译码器及其应用(《数字电子技术》课程教学大纲)

译码器及其应用
一、 课程基本信息（一）课程代码：03B03008 
（二）课程中文名称：数字电子技术
（三）课程英文名称：Digital Electronics
（四）课程性质：学科基础课程
（五）适用专业：电气工程及其自动化、轨道交通电气与控制、轨道交通信号与控制、通信工程、物联网工程、电子信息工程。
（六）开课单位：电气工程学院
（七）教学时间安排：第五学期
（八）先修课程： 电路基础、模拟电子技术
（九）后续课程：信号与系统、自动控制原理 
（十）学时、学分安排：

二、 课程教学目标及教学任务（一）课程所支撑的毕业要求及程度
课程与毕业要求关联度矩阵

（二）课程目标摘要
通过本课程的学习，达到以下几方面的要求：
（1）掌握逻辑门电路的外特性及正确使用联接的基本理论和方法。培养识读电路图的基本能力。
（2）掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法，熟悉常用典型组合电路。培养设计电路的基本能力。
（3）掌握常用中规模数字集成电路的逻辑功能， 利用常用的中规模集成电路设计组合逻辑电路和时序逻辑电路。提高数字电路的分析能力和设计能力。
（4）在教学过程中必须重视培养自学能力、 分析问题和解决实际问题的能力。具备运用数字电子技术知识解决工程实际问题的初步能力。
（5）培养爱岗敬业的良好职业道德和科学严谨，求真务实的职业能力。
学生保持身心健康、具有人文学科与社会科学素养，具备工程职业道德和社会责任感；具有组织管理能力，适应环境和团队协作能力；坚持可持续发展的理念，遵守本专业领域的技术标准、相关行业的政策、法律和法规；具有创新意识和综合运用所学科学理论、分析和解决问题的方法及技术手段解决电气工程领域相关复杂工程技术问题的能力，能够参与电气工程领域相关产品的测试、设计开发，并具有系统运行和维护能力；具备自我学习和持续提升国际视野能力，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
（三）教学任务
（1）掌握常用数制与常用码制。
（2）掌握逻辑代数的基本定理，常用公式及其化简方法。
（3） 正确理解MOS管、双极型三极管的开关特性，分区等效电路及其应用。
（4）熟悉逻辑门电路的外特性及正确使用联接。
（5）掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法，熟悉常用典型组合电路。
（6）掌握触发器的电路结构与逻辑功能。
（7）掌握同步、异步时序电路的分析方法和设计方法。
（8）熟悉常用中规模数字集成电路的逻辑功能， 利用常用的中规模集成电路设计组合逻辑电路和时序逻辑电路。
（9）掌握脉冲波形产生与变换电路的工作原理，波形参数的计算方法。
（10）熟悉各类数模、模数转换器的结构和工作原理及其性能参数。
(11）熟悉各种半导体存储器的工作原理及其使用方法。
（12）熟悉可编程逻辑器件的分类、特点和基本工作原理。
（13）掌握数字系统设计的基本方法，了解数字电路测试的基本概念、基本方法。
每个项目授课完成后，需要学生掌握相关章节基本知识、理论和方法，具备查阅技术资料的能力，按照相关国家标准和行业标准完成相应的设计，培养学生解决工程实践问题的能力。
三、 课程教学内容1.理论教学
第一章
总体内容与目标：数字电路基础知识。掌握各种数制与编码；熟悉各种数制及码制转换规律。
具体内容：逻辑代数基本概念、公式和定理；逻辑函数及其表示方法；逻辑函数的代数法、卡诺图法化简；具有无关项的逻辑函数及其化简。
课程思政融入点及预期的效果：5G时代新模式的开启与智能手机的发展；“神威·太湖之光”全国产综合处理器，世界首台运算性能超过10亿次并行规模超千万核的划时代超级计算机。从逻辑函数的五种描述方法去理解辩证法中事物的多样性，引导学生将大学中所获得的知识、思想、方法和动机的多样性融合于创新能力的培养中，激发和提高创新意识，增强学生的爱国情怀。
重点难点：进位计数制、码制之间相互转换；公式法和卡诺图化简；具有无关项的卡诺图化简。
思考题（案例）：引入无关项的目的时什么？
学习要求：课前预习数制的基本知识；课后复习卡诺图的化简。
作业：用卡诺图化简逻辑函数。
第二章
总体内容与目标：逻辑门电路；掌握逻辑运算的方法，熟悉逻辑门。 
具体内容： MOS管的开关特性，CMOS反相器及其外特性；其他类型的CMOS门电路；三极管开关特性，TTL反相器及其参数；其他类型的TTL门电路；TTL电路与CMOS电路的接口。
课程思政融入点及预期的效果：加州大学伯克利分校“鳍式晶体管”，让二维半导体可以“变平房为高楼”，还可以使晶体管缩小到1纳米。用辩证法的否定观来分析半导体器件在数字电路中的作用，引导学生正确看待事物发展的新方向，坚持量变与质变相统一，做到创新从基础做起，一步一个脚印。培养学生的创新意识和共享意识。
重点难点：集成逻辑门功能和使用中的实际问题。
思考题（案例）：比较TTL反相器与CMOS反相器的异同。
学习要求：课前预习二极管、三极管的基本知识；课后复习TTL与非门的内部结构及工作原理。
作业：做出具体电路的波形图。
第三章
总体内容与目标：组合逻辑电路。掌握组合逻辑电路的分析方法、设计方法和常用组合逻辑电路。 
具体内容：组合逻辑电路的分析与设计；编码器、译码器；数据分配器、数据选择器件；算术运算电路、数值比较器；组合电路中的竞争－冒险现象。
课程思政融入点及预期的效果：在组合电路中每个门电路实现一个功能，只有所有功能加在一起，才能构成一套完整的逻辑。实际问题的逻辑分析与实现。引导学生正确看待个体与整体的辩证关系，充分发挥个人在创新团队中的作用，在提高团队凝聚力和综合性创新能力的同时实现个人创造力和核心力。
重点难点：组合逻辑电路的分析和设计，任意项组合逻辑电路的设计，常用组合逻辑电路功能及应用，冒险竞争现象的判别与消除。
思考题（案例）：用3-8线二进制译码器74LS138实现数据分配功能。
学习要求：课前预习组合逻辑电路分析的基本知识；课后复习用集成实现组合逻辑函数。
作业：用三种方法设计三人表决器。
第四章
总体内容与目标：触发器。掌握各类触发器的逻辑功能及应用。
具体内容：时序电路概述；基本触发器；集成触发器。
课程思政融入点及预期的效果：JK触发器通过不同输入端接线构成不同触发器。“勿以善小而不为”。
重点难点：SR 触发器、D 触发器、T 触发器、JK 触发器工作原理、特性以及相互 转换。
思考题（案例）：同步触发器和主从触发器的区别与联系。
学习要求：课前预习RS触发器的基本知识；课后复习触发器的功能描述。
作业：触发器之间的相互转换。
第五章
总体内容与目标：时序逻辑电路。掌握时序逻辑电路的分析、设计方法和常用时序数字部件。
具体内容：时序电路的分析；同步时序电路的设计；计数器；寄存器与移位寄存器； 序列信号发生器时序电路概述。
课程思政融入点及预期的效果：引导学生要从辩证唯物主义角度认识学习过程，通过书本所学。掌握自然历史的规律，利用自然规律进行创新改造，提高自主创新能力。
重点难点：同步时序电路的分析与设计，异步时序电路的分析。
思考题（案例）：异步二进制计数器的连接规律和特点。
学习要求：课前预习同步、异步的基本知识；课后复习集成同步计数器的功能。
作业：用集成计数器构成任意进制计数器。
第六章
总体内容与目标：脉冲波形的产生与整形。掌握 555 定时器及其单稳、多谐振荡器和施密特电路应用。
具体内容：555 定时电路；单稳态电路；多谐振荡器；施密特电路时序电路的分析。
课程思政融入点及预期的效果：综合本课程所学，构建复杂的数字系统。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。” 理论知识不能只停留在原理性内容上，做到知行合一，就要有实践，正所谓“知者行之始，行者知之成”。在实践中不断总结创新经验，深入学习，迎难而上。我国航空电子技术相对比较落后，发展我国航空电子技术必须走自主创新研究为主，国际合作为辅的道路。
重点难点：555 电路的基本工作原理，单稳、多谐振荡器和施密特电路。
思考题（案例）：555定时器的命名规则。
学习要求：课前预习电阻并联分压、比较放大器和基本RS触发器的基本知识；课后复习555定时器的功能。
作业：用555定时器设计叮咚门铃。
第七章
总体内容与目标：数-模与模-数转换电路。掌握 ADC、DAC 的基本工作原理和应用。
具体内容：DAC 的基本概念、电路形式及工作原理；ADC 概念和电路组成电路集成 DAC；集成 DAC、集成 ADC。
重点难点：ADC 和 DAC 的工作原理。
思考题（案例）：倒T型电阻网络D/A转换电路中，为什么流经2R电阻的电流与模拟开关所置的位置无关？
学习要求：课前预习虚短、续断、虚地的基本知识；课后复习并行比较型A/D转换器的工作原理。
作业：分析逐次比较型A/D转换器的工作原理。
第八章
总体内容与目标：存储器。掌握半导体存储器结构和可编程逻辑器件原理。
具体内容：半导体存储器；可编程逻辑器件。
课程思政融入点及预期的效果：华为麒麟960手机芯片，实现高性能和长续航的突破；华中科技大学基于相变存储器的3D XPOINT存储技术的研制。结合我校近年来举办和参与的各类专业竞赛，鼓励学生勇于去打开创新的大门。培养学生的自主创新精神和爱国情怀。
重点难点：存储器容量扩展。
思考题（案例）：ROM 存储器是如何分类的？
学习要求：课前预习ROM和RAM的基本知识；课后复习DRAM（动态随机存取存储器）和 SRAM（静态随机存取存储器）， 当关机或断电时，其中的信息都会随之丢失。
2.实验（1）验证74LS20的逻辑功能任务：验证双四输入与非门74LS20的逻辑功能。
场所：实验室
内容：测试74LS20的引脚的功能；测试74LS20的逻辑功能。
教学方法：验证性
基本要求：通过验证双四输入与非门74LS20的逻辑功能，熟悉逻辑门电路的外特性及正确使用联接。
重点难点：双四输入与非门74LS20引脚的排布，多余输入端输出端的处理。
说明：四两输入与非门74LS00、六非门74LS04引脚的排布引脚的功能以及逻辑功能。
（2）验证六反相器74LS04的逻辑功能任务：熟悉门电路逻辑功能。
场所：实验室
内容：验证六反相器74LS04各引脚的功能及其集成电路的逻辑功能。
教学方法：设验证性
基本要求：熟练掌握验证电路的连接及调试方法。
重点难点：设计电路。
说明：电路的安装及调试。
（3）半加器全加器及逻辑运算任务：学会二进制数的运算规律。
场所：实验室
内容：完成半加器全加器的设计。
教学方法：设计性
基本要求：组合逻辑电路功能测试；用异或门（74LS86）和与非门设计半加器；测试全加器的逻辑功能；用异或、与或和非门设计全加器。
重点难点：设计测试电路。
说明：控制端的置位。
（4）译码器和数据选择器任务：掌握译码器逻辑功能的测试方法。
场所：实验室
内容：完成译码器逻辑功能的测试。
教学方法：设计性
基本要求：译码器功能测试；译码器转换；数据选择的测试及应用。
重点难点：设计电路。
说明：控制端的置位。
（5）组合逻辑电路的设计和逻辑功能验证任务：掌握集成逻辑电路的设计。
场所：实验室
内容：由基本逻辑门实现复杂逻辑关系的一般方法。
教学方法：设计性
基本要求：设计比较器、奇偶校验器。
重点难点：设计电路。
说明：电路的安装及调试。
（6）集成计数器
任务：掌握计数器逻辑功能的测试方法。
场所：实验室
内容：熟悉集成计数器逻辑功能和各控制端作用。
教学方法：设计性
基本要求：集成计数器74LS290功能测试；计数器连接；任意进制计数器设计方法。
重点难点：设计电路。
说明：控制端的置位。
（7）时序电路任务：掌握常用时序电路分析、设计及测试方法。
场所：实验室
内容：完成时序电路的功能测试。
教学方法：综合性
基本要求：完成时序电路的功能测试，分析时序电路，设计时序电路。
重点难点：设计电路。
说明：电路的安装及调试。
（8）波形产生及单稳态触发器
任务：掌握单稳态触发器的使用。
场所：实验室
内容：熟悉多谐振荡器的电路特点及振荡频率估算方法。
教学方法：创新性
基本要求：多谐振荡器；单稳态触发器。
重点难点：设计电路。
说明：电路的安装及调试。
四、 教学内容学时分配课程教学学时分配表

五、 教学参考资料[1]谢国坤.《数字电子技术基础》[M].电子工业出版社,2020年7月
[2] 谢兰清.《数字电子技术项目教程》[M]. 电子工业出版社, 2013年6 月
[3] 阎石.《数字电子技术基础》[M].高等教育出版社,2017年3月
[4] 侯建军.《数字电子技术基础》[M].上海交通大学出版社,2016年11月
六、 课程考核（一）考核方式：考试；
（二）考核方案：期中20%、期末50%、平时10%、实验20%。
（三）考核标准：闭卷考试考核标准按照试卷答案及评分标准。
 
 
制  定  人：谢国坤
审  核  人：任小文学 院 负 责 人：李银兴

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