数字电子技术课程教学大纲与实践指导

数字电子技术课程教学大纲与实践指导一、课程基本信息课程名称：数字电子技术课程代码：[此处填写课程代码]学分/学时：[例如：3学分/48学时，其中理论XX学时，实践XX学时]适用专业：电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关理工科专业先修课程：电路分析基础、高等数学课程性质：专业基础课、必修课二、课程目标本课程旨在使学生掌握数字电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析和设计数字逻辑电路的能力，为后续专业课程的学习以及从事数字电子系统设计、开发和应用打下坚实基础。（一）知识目标1.理解数字信号与数字电路的基本概念、特点及应用。2.掌握数制与码制的基本概念及相互转换方法。3.熟练掌握逻辑代数的基本定律、定理和运算规则，能够运用逻辑代数进行逻辑函数的化简与变换。4.掌握常用逻辑门电路（TTL、CMOS）的逻辑功能、电气特性及主要参数。5.掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法，熟悉典型组合逻辑器件（编码器、译码器、数据选择器、加法器、比较器等）的逻辑功能及应用。6.掌握触发器的逻辑功能、电路结构及工作原理，理解不同触发器之间的转换方法。7.掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法，熟悉典型时序逻辑器件（寄存器、计数器等）的逻辑功能及应用。8.了解半导体存储器（ROM、RAM）和可编程逻辑器件（PLD、CPLD、FPGA）的基本结构、工作原理及应用特点。9.了解脉冲波形的产生与整形电路的工作原理。（二）能力目标1.具备运用逻辑代数分析和设计简单逻辑电路的能力。2.具备阅读和分析数字电路原理图的能力。3.具备选用常用数字集成电路芯片进行基本数字电路设计、组装与调试的能力。4.初步具备运用EDA软件（如Multisim、QuartusII等）进行数字电路仿真、分析和设计的能力。5.培养发现问题、分析问题和解决问题的工程实践能力。6.培养严谨的工程思维和创新意识。（三）素质目标1.培养学生严谨细致、实事求是的科学态度和工作作风。2.培养学生的工程素养和创新精神。3.培养学生的团队协作能力和沟通表达能力。三、课程主要内容与学时分配章节序号主要内容学时分配(理论/实践):-------:-------------------------------------------:-------------------第一章数字逻辑基础1.1概述：数字信号与模拟信号，数字电路的特点与分类1/01.2数制：常用数制（二进制、八进制、十进制、十六进制）及其相互转换2/01.3码制：常用编码（BCD码、格雷码、ASCII码等）1/01.4逻辑代数基础：基本逻辑运算，逻辑代数基本定律和规则2/01.5逻辑函数及其表示方法：真值表、逻辑表达式、卡诺图、逻辑图2/01.6逻辑函数的化简：公式法，卡诺图法（含无关项的应用）2/1第二章逻辑门电路2.1半导体器件的开关特性：二极管、三极管、MOS管1/02.2基本逻辑门电路：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门1/02.3TTL集成逻辑门电路：电路结构特点、主要参数、电压传输特性、输入输出特性2/02.4CMOS集成逻辑门电路：电路结构特点、主要参数、电压传输特性、输入输出特性、抗干扰能力2/02.5TTL与CMOS电路的接口技术1/0第三章组合逻辑电路3.1组合逻辑电路概述：特点、组成、分析与设计方法1/03.2组合逻辑电路的分析1/13.3组合逻辑电路的设计2/13.4常用组合逻辑器件：编码器、译码器/数据分配器、数据选择器、加法器、数值比较器3/23.5组合逻辑电路中的竞争冒险现象及其消除方法1/0第四章触发器4.1触发器概述：基本特点、分类0.5/04.2基本RS触发器1/04.3同步触发器：同步RS触发器、同步D触发器1/04.4主从触发器：主从RS触发器、主从JK触发器1.5/04.5边沿触发器：边沿JK触发器、边沿D触发器1/14.6触发器的逻辑功能转换1/0第五章时序逻辑电路5.1时序逻辑电路概述：特点、组成、分类、描述方法1/05.2时序逻辑电路的分析方法2/15.3常用时序逻辑器件：寄存器、移位寄存器1/15.4常用时序逻辑器件：计数器2/25.5时序逻辑电路的设计方法（异步、同步）2/1第六章半导体存储器与可编程逻辑器件6.1半导体存储器概述：分类、主要技术指标0.5/06.2随机存取存储器（RAM）：SRAM、DRAM1/06.3只读存储器（ROM）：掩膜ROM、PROM、EPROM、EEPROM1/06.4可编程逻辑器件（PLD）概述：PROM、PLA、PAL、GAL1/06.5复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）简介1/1第七章脉冲波形的产生与整形7.1概述0.5/07.2单稳态触发器7.3施密特触发器1/07.4多谐振荡器1/07.5555定时器及其应用1/1**复习与考核**[例如：2/0]**总计**[例如：40/16]*(注：以上学时分配为示例，具体可根据实际情况调整。实践学时包含在各章节中或集中安排。)*四、教学方法与手段1.课堂讲授：以多媒体课件为主，结合板书，系统讲解基本概念、原理和分析设计方法。2.案例分析：结合典型电路实例进行分析，加深学生对理论知识的理解和应用。3.课堂讨论：针对重点难点问题组织讨论，激发学生思考，培养其分析问题能力。4.实践教学：通过实验、课程设计等环节，培养学生的动手能力和创新能力。5.仿真软件辅助：引入Multisim、Logisim、QuartusII等EDA软件，进行电路设计与仿真，辅助理论教学和实践教学。6.线上学习资源：推荐相关在线课程、教学视频、技术文档等，拓展学生学习途径。五、考核方式与标准1.考核方式：采用过程性考核与期末考核相结合的方式。*过程性考核（例如：50%）：*平时作业与课堂表现（10%）：按时完成作业，课堂出勤、回答问题、参与讨论情况。*实验与实验报告（30%）：实验操作规范性、数据记录真实性、实验报告质量。*阶段性测验（10%）：针对重点章节内容进行小测。*期末考核（例如：50%）：闭卷笔试，主要考察学生对课程基本概念、基本原理的掌握程度以及综合运用知识分析和解决问题的能力。2.成绩评定标准：*优秀（____分）：全面掌握课程内容，能熟练运用所学知识解决复杂问题，实验技能突出。*良好（80-89分）：较好掌握课程内容，能较好运用所学知识解决一般问题，实验技能良好。*中等（70-79分）：基本掌握课程内容，能运用所学知识解决简单问题，实验技能合格。*及格（60-69分）：初步掌握课程主要内容，基本能完成规定的实验，经提示能解决简单问题。*不及格（<60分）：未达到课程基本要求，实验技能欠缺。六、推荐教材与参考资料1.推荐教材：*《数字电子技术基础》（第X版），阎石主编，高等教育出版社。*《数字电子技术》（第X版），杨志忠主编，高等教育出版社。2.参考资料：*《数字逻辑设计及应用》，[美]JohnF.Wakerly著，徐志军等译，机械工业出版社。*《CMOS数字集成电路设计》，[美]NeilH.E.Weste等著，电子工业出版社。*相关EDA软件（Multisim,QuartusII）用户手册及应用教程。*数字电子技术相关的期刊、会议论文及行业标准。---实践教学指导一、实践教学概述实践教学是数字电子技术课程的重要组成部分，旨在通过亲自动手操作，加深对理论知识的理解和掌握，培养学生的实验技能、分析问题和解决问题的能力，以及创新意识和工程实践能力。实践教学目标1.熟悉常用电子仪器（示波器、信号发生器、万用表、逻辑笔、直流稳压电源等）的基本操作。2.掌握基本逻辑门电路、组合逻辑电路及时序逻辑电路的测试与调试方法。3.学会查阅集成电路手册，正确选用集成芯片。4.初步掌握数字电路的设计、组装、焊接（若有）、调试和故障排除技能。5.培养严谨的实验态度、规范的操作习惯和良好的安全意识。6.学会撰写规范的实验报告。二、实践教学基本要求1.预习要求：实验前必须认真阅读实验指导书，明确实验目的、原理、步骤和注意事项，预习相关理论知识，完成预习报告（包括实验原理简述、实验电路草图、数据记录表格、预期结果等）。未完成预习报告者不得进入实验室。2.操作要求：*严格遵守实验室规章制度和仪器设备操作规程。*实验台布局合理，接线规范、牢固、美观，先接线路，后通电；先断电，后拆线。*认真观察实验现象，准确记录实验数据和波形。*遇到故障时，应首先切断电源，独立思考，分析原因，尝试排除。无法解决时，及时请教指导教师。3.报告要求：实验后应及时整理实验数据，对实验结果进行分析、讨论，按要求撰写实验报告。实验报告应字迹工整、图表清晰、结论明确。报告内容一般包括实验名称、实验日期、实验目的、实验原理、实验仪器与器件、实验电路、实验步骤、实验数据与记录（含波形图）、实验结果分析与讨论、实验结论、思考题解答等。4.安全与卫生要求：*注意用电安全，防止触电事故。*爱护仪器设备，节约元器件和耗材。*实验结束后，整理好实验台，清理杂物，经指导教师检查同意后方可离开实验室。三、主要实践项目内容与指导实验一：常用电子仪器的使用与门电路逻辑功能测试*实验目的：1.熟悉示波器、信号发生器、直流稳压电源、万用表的基本操作。2.验证TTL/CMOS与非门、或非门、异或门的逻辑功能。3.掌握集成逻辑门电路的正确使用方法和参数测试方法（如输入输出高低电平、电压传输特性）。*主要仪器与器件：双踪示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、数字万用表、逻辑电平测试笔、面包板、TTL/CMOS集成逻辑门芯片（如74LS00,74LS02,74LS86或相应CMOS芯片）、导线若干。*实验内容与步骤：1.练习使用直流稳压电源输出指定电压，用万用表测量。2.练习使用函数信号发生器输出指定频率和幅值的方波信号，用示波器观察和测量。3.按芯片手册要求正确连接门电路的电源和地。4.分别测试与非门、或非门、异或门的逻辑功能，记录真值表。5.（选做）测试与非门的电压传输特性。*注意事项：*TTL与CMOS芯片的电源电压范围不同，注意区分，切勿接错，以免损坏芯片。*芯片引脚识别要准确。*多余的输入引脚应根据门电路类型进行适当处理（TTL悬空视为高电平，CMOS不允许悬空）。实验二：组合逻辑电路的设计与测试（含编码器、译码器应用）*实验目的：1.掌握组合逻辑电路的设计与测试方法。2.熟悉编码器、译码器等中规模集成组合逻辑器件的逻辑功能及应用。3.观察组合逻辑电路的竞争冒险现象。*主要仪器与器件：同实验一，另加相应编码器（如74LS148）、译码器（如74LS48/47配合数码管）、数据选择器（如74LS151）、面包板、导线。*实验内容与步骤：1.用门电路设计并实现一个给定逻辑功能的组合电路（如半加器、全加器、比较器、奇偶校验器等），并测试其功能。2.测试集成编码器（如8线-3线优先编码器）的逻辑功能。3.测试集成译码器（如3线-8线译码器）的逻辑功能，并利用译码器实现简单逻辑函数或驱动数码管显示。*注意事项：*集成芯片的使能端、扩展端要正确连接。*数码管的共阴、共阳类型要与译码器输出类型匹配。实验三：触发器逻辑功能测试及其应用*实验目的：1.掌握基本RS触发器、JK触发器、D触发器的逻辑功能测试方法。2.熟悉触发器的触发方式。3.了解触发器的简单应用。*主要仪器与器件：同实验一，另加74LS74（双