数字电路与系统设计

课程概况

西安电子科技大学“数字电路与系统设计”课程2004年被评为国家级精品课程,2013年获得国家精品课程共享建设立项,并在爱课程（精品共享课程）上线。“数字电路与系统设计”2018年被评为国家级精品在线开放课程。

在爱课程（中国大学MOOC）开课以来，选课的高校来自国内外，国内大学包含了985、211和普通高校。从课程网上互动讨论的情况来看，课程受到学习者的好评，为不同的学习者提供了一个课程资源共享的学习平台。

课程的性质

“数字电路与系统设计”是电子信息、计算机技术、自动控制、工业自动化、检测技术、生物医学工程等专业本科生必修的学科基础课程。

课程的目标与任务

要求学生掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法，了解电子设计自动化（EDA：Electronic Design Automation）技术和工具。数字电路部分要求学生掌握数制及编码、逻辑代数及逻辑函数的知识；掌握组合逻辑电路的分析与设计方法，熟悉常用的中规模组合逻辑部件的功能及其应用；掌握同步时序逻辑电路的分析和设计方法，典型的中大规模时序逻辑部件。掌握EDA设计工具，培养学生设计较大规模的数字电路系统的能力。注重学生学习新知识、掌握新方法、培养新技能、解决新问题。

课程内容主要包括：数字电路基础知识(数制、编码、逻辑代数、逻辑门、触发器等)，组合电路分析、设计方法，时序电路分析、设计方法，脉冲波形的产生与整形、可编程逻辑器件以及模拟-数字转换等。

本课程与其它课程的联系和分工

学习该课程的先修课程有：高等数学、普通物理、电路分析基础、模拟电路。“数字电路与系统设计”在学科基础中的地位既要体现数字电子线路作为一门课程的完整性和电子线路体系结构的特点，也要体现为后续课程服务的目的。后续的专业课程如计算机组成原理，微机原理、接口技术等都是数字电路系统高度集成的体现。数字电路与系统设计为后续课程进行了基础知识准备。

教材

课程大纲

第一章数字电路基础第1讲数字电路概述
1.1 数字电路概述
1.2 数字系统简介
1.3 数制的表示
1.4 二、十六（八）进制转换成十进制
1.5 十进制转换成二进制

第一章数字电路基础第2讲编码
1.6 BCD编码
1.7 循环码(格雷码）
1.8 奇/偶编码
1.9 带符号数的编码
1.10 本章小结与问题解答

第一章测试

第二章逻辑代数基础第1讲逻辑代数的基本运算与公式规则
2.1 逻辑代数的三种基本运算
2.2 逻辑代数公式
2.3 化简公式
2.4 三个重要规则
2.5 复合逻辑运算和复合门

第二章逻辑代数基础第2讲逻辑函数式及代数法化简
2.6 逻辑门的等效符号
2.7 集电极开路门和三态逻辑
2.8 逻辑函数的常用形式
2.9 逻辑函数的两种标准形式
2.10代数法化简

第二章逻辑代数基础第3讲卡诺图化简及无关项
2.11 卡诺图构成与表示
2.12 卡诺图的合并规律
2.13 化简为最简与或式
2.14 化简为最简或与式
2.15 无关项逻辑函数及其化简

第二章测试

第三章组合逻辑电路第1讲组合电路的分析与设计
3.1 组合逻辑电路的分析
3.2 组合逻辑电路的设计

第三章组合逻辑电路第2讲译码器及其应用
3.3 译码器功能
3.4 译码器的应用

第三章组合逻辑电路第3讲数据选择器及其应用
3.5 数据选择器功能
3.6 数据选择器应用
3.7 数据选择器的扩展

第三章测试

第四章触发器第1讲基本RS触发器、钟控触发器
4.1 触发器概述
4.2 基本RS触发器的描述方法
4.3 时钟控制触发器

第四章触发器第2讲主从和边沿触发器
4.4 主从和边沿触发器
4.5 触发器的逻辑符号及时序图

第四章测试

第五章时序逻辑电路第1讲同步时序电路分析与仿真
5.1 时序逻辑电路的分类
5.2 同步时序电路的分析
5.3 同步时序电路的仿真分析
5.4 环形计数器分析举例
5.5 环形计数器的仿真分析
5.6 序列码检测电路分析

第五章时序逻辑电路第2讲同步时序电路设计
5.7 同步时序电路设计
5.8 可逆计数器的设计仿真
5.9 建立原始状态图或状态表
5.10 建立原始状态图或状态表举例

第五章时序逻辑电路第3讲状态化简、状态分配
5.11 状态化简
5.12 状态分配
5.13 同步时序逻辑电路的设计举例

第五章时序逻辑电路第4讲集成计数器
5.14 集成计数器
5.15 集成计数器级联
5.16 异步清零法实现任意模值计数器

第五章时序逻辑电路第5讲任意模值计数器、分频器
5.17 同步置数法实现任意模值计数器
5.18 可编程任意模值计数器
5.19 分频器

第五章时序逻辑电路第6讲集成寄存器
5.20 集成寄存器
5.21 集成移位寄存器构成环形计数器
5.22 扭环计数器

第五章时序逻辑电路第7讲序列码检测器与发生器
5.23 序列信号检测器
5.24 序列信号发生器

第五章测试

第六章波形产生与整形第1讲 555定时器及应用
6.1 555定时器的结构与功能
6.2 555定时器的典型应用一（施密特触发器）
6.3 555定时器的典型应用二（单稳态触发器）
6.4 555定时器的典型应用三（多谐振荡器）

第六章波形产生与整形第2讲集成单稳触发器与晶体振荡器
6.5 集成单稳态触发器
6.6 石英晶体、逻辑门构成的晶体振荡电路
6.7 集成晶体振荡器

第六章测试

第七章集成逻辑门第1讲 TTL 集成逻辑门
7.1 数字集成电路的分类
7.2 TTL与非门的工作原理
7.3 TTL与非门的特性与参数
7.4 TTL集成电路系列

第七章集成逻辑门第2讲 OC、三态与CMOS 集成逻辑门
7.5 集电极开路门和三态门电路
7.6 CMOS集成逻辑门
7.7 TTL与CMOS器件使用时应注意的问题
7.8 CMOS电路使用时应注意的问题
7.9 输入、输出端与外接电路

第七章测试

第八章存储器与可编程器件第1讲半导体存储器
8.1 半导体存储器概述
8.2 ROM的应用
8.3 随机存取存储器(RAM)

第八章存储器与可编程器件第2讲可编程器件及应用
8.4 可编程逻辑器件
8.5 FPLA在组合逻辑和时序逻辑设计中的应用
8.6 高密度可编程逻辑器件

第八章测试

第九章 A/D与D/A转换器
9.1 概述
9.2 数模转换器-主要技术指标
9.3 数模转换器-工作原理
9.4 模数转换器-主要技术指标
9.5 模数转换器-工作原理

第九章测试

预备知识

高等数学、普通物理、电路分析基础

参考资料

[1] 杨颂华，冯毛官，孙万蓉等，数字电子技术基础（第三版），西安：西安电子科技大学出版社，2016
[2]  阎石，数字电子技术基本教程，北京：清华大学出版社，2007
[3]  潘明，潘松，数字电子技术基础，北京：科学出版社，2008
[4] 夏宇闻等译，Stephen Brown, ZvonkoVranesic著，数字逻辑基础与Verilog设计（原书第2版），北京：机械工业出版社，2008
[5]  Alan B. Marcovitz. Introduction to Logic Design. McGraw-Hill. 2002
[6] 孙肖子，楼顺天，任爱锋等，模拟及数模混合器件的原理与应用，北京：科学出版社，2009
[7] 孙肖子,徐少莹等现代电子线路与技术实验简明教程，北京：高等教育出版社，2004.