相除”法:
将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数。
b.小数的转换:
将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以2，
直到满足误差要求进行“四舍五入”为止，就可完成由十进制小数
转换成二进制小数。
1.2.4十六进制和八进制
1.十六进制
十六进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码，进位规律是“逢十六进一”。
各位的权均为16的幂。
一般表达式：
2、二--十六进制之间的转换
二进制转换成十六进制：
因为16进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即0000～1111表示0-F。
十六进制转换成二进制：
将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。
3.八进制（略）
1.3 二进制的算术运算（自学）
1.3.1 无符号二进制的数算术运算
1.3.2 有符号二进制的数算术运算
1.4 二进制代码
码制:
编制代码所要遵循的规则
1.二—十进制码进制码（数值编码）
（BCD码-----BinaryCodeDecimal）
用4位二进制数来表示一位十进制数中的0~9十个数码。
从4位二进制数16种代码中,选择10种来表示0~9个数码的方案有很多种。
每种方案产生一种BCD码。
1.4.1二-十进制码
（1）几种常用的BCD代码
8421码2421码5421码余3码余3循环码
（2）各种编码的特点
有权码：
编码与所表示的十进制数之间的转算容易
余３码的特点:
当两个十进制的和是10时，相应的二进制正好是16，于是可自动产生进位信号,而不需修正.0和9,1和8,…..6和4的余３码互为反码,这对在求对于10的补码很方便。
余3码循环码：
相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。
按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争－冒险现象。
（3）求BCD代码表示的十进制数
对于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。
（4）用BCD代码表示十进制数
对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几组BCD代码来表示。
1.4.2格雷码
格雷码是一种无权码。
编码特点是：
任何两个相邻代码之间仅有一位不同。
1.4.3ASCII码（字符编码）
ASCII码即美国标准信息交换码。
它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。
1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算
逻辑运算:
当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种特定的因果关系进行的运算。
逻辑运算使用的数学工具是逻辑代数。
在逻辑代数中，有与、或、非三种基本的逻辑运算。
逻辑运算的描述方式:
逻辑代数表达式、真值表、逻辑图、卡诺图、波形图和硬件描述语言（HDL）等。
1．与运算
（1） 与逻辑:
只有当决定某一事件的条件全部具备时，这一事件才会发生。
这种因果关系称为与逻辑关系。
与逻辑符号：
逻辑表达式：
L=A·Ｂ=AB
２、或运算
只要在决定某一事件的各种条件中，有一个或几个条件具备时，这一事件就会发生。
这种因果关系称为或逻辑关系。
或逻辑符号
逻辑表达式：
L=A+Ｂ
3. 非运算
事件发生的条件具备时，事件不会发生；事件发生的条件不具备时，事件发生。
这种因果关系称为非逻辑关系。
非逻辑符号
逻辑表达式：
4.几种常用复合逻辑运算
1）与非运算
逻辑表达式:
2）或非运算
逻辑表达式：
3） 异或逻辑:
若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。
分教案
教学内容纲要
备注
逻辑表达式：
说明：
任何一个变量与0做异或运算得到的
是其变量本身，与1做异或运算得到的是该变量的反变量。
4） 同或运算
逻辑表达式：
1.6 逻辑函数的建立及其表示方法
1.真值表表示:
逻辑抽象，列出真值表
2、逻辑函数表达式表示
逻辑表达式是用与、或、非等运算组合起来，表示逻辑函数与逻辑变量之间关系的逻辑代数式。
3.逻辑图表示方法
用与、或、非等逻辑符号表示逻辑函数中各变量之间的逻辑关系所得到的图形称为逻辑图。
将逻辑函数式中所有的与、或、非运算符号用相应的逻辑符号代替，并按照逻辑运算的先后次序将这些逻辑符号连接起来，就得到图电路所对应的逻辑图
4.波形图表示方法
用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出信号的波形图，
表示电路的逻辑关系。
课后作业
分教案
授课主题
课次
教学方法手段
讲授结合多媒体课件
学时
2
教学目的要求
教学重难点
教学内容纲要
备注
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