课程名称

数字电子技术B

课程编号

08090D0315

课程性质

专业基础课，必修课

学分

3

教学安排

总学时48。其中讲授48  学时，实验 0 学时，上机  0学时，实训  0学时

授课时间：第1 周至第 13周

周学时

4

相关课程与环节

《电路》、《模拟电子技术》

基本情况

专业

自动化

年级

2022级

班级

自动化1-3班自动化4-5班

修读人数

129

78

授课对象分析

学生学习的能力强，有较强的学习兴趣，学生已经学习了电路理论和模拟电路，有一定的电子电路分析能力，为本课程学习打下较好的基础，但学生理论与实践结合能力较弱，需提高实践操作能力，加强理论与实践的结合。

课程简介与要求

《数字电子技术B》课程以介绍常用数字电子器件、数字电路及其系统的分析及设计方法为主要内容，课程知识体系大，综合性强，人工智能、工业自动化、通信、计算机、航天、医学、仪器仪表、消费类电子产品等领域都涉及数字技术的应用，是一门具有学科交叉属性、学术属性和创新属性的课程，具有广阔的工程背景和应用前景。

本课程的主要任务是使学生了解国内外电子技术发展的现状和方向，获得数字电子技术的基本概念、理论、知识和技能，掌握具体数字电路及系统的分析和设计方法，并能应用常用的中、小规模数字集成电路进行逻辑电路设计等；结合该课程的实验、实习等实践教学环节，能够培养学生在数字电子技术方面的分析、设计、综合与创新能力，达到让学生掌握先进电子技术的目的，为学生今后解决工程实践中的复杂数字系统问题打下坚实的基础。此外，通过课程思政教学，培养具备扎实专业知识，良好职业素养，高尚道德情操的社会主义合格建设者和接班人。

课程目标

课程目标

支撑毕业要求指标点

与课程关联度

1.在学习中认识电子技术对现代科学技术重大影响和各种应用，了解并适当涉及正在发展的学科前沿；能够利用逻辑代数知识推演、分析电子信息工程问题；能够利用逻辑表达式、真值表、卡诺图、逻辑图、波形图、状态图等逻辑代数知识分析数字电路；能够详述半导体器件的开关特性，能够根据门电路的电路结构判断其逻辑功能。

1.2能够将数学、自然科学、工程基础、专业知识和技能用于解决复杂自动化工程问题。

H

2. 能够分析和设计一般的组合逻辑电路和时序逻辑电路；能够分析和设计加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器等若干常用组合逻辑模块和时序逻辑模块构成的数字电路；能够正确识别、表述和分析工程问题中的数字集成电路的作用，并做出系统性总结。

2.2 能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献查阅与研究，分析复杂自动化系统功能及其实现途径。

H

能够分析和设计一般的组合逻辑电路和时序逻辑电路；能够分析和设计加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器等若干常用组合逻辑模块和时序逻辑模块构成的数字电路；能够正确识别、表述和分析工程问题中的数字集成电路的作用，并做出系统性总结。

2.2 能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献查阅与研究，分析复杂自动化系统功能及其实现途径。

H

.能够分析各类脉冲波形产生电路的功能，能够利用555定时器设计各类脉冲波形的产生和整形电路；能够分析计算各类ADC和DAC的性能指标及参数，并根据实际需要选用合适的ADC和DAC；能够对实际数模结合电路进行逻辑分析、设计以及问题排查。

3.2能够设计满足特定需求的电子信息单元、装置和系统。

H

课程思政

本课程结合数字电子技术的应用特点，从前沿科技（行业前沿、科技成果等）、工程案例（国家工程、工程伦理等）、专家故事（科学家故事、大国工匠等）、时政热点（时政要闻、社会热点等）和文化积淀（传统文化、辩证理论等）五个维度挖掘专业知识中蕴涵的思想价值与精神内容,并找准思政内容与专业知识的“契合点”科学设计教学内容，将专业知识与思政元素自然的融合。采用探究、研讨、启发、小组互动、实践操作等多种教学方式开展课程思政教学，让课程“活”起来，让学生在各种探究研讨活动中获得体验感和成就感，潜移默化地进行思想引领，提升学生的思想政治素养。

教学方法

本课程采用问题导向、项目驱动、小组研讨等多种教学方法，融入“家国情怀”、“规则意识”、“追求卓越”、“诚信守时”等思政元素，对课程重难点知识进行重点讲解及拓展延伸，充分调动学生学习积极性，提高教学效率，加深学生掌握专业知识和领悟知识蕴含的精神内涵，建立更加完整的知识体系，并将所学知识举一反三解决实际问题。教学过程中安排课前小测回顾上次课内容，课堂练习和讨论强化重点和难点内容，课后作业巩固所学知识，课程教学中将理论知识与工程实践相结合，利用仿真软件进行数字电路设计和虚拟仿真；本课程至少安排设计型课外作业2次，要求学生分组合作完成，用仿真软件或实物完成一个数字电路的设计。通过设计任务让学生在实践中巩固理论知识，引导学生在做中悟、在悟中学，进一步提升他们的职业素质、实践创新能力和团队合作意识。

教学重点

与难点

重点：

1)  符号数的表示与运算

2)  逻辑函数的表示方法及其化简;

3)  CMOS反相器和TTL反相器的电路结构与特性；

4)  组合逻辑电路的分析、设计方法及其应用；

5)  触发器的动作特点和逻辑功能的描述；

6)  同步时序逻辑电路的分析、设计方法及其应用；

7)  555定时器原理、特点及其应用；

8)  D/A和A/D转换电路的电路结构及工作原理。

难点:

1)  补码数的表示与计算；

2)  实际电路设计时的逻辑抽象;

3)  反相器电路的动态特性；

4)  中规模集成电路器件的附加控制端功能分析及应用;

5)  时序逻辑电路的设计方法；

6)  任意进制计数器电路的分析和设计方法;

7)  脉冲产生和整形电路的波形分析和参数计算；

8)  AD转换电路工作原理分析。

课程各教学环节内容与安排

知识单元

知识点

课内学时

教学方式

作业/测验

课外学习

数制和码制

常用数制及数制转换；二进制算术运算；常用编码

2

讲授法

1.4、1.7、1.10、1.14、1.15

误差检验码

逻辑代数基础

逻辑代数基本定理、规则和基本公式；逻辑问题的描述方法；逻辑函数的公式法化简；逻辑函数的卡诺图化简

8

讲授法、练习法

2.3、2.5、2.6、2.8、2.13、2.15、2.17

2.21

多输出逻辑函数的化简

门电路

半导体二极管门电路；CMOS门电路；TTL门电路

4

讲授法

3.4、3.7、3.8、3.12

不同类型数字集成电路间的接口

组合逻辑电路

组合逻辑电路分析方法；组合逻辑电路设计方法；常用组合逻辑电路模块；组合逻辑电路中的竞争-冒险；组合逻辑电路综合设计

8

讲授法、讨论法

4.5、4.8、4。12、4.17、4.22、4.32

硬件描述语言

半导体存储器

数字存储技术；SR锁存器电路结构与动作特点；各类触发器逻辑功能、触发方式和动态特性；存储器结构及存储原理

6

讲授法、案例教学法

5.5、5.8、5.10、5.15、5.20、5.26

动态随机存储器

时序逻辑电路

时序逻辑电路分析方法

常用时序逻辑器件功能及特点，使用集成时序逻辑器件实现应用

时序逻辑电路设计

8

讲授法、研讨法

6.3、6.7、6.9、6.13

6.27

用可编程逻辑器件实现同步时序逻辑电路

脉冲波形的产生和整形

施密特触发器工作原理及应用；单稳态触发器工作原理及应用；多谐振荡器工作原理及应用；555时基电路的组成及应用。

6

讲授法、案例教学法

7.3、7.9、7.14、7.23

石英晶体多谐振荡器

数模和模数转换

数/模和模/数转换概念和方法；D/A和A/D转换电路；常用A/D和D/A集成电路及其应用

4

讲授法、案例教学法

8.5、8.9、8.11、

开关树型D/A转换器

考核项目

考核内容

考核方式

分值或占比

课堂表现

出勤率和课堂参与度

考勤、课堂讨论、课堂展示等

10

小测验

各知识模块

随堂考试

10

作业

课后习题

提交作业

10

设计大作业

组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计

设计报告、仿真演示

10

期末考试

课程教学内容

闭卷

60

推荐教材

阎石．数字电子技术基础（第六版）[M]．高等教育出版社，2016

参考材料

[1]康华光．电子技术基础：数字部分．第6版[M]．高等教育出版社，2016

[2] 数字逻辑与VHDL设计（第3版）（英文版）（Fundamentals of Digital Logic with VHDL Desingn , Third Edittion）.(美)布朗(Brown.S.)，（美）弗兰尼斯克（Branesic.Z.）[M]．北京：电子工业出版社，2009

课程资源

教务处网络教学综合平台http://pt.csust.edu.cn/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp?courseId=55369

知识单元名称

第一章 数制与码制

课次

第1讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1.了解数字电子技术的特点；

2.掌握常用数制的特点及进制间的转换；

3.符号数的表示及运算

本单元重点

与难点内容

重点： 进制之间的转换，符号数的表示方法

难点： 补码的运算

教学内容

1、课程简介

2、常用数制及数制间的转换

3、二进制算术运算

课程思政

数字电子技术应用的一个重要领域就是手机。我国在手机行业经历了从 1G空白、2G跟随、3G 参与、4G 追赶到 5G 领跑的过程，从此有了话语权，发展壮大了智能手机行业，开启了 5G 时代的万物互联新模式。引进这样的教学内容将增强学生的民族自豪感，培养学生的家国情怀。引导学生正确面对我国目前所处的复杂国际形势，以及我国信息产业“缺芯少核”的窘境，能够让学生认识到掌握核心技术的重要性、发展我国自己的芯片产业的迫切性，从而鼓励学生认真学好相关的基础学科知识并在此基础上勇于自主创新。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【课程引入】（5分钟）

信息社会下，“数字化”浪潮已经席卷了电子技术的应用领域，上至前沿科技，下至日常生活，我们已经进入“数字化生存”模式。数字电子技术作为电子时代的支撑技术，在全球电子信息化的进程中起着巨大的推动作用。 本课程带领大家走进数字电子世界的大门。举例介绍数字电子技术的典型应用。

【课程简介】（20分钟）

介绍课程的主要内容、教学目标、授课模式、学习要求和考核方法

【新课讲授】

1.1 常用数制（10分钟）

数制：是指多位数码中每一位的构成方法及低位向相邻高位的进位规则。

【课程思政】

数制就是一种计数的方法，拿中国的成语“半斤八两”作为例子来引导学生对数制的理解， 引入导学生感受古人智慧、传承古人优秀文化。

【归纳总结】引导学生总结十、二、八、十六进制的表示方法及特点

1.2 不同数制间的转换 （10分钟）

一、各种数制转换成十进制

    二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。

     【举例讲解】

二、十进制转换为N进制

将十进制数整数部分转换为N进制数采用“除N取余法”；

将十进制小数部分转换为N进制数采用“乘N取整法”。

【举例讲解】

【讨论】如何证明“除N取余法”的转换规则（5分钟）

三、二进制与八进制、十六进制间相互转换（10分钟）

1．二进制和八进制间的相互转换

（1） 二进制数转换成八进制数。

     二进制数转换为八进制数的方法是：整数部分从低位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在高位加0补足三位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在低位加0补足三位，然后用对应的八进制数来代替，再按顺序排列写出对应的八进制数。

    【举例讲解】

（2） 八进制数转换成二进制数。

将每位八进制数用三位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。

【举例讲解】

2．二进制和十六进制间的相互转换

（1） 二进制数转换成十六进制数。

    二进制数转换为十六进制数的方法是：整数部分从低位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，则在高位加0补足四位为止；小数部分从高位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，在低位加0补足四位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。

  【举例讲解】

（2）十六进制数转换成二进制数。

将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。

【举例讲解】

【练习】（3分钟）

雨课堂发送练习题

1.3二进制数的运算（20分钟）

1、二进制数的算术运算

 特点：1）与十进制算数运算的规则相同

       2）逢二进一

【总结】加、减、乘、除 全部可以用移位和相加这两种操作实现，简化电路结构。

2、符号数的表示

原码：二进制数码的最高位增加符号位的数码

反码：二进制数码按位取反得到的数码

补码：正数的补码与原码相同；

负数的补码等于它的反码加1。

3、补码的运算规则

【举例】

【练习】（5分钟）

雨课堂发送练习题，巩固补码的表示和运算知识

【课程总结】 （2分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握常用数制之间的转换，补码数的表示和运算

作业与

思考题设置

教材P18：题1.4（2）

          题1.5（4）

          题1.7（3）

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生在大一的计算机基础课程中学习过数制的内容，因而对数制的转换掌握得较好，部分学生对补码的转换和运算掌握得不好，需要再加强练习。

备注

知识单元名称

常用的编码

课次

第2讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握几种常用BCD码的特点及应用

2、掌握格雷码的特点及应用

3、了解ASCII码的特点及应用

本单元重点

与难点内容

重点： 8421BCD码、格雷码

难点：8421BCD码和格雷码的应用

教学内容

常用的编码

课程思政

简述格雷码产生的历史，及工程师利用格雷码的错误最小化的特点设计的格雷码计数器，由于格雷码计数的时候只有一位码.数发生变化，在计数时只有一位发生跳变，从而减少了计数过程中毛刺的产生，比其它计数器更具有稳定性和可靠性，培养学生精益求精的工匠精神。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【课程导入】 （3分钟）

举例介绍生活中各种编码，例如身份证号、学号、QQ号，商品条形码、健康码等，让学生了解编码的重要性，激发学习兴趣。引入本课的内容。

【新课讲授】  （2分钟）

码制：为了便于记忆和查找，对不同事物或状态等进行编码的规则。

一、二-十进制编码（BCD码） （20分钟）

 BCD码：用四位二进制数中的任意十种组合来表示一位十进制数。

介绍常用BCD码的编码：8421码、2421码、余3码、余3循环码

引导学生观察各种BCD编码的特点，总结2421、余3码的反射特性。

【讨论】如何用8421 BCD码推算出其它BCD码？ （10分钟）

二、格雷码 （25分钟）

格雷码是一种无权码，其特点是任意两个相邻码组之间只有一位码元不同，是出错率最低的代码。

【课程思政】简述格雷码产生的历史，工程师利用格雷码的错误最小化的特点设计的格雷码计数器，由于格雷码计数的时候只有一位码.数发生变化，在计数时只有一位发生跳变，从而减少了计数过程中毛刺的产生，比其它计数器更具有稳定性和可靠性。

讲解常用的4位格雷码的编码特点

【案例讲解】格雷码在旋转编码器中的应用

【讨论】二进制码与格雷码的关系      （10分钟）

三、ASCII码 （10分钟）

ASCII码：数字系统中常用的字符、数字代码

【举例讲解】

【练习】 （8分钟）

雨课堂发送练习题，巩固编码知识

【课程总结】  （2分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握常用的8421BCD码和格雷码的编码规则。

作业与

思考题设置

P19：题1.11（1）（3）

          题1.12（2）（4）

          题1.13（1）（4）

          题1.15（5）（7）

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

通过引导学生观察和总结不同编码的编码特点，学生能更快地理解和掌握各种编码的规则。通过讨论二进制码与格雷码的转换方法，举例讲解格雷码的应用例子，学生能更好地理解格雷码的产生方法和应用场景，为后面的数字电路设计打下基础。

备注

知识单元名称

 逻辑代数的基本运算、基本公式和基本定理

课次

第3讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；

2、熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。

本单元重点

与难点内容

重点： 1、 三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；

2、真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换；

难点： 真值表与逻辑表达式的相互转换

教学内容

1、逻辑代数的三种基本运算

2、逻辑代数的基本公式和常用公式

3、逻辑代数的基本定理

课程思政

乔治·布尔（George Boole）是一位英国数学家，他提出了一套逻辑理论和代数方法，如今这些理论和方法成为包括计算机在内的所有电子设备的基础。他出身卑微，从牛顿、拉普拉斯、拉格朗日等古典数学家那里自学数学。‍20岁时，尽管他没有接受过任何正规教育，但他已经开办了自己的第一所学校。他写了几篇关于逻辑理论的文章，并且是第一个将代数符号与可以用逻辑形式和三段论表示的符号进行类比的英国人。

通过讲述乔治·布尔的故事激励学生努力学习，自强不息，永攀科学高峰。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【课程思政】 （5分钟）

介绍英国数学家乔治·布尔自学成才的故事，讲述他在逻辑代数上取得的成就，激励学生学习乔治·布尔的努力勤奋的自学精神。

【新课讲授】

一、基本逻辑函数及运算（15分钟）

1、与运算 ——— 所有条例都具备事件才发生

开关：“1” 闭合，“0” 断开

灯：“1” 亮，“0” 灭

真值表：把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表。

逻辑表达式： L=K1*K2 (逻辑乘)

介绍逻辑符号

【总结】与逻辑运算的逻辑功能口诀

2、或运算 ——— 至少有一个条件具备，事件就会发生。

讲解真值表、逻辑表达式、逻辑符号

【讨论】或逻辑运算的逻辑功能口诀

3、非运算： — 结果与条件相反

讲解真值表、逻辑表达式、逻辑符号

【讨论】非逻辑运算的逻辑功能口诀

二、 几种导出的逻辑运算（25分钟）

1、与非运算、或非运算、与或非运算

二、异或运算和同或运算

逻辑表达式： 相同为“1”，不同为“0”

【讨论】异或和同或的运算规律

【工程案例】异或运算在数据加密中的应用，引导学生在上网时注重个人信息的保护，建立数据安全意识。

三、 逻辑代数的基本公式（10分钟）

1、逻辑常量运算公式

【讨论】逻辑代数与普通代数运算规律的区别（5分钟）

四、逻辑代数的基本定理（23分钟）

1、代入定理

对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后等式仍然成立。这个规则称为代入规则。代入规则的正确性是由逻辑变量和逻辑函数值的二值性保证的。

2、反演定理（德.摩根定理）

【课程思政】讲述德.摩根的生平故事，激励学生努力学习，刻苦钻研，科学探索的精神。

步骤：①"."换"+","+"换"."

②"0"换"1"，"1"换"0"

③原变量换反变量，反变量换原变量

3、对偶定理

步骤：①"."换"+","+"换"."

②"0"换"1"，"1"换"0"

 （可用于变换推导公式）。

【讨论】如何证明若两函数相等，其对偶式也相等。（5分钟）

【课程总结】 （2分钟）

   回顾课程内容，重点掌握 与、或、非；与非、或非、同或、异或逻辑的运算口诀、逻辑符号，常用公式和反演定理。

作业与

思考题设置

思考逻辑代数与普通代数的异同，提高学生认识问题、分析问题的能力。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

逻辑代数的基本公式和基本定理是逻辑函数化简的基本工具，通过与普通代数的公理进行对比，通过板书证明常用公式，使学生加深理解和掌握逻辑代数的运算规则，掌握逻辑函数的基本公式和基本定理

备注

知识单元名称

 逻辑函数及其表示方法

课次

第4讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

了解逻辑函数的概念，掌握其各种表示方法及转换。

本单元重点

与难点内容

重点：1.逻辑函数的描述方法；

2.逻辑函数的标准形式

难点：逻辑函数几种表示方法的转换

教学内容

1、逻辑函数的描述方法

2、逻辑函数的两种标准形式

课程思政

逻辑代数研究的是逻辑值 0 和 1，以及逻辑值上的运算的代数体系。逻辑值 0 和 1 对应着对立又统一的两种状态，由此引出马克思主义基本原理中的“对立统一规律”，这是辩证唯物主义世界观的基本规律之一。同时也是认识世界的基本方法之一，对学习生活和科学研究都具有指导意义。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【复习提问】（5分钟）

1. 逻辑代数的基本定律

2. 逻辑代数的基本规则

【引入新课】

一、 逻辑函数及其表达方法（20分钟）

逻辑函数：当输入变量取值确定之后，输出变量取值便随之而定。因此，输出变量和输入变量之间是一种函数关系。

逻辑函数的表示方法：逻辑真值表、逻辑函数式、逻辑图、波形图、卡诺图和硬件描述语言。

1、逻辑真值表：由输出变量取值与对应的输入变量取值所构成的表格。 

     列写方法是：

      a) 找出输入、输出变量，并用相应的字母表示；

      b)逻辑赋值。

      c)列真值表。

2、逻辑函数式

 逻辑函数式：是将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻辑关系用与、或、非等逻辑运算符号连接起来的式子，又称函数式或逻辑式。

3、逻辑图

逻辑图：是将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻辑关系用与、或、非等逻辑符号表示出来的图形。

二、逻辑函数表示方法之间的相互转换（30分钟）

（1）真值表转换为函数式

a) 找出真值表中使函数值为1的输入变量取值；

b）每个输入变量取值都对应一个乘积项，变量取值为1，用原变量表示，变量取值为0，用反变量表示。

c) 将这些乘积项相加即可。

举例讲解

（2）函数式转换为真值表

首先在表格左侧将个不同输入变量取值依次按递增顺序列出来，然后将每组输入变量取值代入函数式，并将得到的函数值对应地填在表格右侧即可。

举例讲解

（3）函数式转换为逻辑图

将函数式转换成逻辑图的方法：从输入到输出分别用相应的逻辑符号取代函数式中的逻辑运算符号即可。

举例讲解

（4）逻辑图转换为函数式

将逻辑图转换成函数式的方法：从输入到输出分别用相应的逻辑运算符号取代逻辑图中的逻辑符号即可。

举例讲解

【讨论】如何将真值表转换为电路图？（5分钟）

【课堂练习】（5分钟）

雨课堂发送练习题，巩固知识

三、 逻辑函数的两种标准形式（15分钟）

（1）最小项和的形式

最小项：设m为包含n个因子的乘积项，且这n个因子以原变量形式或者 反变量形式在m中出现且只出现一次，称m为n变量的一个最小项。

最小项的编号规则：使最小项m值为1 的输入变量取值所对应的十进制数即为该最小项的编号。

举例讲解

（2）最大项之积

最大项：设M为包含n个因子的和项，且这n个因子以原变量形式或者 反变量形式在m中出现且只出现一次，称M为n变量的一个最大项。

最大项的编号规则：使最大项M值为0 的输入变量取值所对应的十进制数即为该最大项的编号。

【讨论】逻辑函数的两种标准形式的关系（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

   回顾本节课主要内容，重点掌握真值表、函数的最小项形式。

作业与

思考题设置

P56：题2.3（b）、题2.5（2）

P57：题2.7  (2)、 题2.8

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生对五种逻辑函数的表示方法掌握较好，通过练习真值表与逻辑函数式的转换，能更好地掌握真值表的绘制，为后面组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计打好基础。部分学生对逻辑函数转换为最小项之和形式掌握不好，主要还是基本的逻辑运算还不熟练，需要多加练习。

备注

知识单元名称

  逻辑函数的化简方法

课次

第5讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握公式化简方法

2、熟练运用常用公式和基本定理进行逻辑函数化简

本单元重点

与难点内容

重点： 逻辑函数公式化简方法

难点： 灵活运用配项法化简逻辑函数

教学内容

逻辑函数的公式化简方法

课程思政

通过讨论化简的意义，给学生引入在设计电子产品时要考虑能耗和效益，建立绿色环保，可持续发展的理念。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课讲授】（5分钟）

一、 逻辑函数的最简形式

逻辑函数的最简形式------最简与或表达式：

最简与或式的标准是：

1、该与或式中包含的乘积项的个数不能再减少，

2、每个乘积项所包含的因子数也不能再减少。

【讨论】逻辑函数化简有何意义？（5分钟）

【课程思政】介绍国家的双碳战略，引导学生建立节能减排、绿色环保的可持续发展理念。

二、常用公式化简法 （65分钟）

1、并项法

利用公式    AB+AB ′ =A    可将两项合并为一项

【举例讲解】

2、吸收法

利用公式   A+AB= A  可将两项合并为一项

【举例讲解】

3、消项法

利用公式  AB+A′C+BC= AB+A′C  将BC消去。

【举例讲解】

4、消因子法

根据常用公式  A+A΄B=A+B    将A΄B项中的A΄因子消去。

【举例讲解】

5、配项法。

根据基本公式  A+A=A     可添加重复项进行化简。

【举例讲解】

根据基本公式中的  A+A′=1 可以在函数式中的某一项上乘以 A+A′进行化简。

【举例讲解】

【课堂练习】选学生上讲台完成（5分钟）

【讨论】公式化简有何利弊？（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

根据逻辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑函数式，对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的逻辑函数式和所需要的形式，设计出最简洁的逻辑电路，这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场的竞争力是非常重要的。

作业与

思考题设置

P58：题2.13（2）（4） (6)、题2.15（2）（3）

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生课堂上能跟上讲解思路，但是在进行公式化简时会有一定困难，不知道运用哪些公式，这需要学生能熟练掌握逻辑函数的基本公式，并能灵活运用基本公式，才能很好地完成逻辑函数的化简，课堂上可通过板书讲解公式化简的过程，并加强学生练习。

备注

知识单元名称

2.6 逻辑函数的化简方法

课次

第6讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握最小项的卡诺图表示；

2、熟练运用卡诺图化简逻辑函数。

本单元重点

与难点内容

重点：1.用卡诺图表示逻辑函数；

2.用卡诺图化简逻辑函数；

难点：具有无关项的逻辑函数的化简。

教学内容

1、逻辑函数的卡诺图化简法

2、具有无关项的逻辑函数及其化简

课程思政

介绍美国工程师卡诺提出一种用来描述逻辑函数的特殊方格图，解决在工程设计问题，激励学生独立思考，大胆创新。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课讲授】

一、 逻辑函数的卡诺图化简法（5分钟）

相邻最小项 :两个最小项中只有一个变量互为反变量，其余变量均相同，称为相邻最小项，简称相邻项。

相邻最小项重要特点：两个相邻最小项相加可合并为一项，消去互反变量，化简为相同变量相与。

1. 认识卡诺图 （5分钟）

卡诺图：是最小项按一定规律排列的方格图，每个最小项占有一个小方格。

逻辑相邻：两个最小项,只有一个变量的形式不同,其余的都相同。 逻辑相邻的最小项可以合并。

【课程思政】

【举例讲解】画出二变量、三变量和四变量卡洛图

【讨论】如何画出五变量卡洛图？（5分钟）

2. 逻辑函数的卡诺图表示

1)将函数表示为最小项之和的形式             。

2)在卡诺图上与这些最小项对应的位置上填入1，其余地方填0。

【思考】卡诺图与真值表有何关系？（5分钟）

3. 逻辑函数的卡诺图化简 （30分钟）

合并最小项的原则：

1）两个相邻最小项可合并为一项，消去一对因子

2）四个排成矩形的相邻最小项可合并为一项，消去

   两对因子

3）八个相邻最小项可合并为一项，消去三对因子

卡诺图化简的基本步骤：

1）用卡诺图表示逻辑函数;

   2）找出可合并的最小项（即“画圈”）;

   3）化简后的乘积项相加。

卡诺图化简的原则:

1）化简后的乘积项应包含函数式的所有最小项，即画圈要覆盖图中所有的1。

2）乘积项的数目最少，即圈成的矩形最少。

3）每个乘积项因子最少，即圈成的矩形最大。

【举例讲解】

【课堂练习】雨课堂发布习题（10分钟）

二、具有无关项的逻辑函数及其化简（20分钟）

无关项的定义和意义

合理地利用无关项，可得更简单的化简结果。

加入（或去掉）无关项，应使化简后的项数最少，每项因子最少。   

 【讨论】用卡诺图化简逻辑函数的优缺点。（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    总结卡洛图的结构、合并规则和函数化简的方法。

作业与

思考题设置

P59:  题2.18（C）、题2.20（2）（4）

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

卡诺图化简是常用的逻辑函数化简方法，具有简单，直观，有一定步骤可循，学生容易掌握这种方法，但是在化简过程中会存在化简没有做到最简，需要学生掌握画圈的基本原则，并会对化简结果运用公式法进行检验，判断化简结果是否最简。

备注

知识单元名称

二极管门电路、CMOS门电路

课次

第7讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、熟悉二、三极管的开关特性，掌握三极管导通、截止条件；

2、了解分立元件与门、或门、非门及与非门、或非门的工作原理和逻辑功能。

3、掌握CMOS集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。

本单元重点

与难点内容

重点：

1、二极管、三极管的开关特性和开关等效电路。

2、CMOS电路的结构和工作原理

难点：CMOS门电路的外部特性理。

教学内容

1、二极管门电路

2、CMOS门电路

课程思政

介绍集成电路的发展历程，引导学生认识到我国集成电路发展的现状，鼓励学生努力拼搏，振兴集成电路产业。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

作业与

思考题设置

P139: 题3.4

P140: 题3.7 (b)、(c)

P141: 题3.9

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

CMOS反相器的电路结构原理简单学生能很好掌握，但是对其它类型的CMOS门电路的逻辑功能进行分析时存在困难，在课程讲解时需启发学生对电路进行模块化分析，培养模块化思维，学生对CMOS门电路的外部特性理解不好，需结合具体的电路的来帮助学生理解。

备注

知识单元名称

TTL门电路

课次

第8讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

掌握TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。

本单元重点

与难点内容

重点： TTL门电路的结构、工作原理和外部特性

难点：TTL门电路的外部特性。

教学内容

TTL 门电路的结构原理及特性

课程思政

介绍我国制造出世界上最薄的鳍式晶体管，在芯片科技的研发上实现了又一项突破，激励励学生努力学习，永攀科学高峰，立志科技报国。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【课程导入】（5分钟）

介绍我国制造出世界上最薄的鳍式晶体管，在芯片科技的研发上实现了又一项突破，激励励学生努力学习，永攀科学高峰，立志科技报国。

【新课讲授】

一、TTL与非门的工作原理（20分钟）

1. TTL与非门的典型电路

电路结构分析

2.工作原理

当输入端A、B、C中，只要有一个输入信号为低电平0.3V时，则相对的发射结导通，使T1管的基极电位被箝制到1V，T2管截止，故T4也截止。T3、D4管导通，输出高电平。即输入端A、B、C中至少有一个为低电平时，输出端F为高电平。当输入端A、B、C全为高电平，T1管的基极电位升高，T1管的集电结、T2和T4管的发射结正向偏置而导通，致使T3管微导通，D4管截止。即输入端全为高电平时，输出端为低电平。所以该门是一个与非门。

二、  TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力 （30分钟）

1. 电压传输特性

电压传输特性分为四个区段：截止区、线性区、转折区和饱和区。

2. 抗干扰能力

TTL与非门在实际应用时，输入端有时会出现干扰电压叠加在输入信号上。当干扰电压VN超过一定数值时就会破坏与非门输出的逻辑状态。通常把不会破坏与非门输出逻辑状态所允许的干扰电压值叫做抗干扰能力。干扰电压亦称噪声，抗干扰能力也称噪声容限。

3、TTL与非门动态特性

传输延迟时间、交流噪声容限

四、 其它类型的TTL门电路 （20分钟）

1．TTL或非门

电路结构分析

2．TTL异或门

电路结构分析

3．OC门

电路结构分析

【讨论】OC门的作用。（5分钟）

【课堂练习】（5分钟）

【课后小结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性

作业与

思考题设置

P142: 题3.11，题3.12

P143: 题3.16

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生对TTL反相器的电路原理分析有困难，课程讲解时需更详细地从输入端一步一步分析信号电平的变化，引导学生学会分析TTL的门电路，掌握TTL门电路的外部特性。

备注

知识单元名称

组合电路的分析方法和设计方法

课次

第9讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

掌握组合电路的分析方法和设计方法

本单元重点

与难点内容

重点： 组合电路的分析方法和设计方法

难点： 组合电路的设计方法

教学内容

1、组合电路的分析方法

2、组合电路的设计方法

课程思政

介绍“龙芯之母”黄令仪的科学故事，激励学生努力学习，科技报国

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

组合逻辑电路：在任何时刻的输出状态只取决于这一时刻的输入状态，而与电路的原来状态无关的电路。

生活中组合电路的实例（电子密码锁，银行取款机等）

电路结构：由逻辑门电路组成。

电路特点：没有记忆单元，没有从输出反馈到输入的回路。

【新课讲授】

一、组合逻辑电路的分析方法（10分钟）

分析：给定逻辑电路→逻辑功能。

步骤：

1．给定逻辑电路→输出逻辑函数式

一般从输入端向输出端逐级写出各个门输出对其输入的逻辑表达式，从而写出整个逻辑电路的输出对输入变量的逻辑函数式。必要时，可进行化简，求出最简输出逻辑函数式。

2．列真值表

将输入变量的状态以自然二进制数顺序的各种取值组合代入输出逻辑函数式，求出相应的输出状态，并填入表中，即得真值表。

3．分析逻辑功能

通常通过分析真值表的特点来说明电路的逻辑功能。

【例题讲解】分析图3.1.1所示逻辑电路的功能。（15分钟）

解：分析步骤

（1）输出逻辑函数表达式（逐级写，并且变成便于写真值表的形式）

 （2）列真值表。将A、B、C各种取值组合代入式中，可列出真值表。

（3）逻辑功能分析。

由真值表可看出：在输入A、B、C三个变量中，有奇数个1时，输出Y为1，否则Y为0，因此，图3.2.1所示电路为三位判奇电路，又称为奇校验电路。

【归纳总结】（5分钟）

1 各步骤间不一定每步都要，如：由表达式直接概述功能，不一定列真值表。

2 不是每个电路均可用简炼的文字来描述其功能。 如Y=AB+CD

二、 组合逻辑电路的设计方法（15分钟）

1、基本设计方法

设计：设计要求→逻辑图。

步骤（与分析相反）:

1）分析设计要求→列真值表

根据题意设输入变量和输出函数并逻辑赋值，确定它们相互间的关系，

然后将输入变量以自然二进制数顺序的各种取值组合排列，列出真值表。

2）根据真值表→写出输出逻辑函数表达式

3）对输出逻辑函数进行化简

代数法或卡诺图法

4）根据最简输出逻辑函数式→画逻辑图。

最简与一或表达式、与非表达式、或非表达式、与或非表达式、其它表达式

2、设计举例

1）单输出组合逻辑电路的设计

【例题讲解】 设计一个A、B、C三人表决电路。当表决某个提案时，多数人同意，提案通过，同时A具有否决权。用与非门实现。（15分钟）

解：设计步骤

（1）真值表

设A、B、C三个人，表决同意用1表示，不同意时用0表示；

Y为表决结果，提案通过用1表示，通不过用0表示，

同时还应考虑A具有否决权。

 （3）画逻辑图

2）多输出组合逻辑电路的设计

【例题讲解】设计一个将余3码变换为8421BCD码的组合逻辑电路。（15分钟）

解：设计步骤

（1）真值表

（2）化简

（3）画逻辑图

【讨论】组合电路的分析方法和设计方法中的关键环节是哪些？（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握组合电路的分析方法和设计方法。

作业与

思考题设置

P201：4.5

P203：4.11、4.12

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

通过例题讲解组合逻辑电路的分析和设计方法学生比较容易掌握，但在针对具体的逻辑问题进行组合逻辑电路设计时，学生不知道如何进行逻辑抽象，可通过多针对几个逻辑问题进行逻辑抽象的讲解，帮助学生学会用二进制对各种输入信息进行编码。

备注

知识单元名称

常用组合逻辑电路模块

课次

第10讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

了解编码器、译码器的工作原理，掌握其应用。

本单元重点

与难点内容

重点： 编码器、译码器逻辑电路模块的功能

难点：逻辑模块的应用

教学内容

1、编码器

2、译码器

课程思政

通过讲解病房呼叫系统，让学生理解优先编码器的功能特点，引导学生传承军人优先、尊老爱幼的优良传统。通过译码显示引入日常生活中的红绿灯，引入规则意识，引导学生遵纪守法，做诚实守信的人。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【问题导入】（5分钟）

莱布尼茨提出的二进制系统中世界万物都可以用0,1来描述，那数字逻辑电路中是如何来表示物理世界的万物呢？将物理世界抽象到数字逻辑世界是通过编码器来实现，而各种编码信号如何识别呢？可通过译码器来实现

【新课讲授】

一、 二进制编码器（25分钟）

二进制编码器：用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路。

1、普通编码器

 以8-3线编码器设计为例讲解编码器的电路结构、功能分析

2、优先编码器

讲解优先编码的设计思想

介绍典型优先编码器芯片74HC148的引脚功能和逻辑功能

【问题】如何用两片8线-3线优先编码器74HC148实现16线-4线优先编码器

3、二-十进制编码器

二-十进制编码器是把十进制的10个状态编成10个BCD 代码，不同的BCD代码（如8421码、2421码、余3码等），对应于不同的编码方案，同时也就对应于不同的二-十进制编码器。

【问题】如何用一片74LS148实现8421-BCD码优先编码器？

【课堂练习】

二、 译码器（30分钟）

译码是编码的逆过程。

译码：将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。

译码器：实现译码功能的电路。

【讨论】日常生活中什么地方用到了译码器？

二进制译码原则：用n位二进制代码可以表示个信号则，对n位代码译码时，应由 来确定译码信号位数N。

【提问】8位电话号码能供多少用户使用？（电话号码为十进制）

1、二进制译码器：将输入二进制代码译成相应输出信号的电路。

介绍MSI译码器CT74LS138

【思考】如何用两片CT74LS138组成4线一16线译码器？（利用使能端）

2、 二－十进制译码器

【提问】若要对8421BCD码进行译码，输出信号应有多少个？

介绍4线一10线译码器CT74LS42的引脚及逻辑功能

3、显示译码器

介绍LED数码管的结构原理

介绍集成显示译码器7448的引脚及逻辑功能

【应用举例】

三、用译码器实现组合逻辑函数（15分钟）

【提问】逻辑函数的标准最小项之和式？译码器74LS138的输出逻辑函数式？

讲解实现原理

由于二进制译码器的输出为输入变量的全部最小项，因此，用译码器和门电路可实现任何单输出或多输出的组合逻辑函数。

当译码器输出低电平时，多选用与非门；当输出为高电平时，多选用或门。

【举例讲解】

【课堂练习】（10分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点了解编码器、译码器的工作原理，掌握其应用。

作业与

思考题设置

P204：4.17、4.21

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

编码和译码是两个互逆的过程，学生在掌握编码和译码的原理后，要学会使用常用的编码器和译码器模块，通过举例讲解编码器和译码器模块的功能扩展，启发学生掌握和灵活运用集成模块的控制信号进行功能扩展。

备注

知识单元名称

常用组合逻辑电路模块

课次

第11讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1.掌握四选一、八选一的逻辑功能，对应MSI器件的使用；

2.掌握用数据选择器实现组合函数的方法；

3.掌握半加器，全加器的逻辑功能、逻辑符号。

本单元重点

与难点内容

重点：数据选择器、加法器的电路结构和逻辑功能。

难点：数据选择器实现组合函数的方法

教学内容

1、数据选择器

2、加法器

课程思政

通过全加器电路，引导学生认识到国与家、整体与局部、个人与集体之间的关系，引导学生要有良好的团队意识。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课讲授】

一、 数据分配器与选择器（40分钟）

1、 数据分配器

数据传输过程中，有时需要将数据分配到不同的数据通道上，能够完成这种 功能的电路称为数据分配器，亦称多路分配器、多路调节器， 简称DEMUX，其电路为单输入、多输出形式。

【思考】数据分配器和译码器的联系与区别

2、数据选择器

数据选择其就是在数字信号的传输过程中，从一组数据中选出某一个来送到输出端，也叫多路开关。

介绍74HC153的引脚及逻辑功能，写出函数表达式

【提问】如何用两个“四选一”接成“八选一”？

【举例讲解】数据选择器与数据分配器一起实现多路信号分时传送

3、用数据选择器设计组合逻辑电路

讲解实现原理：若逻辑函数变量的数目与数据选择器选择输入端的数目相等，则函数最小项的数目就与数据选择器输入端的数目相同，这样可以直接用数据选择器实现逻辑函数。

【举例讲解】用数据选择器设计组合逻辑电路（10分钟）

【课堂练习】

【讨论】用逻辑电路模块实现组合逻辑函数的方法有哪些？各有什么特点？

二、加法器（30分钟）

1、1位加法器

1）半加器

只考虑两个一位二进制数的相加，而不考虑来自低位进位数的运算电路，称为半加器。

以设计1位半加器为例讲解半加器的结构特点和逻辑符号

2）全加器

不仅考虑两个一位二进制数相加，而且还考虑来自低位进位数相加的运算电路，称为全加器。

以设计1位全加器为例讲解半加器的结构特点和逻辑符号

2、多位加法器

1）含义：实现多位加法运算的电路，称为加法器。

2）进位方法：

⑴ 串行进位

低位全加器输出的进位信号依次加到相邻高位全加器的进位输入端CI。最低位的进位输入端CI接地。

显然，每一位的相加结果必须等到低一位的进位信号产生后才能建立起来。

主要缺点：运算速度比较慢。

优点：电路比较简单。

⑵ 超前进位加法器

主要优点：运算速度较高。

介绍4位超前进位加法器74LS283的结构特点和功能分析

【提问】如何用全加器设计组合逻辑电路？

举例讲解

【讨论】多位加法器实现进位的方法有哪些？（5分钟）

【课程总结】（5分钟）

   回顾本节课主要内容，重点掌握半加器，全加器的逻辑功能、逻辑符号。

作业与

思考题设置

P205：4.28

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

数据选择器的应用非常广泛，学生在应用数据选择器实现逻辑函数时会不知道如何处理数据和选择信号，需结合具体的集成模块进行讲解，并通过举一反三让学生思考出更多解决方案，加强对数据选择器的结构原理的理解和灵活运用。

备注

知识单元名称

数值比较器、可编程逻辑器件

组合逻辑电路的竞争-冒险

课次

第12讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握数值比较器的逻辑功能

2、了解可编程逻辑器件的结构

3、掌握组合逻辑电路中的竞争-冒险的成因、现象和消除方法

本单元重点

与难点内容

重点：1、数值比较器的逻辑功能

2、组合逻辑电路中的竞争-冒险

难点： 组合逻辑电路中的竞争-冒险的判断和消除方法

教学内容

1、数值比较器

2、可编程逻辑器件

3、组合逻辑电路的竞争-冒险

课程思政

组合逻辑电路存在竞争与冒险现象，竞争-冒险会降低电路工作的可靠性，成为电路正确工作的隐患。通过介绍一些由于设计人员的疏忽而引发的灾难事件，从而将思政元素引申到学生应该端正学习态度上，在学习上学生应该对自己严格要求；今后走向工作岗位，要敬岗爱业，坚持严格的标准，消除工作中的安全隐患。培养学生严谨的治学态度和脚踏实地的实干精神。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

作业与

思考题设置

小组作业：设计一个两位BCD加法器电路，要求能输入两个两位十进制数，能实现两个两位十进制数的加法运算，并将运算结果显示在七段LED数码管上，显示范围为00-99。

注：请同学们分组完成设计，提交纸质设计报告和PR0TUES仿真电路图.

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生对组合逻辑电路的竞争和冒险理解不好，可通过结合门电路的传输延迟特性，让学生理解信号传输过程中的竞争现象，并学会分析如何消除竞争冒险现象。

备注

知识单元名称

SR锁存器、触发器

课次

第13讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握基本RS、JK、D、T触发器的结构、工作原理与动作特点

2、掌握触发器的功能及描述方法。

3、了解触发器的动态特性。

本单元重点

与难点内容

重点： 掌握基本RS、JK触发器的电路结构与动作特点

难点： 同步RS触发器的和JK触发器的动作特点

教学内容

1、  概述、触发器分类

2、  SR锁存器

3、   触发器

课程思政

通过层层深入的方法讲解各种触发器，电路发生一点点改变，结果却发生较大变化，引导学生创新思维的重要性，从小改变中发现大变化。通过用与非门构成基本触发器，再通过基本的 ＲS 触发器去构成其他的触发器，让学生知道量变是可以产生质变，提示学生脚踏实地，认真过好每一天。再通过集成的芯片去验证，让学生知道任何复杂的事情都是由简单的事情构成的，理解不积跬步无以至千里。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

复杂的数字电路，不仅需要对各种数字信号进行运算和处理，还需要将运算、处理的数据和结果保存起来。因此，存储电路是计算机以及所有复杂数字系统不可缺少的部分。

【新课讲授】

一、概述（5分钟）

1.触发器：

能够存储1位二值信号的基本单元电路。

2.触发器的特点：

1. 具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和1,或二进制

   数的0和1 ;

b.根据不同的输入信号可以置1或0.

3. 分类：

按触发方式：电平触发器、脉冲触发器和边沿触发器

按逻辑功能方式：SR锁存器、JK触发器、D触发器、T触发器、 T触发器

按结构：基本SR锁存器、同步SR触发器、主从触发器、

                 维持阻塞触发器、边沿触发器等

二、 SR锁存器（10分钟）

SR锁存器（又叫基本RS触发器）是各种触发器构成的基本部件，也是最简单的一种触发器。它的输入信号直接作用在触发器，无需触发信号。

1 、电路结构与工作原理

由或非门构成：

由与非门构成：

2、动作特点

在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。

三、电平触发的触发器（15分钟）

讲解电路结构、逻辑符号、动作特点

【提问】电平触发的触发器的抗干扰能力强吗？

四、 脉冲触发的触发器（30分钟）

      为了避免空翻现象，提高触发器工作的可靠性，希望在每个CLK期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。

1 、电路结构与工作原理

1、脉冲触发的SR触发器（主从SR触发器）

    脉冲触发的SR触发器是由两个同样的电平触发SR触发器组成

① 在CLK＝1时，主触发器按S、R变化，而从触发器保持状态不变；

② 在CLK由1 0（下降沿），主触发器保持，从触发器随主触发器的状态 翻转，故在CLK的一个周期内，触发器的输出状态之可能改变一次.

2、主从JK触发器

为了使主从SR触发器在S＝R＝1时也有确定的状态，则将输出端 Q 和 Q 反馈到输入端，这种触发器称为JK触发器（简称JK触发器）。实际上这对反馈线通常在制造集成电路时内部已接好。

工作原理：主触发器保持原态，则触发器（从触发器）也保持原态

【讨论】脉冲触发方式的动作特点

五、边沿触发器（15分钟）

     由于JK触发器存在一次变化问题，所以抗干扰能力差。为了提高触发器工作的可靠性，希望触发器的次态（新态）仅决定于CLK的下降沿（或上升沿）到达时刻的输入信号的状态，与CLK的其它时刻的信号无关。这样出现了各种边沿触发器。现在有利用CMOS传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器、利用门电路传输延迟时间的边沿触发器以及利用二极管进行电平配置的边沿触发器等等几种。

1、电路结构和工作原理

2、 利用CMOS传输门的边沿触发器

【课堂练习】（10分钟）

【课程总结】（5分钟）

回顾本节课主要内容，重点掌握RS、JK、D、T触发器的结构、工作原理与动作特点、掌握触发器的功能及描述方法，最后归纳总结。

作业与

思考题设置

P250：题5.3、 题5.4

P252：题5.7

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生对电平触发器的多次空翻特性和JK触发器的一次翻转特性理解不好，需要结合时序图就一步一步分析电路的动作过程。

备注

知识单元名称

触发器、寄存器

课次

第14讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握触发器的功能及描述方法。

2、了解触发器的动态特性。

3、掌握寄存器的结构

本单元重点

与难点内容

重点： 掌握触发器的功能描述方法及触发器的动态特性

难点： 触发器的动态特性

教学内容

1、  触发器的功能描述

2、  触发器的动态特性

3、   寄存器

课程思政

讲解中国古代存储技术的发展过程，让学生感受古人智慧，树立文化自信。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

存储是信息跨越时间的传播。几千年前的岩画、古书，以及近代的照相技术、留声机技术、电影技术等的发明，极大丰富了我们的信息获取渠道。这些都是和存储技术的发明分不开的。中国古代的信息存储方式有竹简、木简、金属容器表面、帛、丝绸及蔡伦造纸，至今纸张仍是人们较为广泛使用的信息载体，从20世纪开始信息技术发生了历史性的转移,“万物皆可数”,这对人类历史将具有深刻的意义。未来，人们会探索储存密度更大，存储状态更稳定的信息载体。如生物存储——用DNA存储信息。

【新课讲授】

一、    触发器的功能描述（30分钟）

1、触发器的功能描述

讲解5种触发器的特性表、特性方程和状态图

【总结】引导学生总结五种触发器的逻辑功能和动作特点

2、触发器间的转换

【思考】如何用D触发器实现JK触发器?（30分钟）

【思考】如何用JK触发器实现L-P触发器？

二、二、触发器的动态特性

1、建立时间tset

  2、保持时间（Hold time）th

3、传输延迟时间tpd

【课堂讨论】触发器的动态参数的物理含义是什么？（10分钟）

三、 寄存器（15分钟）

寄存器：存放数码、运算结果或指令的电路。

一个触发器可存储一位二进制代码。

n位二进制代码寄存器需n个触发器。

寄存器应用举例：1 运算中存贮数码、运算结果。2 计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。

【课堂讨论】寄存器与存储器有何区别?（10分钟）

寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量数据。（类似于宾馆的贵重物品寄存、超级市场的存包处。）

存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量。（类似于仓库）

【课程总结】（5分钟）

回顾本节课主要内容，重点掌握RS、JK、D、T触发器的特性表、特性方程和状态图、掌握触发器的动态参数的意义，寄存器的结构原理。

作业与

思考题设置

P250：题5.3、 题5.4

P252：题5.7

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

存储器的功能描述方法是时序逻辑电路的分析和设计基础，学生需要熟练掌握，由于触发器种类多，容易弄混，通过思考如何将D触发器转换为JK触发器，或将JK触发器转换为其他触发器有助于学生更好地掌握各个触发器的特性方程和逻辑功能。

备注

知识单元名称

存储器

课次

第15讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、了解各种只读存储器、随机存储器的工作原理和特点

2、掌握存储器容量的扩展方式

3、了解用存储器来设计组合逻辑函数。

本单元重点

与难点内容

重点： ROM、 RAM结构特点及存储器的扩展方法。

难点： 存储器设计组合逻辑函数

教学内容

1、RAM

2、ROM

3、存储器容量扩展

4、存储器实现组合逻辑函数

课程思政

存储器芯片市场是全球垄断最为严重的芯片细分市场，DRAM和NANDFLASH芯片市场长期被韩国美日垄断，尤其以韩国三星、SKHynix两家为首，共占据了DRAM市场和NANDFLASH市场70%和50%的市场份额。芯片国产化是中国在信息安全自主可控政策的实践领域之一，作为信息技术的基础产业，半导体集成电路持续受到了国家政策的扶持，介绍国家存储基地的建设情况，激励学生努力学习，自主创新，攻克“卡脖子”技术。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

存储器芯片市场是全球垄断最为严重的芯片细分市场，DRAM和NANDFLASH芯片市场长期被韩国美日垄断，尤其以韩国三星、SKHynix两家为首，共占据了DRAM市场和NANDFLASH市场70%和50%的市场份额。芯片国产化是中国在信息安全自主可控政策的实践领域之一，作为信息技术的基础产业，半导体集成电路持续受到了国家政策的扶持。2017年1月1日，总投资240亿美元的"国家存储器基地"项目在武汉东湖高新区正式开工，国家存储器基地的建立，标志着芯片国产化之路迈出可靠而重要的一步。

【新课讲授】

一、存储器概述（5分钟）

1. 半导体存储器的定义

半导体存储器就是能存储大量二值信息（或称作二值数据）的半导体器件。它是属于大规模集成电路，由于计算机以及一些数字系统中要存储大量的数据，因此存储器是数字系统中不可缺少的组成部分

2.存储器的性能指标

由于计算机处理的数据量很大，运算速度越来越快，故对存储器的速度和容量有一定的要求。所以将存储量和存取速度作为衡量存储器的重要性能指标。目前动态存储器的容量已达109位/片，一些高速存储器的存取时间仅10ns左右。

3.半导体存储器的分类

从存取功能上可分为只读存储器（Read－Only Memory，简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory，简称RAM）。

从制造工艺上存储器可分为双极型和单极型（CMOS型），由于MOS电路（特别是CMOS电路），具有功耗低、集成度高的优点，所以目前大容量的存储器都是采用MOS工艺制作的。

二、 只读存储器（ROM）（35分钟）

1 掩模只读存储器

在采用掩模工艺制作ROM时，其中存储的数据是由制作过程中使用的掩模板决定的，此模板是厂家按照用户的要求专门设计的，因此出厂时数据已经“固化”在里面了。

1. ROM的组成：

a.存储矩阵

b.地址译码器

c. 输出缓冲器

2. 二极管ROM电路

2.2 可编程只读存储器（PROM）

在开发数字电路新产品的工作过程中，或小批量生产产品时，由于需要的ROM数量有限，设计人员经常希望按照自己的设想迅速写入所需要内容的ROM。这就出现了PROM－－可编程只读存储器。

2.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM）

EPROM和前面的PROM在总体结构上没有大的区别，只是存储单元不同，采用叠栅注入MOS管（Stacked－gate Injuction Metal－Oxide－Semiconductor，简称SIMOS）做为存储单元。

1. 采用叠栅技术的MOS管－SIMOS

2.工作原理

当浮置栅上没注入电荷时，在控制栅上加上正常电压时能够使漏源之间 产生导电沟道，SIMOS管导通。但当浮置栅注入负电荷以后，必须在控制栅上加更高的电压，才能抵消浮置栅上负电荷形成导电沟道，故SIMOS管在栅极加正常电压时是不会导通的。

2.4  E2PROM（Electrically Erasable Programmable Read－Only Memory，简写为E2PROM）

2.5  快闪存储器（Flash Memory）

其结构和EPROM中的SIMOS管相似，只是浮置栅和衬底之间的氧化层的厚度不同，快闪存储器中的此厚度很薄，仅为10～15nm。以及另外一些特殊的制造技术。因此快闪存储器即吸收了EPROM的结构简单、编程可靠的优点，也保留了E2PROM擦除的快捷特性，且集成度很高

2,6 ROM的应用

  用具有n位输入地址、m位数据输出的ROM可以获得一组（最多m个）任何形式的n变量组合逻辑函数，只要根据函数的形式向ROM中写入相应的数据即可。

【思考举例讲解】如何用ROM实现组合逻辑函数？

【讨论】ROM设计逻辑函数有何优缺点？

三、随机存储器（RAM）（25分钟）

随机存储器也叫随机读/写存储器，即在RAM工作时，可以随时从任一指定的地址读出数据，也可随时将数据写入指定的存储单元。

特点：读、写方便，使用灵活。

缺点：存入的数据易丢失（即停电后数据随之丢失）。

分类：静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。

3.1 静态随机存储器（SRAM）

1、 SRAM的结构和工作原理

SRAM电路一般由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路（也叫输入/输出电路）三部分组成。

2、 SRAM的静态存储单元

四、存储容量的扩展（15分钟）

当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的需求时，则需要将若干片ROM或RAM组合起来，构成更大容量的存储器。存储容量的扩展方式有两种：位扩展方式和字扩展方式。

4.1 位扩展方式

若每一片ROM或RAM的字数够用而位数不足时，应采用位扩展方式。接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可.

4.2 字扩展方式

若每一片存储器(ROM或RAM）的数据位数够而字数不够时，则需要采用字扩展方式，以扩大整个存储器的字数，得到字数更多的存储器。

【课堂练习】（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点了解ROM、 RAM结构特点及存储器的扩展方法。

作业与

思考题设置

P254：题5.15

P255：题5.19

P257：题5.23

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生能理解存储器的组成结构原理，但是利用存储器设计组合逻辑电路有困难，可先通过简单的ROM电路分析地址译码电路和存储矩阵结构，，再举例讲解设计组合逻辑函数过程，并讨论用ROM设计逻辑函数有何优缺点？

备注

知识单元名称

时序逻辑电路的分析方法

课次

第16讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

掌握时序逻辑电路的分析方法，用状态转换表、转换图和时序图来描述其逻辑功能。

本单元重点

与难点内容

重点： 时序逻辑电路的分析方法

难点： 状态转换表和转换图的绘制

教学内容

1、时序逻辑电路的分析方法

2、状态转换表、转换图和时序图

课程思政

时序电路的功能之一是构成由若干个状态形成的有效循环，而每一个有效循环中的状态称为有效状态。与此相似，没有进入有效循环中的状态就是无效状态。而时序逻辑电路可能由于受到某种干扰，在电路启动后就进入某种无效状态中，经过若干时钟脉冲后，输出仍无法进入有效状态中，这使电路无法自启动。为此，需要对电路做出一定的修改，使得电路经过一定的时钟脉冲后能自动进入到有效状态循环中。学生在调整学习、生活状态时可以借鉴时序逻辑电路的自启动问题。首先要建立一套有效的自我调节机制，疏导和排解自己的负面情绪，使自己尽快进入有效的生活状态中。比如，可以通过向有经验的人请教、培养广泛的兴趣爱好、进行体育锻炼等，帮助自己从无效状态恢复到一种有效的生活状态中，这样可以培养学生的抗压性和抗挫折能力，提高学生的心理素质。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

我们生活中有各种功能的电子电路，例如卧室里的开关电路可以实现按一下开灯，再按一下关灯，请同学思考一下这个电路可以用组合逻辑电路进行设计吗？

【新课讲授】

6.1时序逻辑电路概述（10分钟）

一、定义：时序逻辑电路（又称时序电路）：在任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。

二、电路构成：

存储电路（主要是触发器，且必不可少）+组合逻辑电路（可选）。

时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。

三、分类

根据电路状态转换情况的不同分为：

1．同步时序逻辑电路：

所有触发器的时钟

6.2时序逻辑电路的分析方法

6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法（50分钟）

同步时序逻辑电路中，所有触发器都由同一个时钟脉冲信号CP来触发，都对应相同的电平或边沿状态更新。所以，可以不考虑时钟条件。

【讨论】现态和次态的时间分割点在哪里？

（1）输出方程。时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态的函数。

（2）驱动方程。各触发器输入端的逻辑表达式。即J=？，K=？，D=？

（3）状态方程。将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到该触发器的次态方程。时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达式组成。

6.2.2 时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态流程图和时序图

1. 状态转换表

将外输入信号和现态作为输入，次态和输出作为输出，列出状态转换真值表。

触发器的逻辑功能的表示方法有哪些？相互转换？特别：与或式→真值表？

2．状态转换图

状态转换图：电路由现态转换到次态的示意图。

3. 状态流程图

 时序电路逻辑功能的另外一种描述形式称为状态机流程图。

4.时序图

时序图：在时钟脉冲CP作用下，各触发器状态变化的波形图。

【课堂练习】（15分钟）

【讨论】异步时序电路的分析方法。（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握同步时序电路的分析方法。

作业与

思考题设置

P341：题6.2 

P343：题6.12

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

时序逻辑电路的分析比较复杂，需要学生熟练掌握时序电路分析的三大方程和三大图表，学生能较顺利的写出三大方程，但是在将方程转换为图表时存在困难，课堂讲解需要详细的板书出三大图表的绘制过程，并让学生加强练习巩固。

备注

知识单元名称

移位寄存器和计数器

课次

第17讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1. 掌握移位寄存器的基本概念、工作原理、工作波形；
2. 了解移位寄存器的应用；
3. 掌握同步计数器的分类和结构原理。

本单元重点

与难点内容

重点：移位寄存器的电路结构

难点：移位寄存器的的应用

教学内容

1、移位寄存器

2、计数器

课程思政

龙芯是我国较早研制的具有自主知识产权的高性能通用处理器系列产品，广泛应用于政府、能源、金融、交通、教育等行业领域，体现了中国人艰苦奋斗、自强不息的精神，激励学生刻苦学习，努力钻研，树立科技报国的抱负。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【课程引入】

介绍国产微处理器芯片龙芯的研制过程，激励学生努力学习，科技报国，微处理中的实现四则运算的电路主要是由加法电路和移位电路构成，移位电路的结构是怎样的？如何实现数码移位呢？

【新课讲授】

一、 移位寄存器（10分钟）

具有存放数码和使数码逐位右移或左移的电路称作移位寄存器。

1．逻辑电路：

4个D触发器共用一个时钟脉冲信号，因此为同步时序逻辑电路。

数码由最左边的FF0的DI端串行输入。

2．工作原理

每一个触发器的输出→其右边触发器的输入，

则对应每一个CP上升沿，数据右移一位。

3．右移位寄存器的状态表

并行输出方式：数码由Q3、Q2、Q1、Q0取出

串行输出方式：数码从Q3取出，但需要输入4（触发器的个数）+4（数码位数）个移位脉冲才能从4位寄存器中取出存放的4位数码1011。

【课堂讨论】二进制的乘除法如何实现?(利用了移位寄存器)

二、双向移位移位寄存器（10分钟）

数码由最右边的触发器的串行端输入，每一个触发器的输出→其左边触发器的输入，则对应每一个CP上升沿，数据左移一位。

介绍双向移位寄存器74LS 194A的结构特点，引脚功能和逻辑功能。

【讨论】如何用4位双向移位寄存器74LS 194A实现8位数据双向移位寄存？

三、同步计数器（55分钟）

1、同步二进制加法计数器

分析二进制加法计数的原理

【提问】采用哪种触发器设计二进制加法计数器？

分析用T触发器构成的加法计数器的电路结构、状态转换图和波形图

介绍典型的基础芯片74161加法计数器的逻辑符号、引脚和逻辑功能分析

2、同步二进制减法计数器

分析二进制减法计数的原理

【讨论】采用哪种触发器设计二进制减法计数器？

3、同步二进制加减计数器

1）单时钟方式

介绍器件实例：74LS191（用T触发器）

2）双时钟方式

介绍器件实例：74LS193

1、同步十进制加法计数器

【提问】需要用几块触发器构成十进制计数器？

分析用JK触发器构成的十进制计数器的电路结构、状态转换图和波形图

介绍典型的基础芯片74160加法计数器的逻辑符号、引脚和逻辑功能分析

【讨论】计数器74160和74161有何不同。

【课堂练习】雨课堂发布习题（10分钟）

【课程总结】（5分钟）

   回顾本节课主要内容，重点掌握寄存器及移位寄存器的基本概念、工作原理、工作波形。

作业与

思考题设置

P345：题6.20   题6.21

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

计数器的分类很多，电路结构有点复杂，学生在分析复杂的计数器电路时，不知道从哪里开始，需要在授课中帮助学生理清思路，按模块进行电路分析，并建立模块化设计思想，掌握常用的计数器模块的引脚特性。

备注

知识单元名称

计数器

课次

第18讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握计数器的概念、分类；

2、掌握计数器的电路结构、工作原理和逻辑功能；

3、掌握任意进制计数器的构成方法。

本单元重点

与难点内容

重点： 计数器的电路结构、工作原理和逻辑功能

难点： 任意进制计数器的设计

教学内容

1、异步计数器

2、任意进制计数器的构成方法

3、环形计数器

课程思政

计数器的工作是在时钟节拍下一步步完成的，《荀子·劝学》：“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。”通过计数器的学习，引导学生要守时，珍惜时间，珍惜生命。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

介绍古代计时工具“水运仪象台”世界上最早的天文钟，激发学生学习的兴趣和民族自豪感。计数器在日常生活 、生产过程中应用得非常广泛 。 比如，在一个生产流水线上 ，我们要对工件的数量进行统计 ，就需要利用到计数器功能

一、异步计数器（20分钟）

1.异步二进制加法计数器

分析异步计数的特点

【提问】用哪种触发器构成异步加法计数器更方便？

2、异步二进制减法计数器

【思考】如何用D触发器构成上升沿动作的异步二进制减法计数器？

3、异步十进制计数器

介绍异步二－五－十进制计数器74LS290的结构及逻辑功能

【课程小结】异步计数器的特点及优缺点（5分钟）

计数器的工作是在时钟节拍下一步步完成的，《荀子·劝学》：“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。”通过计数器的学习，引导学生要守时，珍惜时间，珍惜生命。

二、任意进制计数器的构成方法（60分钟）

1. M>N的情况

这种情况下，必须用多片N进制计数器组合起来，才能构成M进制计数器。连接方式有串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式。

串行进位方式：在串行进位方式中，以低位片的进位信号作为高位片的时钟输入信号。两片始终同时处于计数状态。

并行进位方式：在并行进位方式中，以低位片的进位输出信号作为高位片的工作状态控制信号，两片的计数脉冲接在同一计数输入脉冲信号上。

【举例讲解】

整体置零方式和整体置数方式

首先将两片N进制计数器按串行进位方式或并行进位方式联成N×N > M 进制计数器，再按照N<M的置零法和置数法构成M进制计数器。此方法适合任何M进制（可分解和不可分解）计数器的构成。

【举例讲解】

【讨论】用74160计数器芯片构成36进制计数器的方法有哪些？（5分钟）

三、移位寄存器型计数器（10分钟）

1.环形计数器

以4位环形计数器为例分析它的工作原理。巩固已经学过的同步电路的分析方法。可简单讲分析过程，重点讲明逻辑功能和工作波形。

2、扭环形计数器

以4位扭环形计数器为例分析它的工作原理。

【讨论】环形计数器和扭环形计数器的优缺点。（5分钟）

【课程总结】（5分钟）

回顾本讲内容，重点掌握用已有的集成模块设计任意进制计数器的方法。

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握计数器的逻辑功能描述，和时序图分析，掌握常用的计数器芯片的逻辑符号和功能。

作业与

思考题设置

P348：题6.33

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

异步计数器的分析要注意每个触发器的时钟信号是否到达，学生在分析异步电路的时候容易忽略这点，需结合时序图进行讲解，并多次强调学生要先判断时钟信号再确定输出信号的变化。

备注

知识单元名称

时序逻辑电路的设计方法

课次

第19讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握时序逻辑电路的设计方法

本单元重点

与难点内容

重点： 时序逻辑电路的设计方法

难点： 状态转换图的绘制

教学内容

时序逻辑电路的设计

课程思政

介绍华为海思公司设计的麒麟芯片9000的结构和功能，让学生认识到CPU芯片就是一个复杂的时序逻辑电路，并通过华为和中兴事件增强学生的爱国主义精神，激励学生自主创新、科技报国。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

介绍华为海思公司设计的麒麟芯片9000的结构和功能，让学生认识到CPU芯片就是一个复杂的时序逻辑电路，那时序逻辑电路该如何设计呢？

【新课讲授】

6.4时序逻辑电路的设计方法

6.4.1 同步时序逻辑电路的设计方法

设计关键：根据设计要求→确定状态转换的规律→求出各触发器的驱动方程。

一、设计步骤（25分钟）

1．根据设计要求，设定状态，画出状态转换图。

2．状态化简

前提：保证满足逻辑功能要求。

方法：将等价状态（多余的重复状态）合并为一个状态。

3．状态分配，列出状态转换编码表

通常采用自然二进制数进行编码。N为电路的状态数。

4．画状态转换卡诺图，求出状态方程、输出方程

选择触发器的类型（一般可选JKF/F或DF/F，由于JK触发器使用比较灵活，因此，在设计中多选用JK触发器。）

将状态方程和触发器的特性方程进行比较→驱动方程。

5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图。

6．检查电路有无自启动能力。

如设计的电路存在无效状态时，应检查电路进入无效状态后，能否在时钟脉冲作用下自动返回有效状态工作。如能回到有效状态，则电路有自启动能力；如不能，则需修改设计，使电路具有自启动能力。

二、 同步时序逻辑电路的设计举例（50分钟）

掌握一种方法，需要通过一定的举例、做练习。因此本节内容的学习方法：课堂上听懂方法、步骤、关键点，再通过一定量的课后作业巩固。

[例7.5.1] 试设计一个同步七进制加法计数器。

解：设计步骤

（1）根据设计要求，设定状态，画状态转换图。

七进制→7个状态→用S0，S1，…，S6表示

状态转换图如教材中图7.5.1所示。

（2）状态化简。

本例中7个状态都是有效状态。

3）状态分配，列状态转换编码表。

根据式 ，→ N＝7，n＝3，即采用三个触发器。

选用三位自然二进制加法计数编码→列出状态转换编码表。

（4）选择触发器的类型，求出状态方程，驱动方程和输出方程。

根据状态转换编码表→图7.5.2所示的各触发器次态和输出函数的卡诺图。得

（5）根据驱动方程和输出方程画逻辑图。教材中图7.5.3所示。

（6）检查电路有无自启动能力。

电路有一个无效状态111，将该状态代入状态方程中得000。这说明一旦电路进入无效状态时，只要再输入一个计数脉冲CP，电路便回到有效状态000。

因此，具有自启动能力。

[例7.5.2] 设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。

解：设计步骤

（1）根据设计要求设定状态，画状态转换图。

由于串行输出Y的脉冲序列为10100，故电路应有5个状态，即N＝5，它们分别用S0 ，S1 ，…，S4表示。输入第一个时钟脉冲CP时，状态由S0转到S1 ，输出Y＝1：输入第二个CP时，状态由S1转为S2 ，输出Y＝0；其余依次类推。

画状态转换图，教材中图7.5.4所示。

（2）状态分配，列出状态转换编码表。

根据式可知，在N＝5时，n＝3，即采用三位二进制代码。

可列出表7.5.2所示的状态转换编码表。

（3）选择触发器类型，求输出方程、状态方程和驱动方程。

根据状态转换编码表→图7.5.5所示的各触发器次态和输出函数的卡诺图。得

（4）根据驱动方程和输出方程画逻辑图。如图7.5.6所示。

【讨论】异步时序逻辑电路的设计方法。（10分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握时序电路的设计方法。

作业与

思考题设置

小组任务：用中小规模集成芯片设计一个电灯开关，实现如下功能︰该开关有一个按钮，当按钮第一次按下,则电灯亮20秒钟后熄灭，并同时将时间显示出来；当按钮第二次按下，则电灯长亮不灭；当按钮第三次按下，则电灯熄灭。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

异步时序逻辑电路的设计复杂，步骤多，学生在设计中感觉比较困难，需在掌握基本过程和原则上多加练习，并在课程中加入仿真，对设计的系统进行仿真验证，以提高学生学习兴趣。

备注

知识单元名称

施密特触发电路

课次

第20讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、理解矩形脉冲的参数

2、掌握施密特触发电路的结构，会用波形分析法分析电路的工作过程

3、掌握施密特触发电路的应用

本单元重点

与难点内容

重点： 施密特触发电路的特点和应用

难点： 施密特触发电路的应用

教学内容

施密特触发电路

课程思政

施密特触发器是由美国科学家奥托·赫伯特·施密特（Otto Herbert Schmitt）于1934年发明，当时他只是一个研究生，激励学生努力学习，独立思考，大胆创新。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

时序逻辑电路是在矩形脉冲信号控制下一步步工作的，那矩形脉冲信号是如何获得的呢？本章学习矩形脉冲信号的产生和整形的方法。

【新课讲授】

一、获得脉冲波形的方法（5分钟）

1．利用多谐振荡器直接产生符合要求的矩形脉冲；

2．是通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之符合系统的要求。

二、 施密特触发器

1、工作原理（50分钟）

1）电路特点

⑴ 施密特触发器有两个稳定状态，其维持和转换完全取决于输入电压的大小。

⑵ 电压传输特性特殊，有两个不同的阈值电压（正向阈值电压 和负向阈值电压 ）

⑶ 状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。

2）电压传输特性

3）回差电压

【提问】回差电压有何用处？

4）逻辑符号

左图中输入与输出为反相关系，又称作施密特触发器与非门

右图中输入与输出为同相关系，又称作施密特触发器与门

5）工作波形

下图为施密特触发器与门的波形， 为施密特触发器与非门的波形。

2、施密特触发器的应用（20分钟）

1）用于波形变换

三角波、正弦波及其它不规则信号→矩形脉冲。

【举例讲解】

2）用于脉冲整形

当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较好的矩形脉冲。

【举例讲解】

3）用于脉冲幅度鉴别

如输入信号为一组幅度不等的脉冲，可将输入幅度大于 的脉冲信号选出来，而幅度小于 的脉冲信号则去掉了。

【举例讲解】

【课堂练习】（5分钟）

【课程总结】（5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握施密特触发器的结构、特性和应用。

作业与

思考题设置

P383：题7.3

P384：题7.6

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

施密特触发器的结构原理学生掌握较好，对施密特触发器的回差特性有何用怎么用不太清楚，课程中可以结合工程实例讲解施密特触发器的应用，提高学生的工程实践能力。

备注

知识单元名称

单稳态电路、多谐振荡电路

课次

第21讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

1、掌握两种单稳态触发器的电路结构和分析方法、

2、了解多谐振荡器的电路结构、工作原理、参数计算和应用。

本单元重点

与难点内容

重点： 单稳态触发电路和多谐振荡电路的工作过程分析

难点：矩形脉冲宽度计算、振荡信号周期的计算

教学内容

单稳态触发器

多谐振荡器

课程思政

通过介绍世界上第一个精确测定石英压电定律的科学家严济慈追寻科学之光的故事，激励学生努力学习，永攀科学高峰。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课讲授】

一、单稳态触发器（25分钟）

1、单稳态触发器工作特点

1）有一个稳定状态和一个暂稳态。

2）在外加触发脉冲作用下，电路从稳定状态翻转到暂稳态。

3）经一段时间后，又自动返回到原来的稳定状态。而且暂稳态时间的长短完全取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲没有关系。

2、微分型单稳态触发器

分析电路结构 、工作原理 、估算输出脉冲宽度

【思考】微分型单稳态触发器有何特点？对微分型单稳态触发器的触发脉冲有何要求？

3、积分型单稳态触发器

分析电路结构 、工作原理 、估算输出脉冲宽度

【讨论】积分型和微分型单稳态触发器的性能对比（5分钟）

4、集成单稳态触发器

介绍单稳态触发器CT74121的电路结构、触发方式

5、单稳态触发器的应用

【案例讲解】声控路灯控制

【课堂练习】（5分钟）

二、多谐振荡器（45分钟）

1、施密特触发器构成多谐振荡器

分析电路结构 、工作原理 、输出波形，分析估算振荡信号周期

2、对称式多谐振荡器

分析电路结构 、工作原理 、输出波形，分析估算振荡信号周期

3、非对称式多谐振荡器

分析电路结构 、工作原理 、输出波形，分析估算振荡信号周期

4、环形多谐振荡器

分析电路结构 、工作原理 、输出波形，分析估算振荡信号周期

5、石英晶体多谐振荡器

前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。

石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率 相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率f0，而与RC无关。

【课程思政】介绍世界上第一个精确测定石英压电定律的科学家严济慈追寻科学之光的故事，激励学生努力学习，永攀科学高峰。

【讨论】总结各多谐振荡器的特性（5分钟）

【课程总结】   （5分钟）

 回顾本节课主要内容，重点掌握单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构、特性分析和应用。

作业与

思考题设置

P385：题7.13、7.19

P386：题7.20、7.22

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

单稳态触发电路和多谐振荡电路的原理分析讲解有点复杂，学生不容易理解，授课时要在电路分析过程中定性画出电路中个点电压波形，画出控制电压充、放电的起始值、终了值和转换值，计算充、放电时间，从而求出所需的计算结果，并通过具体的应用电路让学生更深刻地理解电路的作用。

备注

知识单元名称

 555定时器及其应用

课次

第22讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

理解并掌握555定时器的电路结构、工作原理及其应用。

本单元重点

与难点内容

重点： 555定时器的结构原理

难点： 555定时器的应用

教学内容

555定时器

课程思政

结合日常生活中的楼道灯，讲解555定时器构成的延时电路，引导学生节约能源。通过 555 构成的多谐振荡器，讲述防盗报警器和救护车报警电路，警示学生珍爱生命，不能做违法乱纪的事情。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

 【课程导入】（5分钟）

定时器在日常生活 、生产过程中应用得非常广泛 。 比如，在电的生产 、传输过程中 ，为了给用户提供更优质的电能质量，也为了保证电力系统更安全 、可靠 、经济地运行 ，需要每隔一定的时间，对线路上的电压 、电流 、频率 、功率等参数进行监测和控制，这一定的时间间隔 ，就可以利用定时器实现 ，它就像一个闹钟 ，时间一到 ，就告诉计算机要去测量控制了。

【新课讲授】

一、 555定时器的电路结构及其功能 （10分钟）

1、电路结构

分析电路组成结构

2、功能分析

      表1 定时器5G555的功能表

二、用555定时器组成施密特触发器（15分钟）

1、电路结构

2、工作原理

分析电路的工作过程

3、 电压传输特性

由该特性可看出，该电路具有反相输出特性。

　【提问】回差电压如何计算？

三、 用555定时器组成多谐振荡器（15分钟）

1、电路原理

设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。

利用放电管V作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变UC ↑或↓

2、振荡周期计算

计算占空比

【提问】占空比如何调整？

四、 555定时器组成单稳态触发器（15分钟）

　1、电路结构

思路：外触发→自动返回

2、工作原理

   分析电路的稳态和暂稳态

3、脉宽估算

【提问】如何设计延时电路？（10分钟）

【讨论】三种脉冲整形电路的性能对比。（5分钟）

【课程总结】 （5分钟）

    回顾本节课主要内容，重点掌握555定时器的应用。

作业与

思考题设置

用555定时器设计一个楼道灯延时控制电路

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

学生能较好地对555定时器的电路进行分析，但在应用上还存在困难，需要结合工程案例进行讲解，提升学生的知识应用能力。

备注

知识单元名称

D/A转换器

课次

第23讲

授课类型

理论课☑讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标与要求

理解并掌握D/A转换器的工作原理和技术指标。

本单元重点

与难点内容

重点： D/A转换器的工作原理和技术指标

难点： 权电流DAC的电路原理分析，DAC的应用

教学内容

D/A转换器的工作原理和技术指标

课程思政

讲解工业控制中的炉温控制系统的控制过程，培养学生爱岗敬业，精益求精的工匠精神。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

【新课导入】（5分钟）

数模转换是将数字量转换为模拟电量（电流或电压），使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现这种转换功能的电路叫数模转换器（DAC）。

模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能的电路称为模数转换器（ADC）。

以工业控制中的炉温控制系统为例讲解A/D和D/A的作用。

【新课讲授】

一、    D/A转换原理（10分钟）

一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。

二、    D/A转换器（35分钟）

1、权电阻网络D/A转换器

分析转换电路原理和特点

【提问】权电阻网络D/A转换器有何缺点？如何改进？

2、倒 T形电阻网络D/A转换器

分析倒T形电阻网络的特点及转换原理

流入求和运算放大器的电流为：

求和运算放大器的输出电压

倒T形电阻网络由于流过各支路的电流恒定不变，故在开关状态变化时，不需电流建立时间，所以该电路转换速度高，在数模转换器中被广泛采用。

【举例讲解】集成DAC—CB7520的应用

3、权电流型DAC

分析转换电路原理和特点

【讨论】三种DA转换电路的性能对比

三、    具有双极性输出的DAC（15分钟）

讲解设计思想，引导学生思考如何实现

【提问】倒 T形电阻网络D/A转换器如何实现双极性输出？