数字逻辑设计及应用教学大纲.doc

电子信息工程专业教学大纲数字逻辑设计及应用课程教学大纲课程编号：53000540 学时：64 学分：4 课外上机：16学时先修课程：高等数学、电路分析基础、模拟电路基础教材: DIGITAL DESIGN -Principles & Practices(Third Edition),John F. Wakerly,高等教育出版社，2001年5月数字设计原理与实践（原书第三版） John F. Wakerly 林生 等译 机械工业出版社 2003年8月一、课程的性质和任务本课程是通讯工程、电子信息工程、测控技术与仪器、自动化、生物医学工程等多个专业方向所共有的一门重要技术基础课。要求学生通过本课程学习掌握数字逻辑电路的基本原理与特性、数字逻辑电路的基本分析方法、数字逻辑电路设计和综合的基本技能、常用数字电路功能单元的实际应用技巧。同时要求同学能够理解数字逻辑电路与模拟电路之间的密切关系，了解EDA技术对于数字逻辑电路设计分析的重大意义。二、教学内容和要求1. 课堂理论教学（62学时）第一章 引论 （2学时）介绍数字逻辑电路的特点、数字逻辑电路在电子系统设计中的地位、数字逻辑电路与模拟电子电路之间的关系、简单介绍EDA设计工具、VHDL语言对数字逻辑设计作用和影响。第二章 数系与代码 （6学时）重点学习掌握：十进制、二进制、八进制和十六进制数的表示方法以及它们之间的相互转换、非十进制数的加减运算；符号数的表达：符号-数值码（Signed-Magnitude System、原码），二进制补码(twos complement，补码)、二进制反码（ones complement, 反码）表示以及它们之间的相互转换；带符号数的补码的加减运算；BCD码（Binary Codes for Decimal numbers）、格雷码（Gray code、葛莱码）的特点，它们与二进制数之间的转换关系；二进制数的浮点数表达（补充）；学习了解：字符的代码表示，二进制代码在状态，条件等的表示方面的应用；第三章 数字电路 （4学时）重点学习掌握：作为电子开关运用的二极管、双极型晶体管、MOS场效应管的工作方式；以CMOS倒相器电路的构成及工作状态分析；逻辑电路的静态、动态特性分析，等价的输入、输出模型；学习理解：特殊的输入输出电路结构：CMOS传输门、施密特触发器输入结构、三态输出结构、漏极开路输出结构；学习了解其他类型的逻辑电路： TTL,ECL等；不同类型、不同工作电压的逻辑电路的输入输出逻辑电平规范值以及它们之间的连接配合的问题。第四章 组合逻辑设计原理 （10学时）重点学习掌握:逻辑代数的公理、定理，对偶关系，以及在逻辑代数化简时的作用；逻辑函数的表达形式：积之和与和之积标准型、真值表；组合电路的分析：逻辑函数表达式的产生过程及逻辑函数表达式的基本化简方法函数化简方法；组合电路的综合过程：将功能叙述表达为组合逻辑函数的表达形式、逻辑函数表达式的化简函数化简方法和卡诺图化简方法、使用与非门、或非门表达的逻辑函数表达式、逻辑函数的最简表达形式及综合设计的其他问题：无关项的处理、冒险问题和多输出逻辑化简的方法。第五章 组合逻辑设计实践 （10学时） 重点学习掌握：利用基本的逻辑门完成规定的组合逻辑电路的设计任务：如译码器、编码器、多路选择器、多路分配器、异或门、比较器、全加器；利用基本的逻辑门和已有的中规模集成电路（MSI）逻辑器件如译码器、编码器、多路选择器、多路分配器、异或门、比较器、全加器、三态器件等作为设计的基本元素完成更为复杂的组合逻辑电路设计的方法。第七章 时序逻辑设计原理 （10学时）重点学习掌握:基本时序元件R-S型,D型,J-K型,T型锁存器、触发器的电路结构，工作原理，时序特性, 功能表，特征方程表达式，不同触发器之间的相互转换；扫描触发器(Scan Flip-Flop)特性及基本应用；钟控同步状态机的模型图，状态机类型及基本分析方法和步骤，使用状态图表示状态机状态转换关系；时序状态机的设计：状态转换过程的建立，状态的化简与编码赋值、未用状态的处理-最小风险方案和最小代价方案、使用状态转换表的设计方法、使用状态图的设计方法。学习了解：时序电路设计中的其他的设计方法。第八章 时序逻辑设计实践 （10学时）重点学习掌握：利用基本的逻辑门、时序元件作为设计的基本元素完成规定的钟控同步状态机电路的设计任务：计数器、位移寄存器、序列检测电路和序列发生器的设计；利用基本的逻辑门和已有的中规模集成电路（MSI）时序功能器件作为设计的基本元素完成更为复杂的时序逻辑电路设计的方法。学习了解：时序电路设计中的其他问题：组合电路与时序电路的比较，大型时序电路的结构划分，时钟歪斜，异步输入处理等。第十章 存储器及其在数字逻辑系统实现中的运用 （4学时）学习了解：存储器（ROM,SRAM）的基本工作原理和结构；学习掌握：存储器在数字逻辑系统设计的硬件实现中的运用。第十一章 其他的实际问题 （3学时）学习了解：数字逻辑电路(组合电路和时序逻辑电路)设计的描述说明方法；数字逻辑系统设计的其他问题：数字逻辑设计中设计工具的作用、设计的可测试性问题、数字逻辑系统可靠性的问题、高速数字逻辑系统中信号传输的相关问题。 补充内容 模数转换器、数模转换器(ADC/DAC)原理及应用简介 （3学时）重点学习理解：数字-模拟转换器(Digit to Analog Convertor,DAC)的基本电路结构（R-2R结构的DAC），工作原理；模拟-数字转换器(Analog to Digit Convertor,ADC) 的基本电路结构（逐次逼近式的ADC），工作原理；、模拟-数字转换器、数字-模拟转换器(ADC/DAC)在电子系统中的作用和应用，特别是在波形发生方面的运用。2. 实验教学实验教学（12学时） 实验目的：研究典型数字集成电路的功能及扩展方法；掌握其测试方法；根据实验要求进行电路设计和测试。 实验内容：根据数字集成电路的特点，进行基本功能单元试验，包括组合电路基本功能单元的实验，时序电路的基本功能单元的实验及数字电路综合设计性设计试验。实验上机(课外)（16学时） 实验目的：通过使用CAD设计工具 PSPICE、MAX+plusII对教材中相关例题的分析，加深对教材内容的理解，更好地掌握相关知识。实验内容：1、学习使用PSPICE电路CAD工具，利用PSPICE仿真CMOS基本逻辑门的静态特性和动态特性、了解电路结构和负载特性对逻辑门静态特性和动态特性的影响。2、学习使用MAX+plusII工具，利用MAX+plusII工具进行数字逻辑电路仿真的基本方法；进行基本组合电路基本功能单元，时序电路的基本功能单元进行仿真，加深对基本功能单元功能作用的理解；对教材中大型例题进行仿真分析，加强对大型综合性设计的分析理解能力。3. 课堂习题课 由教师根据课程进展情况自行安排。三、主要教学参考资料1. Alan B. Marcovitz . Introduction to Logic Design (影印版),清华大学出版社,2002 2. Victor P. Nelson H. Troy Nagle Bill D. Carroll J. David Irwin . Digital Logic Circuit Analysis & Design 清华大学出版社,Prentice Hall, Inc, 19973John M.Yarbrough . Digital Logic Applicatons and Design 机械工业出版社 20024阎 石，数字电子技术基础(第四版)，高等教育出版社，1998 5王毓银，数字逻辑设计，高等教育出版社，20016龙忠琪，贾立新，数字集成电路教程，科学出版社，20017. 毛法尧，欧阳星明，任