《数字电子技术基础第4版》_王振宇教案大纲.docx

数字电子技术（DigitalElectronics）课程编号：学分：4.0学时：48（其中：讲课学时：48实验学时：单独开课）先修课程：电路、模拟电子技术适用专业：电气、自动化、电子信息等教材：数字电子技术，王振宇成立主编，机械工业出版社，第4版开课学院：一、课程性质与课程目标（一）课程性质数字电子技术是自动化专业的技术基础课。该课程具有自身的体系，实践性和实用性都很强。它的任务是使该专业本科生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，为今后深入学习应用电气工程专业类领域夯实基础。本课程既培养学生分析问题、解决问题的能力，又使得学生能够具备实践能力，能够对各类自动控制工程中的仪器、装置设计电子线路，进行分析、参数调整、计算与设计。本课程重视理论与实际的结合，通过单开实验课程、后续综合课程设计结合培养学生的综合能力，特别是可以让学生建立系统的观念、联系发展的观念，工程和创新的观念，继而培养起科学的思维方式和不断进取的精神。（二）课程目标数字电子技术课程主要介绍数字电子技术的基本原理、基本数字单元电路构成，各种数字逻辑电路和系统计算、分析和设计，着重介绍数字电路基础，逻辑门电路，组合逻辑电路，集成触发器，时序逻辑电路，半导体存储器和可编程逻辑器件，A/D与D/A转换器，脉冲的产生和变换电路等内容。课程目标具体如下：课程目标1：掌握数字逻辑的基础知识、集成门电路种类、原理、内部结构认识及其参数的含义，具有能够针对工程设计具体，把实际应用问题转换为逻辑表达的各种形式进行分析的初步建模能力。课程目标2：熟练掌握组合逻辑、时序逻辑电路（含触发器）芯片结构及原理、应用电路分析步骤和设计方法，理解并能熟练运用基于555集成电路分析设计脉冲产生和变换电路，能利用数字电路的基本原理、方法分析自动化领域狂杂工程问题。课程目标3：了解存储器和可编程逻辑器件原理、种类及数字系统大规模设计方法，理解A/D与D/A转换器的作用和在控制系统中的应用，能合理选择逻辑器件、按照逻辑功能初步解决自动化控制领域电子电路系统的问题。课程目标4：能关注数字电子技术发展的趋势，正确认识和评价数字电子技术在工业生产、自动化控制和居家电器等领域所起到的作用。二、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程目标支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1-2、2-1o毕业要求1-2.掌握电路、电子技术等工程基础知识，能用于分析和解决控制工程基础问题。毕业要求2-1.具备对复杂控制工程问题进行识别、判断和有效分解的能力。毕业要求6-3.能正确认识和评价自动化领域新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响。课程目标毕业堇腔、指标点及权重课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求1-2（0.2）毕业要求2-1（0.1）Z毕业要求6-3（0.2）Z二、课程内容及要求第一章数字电路基础（一）教学内容1 .数字电路及其发展概述。2 .数制与编码。3 .逻辑函数的建立及其表示方法。4 .逻辑代数基础和逻辑函数的化简。5 .数字电路中的半导体器件。（二）知识、能力和素质要求1 .知会数字信号和模拟信号的区别，了解数字电子技术和模拟电子技术研究对象与基本任务。2 .熟练掌握二、十六进制数及其与十进制数之间的相互转换。3 .掌握数制和码制、常用的BCD码。4 .理解8421码、余3码、5421码和格雷码：8421码、余3码、5421码与十进制数之间的转换关系。5 .熟练掌握逻辑代数的基本定律及定理，会用公式法化简或变换逻辑函数。6 .正确理解逻辑问题的4种描述方法：逻辑函数表达式、真值表、卡诺图及逻辑电路图；7 .理解2、3及4变量逻辑函数的最小项及其性质；8 .会用卡诺图法化简2、3及4变量的逻辑函数（包括含无关项逻辑函数的化简）。9 .掌握半导体器件：二极管（VD）、稳压管（VDz）、双极型晶体管（BJT）的结构组成、工作原理、伏安特性及其主要参数。10 .理解单极型晶体管（FET）的结构组成、工作原理、伏安特性及其主要参数（三）重点与难点1 .重点逻辑和逻辑代数的定义，基本运算，化简，逻辑函数的建立。2 .难点逻辑代数公式法和卡诺图化简。第二章集成逻辑门电路（一）教学内容1. 基本逻辑和基本逻辑门电路、特点。2. TTL逻辑门电路（与非门、OC门、三态门等原理及特性参数）。3. CMOS逻辑门电路（与非门、传输门、OD门、三态门等原理及特性参数）。4. TTL与CMOS门电路的性能比较。5. 逻辑门电路使用中的几个问题。（二）知识、能力和素质要求1理解基本TTL门电路内部结构及工作原理，掌握TTL与非门、或非门、与或非门、OC门、异或门、同或门和三态门等的逻辑功能和使用方法。应知各种TTL门电路的性能特点（开门电阻、关门电阻、输入阈值电压等）以及逻辑高低电平值。2理解CMOSTTL门电路内部结构及工作原理，掌握CMOS门电路的逻辑功能和使用方法（包括CMOS反相器、CMOS或非门、CMOS与非门和TG门等）。应知各种CMOS门电路的性能特点以及逻辑高低电平值。3 .根据给出的输入波形图，会画TTL和CMOS与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门电路的输出逻辑波形图。4 .了解常用的几种集成门电路的性能比较。（二）重点与难点1»点与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门输入输出逻辑关系。2.难点1）TTL电气参数的理解（电压传输特性、扇出数、开门电阻RON和关门电阻&FF）。2）开路门与三态门的分析应用。第三章组合逻辑电路（一）教学内容1 .组合逻辑电路的特点概述。2 .SSI组合逻辑电路的分析方法及举例。3 .利用门电路设计组合逻辑电路的方法及举例。4 .MSI组合逻辑电路的分析方法及举例。5 .运用集成MSI组合逻辑电路器件的应用设计及举例。6 .组合逻辑电路的综合应用举例。（二）知识、能力和素质要求1.掌握列写组合逻辑电路的输出/逻辑表达式。方法：从输入级到输出级逐级列写。会填写组合逻辑电路的真值表；能准确说出所分析的组合逻辑电路的逻辑功能。2掌握使用SSl进行设计，完成功能性逻辑电路的小系统设计。3 .熟练掌握MSl组合逻辑电路芯片的逻辑功能及其使用方法。4 .掌握使用常用的集成组合逻辑器件MS【进行设计，完成功能性逻辑电路的小系统设计。（三）重点与难点1 .重点组合逻辑电路分析与设计方法，各类集成组合逻辑电路的逻辑功能及应用技巧（CT74LS283.CT74LSI53、CT74LS151、CT74LSI38、CT74LS85等）。2 .难点集成芯片的功能与真值表理解，MSI电路应用设计。第四章集成触发器（一）教学内容1 .触发器分类及特点概述。2 .基本RS触发器结构、工作原理及逻辑功能分析。3 .时钟触发器（同步RS触发器、主从RS触发器、主从JK触发器、。触发器、边沿JK触发器）结构、工作原理及逻辑功能分析。4 .T触发器和T'触发器结构、工作原理及逻辑功能分析。5 .各类触发器的综合应用分析、波形绘制。（二）知识、能力和素质要求1.熟练掌握基本RS触发器、主从JK触发器（包括边沿JK触发器）和维持-阻塞D触发器的逻辑功能、触发方式、特性方程及其动作特点。要求：给出一、二个触发器组成的电路及其输入波形，能画出其输出波形图。2正确理解边沿JK触发器、维持-阻塞D触发器和7触发器、T'触发器的逻辑功能、触发方式、特性方程及其在时序逻辑电路中的应用。6 了解同步RS触发器的计数空翻现象和主从JK触发器的一次变化问题。（三）重点与难点1 .重点各种触发器的内容结构及输入输出逻辑关系、动作特点。2 .难点主从型触发器的结构，阻塞维持型触发器的结构及原理，各种触发器动作变化特点与波形绘制,RS触发器的空翻现象和主从JK触发器的一次变化问题。第五章时序逻辑电路（一）教学内容1 .时序逻辑电路特点概述。2 .时序逻辑电路的分析方法及常用时序逻辑电路（寄存器、双向移位寄存器CT74LS194.4位同步二进制计数器CT74LS161.同步十进制计数器CT74LS160异步十进制计数器CT74LS290）分析举例。3 .时序逻辑电路的小规模设计方法及举例。4 .运用中规模集成计数器和移位寄存器设计时序逻辑电路。（二）知识、能力和素质要求1熟练掌握时序逻辑电路的分析方法（包括移位寄存器、计数器和顺序脉冲发生器等）。要求：会列写时钟方程、驱动方程、次态方程（即状态方程）；会列出状态转换表（或简易状态转换表）；会画状态转换图；能全面、准确地说出所分析时序电路的逻辑功能。另外，还应知道同步和异步时序逻辑电路的区别，以及学会计数器自启动能力的分析方法。2会应用常用集成时序逻辑器件。熟练掌握集成计数器的逻辑功能及其使用方法，例如：MSI异步二一五-十进制计数器CT74LS290.同步8421码十进制计数器CT74LSI60。要求：会分析给定的电路；会根据要求连线应用。3正确理解和运用分频的概念。4掌握使用常用的时序MSl进行设计，完成功能性逻辑电路的小系统设计。（三）重点与难点1 .重点计数器电路逻辑分析，各类中规模时序电路芯片功能及动作特点，计数器逻辑电路设计。2 .难点选择合适的MSI芯片进行设计时序逻辑电路或小系统设计。第六章半导体存储器和可编程逻辑器件（一）教学内容1 .半导体存储器概述。2 .随机存取存储器（RAM）。3 .只读存储器（ROM）。4 .存储器容量的扩展。5 .可编程逻辑器件（PLD）。（二）知识、能力和素质要求1熟练掌握RAM、ROM的结构、功能和使用方法。2应知：可编程逻辑器件PLD产品中GAL的功能及其特点。3了解PLD产品中的现场可编程门阵列（FPGA）、在系统可编程逻辑器件（ISP-PLD）和可编程逻辑器件的开发技术简介。上述内容可作为加宽内容选讲，或者放到电子技术课程设计中去认识讲解。（三）重点与难点1.重点各类存储器的结构与功能特点，存储器容量的扩展。2.难点存储器容量的扩展。第七章A/D与D/A转换器（一）教学内容1各类D/A转换器分类、结构、技术参数及工作原理。2各类A/D转换器分类、结构、技术参数及工作原理。3常用数模/模数转换芯片应用。（二）知识、能力和素质要求1理解D/A转换器的工作原理和分类及技术指标，熟练掌握权电流型D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器、逐次逼近型和双积分式A/D转换器的主要参数及其性能特点。了解D/A转换器中模拟电子开关的工作原理。2理解A/D转换器的工作原理和分类及技术指标。理解并行比较型A/D转换器、逐次逼近型和双积分式A/D转换器的主要参数及其性能特点。（=）重点与难点1 .重点D/A转换器和A/D转换器原理及运用。2 .难点倒T形电阻网络D/A转换器、逐次逼近型和双积分式A/D转换器的主要参数及其性能特点。第八章脉冲波形的产生与变换电路（一）教学内容1 .实际的矩形波及其参数。2 .集成555定时器结构及动作原理。3 .用555定时器构成3类脉冲的产生与变换电路。*4.用门电路组成脉冲信号电路和集成脉冲发生器。5 .脉冲信号产生与变换电路的应用综合举例。（二）知识、能力和素质要求1.熟练掌握555定时器的工作原理，主要是用555定时器构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的接线方法及其用途，会估算脉冲波形的主要技术指标。2掌握会分析555定时器（包括5G555和CC7555）的简单应用电路。6 了解门电路组成的脉冲信号电路和集成脉冲发生器。（三）重点与难点1 .重点用555定时器构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的接线方法及其用途。以用555定时器为中心构成的3类主要功能电路分析。2 .难点利用555集成脉冲发生器构成自动控制装置实例分析及简单设计。三、学时分配及教学方法章教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标堂学课教实验上机课程实践小计第一章数字电路基础88讲授、案例、演示、讨论课程目标1第二章集成逻辑门电路77讲授、案例、自学课程目标1第三章组合逻辑电路88讲授、讨论、对比、自学课程目标2第四章集成触发器77讲授、演示、讨论、自学课程目标2第五章时序逻辑电路88讲授、自学、仿真课程目标2第六章半导体存储器和可编程逻辑器件33讲授、自学课程目标3、4第七章A/D与D/A转换器33讲授、自学课程目标3、4第八章脉冲波形的产生与变换电路44讲授、讨论、自学、仿真、CBL课程目标2、4合计48483 ：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。四、课程考核方式1 .课程考核方式包括期末考试、平时作业及随堂测试情况考核。2 .学生总评成绩=平时成绩x20%+期末考试成绩x80%。成绩的具体构成如下：考核形式考核要求考核权重备注平时作业及阶段测试课后完成7080道习题，主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按10%计入学生总评成绩；完成重点章的随堂测试35次，辅之以讲解点评，计算每随堂测试的平均成绩均再按10%计入学生总评成绩。20%根据平时作业得分取平均值，结合随堂测试情况，统计总分。期末考试试卷题型包括选择题、填空题、设计题、分析题和计算题6大类，以卷面成绩的70%计入学生总评成绩。期末考试试卷总分100分。80%期末考试采用闭卷笔试。五、课程目标达成度评价课程目标达成度计算表如下:课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平，平均分）AR总分AS达成度值课程目标1期末考试；平时作业及随堂测试。期末考试对应考核试题的平均分；平时作业及随堂测试平均分。期末考试对应考核试题的总分；平时作业及随堂测试总分。达成度P=ARZAS课程目标2期末考试；平时作业及随堂测试。期末考试对应考核试题的平均分；平时作业及随堂测试平均分。期末考试对应考核试题的总分；平时作业及随堂测试总分。达成度P=ARZAS课程目标3期末考试；平时作业及随堂测试。期末考试对应考核试题的平均分；平时作业及随堂测试平均分。期末考试对应考核试题的总分；平时作业及随堂测试总分。达成度P=ARZAS课程目标4期末考试；平时作业及随堂测试。期末考试对应考核试题的平均分；平时作业及随堂测试平均分。期末考试对应考核试题的总分；平时作业及随堂测试总分。达成度P=ARZAS六、参考书目及学习资料1数字电子技术基础（第5版），阎石主编，北京：高等教育出版社，20102电子技术基础数字部分（第5版），康华光主编.北京：高等教育出版社，2010七、大纲说明1 .采用多媒体教学手段，建议采用讲授、讨论相结合，多种教学手段综合运用。2 .每章课后布置810题作业，共需完成大约7080道习题，以加深学生对所学内容的理解和掌握，建议利用网络教学平台。3 .本大纲中基本要求是对本科电类各专业数字电子技术课程的最低要求。如果有特殊需要，可在此基础上根据情况加深、加宽。4 .本课程教学要求分为3个层次：掌握、理解和了解。掌握是指对教学内容理解透彻、清楚，并具有应用所学知识解决实际问题的能力；理解是指对教学内容正确认识、能够一般应用；了解是指对教学内容具有基本知识，为今后进一步深造、继续学习打下基础。5 .本课程的实验单独开课，要求参见相应的实验教学大纲。制定人：审定人：批准人：年月日