25030203数字电子技术教学教材大纲-自动化专业.doc

-_数字电子技术教学大纲学时：80 学分：3.5 课程类别：专业基础课（核心课程） 课程编码：25030210开设年级：二年级第二学期 撰写人：郑雁翎审核人：XXX一、课程说明课程说明数字电子电路是自动化专业在电子技术方面入门性质的专业基础课，是理论和实际紧密结合的实践性和应用性很强的一门课程。本课程阐述数字系统的基本原理和设计方法。通过本课程的学习，使使学生熟练掌握数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有运用数字逻辑电路初步解决数字逻辑问题的能力。培养学生的智力技能入手，提高他们分析问题、解决问题以及实践应用的能力，同时也为以后专业课程的学习和毕业后从事电子、电气工程、自动化以及计算机应用技术方面的工作打下必要的基础。本课程作为专业基础课，在课程体系中起到承上启下的作用。课程的数学及物理基础为：高等数学 、 大学物理 ；本课程的先修课程：电路基础 ， 模拟电子技术基 。本课程的后续课程为：计算机控制 、 微机控制 、 单片机原理及应用 、数字信号的处理等课程的学习打下基础，数字信号处理，DSP 原理及应用、数字图像处理等。二、教学目标二、教学目标本课程的目的是通过对常用数字电子器件、数字电路及其系统的分析和设计的学习，使学生了解当今数字电子技术发展潮流和方向，掌握具体数字电路及系统的分析和设计方法，并能应用常用的中、小规模数字集成电路进行逻辑电路设计等，获得数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养本科生在数字电子技术方面的分析、设计、综合与创新的能力。通过这门课程的学习和训练，达到掌握先进电子技术的目的。三、学时分配三、学时分配章课程内容学时1数制和码制4（理论学时：4；实验学时：0）-_2逻辑代数基础8（理论学时：8；实验学时：0）3门电路2（理论学时：2；实验学时：0）4组合逻辑电路16（理论学时：10；实验学时：6）5触发器12（理论学时：10；实验学时：2）6时序逻辑电路16（理论学时：12；实验学时：4）7半导体存储器2（理论学时：2；实验学时：0）8脉冲波形的产生与变换12（理论学时：10；实验学时：2）数/模与模/数转换8（理论学时：6；实验学时：2）合计80（理论学时：64；实验学时：16）（表格内容为五号楷体，可分节，与第七项教学内容相一致）四、教学方式四、教学方式本门课采用课堂教学、实验和学生自学相结合，并辅之以课堂讨论，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。用于基本概念、理论分析及应用的课堂讲授约占总学时的 80%。习题课、课堂讨论、实验操作约占总学时的 20%。本课程安排了 5 次实验课，以便学生掌握基本实验技能。五、教材及参考资源五、教材及参考资源教材：教材：阎石主编. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006 参考资源：参考资源：1 江晓安. 数字电子技术. 西安：西安电子科技大学出版社，2004 2 张克农. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，20033 康华光 电子技术基础数字部分（第四版） 高等教育出版社，2000六、教学基本内容六、教学基本内容第一章第一章 数制和码制数制和码制教学目的 1.掌握数制的定义及各种数制之间的转换方法；2.掌握掌握 BCD 码、格雷码编码方法；3.了解编码的一般原则。重点难点 1. 几种常用数制间的转换。主要内容：二进制、十六进制数及其与十进制数的相互转换。2. 二进制算术运算。主要内容：二进制的算术运算与逻辑运算的不同之处，补码运算。 -_教学内容 第一节 数字信号与模拟信号。主要内容： 数字信号与模拟信号、数字电路的含义、研究对象、特点与应用。第二节 几种常用数制间的转换。主要内容：二进制、十六进制数及其与十进制数的相互转换。第三节 二进制算术运算。主要内容：二进制的算术运算与逻辑运算的不同之处，补码运算。第四节 常用编码。主要内容： 8421BCD 码、Gray 码的概念。考核目标 课堂考练，每周布置作业，作业量 23 小时，主要针对基本数制转换和逻辑运算问题。第二章：逻辑代数基础第二章：逻辑代数基础教学目的 1. 掌握逻辑代数的三种基本运算、三项基本定理、基本公式和常用公式；2. 掌握逻辑函数的四种表示方法（真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法）及其相互之间的转换；3. 掌握逻辑函数的公式化简法和图形化简法；4. 了解最小项、最大项、约束项的概念及其在逻辑函数化简中的应用。重点难点 1. 逻辑函数及其表示方法。主要内容：逻辑函数的四种表示方法（真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法）及其相互之间的转换。2. 逻辑函数的化简方法，主要内容：逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法。教学内容 第一节 逻辑与逻辑代数的概念。第二节 逻辑代数中的三种基本运算。主要内容：与、或、非三种基本运算和常用复合逻辑运算。第三节 逻辑代数的基本公式和常用公式。第四节 逻辑代数的基本定理。主要内容： 替代定理、反演定理、对偶定理。第五节 逻辑函数及其表示方法。主要内容：逻辑函数的四种表示方法（真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法）及其相互之间的转换。第六节 逻辑函数的化简方法。主要内容：逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法。第七节 具有无关项的逻辑函数及其化简。主要内容：最小项、最大项、约束项的概念及其在逻辑函数化简中的应用。考核目标 作业，课堂考练。主要针对：1.逻辑代数的基本定律和定理；2.逻辑关系的表示方法及其相互转换；3.逻辑函数的化简方法。-_第三章：门电路第三章：门电路教学目的 1.了解门电路的基本概念。2. 了解半导体二极管门电路。3.熟悉CMOS 门电路和 TTL 门电路。TTL 集成门系列，逻辑门电路使用中的几个实际问题。重点难点 1.掌握二极管和三极管的开关特性以及二极管与三极管的常用开关应用电路。CMOS 门（与非门、或非门、OD 门、传输门、三态门等）的特点和使用方法。2.TTL 门（与非门、或非门、异或门、三态门，OC 门）的特点和使用方法。 教学内容 第一节 二极管及三极管的开关特性；最简单的与、或、非门电路。1.二极管的开关特性。 2.BJT 的开关特性。 3.基本逻辑门电路。第二节 TTL 逻辑门电路：TTL 与非门、或非门、与或非门、异或门及 TTL 门的改进系列，OC 门、三态门。OC 门的负载电阻的计算。第三节 MOS 逻辑门电路：与非门、或非门、OD 门、TG 门、模拟开关、三态门。改进的 COMS 门及 CMOS 门的正确使用。考核目标 课堂讨论和课堂考练。主要针对常用 TTL 门和 COMS 门电路的正确使用方法。第四章：组合逻辑电路第四章：组合逻辑电路教学目的 1.掌握门级组合逻辑电路的分析与设计方法；2.掌握常用组合逻辑电路，即编码器、译码器、数据选择器、加法器及数值比较器的基本概念、工作原理及应用；3.了解组合逻辑电路中的竞争与冒险现象、产生原因及消除方法。 。重点难点 1. 组合逻辑电路的设计方法和分析步骤。2.常用组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、加法器及数值比较器的基本概念、工作原理及应用。教学内容 第一节 组合逻辑电路的分析方法。主要内容：组合逻辑电路的分析方法和分析步骤。第二节 组合逻辑电路的设计方法。主要内容：组合逻辑电路的设计方法和分析步骤。第三节 常用组合逻辑电路。主要内容：编码器、译码器、数据选择器、加法器及数值比较器的基本概念、工作原理及应用。第四节 组合电路中的竞争与冒险现象。主要内容：组合电路中的竞争与冒险现象、产生原因及消除方法。考核目标 作业，课堂考练和实验操作。主要针对组合逻辑电路基本分析方法和设计方法。-_第五章：触发器第五章：触发器教学目的 1. 掌握触发器的定义以及基本 RS 触发器、同步 RS 触发器、主从触发器、边沿触发器的逻辑功能、描述方法与动作特点；2. 掌握触发器逻辑功能与电路结构的区别。重点难点 1.脉冲触发的触发器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点；2.边沿触发的触发器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点。3.触发器的异步置“0” 、异步置“1” 。教学内容 第一节 SR 锁存器。主要内容：SR 锁存器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点。第二节 电平触发的触发器。主要内容：电平触发的触发器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点。第三节 脉冲触发的触发器。主要内容：脉冲触发的触发器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点。第四节 边沿触发的触发器。主要内容：边沿触发的触发器的电路结构、逻辑功能、描述方法与动作特点。第五节 触发器的逻辑功能及其描述方法。主要内容：触发器的逻辑功能及其描述方法，触发器逻辑功能与电路结构的区别。考核目标 作业，课堂考练和实验操作。主要针对触发器 RS、JK、D、T、T等五种逻辑功能及主从与边沿触发器的触发方式，各触发器之间的相互转换。第六章：时序逻辑电路第六章：时序逻辑电路教学目的 1. 掌握时序逻辑电路的定义及同步时序电路的分析与设计方法。深刻理解时序电路各方程组（输出方程组、驱动方程组、状态方程组） ，状态转换表、状态转换图及时序图在分析和设计时序电路中的重要作用；2. 了解常用时序电路，尤其是计数器、移位寄存器组成及工作原理，简单介绍异步时序电路的概念。重点难点 1. 时序逻辑电路的分析方法；2. 同步计数器的逻辑功能、工作原理及应用；3. 时序逻辑电路的设计方法。教学内容 第一节 时序逻辑电路的概念和特点。第二节 时序逻辑电路的分析方法。主要内容：同步时序电路的分析方法和步骤，时序电路各方程组（驱动方程组、状态方程组、输出方程组） ，状态转换表、状态转换图及时序图在分析和设计时序电路中的重要作用。-_第三节 寄存器和移位寄存器。主要内容：寄存器和移位寄存器组成、逻辑功能、工作原理及应用。第四节 计数器。主要内容：同步计数器的逻辑功能、工作原理及应用。第五节 时序逻辑电路的设计方法。主要内容：同步时序逻辑电路的设计方法和步骤。考核目标 作业，课堂考练和实验操作。主要针对时序电路的分析方法和设计方法。常用典型时序逻辑电路的特点和功能。第七章：半导体存储器第七章：半导体存储器教学目的 掌握半导体存储器存储容量与地址线和数据线数的关系，RAM 的扩展连接，ROM 的应用。重点难点 存储器容量的扩展。教学内容 第一节 半导体存储器的功能及分类，了解它们在数字系统中的作用。第二节 存储容量的扩展方法（位扩展、字扩展） 。考核目标 课堂练习和课堂讨论。 主要针对不同存储器的存储的特点、使用方法、扩展技术。第八章：脉冲波形的产生与整形第八章：脉冲波形的产生与整形教学目的 1.了解脉冲产生及整形电路的分类及脉冲波形参数的定义；2.掌握一种施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理、脉宽及周期的计算方法；3.重点掌握由 555 定时器组成三种脉冲电路（施密特触发器，单稳触发器和多谐振荡器）的工作原理，及波形参数与电路参数之间的关系。重点难点 555 定时器的电路结构和工作原理，由 555 定时器组成三种脉冲电路（施密特触发器，单稳触发器和多谐振荡器）的工作原理，及波形参数与电路参数之间的关系。教学内容 第一节 矩形脉冲的获取方法与主要参数。主要内容：脉冲产生及整形电路的分类及脉冲波形参数的定义。第二节 施密特触发器。主要内容：施密特触发器的工作原理、主要参数的计算、分析方法和应用。 第三节 单稳态触发器。主要内容：单稳态触发器的工作原理、主要参数的计算、分析方法和应用。第四节 多谐振荡器。主要内容：多谐振荡器的工作原理、主要参数的计算、分析-_方法和应用。第五节 555 电路定时器及其应用。考核目标 作业，课堂考练和实验操作。主要针对掌握脉冲波形的产生与整形，以及波形分析。了解波形参数的计算。第九章：脉冲波形的产生与整形第九章：脉冲波形的产生与整形教学目的 1.了解 ADC、DAC 在数字系统中的作用及分类方法；2.掌握权电阻网络 DAC，倒 T 型电阻网络 DAC 的工作原理及 DAC 的转换精度与速度；3. 对具有双极型输出的 DAC 及权电流网络 DAC 只做简单介绍；4.掌握 ADC 的转换步骤、取样定理，掌握逐次逼近型 ADC 与双重积分型 ADC 的工组原理及性能指标。重点难点 1.模/数转换器与数/模转换器在转换系统中的应用与地位。2.数/模转换器的原理及其电路，D/A 转换的速度和转换精度，模/数(A/D)转换过程中的取样、保持、量化、编码。3.V-T 变换型、双积分式 A/D、并联比较式 A/D、串并型 A/D 转换器。教学内容 第一节 D/A 转换器。主要内容：权电阻网络 DAC，倒 T 型电阻网络 DAC 的工作原理。第二节 A/D 转换器。主要内容：ADC 的转换步骤、取样定理，逐次逼近型 ADC 与双重积分型 ADC 的工组原理。 考核目标 课堂考练。主要针对掌握数字器、模拟器相互转换的方法，D/A、A/D 转换器的精度和速度。了解其中必要的模拟开关，取样保持电路的结构与原理。七、实践（实验）环节七、实践（实验）环节（一）组合逻辑电路的设计与测试（一）组合逻辑电路的设计与测试实践/实验内容 1. 熟悉数字电路实验设备的使用方法，掌握基本门电路的工作原理及功能测试方法；2.测量组合逻辑电路的逻辑关系，利用与非门组成与门、或门和异或门电路，设计三变量表决器，其中 A 具有否决权，并测量其逻辑功能。3.设计用与非门或者与门和异或门组成实现半加器。实践/实验要求 用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式，并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式，即写出用与非门组成与门、或门和异或门的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路，进行设计电路的逻辑功能测试。实践/实验学时周数 2 学时-_实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（二）译码器及其应用（二）译码器及其应用实践/实验内容 1. 测试 BCD 一七段译码器逻辑功能，测试计数一译码一显示电路的功能；2. 测试 3 线一 8 线译码器的逻辑功能。3.用 74LS138 译码器实现逻辑函数。实践/实验要求 1.正确连接测试电路，测试七段译码器的、和LTRBIBI的逻辑功能及译码功能。2.测试由四位二进制加法计数器组成一个十进制加法计RBO数、译码和显示的电路，3.测试 3 线一 8 线译码器的 G1、G2A、G2B 的逻辑功能及译码功能，列出功能表并分析其功能。4.实现逻辑函数。写出设计具体步骤、画出接线图、进行逻辑功能测试。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（三）数据选择器及应用（三）数据选择器及应用实践/实验内容 1.测试数据选择器 74LS151，74LS153 的逻辑功能，正确连接测量各端点逻辑功能，熟悉中规模集成电路 74LS151、74LS153 数据选择器的工作原理、逻辑功能及其应用；2. 用 8 选 1 数据选择器 74LS151 实现逻辑函数；3. 用数据选择器 74LS153 设计三输入多数表决电路；4. 用双 4 选 1 数据选择器 74LS153 实现全加器。实践/实验要求 1.学生掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及使用方法，学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法。2.培养学生的分析、设计组合电路的技能电路的功能。3. 设计实现对应逻辑函数功能，要求写出设计全过程，画出接线图，进行逻辑功能测试。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（四）触发器及其应用（四）触发器及其应用实践/实验内容 1. 测量基本 RS 触发器，JK 触发器和 D 触发器的逻辑功能。由 D 触发器转换成 JK、T 和 T触发器，由 JK 触发器转换成 D、T、T触发器。2. 运用双D 触发器设计并制作乒乓球练习电路。实践/实验要求 1.掌握基本 RS、JK、D 和 T 触发器的逻辑功能，掌握集成触发-_器的逻辑功能及使用方法，熟悉触发器之间相互转换的方法。培养学生的分析、设计时序电路的技能。2.写出各类触发器的特性方程，正确连接测量各类触发器逻辑功能的电路，列出各触发器功能测试表格，并说明其逻辑功能，分析 CP、RD、SD 端的作用。3.正确连接转换电路，测量逻辑功能并列出特性表，写出各触发器间转换的方法。4.设计项目要求画出设计路线。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（五）移位寄存器及其应用（五）移位寄存器及其应用实践/实验内容 1.测试双向移位寄存器 74LS194 的逻辑功能。2.根据移位寄存器特点设计实现环形和扭环形移位寄存器。实践/实验要求 1.掌握中规模 4 位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法。2.熟悉移位寄存器的应用实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。对实验过程出现的问题能够独立进行分析。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（六）计数器及其应用（六）计数器及其应用实践/实验内容 1.测试同步十进制可逆计数器的逻辑功能。2. 利用单片同步十进制可逆计数器独立设计任意进制加计数（复位法、预置法均可） 。实践/实验要求 1.学习用集成触发器构成计数器的方法。2.掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法。3.画出接线图，正确连接电路并进行测试，自拟表格记录数据，分析实验结果。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室（七）（七）555 时基电路及其应用时基电路及其应用实践/实验内容 1.测试 555 定时器逻辑功能，555 定时器构造施密特触发器，测试施密特触发器的性能，用示波器观察波形；2. 555 定时器构造单稳态触发器的性能测试（*选做） ，用示波器观察波形；3.测试 555 定时器构造多谐振荡器的性能，用示波器观察波形；4.设计模拟声响电路。实践/实验要求 1.熟悉 555 型集成时基电路结构、工作原理及其特点；2.掌握-_555 型集成时基电路的基本应用。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室(指包含于理论课程内的实践/实验内容环节，与人才培养方案保持。一致无该环节的课程不填写此项内容)（八）综合创新实验（八）综合创新实验实践/实验内容 1.测试按 BCD 计数时序译码器组成的分配器 CD4017；2.自拟设计实验方案实现多分频电路。实践/实验要求 熟悉集成时序脉冲分配器的使用方法及其应用。实践/实验学时周数 2 学时实践/实验方式 设计型实验实践/实验场所 电子技术实验室八、考核方式八、考核方式本课程为考试课。可开卷或闭卷进行测试，期末笔试占总成绩的 70%，平时作业、小测验占总成绩的 10，实验占总成绩的 20%。考核成绩合格才能获得学分。具体内容九、其他说明九、其他说明1.课堂讲授：按照教学大纲要求进行全面的教与学习，以基础为主，重点难点突出，合理安排课程内容。建议本课程在理论讲解的同时，根据情况安插重点章节的习题课；增加较多的上机仿真虚拟实验；在条件具备时，亦可开设一定的硬件实验。 2.课堂讨论：对相关内容及实验安排分析讨论课。3.课后作业：课后的作业环节主要目的在于使学生通过一定数量的习题及练习，并结合课程论文和算法程序巩固、加深对课程内容的理解和对整个课程体系的认识。课后作业包括教材每章后面的习题和补充作业，具体形式有：计算题、问答题、算法程序编写、课程论文。经常浏览国内外各个工科院校电子电子信息类专业方面的网站，搜索有关数字电子技术的信息，参与网上讨论，掌握最新的发展动态；参与一些小的科技制作；撰写科技论文等。-_