1、课程名称：数字逻辑电路任课教师：田琛专业班级：自动化 84、 85、 86授课时间： 2009-2010学年第二学期1 11周， 13 15周每周二 3、 4节，每周五 5、 6节上课地点：中 2 3223概论第一章数制和编码第二章逻辑代数基础数字逻辑电路课程补充材料第三章组合逻辑电路的分析与设计第四章同步时序电路的分析第五章同步时序电路的设计第六章异步时序电路的分析与设计第七章可编程逻辑器件 PLD 第八章数字系统设计绪论一、关于课程：1. 课程名称：数字逻辑电路Digital Logic Circuits2. 课程主要任务和研究的目的：系统地介绍 数字系统设计 的 理论知识 ；培养学生解决
2、 数字电路实现问题 的实践能力。能够独立的设计并实现一个具体的 逻辑功能部件 或 数字系统 。3. 教学基本要求通过本课程的学习，学生在数字系统的分析、设计和应用知识方面应当达到以下基本要求：1，在掌握 逻辑代数运算规则的基础上，深刻理解数字系统的作用、功能和原理。对数字电路与模拟电路的区别和联系有清晰的概念。2，熟练掌握组合逻辑电路和 时序逻辑电路 的 分析和设计 方法，熟悉常用数字器件的功能、原理和使用方法。3，掌握 数字系统EDA的基本概念，能够使用EDA设计工具进行数字系统设计。熟悉 可编程逻辑器件和其它超大规模集成数字器件的结构、工作原理和使用方法。4，突出 数字系统 的抽象和描述能
3、力培养，能够根据实际应用需求建立对应的数字系统模型。强调实践动手解决数字电路实现问题能力的培养。4. 研究的内容：关于“数字 Digital”模拟量analog value 和 模拟电路analog circuit数字量digital value 和 数字电路digital circuit 模拟量的特点： 连续不断的物理量( 随着时间变化) 。 数字量的特点： 离散的、不连续的物理量，被抽象为在任何时刻只有两个离散值： 0 和 1、 高和低、真和假 、 H 和 L 、 T 和 F ，等表示。 模拟电路： 处理随时间变化的信号，信号值可以是在一定范围内连续变化的电压、电流或其他参量。 数字电路和
4、数字系统： 实际上它的电流和电压也是在一定范围内连续变化的。但在数字电路和系统的设计过程中我们假设它们不是连续变化的。（忽略模拟行为特性）例：电子线路中的晶体管工作示意图，如下：注意：a 模拟器件和模拟系统是处理模拟信号的。b 晶体管的开关特性是数字电路研究的重点，上例中物理量已逻辑约定成逻辑量 0 和 1。c 数字电路具有模拟电路的特性，如时间延迟问题。ViVoVILVIHVOHVOL模拟部分：放大开关部分：截止， Vi=0Vo=1开关部分：饱和， Vi=1Vo=0EiViVoVcci Bi Ci E这个三极管电路起到了 逻辑取反的作用：Vi0时Vo1；Vi1时Vo0。可作为一个 非门非门。
5、i Bi Ci E对于一个标准门（ Gate），其逻辑0（1）对应输出电压值并不一定是某一具体电压值，它可以是在某一电压范围 内，而这一电压范围能够被其它门识别为逻辑0（1）。不同器件有不同的逻辑0/逻辑1的电压范围 。只要某器件的输出位在另一器件输入的逻辑0/1电压范围内，该输出将起到0（或1）的作用。模拟电子电路设计： 确保逻辑门输出的逻辑信号在合适的电压范围内（如在下一级输入的要求范围内）；同时识别在合适区域内的输入逻辑信号。数字设计：只需一定的模拟电路知识以确定设备工作在规范要求的环境中。b.1Invalid100c.时间延迟问题：在动态情况下，即三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转
6、换时，由于三极管内部电荷的建立和消散约需一定的时间，所以集电极电流ic的变化滞后于基极电压vi的变化。当然，输出电压vo的变化也要相应地滞后。目前晶体管的开关速度（H L或L H的响应时间）小于10ps。关 于 “逻辑logic” 研究 “因果 ”关系，即逻辑关系。输入量、输出量均为 逻辑量 ；三种基本因果关系：逻辑与:只有决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才会发生。逻辑或:在决定事物结果的诸条件中只要有任一个满足，结果就会发生。逻辑非:只要某一条件具备了，结果便不发生；而此条件不具备时，结果就会发生。 通过 逻辑运算，实现其逻辑关系，即逻辑代数；把 与 、 或 、 非 看作是逻辑变量间的
7、最基本运算，可将逻辑关系写成： 逻辑是由逻辑量、逻辑关系和逻辑运算所组成的集合。 逻辑分为许多类型，其中最简单的是二值逻辑运算，也称二值布尔代数， 又称开关代数。如：真 /假、开 /关、高 /低、有 / 无， 1/0，等。（第 2章）YABYABYA= = + =i关 于 “数字系统digital system”用数字量来传递信息，并进行 逻辑加工及 数字加工的系统；由于这种逻辑加工 (即 逻辑运算) 是建立在一套完整的逻辑理论( 即 逻辑代数 )基础上，这种科学的严密性保证了系统的准确性和可靠性，并易于控制。关于 “数字逻辑电路digital logical circuit”通过讨论数字电路
8、中输入信号与输出信号之间的逻辑关系，运用数字逻辑的基本原理和基本方法，设计出实现特定逻辑要求的逻辑器件（电路），最终完成一个完整的数字系统。 数字逻辑电路( 器件 )与模拟器件的比较：问题：为什么目前，越来越多地用数字系统替代模拟系统呢？许多原来是模拟的系统现在都变成了数字系统。例如：1）照像机（ Still Pictures）：卤化银胶片v.s.数字存储（数字处理压缩至原存储量5，JPEG）2）录像设备（ Video Recordings）：录像带v.s.MPEG-2压缩DVD3）音频记录（ Audio Recordings）：录音带v.s.CD、MP33）汽车的化油器等设备（ Automo
9、biles carburetors）：力学系统（力学联接）探测温度、压力等v.s.嵌入式微处理器探测温度、压力等4）电话系统（ The telephone system）5）交通灯的控制（ Traffic lights）6）电影的特技效果（ Movie effects）数字电路与模拟电路相比有什么优点呢？ 稳定性好设计得好的数字电路，若给定一组确定的输入，总会给出相同的输出结果（逻辑关系）。而模拟电路则表现得总是不太稳定，其输出还受温度、电源电压、器件老化等诸多因素影响。 速度快目前的数字器件运行速度非常快。晶体管的开关速度已经小于 10ps。用这样快速的晶体管制造的复杂数字电路系统可以在 2
10、ns中对输入产生响应。也就是说在一秒钟内可以产生 500兆次输出。（2ns10ps200） 集成度高且成本低数字电路可以在一个很小的空间里提供许多功能。常用的电路均可以设计成集成电路芯片，且生产成本很小。现在市场上有许多用过就丢弃的计算器、手表、会唱歌的圣诞卡片等都是这一类产品。 设计容易数字设计，即逻辑设计，输入输出要求合乎逻辑，并不需要特别的数学技巧。尤其是规模小的数字电路的逻辑特性很容易明白，也不需要很深入地了解诸如电容、晶体管和许多其他器件的微积分模型。 功能灵活当把实际问题简化为数字形式，就可以通过空间和时间上的一系列逻辑步骤加以处理。例如：很容易设计一个数字电路对一段录音进行加密，
11、只有知道密码的人才能听出。但若只用模拟电路的技术要做到这点就很困难。 可编程性数字逻辑的设计完全可以用硬件描述语言来编程， 还可以编写它的可综合模型、仿真模型，并通过运行程序来 验证设计的正确性，然后把它下载到 CPLD或 FPGA上，或者作成专用的 IC。 不断进步的技术数字设计师必须了解数字技术的发展，尤其在设计初始阶段必须考虑到这一点。例如： PC机的设计者在设计时就考虑到在机器中加扩展插糟，新器件出现后机器还可以升级。 其他方面 （由此开始）微机原理公共基础课高数 英语 物理 线性代数 离散数学 数字逻辑系统 电信类 专业 专业基础课电路 电工原理 模电 电类专业基础课系统结构 网络技
12、术 （由此开始）专业课公共基础课高数 英语 物理 线性代数 数字逻辑系统 电信类 专业 专业基础课电路 电工原理 模电 电类专业基础课单片机技术 嵌入式系统专业课专业课计算机控制系统CPLD技术及应用微机原理4. 本课程在学科体系中的地位硬线逻辑：由与门、或门、触发器、MSI、 LSI等基本逻辑部件构成的逻辑系统。（由此开始）微机原理公共基础课高数 英语 物理 线性代数 离散数学 数字逻辑系统 电信类 专业 专业基础课电路 电工原理 模电 电类专业基础课系统结构 网络技术 （由此开始）专业课公共基础课高数 英语 物理 线性代数 数字逻辑系统 电信类 专业 专业基础课电路 电工原理 模电 电类专
13、业基础课单片机技术 嵌入式系统专业课专业课计算机控制系统CPLD技术及应用微机原理4. 本课程在学科体系中的地位重点研究 这些基本逻辑部件 “逻辑门 ”的外部功能；并由 “门 ” 构建更大的功能级模块部件，如加法器、运算器或控制器等。综上所述“数字逻辑电路 ”是一门集数字电子技术、逻辑分析方法、计算机组成科学为一体的专业课程，研究在 计算机体系结构、数字系统中 部件级 的分析和设计方法。5. 数字系统的简单层次设计：逻辑部件简单的数字系统，如汽车尾灯、交通灯控、广告灯箱等较复杂的数字系统，如单片机工控、测试等带有简单编程的系统。复杂的数字系统，如计算机系统，要研究其“组成” 和 “系统结构 ”
14、。第 5级 复杂系统 ：从第 2级到第 4 级的功能部件第 4级更复杂的功能逻辑单元 ，如微处理器(VLSI)第 3级功能逻辑单元 ，如加法器、计数器、乘法器(MSI与 LSI)第 2级功能逻辑单元 ，如门，与、非、与非、异或(SSI)第 1级电子元件 ，如晶体管、二极管、电阻、电容(元件级 )二、教材及参考书目 ： 数字逻辑（第二版）数字逻辑（第二版） .鲍家元鲍家元 毛文林毛文林 编著编著 .北京：高等教北京：高等教育出版社育出版社 .2002 Digital Design - Principles & Practices (Third Edition) .John F. Wakerly.
15、北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社 .2001年年 Digital logical Circuit Analysis & Design.Victor P. Nelson.北京：清华大学出版社.1997年 MIT开放式课程镜像网站开放式课程镜像网站 课程编号课程编号 6.111 http:/ http:/ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-111Spring-2006/CourseHome/index.htm 听讲与读书相结合。由于相关领域的知识在不断地发展，因此专业技术人员需要不断地学习，尤其要
16、培养独立思考和自学能力。 教学的内容必须既要注重基本原理和基本方法的学习，更要注重设计中应用积累，总结经验，强化实践能力的培养。 基本原理变化不大，通过学习具体例子加强对原理的理解。不要死记硬背公式与实例，要 举一反三，勤于思考。 学好设计技术的一个很重要的途径是通过学习具体的设计示例，通过自己动手实践，注重设计思想和培养动手能力。 学习特点：“三易 ” 易教、易学、易出错。“三要 ” (要)讲课、(要)读书、(要)做作业三者相结合。“三问” 是什么？为什么？什么更好？三、教学方法： “一精讲二读书三多练 ”讲课内容：第 1章 第 8章（不包括带 *部分）作业布置：各章中与教学要求一致的习题每章收 1 2次作业考试安排：内容以指定教材为主考试时间：本学期结束前。答疑：时间：地点：西一楼 527室四、教学安排：
