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01课程基本信息授课对象：电子信息类本科生学分/学时：3学分/48学时课程类别：学科必修课/专业必修课先修课程：电路分析、模拟电子电路02课程介绍“数字电路与逻辑设计”是电子信息类专业本科生重要的专业基础课。本课程主要介绍数字逻辑基本原理、组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计、寄存器传输级设计、复杂数字系统的设计、硬件描述语言、可编程逻辑器件和EDA工具等内容。课程内容涵盖了数字逻辑基础、数字电路基本模块的分析和设计、现代数字电路与系统设计的方法和手段、以及使用现代设计方法和手段进行数字系统设计，对培养学生的工程能力具有重要的基础作用。03课程目标知识目标：掌握数字逻辑基础知识，掌握数字电路中信息的表示方法，掌握数字逻辑的数学基础，理解数字逻辑的电路基础；掌握数字系统中组合电路和时序电路基本模块的结构和设计的基础知识，掌握复杂数字电路与系统基本结构的基础知识；掌握硬件描述语言Verilog的基础知识；理解数字系统中存储器和模数/数模转换等外部电路的基本原理。能力目标：掌握数字电路基本模块的分析方法，能够对组合逻辑电路和时序电路基本模块进行分析；掌握数字电路基本模块的设计方法，能够手工用基本逻辑门和存储单元设计数字电路基本模块；掌握寄存器传输级设计方法，能够在寄存器传输级设计复杂电路；掌握硬件描述语言Verilog和可编程逻辑器件开发工具的使用，能够用硬件描述语言准确描述设计的电路并在可编程逻辑器件上实现。情感目标：以数字逻辑电路设计为主线，培养学生的电路设计思维和能力，培养学生的创新精神和精益求精的工匠精神。04课程教学安排章节教学内容教学重点与难点学时第1章数制与码制数字系统中常用的二进制、八进制和十六进制数的表示数制间的转换有符号数的表示和二进制算术运算溢出常用的编码教学重点：二进制数的概念，二-十进制间的转换、有符号数的表示及其算术运算、溢出的概念、常用的编码教学难点：有符号的补码及其运算、溢出的判断2第2章逻辑代数基本逻辑运算和逻辑门逻辑函数的几种表示方法及他们之间的转换逻辑运算的基本公式逻辑运算基本公式和常用定理逻辑函数的标准形式卡诺图和利用卡诺图图进行逻辑函数化简教学重点：基本逻辑运算和逻辑门、逻辑函数的几种表示方法、逻辑运算的基本公式和常用定理、最小项和最大项、卡诺图及利用卡诺图化简逻辑函数教学难点：利用常用公式和定理化简逻辑函数、最小项和最大项、由真值表到逻辑函数式的转换、利用卡诺图化简逻辑函数6第3章CMOS门电路MOS管工作原理NMOS门电路工作原理CMOS门电路工作原理和电路结构传输门和三态门影响CMOS门电路速度和功耗的因素教学重点：MOS管工作原理、CMOS门电路结构和工作原理、三态的概念和三态门的应用、影响CMOS门电路速度和功耗的因素教学难点：CMOS门电路的结构、三态的概念和三态门的应用2第4章组合逻辑电路组合逻辑电路的结构特点组合逻辑电路分析和设计方法多路选择器编码器比较器译码器自顶向下的设计方法半加器和全加器串行进位加法器的设计提前进位加法的算法和电路结构加减法器的设计。组合逻辑电路的时序教学重点：组合电路分析和设计方法、各组合电路基本模块的设计和电路结构、自顶向下的设计方法、串行进位加法器设计、加减法器设计、传播延时、竞争和冒险教学难点：用小多路选择器构成大多路选择器、用多路选择器实现逻辑函数、用译码器实现逻辑函数、串行进位加法器结构、提前进位加法器结构、加减法器结构6第5章锁存器、触发器和寄存器SR锁存器的工作原理和特点D锁存器的工作原理和存储特点D触发器的工作原理和存储特点基本通用寄存器的电路结构和设计移位寄存器的电路结构和设计教学重点：SR锁存器的工作原理和特点、D锁存器的工作原理和特点、D触发器的工作原理和存储特点、通用寄存器的电路结构和设计、移位寄存器的电路结构和设计教学难点：SR锁存器的工作特点、D锁存器的存储特点、D触发器的存储特点、带同步控制寄存器的设计和结构、带同步控制的移位寄存器的设计和结构3第6章同步时序电路时序电路基本结构及工作原理时序电路分析方法时序电路设计方法模2^n计数器移存型计数器用计数器设计分频器用计数器设计序列信号发生器状态机设计方法状态机设计举例教学重点：同步时序电路基本结构、时序电路分析方法、时序电路设计方法、模2^n计数器、模m计数器、移存型计数器、分频器、序列信号发生器、状态机设计方法、状态机设计举例教学难点：同步时序电路设计方法、带同步控制计数器的设计和结构、移存型序列信号发生器设计、SM图和状态机行为级设计、状态机设计举例6第7章半导体存储器和可编程逻辑器件半导体存储器基本概念ROM的电路结构和特点RAM的电路结构和特点存储器容量扩展的方法可编程逻辑器件结构和特点教学重点：半导体存储器基本概念、ROM的特点、RAM的特点、存储器容量扩展的方法、可编程逻辑器件的特点教学难点：存储器容量的扩展方法2第8章可编程逻辑器件开发工具可编程逻辑器件设计流程QuartusPrime使用Questa使用教学重点：可编程逻辑器件设计流程、QuartusPrime使用教学难点：QuartusPrime使用2第9章Verilog语言基础Verilog程序的基本结构标识符逻辑值字面常量数据类型参数矢量和数组运算符和表达式数据流描述和连续赋值语句行为描述和always过程块过程赋值语句顺序语句（if语句、case语句和循环语句）模块实例化语句和generate语句编译预处理语句写测试平台教学重点：Verilog程序的基本结构、Verilog语句基本元素、连续赋值语句、always过程块、过程赋值语句、if语句、case语句、循环语句、元件实例化语句、generate语句、常用的编译预处理语句、写测试平台教学难点：常用的数据类型wire和reg的使用、always过程块的使用、过程赋值语句的使用、模块实例化语句和generate语句的使用、写testbench5第10章用Verilog语言描述数字电路模块组合电路的描述时序电路的描述状态机的描述教学重点：准确描述常用组合电路模块、准确描述常用时序电路模块看、准确描述状态机教学难点：准确描述状态机4第11章寄存器传输级设计RTL设计的特点和电路结构RTL设计的方法和步骤在RTL级设计乘法器教学重点：RTL设计的特点和电路结构、RTL设计的方法和步骤、乘法器设计教学难点：RTL设计的特点和电路结构、RT运算和对应的电路结构、ASM图、ASMD图、数据通路的构建和控制通路的构建4第12章一个简单的可编程处理器RISC处理器的特点和结构简单RISC处理器的设计处理器的扩展和改进教学重点：RISC处理器特点和结构、简单RISC处理器核设计教学难点：简单RISC处理器核设计4第13章模数和数模转换A/D转换器的基本方法和参数指标常见的ADC结构D/A转换器的基本方法和参数指标常见的DAC结构教学重点：A/D转换器的基本方法和参数指标、常见的A