《数字逻辑与数字系统》教学大纲.docx
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《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。
逻辑函数表达式的形式与转换方法,逻辑函数化简。
第一节逻辑代数中的三种基本运算
1、“与”逻辑运算及描述
2、“或”逻辑运算及描述
3、“非”逻辑运算及描述
4、其它复合逻辑运算及描述
5、逻辑函数
第二节逻辑代数的基本公式、定理及重要规则
1、逻辑代数的基本公式
2、逻辑代数的基本定理
3、逻辑代数的重要规则
第三节逻辑函数表达式的形式与转换方法
1、逻辑函数表示方法
2、逻辑函数表达式的基本形式
3、逻辑函数的两种标准形式
第四节逻辑函数的代数法化简
1、逻辑函数的最简形式
2、常用的代数化简方法
第五节逻辑函数的卡诺图法化简
1、逻辑函数的卡诺图表示法
2、用卡诺图化简逻辑函数
7、其他类型的TTL门电
第六节具有无关项的逻辑函数及其化简
1、约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项
2、无关项在化简逻辑函数中的应用
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
8课时。
第三章集成逻辑部件
(一)教学目的与要求
使学生熟练掌握TTL门电路的基本工作原理及主要外部特性和参数,集电极开路门(OC)和三态门(ST)的逻辑功能和使用方法。
了解CMOS集成逻辑门的主要特点。
(二)教学内容
TTL反相器,TTL与非门,集电极开路门,三态门。
TTL非门电压传输特性,输入输出高低电平,开门电平,关门电平,延迟功耗积,传输延迟时间,扇入扇出系数,拉电流工作情况,灌电流工作情况。
重点与难点:
TTL反相器,TTL与非门,集电极开路门,三态门。
TTL非门电压传输特性,开门电平,关门电平,扇入扇出系数,拉电流工作情况,灌电流工作情况。
第一节TTL与非门
1、电路结构
2、功能分析
3、特性及主要参数
第二节其它类型的TTL与非门
1、集电极开路门(OC门)
2、三态门
第三节MOS集成逻辑门电路
1、NMOS反相器及逻辑门
2、CMOS反相器及逻辑门
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
4课时。
第四章组合逻辑电路
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握组合逻辑电路的分析与设计,了解组合逻辑电路系统中竞争冒险现象及消除办法。
(二)教学内容
组合逻辑电路的分析与设计,竞争冒险现象及消除办法。
重点与难点:
组合逻辑电路的分析与设计。
第一节逻辑函数的实现
1、用“与非”门实现逻辑函数
2、用“或非”门实现逻辑函数
3、用“与或非”门实现逻辑函数
4、用“异或”门实现逻辑函数
第二节组合逻辑电路的分析
第三节组合逻辑电路的设计
1、组合逻辑电路设计工作的过程
2、单输出组合逻辑电路的设计
3、多输出组合逻辑电路的设计
第四节组合逻辑电路的竞争与冒险
1、竞争与冒险的产生
2、判别冒险
3、消除冒险
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
4课时。
第五章中大规模集成组合逻辑构件
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握组合逻辑器件编码器,译码器,数据选择器,加法器,数值比较器的主要特点及在逻辑设计中的应用,译码器和数据选择器的区别。
(二)教学内容
掌握编码器,译码器,数据选择器,加法器,数值比较器的特点及应用,译码器和数据选择器的区别。
重点与难点:
编码器,译码器,数据选择器,加法器,数值比较器的特点及应用,译码器和数据选择器。
第一节编码器
1、普通编码器的工作原理及应用
2、优先编码器
第二节译码器
1、译码器的概念
2、变量译码器
3、显示译码器
第三节数据选择器
1、74LS153的逻辑电路、符号及功能
2、数据选择器的应用
第四节数值比较器
1、两个一位数值比较器的工作原理
2、多位数值比较器
第五节检错编码及码组校验
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
6课时。
第六章集成触发器
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握各种触发器的电路结构,工作原理及逻辑功能
(二)教学内容
掌握基本RS触发器,时钟RS触发器,时钟D触发器,时钟JK触发器,时钟T触发器的电路结构,工作原理及逻辑功能。
重点与难点:
基本RS触发器,时钟RS触发器,时钟D触发器,时钟JK触发器,时钟T触发器的工作原理及逻辑功能。
第一节触发器的特点及分类
1、触发器的基本特点
2、触发器的分类
3、时钟触发器的分类
第二节基本RS触发器
1、电路结构与工作原理
2、工作特性
第三节时钟RS触发器的结构、功能及其描述方法
1、时钟RS触发器电路结构与工作特性
2、时钟RS触发器的功能及其描述方法
第四节时钟D触发器的结构、功能及其描述方法
1、电路结构与工作原理
2、逻辑功能及其描述方法
第五节时钟JK触发器的结构、功能及其描述方法
1、电路结构与工作原理
2、逻辑功能及其描述方法
第六节时钟T触发器的结构、功能及其描述方法
第七节各种触发器的比较
1、各类触发器的逻辑符号比较
2、各种功能触发器描述表达式的比较
3、触发器的触发方式与结构分类总表
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
4课时。
第七章同步时序逻辑电路
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握同步时序逻辑电路的分析方法和同步时序逻辑电路的设计方法。
(二)教学内容
熟悉同步时序逻辑电路的分析和同步时序逻辑电路的设计。
重点与难点:
熟悉同步时序逻辑电路的分析和同步时序逻辑电路的设计。
第一节同步时序逻辑电路的模型与描述方法
1、同步时序逻辑电路的结构模型
2、同步时序逻辑电路的描述方法
第二节同步时序逻辑电路的分析方法
1、时序逻辑电路的分析步骤
2、同步时序逻辑电路分析举例
第三节同步时序逻辑电路的设计方法
1、设计同步时序逻辑电路的一般步骤
2、建立原始状态转换图和状态转换表
3、原始状态化简
4、状态编码
第四节同步时序逻辑电路的设计方法
1、同步时序逻辑电路设计举例
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
8课时。
第八章异步时序逻辑电路
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握脉冲异步时序逻辑电路的分析方法和脉冲异步时序逻辑电路的设计方法。
了解电平异步时序逻辑电路的分析与设计方法。
(二)教学内容
异步时序逻辑电路的分析与设计。
重点与难点:
异步时序逻辑电路的分析与设计。
第一节脉冲异步时序逻辑电路的分析与设计方法
1、脉冲异步时序逻辑电路的分析
2、脉冲异步时序逻辑电路的设计
第二节电平异步时序逻辑电路的分析与设计方法
1、电平异步时序逻辑电路的分析方法
2、电平异步时序逻辑电路的设计方法
第三节电平异步时序逻辑电路的竞争分析
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
6课时。
第九章中规模集成时序逻辑设计
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握计数器的分析、设计及应用,寄存器的分析方法。
(二)教学内容
计数器的分析、设计及应用,寄存器的分析方法。
重点与难点:
计数器的分析、设计及应用,寄存器的分析方法。
第一节计数器
1、计数器的分类
2、集成计数器
3、任意进制计数器的构成方法
第二节寄存器
1、基本的寄存器
2、集成移位寄存器
3、移位型计数器
第三节计数器的应用
1、脉冲信号分配器
2、序列信号发生器
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
6课时。
第十章可编程逻辑器件
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生掌握ROM的结构与工作原理,RAM的结构及扩展。
了解可编程逻辑阵列(PLA)及通用阵列逻辑(GAL)。
(二)教学内容
ROM的结构与工作原理,RAM的结构及扩展。
重点与难点:
ROM的工作原理,RAM的结构及扩展。
可编程逻辑阵列(PLA),通用阵列逻辑(GAL)。
第一节概述
第二节只读存储器(ROM)
1、只读存储器的分类
2、ROM的结构与工作原理
3、ROM的应用
第三节随机读写存储器(RAM)
1、RAM的结构
2、RAM的存储元
3、地址译码方法
第四节可编程逻辑阵列(PLA)
1、FPLA的结构特点
2、FPLA的应用
第五节通用阵列逻辑(GAL)
1、GAL器件的基本逻辑结构
2、输出逻辑宏单元的结构
3、输出逻辑宏单元的工作模式
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
2课时。
第十一章数字系统设计概述
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生了解数字系统设计的模型、结构以及设计方法。
(二)教学内容
数字系统设计的模型、结构以及设计方法。
重点与难点:
数字系统设计方法。
第一节数字系统概述
1、数字系统的基本模型与结构
2、数字系统设计的方法
第二节用算法流程图描述数字系统
1、算法流程图的符号与规则
2、实例
第三节数字系统设计的基本过程
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
2课时。
第十二章数字系统基本算法与逻辑电路实现
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生了解数字系统的基本算法设计及对应的逻辑电路的实现方法。
(二)教学内容
常用的算法设计及数字处理单元电路设计过程和方法。
重点与难点:
常用的算法设计及数字处理单元电路设计过程和方法。
第一节算法设计概述
1、算法设计中主要考虑的因素
2、硬件结构对算法设计的影响
第二节几种常用的算法设计
1、跟踪法
2、归纳法
3、划分法
4、解析法
5、综合法
第三节算法结构问题
1、顺序算法结构
2、并行算法结构
3、流水线操作算法结构
第四节数据处理单元电路的设计
1、器件选择应考虑的因素
2、设计数据处理单元的基本方法和步骤
3、数据处理单元设计实例
第五节控制器的基本结构与同步问题
1、控制单元的基本结构
2、系统的同步问题
第六节算法状态机图
第七节控制器的逻辑电路设计
1、传统时序电路设计方法应用于控制器的设计中
2、计数器应用于控制器的设计
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
6课时。
第十三章VHDL语言描述数字系统
(一)教学目的与要求
通过本章学习使学生了解用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。
(二)教学内容
VHDL的基本结构、基本对象、数据类型、运算符、顺序语句、并行语句、子程序引用、元器件配置以及用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。
重点与难点:
VHDL的基本结构、基本对象、数据类型、运算符、顺序语句、并行语句、子程序引用、元器件配置以及用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。
第一节VHDL语言的基本结构
1、实体描述
2、结构体描述
第二节基本对象、数据类型以及运算符
1、基本对象
2、数据类型
3、常数的表示方法
4、运算符
第三节顺序语句
1、变量与信号赋值语句
2、IF语句
3、CASE语句
4、LOOP语句
第四节并行语句
1、并行信号赋值语句
2、进程语句
3、断言语句
4、生成语句
5、块语句
第五节子程序及其应用引用
1、函数语句的定义与应用
2、过程语句的定义与应用
第六节包集合与库
1、包集合
2、库
第七节元器件配置
1、体内配置
2、体外配置
3、直接例化
4、顶层配置
第八节VHDL基本逻辑电路设计实例
1、组合逻辑电路的设计
2、时序逻辑电路描述
3、状态机的VHDL描述
(三)教学方法与形式
课堂讲授。
(四)教学时数
10课时。
三、考核形式
期末闭卷笔试与平时考核相结合,其中期末闭卷笔试成绩占70%,期中成绩占20%。
作业和考勤占10%。
四、教材选用
1、马义忠:
《数字逻辑与数字系统》,高等教育出版社,2005年1月。
2、康华光:
《电子技术基础》(数字部分),高等教育出版社(推荐教材)。
3、阎石:
《数字电子技术基础》,高等教育出版社。
4、王玉龙:
《数字逻辑》,高等教育出版社。
5、祝惠芳,徐忠山编:
《脉冲与数字电路》,电子科技大出版。
6、宋樟林:
《数字电子技术基本教程》,浙江大学出版,2000年1月。
7、王毓银:
《数字电路与逻辑设计》,高等教育出版社。
8、张申科岳备:
《数字电路与逻辑设计》,同济大学出版社。
9、庞学民:
《数字电子技术》,清华大学出版社,2005年1月。
10、白中英:
《数字逻辑与数字系统》,科学出版社,2002。
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