“数字逻辑与数字系统设计实验”教学大纲

课程编号：OE

课程名称：数字逻辑与数字系统设计实验英文名称：Experiment of Digital Logic and

Digital System Design

学时：30 学分：2

课程类型：必修课程性质：专业基础课

适用专业：电子信息与通信工程（大类）开课学期：第4学期

先修课程：高等数学、大学物理、电路分析与模拟电子线路

开课院系：电工电子教学基地及相关学院

一、课程的性质与任务

本课程是卓越工程师班必修的专业基础课。该课程与对应的“数字逻辑与数字系统设计”理论课程紧密结合，通过单元实验、基本综合实验、综合设计实验、设计报告撰写、现代软件工具和实验平台使用等环节，实现知识能力矩阵中1.1.2.2、1.2.1.2以及2.5、2.6、3.6、4.1、4.2的能力要求。

本课程的任务：使学生学会并熟练掌握常用电子测量仪器；能根据数字电路实验线路在通用实验板上连接和测试电路功能，并能用示波器观察输入输出波形；使学生丰富和拓宽有关数字集成电路、数字电路逻辑设计和工程应用方面的知识；培养学生具有初步实施小型数字系统综合实验的能力；培养学生掌握以MSI为主要器件进行电路及系统设计的方法；培养学生学会使用VHDL语言描述数字系统，并能用原理图描述和VHDL语言描述两种方法实现数字系统，学会Quartus II 软件的使用，并能将程序下载入FPGA中，并进行逻辑功能的验证。培养学生能正确分析实验中所发生的现象及排除故障的能力。

二、基本要求

1．学会常用电子仪器的使用。

2．掌握常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能的测试方法。

3．具有设计、安装、调试数字电路中组合逻辑电路和时序逻辑电路的能力。

4．具有使用常用电子测量仪器查找和排除数字电路中常见实验故障的能力。

5．在实验前，能够在计算机上进行仿真实验，特别是设计性实验，然后再进行具体实验操作。

6.具有用原理图和VHDL语言描述数字电路与系统的能力，具有用FPGA实现数字电路

与系统的能力。

6．能写出符合要求的实验报告。

三、实验名称、目的及学时分配

（一）基本实验

实验一、常用电子仪器的使用（建议4学时）

了解万用表、三路稳压电源、数字存储式示波器、DDS函数信号发生器的工作原理、主要技术性能及面板上各旋钮的功能；初步学会正确使用这些仪器。

实验二、组合逻辑研究实验（一）（建议4学时）

了解并掌握用SSI器件实现简单组合逻辑电路的方法；了解并掌握编码、译码与显示的工作原理；掌握用MSI器件实现四位全加器的方法，并掌握全加器的应用；熟悉四位数字比较器的原理，掌握四位数字比较器的应用。对以上的电路能用原理图和VHDL两种方法进行描述，并用FPGA实现电路功能。

实验三、组合逻辑研究实验（二）（建议4学时）

了解译码器、数据选择器的工作原理及其功能；掌握用译码器、数据选择器实现组合逻辑电路的方法。对用译码器、数据选择器实现的组合逻辑电路能用原理图和VHDL两种方法进行描述，并用FPGA实现电路功能。

实验四、集成触发器实验（4学时）

熟悉常用触发器的基本结构及其逻辑功能；能用触发器设计基本的时序逻辑电路。对于触发器组成的基本时序逻辑电路能用原理图和VHDL两种方法进行描述，并用FPGA实现电路功能。

实验五、计数器及其应用研究实验（建议4学时）

熟悉计数器的工作原理，掌握中规模（MSI）计数器逻辑功能及其应用；掌握计数器的级联方法，并会用中规模（MSI）计数器实现任意进制计数器；掌握用计数器实现序列码产生器的方法。对于计数器组成的时序逻辑电路能用原理图和VHDL两种方法进行描述，并用FPGA实现电路功能。

实验六、移位寄存器及其应用研究实验（建议4学时）

熟悉移位寄存器的结构及工作原理；掌握移位寄存器的应用。对于移位寄存器组成的时序逻辑电路能用原理图和VHDL两种方法进行描述，并用FPGA实现电路功能。

实验七、脉冲电路的产生与整形（建议4学时）

熟悉用门电路构成的单稳态电路与多谐振荡器电路的特点和振荡频率的估算方法；熟悉555振荡器的工作原理，掌握555定时器的典型应用；学会用示波器观察和测量脉冲波形及其参数的方法。

（二）基本综合实验

1. 在以下实验中任选一个：（建议6学时）

1）时钟控制器的设计实验；

2）发光二极管点阵显示器的应用实验；

3）D/A及A/D转换器实验；

2. 在以下实验中任选一个：（建议10学时）

1) 十字路口交通灯自动控制器的设计实验；

2) 8路彩灯控制器的设计实验

3)电压超限指示和报警电路的设计与实现。

（四）系统综合实验（每个实验14学时）

在以下实验中任选一个

1)．DDS函数信号发生器的设计与实验；

2)．多功能数字钟电路的设计与实验。

四、教学安排及方式

总学时 60 学时，验收评审 2 学时，实验 58 学时。

五、考核方式

1．平时总成绩占到课程成绩的50％，考试占20％。综合设计装配调试占30%. 考试形式为操作考试和笔试(闭卷)。

2．平时成绩分为两个部分：一部分为当场实验验收成绩，另一部分为报告成绩。验收包括学生答辩、教师质询和测试。

3．操作考试为单人单桌考试。根据学生完成实验的时间、熟练程度及正确性给分。

4．总成绩为课程三部分的总和，按百分制给出成绩。

六、推荐教材与参考资料

[1] 孙肖子等. 现代电子线路及技术实验简明教程. 第二版. 北京：高等教育出版社，2009

[2] 陈南等. 电子线路实验. 第一版. 西安：西安电子科技大学出版社，2005