《数字电路与数字逻辑》第十章
《数字电路》课程教学大纲
《数字电路》课程教学大纲课程编号：课程名称：数字电子技术基础总学时数：80 理论教学学时：60实验教学学时：20前修课程为高等数学，普通物理，电路分析，模拟电路。
后续课程有CPLD，数字信号处理，单片计，通讯原理等一、课程的任务与目的本课程是计算机科学和电子信息工程技术专业的一门专业基础课程。
主要任务是：1．系统的介绍数字系统的数学工具阐述数字系统的基本设计和分析方法。
2．通过数字电路的学习给后面的课程打下一定的理论和实践基础。
3．通过基本理论的学习掌握一定的数字系统的设计方法，及常用器件的应用，再结合实验、培养学生有一定的设计能力。
主要内容有：数制及转换，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的化简方法。
半导体二极管、三极管、MOS管的开关特性。
CMOS、TTL集成逻辑门。
组合逻辑电路的基本分析和设计方法。
加法器、比较器、编码器和译码器，数据选择器和分配器。
基本、同步、主从、边沿触发器、时钟触发器功能分类及转换。
时序电路的基本分析和设计方法。
计数器、寄存器、读/写存储器、只读存储器、序列脉冲发生器。
多谐振荡器，、施密特触发器。
数模、模数转换器。
教学重点与难点：教学重点是：逻辑代数的基本概念、公式、定理，逻辑函数的化简方法。
各种门电路的逻辑功能，两种集成逻辑门的电气特性。
各类触发器的逻辑功能及触发方式。
组合、时序电路的分析、设计方法。
常用典型组合、时序电路的功能、特点和应用。
典型中、大规模集成电路器件的功能和应用。
多谐、施密特、单稳的特点、功能、参数及应用。
数模、模数转换器的典型电路原理、输出量与输入量间的定量关系，特点、参数。
教学难点：逻辑代数的公式、定理的正确应用，逻辑函数化简的准确性。
集成逻辑门的电气特性。
组合、时序电路的设计。
触发器的触发方式以及脉冲产生，整形电路、数模、模数转换电路的工作原理。
采用的教学方法：课堂、实验、课程设计等相结合教材名称：电子技术基础数字部分康华光主编高等教育出版社2000年6月（第四版）主要参考书：１．高教出版社《数字电子技术基础》（四版）阎石编2．《数字电子技术基础》周良权高教出版社3．《数字电子技术基础简明教程》（第二版）余孟尝4．《数字电子技术基础》(第四版) 阎石高教出版社教学基本要求：第一章数字逻辑基础一、教学要求：1）掌握十、二、十六进制和8421码及其相互转换，了解八进制，余三码，GRAY和ASC Ⅱ码。
《数字电路》教学大纲
《数字电路》课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Digital Circuit 课程代码PHYS2017课程性质专业选修课程授课对象物理学学分3学分学时54学时主讲教师修订日期2021.9指定教材康华光，《电子技术基础.数字部分》，高等教育出版社，2013年二、课程目标（一）总体目标知识目标：使学生掌握数字逻辑的基本知识及数字逻辑电路的分析方法和设计方法，以及若干典型的中、小规模集成电路的功能及应用，具备一定的数字电路分析和设计能力。
能力目标：培养学生分析电路问题和解决电路问题的能力，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容，以及为电子技术在专业中的应用打好基础。
素质目标：掌握辩证唯物主义基本原理，建立科学的世界观和方法论，培养学生在电子技术方面的工程素养为目标。
（二）课程目标：课程目标1：掌握逻辑代数和数字逻辑电路的基础知识，能将其用于实际工程问题的分析课程目标2：具备对数字逻辑器件的特性和功能进行分析的能力，能够对组合逻辑电路和时序逻辑电路进行描述和分析。
课程目标3：具备对数字逻辑电路进行初步设计的能力，能运用基本原理和方法，根据设计要求完成数字逻辑电路（组合逻辑电路、时序逻辑电路）的设计。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1 第一章数字逻辑概论第二章逻辑代数与硬件描述语言第三章逻辑门电路第五章锁存器和触发器毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。
毕业要求8：具有自主学习和终身学习意识和社会适应能力。
课程目标2 第四章组合逻辑电路第六章时序逻辑电路毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。
毕业要求8：具有自主学习和终身学习意识和社会适应能力。
课程目标3 第四章组合逻辑电路第九章脉冲波形的变化与产生第十章时序逻辑电路毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。
毕业要求7：具有课题调研、设计、数据处理和学术交流能力。
(整理)《数字逻辑电路》试题2.
一、选择题（每小题1.5分）第一章：1. 带符号位二进制数10011010的反码是（ ）。
A. 11100101B. 10011010C. 10011011D. 111001102. 十进制数5对应的余3码是（ ）。
A. 0101B. 1000C. 1010D. 11003. 二进制代码1011对应的格雷码是（ ）。
A. 1011B. 1010C. 1110D. 0001第二章：1. 下列公式中哪一个是错误的？ （ ）A. A A 0=+B. A A A =+C. B A )B A ('+'='+D. )C A )(B A (BC A ++=+2. 下列各式中哪个是三变量A 、B 、C 的最小项？ （ ）A. B A ''B. C B A +'+'C.ABCD. C B '+'3. 下列函数中不等于A 的是（ ）。
A. A ＋1B. A ＋AC. A ＋ABD. A （A ＋B ）4. 在逻辑代数的加法运算中，1＋1＝（ ）。
A. 2B. 1C. 10D. 05. A ⊕1＝（ ）。
A. AB. 1C. A 'D. 06. 含有A 、B 、C 、D 四个逻辑变量的函数Y=A+B+D 中所含最小项的个数是（）。
A. 3 B. 8 C. 14 D. 167. 下列函数中等于AB 的是（ ）。
A. （A ＋1）BB. （A ＋B ）BC. A ＋ABD. A （AB ）8. 为了将600份文件顺序编码，如果采用二进制代码，最少需要用（ ）位。
A. 3B. 10C. 1024D. 6009. 为了将600个运动员顺序编码，如果采用八进制代码，最少需要用（ ）位。
A. 3B. 4C. 10D. 75第三章：1. 采用漏极开路输出门电路（OD 门）主要解决了（ ）。
A. CMOS 门不能相“与”的问题B. CMOS 门的输出端不能“线与”的问题C. CMOS 门的输出端不能相“或”的问题2. 下列哪个特点不属于CMOS 传输门？（ ）A. CMOS 传输门属于双向器件。
《数字逻辑基础》课件
使用逻辑代数公式对逻辑函数进行化简，通过消去多余的项和简化 表达式来得到最简结果。
卡诺图化简法
使用卡诺图对逻辑函数进行化简，通过填1、圈1、划圈和填0的方 法来得到最简结果。
03
组合逻辑电路
组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的输入和输出
分析组合逻辑电路的输入和输出信号，了解它们之间的关系。
交通信号灯控制系统的设计与实现
交通信号灯简介
交通信号灯是一种用于控制交通流量的电子设备，通常设置在路口或 交叉口处。
设计原理
交通信号灯控制系统的设计基于数字逻辑电路和计算机技术，通过检 测交通流量和车流方向来实现信号灯的自动控制。
实现步骤
首先确定系统架构和功能需求，然后选择合适的元件和芯片，接着进 行电路设计和搭建，最后进行测试和调整。
真值表
通过列出输入和输出信号的所有可能组合，构建组合逻辑电路的真值表，以确定输出信 号与输入信号的逻辑关系。
逻辑表达式
根据真值表，推导出组合逻辑电路的逻辑表达式，表示输入和输出信号之间的逻辑关系 。
组合逻辑电路的设计
确定逻辑功能
根据实际需求，确定所需的逻辑功能，如与、或、非等。
设计逻辑表达式
根据确定的逻辑功能，设计相应的逻辑表达式，用于描述输入和 输出信号之间的逻辑关系。
实现电路
根据逻辑表达式，选择合适的门电路实现组合逻辑电路，并完成 电路的物理设计。
常用组合逻辑电路
01
02
03
04
编码器
将输入信号转换为二进制码的 电路，用于信息处理和控制系
统。
译码器
将二进制码转换为输出信号的 电路，用于数据分配和显示系
统。
多路选择器
数字逻辑电路教案（40节）
数字逻辑电路教案（40节）第⼀章数字电路基础新课导⼊：前⾔电⼦电路根据处理信号和⼯作⽅式的不同，可分为模拟电路和数字电路两类。
模拟信号：指幅度随时间连续变化的信号。
例如：速度、温度、电场等物理量通过传感器转换后的电信号。
模拟电路：对这些信号进⾏传输、处理的电⼦电路称为模拟电⼦电路。
主要是研究输出与输⼊之间信号的⼤⼩、相位变化等。
信号发⽣器、功率放⼤器、整流滤波器等都是由模拟电路组成的。
其波形为：教学过程：§1-1 数字电路概述⼀、数字信号和数字电路数字信号：指幅度随时间不连续变化的脉冲信号。
数字电路：主要是指输出与输⼊之间的逻辑关系，⼀般不研究变化过程。
如数字万⽤表、数字⽯英电⼦表、声⾳通过扩⾳器也是⼀种数字信号。
波形如下图：数字电路的应⽤：数字电视、数字录像机、数字通信系统、数字电⼦计算机、数字控(a)1111(b)⼆、数字电路的特点数字电路中只有⾼电平、低电平两种状态，通常采⽤⼆进制编码，即只有1和0两个数码，⽤来表⽰脉冲信号的⽆有或多少。
⾼电平3.6V⽤1表⽰，低电平0.3V⽤0表⽰。
例：光盘的刻录数字电路中的⼆极管、三极管都是⼯作在开关状态，开关的接通与断开，可以⽤导通和截⽌来实现。
导通⽤1，截⽌⽤0表⽰，这种表⽰⽅法⼀般称为正逻辑。
如果低电平对应1，⾼电平对应0的关系称为负逻辑。
数字电路的分析与模拟电路不同，主要是以逻辑代数为主要⼯具，利⽤真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、波形图等。
特点：1、数字信号易于存储、加密、压缩、传输和再现。
2、数字电路结构简单，便于集成化、系列化批量⽣产，成本低、使⽤⽅便。
3、可靠性⾼、精度⾼、抗⼲扰能⼒强。
4、能实现数值运算，可编程数字电路容易实现各种算法，具有较⼤的灵活性。
5、能实现逻辑运算和判断，便于实现各种数字控制。
三、数字电路的应⽤1、信号发⽣器2、数字电⼦仪表3、数字家电产品4、数字电⼦计算机5、数字通信6、⼯业数字控制系统四、如何学好数字逻辑电路1、学好基础知识3、综合应⽤数字集成电路§1-2 数制与编码⼀、数制在数字电路中，常⽤⼆进制数、⼋进制数和⼗六进制数。
数字电子技术》电子教案
《数字电子技术》电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述数字电路的基本概念数字电路的特点数字电路的应用领域1.2 数字逻辑基础逻辑门逻辑函数逻辑代数1.3 数字电路的表示方法逻辑电路图真值表卡诺图第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述组合逻辑电路的定义组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的应用2.2 常见的组合逻辑电路编码器译码器多路选择器算术逻辑单元2.3 组合逻辑电路的设计方法最小化方法卡诺图化简法逻辑函数的优化第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述时序逻辑电路的定义时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的应用3.2 常见的时序逻辑电路触发器计数器寄存器移位寄存器3.3 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的建模状态编码的设计时序逻辑电路的仿真第四章：数字电路的设计与仿真4.1 数字电路设计流程需求分析逻辑设计电路实现测试与验证4.2 数字电路仿真技术数字电路仿真原理常用仿真工具仿真举例4.3 数字电路的测试与维护数字电路测试方法故障诊断与定位数字电路的维护与优化第五章：数字系统的应用5.1 数字系统概述数字系统的定义数字系统的特点数字系统的应用领域5.2 数字系统的设计方法数字系统设计流程数字系统模块划分数字系统的设计工具5.3 数字系统的应用实例数字控制系统数字通信系统数字音频处理系统第六章：数字集成电路6.1 数字集成电路概述数字集成电路的分类数字集成电路的优点数字集成电路的应用6.2 集成电路的制造工艺晶圆制造集成电路布局布线集成电路的封装与测试6.3 常见数字集成电路MOSFETCMOS逻辑门集成电路的封装类型第七章：数字信号处理器（DSP）7.1 数字信号处理器概述数字信号处理器的定义数字信号处理器的特点数字信号处理器的应用7.2 数字信号处理器的结构与工作原理中央处理单元（CPU）存储器输入/输出接口7.3 数字信号处理器的编程与开发编程语言开发工具与环境编程举例第八章：数字系统的可靠性8.1 数字系统的可靠性概述数字系统可靠性的重要性影响数字系统可靠性的因素数字系统可靠性评估方法8.2 数字系统的容错技术冗余设计容错算法故障检测与恢复8.3 数字系统的可靠性测试与验证可靠性测试方法可靠性测试指标可靠性验证实例第九章：数字电子技术的创新与应用9.1 数字电子技术的创新新型数字电路技术数字电子技术的研究热点数字电子技术的未来发展趋势9.2 数字电子技术的应用领域物联网生物医学工程9.3 数字电子技术的产业现状与展望数字电子技术产业概述我国数字电子技术产业发展现状数字电子技术的市场前景第十章：综合实践项目10.1 综合实践项目概述项目目的与意义项目内容与要求项目评价与反馈10.2 综合实践项目案例数字频率计的设计与实现数字音调发生器的设计与实现数字控制系统的设计与实现10.3 项目实施与指导项目实施流程项目指导与支持项目成果展示与讨论重点和难点解析1. 数字电路基础：理解数字电路的基本概念、特点及应用领域，掌握逻辑门、逻辑函数和逻辑代数的基础知识，熟悉数字电路的表示方法。
《中职数字电路教案》课件
《中职数字电路教案》PPT课件第一章：数字电路概述1.1 数字电路的定义与特点介绍数字电路的基本概念解释数字电路与模拟电路的区别强调数字电路在现代电子技术中的应用1.2 数字电路的基本元素介绍逻辑门、逻辑电路和逻辑函数的概念解释常见的逻辑门类型（与门、或门、非门等）强调逻辑门在数字电路设计中的重要性第二章：数字逻辑基础2.1 数字逻辑与逻辑函数介绍数字逻辑的基本概念解释逻辑函数的定义与分类强调逻辑函数在数字电路设计中的应用2.2 逻辑函数的化简与优化介绍逻辑函数化简的方法与步骤解释逻辑函数的最小项与最大项概念强调逻辑函数化简在提高数字电路性能中的作用第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的定义与特点介绍组合逻辑电路的基本概念解释组合逻辑电路的工作原理强调组合逻辑电路在数字系统中的应用3.2 常见组合逻辑电路的设计与分析介绍编码器、译码器、多路选择器等常见组合逻辑电路分析组合逻辑电路的功能与特点强调组合逻辑电路在实际应用中的重要性第四章：时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路的定义与特点介绍时序逻辑电路的基本概念解释时序逻辑电路的工作原理强调时序逻辑电路在数字系统中的应用4.2 常见时序逻辑电路的设计与分析介绍触发器、计数器、寄存器等常见时序逻辑电路分析时序逻辑电路的功能与特点强调时序逻辑电路在实际应用中的重要性第五章：数字电路设计与仿真5.1 数字电路设计的基本步骤与方法介绍数字电路设计的基本流程解释需求分析、电路设计、仿真与测试等环节强调数字电路设计中的创新与实践能力5.2 数字电路仿真软件的应用介绍常用数字电路仿真软件（如Multisim、Proteus等）演示数字电路仿真实验的操作步骤与技巧强调数字电路仿真在实验教学与创新实践中的重要性第六章：数字电路与系统6.1 数字电路与系统的分类介绍微处理器、数字信号处理器、存储器等数字电路与系统的类型解释不同类型数字电路与系统在现代电子技术中的应用强调数字电路与系统在信息技术中的重要性6.2 数字电路与系统的性能评估介绍数字电路与系统的性能指标（如速度、功耗、面积等）解释如何评估数字电路与系统的性能强调性能评估在数字电路与系统设计与优化中的作用第七章：数字电路与系统的可靠性7.1 数字电路与系统的可靠性概念介绍可靠性的基本概念与重要性解释数字电路与系统的可靠性指标（如失效率、寿命等）强调提高数字电路与系统可靠性对保障系统稳定运行的意义7.2 提高数字电路与系统可靠性的方法介绍降低失效率、提高电路品质等提高可靠性的方法解释如何进行可靠性预测与测试强调可靠性管理在数字电路与系统生产与维护中的重要性第八章：数字电路与系统的测试与维护8.1 数字电路与系统的测试方法介绍数字电路与系统的测试目的与方法解释静态测试、动态测试等测试方法强调测试在确保数字电路与系统正常运行中的重要性8.2 数字电路与系统的维护与管理介绍日常维护、故障排查等维护与管理方法解释如何进行数字电路与系统的性能优化强调维护与管理在延长数字电路与系统寿命中的作用第九章：数字电路与系统的应用案例9.1 数字电路与系统在通信领域的应用介绍通信系统中数字电路与系统的作用与实例解释数字电路与系统在无线通信、光纤通信等领域的应用强调数字电路与系统在现代通信技术中的重要性9.2 数字电路与系统在其他领域的应用介绍数字电路与系统在工业控制、医疗设备等领域的应用解释数字电路与系统在提高生活质量与工作效率方面的作用强调数字电路与系统在信息化社会中的普及与影响力第十章：数字电路技术的未来发展10.1 数字电路技术的发展趋势介绍数字电路技术的最新发展趋势（如纳米技术、等）解释数字电路技术在未来信息技术发展中的关键作用强调持续关注与研究数字电路技术的重要性10.2 数字电路技术的创新与应用介绍国内外数字电路技术的创新成果与应用案例激发学生对数字电路技术研究的兴趣与热情强调学生在数字电路技术领域的创新与实践能力重点和难点解析1. 数字电路的基本概念与特点：理解数字电路与模拟电路的区别，以及数字电路在现代电子技术中的应用。
《数字逻辑与数字系统》教学大纲
《数字逻辑与数字系统》教学大纲一、使用说明（一）课程性质《数字逻辑与数字系统》是计算机科学与技术专业的一门专业基础课。
（二）教学目的通过本课程的学习，可以使学生熟悉数制与编码,逻辑函数及其化简,集成逻辑部件,中大规模集成组合逻辑构件。
掌握组合逻辑电路分析和设计，同步时序逻辑电路分析和设计，异步时序逻辑电路分析和设计；中规模集成时序逻辑电路分析和设计。
了解可编程逻辑器件，数字系统设计，数字系统的基本算法与逻辑电路实现，VHDL语言描述数字系统。
为专业课的学习打下坚实的基础。
（三）教学时数本课程理论部分总授课时数为68课时。
（四）教学方法理论联系实际，课堂讲授。
（五）面向专业计算机科学与技术专业。
二、教学内容第一章数制与编码（一）教学目的与要求通过本章学习使学生掌握数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。
（二）教学内容模拟信号，数字信号，数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。
重点与难点：数制，二进制码，逻辑运算，逻辑代数的基本定律和规则，逻辑函数的化简。
第一节进位计数制1、十进制数的表示2、二进制数的表示3、其它进制数的表示第二节数制转换1、二进制数与十进制数的转换2、二进制数与八进制数、十六进制数的转换第三节带符号数的代码表示1、真值与机器数2、原码3、反码4、补码5、机器数的加、减运算6、十进制数的补数第四节码制和字符的代码表示1、码制2、可靠性编码3、字符代码（三）教学方法与形式课堂讲授。
（四）教学时数2课时。
第二章逻辑代数与逻辑函数（一）教学目的与要求通过本章学习使学生掌握逻辑代数的基本运算,逻辑代数的基本公式、定理及规则。
逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。
（二）教学内容逻辑代数的基本运算、基本公式、定理及规则。
逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。
重点与难点：逻辑代数的公式、定理及规则。
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2.XC2000系列的IOB
图10.7.6 XC2000系列的IOB
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三、IR
(1)金属线 ①通用互连( General-Purpose Interconnect ) ②直接互连(Direct Interconnect) ③长线(Long Line) (2)开关矩阵(SM：Switching Matrices) (3)可编程连接点(PIP：Programmable Interconnect Points)
第七节 现场可编程门阵列FPGA
一、FPGA的基本结构
1.CLB：分布于芯片中央，实现规模不大的组合、 时序电路。
2.IOB: 分布于芯片四周，实现内部逻辑电路与 芯片外部引脚的连接。
3.IR：包括不同类型的金属线、可编程的开关 矩阵、可编程的连接点。
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4.SRAM: 存放编程数据。
读/写
(c) 五变量任意函数 图10.7.4 CLB中组合逻辑电路的3种组态
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例 用查询表方式实现2输入(A、B)，2输出(G、F) 的组合逻辑电路。
图10.7.5 两变量通用逻辑模块的原理图
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表10.7.1两变量通用逻辑模块的真值表
输 入 输出
AB
F
00 01 10 11
0 ( C2 ) 1 ( C1 ) 1 ( C0 ) 0 ( C3 )
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图10.7.7 XC2000内部的互连资源
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图10.7.8 XC2000的通用互连资源
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图10.7.9 开关矩阵每个引脚的连接选项
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图10.7.10 XC2000的.11 XC2064的 长线
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图10.7.3 XC2000系列的CLB电路
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F
A
四变量
B CD
的任意 函数
G
Q
(a) 四变量任意函数
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A
B
三变量
C
的任意
F
D
函数
Q
A B
三变量
C
的任意
G
D
函数
Q
(b) 2个三变量任意函数
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B
A
三变量
C
的任意
F
D
函数
M
Q
U
A
三变量
X
C
的任意
G
D
函数
Q
数据 T
Q 组态 Q 控制
图 10.7.2 FPGA内SRAM单元
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图 10.7.1 FPGA的基本结构框图
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二、CLB和IOB
1.XC2000系列的CLB (1) 组合逻辑电路 (2) 存储电路 ①工作方式 ②激励信号 ③时钟信号
CLK(同步)，或C、G(异步)。 (3) 控制电路