数字电路教案

数字电路教案一、课程基本信息1.课程名称：数字电路2.课程类型：专业基础课3.授课对象：电子信息类专业本科一年级学生4.学分/学时：4学分/64学时5.课程目标：使学生掌握数字电路的基本概念、基本理论和基本分析方法。培养学生的逻辑思维能力和数字系统设计能力。为后续专业课程的学习奠定基础。

二、课程内容与学时安排

第一章数字电路基础（8学时）1.教学内容数字信号与数字电路数字信号的特点数字电路的分类与特点数制与编码十进制、二进制、八进制、十六进制数的表示与转换二进制代码：BCD码、格雷码等逻辑代数基础基本逻辑运算：与、或、非复合逻辑运算：与非、或非、与或非、异或、同或逻辑代数的基本定律和规则2.教学目标了解数字信号与数字电路的基本概念。掌握数制与编码的转换方法。理解逻辑代数的基本运算和定律规则。

第二章逻辑门电路（10学时）1.教学内容二极管、三极管的开关特性基本逻辑门电路与门、或门、非门电路结构与工作原理TTL与CMOS集成逻辑门的电气特性复合逻辑门电路与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门电路结构与工作原理逻辑门电路的应用2.教学目标掌握二极管、三极管的开关特性。理解基本逻辑门和复合逻辑门的工作原理。熟悉TTL与CMOS集成逻辑门的电气特性。能够运用逻辑门电路实现简单的逻辑功能。

第三章组合逻辑电路（14学时）1.教学内容组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计方法常用组合逻辑电路编码器译码器数据选择器数值比较器加法器组合逻辑电路中的竞争冒险2.教学目标掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。熟悉常用组合逻辑电路的工作原理和应用。了解组合逻辑电路中的竞争冒险现象及消除方法。

第四章触发器（10学时）1.教学内容基本RS触发器电路结构与工作原理特性方程同步RS触发器电路结构与工作原理特性方程JK触发器电路结构与工作原理特性方程D触发器电路结构与工作原理特性方程T触发器和T'触发器电路结构与工作原理特性方程2.教学目标掌握基本RS触发器、同步RS触发器的工作原理和特性方程。理解JK触发器、D触发器、T触发器和T'触发器的工作原理和特性方程。

第五章时序逻辑电路（14学时）1.教学内容时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的设计方法常用时序逻辑电路寄存器计数器时序逻辑电路的状态转换图和时序图2.教学目标掌握时序逻辑电路的分析与设计方法。熟悉寄存器和计数器的工作原理和应用。能够绘制时序逻辑电路的状态转换图和时序图。

第六章脉冲波形的产生与整形（8学时）1.教学内容多谐振荡器石英晶体多谐振荡器555定时器构成的多谐振荡器单稳态触发器微分型单稳态触发器积分型单稳态触发器555定时器构成的单稳态触发器施密特触发器电路结构与工作原理电压传输特性555定时器构成的施密特触发器2.教学目标掌握多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的工作原理。理解555定时器在脉冲波形产生与整形电路中的应用。

三、教学方法与手段1.教学方法讲授法：讲解课程的基本概念、原理和方法。演示法：通过实验演示，直观展示电路的工作过程和现象。讨论法：组织学生讨论相关问题，培养学生的思维能力和团队合作精神。案例教学法：通过实际案例分析，加深学生对知识的理解和应用能力。2.教学手段多媒体教学：利用PPT、动画等多媒体资源，丰富教学内容，提高教学效果。实验教学：安排实验课程，让学生通过实际操作，验证理论知识，培养实践能力。

四、考核方式1.平时成绩（30%）出勤情况（10%）：旷课一次扣5分，迟到、早退一次扣2分。作业完成情况（10%）：按时完成作业，作业质量高得810分；基本按时完成，质量一般得67分；不能按时完成，质量较差得05分。课堂表现（10%）：积极参与课堂讨论、回答问题，表现良好得810分；参与度一般得67分；很少参与得05分。2.期末考试成绩（70%）：采用闭卷考试形式，主要考查学生对课程知识的掌握程度和应用能力。

五、教材及参考资料1.教材《数字电子技术基础》（第六版），阎石主编，高等教育出版社。2.参考资料《数字电路与逻辑设计》（第三版），王毓银主编，高等教育出版社。《数字电子技术》（第二版），康华光主编，高等教育出版社。相关电子技术网站和在线课程资源。

六、教学进度安排

|周次|教学内容|学时||::|::|::||1|第一章数字电路基础1.11.3|4||2|第一章数字电路基础1.41.5|4||3|第二章逻辑门电路2.12.2|4||4|第二章逻辑门电路2.32.4|4||5|第三章组合逻辑电路3.13.2|4||6|第三章组合逻辑电路3.33.4|4||7|第三章组合逻辑电路3.53.6|4||8|第四章触发器4.14.2|4||9|第四章触发器4.34.4|4||10|第五章时序逻辑电路5.15.2|4||11|第五章时序逻辑电路5.35.4|4||12|第六章脉冲波形的产生与整形6.16.2|4||13|第六章脉冲波形的产生与整形6.3|4||14|课程复习|4|

七、各章节教学内容详细设计

第一章数字电路基础1.数字信号与数字电路通过对比数字信号和模拟信号的波形、特点，引入数字信号的概念。介绍数字电路的分类（按集成度、逻辑功能等）和特点（可靠性高、抗干扰能力强等）。举例说明数字电路在日常生活和工业领域中的应用，如数字时钟、手机、计算机等。2.数制与编码详细讲解十进制、二进制、八进制、十六进制数的表示方法，如二进制数的位权展开式。利用十进制转二进制的"除2取余法"和二进制转十进制的"位权展开法"进行实例演示，让学生掌握数制转换的基本方法。介绍常见的二进制代码，如BCD码（8421BCD码、余3BCD码等）和格雷码，讲解其特点和应用场景。3.逻辑代数基础从与、或、非三种基本逻辑运算的定义出发，通过逻辑电路实例讲解其工作原理。推导复合逻辑运算（与非、或非、与或非、异或、同或）的逻辑表达式，并通过真值表验证。详细讲解逻辑代数的基本定律（交换律、结合律、分配律等）和规则（代入规则、反演规则、对偶规则），通过具体例子说明如何运用这些定律和规则化简逻辑表达式。

第二章逻辑门电路1.二极管、三极管的开关特性复习二极管的单向导电性，分析二极管在正向偏置和反向偏置时的工作状态，讲解二极管作为开关元件时的导通和截止条件。介绍三极管的三种工作状态（放大、饱和、截止），分析三极管在数字电路中作为开关元件时的饱和导通和截止状态，讲解三极管开关电路的工作原理。2.基本逻辑门电路以与门、或门、非门电路为例，详细讲解其电路结构（由二极管、三极管组成的分立元件电路和集成逻辑门电路）和工作原理，通过输入输出波形分析其逻辑功能。介绍TTL与CMOS集成逻辑门的电气特性，如输入输出电平、扇入系数、扇出系数、功耗等，对比两者的特点和应用场合。3.复合逻辑门电路分析与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门的电路结构和工作原理，推导其逻辑表达式，通过真值表验证逻辑功能。通过实际例子说明复合逻辑门电路在数字系统中的应用，如用与非门实现与门功能等。4.逻辑门电路的应用给出一些简单的逻辑问题，让学生用基本逻辑门和复合逻辑门电路设计实现逻辑功能的电路，培养学生的电路设计能力。介绍逻辑门电路在实际数字系统（如数字密码锁、简单报警器等）中的应用实例，分析其工作原理。

第三章组合逻辑电路1.组合逻辑电路的分析方法讲解组合逻辑电路的定义和特点，介绍分析组合逻辑电路的一般步骤：写出逻辑表达式、化简逻辑表达式、列出真值表、分析逻辑功能。通过具体的组合逻辑电路实例（如三人表决电路、奇偶校验电路等），按照分析步骤进行详细讲解，让学生掌握组合逻辑电路的分析方法。2.组合逻辑电路的设计方法讲解组合逻辑电路设计的一般步骤：根据实际问题列出真值表、写出逻辑表达式、化简逻辑表达式、画出逻辑电路图。以设计一个实现某特定逻辑功能的电路为例（如设计一个4选1数据选择器），按照设计步骤进行详细讲解，培养学生的电路设计能力。3.常用组合逻辑电路编码器：介绍编码器的功能和分类，以8421BCD码编码器为例，讲解其工作原理和电路结构，分析编码过程。译码器：介绍译码器的功能和分类，以二进制译码器为例，讲解其工作原理和电路结构，通过译码输出波形分析译码功能，介绍译码器在数字显示电路中的应用。数据选择器：介绍数据选择器的功能和分类，以4选1数据选择器为例，讲解其工作原理和电路结构，通过选择控制信号和输入数据波形分析数据选择功能，介绍数据选择器在多路数据传输中的应用。数值比较器：介绍数值比较器的功能和分类，以4位数值比较器为例，讲解其工作原理和电路结构，分析比较两个4位二进制数大小的过程。加法器：介绍加法器的功能和分类，以半加器和全加器为例，讲解其工作原理和电路结构，分析两个二进制数相加的过程，介绍多位加法器的级联方式。4.组合逻辑电路中的竞争冒险介绍竞争冒险的概念，通过具体的逻辑电路实例分析竞争冒险产生的原因。讲解判断竞争冒险的方法（代数法、卡诺图法），介绍消除竞争冒险的方法（接入滤波电容、引入选通脉冲、修改逻辑设计等）。

第四章触发器1.基本RS触发器介绍基本RS触发器的电路结构（由两个与非门或两个或非门交叉耦合组成），分析其工作原理，讲解其置0、置1、保持三种工作状态。推导基本RS触发器的特性方程，通过真值表验证其逻辑功能，分析其约束条件。2.同步RS触发器介绍同步RS触发器的电路结构（在基本RS触发器基础上增加时钟控制端），分析其工作原理，讲解其在时钟脉冲作用下的置0、置1、保持功能。推导同步RS触发器的特性方程，通过真值表验证其逻辑功能，分析其空翻现象及解决方法。3.JK触发器介绍JK触发器的电路结构（在同步RS触发器基础上改进），分析其工作原理，讲解其在时钟脉冲作用下的置0、置1、保持、翻转功能。推导JK触发器的特性方程，通过真值表验证其逻辑功能，分析其克服空翻的原理。4.D触发器介绍D触发器的电路结构（可由JK触发器转换得到），分析其工作原理，讲解其在时钟脉冲作用下的置0、置1功能。推导D触发器的特性方程，通过真值表验证其逻辑功能，介绍D触发器在数字电路中的应用。5.T触发器和T'触发器介绍T触发器的电路结构（可由JK触发器转换得到），分析其工作原理，讲解其在时钟脉冲作用下的保持和翻转功能。推导T触发器的特性方程，通过真值表验证其逻辑功能，介绍T'触发器（T触发器的特例，T=1时的翻转功能）及其应用。

第五章时序逻辑电路1.时序逻辑电路的分析方法讲解时序逻辑电路的定义和特点，介绍分析时序逻辑电路的一般步骤：写出时钟方程、驱动方程、状态方程和输出方程，画出状态转换图和时序图，分析电路功能。通过具体的时序逻辑电路实例（如同步二进制计数器、异步二进制计数器等），按照分析步骤进行详细讲解，让学生掌握时序逻辑电路的分析方法。2.时序逻辑电路的设计方法讲解时序逻辑电路设计的一般步骤：根据设计要求确定电路的状态数和状态转换关系，画出状态转换图，状态编码，确定触发器类型和电路结构，写出时钟方程、驱动方程、状态方程和输出方程，画出逻辑电路图。以设计一个实现某特定计数功能的电路为例（如设计一个模6计数器），按照设计步骤进行详细讲解，培养学生的电路设计能力。3.常用时序逻辑电路寄存器：介绍寄存器的功能和分类，以简单的4位寄存器为例，讲解其工作原理和电路结构，分析数据的寄存和取出过程。计数器：介绍计数器的功能和分类，以同步二进制计数器和异步二进制计数器为例，讲解其工作原理和电路结构，分析计数过程，介绍计数器的应用（如分频器、定时器等）。4.时序逻辑电路的状态转换图和时序图通过具体的时序