數字電路01密碼的奧秘

課程性質

課程背景

人類進入信息社會，越來越多地依賴數字計算機。數字計算機是典型的數字系統，是由數字電路構成的，它傳送和處理的數位化信息是是以0和1的形式存在的。

課程定位

數字電路01密碼的奧秘是電類專業的重要技術基礎課。

適應對象

數字電路01密碼的奧秘課程不但適用於高等學校本科生的數字電路教學課程，還能作為工程技術人員的學習課程，以及參加相關的競賽的學生入門課程。

課程簡介

數字電路01密碼的奧秘課程共14章，第一章講述了數制與數碼，第二章講述了邏輯函式及其化簡、邏輯代數的運算、邏輯代數的基本定律和基本規則；第三章講述了邏輯門電路：分立元件門電路、其他形式的CMOS門電路；第四章講述了組合邏輯電路的分析、組合邏輯電路的設計；第五章講述了常用組合邏輯器件；第六章講述了觸發器及套用、第七章講述了時序邏輯電路的分析方法、設計方法；第八章講述了常用時序邏輯器件及套用；第九章講述了脈衝波形的產生與變換；第十章講述了半導體存儲器概述、存儲器容量、擴展與套用；第十一章講述了數模與模數轉換器，包括DAC原理、ADC-DAC套用；第十二章至第十四章講述了創新實踐：電磁智慧型小車、飛行小黃人、四軸無人機的設計與製作。

課程大綱

01數制與數碼

課時

1.1緒論

1.2數制

1.3碼制

02邏輯函式及其化簡

課時

2.1邏輯代數的基本運算

2.2邏輯代數的複合運算

2.3邏輯代數的基本定律和基本規則

2.4邏輯函式的代數變換

2.5邏輯函式的代數化簡法

2.6邏輯函式的最小項

2.7卡諾圖的結構及填圖方法

2.8卡諾圖化簡法

2.9無關項

03邏輯門電路

課時

3.1分立元件門電路

3.2CMOS門電路

3.3其他形式的CMOS門電路

3.4TTL門電路

3.5門電路的電平轉換和驅動

04組合邏輯電路的分析與設計

課時

4.1組合邏輯電路的分析

4.2組合邏輯電路的設計

4.3組合邏輯電路設計智慧型小車循跡檢測

4.4組合邏輯電路的競爭冒險

05常用組合邏輯器件

課時

5.1編碼器

5.2智慧型小車光電編碼器

5.3二進制解碼器

5.4二進制解碼器的套用

5.5非二進制解碼器

5.6數據選擇器

5.7數值比較器

5.8加法器

06觸發器

課時

6.1基本RS鎖存器

6.2同步RS和D鎖存器

6.3主從和邊沿D觸發器

6.4其它功能觸發器及套用

07時序邏輯電路的分析與設計

課時

7.1同步時序邏輯電路的分析方法

7.2異步時序邏輯電路的分析方法

7.3同步時序邏輯電路的設計方法

7.4同步時序邏輯電路設計的關鍵步驟

08常用時序邏輯器件

課時

8.1暫存器與移位暫存器

8.2計數器

8.3集成計數器的套用一

8.4集成計數器的套用二

09脈衝波形的產生與變換

課時

9.1555電路的內部結構與工作原理

9.2施密特觸發器

9.3單穩態電路

9.4多諧振盪器

9.5555電路的其他套用

10半導體存儲器

課時

10.1存儲器概述

10.2ROM和RAM的存儲單元

10.3存儲器容量、擴展與套用

11數模與模數轉換器

課時

11.1DAC原理

11.2ADC原理上

11.3ADC原理下

11.4ADC-DAC套用

12創新實踐一：電磁智慧型小車設計與製作

學習電磁智慧型小車工作原理、組成、安裝與調試

課時

1電磁智慧型小車工作原理及組成

2電磁組車模底盤安裝

3電磁組最小系統調試

4電磁組驅動電機調試

5電磁組舵機調試

6電磁組感測器調試

7電磁小車聯調

8電磁藍牙調試

13創新實踐二：飛行小黃人設計與製作

學習飛行小黃人的工作原理、組成、安裝與調試

課時

1飛行小黃人點亮驅動和紅外感測器

2飛行小黃人驅動電機PWM控制和防碰撞反饋

14創新實踐三：四軸無人機設計與製作

學習四軸無人機的工作原理、組成、安裝與調試

課時

1四軸無人機組裝

2四軸無人機電調電機調試

3四軸無人機PWM輸入輸出調試

4四軸無人機整機調試及烤四軸調試

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	授課教師	參與人數
第1次開課	2016年12月23日~2017年02月23日	3~5小時每周	吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤	2287
第2次開課	2017年02月25日~2017年06月16日	4小時每周	吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛	3005
第3次開課	2017年09月08日~2017年12月31日	4~6小時每周	吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛	971
第4次開課	2018年03月05日~2018年07月20日	4小時每周	吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛、周嶸	5483
第5次開課	2019年02月18日~2019年07月31日	3~5小時每周	吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛、周嶸	3582
第6次開課	2020年02月24日~2020年07月31日		吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛、周嶸、王林濤	4896
第7次開課	2021年03月01日~2021年08月30日		吳友宇、華劍、許菲、黃錚、葛華、曠海蘭、孟哲、曾剛、李新友、金新娟、魏洪濤、楊媛媛、周嶸、王林濤	3018

學習預備

預備知識

學習該課程的需要先修習電路課程。

學習資料

學習教材

書名	作者	出版時間	出版社
《電子技術基礎（數字部分第六版）》	康華光	2014年	高等教育出版社

參考教材

書名	作者	出版時間	出版社
《數字電子技術基礎》	吳友宇，伍時和	2009年	清華大學出版社
《數字電子技術基礎（第六版）》	閻石	2016年	高等教育出版社
《Digital Fundamentals（ten edition）》	Thomas L.Floyd	2011年	電子工業出版社
《FPGA數字邏輯設計教程——Verilog》	Richard E. Haskell	2010年	高等教育出版社

教學目標

1.掌握數字邏輯的基本理論，並能夠運用基本理論分析和設計數字電路；掌握邏輯門、觸發器、中規模組合邏輯器件、時序邏輯器件的工作原理及電路分析、設計方法；

章節	教學計畫
第1章	1了解數字電路的定義和研究內容；掌握數位訊號的特點。 2掌握十進制、二進制和十六進制的特點及相互轉換方法。 3掌握數字有權編碼8421BCD、2421BCD、5421BCD的特點和編碼方法。掌握數字無權編碼餘三碼和“格雷碼”的特點和編碼方法。
第2章	1掌握與、或、非基本運算規則；以及邏輯代數的複合運算：與非、或非、異或和同或等；掌握數字積體電路數據手冊閱讀；掌握數字積體電路電源去耦電路設計；邏輯函式的四種表示方法。 2熟練掌握邏輯代數基本定律；掌握邏輯代數三條重要規則及其套用。 3熟練運用邏輯定律的公式對邏輯函式進行代數變換及邏輯函式化簡。 4熟練掌握邏輯函式的最小項表示方法。熟練掌握邏輯函式的卡諾圖化簡法；熟練掌握卡諾圖求反函式的方法。5熟練掌握無關項的表示方法；熟練掌握含有無關項的邏輯函式化簡方法。
第3章	1掌握分立元件門電路的分析方法；掌握增加分立元件與、或門電路輸入端個數的方法；了解分立元件門電路的缺陷。 2掌握CMOS門電路的結構特徵與工作特點；掌握CMOS門電路的分析方法；掌握增加CMOS與非、或非門電路輸入端個數的方法；掌握拉電流、灌電流的概念；掌握門電路扇出係數的計算方法。 3掌握OD門電路的邏輯符號、結構特徵與工作特點；掌握OD門上拉電阻阻值的計算方法；掌握線與的原理； 4掌握CMOS傳輸門的邏輯符號、結構特徵與工作特點；掌握包含CMOS傳輸門的電路的分析方法； 5掌握三態門的邏輯符號與工作特點；掌握三態門的使能端特徵；掌握包含三態門的電路的分析方法。 6掌握TTL非門的結構特徵、工作原理及分析方法；掌握TTL的輸入/輸出的高/低電平的特點；理解門電路噪聲容限的計算方法； 7掌握OC門的工作特點與分析方法；掌握TTL三態門的工作特點與分析方法。 8掌握門電路相互連線時所要求的電壓、電流條件；門電路相互連線時電平轉換的方法；掌握門電路驅動發光二極體的連線方法、限流電阻阻值的計算方法；掌握門電路驅動繼電器的連線方法、增加續流二極體的作用；掌握門電路驅動光電耦合器的連線方法。
第4章	1熟練掌握組合邏輯電路工作特點和電路特點。熟練掌握組合邏輯電路的分析方法。 2熟練掌握組合邏輯電路的設計方法；熟練掌握邏輯表達式變換。 3掌握電磁尋跡小車軌跡偏離程度和方向計算。 4理解組合邏輯電路的競爭冒險的概念；了解產生競爭冒險的原因；掌握競爭冒險現象判別方法；掌握消除競爭冒險的方法。
第5章	1掌握二進制編碼器、優先編碼器和8421BCD編碼器的邏輯功能、分析和設計方法； 2理解光電編碼器的定義、種類和套用；理解增量式、絕對式光電旋轉編碼器的結構、工作原理及參數測量； 3掌握增量式光電編碼器在智慧型尋跡小車車速測量中的套用。 4掌握二進制解碼器的邏輯功能、分析和設計方法； 5掌握二進制解碼器的典型套用，二維地址解碼器、邏輯函式產生器和數據分配器設計方法； 6掌握數據選擇器的邏輯功能、分析和設計方法；掌握數據選擇器實現邏輯函式的方法。 7掌握二——十進制解碼器74LS42的邏輯功能、分析和設計方法；掌握七段解碼器74LS48設計和分析方法。 8掌握一位、四位數值比較器的邏輯功能、分析和設計方法；掌握多位比較器功能擴展和設計方法； 9掌握半加器和全加器的邏輯功能、分析和設計方法；掌握多位加法器的功能擴展、分析和設計方法；掌握超前進位加法器的分析與設計；掌握加法器74LS283套用電路的設計。
第6章	1掌握基本RS鎖存器的工作原理和特性；會做波形分析；了解使用基本RS鎖存器的約束條件。 2掌握同步RS和D鎖存器電平敏感的特性；掌握同步信號數據鎖存的作用；會做波形分析；了解同步鎖存器的空翻現象。 3掌握觸發器工作特性的兩個要素：翻轉的時機和翻轉的方向；會做波形分析。 4掌握時序邏輯電路功能的一般表達方式；掌握RS、D、T、T’、JK觸發器的邏輯功能；了解不同功能觸發器之間相互轉換的方法。
第7章	1熟練掌握同步時序邏輯電路分析的一般步驟。熟練掌握同步時序邏輯電路的邏輯功能描述方法。 2熟練掌握異步時序邏輯電路的一般步驟。熟練掌握異步時序邏輯電路狀態表的簡單求取方法。 3熟練掌握同步時序邏輯電路的一般設計步驟。熟練掌握JK觸發器的驅動表及其獲取方法。 4理解同步時序邏輯電路的設計，了解狀態化簡的方法——隱含表法，能夠將原始狀態表進行簡化。了解狀態編碼的原則，並能夠分析得出狀態編碼的最優方案。
第8章	1掌握暫存器的工作原理。掌握移位暫存器的工作原理。 2掌握計數器的一般分類方法。掌握常用的集成計數器功能。 3掌握反饋清零法及反饋置零法的設計原理。 4掌握反饋置n法的設計原理。
第9章	1掌握555積體電路的內部結構、工作原理、各引腳的作用。熟練掌握555積體電路正常工作時的三種狀態。 2掌握施密特觸發器的工作特點、分析方法和參數計算；掌握用555積體電路構成施密特觸發器的方法；掌握通過555電路的5腳改變施密特觸發器參數的方法。 3掌握單穩態電路的工作特點、分析方法和參數計算；掌握不可重複觸發和可重複觸發的概念；掌握用555積體電路構成單穩態電路的方法。 4掌握多諧振盪器的工作特點、分析方法和參數計算；掌握用555積體電路構成多諧振盪器的方法。5掌握555電路的其他套用、分析方法和參數計算。
第10章	1掌握ROM與RAM的異同、基本結構；掌握存儲器容量的定義；理解存儲器定址方式和輸入、輸出控制電路。 2掌握ROM和RAM存儲單元的結構特點；了解ROM和RAM在存儲機制上的異同。 3掌握集成存儲器晶片地址線與字數、數據線與字長；掌握存儲器容量擴展的基本方法。
第11章	1掌握D/A轉換的基本原理；了解解碼網路在D/A轉換器中的作用；通過AD7533了解D/A轉換器的單級性和雙極性輸出特點和典型電路；掌握DAC的主要參數。 2掌握ADC的功能和一般轉換過程；理解並行比較型、逐次逼近型、雙積分式A/D轉換器的工作原理；掌握ADC的主要參數；了解集成A/D轉換器的選用、使用注意事項。 3掌握集成ADC、DAC的選型和一般使用方法；了解ADC、DAC一般特性和套用；學會查閱晶片的數據手冊。
第12章	學習電磁智慧型小車工作原理、組成、安裝與調試
第13章	學習飛行小黃人的工作原理、組成、安裝與調試
第14章	學習四軸無人機的工作原理、組成、安裝與調試

數字電路01密碼的奧秘

基本介紹

課程性質

課程背景

課程定位

適應對象

課程簡介

課程大綱

開課信息

學習預備

預備知識

學習資料

教學目標

教學計畫

課程特色

所獲榮譽

教師簡介

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