《数字逻辑》教学大纲
(2013版)
课程编码:0611100404
课程名称:数字逻辑
学时/学分:66/4
先修课程:
适用专业:计算机科学与技术
开课教研室:嵌入式系统教研室
执笔:
审定:
一、课程性质与任务
1.课程性质:数字逻辑是计算机科学与技术专业的专业基础课。
2.课程任务:通过本课程的学习,使学生重点掌握布尔代数和数字逻辑电路的基本概念和基本理论、基本组合与时序电路的分析、设计方法。同时为适应技术的发展,加强MSI(中规模集成电路)和LSI(大规模集成电路)在数字技术设计中的应用。通过本课程的学习和实践,为今后学生解决专业课程和工程实践中所遇到的数字系统问题打下坚实的基础。
二、课程教学基本要求
理论课采用多媒体与板书相结合的方法进行讲授。实践课采用清华大学的TEC-5数字逻辑实验系统完成相应的实验。实验课要求学生预习实验讲义,掌握各实验的基本原理,教师要做好实验课的准备工作,并认真辅导答疑。
在整个教学过程中,课堂讲授为48学时,实验课时为18课时。
成绩考核形式:末考成绩(闭卷考试)(70%)+平时成绩(平时测验、作业、课堂提问、课堂讨论等)(30%)。成绩评定采用百分制,60分为及格。
三、课程教学内容(理论授课部分)
第一章 数制和码制
1.教学基本要求
数制、数制间的转换、二进制算术运算。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,了解数字逻辑的基本概念、特点,数字逻辑的种类和研究方法,掌握常用的数制和码制。
3.教学重点和难点
教学重点是数字逻辑及数字系统的基本概念、特点,常用的数制及二进制数的表示和码制;
教学难点是带符号二进制数的代码表示。
4.教学内容
(1)概述
(2)几种常用的数制
(3)不同数制间的转换
主要知识点:非十进制转化成十进制数;十进制数转化成其它进制数;二进制数转化成八进制数或十六进制数;八进制数或十六进制数转化成二进制数。
(4)二进制算术运算
主要知识点:二进制算术运算的特点;反码;补码和补码运算;基于补码的加、减运算。
(5)几种常用的编码
第二章 逻辑代数基础
1.教学基本要求
逻辑代数中的三种基本运算、基本公式和常用公式,基本定理。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握常用数制及其转换,基本和常用逻辑运算,逻辑代数的公式、定理,逻辑函数的多种表示方法及相互之间的转换。
3.教学重点和难点
教学重点是逻辑代数的公式、定理、规则,逻辑函数的化简;教学难点是逻辑函数的化简法。
4.教学内容
(1)概述
(2)逻辑代数中的三种基本运算
(3)逻辑代数的基本公式和常用公式
主要知识点:基本公式;若干常用公式。
(4)逻辑代数的基本定理
主要知识点:代入定理;反演定理;对偶定理。
(5)逻辑函数及其表示方法
主要知识点:逻辑函数;逻辑函数的表示方法;逻辑函数的两种标准形式;逻辑函数形式的变换。
(6)逻辑函数的化简方法
主要知识点:公式化简法;卡诺图化简;奎恩—麦克拉斯基化简法
(7)具有无关项的逻辑函数及其化简
主要知识点:约束项;任意项和逻辑函数式中的无关项;无关项在化简逻辑函数中的应用。
第三章 门电路
1.教学基本要求
门电路、反相器、CMOS
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握高、低电平与正、负逻辑的概念,二极管、三极管、MOS管的开关特性。掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OD门、OC门的逻辑符号与逻辑功能。熟悉各种门电路的特点及使用方法。
3.教学重点和难点
教学重点是门电路的逻辑功能,教学难点是门电路的结构。
4.教学内容
(1)概述
(2)半导体二极管门电路
主要知识点:半导体二极管的开关特性;二极管与门;二极管或门。
(3)CMOS门电路
(4)其他类型的MOS集成电路
(5)TTL门电路
第四章 组合逻辑电路
1.教学基本要求
组合逻辑电路及其分析方法
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握组合电路的特点、基本分析和设计方法,掌握常用组合电路的功能、应用及实现方法。熟悉典型中规模集成组合逻辑器件的功能、应用及用中规模集成器件实现组合逻辑函数的方法。了解组合电路中的竞争冒险。
3.教学重点和难点
教学重点是组合逻辑电路的分析和设计方法,常用中规模集成器件的功能和应用;教学难点是组合逻辑电路设计
4.教学内容
(1)概述
(2)组合逻辑电路的分析方法和设计方法
(3)若干常用的组合逻辑电路
主要知识点:编码器;译码器;数据选择器;加法器;数据比较器。
(4)组合逻辑电路中的竞争—冒险现象
第五章 时序逻辑电路
1.教学基本要求
触发器、时序电路、计数器、寄存器。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握要求熟悉RS,JK,D,T触发器的电路结构,工作原理;时序电路的特点、分类、功能描述方法,时序电路的基本分析和设计方法。
3.教学重点和难点
教学重点是各类触发器的逻辑功能及触发方式,时序电路的分析和设计方法;教学难点是时序逻辑电路的设计方法。
4.教学内容
(1)触发器的逻辑功能及其描述方法
(2)时序电路的分析
主要知识点:同步时序电路分析举例;异步时序电路分析举例。
(3)同步时序电路的设计
(4)计数器
主要知识点:计数器的分类;2n进制计数器组成规律;集成计数器功能分析及其运用。
(5)寄存器与移位寄存器
(6)序列信号发生器
第六章 半导体存储器
1.教学基本要求
存储器的种类、存储器容量的扩展。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握存储器的电路结构,存储器容量扩展原理,电路的分析和设计方法。
3.教学重点和难点
教学重点是存储器容量的扩展,教学难点是存储器结构。
4.教学内容
(1)只读存储器ROM
主要知识点:掩膜只读存储器;可编程只读存储器PROM;可擦除的可编程只读存储器EPROM。
(2)随机存储器RAM
主要知识点:静态随机存储器;动态随机存储器。
(3)存储器容量的扩展
主要知识点:位扩展方式;字扩展方式。
(4)用存储器实现组合逻辑函数
第七章 可编程逻辑器件
1. 教学基本要求
PLD的基本电路结构和基本工作原理,了解ISP技术的主要特点,了解开发软件与设计流程。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理
通过本章学习,掌握PLD的基本电路结构和基本工作原理,了解各种PLD在电路结构和性能上的特点,以及它们都能用来实现哪些逻辑功能,适用在哪些场合。了解ISP技术的主要特点,了解开发软件与设计流程。
3.教学重点和难点
教学重点是存储单元的工作原理,可编程逻辑阵列的结构;教学难点是可编程逻辑阵列的结构与原理。
4.教学内容
(1)PLD概述
(2)低密度可编程逻辑器件
(3)高密度可编程逻辑器件
(4)可编程逻辑阵列
(5)在系统编程技术简介
四、学时分配表
1.讲授内容及学时分配
章序 |
内容 |
课时 |
备注 |
一 |
数制与编码 |
4 |
|
二 |
逻辑代数基础 |
8 |
|
三 |
门电路 |
4 |
|
四 |
组合逻辑电路 |
10 |
|
五 |
时序逻辑电路 |
10 |
|
六 |
半导体存储器 |
8 |
|
七 |
可编程逻辑器件 |
4 |
|
合计 |
48 |
|
2.实践内容及学时分配
序号 |
项目名称 |
内容提要 |
学时 |
必/选开 |
1 |
基本逻辑门实验 |
1、TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。 2、TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。 |
2 |
必开 |
2 |
TTL、HC和HCT器件的电压传输特性 |
1. TTL、HCT和HC器件的传输特性。 2. 万用表的使用方法。 |
2 |
必开 |
3 |
数据选择器和译码器 |
1. 验证数据选择器的逻辑功能。 2. 熟悉译码器的逻辑功能。 |
2 |
必开 |
4 |
全加器构成及测试 |
全加器的设计与实现方法。 |
2 |
必开 |
5 |
组合逻辑中的冒险现象 |
了解组合逻辑中的冒险现象 |
2 |
必开 |
6 |
触发器 |
1. 验证RS触发器、D触发器、JK触发器的工作原理。 2. 学会正确使用RS触发器、D触发器、JK触发器。 |
2 |
必开 |
7 |
简单时序电路 |
简单时序电路的设计、测试方法。 |
2 |
必开 |
8 |
计数器 |
1. 计数器74LS162的功能及其级联设计 2. 任意模计数器的设计方法。 3. 熟悉数码管的使用。 |
2 |
必开 |
9 |
四相时钟分配器 |
1. 设计、调试较为复杂的数字电路的基本方法。 2. 用示波器测量三个以上波形的时序关系的实现。 |
2 |
必开 |
合计 |
18 |
|
五、主用教材及参考书
(一)主用教材:
《数字逻辑》主编:程书伟 出版社:北京航空航天大学出版社 出版时间:2011年。
(二)参考书:
1.《数字电子技术基础(第四版)》主编:阎石 出版社:高等教育出版社 出版时间:2005年。
2.《数字电子技术(第二版)》主编:江晓安 出版社:西安电子大学出版社。2003年
3.《数字电子技术基础》主编:康华光 出版社:高等教育出版社。2010年
4.《TEC 5教师实验指导书》主编:清华大学科教仪器厂。2012年