数字电子技术基础

课程概况

MIT教授尼葛洛庞帝在其专著《Being Digital》一书中写道：“在信息时代，计算不再只和计算机有关，它决定了我们的生存——数字化生存！”时至今日，“数字化”的浪潮几乎席卷了电子技术应用的一切领域，如电子电气、自动控制、计算机应用、信息通讯、航空航天、军事、医疗以及远程教育等等。与模拟系统相比，数字系统具有更高的精确性和可靠性，因此，许多曾经用模拟系统实现的系统目前正逐步地被数字系统所替代。数字电路和数字电子技术是数字化信息采集、存储、处理和传输的载体与依存。

“数字电子技术基础”这门课程为大家系统学习数字电子技术的基础知识提供了一个专业的平台，它是各高等院校电子信息、电气工程、自动控制、机电、计算机及其应用等专业的必修技术基础课程。该课程既具有很强的理论性、系统性，又有很强的工程性、实践性，我们在着力使在校大学生、工程技术人员和广大社会学习者系统地获得数字电子技术方面的专业知识的同时，特别注重培养广大学习者应用数字电子技术思考、分析、解决实际设计问题的能力，为后续真正参与工程实践打下坚实的理论基础。

为符合MOOC课程的特点并方便广大学习者，我们将本课程分为基础和拓展两大部分，共8章，36讲（每讲均配有“本讲主要内容”和“本讲小结”），119节，其中基础部分的内容包括（前5章）：逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路；拓展部分的内容包括（后3章）：半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与整形以及模-数和数-模转换电路等。这些内容几乎涵盖了数字电子技术的所有基础理论，可为学习者着手设计中大规模数字电路或数字系统提供丰富的专业知识。

另外本课程还为广大学习者提供了大量的实验录像、仿真演示视频、学生精品设计以及五讲“数字电子信息技术导论”课外讲座，为开拓学习者的视野，更好地理解课程提供有力辅助。

课程大纲

引言

第一章 逻辑代数基础
第1讲 数制
第2讲 码制
第3讲 逻辑代数的基本概念和运算规则-上
第4讲 逻辑代数的基本概念和运算规则-下
第5讲 逻辑函数的公式化简法
第6讲 逻辑函数的卡诺图表示
第7讲 逻辑函数的卡诺图化简法

第二章 逻辑门电路
第8讲 逻辑门电路概述
第9讲 CMOS门电路
第10讲 TTL门电路
第11讲 其它类型数字集成电路

第三章 组合逻辑电路
第12讲 组合逻辑电路的分析和设计方法
第13讲 若干常用中规模组合逻辑电路-编码器
第14讲 若干常用中规模组合逻辑电路-译码器
第15讲 若干常用中规模组合逻辑电路-分配器和选择器
第16讲 若干常用中规模组合逻辑电路-加法器
第17讲 若干常用中规模组合逻辑电路-数值比较器及奇偶校验器

第四章 触发器
第18讲 SR锁存器
第19讲 触发器电路结构及动作特点
第20讲 触发器的逻辑功能描述及应用示例

第五章 时序逻辑电路
第21讲 时序逻辑电路的特点及描述方法
第22讲 时序逻辑电路的分析
第23讲 时序逻辑电路的设计
第24讲 常见时序逻辑电路——计数器
第25讲 常见时序逻辑电路——寄存器和移位寄存器
第26讲 其它常见时序逻辑电路及竞争-冒险现象

第六章 半导体存储器及PLD
第27讲 半导体存储器及可编程逻辑器件概述
第28讲 只读存取存储器（ROM）
第29讲 随机存取存储器（RAM）
第30讲 可编程逻辑器件

第七章 脉冲波形的产生与整形
第31讲 施密特触发器
第32讲 单稳态触发器
第33讲 多谐振荡器
第34讲 555时基电路及其应用

第八章 DAC和ADC
第35讲 数/模转换器(DAC)
第36讲 模/数转换器(ADC)

预备知识

电工与电路基础，高等数学（有微积分基础知识即可），有大学物理，模拟电子技术基础者更佳。

证书或学分

课堂测试与章节单元测验占20%，完成至少2次主观题作业占30%，期末考试占50%，按百分制计分，60分~84分为合格，85分~100分为优秀。积极参与课程的各项讨论，注重参与质量，对课程有特殊贡献的学员，可以获得10~20分的加分。

参考资料

1.《数字电子技术基础》（第四、五版），阎石主编，高等教育出版社，2006年
2.《数字电子技术》(第三版)，高吉祥，丁文霞主编，电子工业出版社，2011年
3.《Modern Digital Electronics》(Third Edition)，R.P.Jain，清华大学出版社，2008年
4.《数字电子技术基础解题指南》，唐竞新主编，清华大学出版社，2006年

常见问题

（1）学习“数字电子技术基础”课程需要很好地数学（如高等数学）功底吗？
答：不需要，仅需简单的高数基本知识，如微积分的基本概念等，因为本课程的数学基础是逻辑代数（即布尔代数），该理论主要建立在两个逻辑值0、1和三个基本运算“与”、“或”、“非”的基础上，与普通代数有很大的区别，也就是说，没有很强数学功底的学生也可以很好地学习本门课程。

（2）数字电子技术和模拟电子技术有怎样的联系和区别？
答：工程上通常将信号（通常为电信号）分为模拟信号和数字信号两大类：模拟信号是指在时间和数值上都连续变化的信号，传输、处理模拟信号的电路称为模拟电路；数字信号是指在时间或数值上离散的信号，而传输、处理数字信号的电路称为数字电路。对应这两大类电路，在电子技术领域中就出现了数字电子技术和模拟电子技术两大分支。这两大分支工程性、实践性都很强，被统称为“电子技术”。

（3）电子信息为何通常要“数字化”？
答：电子信息技术经历了由模拟向数字的转变过程，这是由于获取的信息的初始形态一般都是模拟的，因而初期大多采用的是模拟电子技术，但集成电路的普及使得电子信息数字化有了物质基础，电子设备实行数字化体制后有很多优点，如设备抗干扰性强、传输效率高、性能稳定、生产制造方便、易于大规模集成、便于对信息进行处理以实现模拟信号体制下无法实现的功能等。

（4）目前知名PLD公司的软件开发系统有哪些？
答：除了常用的Multisim软件开发系统，目前知名PLD公司的开发系统软件包括：
Ø Lattice 公司的开发软件从ISP Synario System、ispEXPERT SYSTEM发展到了ispLEVEL;
Ø Altera公司的开发软件从MAX+PLUS II 发展到了Quartus II开发系统；
Ø Xilinx公司开发的软件从Xilinx Automatic CAE Tools发展到了ISE开发系统。
这些开发系统的设计输入方式都支持原理图、硬件描述语言（HDL）等输入方式，并且都包括功能模拟仿真工具，可以很好的辅助同学们学习“数字电子技术基础”这门课程。