数字电子技术基础——第十一章 数字系统设计实例

第11章数字电路综合案例内容提要前面的章节介绍了数字电路的基本知识、基本理论、常用器件，以及数字电路分析和设计的基本方法。

本章涉及到复杂数字系统的设计。

数设计对象从译码器、计数器等这些基本逻辑功能电路到了数字钟等综合的数字逻辑系统的设计；设计方法也由采用真值表到求逻辑表达式、画出电路图的方式到通过确定总体方案，采取从局部到整体，用各种中、大规模集成电路来满足要求的数字电路系统的方式。

本章结合数字钟这一实际的案例来介绍数字电路系统的设计方法，进一步提高学生的综合能力和解决实际问题的能力。

基本教学要求1.了解中小规模集成电路的作用及实用方法。

2.了解数字钟电路的原理。

3.掌握综合数字电路系统的设计流程和设计方法。

11.1概述数字系统的设计，采用从整体到局部，再从局部到整理的设计方法。

首先对系统的目标、任务、指标要求等进行分析，确定系统的总体方案；然后把系统的总体方案分成若干功能部件，绘出系统的方框图；之后运用数字电路的分析和设计方法分别进行设计，或者是直接选用集成器件去构成功能部件；最后把这些功能部件连接组合起来，便构成了完整的数字系统，通过对电路的分析和测试修改，完善与优化整个系统。

这是传统的数字系统的设计方法，也是下面要介绍的内容。

随着计算机技术的发展，电子设计自动化EDA成为了现代电子系统设计与仿真的重要手段，对于复杂系统的设计十分有效，尤其是硬件描述语言的使用，使硬件软件化，让数字系统的设计更加方便、高效。

下面以数字钟系统设计为例，介绍综合数字电路系统的设计方法。

数字钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒计时的装置，与传统的机械式时钟相比具准确、直观、寿命长等特点。

目前广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

数字钟也是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。

通过数字钟的设计进一步了解数字系统设计时用到的中小规模集成电路的使用方法，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

数字电子技术教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述了解数字电路的定义、特点和应用领域掌握数字电路的基本组成和基本原理1.2 数字逻辑基础学习逻辑代数的基本运算和规则熟悉逻辑函数的表示方法及其相互转换1.3 数字电路的表示方法掌握逻辑函数的图形表示方法（逻辑图、真值表）学习逻辑函数的代数化简方法第二章：数字电路的基本单元2.1 逻辑门电路了解常见的逻辑门电路（与门、或门、非门、异或门等）掌握逻辑门电路的电压传输特性2.2 逻辑函数及其简化学习逻辑函数的代数化简方法（卡诺图、最小项、最大项）熟悉逻辑函数的简化原则和步骤2.3 逻辑门电路的设计与实现学习逻辑门电路的设计方法掌握逻辑门电路的实际制作和调试技巧第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的基本概念了解组合逻辑电路的定义和特点掌握组合逻辑电路的分析和设计方法3.2 常见的组合逻辑电路学习编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元等常见组合逻辑电路的原理和应用3.3 组合逻辑电路的设计与实现学习组合逻辑电路的设计方法掌握组合逻辑电路的实际制作和调试技巧第四章：时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路的基本概念了解时序逻辑电路的定义、特点和应用领域掌握时序逻辑电路的分析和设计方法4.2 常见的时序逻辑电路学习触发器、计数器、寄存器等常见时序逻辑电路的原理和应用4.3 时序逻辑电路的设计与实现学习时序逻辑电路的设计方法掌握时序逻辑电路的实际制作和调试技巧第五章：数字电路的应用5.1 数字电路在计算机中的应用了解计算机的基本组成和工作原理学习微处理器、存储器、输入输出接口等计算机关键部件的设计和应用5.2 数字电路在通信系统中的应用了解通信系统的基本原理和数字调制技术学习数字通信系统中数字电路的设计和应用5.3 数字电路在其他领域中的应用了解数字电路在数字信号处理、嵌入式系统、工业控制等领域中的应用学习数字电路在不同领域中的设计和应用案例第六章：数字电路仿真与实验6.1 数字电路仿真基础学习数字电路仿真原理和工具熟悉使用仿真软件进行数字电路设计和验证的方法6.2 组合逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对组合逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能6.3 时序逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对时序逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能第七章：数字电路设计与验证7.1 数字电路设计流程熟悉数字电路设计的基本流程和方法掌握需求分析、模块设计、仿真验证和硬件实现等环节7.2 组合逻辑电路设计实例学习组合逻辑电路设计实例，如编码器、译码器等掌握设计方法和技术要求7.3 时序逻辑电路设计实例学习时序逻辑电路设计实例，如触发器、计数器等掌握设计方法和技术要求第八章：数字电路测试与维护8.1 数字电路测试方法学习数字电路测试的基本方法和策略掌握功能测试、结构测试和边界测试等技术8.2 数字电路调试与优化了解调试过程和方法，提高电路性能学习电路优化技巧，降低功耗和成本8.3 数字电路故障诊断与修复学习故障诊断原理和方法，如逻辑分析仪、示波器等工具的使用掌握故障分析和修复技巧，提高电路可靠性第九章：数字集成电路9.1 数字集成电路概述了解数字集成电路的分类、特点和应用领域掌握数字集成电路的基本结构和原理9.2 常见数字集成电路学习门阵列、触发器、寄存器等常见数字集成电路的原理和应用9.3 数字集成电路的设计与实现学习数字集成电路的设计方法掌握数字集成电路的实际制作和调试技巧第十章：数字电路技术的发展趋势10.1 数字电路技术的创新应用了解数字电路技术在、物联网、生物医疗等领域的创新应用学习数字电路技术在这些领域的发展前景和挑战10.2 新型数字电路技术学习新型数字电路技术，如量子计算、碳纳米管电路等掌握这些技术的原理和优势，了解其发展趋势和应用前景10.3 数字电路技术的未来发展了解数字电路技术在未来的发展趋势和挑战学习如何适应和推动数字电路技术的发展，为人类社会作出贡献重点和难点解析重点环节1：逻辑函数的表示方法及其相互转换补充和说明：逻辑函数的表示方法是理解数字电路的基础，包括逻辑图、真值表及其代数表达式。

数字电子技术基础教案第一章：数字电路概述教学目标：1. 了解数字电路的基本概念和特点。

2. 掌握数字电路的基本元素和逻辑门。

3. 理解数字电路的逻辑设计和功能实现。

教学内容：1. 数字电路的定义和特点。

2. 数字电路的基本元素：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数。

3. 逻辑门的类型及其功能：与门、或门、非门、异或门、同或门等。

4. 逻辑函数的表示方法：逻辑表达式、逻辑图、逻辑表格。

5. 数字电路的设计方法和步骤。

教学方法：1. 采用讲授法，讲解数字电路的基本概念和逻辑门的功能。

2. 利用举例法，分析数字电路的实际应用案例。

3. 进行课堂讨论，引导学生思考和理解数字电路的设计方法。

教学评估：1. 课堂练习：要求学生绘制逻辑门的符号和功能表格。

2. 小组讨论：评估学生对数字电路设计方法的理解程度。

第二章：组合逻辑电路教学目标：1. 掌握组合逻辑电路的基本原理和设计方法。

2. 熟悉常用的组合逻辑电路：加法器、编码器、译码器、多路选择器等。

3. 能够分析和设计组合逻辑电路的应用案例。

教学内容：1. 组合逻辑电路的定义和特点。

2. 组合逻辑电路的基本原理：逻辑函数、逻辑门的使用。

3. 常用的组合逻辑电路及其功能：加法器、编码器、译码器、多路选择器等。

4. 组合逻辑电路的设计方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、逻辑表格。

5. 组合逻辑电路的应用案例分析。

教学方法：1. 采用讲授法，讲解组合逻辑电路的基本原理和常用电路的功能。

2. 利用举例法，分析组合逻辑电路的应用案例。

3. 进行课堂讨论，引导学生思考和理解组合逻辑电路的设计方法。

教学评估：1. 课堂练习：要求学生绘制组合逻辑电路的逻辑图和功能表格。

2. 小组讨论：评估学生对组合逻辑电路应用案例的理解程度。

第三章：时序逻辑电路教学目标：1. 掌握时序逻辑电路的基本原理和设计方法。

2. 熟悉常用的时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器等。

3. 能够分析和设计时序逻辑电路的应用案例。

《数字电子技术》电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述介绍数字电路的基本概念、特点和分类解释数字信号与模拟信号的区别1.2 数字逻辑基础介绍逻辑代数的基本运算和规则解释逻辑门电路的原理和应用1.3 逻辑函数与逻辑门电路介绍逻辑函数的定义和表示方法解释逻辑门电路的种类和功能第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述介绍组合逻辑电路的定义和特点解释组合逻辑电路的分类和应用2.2 常用的组合逻辑电路介绍编码器、译码器、多路选择器和算术逻辑单元等电路的原理和应用2.3 组合逻辑电路的设计方法介绍组合逻辑电路的设计原则和方法解释组合逻辑电路的优化和简化第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述介绍时序逻辑电路的定义和特点解释时序逻辑电路的分类和应用3.2 触发器介绍触发器的概念、种类和功能解释触发器的时序要求和真值表3.3 时序逻辑电路的设计方法介绍时序逻辑电路的设计原则和方法解释时序逻辑电路的优化和简化第四章：数字电路仿真与实验4.1 数字电路仿真概述介绍数字电路仿真的概念和作用解释数字电路仿真软件的使用方法4.2 组合逻辑电路的仿真与实验利用仿真软件对组合逻辑电路进行仿真和实验分析实验结果和性能评估4.3 时序逻辑电路的仿真与实验利用仿真软件对时序逻辑电路进行仿真和实验分析实验结果和性能评估第五章：数字电路的应用5.1 数字电路在通信系统中的应用介绍数字电路在通信系统中的应用实例和原理解释数字调制和解调的电路设计方法5.2 数字电路在计算机系统中的应用介绍数字电路在计算机系统中的应用实例和原理解释微处理器、存储器和总线的电路设计方法5.3 数字电路在其他领域中的应用介绍数字电路在其他领域中的应用实例和原理解释数字电路在控制系统、数字信号处理等方面的应用方法第六章：数字电路设计工具与方法6.1 数字电路设计工具介绍电子设计自动化(EDA)工具的概念和作用解释电路设计软件（如Multisim、Proteus）的使用方法6.2 数字电路设计流程阐述数字电路设计的整个流程，包括需求分析、逻辑设计、物理设计等解释各个阶段的关键技术和注意事项6.3 数字电路设计实例通过具体实例展示数字电路设计的全过程分析设计过程中的难点和解决方案第七章：数字集成电路7.1 数字集成电路概述介绍数字集成电路的类型和特点解释集成电路的制造工艺和分类7.2 常见数字集成电路介绍TTL、CMOS等常见数字集成电路的原理和应用解释集成电路封装和接口技术7.3 数字集成电路的应用与选择阐述数字集成电路在电路设计中的应用方法介绍如何根据电路需求选择合适的集成电路第八章：数字系统的测试与维护8.1 数字系统测试概述介绍数字系统测试的目的和重要性解释数字测试信号的和应用8.2 数字故障诊断与测试方法介绍故障诊断的方法，如静态测试、动态测试和在线测试解释故障模型和测试向量的8.3 数字系统的维护与优化阐述数字系统运行过程中的维护和优化措施介绍故障排除和系统性能提升的方法第九章：数字电路在嵌入式系统中的应用9.1 嵌入式系统概述介绍嵌入式系统的概念、特点和分类解释嵌入式系统在现代科技领域的重要性9.2 嵌入式数字电路设计阐述嵌入式数字电路的设计方法和流程介绍嵌入式处理器、外围电路和接口技术9.3 嵌入式系统的应用实例通过具体实例展示嵌入式数字电路在实际应用中的作用和效果第十章：数字电路技术的未来发展10.1 数字电路技术发展趋势分析当前数字电路技术的发展趋势，如低功耗、高速度、高集成度等介绍新型数字电路技术的研究方向和应用前景10.2 数字电路技术的挑战与机遇阐述数字电路技术在发展过程中面临的挑战，如信号完整性、可靠性等探讨数字电路技术发展的机遇和应对策略10.3 数字电路技术的创新应用介绍数字电路技术在新型领域的创新应用，如物联网、等分析这些应用对数字电路技术发展的影响和推动作用第十一章：数字电路在模拟信号处理中的应用11.1 概述数字模拟信号处理介绍数字电路在模拟信号处理中的重要性解释数字模拟信号处理的基本概念和原理11.2 模拟信号的数字化处理阐述模拟信号数字化处理的方法和技术介绍ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的工作原理和应用11.3 数字滤波器与信号处理解释数字滤波器的作用和分类介绍数字滤波器的设计方法和应用实例第十二章：数字电路在信号传输中的应用12.1 数字信号传输概述介绍数字信号传输的基本概念和特点解释数字信号传输与模拟信号传输的区别12.2 数字调制与解调技术介绍数字调制与解调的基本原理和方法解释调制解调器（modem）的工作原理和应用12.3 数字信号传输的线路和设备介绍数字信号传输中所用的线路和设备，如同轴电缆、光纤等解释数字信号传输中的信号衰减和抗干扰措施第十三章：数字电路在计算机系统中的应用13.1 计算机系统概述介绍计算机系统的基本组成和工作原理解释计算机系统在现代社会中的重要性13.2 中央处理器（CPU）介绍CPU的结构和工作原理解释控制单元、运算单元和寄存器的作用和功能13.3 存储器和总线系统介绍存储器的类型和作用解释总线系统的组成和功能，如数据总线、地址总线、控制总线等第十四章：数字电路在控制系统中的应用14.1 控制系统概述介绍控制系统的概念、类型和特点解释数字电路在控制系统中的应用重要性14.2 数字控制器的设计与实现阐述数字控制器的设计方法和流程介绍控制器算法实现和硬件设计的技术14.3 数字控制系统实例通过具体实例展示数字电路在控制系统中的应用和效果第十五章：数字电路技术的综合应用案例15.1 数字电路技术在通信领域的应用介绍数字电路技术在通信领域的典型应用实例解释数字电路技术在提高通信系统性能方面的作用15.2 数字电路技术在工业自动化领域的应用阐述数字电路技术在工业自动化领域的应用实例和优势介绍数字电路技术在提高工业生产效率和质量方面的作用15.3 数字电路技术在其他领域的应用展望探讨数字电路技术在其他领域的应用前景和发展趋势分析数字电路技术对人类社会发展的影响和推动作用重点和难点解析本文主要介绍了《数字电子技术》电子教案，内容涵盖了数字电路的基础知识、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字电路仿真与实验、数字电路的应用、数字集成电路、数字系统的测试与维护、数字电路在嵌入式系统中的应用、数字电路技术的未来发展等十五个章节。