山东农业大学：电工电子实验教学中心（教学大纲）数字逻辑电路

《数字逻辑电路》课程教学大纲Digital Foundamentals总学时：！54+18总学分：4.054实验学时：18理论学时：！面向专业：计算机、网络工程、电子学课程代码：大纲执笔人：张传洋大纲审定人：侯加林一、课程目的和任务本课程是计算机各专业的基础课之一，它是一门发展快、应用广、实践性强的课程。本课程把数字电路和逻辑设计有机地联系起来，作为基础，较为深入地阐述了基本数字集成电路的工作原理和电气特性，着重讨论了逻辑电路的基本单元（门电路和触发器），也讨论了中、大规模集成电路及其应用，介绍了一些近年迅速发展起来的器件和电路，同时讨论了作为数字电路与逻辑设计数学基础的逻辑代数及其化简方法。作为重点，系统地讨论了组合逻辑电路、同步时序逻辑电路、异步时序逻辑电路的分析和设计方法；并介绍了采用大规模可编程逻辑器件的数字系统设计的新方法。本课程对作为数字量与模拟量之间接口电路的A/D转换电路和D/A转换电路的转换原理、基本特性和使用方法也进行了讨论。通过本课程的学习，为学习后继课程打下良好基础，也为学生毕业后从事电子学、通信技术、自动控制、计算机应用等方面的科学研究和技术工作打下良好的基础。二、教学内容基本要求、重点和难点第1章数字逻辑概论（6学时）【目的要求】1．是掌握常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转换：掌握常见的代码（如：8421码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换。了解二进制数（包括正、负二进制数）的表示和补码的运算。【重点、难点】重点：是常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转换：常见的代码（如：8421码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换：三种基本的逻辑运算（如：与、或、非）。难点：是二进制数（包括正、负二进制数）的表示法和补码的运算。【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】6学时

《数字逻辑电路》课程教学大纲 Digital Foundamentals 总 学 时： 54＋18 总 学 分： 4.0 理 论 学 时 ： 54 实 验 学 时 ： 18 面 向 专 业 ： 计算机、网络工程、电子学 课 程 代 码 ： 大纲执笔人： 张传洋 大纲审定人： 侯加林 一、课程目的和任务 本课程是计算机各专业的基础课之一，它是一门发展快、应用广、实践性强 的课程。本课程把数字电路和逻辑设计有机地联系起来，作为基础，较为深入地 阐述了基本数字集成电路的工作原理和电气特性，着重讨论了逻辑电路的基本单 元(门电路和触发器)，也讨论了中、大规模集成电路及其应用，介绍了一些近年 迅速发展起来的器件和电路，同时讨论了作为数字电路与逻辑设计数学基础的逻 辑代数及其化简方法。作为重点，系统地讨论了组合逻辑电路、同步时序逻辑电 路、异步时序逻辑电路的分析和设计方法；并介绍了采用大规模可编程逻辑器件 的数字系统设计的新方法。本课程对作为数字量与模拟量之间接口电路的 A/D 转换电路和 D/A 转换电路的转换原理、基本特性和使用方法也进行了讨论。通过 本课程的学习，为学习后继课程打下良好基础，也为学生毕业后从事电子学、通 信技术、自动控制、计算机应用等方面的科学研究和技术工作打下良好的基础。 二、教学内容基本要求、重点和难点 第 1 章 数字逻辑概论（6 学时） 【目的要求】 1．是掌握常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转 换；掌握常见的代码（如：8421 码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换。 了解二进制数（包括正、负二进制数）的表示和补码的运算。 【重点、难点】 重 点：是常见的数制（如：十进制、二进制、八进制、十六进制）及其之间的相互转 换；常见的代码（如：8421 码、余三码、循环码）以及数制与代码之间的相互转换；三种 基本的逻辑运算（如：与、或、非）。 难 点：是二进制数（包括正、负二进制数）的表示法和补码的运算。 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】 6 学时

【具体教学内容】1.1数字电路与数字信号1.2数制1.3二进制数的算术运算1.4二进制代码1.5二值变量与基本逻辑运算1.6逻辑代数及其表示方法逻辑代数基础1.3.1逻辑代数中的三种基本运算1.3.2逻辑函数及其表示方法1.3.3逻辑代数基本定律及常用公式1.3.4逻辑函数的公式法化简1.3.5逻辑函数的卡诺图化简1.3.6具有无关项的逻辑函数及其化简第2章逻辑代数与硬件描述语言基础（4学时）【目的要求】1.掌握数字电路的分类、特点及其各种数制之间的转换，掌握逻辑代数的基本定律和规则，掌握逻辑函数表达式与真值表之间的转换、逻辑函数最小项和最大项的性质、以及求最小项和最大项表达式的方法，掌握逻辑函数的三种化简方法，特别是公式法化简法和卡诺图化简法；2.了解系统化简法【重点、难点】重点：常见的复合逻辑运算（如：异或、同或）；逻辑代数的基本定理、基本规则和常见公式；逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明：逻辑函数的表示方法（如：真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、逻辑电路图）及其之间的相互转换；逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念。难点：是逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明：逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念；引入变量的卡诺图（VEM）：逻辑函数的Q-M化简。【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】

【具体教学内容】 1.1 数字电路与数字信号 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 1.4 二进制代码 1.5 二值变量与基本逻辑运算 1.6 逻辑代数及其表示方法 逻辑代数基础 1.3.1 逻辑代数中的三种基本运算 1.3.2 逻辑函数及其表示方法 1.3.3 逻辑代数基本定律及常用公式 1.3.4 逻辑函数的公式法化简 1.3.5 逻辑函数的卡诺图化简 1.3.6 具有无关项的逻辑函数及其化简 第 2 章 逻辑代数与硬件描述语言基础（4 学时） 【目的要求】 1．掌握数字电路的分类、特点及其各种数制之间的转换，掌握逻辑代 数的基本定律和规则，掌握逻辑函数表达式与真值表之间的转换、逻辑 函数最小项和最大项的性质、以及求最小项和最大项表达式的方法，掌 握逻辑函数的三种化简方法，特别是公式法化简法和卡诺图化简法； 2．了解系统化简法 【重点、难点】 重 点：常见的复合逻辑运算（如：异或、同或）；逻辑代数的基本定理、 基本规则和常见公式；逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函 数的表示方法（如：真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、逻辑电路图）及其之间 的相互转换；逻辑函数的卡诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻 辑和负逻辑的概念。 难 点：是逻辑函数的公式法化简和逻辑等式的公式法证明；逻辑函数的卡 诺图化简（包括带有随意项的卡诺图的化简）；正逻辑和负逻辑的概念；引入变 量的卡诺图（VEM）；逻辑函数的 Q-M 化简。 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】

2.1逻辑代数2.2逻辑函数的卡诺图化简法2.3硬件描述语言VerilogHDL基础第3章逻辑门电路（4学时）【目的要求】1.掌握各种集成逻辑门电路；2.熟悉二极管、三极管的开关电路；3.了解TTL与CMOS电路的接口。【重点、难点】1.教学重点：TTL与非门典型电路及其工作原理2.教学难点：CMOS集成电路的特点和注意事项【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】3.1MOS逻辑门电路3.2TTL逻辑门电路3.3射极耦合逻辑门电路3.4砷化逻辑门电路3.5逻辑描述中的几个问题3.6逻辑门电路使用中的几个实际问题3.7用VerilogHDL描述逻辑门电路第4章组合逻辑电路（12学时）【目的要求】1.掌握组合逻辑电路的特点以及基本概念：掌握并能熟练运用组合逻辑电路的分析方法：掌握两级“与非”门电路和三级“与非”门电路的设计方法：掌握组合逻辑电路设计的一般方法；2.熟悉掌握利用SSI和MSI设计组合逻辑电路的基本方法，并能熟练运用；；3.了解分析组合逻辑电路产生竞争--冒险的原因，掌握判断竞争--冒险和消除竞争-冒险的方法。【重点、难点】1：教学重点：组合逻辑电路的分析方法和设计方法；

2.1 逻辑代数 2.2 逻辑函数的卡诺图化简法 2.3 硬件描述语言 Verilog HDL 基础 第 3 章 逻辑门电路（4 学时） 【目的要求】 1．掌握各种集成逻辑门电路； 2．熟悉二极管、三极管的开关电路； 3．了解 TTL 与 CMOS 电路的接口。 【重点、难点】 1．教学重点： TTL 与非门典型电路及其工作原理 2．教学难点： CMOS 集成电路的特点和注意事项 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】 3.1 MOS 逻辑门电路 3.2 TTL 逻辑门电路 3.3 射极耦合逻辑门电路 3.4 砷化镓逻辑门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题 3.7 用 Verilog HDL 描述逻辑门电路 第 4 章 组合逻辑电路（12 学时） 【目的要求】 1．掌握组合逻辑电路的特点以及基本概念；掌握并能熟练运用组合逻辑电 路的分析方法；掌握两级“与非”门电路和三级“与非”门电路的设计 方法；掌握组合逻辑电路设计的一般方法； 2．熟悉掌握利用 SSI 和 MSI 设计组合逻辑电路的基本方法，并能熟练 运用；； 3．了解分析组合逻辑电路产生竞争-冒险的原因，掌握判断竞争-冒 险和消除竞争-冒险的方法。 【重点、难点】 1．教学重点：组合逻辑电路的分析方法和设计方法；

2.教学难点：组合逻辑电路的设计方法【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】12学时【具体教学内容】4.1组合逻辑电路的分析4.2组合逻辑电路的设计4.3组合逻辑电路中的竞争冒险4.4若干典型的组合逻辑集成电路4.5组合可编程逻辑器件4.6用VerilogHDL描述组合逻辑电路第5章锁存器和触发器（4学时）【目的要求】1.掌握触发器的基本性质和基本功能2.熟悉基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、维持阻塞触发器等各种触发器的电路结构以及它们的不同动作特点；3.了解触发器的电路结构。【重点、难点】1：教学重点：触发器的基本性质：触发器主要结构形式及其特点：触发器的各种逻辑功能及其描述方法。2.教学难点：掌握RS、D、T、JK等各种触发器的逻辑功能及其描述方法。【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】5.1双稳态存储单元电路5.2锁存器5.3主从触发器5.4触发器的逻辑功能5.5用VerilogHDL描述锁存器和触发器第6章时序逻辑电路（12学时）【目的要求】

2．教学难点：组合逻辑电路的设计方法 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】12 学时 【具体教学内容】 4.1 组合逻辑电路的分析 4.2 组合逻辑电路的设计 4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险 4.4 若干典型的组合逻辑集成电路 4.5 组合可编程逻辑器件 4.6 用 Verilog HDL 描述组合逻辑电路 第 5 章 锁存器和触发器（4 学时） 【目的要求】 1．掌握触发器的基本性质和基本功能； 2．熟悉基本 RS 触发器、同步 RS 触发器、主从触发器、维持阻塞触 发器等各种触发器的电路结构以及它们的不同动作特点； 3．了解触发器的电路结构。 【重点、难点】 1．教学重点：触发器的基本性质；触发器主要结构形式及其特点；触发器的各 种逻辑功能及其描述方法。 2．教学难点：掌握 RS、D、T、JK 等各种触发器的逻辑功能及其 描述方法。 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】 5.1 双稳态存储单元电路 5.2 锁存器 5.3 主从触发器 5.4 触发器的逻辑功能 5.5 用 Verilog HDL 描述锁存器和触发器 第 6 章 时序逻辑电路（12 学时） 【目的要求】

1.掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法：2.熟悉同步时序电路的一般设计步骤及其设计方法3.了解异步时序电路的分析方法和设计方法。【重点、难点】1.教学重点：时序逻辑电路的分析方法和设计方法2．教学难点：时序逻辑电路的设计方法【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】12学时【具体教学内容】6.1时序逻辑电路的基本概念6.2同步时序逻辑电路的分析6.3同步时序逻辑电路的设计6.4异步时序逻辑电路的设计6.5若干典型的时序逻辑电路6.6用VerilogHDL描述时序逻辑电路6.7时序可编程逻辑器件第7章存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列（4学时）【目的要求】1.掌握ROM（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）的电路结构和工作原理以及掌握扩展存储器容量的连接方法，掌握半导体存储器的功能及分类；2.熟悉掌握采用ROM进行组合逻辑电路设计的方法3.了解RAM（SRAM、DRAM）的电路结构和工作原理以及掌握扩展存储器容量的连接方法。1.掌握PLA、PAL、GAL的电路结构，掌握采用这些器件进行逻辑设计的方法；4.熟悉CPLD、FPGA的电路结构。结合一类器件，掌握一种EDA软件、一种硬件描述语言；【重点、难点】1.教学重点：采用ROM进行组合逻辑电路设计的方法：2.教学难点：ROM（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）的电路结构和工作原理以及掌握扩展存储器容量的连接方法

1．掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法； 2．熟悉同步时序电路的一般设计步骤及其设计方法； 3．了解异步时序电路的分析方法和设计方法。 【重点、难点】 1．教学重点：时序逻辑电路的分析方法和设计方法； 2．教学难点：时序逻辑电路的设计方法 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】12 学时 【具体教学内容】 6.1 时序逻辑电路的基本概念 6.2 同步时序逻辑电路的分析 6.3 同步时序逻辑电路的设计 6.4 异步时序逻辑电路的设计 6.5 若干典型的时序逻辑电路 6.6 用 Verilog HDL 描述时序逻辑电路 6.7 时序可编程逻辑器件 第 7 章 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列（4 学时） 【目的要求】 1．掌握 ROM（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）的电路结构和工作原 理以及掌握扩展存储器容量的连接方法, 掌握半导体存储器的 功能及分类； 2．熟悉掌握采用 ROM 进行组合逻辑电路设计的方法； 3．了解 RAM（SRAM、DRAM）的电路结构和工作原理以及掌握扩展 存储器容量的连接方法。1．掌握 PLA、PAL、GAL 的电路结构， 掌握采用这些器件进行逻辑设计的方法； 4．熟悉 CPLD、FPGA 的电路结构。结合一类器件，掌握一种 EDA 软 件、一种硬件描述语言； 【重点、难点】 1．教学重点：采用 ROM 进行组合逻辑电路设计的方法； 2．教学难点：ROM（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）的电路结构和工作原理以及 掌握扩展存储器容量的连接方法

3.采用ROM进行组合逻辑电路设计的方法PLA、PAL、【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】7.1只读存储器7.2随机存取存储器7.3复杂可编程逻辑器件7.4现场可编程门阵列7.5用EDA技术和可编程器件的设计例题第8章脉冲波形的变换与产生（4学时）【目的要求】1.掌握施密特触发器的电路结构、工作原理及应用；2.熟悉掌握555定时器的电路结构、工作原理和用它构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法3.了解多谐振荡器的电路结构、工作原理及应用及其单稳态触发器的电路结构、工作原理及应用。【重点、难点】1.教学重点：555定时器的电路结构、工作原理和用它构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法；2.教学难点：555定时器的电路结构、工作原理【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】8.1单稳态触发器8.2施密特触发器8.3多谐振荡器8.4555定时器及其应用第9章数模与模数转换器（4学时）【目的要求】1.掌握数一模转换器和模一数转换器的基本原理和工作特点：

3.采用 ROM 进行组合逻辑电路设计的方法 PLA、PAL、 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】 7.1 只读存储器 7.2 随机存取存储器 7.3 复杂可编程逻辑器件 7.4 现场可编程门阵列 7.5 用 EDA 技术和可编程器件的设计例题 第 8 章 脉冲波形的变换与产生（4 学时） 【目的要求】 1．掌握施密特触发器的电路结构、工作原理及应用； 2．熟悉掌握 555 定时器的电路结构、工作原理和用它构成施密特触 发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法； 3．了解多谐振荡器的电路结构、工作原理及应用及其单稳态触发器 的电路结构、工作原理及应用。 【重点、难点】 1．教学重点：555 定时器的电路结构、工作原理和用它构成施密特触发器、单 稳态触发器和多谐振荡器的方法； 2．教学难点：555 定时器的电路结构、工作原理 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】 8.1 单稳态触发器 8.2 施密特触发器 8.3 多谐振荡器 8.4 555 定时器及其应用 第 9 章 数模与模数转换器（4 学时） 【目的要求】 1．掌握数－模转换器和模－数转换器的基本原理和工作特点；

2.熟悉采样--保持电路的电路结构、工作原理和使用方法；3.了解数一模和模一数转换器的主要参数。【重点、难点】1.教学重点：数一模转换器和模一数转换器的基本原理和工作特点：2.教学难点：采样--保持电路的电路结构、工作原理和使用方法【教学方法与教学手段】讲授式、讨论式【教学时数】4学时【具体教学内容】9.1D/A转换器9.2A/D转换器三、各教学环节学时分配学时序号章节教学内容理论实验其他合计11163数字逻辑概论24逻辑代数与硬件描述语言基础348逻辑门电路74123组合逻辑电路54311锁存器和触发器612616时序逻辑电路存储器、复杂可编程器件和现场可编程门741阵列8743脉冲波形的变换与产生944数模与模数转换器54合计1872四、说明1.与其它课程的联系和分工本课程的先修课程是《电路分析基础》、《模拟电子技术》，与《模拟电子技术》有部分交叉；后继课程有《微机原理及应用》、《单片机原理及应用》等。本课程与有关课程的分工是

2．熟悉采样-保持电路的电路结构、工作原理和使用方法； 3．了解数－模和模－数转换器的主要参数。 【重点、难点】 1．教学重点：数－模转换器和模－数转换器的基本原理和工作特点； 2．教学难点：采样-保持电路的电路结构、工作原理和使用方法。 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式 【教学时数】4 学时 【具体教学内容】 9.1 D/A 转换器 9.2 A/D 转换器 三、各教学环节学时分配 序号 章节教学内容 学时 理论 实验 其他 合计 1 数字逻辑概论 6 3 11 2 逻辑代数与硬件描述语言基础 4 3 逻辑门电路 4 8 4 组合逻辑电路 12 3 7 5 锁存器和触发器 4 3 11 6 时序逻辑电路 12 6 16 7 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门 阵列 4 4 8 脉冲波形的变换与产生 4 3 7 9 数模与模数转换器 4 4 合计 54 18 72 四、说明 1.与其它课程的联系和分工 本课程的先修课程是《电路分析基础》、《模拟电子技术》，与《模拟电 子技术》有部分交叉；后继课程有《微机原理及应用》、《单片机原理及应 用》等。本课程与有关课程的分工是

（1）晶体管及场效应管的工作原理由《模拟电子技术》课程讨论，本课程只讨论其开关特性。（2）带符号数的代码表示法（原码、反码、补码）由《微机原理与应用》课程讨论，本课程只对数制及其转换作一般性讨论。2.习题、作业（1）为巩固和理解课程内容，培养分析问题、解决问题的能力，各章应做一定数量的习题（可根据各章内容而定），大体上为各章末所附习题的二分之一到三分之二。(2）为加强各教学环节间的联系，每章结束后上一次习题课，通过典型问题的分析、讲解，提高学生分析问题和解决问题的能力。3.本课程采用的教学方法和教学手段课堂教学采用计算机多媒体投影，内容采用Powerpoint与板书相结合。4.本课程的考核方法及成绩评定标准本课程采用考试与平时成绩相结合的考核形式，其考核方法为：实验及实验报告：20%平时及作业：10%期末考试：70%附：建议使用教材及参考书目教材：《电子技术基础》数字部分（第五版），康华光编著，高等教育出版社，2005年参考书：1、《数字电子技术基础简明教程》第三版余孟尝高等教育出版社2006.82、《数字电子技术基础》（第五版），阎石编著，高等教育出版社，2006年

(1) 晶体管及场效应管的工作原理由《模拟电子技术》课程讨论，本课程 只讨论其开关特性。 (2) 带符号数的代码表示法（原码、反码、补码）由《微机原理与应用》课程 讨论，本课程只对数制及其转换作一般性讨论。 2.习题、作业 (1)为巩固和理解课程内容，培养分析问题、解决问题的能力，各章应做一定 数量的习题（可根据各章内容而定），大体上为各章末所附习题的二分之 一到三分之二。 (2)为加强各教学环节间的联系，每章结束后上一次习题课，通过典型问题 的分析、讲解，提高学生分析问题和解决问题的能力。 3. 本课程采用的教学方法和教学手段 课堂教学采用计算机多媒体投影，内容采用 Powerpoint 与板书相结合。 4. 本课程的考核方法及成绩评定标准 本课程采用考试与平时成绩相结合的考核形式，其考核方法为： 实验及实验报告：20% 平时及作业：10% 期末考试：70% 附：建议使用教材及参考书目 教 材：《电子技术基础》数字部分（第五版），康华光编著，高等教育出版社， 2005 年 参 考 书： 1、《数字电子技术基础简明教程》第三版余孟尝高等教育出版社 2006.8 2、《数字电子技术基础》（第五版），阎石编著，高等教育出版社，2006 年