逻辑与数字系统 课程设计 2015讲解

数字逻辑电路与系统设计课程设计课程设计目的通过本课程设计的学习，学生应能够掌握数字逻辑电路基本概念、设计方法以及应用技巧。

学生应该能够使用Verilog HDL或者其他硬件描述语言（HDL）设计数字逻辑电路和系统，并能够基于FPGA平台设计和实现数字电路系统。

课程设计内容本次课程设计主要包含以下内容：1.数字电路基础知识：数字逻辑基本理论、逻辑门的特点、数字电路的抽象层次。

2.Verilog HDL编程：Verilog HDL的基本语法、数据类型、运算符以及常用结构体。

3.组合逻辑电路设计：组合逻辑电路的设计方法、Karnaugh图、逻辑门级联、多路复用器/解复用器、译码器、比较器等。

4.时序逻辑电路设计：时序逻辑电路的设计方法、触发器、寄存器、计数器等。

5.FPGA系统设计：FPGA的基本原理和结构、FPGA开发板的使用、FPGA系统设计的流程以及示例项目。

课程设计要求1.课程设计可以采用Verilog HDL或者其他HDL编程语言。

2.参与者需要结成小组，每个小组3-5人。

3.每个小组需要完成一项数字电路设计项目，包括设计报告和实验验证。

4.每个小组需要在课程结束时提交一份完整的设计报告以及实验数据和项目代码。

5.设计项目可以是基于组合逻辑或时序逻辑的电路系统设计，包括但不限于多路选择器、加法器、比较器、寄存器、时钟控制器、计数器、显示控制器等。

6.设计报告应该包含问题描述，设计总体方案，设计分级具体实现以及实验结果和分析等。

7.实验验证应该使用FPGA开发板完成，需要进行基准测试，并按照设计要求逐步进行验证。

8.设计报告和实验验证需要进行小组汇报，并进行讨论。

课程设计参考资料1.Verilog HDL编程指南(第二版), 王自发, 清华大学出版社，20182.数字逻辑与计算机设计，M. Morris Mano, Pearson Education,20153.FPGA原理与设计, Jonathan W. Valvano, Morgan & Claypool,20114.FPGA开发实战, Evan A. Curtice, Packt Publishing, 2018结论通过本次课程设计，学生将能够熟练掌握数字逻辑电路设计的基础知识和关键技能。

数字逻辑与数字系统设计课程设计一、课程设计背景数字逻辑与数字系统设计课程介绍了数字电路的基本概念、设计和分析方法。

数字逻辑是电子技术中非常重要的一部分，广泛应用于计算机、通信、自动化控制、计算器、游戏机等电子产品。

通过本课程的学习，学生将掌握数字逻辑和数字系统设计的基本原理和方法。

二、课程设计内容本次数字逻辑与数字系统设计课程设计主要分为以下几个部分：1.实验一：Karnaugh图和逻辑多路选择器设计实验2.实验二：数字逻辑电路的组合设计实验3.实验三：数字电路的时序设计实验4.实验四：数字系统设计实验5.实验五：数字逻辑综合设计实验实验一：Karnaugh图和逻辑多路选择器设计实验通过本实验，学生将学会运用Karnaugh图方法设计简单的逻辑电路，掌握最小化布尔函数的方法。

同时，学生将学习多路选择器的设计方法，掌握多路选择器的应用技巧。

实验二：数字逻辑电路的组合设计实验通过本实验，学生将学习的是数字逻辑电路的组合设计方法，包括基本逻辑门和复杂逻辑电路的设计技术。

同时，学生还将掌握基本电路的仿真方法，通过仿真软件对电路进行验证。

实验三：数字电路的时序设计实验在本实验中，学生将掌握数字电路的时序设计方法，了解时序电路的作用、分类和基本原理。

同时，学生将学习数字电路时序仿真的方法，能够进行基本时序电路模拟。

实验四：数字系统设计实验在本实验中，学生将学习数字系统设计的基本方法和过程，包括总体结构设计、输入输出接口的设计、存储器的设计等；同时，学生还将了解数字系统的仿真和测试方法，对设计的数字系统进行仿真和测试。

实验五：数字逻辑综合设计实验在本实验中，学生将通过数字逻辑综合设计，掌握数字逻辑综合应用技巧，并能够在实践中学习根据需求进行电路综合的方法。

三、课程设计特点本次数字逻辑与数字系统设计课程设计不仅注重理论教学，更加强调实践教学，特点如下：1.注重实验教学，对学生的动手能力和实践能力进行提高。

2.充分利用仿真软件进行电路设计和验证，使学生在熟悉实际电路设计方法的同时，也能提高计算机仿真的技能和水平。

《数字逻辑与数字系统》教学大纲一、使用说明（一）课程性质《数字逻辑与数字系统》是计算机科学与技术专业的一门专业基础课。

（二）教学目的通过本课程的学习，可以使学生熟悉数制与编码,逻辑函数及其化简,集成逻辑部件,中大规模集成组合逻辑构件。

掌握组合逻辑电路分析和设计，同步时序逻辑电路分析和设计，异步时序逻辑电路分析和设计；中规模集成时序逻辑电路分析和设计。

了解可编程逻辑器件，数字系统设计，数字系统的基本算法与逻辑电路实现，VHDL语言描述数字系统。

为专业课的学习打下坚实的基础。

（三）教学时数本课程理论部分总授课时数为68课时。

（四）教学方法理论联系实际，课堂讲授。

（五）面向专业计算机科学与技术专业。

二、教学内容第一章数制与编码（一）教学目的与要求通过本章学习使学生掌握数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。

（二）教学内容模拟信号，数字信号，数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。

重点与难点：数制，二进制码，逻辑运算，逻辑代数的基本定律和规则，逻辑函数的化简。

第一节进位计数制1、十进制数的表示2、二进制数的表示3、其它进制数的表示第二节数制转换1、二进制数与十进制数的转换2、二进制数与八进制数、十六进制数的转换第三节带符号数的代码表示1、真值与机器数2、原码3、反码4、补码5、机器数的加、减运算6、十进制数的补数第四节码制和字符的代码表示1、码制2、可靠性编码3、字符代码（三）教学方法与形式课堂讲授。

（四）教学时数2课时。

第二章逻辑代数与逻辑函数（一）教学目的与要求通过本章学习使学生掌握逻辑代数的基本运算,逻辑代数的基本公式、定理及规则。

逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。

（二）教学内容逻辑代数的基本运算、基本公式、定理及规则。

逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。

重点与难点：逻辑代数的公式、定理及规则。

第5章时序逻辑电路的分析和设计●本章教学目的与要求熟练掌握时序逻辑电路的概念、电路构成与组合电路的区别、分类；熟练掌握同步时序逻辑电路的分析方法；熟练掌握同步时序逻辑电路的设计方法；了解异步时序逻辑电路的分析方法。

●本章重点1、基本概念正确掌握：时序电路、同步、异步、现态、次态、驱动方程、状态方程、状态转换真值表、状态图、时序图、自启动；2、同步时序逻辑电路的分析方法；3、同步时序逻辑电路的设计方法；●本章难点1、同步时序逻辑电路的分析方法；2、同步时序逻辑电路的设计方法；3、原始状态图的导出方法和状态化简方法（直接观察法和隐含表法）。

●教学方法本章主要讲述了时序逻辑电路的概念、电路构成与组合电路的区别、分类；同步时序逻辑电路的分析方法；同步时序逻辑电路的设计方法，包括原始状态图的导出方法和状态化简方法（直接观察法和隐含表法）；异步时序逻辑电路的分析方法。

共需8课时。

本章采用讲授为主，自学为辅的教学方法。

对重点内容，课堂上要讲解透彻，课下布置一定的作业，使学生加深对内容的理解并牢固掌握；对难点内容，通过讲例题加以分析，深入浅出，举一反三，理论联系实际，使学生能学会学懂，为以后进一步学习打下基础。

●授课内容5.1时序逻辑电路概述5.1.1时序逻辑电路的结构及特点为了便于大家理解时序电路的结构和特点，我们先回顾一下组合逻辑电路的结构和特点。

组合逻辑电路是由门电路构成的网络，可以用图5.1所示的结构模型来表示。

图中，x1，x2，……，x n，为某一时刻的输入，Z1，Z2，……，Z m，为该时刻的输出。

图5.1 组合和时序逻辑电路结构模型显然，组合逻辑电路的逻辑关系可用下列输出函数集来描述：Z i=f i（x1，x2，……，x n），i=1，2，……，m由此可见，组合逻辑电路的特点是电路在任何时刻的输出只与该时刻的输入有关，而与该时刻以前的输入输出无关。

时序电路从总体上看，它是由组合逻辑电路和存储单元两部分构成。

数字逻辑课程设计_秒表一、教学目标本课程旨在让学生掌握秒表的基本原理和使用方法，培养学生的数字逻辑思维和实际操作能力。

具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解秒表的工作原理，包括时间计算、计数器等基本概念。

2.技能目标：学生能够熟练使用秒表进行时间测量和计数，并能进行简单的故障排查和维修。

3.情感态度价值观目标：通过学习秒表，培养学生对科学技术的兴趣和好奇心，提高学生的问题解决能力和团队合作意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.秒表的基本原理：介绍秒表的工作原理，包括时间计算、计数器等基本概念。

2.秒表的使用方法：教授学生如何正确使用秒表进行时间测量和计数，包括操作步骤和注意事项。

3.秒表的故障排查和维修：培养学生对秒表故障的识别和解决能力，包括常见故障的原因和维修方法。

三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：教师通过讲解秒表的基本原理和使用方法，让学生掌握相关知识。

2.讨论法：学生分组讨论秒表的使用心得和故障解决经验，促进学生之间的交流和合作。

3.案例分析法：教师提供一些实际的案例，让学生分析并解决秒表的使用问题，培养学生的实际操作能力。

4.实验法：学生在实验室进行秒表的操作和实践，加深对秒表的理解和掌握。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的秒表教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：提供一些相关的参考书籍，供学生进一步深入学习。

3.多媒体资料：制作一些教学视频和演示文稿，帮助学生更好地理解秒表的工作原理和使用方法。

4.实验设备：准备一些秒表和相关实验设备，让学生进行实际操作和实验。

五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等表现，评估其学习态度和理解能力。

第3章 组合逻辑电路● 本章教学目的与要求熟练掌握组合逻辑电路的定义、特点和研究重点、功能描述；熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法；熟练掌握常用MSI 组合逻辑模块（加法器、比较器、编码器、译码器和数据选择器）的功能及应用；掌握组合逻辑电路中的竞争与冒险现象。

● 本章重点1、组合逻辑电路的分析方法和设计方法；2、常用MSI 组合逻辑模块（加法器、比较器、编码器、译码器和数据选择器）的功能及应用；3、组合逻辑电路中的竞争与冒险现象。

● 本章难点1、组合逻辑电路的分析方法和设计方法；2、常用MSI 组合逻辑模块的功能及应用；3、组合逻辑电路中的竞争与冒险现象。

● 教学方法本章主要讲述了组合逻辑电路的定义、特点，组合逻辑电路的分析方法和设计方法，常用MSI 组合逻辑模块（加法器、比较器、编码器、译码器和数据选择器）的功能及应用，以及组合逻辑电路中的竞争与冒险现象。

共需8课时。

本章采用讲授为主，自学为辅的教学方法。

对重点内容，课堂上要讲解透彻，课下布置一定的作业，使学生加深对内容的理解并牢固掌握；对难点内容，通过讲例题加以分析，深入浅出，举一反三，理论联系实际，使学生能学会学懂，为以后进一步学习打下基础。

● 授课内容3.1概述逻辑电路按功能特点可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。

组合逻辑电路： 功能特点；电路结构； 无记忆 框图；描述方法：表达式、真值表、卡诺图、逻辑图 中规模MSI 组合逻辑电路概念 3.2 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析过程如下：(1) 由给定的逻辑电路图， 写出输出端的逻辑表达式； (2) 列出真值表；(3) 从真值表概括出逻辑功能；(4) 对原电路进行改进设计，寻找最佳方案(这一步不一定都要进行)。

例 已知逻辑电路如图3.1 所示，分析其功能。

解： 第一步：写出逻辑表达式。

由前级到后级写出各个门的输出函数(反过来写也可以)。

第二步： 列出真值表。

如表 4 - 1 所示。

数字逻辑与数字电路课程设计一、设计背景数字逻辑与数字电路是计算机科学专业的基础课程之一，它主要涵盖了数字信号的表示和处理，是计算机设计和实现中必备的一部分。

本次课程设计旨在让学生通过实践掌握数字逻辑和数字电路的知识，以及设计数字电路的能力。

通过完成本课程设计，学生可以加深对数字逻辑和数字电路的理解，同时提升他们的实践能力和解决问题的能力。

二、设计任务本次课程设计主要分为两个部分：数字逻辑实验和数字电路设计。

学生需要独立完成以下设计任务：1. 数字逻辑实验在本部分任务中，学生需要通过实验掌握数字逻辑的知识，包括数字信号的表示和处理，数字电路的基本构成，以及逻辑门电路的设计和实现。

具体的实验内容包括：•数字信号的表示和传输实验•逻辑门电路的设计和实现实验•组合逻辑电路设计实验•时序逻辑电路设计实验以上实验的具体内容和要求将在教学过程中给出。

2. 数字电路设计在本部分任务中，学生需要独立设计一个数字电路，该电路需要包括以下要求：•设计一个数字电路，要求满足特定的功能需求（需在教学过程中给出）•独立完成电路设计和仿真•备注电路设计思路和设计注意点•编写实验报告三、设计要求在完成本次课程设计时，学生需要满足以下要求：1.学生需要独立完成任务，并且不得抄袭或参考他人作业。

2.课程设计需要使用具有仿真能力的数字电路软件，如Proteus、Multisim等。

3.设计的电路需要经过仿真验证，并且保证实验结果是正确的。

4.实验报告需要使用Markdown文本格式，并附上仿真截图和思路分析。

5.实验报告需要在规定时间内提交，逾期不予评分。

四、设计评分本次课程设计的评分主要从以下几个方面进行考核：1.实验报告的格式是否正确，是否能够清晰地表达设计思路和仿真结果。

2.数字逻辑实验的完成情况和实验结果是否正确。

3.数字电路设计的完成情况和电路的功能是否满足要求。

4.总体评价：包括实验的难度、完成质量和表现等。

五、结语数字逻辑和数字电路是计算机科学专业必修的一门课程，本次课程设计旨在通过实践提高学生的数字电路设计能力和解决问题的能力。

数字逻辑与数字系统设计教案教案：数字逻辑与数字系统设计教学目标1.学生能够理解数字逻辑的基本概念和原理。

2.学生能够掌握数字系统的基本组成和设计方法。

3.学生能够运用数字逻辑和数字系统的知识进行简单的设计。

4.培养学生对数字逻辑和数字系统的兴趣和热情。

5.提高学生分析和解决问题的能力。

教学内容1.数字逻辑的基本概念：二进制数、逻辑门、布尔代数等。

2.数字系统的组成：中央处理器、存储器、输入输出设备等。

3.数字系统的设计方法：系统架构设计、硬件描述语言、电路设计等。

4.数字逻辑的应用：计算机、通信、自动化等。

教学难点与重点难点：数字系统的设计方法，特别是硬件描述语言和电路设计。

重点：数字逻辑的基本概念和原理，数字系统的组成和设计方法。

教具和多媒体资源1.黑板：用于讲解基本概念和公式。

2.投影仪：展示数字系统的架构和电路设计。

3.教学软件：用于模拟数字系统的运行和测试。

4.实验设备：用于学生实践数字系统的设计和搭建。

教学方法1.激活学生的前知：回顾二进制数的概念，为理解数字逻辑打下基础。

2.教学策略：讲解、示范、小组讨论、实验。

3.学生活动：小组讨论、实践操作、案例分析。

教学过程1.导入：通过展示一些基于数字逻辑的现代科技产品，如智能手机和计算机，来激发学生的兴趣。

2.讲授新课：首先介绍数字逻辑的基本概念，然后讲解逻辑门和布尔代数的原理，接着介绍数字系统的组成，最后讲解数字系统的设计方法。

3.巩固练习：给出一些实例，让学生运用所学知识进行简单的数字系统设计。

4.归纳小结：回顾本节课所学的知识点，总结重点和难点内容。

评价与反馈1.设计评价策略：测试、小组报告、观察、口头反馈。

2.为学生提供反馈，帮助他们了解自己的学习状况，并指导他们如何改进。

作业布置1.阅读相关课文和资料，整理笔记。

2.完成教师布置的习题和练习题。

3.尝试设计一个简单的数字系统，并对其进行测试和调试。

数字逻辑与数字系统设计数字逻辑与数字系统设计是计算机科学领域的重要基础知识，涉及到计算机硬件的运作原理和数字电路的设计。

本文将从数字逻辑的基本概念入手，逐步介绍数字系统设计的过程，并探讨常见的数字逻辑电路及其应用。

一、数字逻辑基础数字逻辑是研究数字信号的逻辑关系与运算的学科。

在计算机系统中，二进制的0和1被用于表示逻辑值，0代表假，1代表真。

数字逻辑中的基本逻辑运算有与、或、非、异或等。

通过这些运算，可以实现数字信号的处理和控制。

1. 与门与门是最基本的逻辑门之一，其输出只有在所有输入都为1时才为1，否则为0。

与门常用记号为“&”或“∧”。

2. 或门或门是另一种基本的逻辑门，其输出只有在至少一个输入为1时才为1，否则为0。

或门常用记号为“|”或“∨”。

3. 非门非门是最简单的逻辑门之一，其输出与输入相反。

非门常用记号为“¬”或“~”。

4. 异或门异或门是常用的逻辑门，其输出只有在输入不相同时才为1，否则为0。

异或门常用记号为“⊕”。

以上是数字逻辑中最基本的逻辑门，不同的逻辑门可以组合成更复杂的数字逻辑电路。

二、数字系统设计数字系统设计是将数字逻辑门和其他电子元件组合在一起，实现特定功能的过程。

在数字系统设计中，常用的设计方法是组合逻辑设计和时序逻辑设计。

1. 组合逻辑设计组合逻辑设计是指通过组合不同的逻辑门，根据输入产生特定的输出。

组合逻辑电路没有存储元件，只有输入和输出，输出仅取决于当前的输入。

2. 时序逻辑设计时序逻辑设计是指通过组合逻辑电路和存储元件，实现带有状态的数字系统。

时序逻辑电路的输出不仅与当前输入有关，还与之前的输入和存储元件的状态有关。

三、常见的数字逻辑电路及应用1. 加法器加法器是一种常见的数字逻辑电路，用于将两个二进制数相加。

全加器是一种常见的加法器，通过多个全加器的串联可以实现任意位数的加法运算。

2. 计数器计数器是一种递增或递减的数字逻辑电路，常用于计数和时序控制。

数字系统与逻辑设计知识点数字系统是计算机科学和电子工程领域中的基础概念，涉及到了逻辑设计、数字电路、数字信号处理等多个方面。

本文将介绍数字系统与逻辑设计的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这些概念。

一、数字系统基础知识1. 二进制与十进制：数字系统中常用的两种进制，二进制是计算机中最基础的表示方式，而十进制则是人们熟悉的常用进制。

2. 逻辑门与逻辑电路：逻辑门是数字电路中最基本的元件，逻辑电路则由逻辑门组成，能够根据输入信号产生特定的输出信号。

3. 真值表与布尔代数：真值表是一种显示逻辑函数输出与输入关系的表格，而布尔代数则是一种用于描述逻辑函数运算的代数系统。

二、逻辑门与电路1. 与门：与门是最基本的逻辑门之一，它的输出信号只有在所有输入信号都为高电平时才为高电平。

2. 或门：或门是逻辑门中的另一个基本门，它的输出信号只要有任意一个输入信号为高电平，输出信号就为高电平。

3. 非门：非门是最简单的逻辑门之一，它的输出信号与输入信号正好相反，即输入为高电平时，输出为低电平，反之亦然。

4. 与非门、或非门：与非门和或非门是将与门和或门的输出信号与非门进行逻辑运算后的产物。

三、组合逻辑电路与时序逻辑电路1. 组合逻辑电路：组合逻辑电路的输出信号仅取决于当前的输入信号，与过去的输入信号无关。

2. 时序逻辑电路：时序逻辑电路的输出信号不仅依赖于当前的输入信号，还与过去的输入信号有关，它包括了存储元件如触发器等。

四、数字系统的设计与优化1. 简化逻辑函数：基于布尔代数原理，可以对逻辑函数进行简化，从而减少电路的复杂度和功耗。

2. 组合逻辑电路的设计：根据实际需求，设计满足特定功能要求的组合逻辑电路。

3. 时序逻辑电路的设计：在满足功能要求的前提下，设计时序逻辑电路的状态转换与时序要求。

五、常见的数字系统应用1. 数据存储器：如寄存器、随机存取存储器（RAM）等。

2. 译码器和编码器：用于将一种格式的数据转换为另一种格式，如BCD码到七段数码管的转换等。