数字逻辑电路

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课程概述

数字逻辑电路课程是电子信息类、电气类、自动化类、计算机类等专业类的一门专业基础课,提供数字技术和数字系统的基本概念、基本原理和基本技能,培养工程实践能力,为后续专业课程的学习以及适应现代信息社会的快速变化奠定坚实的基础。通过本课程的学习,理解数字技术的基本概念、基本原理,掌握数字电路的分析与设计方法,学会使用EDA工具设计数字电路,能够对数字电路进行测试并根据测试结果分析、判断和排除故障,具有设计和实现复杂数字系统的初步能力。

课程教学内容包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、组合逻辑功能模块、时序逻辑电路、时序逻辑功能模块、半导体存储器、可编程逻辑器件、脉冲信号的产生与整形、数模与模数转换。

课程主讲教师均在教学一线长期承担本课程的教学任务,现有教授职称2人,副教授职称4人,知识结构、职称结构、年龄结构、学缘结构合理,包括国家教学名师1名,江苏省教学名师1名,江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师1名。“数字逻辑电路”教学团队不断进行课程建设与教学改革,及时吸收学科发展的最新研究成果,不断充实和更新教学内容;采用多种计算机辅助教学工具,注重传统教学和启发式、研讨式教学相结合;将理论教学和课内实验、综合实验、课程设计、EDA设计以及课外科技活动有机结合,培养学生系统设计能力和创新能力。近年来教学团队获得国家级教学成果二等奖1项,省级教学成果一等奖2项、二等奖2项。

“数字逻辑电路”课程2008年被评为国家精品课程,2013年被遴选为国家级精品资源共享课立项项目,2016年入选国家级精品资源共享课,2018年被评为国家精品在线开放课程。2011年,教学团队编著的教材《数字逻辑电路与系统设计》被评为江苏省高等学校精品教材,2012年,入选“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。

授课目标

通过本课程的学习,理解数字技术的基本概念、基本原理,掌握数字电路的分析与设计方法,学会使用EDA工具设计数字电路,能够对数字电路进行测试并根据测试结果分析、判断和排除故障,具有设计和实现复杂数字系统的初步能力。

预备知识

电路基础,模拟电子技术基础

参考资料

[1] 蒋立平,姜萍,谭雪琴,花汉兵. 数字逻辑电路与系统设计 (第3版). 北京:电子工业出版社,2019.1

[2] Thomas L. Floyd. Digital Fundamentals (11th edition). Pearson, 2014

[3] M. Morris R. Mano, Michael D. Ciletti. Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and SystemVerilog (6th Edition). Pearson, 2017

[4] John F. Wakerly. 数字设计-原理与实践 (第四版影印版). 北京:高等教育出版社,2007

[5] Anant Agarwal, Jeffrey H.Lang. 于歆杰 等译. 模拟和数字电子电路基础. 北京:清华大学出版社,2008

[6] Stephen Brown, Zvonko Vranesic. 罗嵘 选译. 数字逻辑与Verilog设计 (第3版). 北京:清华大学出版社,2014

[7] Jan M.Rabaey, Anantha Chandrakasan, Borivoje Nikolie. 周润德 等译. 数字集成电路:电路、系统与设计(第2版). 北京:电子工业出版社,2010

常见问题

Q1:“电路”和“模拟电子技术”学得不太好的同学,学习“数字逻辑电路”会有困难吗?

A:不会。本课程虽然叫“数字逻辑电路”,但是我们更加注重的是“逻辑”而不是“电路”。课程主要学习的是逻辑分析和逻辑设计方法。我们仅需要“电路”和“模拟电子技术”中非常基础的知识,例如戴维南等效电路,半导体器件的基本原理和外部特性等等。所以,欢迎同学们加入数字设计的世界!


Q2:“数字逻辑电路”和现在流行的FPGA设计是什么关系呢?

A:“数字逻辑电路”的理论知识可以使得同学们对数字设计有清晰的认识,同时也很好的解释了FPGA设计的思想和过程。本课程通过几个数字设计案例,完整讲述了FPGA设计的基本概念和开发流程,为同学们自主设计复杂的数字系统打好基础。


Q3:学完本课程后,我能掌握什么本领,我可以做什么呢?

A:数字逻辑电路说白了就是“玩转”0和1的世界。其实在当今信息时代,数字电路距离我们非常近。计算机、手机、MP3、数码相机、U盘……这一切都是数字电路的范畴。所以,学完本课程,你可以设计很多有趣和实用的数字电路。你可以在实验室通过典型的数字电路手工设计方法来设计一个马路上的信号灯或是床头的数字钟,也可以用计算机辅助设计工具来制作一个温湿度计或者地铁里的自动贩卖机,你还可以在数字通信和电子测量等复杂电子系统中大显身手,同时你也会有本领排查数字系统中的故障。来吧,让我们一起领略数字设计的魅力!

课程导论
课程导论
第1单元 数字逻辑基础 (1)
第1讲 数制
第2讲 码制
第3讲 逻辑运算
第4讲 逻辑代数的基本定律和规则
第2单元 数字逻辑基础 (2)
第5讲 逻辑代数的标准形式
第6讲 真值表与逻辑表达式
第7讲 逻辑函数的代数法化简
第8讲 逻辑函数的卡诺图化简
第9讲 带约束项的逻辑函数化简
第10讲 逻辑函数化简为其它形式
第14单元 逻辑门电路
第49讲 噪声容限
第50讲 CMOS门电路
第51讲 TTL门电路
第3单元 组合逻辑电路 (1)
第11讲 组合逻辑电路的分析与设计
第12讲 组合逻辑电路中的竞争冒险
第13讲 编码器
第4单元 组合逻辑电路 (2)
第14讲 译码器
第15讲 数据分配器
第16讲 显示译码器
第17讲 译码器应用
第5单元 组合逻辑电路 (3)
第18讲 数据选择器
第19讲 加法器
第20讲 数值比较器
补充单元:Verilog HDL和FPGA设计入门
Verilog HDL和FPGA设计入门
第6单元 时序逻辑电路 (1)
第21讲 锁存器
第22讲 触发器
第23讲 锁存器和触发器应用示例
第7单元 时序逻辑电路 (2)
第24讲 同步时序电路的分析
第25讲 异步时序电路的分析
第26讲 同步时序电路的设计
第8单元 时序逻辑功能模块 (1)
第27讲 异步计数器
第28讲 同步计数器
第9单元 时序逻辑功能模块 (2)
第29讲 同步集成电路计数器
第30讲 任意进制计数器
第31讲 计数器应用
第10单元 时序逻辑功能模块 (3)
第32讲 寄存器与移位寄存器
第33讲 移位寄存器应用举例
第34讲 移位寄存器型计数器
第35讲 移位寄存器型序列信号发生器
第11单元 半导体存储器及可编程逻辑器件
第36讲 半导体存储器基础
第37讲 随机存取存储器
第38讲 只读存储器
第39讲 存储器地址译码与扩展
第40讲 可编程逻辑器件
第41讲 硬件描述语言和FPGA设计基础
第12单元 脉冲信号的产生与整形
第42讲 555集成定时器
第43讲 施密特触发器
第44讲 单稳态触发器
第45讲 多谐振荡器
第13单元 数模与模数转换
第46讲 数模与模数转换基础
第47讲 D/A转换器
第48讲 A/D转换器