《数字电子技术基础》 阎石编著 - 数字电路教案

数字电路教案

课程编号 授课专业 授课教师 授课时间 课程教学 总学时数 考核方式

0450506 通信工程 刘明亮 2008~2009学年第二学期 70 学时 课程名称 授课对象（年级） 课程类型 教材名称 学时分配 数字电路 2007级 必修课 《数字电子技术基础》 阎石编著 高等教育出版社 课堂教学70学时 辅导答疑30学时 考试：笔试80%+平时20% 1、 本课程要求学生通过系统学习，了解和掌握逻辑代数、门电路的基本原理。 教 学 目 标 2、 掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析、设计方法，学会一些基本部件的设计。 3、 掌握常用脉冲电路的功能和原理。 4、 掌握A/D、D/A转换电路的基本知识、原理和方法。 5、 培养学生较强的逻辑思维能力及实践技能，从而对数字系统有一个较全面的了解。 6、 加强学生的创新能力，能够学为所用，提高学生的学习兴趣，为后续课程奠定良好的基础。 本课程理论课学时数为70，实验24学时。各章学时分配见下表：

课内教学 章次 一 二 三 四 五 六 七 章 名 理论教学时数 绪 论 数字逻辑基础 门电路 组合逻辑电路 触发器 时序逻辑电路 脉冲信号产生与整形 A/D与D/A转换器 合 计 实验时数 总学时 3 6 3 6 3 3 24 2 11 10 16 13 21 13 8 94 2 8 10 10 10 15 10 5 70 第一章 逻辑代数基础

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、掌握二进制数、二—十进制数（主要是8421 BCD码） 2、熟练掌握逻辑代数的若干基本公式和常用公式。 3、熟练掌握逻辑函数的几种表达形式。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、绪论：重点讲述数字电路的基本特点、应用状况和课程主要内容。 2、逻辑代数的基本运算：重点讲述各种运算的运算规则、符号和表达式。

3、逻辑代数的基本公式和常用公式：重点讲述逻辑代数的基本公式与普通代数公式的区别，常用公式的应用背景。

4、 逻辑函数的表示方法：重点讲述各种表示方法的特点和相互转换方法。

本周教学难点：

反演定理和对偶定理：注意两者之间的区别、应用背景和变换时应注意的问题。

【教学内容与时间安排】

一、绪论（约0.5学时） 1、电子电路的分类。 2、数字电路的基本特点。 3、数字电路的基本应用。 4、本课程的主要内容；

5、本课程的学习方法和对学生的基本要求。 二、数制与码制（约1.5学时）（若前置课程已学，可作简单复习0.5学时） 1、几种不同进制（二、八、十、十六进制）。 2、几种不同进制相互转换。 3、码制（BCD码）。 三、逻辑代数

1、基本逻辑运算和复合逻辑运算：与、或、非运算是逻辑代数的基本运算；还可以形成其他复合运算，常用的是与非、或非、与或非、异或、同或运算。（约0.5学时）

2、常用公式（18个）（约0.5学时）

3、基本定理（代入定理、反演定理、对偶定理）（约0.5学时） 4、逻辑函数的概念及表示方法（约0.5学时）

5、逻辑函数各种表示方法间的转换：常用的转换包括： 函数式←→真值表； 函数式←→逻辑图（约1学时）

【教学方法与教学手段】

采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论逻辑代数公式和普通代数公式的相同和不同之处，讨论逻辑函数各种表示方法的特点和相互转换方法。

【作业】

P38 1.1 1.2 1.8 1.10

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握四变量以下的卡诺图化简的方法和步骤，并学会在化简中正确利用约束项。

2、正确理解公式化简法及化简的原则。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、逻辑函数的标准形式：重点讲述逻辑函数标准与或式的展开方法。 2、逻辑函数的公式化简法：重点讲述最简与或式的概念和常用化简技巧。 3、逻辑函数的卡诺图表示方法：重点讲述函数的卡诺图画法。

4、逻辑函数的卡诺图化简法：重点讲述图形法的化简步骤以及与公式化简法的对比（特点与适用范围）。

本周教学难点：

1、公式化简法的技巧：注意结合实例说明各种技巧的综合运用。

2、逻辑函数的卡诺图表示方法：注意讲述卡诺图的结构、相邻的含义和函数的卡诺图画法。

3、具有无关项的逻辑函数化简：注意讲述卡诺图化简法的化简技巧。

【教学内容与时间安排】

一、逻辑函数的两种标准形式（约1学时） 1、最小项的定义和性质； 2、最大项的定义和性质；

3、逻辑函数的最小项之和形式； 结论：任何一个逻辑函数均可展为最小项之和形式即标准与或式，且该形式唯一。 展开方法：利用基本公式去掉括号和非号，再利用公式A?A?1展开。 4、逻辑函数的最大项之积形式； 结论：任何一个逻辑函数均可展为最大项之积形式即标准或与式，且该形式唯一。 展开方法：先求出反函数的标准与或式，再利用反演定理求反即可。 二、最简与或式的定义

最简与或式满足如下两个条件：a）乘积项的个数最少；b）在满足条件a的前提下，每个乘积项中因子的个数最少。 三、公式化简法（约1学时）

原理：利用逻辑代数的基本公式和常用公式化简。

常用方法：1、合并项法；2、吸收法；3、消去法；4、消项法；5、 配项法。 *注意在实际化简时，往往要综合运用上述方法。

四、逻辑函数的卡诺图表示法：（约1学时）

1、卡诺图的概念； 2、卡诺图的结构； 3、函数的卡诺图表示法

五、卡诺图化简法（约1学时）

原理：利用函数的卡诺图合并相邻的最小项。

化简步骤：1、将函数展开为标准与或式；2、画出函数的卡诺图；3、合并相邻的最小项；4、选择乘积项，写出最简与或式。

选择乘积项的原则：a. 须包含函数的全部最小项；b. 选用乘积项的总数应最少；c.每个乘积项包含的因子最少。

六、具有无关项的逻辑函数化简（约0.5学时） 1、无关项的概念 2、函数化简方法

七、逻辑函数的变换与实现（约0.5学时） 1、逻辑函数的其他表达形式 a. 与—或式 b. 与非—与非式 c. 或—与式

d. 或非—或非式 e. 与或非式

2、逻辑函数的变换与实现

利用逻辑函数公式和定理将最简与—或式变换为其他表达形式

【教学方法与教学手段】

本讲主要采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论卡诺图化简法中的“画圈”技巧。

【作业】

P40 1.11 1.13 1.16 1.20

第二章 门电路

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、正确理解TTL的门电路结构、工作原理、逻辑功能和主要参数。

2、熟练掌握其外部特性及特点，并从输入特性、输出特性、电压传输特性、速度、功耗、抗干扰能力、带负载能力对电路进行比较，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、半导体器件的开关特性：重点讲述各种器件的导通和截止条件与特点。 2、TTL反相器的结构和原理：重点讲述典型结构和定性分析方法。

3、TTL反相器的电压传输特性：重点讲述各种特性的含义、相关参数和应用背景。

本周教学难点：

1、半导体器件的结构和特性曲线：主要讲述各种器件的外部特性和主要参数。 2、TTL反相器的原理：主要讲述根据三极管的开关条件与特点进行定性分析的方法。

3、TTL反相器的电压传输特性：结合TTL反相器的结构理解各种特性，在此基础上讲述相关参数。

【教学内容与时间安排】

一、门电路的基本概念（约0.5学时）

1、门电路的定义和分类：门电路按照逻辑功能可分为与门、或门、非门、与非门等；按照制造工艺可分为TTL门、CMOS门等。

2、逻辑状态的表示方法：在逻辑电路中，利用电路输入或输出的高、低电平来表示逻辑状态，可分为正逻辑和负逻辑两种。注意高电平和低电平是指两个电平范围，而不是固定的电压值。

二、二极管的开关特性（约0.5学时） 1、二极管导通的条件和特点； 2、二极管截止的条件和特点；

3、动态开关特性：存在反向恢复时间tre，其原因在于PN结的电容效应。 三、三极管的开关特性（约0.5学时） 1、三极管饱和导通的条件和特点 2、三极管截止的条件和特点

3、动态开关特性：存在开启时间TON和关断时间TOFF，影响了三极管的开关速度。

四、MOS管的开关特性（约0.5学时） 1、MOS管导通的条件和特点

2、MOS管截止的条件和特点

3、动态开关特性：主要影响因素是开关电路中输入、输出回路中等效电容的充、放电时间。

五、分立元件门电路（约1学时）

包括二极管与门、二极管或门和三极管非门，它们的结构简单，但是输出电平存在偏移而且带负载能力较差，通常只是作为LSI的内部单元来使用。 六、TTL反相器的结构和原理（约1学时）

1、结构：TTL反相器由三部分构成：输入级、中间级和输出级。

2、原理：A为低电平时，T1饱和，VB1≈0.9V，VB2≈0.2V，T2和T5截止，T4和D2导通，Y为高电平；A为高电平时，VB1≈2.1V ，T1倒置，VB2≈1.4V，T2和T5饱和，T4和D2截止，Y为低电平。 七、TTL反相器的电压传输特性（约1学时） 1、 电压传输特性的定义；

2、 电压传输特性的分析：分为四个区段：

AB段：UI＜0.6伏，截止区；BC段：0.6伏＜UI＜1.3伏，线性区； CD段：UI≈1.4伏，转折区；DE段：UI＞1.4伏，饱和区。

3、相关参数：阀值电平VTH，开门电平VON，关门电平VOFF，高电平噪声容限VNH，低电平噪声容限VNL。

【教学方法与教学手段】

本讲主要采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论半导体器件作为开关器件使用和作为放大器件使用时在特性上的区别，在讲述TTL门电路的电气特性时可采用多媒体教学。

【作业】

P125 2.1 2.2

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、了解OC门和三态门的使用。

2、课堂自学正确理解COMS的门电路结构、工作原理、逻辑功能和主要参数。 3、培养学生的自学能力、独立思考与解决问题的能力，帮助学生克服学习中的畏难心理。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、TTL反相器的静态输入和输出特性：重点讲述各种特性的含义、相关参数和应用背景。

2、其他逻辑功能的TTL门：重点讲述各种门电路的功能及其电气特性方面与TTL反相器的相同和不同之处。

3、集电极开路的门电路（OC门）和三态输出门电路（TS门）：重点讲述OC门和TS门的功能、使用方法和应用。

本周教学难点：

1、TTL反相器的静态输入和输出特性：结合TTL反相器的结构理解各种特性，在此基础上讲述相关参数。

2、TTL反相器的动态特性：主要讲述相关概念以及对于应用的影响，不必讲述过细。

3、集电极开路的门电路（OC门）和三态输出门电路（TS门）：注意讲述OC门可实现“线与”的原因和TS门输出高阻的概念。

【教学内容与时间安排】

一、TTL反相器的静态输入和输出特性（约1学时） 1、输入特性 定义：II=f（UI）。

相关参数：输入短路电流IIL，高电平输入电流IIH。 2、输出特性

定义：VO=f（IL），分为高电平输出特性和低电平输出特性。 相关参数：最大负载电流ILMAX，扇出系数N。 3、输入端负载特性 定义：VI=f（RI）。

相关参数：开门电阻RON，关门电阻ROFF。 二、TTL反相器的动态特性（约0.5学时）

背景：TTL反相器在状态变化过程中出现的现象。

1、传输延迟时间Tpd：门电路的输出波形相对于输入波形的滞后时间。 2、交流噪声容限VNA=f（Tw）：反映动态抗干扰能力。 3、电源的动态尖峰电流ICCM：产生动态附加功耗。

三、其他逻辑功能的TTL门

包括与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种常见的类型。尽管它们逻辑功能各异，但输入端、端出端的电路结构形式与反相器基本相同，因此前面所讲的反相器的输入特性和输出特性对这些门电路同样适用。 四、集电极开路的门电路（OC门）（约1学时） 1、OC门的结构：将TTL 门的输出级的D3、R4和T4 去除，而变为开路的结构。 2、OC门的使用方法和用途：

使用方法：使用时需外接电阻和电源，电源取值一般为+5V，电阻取值应恰当。 用途：可将多个OC门的输出端直接并联以实现“线与”。 五、三态输出门电路（TS门）（约0.5学时）

1、TS门的结构：三态输出门是在普通门电路的基础上附加控制电路而构成的。 2、TS门的原理：以控制端高电平有效的TS门为例。

EN=1时，三态门工作，Y=A?B

EN=0时，三态门的输出级的T4和T5同时截止，输出为高阻态。 3、TS门的应用：基本应用是将多个TS门的输出端直接并联以实现“总线结构”，可以实现多路数据的分时传送，但要求任何时间只能使一个TS门工作。此外还可用TS门实现数据的双向传输。 六、MOS门电路（约1学时） 1、MOS反相器 2、CMOS反相器

3、CMOS或非门和与非门

七、集成门电路使用中的一些问题（约1学时） 1、TTL和CMOS之间的接口

2、TTL和MOS电路在使用中应注意的问题

*六、七可采用课堂自学与讨论方式教学，在学生自主阅读相关内容基础上，适当提出一下思考内容：

1、 CMOS门电路的电源电压是否固定为＋5V？为什么？ 2、 为什么CMOS门电路具有低功耗的特点？

3、 CMOS门电路是否具有输入负载特性？为什么？ 4、 为什么CMOS门电路的工作速度较TTL门电路低？ 5、 为什么CMOS门电路需要在输入和输出端加缓冲器？ 6、 CMOS传输门的功能是什么？有何应用？ 7、 CMOS电路使用时应注意什么？

【教学方法与教学手段】

先启发式地提出自学思考题，再让学生自学，然后组织学生回答问题和进行讨论，最后总结教学内容。

【作业】

P126 2.4 2.5 2.6 2.7 2.16(a) 2.17(a)

第三章 组合逻辑电路

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握组合逻辑电路的分析方法 2、熟练掌握组合逻辑电路的设计方法

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、组合逻辑电路的分析方法 2、组合逻辑电路的设计方法

3、编码器的概念和电路框图，注意讲解普通编码器和优先编码器的区别，讲解典型电路74LS148。

本周教学难点：

1、组合逻辑电路的设计方法：注意结合实例讲述一般设计步骤。

2、编码器具体电路，注意讲述电路框图及其应用方法，避开内部结构。

【教学内容与时间安排】

一、组合逻辑电路概述（约1学时） 1、组合逻辑电路的特点：

功能特点： 在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时该的输入，与电路原来的状态无关。

结构特点：在组合逻辑电路中，只包含门电路，不包含触发器，而且不含反馈。 2、逻辑功能的描述：逻辑功能一般通过逻辑函数式或逻辑真值表的形式来描述，也可以用逻辑图来表达。

二、组合逻辑电路的分析方法（约1学时）

所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能来。 分析步骤如下：

1、从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式； 2、对函数式进行化简或变换； 3、列出输入输出的逻辑真值表；

4、用文字概括说明电路逻辑功能的特点。 三、组合逻辑电路的设计方法（约1.5学时）

所谓设计一个逻辑电路，就是根据给出的实际逻辑问题、求出实现这—逻辑功能的最简单逻辑电路。 设计步骤如下：

1、进行逻辑抽象，目的是得到一个逻辑真值表。

过程：确定输入变量和输出变量→逻辑赋值→列真值表。 2、由真值表求出输出逻辑函数式。

3、选择实现的器件：可用SSI、MSI或PLD来实现。 4、将逻辑函数化简或变换成适当的形式。

若用SSI实现，需要化简逻辑函数；若用MSI实现，需要变换逻辑函数。 5、据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路图。 6、工艺设计。

四、编码器（约1.5学时） 1、编码器的概念

所谓编码就是用文字、符号或数码表示特定对象的过程。编码器就是实现编码操作的电路。编码器可分为普通编码器和优先编码器两种。每一种编码器中又可分为二进制编码器和BCD编码器等。 2、普通编码器

特点：在任何时刻只有一个编码信号有效，编码器对之进行编码。 二进制普通编码器：以8线-3线编码器为例说明。 3、优先编码器

特点：允许多个编码信号同时有效，而且电路只对优先级最高的信号编码，不理会低优先级信号。

二进制优先编码器：以8线-3线优先编码器74LS148为例。在原理分析中，应注意强调电路框图的讲解，说明输入输出信号的含义。在74LS148中注意选通信号和状态输出信号的作用。

二—十进制（BCD码）优先编码器：典型电路是74LS147，原理分析类似于74LS148。

【教学方法与教学手段】

本讲采用课堂讲授的方法，注意结合实例说明组合逻辑电路的分析步骤和设计步骤。可组织学生讨论普通编码器和优先编码器的区别，讨论编码器的应用。

【作业】

P179 3.1 3.3

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、通过对中规模集成电路的设计实例，如译码器、编码器、加法器、数据选择器及数据分配器的应用，来加深对一些常用的中规模集成电路的理解。

2、正确理解常用中规模组合逻辑电路的逻辑功能，工作原理及使用中的有关问题，学会使用手册，借助组手册解决使用电路组件的问题。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、译码器的概念和电路框图，讲解典型电路74LS138，讲述译码器实现组合逻辑函数的方法。

2、加法器的功能框图及其应用，注意串行和并行加法器的特点。

3、数值比较器：重点讲述功能框图与使用方法，注意讲述功能扩展方法。

本周教学难点：

1、译码器的各种具体电路，注意讲述电路框图及其应用方法，避开内部结构。 2、超前进位加法器的进位构成原理和四位数值比较器扩展输入端的用法。

【教学内容与时间安排】

一、译码器（约1学时）

1、译码器的概念：译码就是将代码“翻译” 为输出信号的过程，译码器就是实现译码操作的电路。

2、译码器的分类：译码器可分为二进制译码器、BCD码译码器和显示译码器。 二进制译码器：二进制译码器的输入代码是二进制码，它可用二极管矩阵和集成门实现。典型电路是74LS138，原理分析中注意说明电路框图、输入信号的含义，特别注意选通信号的作用及其选通条件，注意译码器的每个输出是输入变量的一个最小项（或其反）。

二—十进制（BCD码）译码器：其输入是BCD码，原理与二进制译码器类似。 显示译码器：显示译码器是专门为数码显示器件而设计的电路，其输入是BCD码，输出是七段显示驱动信号。典型电路是7448，逻辑图见P118的图3.23。原理分析注意说明电路框图和相关控制信号的作用，并用8位数码显示系统的实例加以说明。

3、用译码器设计组合逻辑电路

设计原理：利用译码器产生输入变量的所有最小项，再利用输出端附加门实现最小项之和。

器件选择方法：实现n变量逻辑函数采用n位二进制译码器。输出附加门可选用或门（译码器输出原函数时）或者与非门（译码器输出反函数时）。

二、加法器（约1学时）

1、一位加法器：包括半加器和全加器两种。两者区别在于，半加器不考虑低位进位，全加器要考虑低位进位。一般采用全加器。

2、多位加法器：多位加法器分为串行加法器和并行加法器两种。

串行加法器的原理是将多个一位全加器串联起来，将低位加法器的进位依次接到高位加法器的进位输入。其特点是结构简单但是运算速度慢。

并行加法器的原理是利用低位的加输入和进位输入直接得到高位的和及进位输出，其典型电路是74LS283，注意讲述电路框图及相关信号的含义。并行加法器的特点是运算速度快但结构复杂。 3、用加法器设计组合逻辑电路

如果输出逻辑函数可表示为输入变量和输入变量或常数相加时，则可用加法器实现逻辑函数。但是这种方法只适用于特殊情形，不象译码器和数据选择器那样具有普遍性。

三、数据选择器（约1学时）

1、在选择输入信号的作用下，从多个数据输入通道总选择某一个通道的数据传

入到输出端。

2、数据选择器的应用。

四、数值比较器（约1学时）

1、一位数值比较器：用于比较两个一位二进制数，输入为A和B，输出是Y（A＜B）、Y（A=B）和Y（A＞B）。

2、多位数值比较器：它是以一位数值比较器为基础，根据多位数的比较方法而构成。典型电路是四位数值比较器CC14585，应注意功能框图和有关信号的作用。同时注意数值比较器的扩展方法。

五、竞争冒险的产生和判断（约1学时）

1、竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象叫竞争

2、竞争——冒险：由于竞争在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象叫竞争——冒险。

【教学方法与教学手段】

本讲主要采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论编码器和译码器的区别，讨论译码器和显示译码器、加法器和数值比较器的应用。启发学生以互相讨论的方式完成中规模集成组合逻辑电路(MSI)的应用习题课，培养学生自学学习的能力。

【作业】

P179 3.8 3.10 3.14 3.16 3.23 3.27

第四章 触发器

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、正确理解各种触发器的组成、工作原理。 2、熟练掌握触发器的逻辑功能。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、基本触发器、同步触发器及主从触发器的电路结构、逻辑关系及动作特点。 2、基本RS触发器与同步RS触发器的区别。

本周教学难点：

1、触发器输入端的有效电平。

2、R、S触发器的不定态与约束条件。

【教学内容与时间安排】

一、触发器的定义与基本特点（约1学时）

能够储存一位二值信号的基本单元电路统称为触发器。触发器的基本特点一是具有两个能自行保持的稳定状态,二是能根据不同的输入信号置成1或0状态。 二、触发器的分类

触发器根据电路结构形式的不同,可分为基本触发器、同步触发器、维持阻塞触发器、主从触发器、CMOS边沿触发器等;根据逻辑功能的不同,可分为RS触发器、JK触发器、T触发器、D触发器等。 三、基本RS触发器（约1学时） 1、电路结构； 2、逻辑功能； 3、动作特点； 4、优缺点。

四、同步RS触发器（约1学时） 1、电路结构； 2、逻辑功能； 3、动作特点； 4、优缺点。

五、主从RS触发器（约1学时） 1、电路结构； 2、逻辑功能； 3、动作特点；

4、优缺点。

六、主从JK触发器（约1学时） 1、电路结构； 2、逻辑功能； 3、动作特点； 4、优缺点。

【教学方法与教学手段】

以讲授为主，首先分析基本RS触发器的电路结构与动作特点，然后根据电路要求引入同步RS触发器。另外组织学生讨论触发器的电压波形，以加深对动作特点的理解。

【作业】

P216 4.1 4.5 4.7 4.8 4.9

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握触发器一般描述触发器逻辑功能的方法：特性方程（或状态方程）；状态转换真值表；状态转换图；时序图。

2、熟练掌握分析各类型触发器的输出电压波形即时序图。

3、本章讲完后，应从电路组成、逻辑功能两条线对本章的内容加以小结，以澄清学生中可能存在的糊涂概念。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、边沿触发器的电路结构、动作特点。 2、分析触发器的输出电压波形。

3、触发器的逻辑功能及逻辑功能的转换。

本周教学难点：

1、各边沿触发器的触发方式。

2、输入端RD、SD的输入信号对输出波形的影响。 3、触发器的状态转换图。 4、触发器逻辑功能的转换。

【教学内容与时间安排】

一、边沿触发器（约1学时） 1、电路特点； 2、逻辑功能 3、动作特点

触发器的动作特点在逻辑符号中以CP输入处的“﹥表示”，另外CP输入处没有小圆圈表示上升沿触发；若输入处有小圆圈表示下降沿触发。 4、集成D触发器

重点介绍双D触发器74LS74。

二、触发器的逻辑功能和电路结构的关系（约1学时）

所谓逻辑功能，是指触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系，这种逻辑关系可以用特性表、特性方程或状态转换固给出。根据逻辑功能的不同特点，把触发器分为RS、JK、T、D等几种类型。

而基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器等是指电路结构的不同形式。由于电路结构形式的不同，带来了各不相同的动作特点。

同一种逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现。逻辑功能与电路结构并无固定的对应关系，更不要把两者混为一谈。

三、触发器的逻辑功能分类 1、RS触发器

按RS触发器的特性表可得到它的特性方程： ??n?1nQ?S?RQ

S·R=0 (约束条件)

此外，还可用状态转换图表示RS触发器的逻辑功能。 2、 JK型触发器

n?1n?J?KQQQJK触发器的特性方程：

nJK触发器的状态转换图。 3、T触发器

n?1nT触发器的特性方程：Q?TQ?TQ T触发器的状态转换图。

????n当T触发器的控制端接至固定的高电平时，则变为T’触发器，其特性方程为：

n?1 Q?Q

n4、D触发器

n?1D触发器的特性方程：Q?D D触发器的状态转换图。

四、触发器逻辑功能的转换（约1学时）

1、转换方法：就是求转换逻辑的步骤，也即是求已有触发器驱动方程的步骤． 公式法：利用特性方程联解求转换逻辑。这种方法书写简便，便于利用逻辑代数的公式和定理进行运算，但要求一定的技巧．然而常用的触发器就那么几种，所以针对这几种具体的电路掌握起来还是容易的． 图形法：利用特性表、驱动表和卡诺图求转换逻辑．这种方法比较直观步骤清晰，不易出错，但有些繁琐．

2、JK触发器转换成D、T、T’触发器

3、D触发器转换成JK、T、T’触发器

五、分析各类型触发器的输出电压波形（习题课）。（约2学时）

分析触发器电路的输出电压波形时，不仅要知道它的逻辑功能，还必须知道它的电路结构类型。只有这样，才能正确掌握它的动作特点。 *此处可提问学生，与学生互动讨论。

【教学方法与教学手段】

本讲以讲授为主。首先分析边沿触发器的电路结构与动作特点，并组织学生分析讨论边沿触发器的输出电压波形，以加深对触发器动作特点的理解。

其二，按逻辑功能将触发器分为RS触发器、JK触发器、T触发器和D触发器。主要说明它们的特性方程和状态转换图。通过举例说明几种逻辑功能转换的实现。让学生通过讨论掌握逻辑功能的转换方法。

【作业】

P217 4.10 4.11 4.12 4.15 4.19

第五章 时序逻辑电路

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法。

2、正确理解各种寄存器，包括移位寄存器的电路组成、工作原理及应用。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、同步时序逻辑电路的分析方法。

2、寄存器、移位寄存器的逻辑功能及应用。

本周教学难点：

时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图和时序图等表示方法。

【教学内容与时间安排】

一、时序逻辑电路的特点（约1学时）

1、时序电路通常包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路是必不可少的。

2、存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入信号一起，共同决定组合逻辑电路的输出。

3、由于存储电路中触发器的动作特点不同，在时序电路中又有同步时序电路和异步时序电路之分。在同步时序电路中，所有触发器状态的变化都是在同一时钟信号操作下同时发生的。而在异步时序电路中．触发器状态的变化不是同时发生的。

二、同步时序逻辑电路的分析方法（约2学时）

分析同步时序逻辑电路归纳起来可按下列六个步骤进行 1、根据给定电路写出驱动方程。 2、根据给定电路写出输出方程 3、求状态方程

4、根据方程计算出状态转换表

5、画状态图(或状态表、或时序图) 6、分析逻辑功能。

三、寄存器（约0.5学时） 1、定义：

2、电路结构与功能实现： 四、移位寄存器（约0.5学时） 1、定义：

2、结构与功能实现：

为便于扩展逻辑功能和增加使用的灵活性，在定型生产的移位寄存器集成电路上有的又附加了左、右移控制、数据并行输入、保持、异步置零(复位)等功能。74LS194A 4位双向移位寄存器逻辑图。

五、移位寄存器型计数器（约0.5学时） 1、环型计数器

将移位寄存器首尾相连，则在连续不断地输入时钟信号时寄存器的数据将循环右移。用电路的不同状态能够表示输入时钟信号的数目。环形计数器的突出优点是电路结构极其简单。 2、扭环形计数器

扭环型计数器只要将反馈逻辑函数取为：

D0?Qn?1???。

六、计数器概述（约0.5学时）

计数器可实现对时钟脉冲的计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。

计数器的种类非常繁多。如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以把计数器分为同步式和异步式两种。

如果按计数过程中计数器中的数字增减分类，又可以把计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器(或称为加/减计数器)。

如果按计数器中数字的编码方式分类，还可以分成二进制计数器、二—十进制计数器、循环码计数器等。

【教学方法与教学手段】

本讲以讲授为主，以多媒体教学为辅的方法。首先介绍同步时序逻辑电路分析的步骤。然后通过例5.1、例5.2具体强调各设计步骤的注意点。

最后结合实例教学，说明几个时序逻辑电路的设计过程，特别要求学生参与对关键问题的讨论。通过对各种对或错答案的讨论，消除模糊认识，加深对概念的理解。

【作业】

P300 5.1 5.2 5.7

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、了解计数器基本原理，掌握集成计数器的正确使用方法

2、熟练掌握集成计数器的正确使用方法，以及由通用集成计数器构成N进制计数的常用方法，如置零法、置数法、级联法等

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、异步计数器的电路特点、工作原理。

2、同步计数器的电路结构、工作原理。

3、常用计数器集成芯片的功能及使用方法。

4、任意进制计数器的设计方法：置零法以及置数法。

本周教学难点：

1、移位寄存器中双向移位功能的实现。

2、二－五－十进制计数器74LS290的逻辑功能及使用方法。

3、异步式预置数与同步式预置数的区别。 4、中规模集成计数器附加控制功能的分析。 5、置零法和置数法中置零信号和置数信号的确定。 6、异步式预置数与同步式预置数的区别。

【教学内容与时间安排】

一、异步计数器（约1学时）

异步计数器是异步时序电路，它的主要特点是内部各触发器的时钟脉冲CP不全都接在一起，因此各触发器的翻转时刻有先有后，其输出可能会产生干扰毛刺现象，但其电路结构简单。 1、异步二进制加/减计数器 1）定义：

2）结构与功能实现：

2、异步十进制加法计数器74LS290 1）定义：

2）结构与功能实现：

又可将74LS290称为二—五—十进制异步计数器。异步计数器也存在两个明显的缺点，这两个缺点使异步计数器的应用受到很大的限制。 二、同步二进制计数器（约1学时）

【作业】

P361 6.20 6.24 6.25 6.28

第九章 数-模和模-数转换

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握A/D与D/A转换的电路结构和工作原理。主要是倒梯形电阻网络、逐次逼近型、双积分A/D转换的工作特点及适用场合。

2、正确理解D/A转换器的主要参数和衡量它们的技术指标。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、各种D/A转换器的电路结构特点和工作原理； 2、掌握D/A转换器的参数计算和主要性能指标。 3、各种A/D转换器的电路结构特点和工作原理； 4、掌握A/D转换器的参数计算和主要性能指标。

本周教学难点：

权电阻型D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构与工作原理

【教学内容与时间安排】

一、数/模（D/A）和模/数(A/D)转换的概述（约1学时） 1、数/模和模/数转换的定义 2、ADC和DAC的两个性能指标

转换速度和转换精度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。 3、ADC和DAC的常见类型

常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容网络D/A转换器以及开关树形D/A转换器等几种类型。

常见的A/D转换器可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器，在直接A/D转换器中，输入的模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号，而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。

二、D/A转换器（约2学时） 1、权电阻网络D/A转换器

a.电路结构：由数码锁存器、电子开关、权电阻网络及求和电路构成 b.原理：

c.电路输出V0与数字输入成比例关系

d.电路特点：结构比较简单，所用的器件少，缺点是所用的各个电阻组织相差较大，尤其在输入信号位数较多时，问题更为突出，难以保证每个电阻具有很高的精度，不利于制作集成电路。

3、倒T形电阻网络转换器

a.电路构成：电阻网络中只有R和2R两种阻值。 b.原理：

c.电路输出V0与数字输入成比例关系

d.电路特点：倒梯形电阻网络中只有R和2R两种阻值的电阻，这给集成电路的设计和制作带来很大的方便。

e.倒T形电阻网络集成D/A转换器CB7520(AD7520)为10位的输入。 4、D/A转换器的转换精度和转换速度

a.分辨率是用以说明D/A转换器在理论上可达到的精度。其定义是电路所能分辨

n

的最小输出电压于最大输出电压之比，即分辨率=1/(2-1)

上式说明输入数字代码的位数n越多，分辨率越小，分辨能力越高。

b. 转换速率SR是在大信号工作时，即输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时，输出电压的变化率。

三、A/D转换器的基本原理（约2学时）

A/D转换器的功能是将输入的模拟电压转换为与其成比例的输出数字量。一个完整的A/D转换，通常要经过取样-保持、量化和编码等过程。 1、直接A/D转换器

1）并联比较型A/D转换器

a.电路组成：电压比较器、寄存器和代码转换器三部分构成 b.工作原理：

c.电路特点：优点是转换速度快 2）逐次逼近型A/D转换器

a.电路组成：主要有控制逻辑逐次逼近寄存器、D/A转换器、电压比较器和输出缓冲器等部分组成。 b.工作原理：

c. 电路特点：因此转换速度快，转换精度高，使目前集成A/D转换器中用得最多的一种电路结构。 2、间接A/D转换器

可分为电压-时间变换（V-T变换）型和电压-频率变换（V-F变换）型。 1）电压-时间变换型A/D转换器的原理

a.电路构成：由积分器、过零比较器、时钟控制与门和计数器构成。 b.工作原理:

c. 电路特点：最突出的优点是工作性能比较稳定，输出数字与电路的R、C参数无关；另一个优点是抗干扰能力较强。

2）电压-频率变换（V-F变换）型A/D转换器的原理 3、A/D转换器的转换速度与转换精度

1）转换精度：A/D转换器中采用分辨率和转换误差来描述转换精度。

2）转换速度：A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型。并联比较型A/D转换器的转换速度最快，逐次逼近型A/D转换器的转换速度次之，双积分型A/D转换器的转换速度最慢。

【教学方法与教学手段】

重点内容板书讲述；工作原理采用多媒体课件辅助讲述；A/D转换器的转换精度与转换速度采用学生自学。

【作业】

P495 9.1 9.2

1、同步二进制加/减计数器

通过分析二进制计数的计数规则，可得到计数器中各触发器的翻转特点，由此构成了同步二进制加/减计数器。

根据电路的状态转换表、状态转换图、时序图可看出计数器的分频功能，所以也可把它称之为分频器。 2、中规模集成二进制计数器

a．74161逻辑图和功能表。

b.74LS191逻辑图和功能表。 三、集成十进制计数器（约1学时） 1、同步十进制加/减计数器 2、中规模集成十进制计数器74160

74160各输入端的功能、用法以及功能表都与74161相同。 四、获得任意进制（N进制）计数器的方法有两种：（约0.5学时） 1、用时钟触发器和门电路进行设计。

2、用中规模集成计数器（MSI）构成。由于MSI计数器是厂家生产的定型产品，其函数关系已固化在芯片中，状态分配即编码是不可能更改的，而且多为纯自然态序编码，因此用MSI计数器实现N进制计数器时，只能利用其清零端或置数端，让电路跳过某些状态而获得。

五、实现跳越的方法有置零法和置数法两种。（约1.5学时） 1、置零法适用于有异步置零输入端的计数器。

2、置位法与置零法不同，它是通过给计数器重复置入某个数值的方法跳越N－M个状态，从而获得M进制计数器的，

例：利用同步十进制计数器74160，分别采用置零法和置数法构成六进制计数器。特别应注意74160具有的异步置零和同步预置数功能。在设计电路时，置零信号和置数信号的选取是一个关键问题。

【教学方法与教学手段】

以讲授为主，结合多媒体教学。各电路结构可结合多媒体进行直观讲解。

【作业】

P302 5.9 5.11 5.16 5.17 5.22

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。 【教学目的与基本要求】

熟练掌握同步时序逻辑电路设计方法。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

同步时序逻辑电路的设计方法。

本周教学难点：

设计过程中状态的化简。

【教学内容与时间安排】

一、多片级连组合：（约0.5学时） 1、串行进位方式 2、并行进位方式 3、整体置零法 4、整体置数法

二、分析及设计任意进制计数器（习题课）。（约2学时） *此处可提问学生，与学生互动讨论。

三、同步时序逻辑电路的设计方法（约2.5学时） 设计同步时序逻辑电路时，一般按如下步骤进行： 1）逻辑抽象，得出电路的状态转换图或状态转换表 2）状态化简

3）状态分配：2n-1＜M＜2n

4）选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程 5）根据得到的方程式画出逻辑图 6）检查设计的电路能否自启动

分别通过两个具体例子进一步说明上述设计方法。

注意时序逻辑电路卡诺图的表示方法、状态转换表、特别是状态化简的处理。

【教学方法与教学手段】

以讲授为主，以学生讨论为辅的方法。组织学生讨论几例任意进制计数器的设计，在分析讨论的过程中，使学生加深对两种设计方法关键点的理解。

【作业】

P306 5.27 5.28

第六章 脉冲波形的产生和整形

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、了解由小规模集成门组成的脉冲电路的电路结构、工作原理。

2、正确理解集成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器内部结构、工作原理。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、脉冲数字电路的基础知识。

2、用门电路构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的特点与典型电路的工作原理。

本周教学难点：

各典型电路的工作原理：依赖于各电路的工作特点，采用反馈流程图和波形分析法，效果较好。

【教学内容与时间安排】

一、基础知识（约1学时）

脉冲在数字电路中应用极为普遍，它的获取和分析是数字电路的组成部分。 1、矩形脉冲的获取方法

a.利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲；

b.通过各种整形电路把已有的周性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。 2、矩形脉冲的主要参数

为了定量描述矩形脉冲的特性，通常为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出几个主要参数。这些参数是：

脉冲周期T；脉冲幅度Vm；脉冲宽度tw；

上升时间tr；下降时间tf；占空比q。 二、用门电路组成的施密特触发器（约2学时） 1、施密特触发器的工作特点 2、滞后的电压传输特性

上升时的阈值电压VT+称为正向阈值电压，下降时的阈值电压VT—称为负向阈值电压，它们之间的差值称为回差电压△VT。 3、用门电路组成的施密特触发器的工作原理

将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了施密特触发器电路。

a.分析vI从0逐渐升高并达到v’I=VT+引发的正反馈过程；

b.分析vI从高电平VDD逐渐下降并达到v’I=VT—引发的正反馈过程； c.计算VT+ 、VT—和回差电压；

d.绘制同相施密特和反相施密特的电压传输特性。 4、施密特触发器的应用

a.用于波形变换 b.用于脉冲整形 c.用于脉冲鉴幅

三、用门电路组成的单稳态触发器（约1学时） 1、单稳态触发器的工作特点 2、单稳态触发器的工作原理

单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。根据RC电路的不同接法(即接成微分电路形式或积分电路形式)，又把单稳态触发器分为微分型和积分型两种。 a.微分型单稳态触发器

VDD?0?RCln2?0.69RC?RClntwVDD?VTH

b.积分型单稳态触发器（此处可组织自学） 四、多谐振荡器（约1学时） 1、对称式多谐振荡器

2、非对称式多谐振荡器（此处可组织自学） 3、由施密特触发器构成 4、石英晶体多谐振荡器

当对频率稳定性有较高要求时，要采用石英晶体多谐振荡器。

【教学方法与教学手段】

由于本讲内容较多及采用波形分析法效果较好，所以本讲宜采用多媒体教学。

【作业】

P357 6.2 6.8 6.12 6.13

【本周学时分配】

本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。

【教学目的与基本要求】

1、正确理解555定时器的内部结构、工作原理。

2、熟练掌握用555电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等典型应用。

【教学重点与教学难点】

本周教学重点：

1、555定时器的电路结构与工作原理。

2、用555构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的特点与典型电路的工作原理。

本周教学难点：

555定时器的电路结构与工作原理分析。采用部分单元与整体分析相结合和列功能表的方法，效果较好。

【教学内容与时间安排】

一、555定时器的结构及工作原理（约1学时） 1、555定时器的电路结构 2、555定时器的工作原理

二、用555定时器接成的施密特触发器（约1学时） 1、构成原理 2、参数计算

三、用555定时器接成的单稳态触发器（约1学时） 1、构成原理 2、参数计算

四、用555定时器接成的多谐振荡器（约1学时） 1、构成原理 2、参数计算

五、555的应用（习题课）（约1学时）

*此处可提前布置设计任务，选择优秀学生自己上讲台讲授自己的设计方案和电路，培养学生创新的能力。

【教学方法与教学手段】

本讲以讲授为主，以多媒体教学为辅讲解555定时器的结构和工作原理。555定时器的应用采用以学生自主设计为主，课堂谈论，教师点评为辅的教学方法，培养学生自主学习、创新的能力。

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