通信工程专业

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1、通信工程专业、计算机科学与技术专业智能科学与技术专业、信息安全专业、软件工程专业本科教学数字电路与逻辑设计课程教学大纲二OO八年五月目录1数字电路与逻辑设计课程基本信息2 课程性质3 教学目标和要求3.1 课程的主要目的3.2 教学要求3.2.1 教学大纲与教学实际需要的协调3.2.2 教学重难点的把握3.2.3 教学进度安排3.2.4 该课程依据的主要科学原理3.2.5、主要知识点4 教学内容及基本要求5 教学组织5.1 学时分配5.1.1 课堂教学安排表5.1.2 实验室教学安排表5.2 教学手段5.3 设计技能训练方式5.4 课程考试6 教学材料6.1 指定教材6.2 辅导资料6.3 主

2、要参考书目6.4 相关链接1 数字电路与逻辑设计课程基本信息课程编号08101课程 信 息课程性质专业必修课课时64学时（4学分）开设专业通信工程专业计算机科学与技术专业信息安全专业 智能科学与技术专业软件工程专业开课时间第4学期先修课程计算导论、电路分析基础、电子线路后续课程计算机组成与结构、数字系统设计2 课程性质数字电路与逻辑设计课程属传统的经典课程，国内各类高校，包括职业 技术学院、中专等，一般都有设有计算机应用技术、自动化等专业，所有大电类 学生都必须开设本课程。在湖南大学，数字电路与逻辑设计属理科通识教育课程，本课程是计算 机与通信学院计算机科学与技术、通信工程、信息安全、智能科学

3、与技术等专业 的四大核心课程之一；软件学院软件工程专业； 电气与信息工程学院电气工程、电子信息工程、自动化、测量技术与仪器等 专业等；物理与微电子科学学院电子科学与技术专业； 数学与计量经济学院信息与计算科学专业等均是必修课程。 它是计算机组成原理、数字系统设计等专业课程的主要先导课程之一， 是一门重要的专业基础课。本学期开设此课程的是软件学院软件工程专业。3 教学目标和要求3.1 课程的主要目的本课程的主要目的是使学生了解和掌握从对数字电路或数字系统提出要求 开始，到用集成电路来实现所需逻辑功能为止的整个过程的完整知识。本课程的基本要求除了系统地掌握组合逻辑电路和同步时序逻辑电路的分 析与设

4、计的经典方法之外，还要求掌握利用现代 EDA 系统进行数字系统设计的先 进的思想与方法。3.2教学要求本课程以往实施的是按 16 周、每周 4 学时共 64 学时组织课堂教学，从 2007-2008 学年第一学期开始，在计算机与通信学院计算机科学与技术、通信工 程、信息安全等专业实施的是按16 周、前10 周 3 学时，从第11 周至 17 周，每 周课堂教学3 学时，实验室教学 3 学时组织教学。3.2.1 教学大纲与教学实际需要的协调本教学大纲是根据高等学校通信工程专业、计算机科学与技术专业、智能科 学与技术、信息安全专业、软件工程专业等本科学生的培养目标和本学科发展的 基本现状编写的，在

5、教学计划的具体执行过程中应根据不同时期、不同专业的教 学要求和本学科发展的最新成果进行调整。因此，数字电路与逻辑设计课程 的教学应选取满足教学需要的权威性教材来完成教学大纲的要求，担任本课程的 主讲教师需要根据社会 IT 环境的变化以及本学科的发展，及时更新和充实新的 教学内容。3.2.2 教学重难点的把握教师应注重授课的条理性，强调课程内容的简单和综合运用，突出课程的重 点和难点，在既是重点又是难点的问题上详细讲解，并辅之以具体案例来做说明。 授课时多结合实际，注意培养学生分析问题和解决问题的综合能力。教学过程中， 通过不同方式多倾听学生对本课程教学的反映和意见，督促学生在课后阅读相关 文献

6、，还要通过必要数量的练习题来检查学生运用所学知识分析和解决这些重点 与难点事项的能力，以达到教学目的与培养目标。3.2.3 教学进度安排本课程教学内容与教学组织安排必须依照本教学大纲总体要求进行，任课教 师在每学期开课前应根据教学大纲和实际需要编写教学进度计划表，并在教学计 划执行过程中及时编写教学日志，反映教学计划的完成情况，以便分析在教学过 程中存在的主要问题及其原因，为今后进一步提高课堂教学质量提供依据。3.2.4 该课程依据的主要科学原理1、二进制数制和编码；2、二值布尔代数（逻辑代数）的基本公理、定理及规则；3、逻辑函数的性质；4、卡诺图排列的巧妙方格阵列；5、基本组合逻辑模块分析与

7、设计的经典方法；6、组合逻辑电路定时冒险和动态冒险产生的原因及消除险象的方法；7、标准的MSI器件进行组合逻辑设计的基本方法与应用；8、同步状态机转移表达式的互斥性和完备性；9、时序逻辑电路的设计原理与应用；10、反馈时序逻辑电路中竞争产生的原因及消除临界竞争的基本方法。3.2.5 主要知识点1、数制转换，检错码与纠错码，负数的表示、十进制数的二进制编码；2、CMOS逻辑、双极逻辑、TTL逻辑，扇入，扇出，噪声容限、延时特性；3、逻辑函数的代数法化简、组合电路设计、分析，逻辑代数的定理、逻辑 函数的标准表示法，无关最小项，卡诺图，利用卡诺图化简逻辑函数，定时冒险4、“级联”设计，“圈到圈”的设

8、计方法，定时图，组合型PLD；5、触发器，锁存器，电路类型，同步状态机的分析与设计，特征方程、转移表、状态表，状态/输出表，状态图；6、反馈时序电路输入信号的约束，电路的分析与设计，流程表，无竞争状 态赋值，本质冒险。4 教学内容及基本要求第一章 引言（4）学习内容：数字系统，数字系统的历史及对社会的影响，关于数字设计，模拟与数字， 数字器件，数字设计的电子技术， 数字设计的软件技术，集成电路， 可编程逻 辑器件，专用集成电路，印制电路板， 数字设计层次。学习要求：了解数字系统与模拟系统的关系；掌握常用的逻辑器件；清楚数字系统专用名词；了解数字设计层次。第二章 数制和码制（4）目的阐述在数字系

9、统中数字量的表示和处理，非数值数据、事件、条件等事物的 表示。学习内容：按位计数制， 八进制和十六进制， 常用按位计数制的转换， 非十进制数 的加法和减法， 负数的表示，二进制补码的加法和减法，十进制数的二进制编 码，葛莱码，检错码和纠错码字符编码，动作、条件和状态的编码， n 维体与距 离，检错码和纠错码，用于串行数据传输与存储的编码。学习要求：掌握二、十、八、十六进制及相互转换掌握二进制的原码、反码和补码表示及其加减运算了解定点数与浮点数的 基本概念；掌握常用的几种编码。第三章 数字电路（6）目的掌握有关数字电路电气方面的坚实的工作知识，构建出实际电路和系统。 学习内容：逻辑信号与门电路，

10、逻辑系列，CMOS逻辑，CMOS电路的电气特性和动态电 气特性，三态门、传输门、漏极开路门，双极逻辑，晶体管-晶体管逻辑， TTL 系列学习要求：熟悉CMOS逻辑门的构成和特性参数了解TTL逻辑门的构成和特性参数了解有关数字电路电气方面的基础知识，以便构建出符合实际要求的电路和 系统了解CMOS电路电气特性的几个指标熟悉噪声容限、扇入、扇出等含义掌握影响速度的两个因素：转换时间与传播速度 理解三态门、传输门、漏极开路门等工作原理第四章 组合逻辑设计原理（课堂教学 6，实验室教学4） 学习内容：开关代数，组合电路分析，组合电路的综合，冒险。学习要求：掌握开关代数（逻辑代数）的基本概念，初步学会用

11、函数描述逻辑问题的基本 方法 掌握逻辑代数的公理、基本定理和重要规则 熟练掌握用卡诺图化简逻辑函数 了解组合逻辑电路的特点 了解竟争、冒险的概念，掌握消除冒险的基本方法 了解组合逻辑电路分析和设计的基本方法第五章 硬件描述语言（课堂教学 4，实验室教学2）学习内容：VHDL 程序基本结构:实体、结构体、配置、包集合和库VHDL 基本语法描述结构体功能的三种方法：行为描述法、数据流描述法、结构描述法 学习要求：用 VHDL 语言设计简单的数字系统第六章 组合逻辑电路设计实践（课堂教学 8+2，实验室教学8）学习内容：文档标准，组合型PLD,译码器，编码器，三态器件，多路复用器，异或门 和奇偶校验

12、电路，比较器。学习要求：了解可编程逻辑器件的基本工作原理及逻辑结构； 学会使用常用的可编程逻辑器件；掌握译码器、编码器、三态器件、多路复用器、奇偶校验电路、比较器的 工作原理；掌握“圈到圈”设计理念；熟悉定时图理解加法器、减法器、ALU的工作原理。掌握电路设计级联的方式第 2、 3、 4、 5、 6 章习题讲解（2）第七章 时序逻辑电路设计原理（课堂教学 12+2，实验室教学4） 学习内容：双稳态元件，锁存器与触发器，时钟同步状态机分析，时钟同步状态机设计，用状态图设计状态机，用转移表综合状态机，其它状态机设计举例，状态机的分 解，反馈时序电路，反馈时序电路设计。学习要求：了解时序逻辑电路的基

13、本结构、分类和常用的描述方法 熟悉各种锁存器和触发器的功能和使用 熟悉状态图的建立，状态简化和状态分配等各个重要环节 了解同步时序逻辑电路分析和设计的基本方法 掌握异步时序逻辑电路对输入信号的约束条件 熟练掌握异步时序逻辑电路分析和设计的基本方法 对冒险的影响有基本的了解。综合习题讲解（2）5教学组织5.1 学时分配“数字电路与逻辑设计”课程的课内学时为 64 学时，课堂教学48 课时，实 验室教学16 课时，课内外学时之比为 1：2。教学安排如下表所示：5.1.1 课堂教学安排表内容讲课时数引言4数制和编码4数字电路6组合逻辑设计原理6硬件描述语言4组合逻辑设计实践8第2、3、4、5章习题讲

14、解2时序逻辑设计原理12作业量及批改要求每次作业，全部批改每章布置综合习题讲解25.1.2 实验室教学安排表实验教学时间内容第9周实验 Max+PlusII软件的基本操作（2）第10周实验二 三态门，0C门的设计与仿真（3）第12周实验三 加法器的设计与仿真（3）第13周实验四译码器与编码器的设计与仿真（3）第14周实验五多路复用器与比较器的设计与仿真（3）第15周实验六 触发器的仿真（2）第16周实验考试 序列检测器的设计（2）5.2 教学手段1、教师将利用学校网络辅助教学平台并采用多媒体教学手段进行本课程的 教学；2、课堂教学实行讲授、习题分析、提问、讨论等多种教学方式的有机结合3、电路原理讲解后即在实验室仿真验证，采用实行实验室上课的方式。5.3 设计技能训练方式数字电路与逻辑设计具有实用性和操作性强的特点。在本课程课堂教学中， 不仅要向学生传授数字系统设计的基本理论和基本方法，同时还要培养学生运用 所学理论和方法分析、解决生活中实际问题的能力（如洗衣机、密码锁控制程序）， 要求安排学生在实验室配合教师的现场讲解，进行必要的训练，如果有条件，还 可以组织学生到 IT 方面的公司进行参观实习，聘请实务界专家对重点、难点和 设计工艺等问题进行剖析与讲解，逐步提高学生对数字系统设计理论和方法的理 解，培养学生的现代设计理念和意识，解决数字系统设计实际问题的能