數字邏輯設計及套用(電子科技大學建設的慕課)

數字邏輯設計及套用課程是電子科技大學建設的慕課、國家精品線上開放課程。該課程於2016年06月07日首次在中國大學MOOC開課，授課教師為姜書艷、張鷹、盧有亮、金燕華、周鷹、王振松等。據2021年8月中國大學MOOC官網顯示，該課程已運行12學期。

數字邏輯設計及套用課程共八章，包括硬體語言HDL、時序邏輯設計原理、時序邏輯設計實踐、組合邏輯設計原理、數制與編碼等內容。

基本介紹

• 中文名：數字邏輯設計及套用
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程
• 授課平台：中國大學MOOC
• 開課時間：2016年06月07日（首次）
• 授課教師：姜書艷、張鷹、盧有亮、金燕華、周鷹、王振松等
• 建設院校：電子科技大學

課程性質

課程背景

當人類使用手機、數位照相機、攝像機等電子設備，或人類暢遊於網路、欣賞各種影視節目的時候，人類已經在與數字邏輯技術打交道。

課程定位

數字邏輯設計及套用課程是電子信息工程、通信、自動化等信息技術類專業的一門學科基礎課程，也是研究數字系統設計的入門課程。通過對硬體語言HDL、時序邏輯設計原理、時序邏輯設計實踐、組合邏輯設計原理、數制與編碼等內容的學習，使學習者掌握數字邏輯電路的基本理論和基本分析、設計方法，具備綜合運用數字電路知識分析解決問題的能力以及工程性設計方面的基本素養。

適應專業

數字邏輯設計及套用課程適合電子信息工程、通信、自動化等信息技術類專業學習。

課程簡介

數字邏輯設計及套用課程共八章，第一章介紹模擬與數字等知識點；第二章講述格雷碼和檢錯糾錯碼等內容；第三章介紹集成塊與外部電路匹配等知識點；第四章講述正負邏輯、對偶關係、反演關係套用等內容；第五章介紹組合電路設計等知識點；第六章講述多路分配器和奇偶校驗電路等內容；第七章介紹JK觸發器和T觸發器等知識點；第八章講述移位暫存器構建計數器的工作原理等內容。

課程大綱

第一章 緒論 1.1課程簡介 1.2模擬與數字 1.3數位技術 第一章單元測驗 第二章 數制與編碼 2.1數制轉換 2.2二進制的算術運算 2.3符號數的表示 2.4二進制補碼的加法和減法 2.5信息的二進制編碼 2.6格雷碼和檢錯糾錯碼 第二章單元測驗 第三章 數字電路 3.1數字系統的邏輯實現 3.2開關電路與CMOS結構 3.3CMOS結構的擴展 3.4電壓與電流的容限設定 3.5積體電路的設計規範 3.6片內的最大集成設計 3.7信號傳輸延遲與功耗 3.8集成塊輸入連線埠設計 3.9集成塊輸出連線埠設計 3.10集成塊與外部電路的匹配 第三章單元測試 第四章 組合邏輯設計原理 4.1開關代數的公理和定理 4.2正負邏輯、對偶關係、反演關係的套用 4.3邏輯函式的多種表達形式 4.4邏輯函式的卡諾圖化簡方法-1 4.5邏輯函式的卡諾圖化簡方法-2 4.6邏輯函式的卡諾圖化簡方法-3 4.7定時冒險 第四章單元測驗 第四章單元作業 第五章 硬體描述語言HDL 5.1FPGA及HDL簡介 5.2Verilog HDL 5.3組合電路設計 5.4時序電路設計 第五章單元測驗 第六章 組合邏輯設計

6.1 組合邏輯設計-文檔標準 6.2 組合邏輯設計-解碼器 6.3編碼器 6.4三態緩衝器 6.5多路復用器 6.6多路分配器和奇偶校驗電路 6.7比較器 6.8加法器 第六章單元測驗 第七章 時序邏輯設計原理 7.1時序邏輯電路概述 7.2雙穩態器件 7.3SR鎖存器 7.4D鎖存器 7.5D觸發器 7.6其他D觸發器 7.7JK觸發器和T觸發器 7.8狀態機結構 7.9時鐘同步狀態機分析1 7.10時鐘同步狀態機分析2 7.11時鐘同步狀態機設計1 7.12時鐘同步狀態機設計2 7.13雷鳥車尾燈 7.14狀態機時序 第七章單元測驗 第八章 時序邏輯設計實踐 8.1時序邏輯電路的標準文檔 8.2集成鎖存器和觸發器 8.3計數器工作原理 8.4二進制計數器的功能特點 8.5計數模組套用1 8.6計數模組套用2 8.7計數模組套用3 8.8移位暫存器的工作原理及套用 8.9移位暫存器構建計數器的工作原理 8.10環形計數器的自校正問題 8.11扭環形計數器的設計 8.12線性反饋移位暫存器計數器的原理 8.13疊代電路和時序電路的關係 8.14序列發生器的設計 第八章單元測驗

（註：課程大綱排版從左到右排列）

開課信息

開課次數	開課時間	授課老師	學時安排	參與人數
第1次開課	2016年06月07日-2016年08月25日	姜書艷、張鷹、盧有亮、金燕華、周鷹、王振松、張剛、陳瑜	3-5小時每周	5470
第2次開課	2016年09月13日-2017年01月16日			6314
第3次開課	2017年02月28日-2017年07月08日			7811
第4次開課	2017年08月22日-2018年01月21日			8411
第5次開課	2018年02月26日-2018年07月18日			7394
第6次開課	2018年08月20日-2019年01月28日			9439
第7次開課	2019年02月19日-2019年06月28日			5385
第8次開課	2019年08月12日-2020年01月17日			7867
第9次開課	2020年02月17日-2020年06月30日			3924
第10次開課	2020年09月07日-2021年01月29日	姜書艷、張鷹、盧有亮、金燕華、周鷹、王振松、張剛		3693
第11次開課	2021年03月01日-2021年07月09日			2804
第12次開課	2021年08月20日-2022年01月15日			待定

（註：表格內容參考資料）

教學目標

通過對數字邏輯設計及套用課程的學習，使學習者掌握數字邏輯電路的基本理論和基本分析、設計方法，具備綜合運用數字電路知識分析解決問題的能力以及工程性設計方面的基本素養，為學習相關課程奠定數字電路知識基礎。

學習預備

預備知識

學習數字邏輯設計及套用課程需要具備高等數學、大學物理、電路分析基礎、模擬電子技術、C語言等課程基礎知識。

學習資料

• 配套教材

書名	作者	出版時間	出版社
《數字設計—原理與實踐（第4版）》	John F. Wakerly	2007年	高等教育出版社

（註：表格內容參考資料）

• 參考教材

書名	作者	出版時間	出版社
《數字邏輯（第2版）》	毛法堯	2008年	高等教育出版社
《數字電路邏輯設計（第3版）》	王毓銀	1999年
《數字電子技術基礎（第5版）》	閻石	2007年
《脈衝與數字電路》	萬棟義	1986年
	何緒芃	1996年	電子科技大學出版社
《數字邏輯設計及套用》	姜書艷	2014年
		2007年	清華大學出版社
《數字電路與系統（第2版）》	劉寶琴
《Xilinx FPGA原理與實踐—基於VIVADO和Verilog HDL》	盧有亮	2018年	機械工業出版社
《Digital Logic：Applications and Design》	John M.Yarbrough S	2002年
《數字設計—原理與實踐（第4版）》	John F. Wakerly	2007年
《數字積體電路教程（第2版）》	龍忠琪		科學出版社
《Fundamentals of Digital Logic with Verilog Design》	Brown、Z. Vranesic	2003年	McGraw-Hill
《Logic Design Principles》	Edward J. McCluskey	1986年	Prentice- Hall

（註：表格內容參考資料）

考核標準

數字邏輯設計及套用課程的學習環節包含：觀看講課視頻、完成每周的課後作業、完成單元測驗題、參與課程討論、參加期末考試。

數字邏輯設計及套用課程的學習成績由四個部分構成：

課後作業：在每一周結束後，需完成課後作業，並參與5人的作業互評；占數字邏輯設計及套用課程成績的20%。

單元測驗：課程會設定10次單元測驗，題型為選擇題、填空題、判斷題、簡答題等；每次單元測驗分數占數字邏輯設計及套用課程成績的5%；共占數字邏輯設計及套用課程成績的50%。

課程討論：參與課程討論占數字邏輯設計及套用課程成績的10%。

期末考試：數字邏輯設計及套用課程結束後，學習者可以參加數字邏輯設計及套用課程的最後考試，成績占數字邏輯設計及套用課程成績的20%。

完成數字邏輯設計及套用課程的學習並且考核合格（>=60分）者頒發合格證書，成績優秀（>=80分）者頒發優秀證書。

所獲榮譽

2017年12月26日，數字邏輯設計及套用課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

教師簡介

姜書艷，電子科技大學自動化工程學院教授，從事複雜系統與智慧型信息處理、模式識別與智慧型系統等領域研究工作。

張鷹，電子科技大學自動化工程學院教授，承擔數字邏輯與設計、 信號與系統、 電路分析基礎等課程教學工作。

盧有亮，電子科技大學自動化工程學院副教授，從事嵌入式作業系統、控制及測量系統開發等領域研究工作。

金燕華，電子科技大學航空航天學院講師，承擔數字邏輯設計及套用等課程教學工作。

周鷹，電子科技大學光電科學與工程學院副研究員，承擔感測技術、高頻電路、數位訊號處理等課程教學工作。

王振松，電子科技大學自動化工程學院講師，從事模式識別與人工智慧等領域研究工作。

張剛，電子科技大學自動化工程學院實驗師，從事新能源控制技術、電力電子技術和控制工程等領域研究工作。

陳瑜，電子科技大學自動化工程學院實驗師，承擔電子技術套用實驗、數字邏輯設計及套用等課程教學工作。