数字逻辑之数字钟设计

第一篇：数字逻辑之数字钟设计

数字逻辑与数字系统设计教学大纲

西安电子科技大学

“卓越工程师教育培养计划”试点课程教学大纲

“数字逻辑与数字系统设计”教学大纲

课程编号：OE2121017 课程名称：数字逻辑与数字系统设计

英文名称： Digital Logic and Digital

System Design 学

时：60

学

分：4 课程类型：必修

课程性质：专业基础课 适用专业：电子信息与通信工程(大类)

开课学期：4 先修课程：高等数学、大学物理、电路分析与模拟电子线路 开课院系：电工电子教学基地及相关学院

一、课程的教学任务与目标

数字逻辑与数字系统设计是重要的学科基础课。该课程与配套的“数字逻辑与数字系统设计实验”课程紧密结合，以问题驱动、案例教学、强化实践和能力培养为导向，通过课程讲授、单元实验、综合设计项目大作业、设计报告撰写、研讨讲评等环节，实现知识能力矩阵中1.1.2.2、1.2.1.2以及2.

5、2.6、3.

6、4.1、4.2的能力要求。

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。EDA设计技术部分，需要了解现代数字系统设计的方法与过程，学习硬件描述语言，了解高密度可编程逻辑器件的基本原理及开发过程，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。

本课程教学特点和主要目的：

(1)本课程概念性、实践性、工程性都很强，教学中应特别注重理论联系实际和工程应用背景。

(2)使学生掌握经典的数字逻辑电路的基本概念和设计方法; (3)掌握当今EDA工具设计数字电路的方法。

(4)本课将硬件描述语言(HDL)融合到各章中，并在软件平台上进行随堂仿真, 通西安电子科技大学

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过本课和实验教学, 使学生掌握新的数字系统设计技术. 虽然现代设计人员已经很少使用传统的设计技术，但传统的设计可以让学生直观地了解数字电路是如何工作的，并可以为EDA设计工具所进行的操作提供说明，让学生进一步了解自动化设计技术的优点。

成功的逻辑电路设计人员必须深入理解数字逻辑设计相关的基本概念，并熟练掌握EDA设计工具的使用。

二、本课程与其它课程的联系和分工

数字逻辑与数字系统设计主要讨论集成电路器件的外部特性，对门电路内部晶体管的工作原理及状态转换只作定性了解。

数字逻辑与数字系统设计在学科基础中的地位既要体现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微处理器与系统设计、嵌入式系统、数字通信等后续课程进行了基础知识准备。

三、课程内容及基本要求

(一)数制与编码(建议3学时) 学习数制表示方法和常用编码 1.基本要求

(1)掌握常用数制(

2、

8、

10、16进制数)的表示方法与相互转换方法

(2)掌握常用编码(842BCD码、5421BCD码、余3码、格雷码等)的表示方法 2.重点、难点

重点：二进制，十六进制 难点：格雷码的掌握

3.说明：主要掌握常用编码的表示方法

(二)逻辑代数与逻辑函数化简(建议10学时)

学习逻辑代数的基本运算及函数表示方式，了解逻辑函数的化简方法;学习硬件描述语言(HDL)描述逻辑函数的基本结构，熟悉逻辑函数与HDL之间的对应关系。 1.基本要求

(1)熟练掌握基本逻辑运算与逻辑门

(2)了解逻辑代数的基本定理、法则和主要公式，了解逻辑函数代数化简法 (3)掌握逻辑函数的标准表达式和常用的五种表达式及相互转换方法 (4)能够用HDL描述真值表，熟悉逻辑函数的HDL表达方式 (5)熟悉逻辑函数的卡诺图化简法

(6)掌握包含无关项逻辑函数的表示方法及化简方法 2.重点、难点

重点：逻辑函数的两种标准表示形式以及HDL表达方式 难点：五种表达式之间的相互转化 西安电子科技大学

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3.说明：5个变量以上的逻辑函数化简不作要求

(三)组合逻辑电路(建议10学时)

学习组合逻辑电路的分析方法和设计方法，学习组合逻辑的HDL描述方式 1.基本要求

(1)掌握组合电路的分析方法和设计方法

(2)熟悉组合逻辑电路的HDL设计方法，掌握设计流程图的绘制方法

(3)熟悉常用MSI组合逻辑部件(变量译码器、数据选择器)的逻辑功能，扩展方法及应用

(4)掌握译码器、数据选择器的HDL描述方式

(5)掌握由MSI器件构成组合电路的设计方法和分析方法 (6)了解组合电路的竞争冒险现象及消除方法 2.重点、难点

重点：由门电路进行组合电路的设计 难点：中规模集成电路芯片应用

3. 说明: 安排组合逻辑研究实验

(四)触发器(建议6学时)

学习触发器的工作原理和功能描述方法，学习触发器的HDL描述方法 1.基本要求

(1)掌握基本RS触发器及常用沿触发的(D、T、JK)触发器的逻辑功能及其描述方法 (2)触发器的HDL描述方法(包括行为级描述和结构化描述) (3)熟悉常用集成触发器的逻辑符号及时序图的画法 (4)掌握触发器的HDL描述方法中的沿触发与电平触发 2.重点、难点

重点： 触发器的多种描述方法

难点：触发器电路的HDL描述及时序波形

3.说明：触发器部分要求记忆逻辑符号掌握逻辑功能，对触发器内部电路不做要求,安排集成触发器实验。

(五)时序逻辑电路(建议16学时)

学习同步时序电路的分析方法和典型同步时序电路的设计方法，时序电路的HDL描述。 1.基本要求

(1)掌握同步时序电路的分析方法，要求根据电路能正确列出状态表，画出状态及时序图并分析其功能

(2)了解同步时序电路的一般设计方法和步骤，掌握给定状态同步时序电路的设计方法

(3)掌握时序电路的HDL描述方法 西安电子科技大学

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(4)掌握典型MSI时序逻辑部件(74LS16

1、74LS194)的逻辑功能，扩展方法及应用 (5)学习状态机的HDL描述方法，并掌握复杂时序逻辑电路的HDL描述方法 (6)掌握以MSI为主的典型同步时序电路的分析方法与设计方法：

任意模值计数器;移位型计数器;序列码发生器 (7)掌握典型时序电路的HDL描述方法

(8)了解异步时序电路的主要特点

2.重点、难点

重点：电路自启动自校正的设计;MSI时序逻辑部件的逻辑功能及应用 难点：时序逻辑点状态机HDL描述

3.说明：学习这一章后，要求能看懂器件手册，安排计数器和移位寄存器应用实验。

(六)集成逻辑门(建议3学时) 1.基本要求

(1)了解典型TTL与非门的基本工作原理，掌握其主要外特性和参数 (2)掌握集电极开路门和三态门的主要特点

(3)掌握MOS逻辑门(以CMOS为主)的主要特点和使用方法 2.重点、难点

重点：TTL与非门的主要外特性和参数 难点：集电极开路门

(七)脉冲波形的产生与整形(建议3学时) 了解脉冲电路的分析方法 1.基本要求

(1)了解典型脉冲电路(单稳、多谐、施密特触发器)的基本特点及脉冲电路的分析方法

(2)掌握555定时器的基本工作原理及典型应用

(3)掌握晶体振荡器，施密特单稳集成电路的基本原理及使用方法。 2.重点、难点 重点： 555定时器

难点：振荡电路性能提高需要考虑的因素 3.说明：安排脉冲电路的产生和整形实验。

(八)存贮器及可编程器件(建议4学时) 1.基本要求

(1)掌握ROM的基本工作原理和几种不同的编程方法 (2)了解静态RAM和动态RAM的基本工作原理

(3)了解可编程器件的内部结构特点, 可用资源, 主要参数和选型依据 西安电子科技大学

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(4) 结合实验, 逐步掌握FPGA的仿真与设计技术 2.重点、难点

重点：ROM的基本工作原理, FPGA的仿真与设计技术 难点：ROM实现组成逻辑函数, FPGA的仿真与设计技术

(九)D/A和A/D(建议1学时) 1.基本要求

(1)了解D/A和A/D转换器的基本原理和主要技术指标 (2)了解典型集成D/A和A/D芯片的特点 2.重点、难点

重点：D/A和A/D转换器的主要技术指标 难点：D/A和A/D转换器的基本原理

四、布置大作业

综合设计(1)----- 用VHDL设计一数字频率计(结合实验在FPGA上实现) 综合设计(2)----- 用VHDL设计一DDS信号发生器(结合实验在FPGA上实现) 系统设计完成通过EDA软件仿真后，在FPGA系统上实现验证，期间安排两次讨论。第一次是设计方案评审和讲评，第二次的实现结果报告和讲评。

五、教学安排及方式

总学时 60 学时，讲课 56 学时。讨论4学时。实验单独开课，大作业采用开放式实验方式利用课外时间进行。

六、考核方式

1. 期末笔试(以闭卷考试为主，也可开卷考试或半开卷半闭卷考试) 占60% , 2. 大作业----综合设计占30%, 3. 平时成绩占10% .

七、推荐教材与参考资料

教材：

(1) 新编: 任爱锋, 孙万蓉, 周端等

(2) 杨颂华等 数字电子技术基础 西安 西安电子科技大学出版社 2009 参考书：

(1) 夏宇闻等译 数字逻辑基础与Verilog设计 机械工业出版社

(2) John F. Wakerly 数字设计——原理与实践(第三版 影印版) 高等教育出版社

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第二篇：数字逻辑课程设计任务书

一 教学目标

<一> 课程性质

数字电子技术课程设计是学生的专业基础课。课程设计是以实验为基础在教师指导下独立查阅资料、设计和调试特定功能的电子电路。课程设计对于提高学生的电子工程素质和科学实践能力非常重要，是由学生自行设计和自行调试的综合性训练。 <二> 课程目的

训练学生综合地运用所学的<模拟电子技术><数字电子技术>的基本知识，独立、完整地设计一定功能的电子电路，并培养设计软件应用和仿真等综合能力。

二、设计内容基本要求 〈一〉课程设计题目

1、多功能数字钟设计

要求：1)由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准，经分频器输出标准的秒脉冲。

2)秒计数器满60向分计数器进位，分计数器满60向小时计数器进位，小时计数器尽量按“12翻1”规律计数，计数器经译码器送到显示器。

3)计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒。 扩展要求：4)具有可整点报时与定时闹钟的功能。

2、数字式竞赛抢答器

基本要求：1)设计制作一个可容纳四组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答时使用，且电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。

2)在主持人将系统复位并发出抢答指令后，用数码管显示倒计时时间，且数字显示第一抢答组别且该组别对应指示灯亮，同时电路应具有自锁功能，使别的抢答开关不起作用。 3)对提前抢答和超时作答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。 扩展要求：4)设置计分(含加分与扣分)电路。

3、 交通灯控制电路

基本要求：1)

设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间可在10至99秒范围内设定，时间应可分别设定并易于设置修改。

2)在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟(包含在30至90秒范围内)，才能变换运行车道;黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。

3)甲、乙车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用倒计时的方法)，并同步设置人行横道红、绿灯指示。

扩展要求：

4)可模拟实际路口指示灯增加相应控制功能。

4、洗衣机控制电路设计

基本要求：1)

设计一个洗衣机控制器，控制洗衣机电机作如下运转：

2)用数码管显示洗涤的预置时间(分钟数)，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直至时间到而停机。洗涤定时时间在1-10分钟内用户任意设定。

3)正反转工作由发光二极管闪烁及数码管倒数指示。

4)洗涤过程在送入预置时间后即开始运转，洗涤结束发出提示音响信号。 扩展要求：

5)洗衣机具有预约功能，可根据设置时间延迟工作。 〈二〉设计步骤

设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，自学与指定设计题目有关的参考资料;根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。

1、设计任务分析

对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标内容及要求，以便明确系统应完成的任务。

2、方案论证

这一步的工作要求把系统的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。

方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要用于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。

3、方案实现 1)单元电路设计

单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。

2)参数计算

为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大 电路中各阻值、放大倍数的计算;振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。

3)器件选择

阻容元件的选择：电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。

分立元件的选择和集成电路的选择：选择的分立元件或集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。

4) 在电脑上应用虚拟电子工作台(EWB或Multisim)进行设计、调试、仿真。 5)安装调试：

安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐块调试，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。

三、成绩评定的依据：

1、电路布局及安装焊接工艺(20%)，如果不要求做实物电路的，根据仿真软件的设计电路布局评分。

2、验收实物电路功能及性能指标，并进行相应原理设计答辩。(45%)

3、设计报告的撰写(35%) 老师根据学生设计全过程的表现，验收情况以及设计报告书给出综合成绩(成绩分优、良、中、及格、不及格五级)。如果发现设计报告雷同，一律做不及格处理。

四、课程设计报告要求：

封面：按照广工大课程设计报告的封面要求，要求学院专业班别学号用全称并且统一格式。 正文内容包括： 1)设计题目 2)设计任务和要求 3)原理电路和程序设计：

(1)方案比较;(2)整体电路(标出原元件型号和参数、画出必要波形图);(3)单元电路设计;(4)说明电路工作原理;(5)元件选择。

对报告中的电路图要求

A原理图中元件电气图形符号符合国家标准;

B整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。 C列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量) D图纸幅面为A4。

E 流程图的符号采用国际标准。

设计报告统一采用小四宋体，行距为1倍 4)电路和程序调试过程与结果：

对模拟电路应有理论设计数据、实测数据、仿真数据和误差分析，数字电路应有设计逻辑流程、波形图、时序图或真值表。

5)总结

总结作品的优点和不足的地方，以后可能的改进方案，通过这次课程设计的心得体会。 附录：完整的电路PCB图，完整的源程序名列表(不需要把源程序打印出来，作为电子文档提交)。

五、主要参考书目：

1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》;

2、康华光，《电子技术基础》模拟、数字部分;

3、毕满清，《电子技术实验与课程设计》

第三篇：数字电路与逻辑设计实验报告（大全）

实验 报告书

课程名称

数字电路与逻辑设计

专

业

计算机科学与技术

班

级

2

姓

名

刘

腾

飞

学

号

09030234

指导教师

王

丹

志

成

绩

2010年 年 11月 月 10 日

实验题目：

译码器、数据选择器及其应用

一、实验目的 1、掌握中规模集成译码器与数据选择器的逻辑功能与使用方法

2、熟悉数码管的使用 3、学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法 二 、实验原理 1 1 、中规模集成译码器 74 LS 138

74LS138是集成3线-8线译码器，在数字系统中应用比较广泛。图-1是其引脚排列。其中 A2 、A1 、A0为地址输入端， 0Y～ 7Y为译码输出端，S1、2S、3S为使能端。

图-1 74LS138真值表图-2如下：

图- 2 74HC138工作原理为：当S1=1，S— 2+S — 3=0时，器件使能，电路完成译码功能，输出低电平有效。当S=0，S— 2+S — 3=X时，或S1=1, S— 2+S — 3=1,译码器被禁止，所有输出同时为1 2 2 、双4 4 选1 1 数据选择器

74LS153 ?

所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图-3所示，功能表如图-4所示。

图-3

输入 输出 S—

A1 A0 Q 1 0 0 0 0 X 0 0 1 1 X 0 1 0 1 0 D0 D1 D2 D3 图-4

1S— 、2S — 为两个独立的使能端;A1、A0为两个公用的地址输入端;1D0~1D3和2D0~2D3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端;Q1、Q2为两个输出端。

当使能端1S— (2S — )=1时，多路开关被禁止，无输出，Q=0。

当使能端1S— (2S — )=0时，多路开关正常工作，根据地址码A1、A0的状态，将相应的数据D0~D3送到输出端Q。

3 3 、8 8 选1 1 数据选择器 74LS151

74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图-5所示，功能表如图-6所示。

图-5

图-6 选择控制端(地址端)为A2~A0，按二进制译码，从8个输入数据D0~D7中，选择一个需要的数据送到输出端Q，S— 为使能端，低电平有效。

使能端S— =1时，不论A2~A0状态如何，均无输出，多路开关被禁止。

使能端S— =0时，多路开关正常工作，根据地址码A2、A1、A0的状态选择D0~D7中某一个通道的数据输送到输出端Q。

三 、实验设备及器件 ●

硬件：PC机一台 ●

软件：QuartusⅡ5.0集成开发环境 四、实验内容 1.使用74LS138实现逻辑函数 F=A’B’C’+AB’C’+ABC 2.使用74LS151实现逻辑函数 F=AB’+A’B+AB 3.使用74LS153实现逻辑函数 F=A’BC+AB’C+ABC’+ABC

五 、实 验过程 1、使用74LS138实现逻辑函数 F=A’B’C’+AB’C’+ABC ① 由74LS138功能表(图-1)可知电路图连接如图-7所示

图-7 ② 经编译检查无错(图-8)

图-8

③ 对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-9

图-9 2、使用74LS151实现逻辑函数F=AB’+A’B+AB

①将输入变量C、B、A作为8选1数据选择器的地址码A2、A1、A0。使8选1数据选择器的各个数据输入D0~D7分别与函数F的输出值一一对应，即A2A1A0=CBA、D0=D2=D3=0、D0=D4=D5=D6=D7=1则输出Q便实现了函数AB’+A’B+AB接线图如图-10

图-10 ②经编译检查无错(图-11)

图- 11 ③对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-12

图-12 3、使用74LS153实现逻辑函数 F=A’BC+AB’C+ABC’+ABC

①函数F有3个输入变量A、B、C，而数据选择器有2个地址端A1、A0少于数据函数输入变量个数，在设计时可任选A接A1，B接A0。接线如图-13

图-13

②经编译检查无错如图-14

图-14 ③对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-15

图-15 六 、实验心得 通过这次试验，我熟练掌握了74LS138译码器、74LS151和74LS153数据选择器的使用特点和方法。加强了对这些知识的了解，熟练掌握了QuartusⅡ5.0集成开发环境的使用。

第四篇：《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲

先修课程：高等数学、普通物理、电路与电子学

(一) 课程地位、性质和任务

《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的主干课程，是一门专业技术基础课。它不仅为《计算机组成原理与汇编程序设计》、《微机接口技术》、《计算机系统结构》、《数据通信与计算机网络》等后续课程提供必要的基础知识，而且是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。

(二) 课程教学基本要求

本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步解决数字逻辑问题的能力，为学习计算机硬件打下扎实的基础。

(三) 课程主要内容及学时分配

第一章 逻辑代数基础

逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，本章主要介绍逻辑代数的公式、定理及逻辑函数的化简方法，要求掌握常用进制及其转换，基本和常用逻辑运算，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简化，逻辑函数的五种表示方法及相互之间的转换。 教学重点：

逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简法。 教学难点：

公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。 方法提示：

通过多举例子，多做练习以提高对公式应用的熟练性。

第二章 逻辑门电路

集成逻辑门是构成数字电路的基本单元，本章主要介绍MOS和TTL集成逻辑门的逻辑功能的电气特性。要求掌握高、低电平与正、负逻辑的概念，二极管、三极管、MOS管的开关特性，熟悉二极管与门和或门，三极管非门的电路结构及工作原理，掌握其电气特性和功能。掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OC门、CMOS传输门的逻辑符号、逻辑功能，熟悉各种门电路的特点和使用方法。 教学重点：

CMOS和TTL集成门电路重点是外部特性，即逻辑功能和电气特性。 教学难点：

CMOS和TTL集成门电路的电气特性

方法提示：

理论与实践相结合，加深对TTL集成门电路的电气特性的理解掌握。

第三章 组合逻辑电路

本章主要介绍组合逻辑电路的分析和设计方法以及常用典型组合电路的功能、应用。要求掌握组合电路的特点、基本分析和设计方法。掌握编码器、译码器、数值比较器、数据分配器、数据选择器、加法器等常用组合电路的功能、应用及实现方法。熟悉典型中规模集成组合逻辑器件的功能及用中规模集成器件实现组合逻辑函数的方法，了解组合电路中的竞争冒险。

教学重点：

组合逻辑电路的分析和设计方法，常用中规模集成器件的功能和应用。 教学难点：

组合逻辑电路的设计

方法提示：理论联系实际，加深理解记忆。

第四章 触发器

本章主要介绍各类触发器的逻辑功能及触发公式，它是构成时序电路的基本单元，要求熟悉RS、JK、D、T触发器的电路结构、工作原理，掌握RS、JK、D、T触发器的逻辑符号、逻辑功能表示方法、触发方式及触发器间的相互转换。 教学重点：

各类触发器的逻辑功能及触发方式。 教学难点：

触发器的触发方式。 方法提示：

多举例、多看、多练习，在第五章时序逻辑电路的教学中再强调。

第五章

时序逻辑电路

本章主要介绍时序电路的分析和设计方法，以及计数器等常用典型时序电路的功能及应用。要求：掌握时序电路的特点、分类、功能描述方法，时序电路的基本分析和设计方法。熟悉计算器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器的功能、应用。掌握同步、异步计数器的工作原理，常用中规模集成计数器的功能、应用以及用中规模集成计数器构成N进制计数器的方法。

教学重点：

时序电路的分析和设计方法，计数器、寄存器的功能、分类，常用中规模集成计数器功能、应用。

教学难点：

时序逻辑电路的设计方法。

第六章

半导体存储器

本章介绍只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)以及存储器的扩展。 教学重点：

存储器的扩展 教学难点：

存储器内部结构、原理

第七章 数模、模数转换电路

本章主要介绍D/A转换器和A/D转换器的基本原理，几种典型D/A，A/D转换器电路。要求熟悉D/A，A/D转换器的基本原理及倒T型电阻网络D/A转换器，逐次逼近型、双积分型A/D转换器的基本工作原理。 教学重点：

典型D/A,，A/D转换器的基本工作原理。 教学难点：

典型D/A，A/D转换器的基本工作原理。

第八章 可编辑逻辑器件

本章介绍可编程逻辑器件(PLD)的基本结构及分类，PLA，PAL，GAL的基本原理特点及应用。

教学重点：

PLD的基本结构，PLA的基本原理、特点及应用。 教学难点： PLA、GAL的基本原理、特点及应用。

第九章 可编程逻辑器件的开发及应用

自学提高

第十章 数字电路CAD技术

自学提高

(四) 使用教材及参考书目：

1、 使用教材

《数字电路与逻辑设计》

子节涛等编著

国防科技大学出版社

2、 参考书目

《数字电子技术基础》

阎石主编

高等教育出版社 《数字电子技术基本教程》

宋樟林等主编著

《电子技术基础》(数字部分)

康华光主编

高等教育出版社

《操作系统》课程教学大纲

(一) 本课程地位、性质和任务

《操作系统》是计算机专业的必修主要课程之一，是研究如何有效地管理、使用计算机的一门学科，为《编译系统》、《计算机网络》、《分布式操作系统》等课程提供必要的基础知识。操作系统是计算机系统必须配置的一种系统软件，几乎所有的计算机系统都离不开操作系统，它在计算机系统中具有举足轻重的地位，它向下隐藏了计算机系统的具体细节，向上为计算机系统中其他软件提供一致的服务和使用界面，为用户提供一个良好的操作环境。 通过学习和研究操作系统，可以打破操作系统的神秘性，了解操作系统的内部结构。掌握操作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用。为锻炼学生开发系统的综合能力打下扎实的基础。

(二) 课程教学的基本要求

该课程采用讲授和上机实验相结合的教学方法，要求学生通过该课程的学习： 正确理解操作系统的概念，分类和形成与发展;特别是操作系统的基本特征和操作系统的功能结构;

正确理解系统的基本工作单位和进程的五大特征，熟悉掌握操作系统中进程管理的功能;

掌握操作系统存储管理有关的基本概念，深入理解几种常用存储管理的基本原理及实现方法;

理解操作系统设备管理的任务，掌握中断技术、通道技术和缓冲技术实现中央处理器与外部设备的并行工作，理解设备的调度和分配;

理解文件系统的功能和文件的安全性，掌握文件系统中文件的组织和存储; 正确理解作业的调度和控制、操作系统的接口;

所学的操作系统原理对现行主流操作系统进行实例分析;

(三) 课程主要内容及学时分配

1、 操作系统概论

知识点：操作系统的定义、视点及认识;操作系统的基本类型及其特点;操作系统的形成与发展;

重点：掌握操作系统的基本特征和操作系统的地位、作用和效果; 教学难点：虚拟机概念的讲解。

2、 处理器管理 知识点：中断、多道程序设计、并发程序设计、进程的概念;进程管理功能;进程的控制及调度;处理器基本工作单位的控制粒度;进程并发的含义;进程的同步机制;进程通信;死锁。

重点难点：处理器管理

3、 存储器管理

知识点：存储器管理的基本概念;连续存储空间存储管理的原理实现;非连续存储空间存储管理的原理及实现;虚拟存储空间的概念及实现。 重点难点：存储管理

4、 文件系统管理

知识点：文件及文件系统的概念;文件目录;文件的共享、保护及保密。 重点：文件的组织与存储 难点：文件操作的执行过程。

5、 设备管理

知识点：I/O操作与设备和概念;缓冲技术及PnP技术;中断处理及驱动程序。

重点：设备的分配和调度

难点：I/O控制方式及具有通道的I/O系统管理;虚拟设备、设备一致性、设备无关性的概念。

6、 作业管理

知识点：操作系统的结构模型;作业管理的概念;作业管理的功能;作业的状态，调度控制等问题;

重点：作业管理的功能;

难点：作业调度与控制。

7、 用户接口与操作环境

知识点：操作系统的用户接口的分类;命令接口，程序接口，环境接口的功能与实现; 重点难点：三种接口的功能。

8、操作系统的安全

知识点：操作系统安全性概念;安全机制;安全系统的设计; 重点：系统安全概念与机制; 难点：安全系统的设计。

(四) 使用教材与参考书目

1、 建议选用教材：刘乃琦，吴跃编著《计算机操作系统》 电子工业出版社。

2、 主要参考书：

史美林等编著《计算机操作系统教程》 清华大学出版社。

第五篇：数字逻辑 教案

第1章

数制与编码

(3学时)

目标：熟练掌握计算机中几个常用的数制(

十、

二、

八、十六进制)的特点、表示形式和相互转换的方法。熟练掌握3种机器数(原码、反码和补码)的表示形式、性质和相互转换的方法。熟练掌握数的定点、浮点表示方法。掌握十进制数字的常用编码(8421码、2421码、余3码)。掌握常用的可靠性编码(格雷码)的编码规则、特点。

主要内容：1.1 概述1.2 数制及其相互转换1.3 编码

重点：数制的表示方法及其转换方法;原码、反码和补码的表示形式和性质;数的定点、浮点表示方法;十进制数的二进制编码。 第2章

逻辑代数和硬件描述语言基础

(6学时)

目标：熟练掌握基本逻辑和复合逻辑的功能和符号表示;熟练掌握逻辑代数的基本概念、基本公式、定理和常用公式。掌握逻辑关系的描述方法(逻辑函数表达式、真值表、逻辑图)及其相互转换。熟练掌握逻辑函数的表示方法，最大项和最小项的表示方法。熟练掌握逻辑函数的公式化简法。了解Verilog HDL设计模块的基本结构，掌握Verilog HDL的词法和语句。

主要内容：2.1 逻辑代数的基本概念2.2 逻辑代数的运算法则2.3 逻辑函数的表达式2.4 逻辑函数的公式化简法2.5 Verilog HDL语言基础

重点：逻辑代数的基本公式、定理和常用公式，真值表，逻辑函数的表达式，逻辑函数的公式化简法，Verilog HDL的词法和常用语句。 第3章

门电路

(7学时)

目标：了解集成电路的分类及正负逻辑和混合逻辑的概念。了解半导体的特性和PN结的单向导电性;了解半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性。了解分立元件门的工作原理和功能。了解TTL、CMOS门电路的组成和工作原理;掌握典型TTL、CMOS门电路的逻辑功能、外部特性和使用方法;掌握TTL与非门的主要参数。了解ECL等其它逻辑门电路的特点。掌握基于Verilog HDL设计门级电路的方法。

主要内容：3.1 概述3.2 晶体二极管和三极管的开关特性3.3 分立元件门3.4 TTL集成门3.5 其它类型的双极型集成电路3.6 MOS集成门3.7 基于Verilog HDL的门电路设计

重点：常用逻辑门电路的功能、门电路的主要外特性参数及其含义;基于Verilog HDL设计门级电路的方法。 第4章

EDA设计工具软件

(4学时)

目标：了解综合使用几种常用的EDA设计工具软件进行数字系统设计的流程。熟练掌握QuartusⅡ的特点和使用方法，包括设计输入方法、设计编译、模拟仿真、定时分析以及器件编程。掌握使用ModelSim进行功能仿真的方法。

主要内容：4.1 数字系统设计流程4.2 常用的PLD设计EDA工具软件4.3 QuartusⅡ的使用4.4 仿真工具ModelSim的使用 4.5 设计实例

重点：QuartusⅡ的设计输入方法、引脚锁定和仿真方法，嵌入式逻辑分析仪Signaltap的使用方法，TimeQuest时序分析方法;Verilog测试文件的编写和ModelSim的使用。 第5章

组合逻辑电路

(5学时)

目标：掌握组合逻辑电路的特点、分析方法和设计方法。掌握加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和奇偶校验器等常用组合逻辑电路的电路结构、逻辑功能及使用方法。熟练掌握基于Verilog HDL的组合逻辑电路设计方法。了解组合逻辑电路的竞争冒险现象及其消除方法。

主要内容：5.1 概述5.2 常用组合逻辑电路5.3 基于Verilog HDL的组合逻辑电路设计5.4 组合逻辑电路的竞争与冒险

重点：组合逻辑电路的分析方法和设计方法;常用组合逻辑电路的电路结构和逻辑功能;基于Verilog HDL的组合逻辑电路设计方法。第6章

触发器

(6学时)

目标：了解基本RS触发器的电路结构、工作原理、功能及约束条件。熟练掌握钟控触发器(RS、D、JK、T、T’)的逻辑功能及描述方法(特性方程、特性表、状态图和时序图)。了解集成触发器的结构和功能。了解几种触发器的常见开关参数(数据传输延迟、数据建立时间和保持时间等)。了解触发器之间的转换方法。熟练掌握基于Verilog HDL设计触发器的方法。

主要内容：6.1 概述6.2 基本RS触发器6.3 钟控触发器6.4 集成触发器6.5 触发器之间的转换 6.6 基于Verilog HDL的触发器设计

重点：基本RS触发器、钟控触发器的逻辑功能及描述方法;基于Verilog HDL的触发器设计方法。 第7章

时序逻辑电路

(8学时)

目标：掌握时序逻辑电路的特点、描述方法和分析方法。掌握寄存器、移位寄存器、计数器等常用时序逻辑电路的工作原理、逻辑功能及使用方法。熟练掌握用Verilog HDL设计时序逻辑电路的方法。了解基于Verilog HDL设计数字系统的方法。

主要内容：7.1 概述7.2 数码寄存器和移位寄存器7.3 计数器7.4 基于Verilog HDL的时序逻辑电路设计 7.5 基于Verilog HDL的数字系统设计

重点：常用时序逻辑电路的工作原理、逻辑功能及使用方法;基于Verilog HDL的时序逻辑电路设计方法。 第8章

程序逻辑电路

(3学时) 目标：了解程序逻辑电路的结构及特点。了解半导体存储器(ROM和RAM)的电路结构和分类。掌握半导体存储器的工作原理和扩展存储容量的方法。了解用ROM实现组合逻辑函数的方法。掌握基于Verilog HDL的存储器设计方法。了解程序逻辑电路的应用。

主要内容：8.1 概述8.2 随机存储器8.3 只读存储器8.4 基于Verilog HDL的存储器设计8.5 程序逻辑电路的应用

重点：半导体存储器的工作原理和扩展存储容量的方法;基于Verilog HDL的存储器设计方法。 第9章

可编程逻辑器件

(3学时)

目标：了解PLD的几种分类方法。掌握阵列型PLD(PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD和CPLD)和单元型PLD(FPGA)的基本结构和特点。掌握PLD的设计方法、设计流程。了解在系统可编程技术与边界扫描技术。了解PLD的编程与配置方法。

主要内容：

9.1 PLD的基本原理9.2 PLD的设计技术9.3 PLD的编程与配置

重点：阵列型PLD和单元型PLD的基本结构和特点;PLD的设计方法、设计流程。

四、 课程知识单元和知识点 第1章

数制与编码(核心)

知识点：数制及其相互转换

二进制数的代码转换

机器数的原码、反码和补码

数的定点与浮点表示 十进制的常用编码

格雷码

字符编码

第2章

逻辑代数和硬件描述语言基础(核心)

知识点：逻辑代数的基本概念

逻辑代数的基本公式、定理和常用公式

逻辑函数的常用表达式和标准表达式 逻辑函数的公式化简法

Verilog HDL语言基础 第3章

门电路

知识点：集成电路的分类

半导体的共价键结构

半导体的分类

半导体的开关特性

PN结的单向导电性 晶体二极管的开关特性

晶体三极管的开关特性

分立元件门

TTL集成门电路的逻辑功能、外部特性和主要参数 ECL等其它双极型集成电路

MOS集成门

基于Verilog HDL的门电路设计方法 第4章

EDA设计工具软件

知识点：数字系统设计流程

常用的PLD设计EDA工具软件

Quartus Ⅱ的设计流程

设计输入方法(创建工程、图形输入、文本输入、建立存储器编辑文件)

设计的编译

引脚锁定方法(前锁定和后锁定)

设计的仿真验证(功能仿真和时序仿真)

时序分析 器件编程

仿真工具ModelSim的使用方法

测试文件模板 第5章

组合逻辑电路(核心)

知识点：组合逻辑电路的特点、分析方法和设计方法

常用组合逻辑电路的电路结构、逻辑功能和使用方法 基于Verilog HDL的组合逻辑电路设计方法

组合逻辑电路的竞争与冒险 第6章

触发器(核心)

知识点：触发器的特点与分类

基本RS触发器的电路结构、工作原理和功能

钟控(同步)触发器的电路结构、工作原理和功能

集成触发器的结构和功能 触发器的开关特性

触发器之间的转换方法

基于Verilog HDL的触发器设计方法 第7章

时序逻辑电路(核心)

知识点：时序逻辑电路的结构、特点、功能描述方法和分析方法

同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的概念 寄存器、计数器等常用时序逻辑电路的工作原理、逻辑功能及使用方法

基于Verilog HDL的时序逻辑电路设计方法

有限状态机设计

基于Verilog HDL的数字系统设计方法 第8章

程序逻辑电路

知识点：程序逻辑电路的结构及特点

半导体存储器(ROM和RAM)的结构和分类

半导体存储器的工作原理和使用方法 基于Verilog HDL的存储器设计方法

程序逻辑电路的应用 第9章

可编程逻辑器件

知识点：可编程逻辑器件(PLD)的分类方法

阵列型PLD和单元型PLD的基本结构和特点 PLD的设计方法、设计流程

在系统可编程技术

边界扫描技术

PLD的编程与配置方法