數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)大綱（通信工程）

《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：TE1020L課程名稱：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)英文名稱：DigitalCircuitsandLogicalDesign學(xué)分/學(xué)時(shí)：3/48課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)課，必修適用專業(yè)：通信工程 開(kāi)課單位：通信工程學(xué)院先修課程：大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論與程序設(shè)計(jì)一、課程簡(jiǎn)介數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)是通信工程專業(yè)必修的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課。其內(nèi)容涵蓋數(shù)字邏輯、數(shù)字電路描述、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)和處理器設(shè)計(jì)等方面。課程將通過(guò)課堂講授、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等教學(xué)方式，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定數(shù)字化嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在學(xué)生的思想政治教育方面，課程將結(jié)合當(dāng)前芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容，講解我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程和當(dāng)前面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，將愛(ài)黨愛(ài)國(guó)、艱苦奮斗、愛(ài)崗敬業(yè)等價(jià)值取向滲透到課程教學(xué)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生相關(guān)品質(zhì)的培養(yǎng)。二、課程目標(biāo)（一）課程目標(biāo)：1.掌握數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的基本概念、基本原理。2.掌握數(shù)字電路分析及設(shè)計(jì)方法。3.掌握數(shù)字系統(tǒng)接口模塊的設(shè)計(jì)方法。4.掌握復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。（二）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)課程目標(biāo)內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)2-3：能認(rèn)識(shí)到通信工程專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案的多樣性，理解獲取現(xiàn)有解決方案的必要性，并能通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與咨詢研究，尋求可替代的解決方案。目標(biāo)3，4內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)3-2能夠在通信工程專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案設(shè)計(jì)中，針對(duì)特定的需求如應(yīng)用背景、系統(tǒng)特征、器件指標(biāo)、設(shè)計(jì)流程等因素，完成單元（部件）的設(shè)計(jì)與單體功能驗(yàn)證。目標(biāo)1，2內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)5-2能夠有效地選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件進(jìn)行通信工程專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)、模擬、實(shí)驗(yàn)、分析、處理及性能評(píng)估；目標(biāo)3內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)5-3在解決通信工程專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題過(guò)程中，能有效的選擇及使用現(xiàn)代工具。在現(xiàn)有工具條件不滿足的條件下，還能開(kāi)發(fā)合適的工具。目標(biāo)4三、課程具體內(nèi)容及基本要求（一）數(shù)字化處理基礎(chǔ)（線下4學(xué)時(shí)）1）掌握數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3）掌握布爾代數(shù)的基本運(yùn)算。4）掌握基本邏輯電路實(shí)現(xiàn)。（二）邏輯電路（線下6學(xué)時(shí)+線上2學(xué)時(shí)）內(nèi)容：布爾代數(shù)與邏輯門(mén)、邏輯函數(shù)描述、邏輯電路及硬件描述。本部分內(nèi)容支撐課程目標(biāo)1、4。1.基本要求1）邏輯真值表2）邏輯門(mén)3）邏輯函數(shù)表達(dá)式4）記憶邏輯電路5）邏輯電路結(jié)構(gòu)6）掌握硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL集電路仿真。2.重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信息處理流程的實(shí)現(xiàn)、基本邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及其基本電路應(yīng)用、邏輯門(mén)電氣特性和三態(tài)門(mén)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用、邏輯函數(shù)描述幾種形式之間的轉(zhuǎn)換及應(yīng)用、VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言。難點(diǎn)：數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信息處理流程的實(shí)現(xiàn)、三態(tài)門(mén)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用、VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言。（二）組合邏輯電路（線下6學(xué)時(shí)）內(nèi)容：組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法。本部分內(nèi)容支撐課程目標(biāo)2。1.基本要求1）掌握組合邏輯電路基本框架。2）掌握組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法。3）掌握組合邏輯電路常用模塊（編/譯碼器、數(shù)碼管譯碼器、數(shù)據(jù)選擇/分配器、加法器、比較器）的邏輯功能、結(jié)構(gòu)、描述和應(yīng)用。4）熟悉組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)現(xiàn)象及消除方法。2.重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法、組合邏輯電路常用模塊的邏輯功能、結(jié)構(gòu)、描述和應(yīng)用。難點(diǎn)：組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法。（三）時(shí)序邏輯電路（線下6學(xué)時(shí)）內(nèi)容：觸發(fā)器的工作原理、功能描述及應(yīng)用、時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法、計(jì)數(shù)器及其基本應(yīng)用。本部分內(nèi)容支撐課程目標(biāo)2。1.基本要求1）掌握RS觸發(fā)器的邏輯功能、描述方法及應(yīng)用。2）掌握D觸發(fā)器的邏輯功能、描述方法及應(yīng)用。3）掌握由觸發(fā)器構(gòu)成寄存器、移位寄存器的實(shí)現(xiàn)方法及其應(yīng)用。4）掌握時(shí)序邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)與類型、功能描述方法。5）掌握基于D觸發(fā)器和VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言的同步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法。6）了解異步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法。7）掌握計(jì)數(shù)器及其基本應(yīng)用：計(jì)數(shù)器、分頻器、序列發(fā)生器、序列檢測(cè)器。2.重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：D觸發(fā)器及應(yīng)用、同步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法、計(jì)數(shù)器及其基本應(yīng)用。難點(diǎn)：寄存器及移位寄存器、異步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法、計(jì)數(shù)器的基本應(yīng)用。（四）典型邏輯電路設(shè)計(jì)（線下6學(xué)時(shí)+線上2學(xué)時(shí)）內(nèi)容：。1.基本要求1）分頻器。2）序列發(fā)生器。3）序列檢測(cè)器。4）設(shè)計(jì)實(shí)例-交通信號(hào)燈、SPI。2.重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：存儲(chǔ)器的原理、擴(kuò)展及應(yīng)用、ROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用、可編程邏輯器件及LUT。難點(diǎn)：ROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用、可編程邏輯器件及LUT。（五）數(shù)字系統(tǒng)集成電路（線下4學(xué)時(shí)+線上2學(xué)時(shí)）1)電路基本特性2）存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)邏輯3）可編程邏輯器件4）AD/DA轉(zhuǎn)換器5）數(shù)字電路結(jié)構(gòu)（五）數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)（8學(xué)時(shí)+線上2學(xué)時(shí)（第7章介紹））內(nèi)容：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易微處理器系統(tǒng)中的部件電路。本部分內(nèi)容支撐課程目標(biāo)4。1.基本要求1）可編程邏輯器件算術(shù)運(yùn)算單元（ALU）設(shè)計(jì)。2）可編程邏輯器件控制單元設(shè)計(jì)。3）可編程邏輯器件指令設(shè)計(jì)。4）數(shù)字系統(tǒng)總線電路設(shè)計(jì)。5）存儲(chǔ)系統(tǒng)與外設(shè)接口電路設(shè)計(jì)。6）通用輸入輸出口電路設(shè)計(jì)。7）定時(shí)器電路設(shè)計(jì)。8）異步串行通信器電路設(shè)計(jì)。9）中斷控制器電路設(shè)計(jì)。10）片上系統(tǒng)構(gòu)架與實(shí)踐。2.重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：CPU結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、CPU指令與程序設(shè)計(jì)、總線、存儲(chǔ)器擴(kuò)容、輸入輸出部件電路。難點(diǎn)：CPU及輸入輸出設(shè)備電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。四、教學(xué)安排及方式總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中：線下講授32學(xué)時(shí)，課內(nèi)實(shí)踐8學(xué)時(shí)，線上8學(xué)時(shí)。序號(hào)課程內(nèi)容特點(diǎn)學(xué)時(shí)教學(xué)方式1數(shù)字邏輯電路概述基礎(chǔ)性11課堂講授、實(shí)踐+線上講授2組合邏輯電路實(shí)用性5課堂講授、實(shí)踐+線上講授3時(shí)序邏輯電路實(shí)用性8課堂講授、實(shí)踐+線上講授4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)實(shí)用性4課堂講授、實(shí)踐+線上講授5數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐性20課堂講授、實(shí)踐五、課程考核方式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（一）考核方式：最終成績(jī)由平時(shí)考核成績(jī)、實(shí)踐成績(jī)和期末成績(jī)組合而成。各部分所占比例如下：平時(shí)考核：20%。主要考核對(duì)每階段課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)、理解和掌握程度，主要依據(jù)有課堂情況、作業(yè)情況和平時(shí)考察情況。課程實(shí)踐：40%。主要考核理論聯(lián)系實(shí)際的能力，學(xué)生在仿真系統(tǒng)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微處理器系統(tǒng)電路，并結(jié)合其它課程知識(shí)實(shí)現(xiàn)一定功能。期末考試：40%。主要考核對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用分析和設(shè)計(jì)能力。書(shū)面考試形式。課程目標(biāo)支撐內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)課程內(nèi)容考核評(píng)價(jià)方式小計(jì)平時(shí)考核課程實(shí)踐期末考試目標(biāo)1內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)3-2內(nèi)容120510目標(biāo)2內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)3-2內(nèi)容2，3202530目標(biāo)3內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)5-2內(nèi)容4410520內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)2-3內(nèi)容50505目標(biāo)4內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)5-3內(nèi)容1，5220530內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)2-3內(nèi)容50505合計(jì)104040100注：各部分比例僅是課程教學(xué)過(guò)程的一個(gè)參考，每年可以根據(jù)教學(xué)情況可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。（二）各考核方式的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：平時(shí)考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)成績(jī)比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標(biāo)1掌握數(shù)字電路的基本概念、邏輯代數(shù)相關(guān)知識(shí)、邏輯電路的描述方法概念清晰、問(wèn)題分析準(zhǔn)確、結(jié)論合理、作業(yè)正確率高概念清晰、問(wèn)題分析比較準(zhǔn)確、結(jié)論基本合理、作業(yè)正確率較高概念較為清晰，問(wèn)題分析基本到位、結(jié)論基本合理、作業(yè)正確率尚可概念不清晰，問(wèn)題分析失誤、結(jié)論錯(cuò)誤較多、作業(yè)錯(cuò)誤較多20%目標(biāo)2能運(yùn)用組合數(shù)字電路、時(shí)序數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)有指定功能的模塊。相關(guān)分析方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、作業(yè)正確率高相關(guān)分析方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、作業(yè)正確率較高能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、作業(yè)正確率尚可方法運(yùn)用生疏、解決方案無(wú)法滿足要求、作業(yè)錯(cuò)誤較多40%目標(biāo)3能運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換模塊。相關(guān)分析方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、作業(yè)正確率高相關(guān)分析方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、作業(yè)正確率較高能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、作業(yè)正確率尚可方法運(yùn)用生疏、解決方案無(wú)法滿足要求、作業(yè)錯(cuò)誤較多40%課程實(shí)踐評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)成績(jī)比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標(biāo)2能運(yùn)用組合數(shù)字電路、時(shí)序數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)功能的模塊。相關(guān)分析方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、項(xiàng)目完成效果優(yōu)秀相關(guān)分析方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、項(xiàng)目完成效果良好能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)分析方法、解決方案基本正確、項(xiàng)目完成效果合格方法運(yùn)用生疏、解決方案無(wú)法滿足要求、項(xiàng)目未完成或完成效果不合格37.5%目標(biāo)3掌握數(shù)字系統(tǒng)接口模塊的設(shè)計(jì)方案相關(guān)分析方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、報(bào)告撰寫(xiě)認(rèn)真、答辯陳述清晰、回答問(wèn)題正確相關(guān)分析方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、答辯陳述較為清晰、回答問(wèn)題正確能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)分析方法、所提方案基本正確、答辯陳述較為清晰、回答問(wèn)題基本正確方法運(yùn)用生疏、所提方案無(wú)法滿足要求、答辯陳述不清晰、回答問(wèn)題錯(cuò)誤較多37.5%目標(biāo)4掌握復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案相關(guān)分析方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、報(bào)告撰寫(xiě)認(rèn)真、答辯陳述清晰、回答問(wèn)題正確相關(guān)分析方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、答辯陳述較為清晰、回答問(wèn)題正確能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)分析方法、所提方案基本正確、答辯陳述較為清晰、回答問(wèn)題基本正確方法運(yùn)用生疏、所提方案無(wú)法滿足要求、答辯陳述不清晰、回答問(wèn)題錯(cuò)誤較多25%期末考試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)成績(jī)比例優(yōu)秀90-100良好70-89合格60-69不合格0-59目標(biāo)1掌握數(shù)字電路的基本概念、邏輯代數(shù)相關(guān)知識(shí)、邏輯電路的描述方法概念清晰、問(wèn)題分析準(zhǔn)確、答題正確率高概念清晰、問(wèn)題分析比較準(zhǔn)確、答題正確率較高概念較為清晰，問(wèn)題分析基本到位、答題正確率尚可概念不清晰，問(wèn)題分析失誤、答題錯(cuò)誤較多30%目標(biāo)2能運(yùn)用組合數(shù)字電路、時(shí)序數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)有指定功能的模塊。相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計(jì)方法運(yùn)用生疏、所提方案無(wú)法滿足要求、答題錯(cuò)誤較多30%目標(biāo)3能運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換模塊。相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計(jì)方法運(yùn)用生疏、所提方案無(wú)法滿足要求、答題錯(cuò)誤較多30%目標(biāo)4能運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法提出復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)工程問(wèn)題的解決方案相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用熟練、解決方案正確可行、答題正確率高相關(guān)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用較為熟練、解決方案正確、答題正確率較高能在一定程度上運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)方法、所提方案基本正確、答題正確率尚可電路設(shè)計(jì)方法運(yùn)用生疏、所提方案無(wú)法滿足要求、答題錯(cuò)誤較多10%六、課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)方式課程目標(biāo)達(dá)成度值由該目標(biāo)所有考核環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)的學(xué)生平均得分之和除以目標(biāo)分值之和得到。本課程課程目標(biāo)的達(dá)成評(píng)價(jià)由下表所示：課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)觀測(cè)點(diǎn)目標(biāo)分值(滿分)學(xué)生平均得分達(dá)成度目標(biāo)1平時(shí)考核教學(xué)內(nèi)容1、2課后作業(yè)2期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標(biāo)的題目15目標(biāo)2平時(shí)考核教學(xué)內(nèi)容3、4的隨堂測(cè)試題與課后作業(yè)4期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標(biāo)的題目15課程實(shí)踐實(shí)踐項(xiàng)目中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分15目標(biāo)3平時(shí)考核教學(xué)內(nèi)容5的隨堂測(cè)試題4課程實(shí)踐實(shí)踐項(xiàng)目中的系統(tǒng)仿真部分15期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標(biāo)的題目15目標(biāo)4課程實(shí)踐實(shí)踐項(xiàng)目中的系統(tǒng)報(bào)告撰寫(xiě)、答辯、演示環(huán)節(jié)10期末考試期末考試體現(xiàn)該課程目標(biāo)的題目5七、教材及參考書(shū)目教材：《數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)》陳彥輝、馮毛官、胡力山編著，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2014年參考書(shū)目：1.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第二版）楊頌華等編著，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009年；2.《可編程邏輯器件原理、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》趙曙光主編，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011年；3.《VerilogHDL數(shù)字設(shè)計(jì)與綜合》（第二版）帕爾尼卡（