數字邏輯設計(哈爾濱工業大學提供的慕課)

數字邏輯設計是哈爾濱工業大學於2018年03月12日首次在中國大學MOOC開設的慕課課程、國家精品線上開放課程。該課程授課教師為張彥航、李瓊、張英濤、王宇。據2021年2月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課7次。

數字邏輯設計課程共12個模組，包括初識數字邏輯、萬丈高樓平地起：邏輯代數基礎、方圓之間的神奇：卡諾圖化簡、玩轉邏輯門：組合邏輯電路 1、險象環生：組合邏輯電路 2、數字邏輯的基石：組合邏輯電路 3、走在時間的邊沿：觸發器、與時間打交道：時序邏輯電路的分析、觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 1、觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 2、中規模晶片顯身手：利用中規模晶片設計時序邏輯電路、我的晶片我做主：可程式邏輯器件等內容。

基本介紹

• 中文名：數字邏輯設計
• 類 別：慕課、國家精品課程
• 提供院校：哈爾濱工業大學
• 授課教師：張彥航、李瓊、張英濤、王宇
• 授課平台：中國大學MOOC
• 開課時間：2018年03月12日（首次）

課程性質

課程定位

數字邏輯是分析和設計計算機及其他數字系統的基礎，通過數字邏輯設計課程的學習，使學習者不僅僅只是掌握一些基本的硬體知識，還能具備較強的邏輯分析和邏輯設計能力，並初步具備靈活使用基本的邏輯部件設計一個較為完整的數字系統的能力。

適應專業

數字邏輯設計課程適合計算機等專業學習。

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2018年03月12日~2018年07月03日	張彥航、李瓊、張英濤、王宇	3小時每周	2857 人
第2次開課	2018年09月10日~2018年12月24日			3328 人
第3次開課	2019年02月25日~2019年06月10日			2207 人
第4次開課	2019年08月26日~2019年12月22日		3.5小時每周	3321 人
第5次開課	2020年02月10日~2020年06月14日			2704 人
第6次開課	2020年08月17日~2020年12月30日	張彥航、李瓊、張英濤		4410 人
第7次開課	2021年02月22日~2021年06月21日			264 人

（註：表格內容參考資料）

課程簡介

數字邏輯設計課程介紹了初識數字邏輯、邏輯代數基礎、卡諾圖化簡、組合邏輯電路1、組合邏輯電路2、數字邏輯的基石：組合邏輯電路3、觸發器、時序邏輯電路的分析、同步時序邏輯電路的設計1、同步時序邏輯電路的設計2、利用中規模晶片設計時序邏輯電路、可程式邏輯器件等內容。

課程大綱

第1、2次課程大綱

第1周：初識數字邏輯 1.0 課程概況及知識脈絡介紹 1.1 初識數字邏輯 1.2 編碼 第2周：萬丈高樓平地起：邏輯代數基礎 2.1 基本邏輯運算 2.2 複合邏輯運算 2.3 邏輯函式的表示方法 2.4 邏輯代數 2.5 代數化簡法 3.1 最大項最小項表達式 3.2 不完全給定函式 3.3 套用電路介紹——旅客身高範圍檢測器 第3周：方圓之間的神奇：卡諾圖化簡 4.1 卡諾圖 4.2 卡諾圖化簡 4.3 帶無關項的卡諾圖化簡 4.4 卡諾圖化簡的進一步討論——選學內容 第4周：玩轉邏輯門：組合邏輯電路 1 5.1 門電路的級數 5.2 利用單一邏輯門設計兩級門電路 5.3 多輸出電路的設計 5.4 組合邏輯電路設計實例——利用邏輯門 5.5 幾種典型的組合邏輯部件（一） 第5周：險象環生：組合邏輯電路 2 5.5 幾種典型的組合邏輯部件（二） 6.0 用有限扇入邏輯門設計組合邏輯電路 6.1 組合邏輯電路中的險象 6.2 險象的判斷及消除 6.3 組合邏輯電路的測試 第6周：數字邏輯的基石：組合邏輯電路 3 7.1 數據選擇器 7.2 二進制解碼器 7.3 代碼轉換解碼器及顯示解碼器 7.4 編碼器 7.5 利用數據選擇器設計組合邏輯電路 7.6 利用解碼器設計組合邏輯 7.7 數值比較器 7.8 奇偶校驗器

第7周：走在時間的邊沿：觸發器 8.0 時序電路的特點 8.1 鎖存器 8.2 觸發器 8.3 帶附加輸入端的觸發器 8.4 觸發器類型轉換 8.5 觸發器的套用 8.6 套用電路介紹——I/O電路 第8周：與時間打交道：時序邏輯電路的分析 9.1 基本暫存器 9.2 單向移位暫存器 9.3雙向移位暫存器 9.4 計數器的概念及分類 9.5 計數器舉例 9.6 節拍發生器 9.7 時序邏輯電路的分析 第9周：觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 1 10.1 利用觸發器設計同步時序邏輯_開篇 10.2 利用觸發器設計同步時序邏輯_原始狀態圖及狀態表 10.3 利用觸發器設計同步時序邏輯_狀態表化簡 10.4 利用觸發器設計同步時序邏輯_狀態分配 第10周：觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 2 10.5 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（1） 10.6 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（2） 10.7 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（3） 10.8 更複雜的同步時序設計_典型示例（4） 11.1 利用觸發器設計異步時序邏輯——選學內容 11.2 利用觸發器設計異步計數器 第11周：中規模晶片顯身手：利用中規模晶片設計時序邏輯 12.1 利用中規模計數器晶片設計時序邏輯電路 12.2 利用中規模暫存器晶片設計時序邏輯電路 12.3 套用電路介紹——密碼鎖電路 第12周：我的晶片我做主：可程式邏輯器件 13.1 ROM及套用 13.2 PROM及套用 13.3 PLA及套用 13.4 PAL及GAL簡介 13.5 CPLD及FPGA簡介 註：選學內容不在考試範圍內。

（註：課程大綱排版從左到右列）

第3-7次開課大綱

第1周：初識數字邏輯 1.0 課程概況及知識脈絡介紹 1.1 初識數字邏輯 1.2 編碼 本周課件 第1周測驗 第2周：萬丈高樓平地起：邏輯代數基礎 2.1 基本邏輯運算 2.2 複合邏輯運算 2.3 邏輯函式的表示方法 2.4 邏輯代數定理及規則 2.5 代數化簡法 3.1 最大項最小項表達式 3.2 不完全給定函式 3.3 套用電路——旅客身高範圍檢測器 本周課件 第2周測驗 第3周：方圓之間的神奇：卡諾圖化簡 4.1 卡諾圖 4.2 卡諾圖化簡 4.3 帶無關項的卡諾圖化簡 4.4 卡諾圖化簡的進一步討論——選學內容 本周課件 第3周測驗 第4周：玩轉邏輯門：組合邏輯電路 1 5.1 門電路的級數 5.2 利用單一邏輯門設計兩級門電路 5.3 多輸出電路的設計 5.4 組合邏輯電路設計實例——利用邏輯門 5.5 幾種典型的組合邏輯部件（一） 本周課件 第4周測驗 第5周：險象環生：組合邏輯電路 2 第5周測驗 5.5 幾種典型的組合邏輯部件（二） 6.0 使用有限扇入邏輯門設計組合邏輯電路 6.1 組合邏輯電路中的險象 6.2 險象的判斷及消除 6.3 組合邏輯電路的測試 本周課件 第6周：數字邏輯的基石：組合邏輯電路 3 7.1 數據選擇器 7.2 二進制解碼器 7.3 代碼轉換解碼器及顯示解碼器 7.4 編碼器 7.5 利用數據選擇器設計組合邏輯電路 7.6 利用解碼器設計組合邏輯 7.7 數值比較器 7.8 奇偶校驗器 本周課件 第6周測驗

第7周：走在時間的邊沿：觸發器 8.0 時序電路的特點 8.1 鎖存器 8.2 觸發器 8.3 帶附加輸入端的觸發器 8.4 觸發器類型轉換 8.5 觸發器的套用 8.6 套用電路介紹——I/O電路 本周課件 第7周測驗 第8周：與時間打交道：時序邏輯電路的分析 9.1 基本暫存器 9.2 單向移位暫存器 9.3 雙向移位暫存器 9.4 計數器的概念及分類 9.5 計數器舉例 9.6 節拍發生器 9.7 時序邏輯電路的分析 本周課件 第8周測驗 第9周：觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 1 10.1 利用觸發器設計同步時序邏輯_開篇 10.2 利用觸發器設計同步時序邏輯_原始狀態圖及狀態表 10.3 利用觸發器設計同步時序邏輯_狀態表化簡 10.4 利用觸發器設計同步時序邏輯_狀態分配 本周課件 第9周測驗 第10周：觸發器用起來：同步時序邏輯電路的設計 2 10.5 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（1） 10.6 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（2） 10.7 利用觸發器設計同步時序邏輯電路_典型示例（3） 10.8 更複雜的同步時序設計_典型示例（4） 11.1 利用觸發器設計異步時序邏輯——選學內容 11.2 利用觸發器設計異步計數器——選學內容 本周課件 第10周測驗 第11周：中規模晶片顯身手：利用中規模晶片設計時序邏輯電路 12.1 利用中規模計數器晶片設計時序邏輯電路 12.2 利用中規模暫存器晶片設計時序邏輯電路 12.3 序列信號發生器的設計 12.4 套用電路介紹——密碼鎖電路 本周課件 第11周測驗 第12周：我的晶片我做主：可程式邏輯器件 13.1 ROM及套用 13.2 PROM及套用 13.3 PLA及套用 13.4 PAL及GAL簡介 13.5 CPLD及FPGA簡介 本周課件 第12周測驗 課程結束語 學習成效檢驗——綜合性設計項目

（註：課程大綱排版從左到右列）

課前預備

預備知識

數字邏輯設計課程適用於零基礎的學生。

學習資料

書名	作者	ISBN	出版時間	出版社
《數字電子技術基礎》	楊春玲	978-7-04-032609-3	2011年	高等教育出版社
《數字邏輯實用教程》	王玉龍	7-302-05127-5	2002年	清華大學出版社
《數字邏輯（第2版）》	毛法堯	7-04-007928-3	2000年	高等教育出版社

（註：表格內容參考資料）

授課目標

注重從硬體基礎入手，通過對前後知識點的融會貫通及典型實例的深入分析，幫助同學們逐步建立起硬體思維。授課思路沿著從簡單到複雜的主線，由淺入深地引導同學們掌握各類典型的基本邏輯部件，並能循序漸進地分析和設計規模逐步增大的硬體電路。

所獲榮譽

2019年，該課程被教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

教師簡介

張彥航，博士，副教授，任職於哈爾濱工業大學計算機學院。

李瓊博士，哈爾濱工業大學副教授，IEEE 會員，計算機學會會員。

張英濤，猶他州立大學博士後，哈工大計算機學院副教授。

王宇，哈爾濱工業大學工程師。