《数字电路基础》大纲14编.docx

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《数字电路基础》大纲14编

《数字电路基础》课程教学大纲

课程英文名称：

FundamentalsofDigitalElectricalCircuits

课程代码：

120803109

课程性质：

学科基础课

适用专业：

物理学

总学时数：

64　其中讲课学时：

52　实验学时：

12　总学分数：

4分

编写人：

杨波审核人：

罗庆跃

一、课程简介

（一）课程性质及其在课程体系中的地位

《数字电路基础》课程是物理学专业的一门重要基础课，有很强的实践性，主要研究基本数字电路的原理和应用。

为学生进一步学习有关专业课程和日后从事专业工作打下基础，因此本课程在后续课程中占有很重要的地位。

（二）课程教学目标

通过课程的学习，使学生能够较好地掌握数字电路的基本理论、基本知识和基本分析方法。

了解电子技术的新发展，新技术。

能够分析由几个单元数字电路组成的小电路系统，具有设计简单电子电路的能力，为日后工作打下基础课程教学的总体要求

（三）课程教学的总体要求

学生通过学习应熟练掌握逻辑函数的表示方法及相互转换与化简方法；逻辑电路的分析方法与设计方法；掌握集成芯片的外特性与常用MSI的功能表；用MSI构成逻辑电路的方法。

了解集成芯片的工作原理与结构特点、功能特点。

（四）课程的基本内容

逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形、半导体存储器、可编程逻辑器件、模/数和数/模转换电路、系统应用举例等。

（五）先修课程及后续课程

先修课程为：

《电工学》《模拟电路基础》

后续课程为：

《微机原理》

二、课程教学总体安排

（一）学时分配建议表

学时分配建议表

                   课 程 内 容

各教学环节的学时分配

讲课

习题课

实验

设计

绪论

1

　第一章逻辑代数基础

　10

2

　第二章门电路

　5

2

　第三章组合逻辑电路

　10

2

4

　设计

　第四章触发器

　4

2

　第五章时序逻辑电路

　8

2

2

　设计

　第六章脉冲波形的产生和整形

　4

2

　第七章数一模和模一数转换

　4

总计（学时）

46

6 

12

（二）推荐教材及参考书目

1、教材

主编张克农.数字电子技术基础.高等教育出版社.第二版.20012年

2、参考书目

（1）（主编阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社.第5版.2006年

（2）主编康华光.电子技术基础下册.高等教育出版社.第5版.2008年

（三）课程考核方式

1、考核方式

闭卷考试，平时考核（课堂、平时作业实验）

2、成绩构成

期末成绩70%，，平时成绩20%，其中课堂10%课外10%实验10%

三、课程教学内容及基本要求

绪论1课时

数字电路的应用、数字信号、数字电路特点、学习数字电路方法

第一章逻辑代数基础12学时

１．教学目的

学会用逻辑代数处理简单的组合门电路，为下面学习组合逻辑电路与时序逻辑电路打下重础。

２．教学重点与难点

（1）教学重点

逻辑代数基本定律、三条重要规则、逻辑函数的表示方法及之间的转换。

（2）教学难点

逻辑函数的化简

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法；采用多媒体。

4.教学主要内容

（1）概述

（2）数制和码制

（3）逻辑代数中的三种基本运算

（4）逻辑代数的基本公式、常用公式和三个规则

（5）逻辑函数常用的描述方法及相互间的转换

（6）逻辑函数的公式化简法

（7）逻辑函数的卡诺图化简法

（8）具有无关项的逻辑函数及其化简

5、教学要求

掌握逻辑函数概念，熟练掌握逻辑函数的描述方法，逻辑函数的变换及逻辑函数化简的方法

6、课后思考与练习

31页1.1，1.2，1.5，1.6，1.8，1.9，1.10，1.13，1.14，1.15；

第二章集成逻辑门电路5学时

１．教学目的

学会TTL门、CMOS门、OC（OD）门、三态门等集成门的正确使用方法及外电气特性。

２．教学重点与难点

（1）教学重点

TTL与非门电气特性、集电极开路门和三态门正确运用。

（2）教学难点

TTL与非门的内部结构及工作原理

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4.教学主要内容

（1）概述

（2）半导体二极管和三极管开关特性

（3）分立元件门电路

（4）TTL门电路及性能参数

（5）CMOS门电路

（6）TTL门电路、CMOS门电路及性能参数和使用中的几个实际问题

5.教学要求

了解TTL与非门的工作原理；熟练掌握TTL门电路的外电气特性及的正确使用三态门；掌握CMOS

门的外电气特性和OC门及传输门的正确使用。

6、课后思考与练习

78页3.3，3.4，3.8，3.14，3.15。

第三章组合逻辑电路12学时

１．教学目的

学会组合逻辑电路的分析与设计方法，能看懂组合逻辑集成芯片的功能表，能正确使用芯片构成简单的组合逻辑电路

２．教学重点与难点

（1）教学重点

组合逻辑电路的分析与设计方法

（2）教学难点

MSI的译码器、数字选择器的工作原理和逻辑功能以及运用。

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4．教学主要内容

（1）概述

（2）组合逻辑电路的设计方法和设计方法

（3）常用的组合逻辑电路及其逻辑功能

（4）基于MSI组合逻辑电路的分析和设计

（5）组合逻辑电路中的竞争与冒险

5．教学要求

熟练掌握组合逻辑电路的分析与设计方法以及MSI的译码器、数字选择器的工作原理及逻

辑功能；掌握MSI的编码器、加法器、比较器。

了解组合逻辑电路中的竞争与冒险。

6、课后思考与练习

120页4.1，4.2，4.4，4.6，4.7，4.11，4.13，4.17，4.19

第四章集成触发器4学时

１．教学目的

由触发器逻辑图能看出其结构、种类并能正确应用。

２．教学重点与难点

（1）教学重点

触发器的特性方程、特性表、时序图表示及逻辑功能。

（2）教学难点

触发器的结构及工作原理；结构特点决定触发器的触发特点。

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4．教学主要内容

（１）概述

（２）触发器的基本形式

（３）基本RS触发器

（４）同步触发器

（５）主从结构触发器

（６）边沿触发器

（７）CMOS触发器

（８）集成触发器的应用

5．教学要求

熟练掌握触发器的用特性方程、特性表、时序图表示方法和逻辑功能；掌握常用集成触发器的

逻辑符号、逻辑功能特点以及动作特点；了解触发器的结构及工作原理。

6、课后思考与练习

146页　　5.1，5.3，5.5。

第五章时序逻辑电路10学时

１．教学目的

学会同步、异步时序逻辑电路的分析设计方法，能看懂时序逻辑芯片功能表，能用集成芯片构

成简单的时序逻辑电路

２．教学重点与难点

（1）教学重点

时序逻辑电路的分析方法，计数器的工作原理及其相应的中规模集成电路和典型应用。

（2）教学难点

时序逻辑电路的设计方法

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4．教学主要内容

（１）概述时序逻辑电路的基本特性及分类

（２）序逻辑电路的分析方法

（３）时序逻辑电路的设计方法

（４）集成计数器组成和工作原理

（５）用中规模集成计数器构成任意进制计数器的分析、设计方法

（６）．集成寄存器的组成和工作原理

（７）基于MSI时序逻辑电路的分析与设计

5、教学要求

熟练掌握同步、异步时序逻辑电路的分析方法，用集成计数器构成N进制计数器的方法；掌握同步与异步时序电路的概念，同步时序逻辑电路的设计方法以及数码寄存器、移位寄存器；了解各种同步及异步计数器的工作原理。

6、课后思考与练习

212页　7.1，7.2，7.3，7.12,，7.15，7.16，7.18，7.23。

第六章脉冲波形的产生和整形4学时

１．教学目的

学会施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路构成方法及参数计算方法。

２．教学重点与难点

（1）教学重点

555定时器的构成和工作原理　

（2）教学难点

单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理和典型应用。

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4．教学主要内容

（１）概述

（２）555定时器及

（３）施密特触发器

（４）单稳态触发器

（５）多谐振荡器

5．教学要求

熟练掌握555定时器的构成和工作原理；掌握以及单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理；了解典型应用。

6、课后思考与练习

6、课后思考与练习

172页　6.7，6.8，6.9

第七章数一模和模一数转换4学时

１．教学目的

学会D/A、A/D转换器构成思路、方法，能正确运用D/A、A/D芯片进行信号转换。

２．教学重点与难点

（1）教学重点

倒Ｔ形电阻网络D/A转换器、逐次渐近A/D转换器工作原理及集成芯片的应用。

（2）教学难点

D/A和A/D转换器的工作原理

3.教学方法与手段

以教师为主导，以学生为主体，采用启发式教学和提问、讨论以及质疑、解答等方法，多媒体。

4．教学主要内容

（１）概述

（２）D/A转换器的基本工作原理、倒Ｔ形电阻网络D/A转换器、权电流网络D/A转换器、集

成D/A转换器及应用

（３）A/D转换器的基本工作原理、并行比较型A/D转换器、逐次渐近A/D转换器、双积分型

A/D转换器、集成A/D转换器及应用、采样—保持电路。

5．教学要求

熟练掌握D/A转换器的基本工作原理和倒Ｔ形电阻网络D/A转换器；掌握A/D转换器的基本工作原理和并行比较型A/D转换器、逐次渐近A/D转换器；了解双积分型A/D转换器D/A、A/D转换器的主要参数。

6、课后思考与练习

275页　9.1，9.2，9.3，9.6。

四、实验要求

（一）实验的目的与要求

数字电路实验课是物理学重要的实践性基础课，其目的使学生更好地巩固和加深基础理论知识的理解，增强学生理论联系实际的能力，提高学生的工程素质，通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新；要求学生独立完成基本实验、综合实验外，还要学会独立设计小型数字系统的工程方法，独立完成调试过程，为专业课的学习和今后的工作打下良好基础。

（二）实验项目名称、学时分配表

实验学时分配表

序号

实验项目名称

实验学时

实验类型

实验内容

开出要求

分 组

人/组

1

门电路

２

验证

测量与非门的逻辑功能、测量或非门的逻辑功能、测量与或非门的逻辑功能

选开

２／人

２

组合逻辑电路

３

设计

１、用4个2输入与非门设计完成异或运算。

2、用数字选择器74LS151设计完成三人表决器，其中一人为主要裁判，有一票否决权。

3、用译码器74LS138设计完成一个全加器

要有设计过程，实验步骤，完整的电路图

必开

２／人

３

数码比较器

２

验证

1、用逻辑门构成一位数码比较器，并测试其逻辑功能。

2、测试集成4位数码比较器的逻辑功能。

3、用74LS85芯片构成一个8421BCD码判别电路，即输入DCBA是8421BCD码输出为高电平，否则输出为低电平。

选开

２／人

４

触发器

２

验证

1、用与非门构成基本RS触发器，并测试其逻

　辑功能。

2、测试集成JK、D触发器的逻辑功能。

3、用集成JK触发器构成同步4分频电路。

必开

２／人

５

计数

译码

显示

电路

３

综合

1、测试BCD译码器74LS48的逻辑功能

2、测试集成计数器74LS161的逻辑功能。

3、用74LS48、74LS161构成一个计数显示电路。

选开

２／人

６

任意进制计数器的构成

３

设计

1、测试74LS192同步十进制可逆计数器的逻辑功能

2、用两片74LS192组成两位十进制加法、减法计数器，进行由00—99累加计数和99—00递减计数，记录之。

3、设计一个六进制加法计数器，记录之。

4、设计一个24进制加法计数器并进行实验记录之。

5、选做，设计一个60进制计数器并进行实验。

以上都要数码显示计数过程。

选开

２／人

７

555集成计时器

２

验证

1、测试555定时器功能

2、用555定时器构成单稳态电路和多谐振荡电路，用双踪示波器观察电路的工作状况，并对波形进行分析

选开

２／人

8

智力竞赛抢答装置

2

综合

1、测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能。

2、智力竞赛抢答电路的接线

3、测试抢答器电路功能

选开

２／人

9

电子秒表

3

综合

1、基本RS触发器的测试

2、单稳态触发器的测试

3、时钟发生器的测试

4、计数器的测试

5、电子秒表的整体测试

6、电子秒表准确度的测试

选开

２／人

（三）考核方式

考核方法：

根据平时实验考勤登记表、平时的实验预习、平时实验操作和每次的实验报告，确定评分结果。

评分标准：

优、良、中等、及格、不及格五等（或10分制）

《数字电路基础》课程实验教学大纲

课程代码：

120803109

课程性质：

非独立设课

课程属性：

专业基础实验课

适用专业：

物理学

学时：

总学时64实验学时12

编写人：

杨波审定人：

罗庆跃

一、课程简介

数字电路基础实验是物理学专业学生的一门重要的实践性技术基础课程，培养学生动手能力的重要实践环节。

课程的主要内容：

门电路逻辑功能测试、集成芯片的逻辑功能测试、组合逻辑电路、时序逻辑电路的测试方法和分析方法等安排实验题目并提供实验设备,开展相应实验，获取实验结果，分析结果，得出实验结论的全过程。

二、实验教学目的及要求

1、实验教学目的：

 通过该实验课程的基本训练，使学生具备电子测试知识与技能及一定的科学研究能力，巩固和加深数字电子技术理论知识，通过实践进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力，同时注意培养学生实事求是,严肃认真的科学作风和良好的实验习惯,为今后工作打下良好的基础.

2、实验教学要求：

（1）实验仪表和仪器：

熟练掌握万用电表，示波器，电子学习机，直流稳压电源等电子仪器设备的正确使用方法。

（2）测试方法：

掌握 门电路逻辑功能的测试方法；集成芯片逻辑功能的测试方法；组合逻辑电路、时序逻辑电路的测试方法。

（3）实验操作：

安全、操作规范。

实验前预习实验内容，熟悉实验装置，正确布局和联接实验电路，认真观察实验现象和正确读取数据，并对实验数据进行分析判断，得出正确的实验结果。

（4）具备初步的分析和排除常见故障的能力。

（5）能独立地写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的实验报告。

三、实验项目设置表

序

号

实验名称

实验

学时

每组

人数

必做或选做

实验

类型

1

门电路

２

２

选做

验证性

2

组合逻辑电路

3

2

必做

设计性

3

数码比较器

２

２

选做

验证性

4

触发器

２

２

必做

验证性

5

计数、译码、显示电路

3

2

选做

综合性

6

任意进制计数器的构成

3

2

选做

设计性

7

555集成计时器

２

２

选做

验证性

8

智力竞赛抢答装置

2

2

选做

综合性

9

电子秒表

3

2

选做

综合性

四、单项实验的内容和要求

1、门电路

实验目的与要求：

（1）熟悉万用表和电子学习机的使用方法。

（2）验证主要门电路的逻辑运算及输入与输出的逻辑关系。

（3）掌握门电路多余端的处理。

实验内容：

（1）测量与非门的逻辑功能；

（2）测量或非门的逻辑功能；

（3）测量与与非门的逻辑功能。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

2、组合逻辑电路 （设计性实验）

实验目的与要求：

（1）熟悉组合逻辑电路的设计方法。

（2）掌握用逻辑门电路、集成译码器和数据选择器构成简单的逻辑控制电路方法。

实验内容：

（1）用4个2输入与非门设计完成异或运算。

（2）用数字选择器74LS151设计完成三人表决器，其中一人为主要裁判，有一票否决权。

（3）用译码器74LS138设计完成一个全加器要有设计过程，实验步骤，完整的电路图。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

3、数码比较器 

实验目的与要求：

（1）熟悉比较器的工作原理，掌握四位比较器的逻辑功能测试方法。

（2）掌握用比较器构成简单的逻辑功能电路的方法。

实验内容：

（1）用逻辑门构成一位数码比较器，并测试其逻辑功能。

（2）测试集成4位数码比较器的逻辑功能。

（3）用74LS85芯片构成一个8421BCD码判别电路，即输入DCBA是8421BCD码输出为高电平，否则输出为低电平。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

4、触发器

实验目的与要求：

（1）掌握集成JK、D触发器的逻辑功能的测试方法。

（2）体会异步端和同步端之间的关系，体会CP边沿触发脉冲信号的作用。

实验内容：

（1）用与非门构成基本RS触发器，并测试其逻辑功能。

（2）测试集成JK、D触发器的逻辑功能。

（3）用集成JK触发器构成同步4分频电路。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

5、计数、译码、显示电路（综合性实验）

实验目的与要求：

（1）掌握用74LS48BCD译码器和共阴极七段显示器构成译码显示电路；

（2）掌握集成计数器的逻辑功能及正确使用。

实验内容：

（1）测试BCD译码器74LS48的逻辑功能。

（2）测试集成计数器74LS161的逻辑功能。

（3）用74LS48、74LS161构成一个计数显示电路。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

6、任意进制计数器的构成 （设计性实验）

实验目的与要求：

（1）深入了解集成计数器的逻辑功能及应用。

（2）掌握用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法。

实验内容：

（1）测试74LS192同步十进制可逆计数器的逻辑功能

（2）用两片74LS192组成两位十进制加法、减法计数器，进行由00—99累加计数和99—00递减计数，记录之。

（3）设计一个六进制加法计数器，记录之。

　（4）设计一个24进制加法计数器并进行实验记录之。

（5）选做，设计一个60进制计数器并进行实验。

以上都要数码显示计数过程。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

7、555集成计时器

实验目的与要求：

（1）熟悉555定时器的组成和工作原理。

（2）掌握用555定时器构成单稳态电路和多谐振荡电路。

（3）学习用示波器对波形进行定量分析，测量波形的周期、脉宽和幅值。

实验内容：

（1）测试555定时器功能。

（2）用555定时器构成单稳态电路和多谐振荡电路，用双踪示波器观察电路的工作状

况，并对波形进行分析。

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

8、智力竞赛抢答装置（综合性实验）

实验目的与要求：

（1）学习数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等单元电路的综合

运用。

（2）熟悉智力竞赛抢赛器的工作原理。

（3）了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。

实验内容：

（1）测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能。

（2）智力竞赛抢答电路的接线

（3）测试抢答器电路功能

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

9、电子秒表（综合性实验）

实验目的与要求：

（1）学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。

（2）学习电子秒表的基本原理及电子秒表的调试方法。

实验内容：

（1）基本RS触发器的测试

（2）单稳态触发器的测试

（3）时钟发生器的测试

（4）计数器的测试

（5）电子秒表的整体测试

（6）电子秒表准确度的测试

主要仪器设备：

电子学习机、示波器、毫伏表、万用表；THDW-1网络型电子学综合实验装置

四、考核方法与评分标准

考核方法：

根据平时实验考勤登记表、平时的实验预习、平时实验操作和每次的实验报告，确定评分结果。

评分标准：

优、良、中等、及格、不及格五等（或10分制）

五、教材或指导书

实验指导书，自编