《数字电路与逻辑设计》教学大纲.docx
《《数字电路与逻辑设计》教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《数字电路与逻辑设计》教学大纲.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《数字电路与逻辑设计》教学大纲
《数字电路与逻辑设计》教学大纲
课程名称:
数字电路与逻辑设计
课程代码：
0773127
课程性质：
专业必修
课程说明：
讲授+实训
总学时数：
64（48+16）
学分数：
4（理论3+实训1）
适用专业：
计算机科学与技术（本科）
一、课程简介
《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的必修课程，是一门集数字电子技术与逻辑设计、软件与硬件、理论与实践为一体的课程。
作为一门学科与专业技术基础性课程，本课程的学习将为学生后续的计算机组成与体系结构、操作系统、计算机网络基础、单片机原理及应用、嵌入式应用与开发等课程的学习打下必要的基础。
（一）课程目标
围绕各种电子元器件构成的组合电路和时序电路的分析学习和实训，使学生在获得数字电子技术方面的基础理论和基本技能的同时，注重培养学生的数字电路分析思路和设计理念，结合计算机相关知识，理解计算机系统结构，并为后继相关课程的深入学习和实际应用打下理论基础。
职业能力目标
●对逻辑电路基本单元（门电路和触发器）的特性和工作原理的掌握；
●组合逻辑电路、时序逻辑电路分析和设计能力的培养；
●对数字集成新技术的了解；
●能使用Multisim平台仿真验证、分析和设计简单的数字电路或较为复杂的数字系统；
●数字系统综合设计和应用能力的培养；
●跟踪新知识与新技术的学习能力的培养；
●沟通与表达能力的培养。
（二）课程设计思路
本课程着眼于培养学生的设计理念和提升工程实践技能，为后继相关课程的深入学习和实际应用打下基础，激发学生对计算机在嵌入式方向应用的兴趣。
本课程设计以培养学生数字电路的分析和设计能力为核心。
课堂主要以理论教学为主，进行每章节知识点的讲解，章节中穿插辅以Multisim平台仿真案例实训教学；课外以单元练习、课后辅导为主，辅以学生自学文档资料、mooc学习。
让学生在教、学、做中掌握知识要义，养成学生重器件功能及应用等外部特性、轻内部结构分析，逐步养成学生查阅手册、选择元器件参数的能力。
（三）课程内容框架
本课程包含理论体系和实践体系。
理论体系内容可分为基础部分和拓展部分。
基础部分包括逻辑代数基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器和时序逻辑电路；拓展部分包括脉冲波形的产生和整形、数模和模数转换器、大规模集成电路。
实践体系模块旨在提高学生的实际动手能力和技术应用能力，以Multisim平台仿真实践为主，最终培养学生分析问题、解决问题及创新的能力。
实践教学体系分为验证性实践、设计性实践和综合性实践，其中验证性实践包括诸如门电路、触发器的功能测试及常用的中规模集成组合电路、集成时序电路的功能测试等基础实验内容，以验证、分析及设计部分章节门电路和习题作业门电路的功能为主，旨在强调基本实验技能、基本实验知识与基本实验方法的重要性；设计型实验主要涉及一些电路规模相对较小，设计比较容易，学生力所能及的设计型实验，重点放在利用小规模集成芯片构成中规模集成电路芯片，如利用74LS138、74LS148、数据选择器74LS151实现逻辑函数功能，利用74LS160、74LS161、74LS162、74LS163、74LS191、74LS192等集成芯片设计N进制计数器等；综合性实践主要是指电路规模相对较大，如简易秒表设计、智力竞赛抢答器设计等。
这类实验采用教师课堂讲解演示的方式，重点培养学生综合运用所学知识设计常见数字电路的能力。
二、各教学环节学时分配
教学时数分配
章次
章节名称
课时分配
备注
第1章
逻辑代数基础
6
第2章
集成逻辑门电路
6
2学时实训
第3章
组合逻辑电路
12
4学时实训
第4章
集成触发器
6
2学时实训
第5章
时序逻辑电路
14
4学时实训
第6章
脉冲波形的产生和整形
8
4学时实训
第7章
数模、模数转换器
6
第8章
大规模集成电路
6
2学时复习
合计
64
16学时实训
注：
此表仅为教师制定教学周历的参考，任课教师可根据章节任务模块要求和学生完成情况，在保证完成教学内容的前提下，自行设计各章节、任务模块的教学时数。
三、课程的教学内容及基本要求
章节
主体内容
基本知识点及教学要求、教学重难点
课程设计
备注
第1章逻辑代数基础
数字电路与逻辑设计理论基础
基本知识点及教学要求：
1、掌握数制与编码、数制间的转换
2、理解逻辑代数的基本概念、公式和定理
3、掌握逻辑函数标准表达式、逻辑函数的化简
4、熟悉逻辑函数的几种表示方法与相互转换
活动1：
说课，说本课的课程性质、教学目标、学习方法、考核方式及内容架构
活动2：
查阅资料写一个文献综述：
分析本门课程的研究对象和学习方法，并向同学们进行课堂讲述
活动3：
结合计算机，调查机器哪些功能部件使用数字电路
重点：
1、逻辑函数的公式化简法与图形化简法
2、逻辑代数与普通代数的异同
难点：
1、逻辑函数几种表示方法间的相互转换
第2章集成逻辑门电路
数字电路与逻辑设计硬件基础
实训1：
利用Multisim平台仿真验证各种集成逻辑门功能
基本知识点及教学要求：
1、掌握基本逻辑运算和逻辑门电路的基本工作原理
2、掌握数字集成电路的实际应用
3、理解TTL数字集成逻辑门、CMOS及OC门、TSL门的逻辑功能和应用
4、了解其他双极性逻辑门
5、Multisim平台介绍及集成逻辑门功能验证测试
活动1：
课余学会Multisim软件的安装，熟悉平台环境
重点：
1、集成TTL与非门电路的基本工作原理及主要参数
2、TTL与CMOS电路的应用及应用时的注意事项
3、Multisim平台介绍及集成逻辑门功能验证测试
难点：
1、三极管开关特性之输出特性曲线分析
2、集成TTL与非门电路的基本工作原理及主要参数
第3章组合逻辑电路
组合逻辑电路的分析与设计
实训2：
利用Multisim平台仿真组合逻辑电路的分析与设计
实训3：
利用Multisim平台仿真实现编码器与译码器功能
基本知识点及教学要求：
1、掌握组合逻辑电路的分析与设计方法
2、掌握中小规模组合逻辑器件的原理及应用
3、理解竞争冒险的产生原因、识别及消除方法
4、Multisim仿真组合逻辑电路功能的分析与设计
活动1：
讨论总结译码器74LS138和数据选择器74LS151如何实现组合逻辑函数功能。
活动2：
利用Multisim仿真测试常见集成组合逻辑电路功能。
重点：
1、组合逻辑电路的分析与设计方法
2、典型中小型组合逻辑器件的应用
3、Multisim仿真组合逻辑电路功能的分析与设计
难点：
Multisim仿真组合逻辑电路功能的分析与设计
第4章集成触发器
时序逻辑电路硬件基础
实训4：
利用Multisim仿真验证触发器逻辑功能
基本知识点及教学要求：
1、掌握与非门组成的基本RS触发器工作原理
2、掌握时钟触发器的特性表、特性方程、状态转换图、波形图
3、理解触发器的逻辑功能分类及相互转换
4、了解触发器的选用及参数指标
5、Multisim仿真触发器功能电路验证测试
活动1：
分析JK触发器的特性表、特性方程、状态转换图、波形图，并利用Multisim进行仿真。
重点：
1、触发器基本工作原理及逻辑功能描述方法
2、各类触发器的相互转换
难点：
1、触发器的选用及参数指标
第5章时序逻辑电路
时序逻辑电路的分析与设计（利用常见中规模计数器设计N进制计数器）
实训5：
利用Multisim仿真验证集成计数器逻辑功能
实训6：
利用Multisim仿真设计N进制计数器
基本知识点及教学要求：
1、掌握时序逻辑电路的分析方法
2、掌握常用中规模集成计数器、寄存器的逻辑功能及应用
3、理解同步时序逻辑电路的设计方法
4、掌握顺序脉冲发生器的构成及工作原理
5、利用Multisim仿真设计时序逻辑电路
活动1：
分析运用常见集成计数器构成的N进制计数器，并利用Multisim仿真实现。
重点：
1、中规模集成计数器的应用
2、异步时序逻辑电路的分析及同步时序逻辑电路的设计
3、利用Multisim仿真设计时序逻辑电路
难点：
1、任意进制计数器的设计；
2、根据命题，利用Multisim仿真设计时序逻辑电路
第6章脉冲波形的产生和整形
数字电路拓展知识1—数字电路的脉冲源（脉冲波形的产生与整形）
实训7：
利用Multisim仿真设计抢答器
项目8：
利用Multisim仿真设计简易秒表
基本知识点及教学要求：
1、掌握555集成定时器电路结构、工作原理
2、掌握555集成定时器如何构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器
3、理解电路的工作原理及应用
4、了解RC环形振荡器、CMOS多谐振荡器和石英晶体振荡器
5、利用Multisim仿真设计555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器
活动1：
仿真设计抢答器
活动2：
仿真设计简易秒表
重点：
1、555集成定时器的基本工作原理及其在波形产生和整形方面的应用
2、利用Multisim仿真设计555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器
难点：
利用Multisim仿真设计由脉冲555定时器构成的脉冲振荡器
第7章数模、模数转换器
数字电路拓展知识2—DAC、ADC
基本知识点及教学要求：
1、理解ADC和DAC的基本工作原理
2、了解主要技术指标及应用
活动1：
查阅资料，调查ADC、DAC在常见电路中的具体运用。
重点：
1、ADC和DAC的基本原理及应用
难点：
1、ADC和DAC的基本工作原理
第8章大规模集成电路
数字电路拓展知识2—半导体存储器与可编程逻辑器件
基本知识点及教学要求：
1、掌握半导体存储器的基本结构及工作原理
2、理解ROM、RAM的应用
3、初步掌握CPLD/FPGA的基本设计思想和设计方法
活动1：
讨论总结大规模集成电路器件内部原理。
重点：
1、半导体存储器的基本结构、工作原理及其应用
难点：
1、CPLD/FPGA的基本设计思想和设计方法
四、课程考纲
1、课程考核方式
闭卷考试。
2、成绩组成
平时成绩占40%，由出勤考勤成绩10%、平时习题作业总评成绩50%及平时实验报告总评成绩40%构成。
期末考核成绩占60%，由期末试卷考核成绩100%构成。
期末总成绩=（出勤考勤成绩*10%+平平时习题作业总评成绩*50%+平时实验报告总评成绩*40%）*40%+期末试卷考核成绩*60%。
五、建议教材与教学参考书
1．建议教材：
《数字电路与逻辑设计》（第三版），胡锦主编，高等教育出版社，2010年5月（2013年第3版）
2．教学参考书：
（1）《数字电子技术基础》（第四、五版），阎石主编，高等教育出版社。
（2）《数字电子技术》（第三版），高吉祥，丁文霞主编，电子工业出版社，2011年3月。
（3）《数字电子技术》，伍时和主编，清华大学出版社，2009年4月。
（4）《数字电子技术》，姚娅川主编，重庆大学出版社，2006年。
（5）《ModernDigitalElectronics》（3rd），R.P.Jain，清华大学出版社。
《数字电路与逻辑设计》实验/实训教学大纲
课程名称：
数字电路与逻辑设计
实验学时：
16
学分：
1
适用专业：
计算机科学与技术（本科）
一、实验的地位、目的
1、实验的地位:
实验教学是整个教学环节的重要组成部分。
它不但可以巩固学生的理论知识，提高理论与实践相联系的水平，同时能提高学生对电子电路进行测量、调试和设计的能力，从而为后续专业课程打下坚实的基础。
2、实验的目的：
通过实验使学生学会使用Multisim平台调用常用电子仪器测量、调试数字电路逻辑功能的方法；学会使用各种集成数字电路元器件，使学生对基本数字电路具备初步分析、运用、设计的能力，具备分析检查与排除故障、解决和处理实验结果的能力，学会运用Multisim软件进行电路设计并仿真，为后续课打下良好的基础。
同时鼓励学生创新，学生可以自己提出问题，设计电路，调试电路。
对培养创新精神和实践能力有重要作用。
二、实验教材与指导书
1.《数字电路与逻辑设计》（第三版），胡锦主编，高等教育出版社,2010.5
2．《数字电子技术基础》（第四、五版），阎石主编，高等教育出版社。
3．《数字电子技术》（第三版），高吉祥，丁文霞主编，电子工业出版社，2011.3。
三、考核方式及成绩评定
1、考核方式：
实验报告评测
2、成绩评定：
实验报告评测
四、实验项目开设表
序号
实验名称
内容提要
实验要求
实验类型
实验时数
每组人数
所在实验室名称
备注
1
熟悉Multi-sim软件及常用门电路逻辑功能测试
1、掌握Multisim软件的使用方法
2、基本集成门逻辑电路测试
3、利用与非门组成其他逻辑门电路
必做
验证
2
1
实验楼B114、B115
2
组合逻辑电路分析与设计仿真实验
1、利用逻辑转换仪对已知逻辑电路进行分析
2、利用逻辑转换仪进行逻辑电路的设计
必做
验证
+
设计
2
1
实验楼B114、B115
3
编码器、译码器电路仿真实验
1、8-3线优先编码器
2、3-8线译码器
3、利用七段显示译码器4511BD设计0-9数字显示电路
4、利用8-3线优先编码器74LS148D设计16-4线优先编码器
5、利用3-8线译码器74LS38D设计4-16线译码器
必做
验证
+
设计
2
1
实验楼B114、B115
4
触发器电路仿真实验
1、D触发器仿真电路
2、JK触发器仿真电路
3、各类触发器间的转换
必做
验证
2
1
实验楼B114、B115
5
计数器电路仿真实验
1、74LS161D构成的二进制加法同步计数器
2、74LS191D构成的二进制加/减同步计数器
3、设计由74LS162D构成的十进制加法同步计数器
4、设计由74LS192D构成的十进制加/减同步计数器
必做
验证
+
设计
2
1
实验楼B114、B115
6
任意N进制计数器电路仿真实验
1、简单连接法构成模为100的计数器
2、清零端复位法构成的八进制计数器
3、置入控制端的置们法构成的八进制计数器
4、利用简单连接法将74LS161D构成一个模256的计数器
5、利用复位法将74LS161D构成一个模为5的计数器
6、利用置位法将74LS161D构成一个模位6的计数器
必做
设计
2
1
实验楼B114、B115
7
数字抢答器设计
根据要求设计数字抢答器
必做
综合
2
1
实验楼B114、B115
8
简易秒表设计
根据要求设计简易秒表
必做
综合
2
1
实验楼B114、B115
五、综合性、设计性实验简介
实验二组合逻辑电路分析与设计仿真实验
（一）实验目的：
1、掌握Multisim软件对组合逻辑电路分析与设计的方法。
2、掌握利用集成逻辑门构建组合逻辑电路的设计过程。
3、掌握组合逻辑电路的分析方法。
4、掌握Multisim软件中数字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。
（二）实验内容：
1、利用逻辑转换仪对已知逻辑电路进行分析
2、利用逻辑转换仪进行逻辑电路的设计
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
熟练使用Multisim平台中的逻辑转换仪分析和设计组合逻辑电路。
实验三编码器、译码器电路仿真实验
（一）实验目的：
1、掌握编码器、译码器的工作原理。
2、掌握常见集成编码器、译码器的应用。
3、掌握数码显示管的工作原理。
（二）实验内容：
1、8-3线优先编码器
2、3-8线译码器
3、利用七段显示译码器4511BD设计0-9数字显示电路
4、利用8-3线优先编码器74LS148D设计16-4线优先编码器
5、利用3-8线译码器74LS38D设计4-16线译码器
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
掌握74LS138、74LS148、4511BD集成芯片功能及扩展应用。
实验五计数器电路仿真实验
（一）实验目的：
1、了解计数器的日常应用和分类。
2、熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用。
3、掌握计数器的使用方法。
（二）实验内容：
1、74LS161D构成的二进制加法同步计数器
2、74LS191D构成的二进制加/减同步计数器
3、设计由74LS162D构成的十进制加法同步计数器
4、设计由74LS192D构成的十进制加/减同步计数器
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
掌握74LS160、74LS161、74LS162、74LS163、74LS191、74LS192集成芯片逻辑功能及简单应用。
实验六任意N进制计数器电路仿真实验
（一）实验目的：
1、学会分析任意N进制计数器。
2、灵活应用构成任意N进制计数器的三种方法。
（二）实验内容：
1、简单连接法构成模为100的计数器
2、清零端复位法构成的八进制计数器
3、置入控制端的置们法构成的八进制计数器
4、利用简单连接法将74LS161D构成一个模256的计数器
5、利用复位法将74LS161D构成一个模为5的计数器
6、利用置位法将74LS161D构成一个模位6的计数器
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
灵活运用级连、置位、清零三种方法，利用已有计数器集成芯片构成任意N进制计数器。
实验七数字抢答器设计实验
（一）实验目的：
灵活运用前面所学数字电路集成芯片实现多路数字抢答器的设计
（二）实验内容：
根据要求设计数字抢答器
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
能否综合运用所学数字电路知识进行实际题目的数字电路设计
实验八简易秒表设计实验
（一）实验目的：
灵活运用前面所学数字电路集成芯片实现简易秒表的设计
（二）实验内容：
根据要求设计简易秒表
（三）主要仪器设备及器材：
计算机、Multisim软件
（四）基本实验技能及考核要点
能否综合运用所学数字电路知识进行实际题目的数字电路设计
编制者：
罗南超
审核者：
编制日期：
2018年8月22日
升级会员 