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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。
数字逻辑电路教案（40节）第⼀章数字电路基础新课导⼊：前⾔电⼦电路根据处理信号和⼯作⽅式的不同，可分为模拟电路和数字电路两类。
模拟信号：指幅度随时间连续变化的信号。
例如：速度、温度、电场等物理量通过传感器转换后的电信号。
模拟电路：对这些信号进⾏传输、处理的电⼦电路称为模拟电⼦电路。
主要是研究输出与输⼊之间信号的⼤⼩、相位变化等。
信号发⽣器、功率放⼤器、整流滤波器等都是由模拟电路组成的。
其波形为：教学过程：§1-1 数字电路概述⼀、数字信号和数字电路数字信号：指幅度随时间不连续变化的脉冲信号。
数字电路：主要是指输出与输⼊之间的逻辑关系，⼀般不研究变化过程。
如数字万⽤表、数字⽯英电⼦表、声⾳通过扩⾳器也是⼀种数字信号。
波形如下图：数字电路的应⽤：数字电视、数字录像机、数字通信系统、数字电⼦计算机、数字控(a)1111(b)⼆、数字电路的特点数字电路中只有⾼电平、低电平两种状态，通常采⽤⼆进制编码，即只有1和0两个数码，⽤来表⽰脉冲信号的⽆有或多少。
⾼电平3.6V⽤1表⽰，低电平0.3V⽤0表⽰。
例：光盘的刻录数字电路中的⼆极管、三极管都是⼯作在开关状态，开关的接通与断开，可以⽤导通和截⽌来实现。
导通⽤1，截⽌⽤0表⽰，这种表⽰⽅法⼀般称为正逻辑。
如果低电平对应1，⾼电平对应0的关系称为负逻辑。
数字电路的分析与模拟电路不同，主要是以逻辑代数为主要⼯具，利⽤真值表、逻辑函数表达式、卡诺图、波形图等。
特点：1、数字信号易于存储、加密、压缩、传输和再现。
2、数字电路结构简单，便于集成化、系列化批量⽣产，成本低、使⽤⽅便。
3、可靠性⾼、精度⾼、抗⼲扰能⼒强。
4、能实现数值运算，可编程数字电路容易实现各种算法，具有较⼤的灵活性。
5、能实现逻辑运算和判断，便于实现各种数字控制。
三、数字电路的应⽤1、信号发⽣器2、数字电⼦仪表3、数字家电产品4、数字电⼦计算机5、数字通信6、⼯业数字控制系统四、如何学好数字逻辑电路1、学好基础知识3、综合应⽤数字集成电路§1-2 数制与编码⼀、数制在数字电路中，常⽤⼆进制数、⼋进制数和⼗六进制数。
数字电路逻辑设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字电路基本概念，掌握逻辑门电路的工作原理和功能；2. 学会使用逻辑代数进行简单的逻辑表达式推导和化简；3. 掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法；4. 了解数字电路的测试和调试方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的组合逻辑电路和时序逻辑电路；2. 能够使用逻辑门集成电路进行电路搭建和测试；3. 能够分析数字电路中存在的问题，并提出改进措施。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路逻辑设计的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作精神，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的创新意识，敢于尝试新方法，提高解决问题的能力；4. 培养学生严谨的学习态度，注重实验操作的规范性和安全性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握数字电路基本知识的基础上，能够运用所学技能进行逻辑设计，培养其创新思维和实际操作能力。
课程目标具体、可衡量，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 数字电路基本概念：逻辑门电路、逻辑函数、逻辑代数；2. 组合逻辑电路设计：编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元；3. 时序逻辑电路设计：触发器、计数器、寄存器、移位寄存器；4. 数字电路测试与调试：故障分析、测试方法、调试技巧；5. 实践操作：使用集成电路搭建组合逻辑电路和时序逻辑电路，进行测试与分析。
教学大纲安排如下：1. 数字电路基本概念（1课时）：介绍逻辑门电路、逻辑函数和逻辑代数，引导学生理解数字电路的基本组成和工作原理；2. 组合逻辑电路设计（2课时）：讲解组合逻辑电路的设计方法，举例说明编码器、译码器等常见组合逻辑电路；3. 时序逻辑电路设计（2课时）：介绍时序逻辑电路的特点，讲解触发器、计数器等时序逻辑电路的设计方法；4. 数字电路测试与调试（1课时）：分析数字电路常见故障，教授测试与调试方法；5. 实践操作（2课时）：指导学生使用集成电路进行组合逻辑电路和时序逻辑电路的搭建、测试与分析。
数字逻辑电路实验课程设计课程概述数字逻辑电路是计算机基础知识的重要组成部分，也是计算机专业课程中的重要一环。
本实验旨在通过实际操作，加深学生对数字逻辑电路原理的理解，增强学生动手实践能力，为以后相关课程的学习打下基础。
实验内容本实验的主要内容为数字逻辑电路的设计和仿真，其中包括以下几个实验项目：实验一：基础逻辑门的实现通过实验一，学生将掌握数字逻辑电路中基础逻辑门的实现方法。
实验中，学生会使用基础逻辑门实现多功能逻辑电路，练习基础逻辑电路的搭建和仿真。
实验二：组合逻辑电路的设计实验二主要是组合逻辑电路的设计与仿真。
学生将会独立设计组合逻辑电路，并调试仿真运行结果，本实验对于提高学生对组合逻辑电路理论的理解和实际操作能力有非常重要的作用。
实验三：时序逻辑电路的设计实验三主要是时序逻辑电路的设计与仿真。
学生将会掌握时序逻辑电路的设计方法，理解时序逻辑电路的工作原理。
本实验将从理论到实践，帮助学生更好的掌握时序逻辑电路的应用。
实验要求•学生需要在上课前自行预习相关知识，对每个实验项目做好实验前的准备工作。
•实验过程中，学生需要根据实验要求，独立完成实验任务，并认真记录实验过程和实验数据。
•实验报告需要按照规定格式书写，其中需包含实验目的、实验原理、实验过程、实验结果及分析等内容。
•实验完成后，需要将实验报告在规定时间内提交给授课教师，如需重做实验，需要重新安排实验时间。
实验评分每个实验项目的实验报告占总成绩的30%。
实验报告将按照格式、实验完成情况以及实验结果分析等的得分进行评分。
实验报告迟交或抄袭者，将会被计入不及格分数。
实验工具本实验需要使用电路模拟软件进行实验操作，建议使用PSPICE或MULTISIM等相关软件。
学生需要提前安装或下载相关软件，并进行必要的学习和练习。
实验总结数字逻辑电路实验是计算机专业非常重要的实践环节。
通过本实验，学生将了解到数字逻辑电路的设计与原理，并能够熟练掌握数字逻辑电路仿真工具的使用。
数字逻辑电路与系统设计第二版课程设计
1. 概述
数字电路是电子工程中的重要组成部分，数字逻辑电路和系统的设计涉及到数字电路的设计和构建，是电子工程师必须掌握的技能之一。
本篇文档介绍数字逻辑电路与系统设计第二版课程设计的内容和要求。
2. 课程设计的目的
本课程设计旨在通过实践操作，使学生掌握数字逻辑电路与系统设计的原理和基本方法，学习数字逻辑电路的设计和执行，加强对数字逻辑电路与系统设计的理解和应用。
3. 课程设计的要求
本课程设计要求学生完成以下内容：
•组合逻辑电路设计
–包括门电路与简化、卡诺图和反演等设计方法
–要求能够实现各种布尔表达式和逻辑功能的电路设计•时序逻辑电路设计
–包括时序电路元件的设计、状态图的绘制和状态转移表的填写
–要求理解时序逻辑电路的工作原理，并能进行逻辑设计和仿真验证
•FPGA实现
–使用Vivado或Quartus进行FPGA电路设计
–能够进行FPGA电路实现和验证，并能进行性能分析和优化
1。
数字逻辑课程设计图表一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字逻辑电路的基本概念，掌握二进制数、逻辑门以及常用组合逻辑电路的原理和应用。
2. 使学生掌握基本的数字逻辑设计方法，能够分析并设计简单的组合逻辑电路。
3. 引导学生了解数字逻辑电路在实际应用中的重要性，如计算机、通信等领域。
技能目标：1. 培养学生运用逻辑门、触发器等组件进行数字逻辑电路设计的能力。
2. 培养学生通过图表、真值表、逻辑表达式等方式，分析并解决数字逻辑电路问题的能力。
3. 提高学生的动手实践能力，能够利用实验箱或软件工具搭建并测试简单的数字逻辑电路。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对数字逻辑电路的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生严谨、细致的学习态度，使其具备良好的团队合作精神和沟通能力。
3. 引导学生认识到数字逻辑电路在现代科技发展中的重要作用，增强其社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标将分解为以下具体学习成果：1. 学生能够熟练运用二进制数、逻辑门进行基本逻辑运算。
2. 学生能够设计并分析简单的组合逻辑电路，如编码器、译码器等。
3. 学生能够通过图表、真值表等方式，解决实际问题，如逻辑函数的化简、逻辑电路的分析等。
4. 学生能够在实验过程中，掌握基本的实验操作技能，具备一定的故障排查能力。
5. 学生能够主动参与课堂讨论，积极与同学分享学习心得，形成良好的学习氛围。
二、教学内容根据课程目标，教学内容分为以下三个部分：1. 数字逻辑基础理论- 二进制数及其运算- 逻辑门电路原理与应用- 常用组合逻辑电路（编码器、译码器、数据选择器、数据分配器）- 逻辑函数及其化简方法教学内容参考教材相关章节，确保学生掌握基本概念和原理。
2. 数字逻辑电路设计- 逻辑门电路的设计与搭建- 组合逻辑电路的设计与分析- 逻辑函数的实现与应用- 课时安排：8课时该部分内容以教材为核心，结合实际案例，培养学生的设计能力和动手能力。
数字逻辑电路教学设计1. 教学背景数字逻辑电路是计算机科学与技术、电子信息工程等专业中的重要基础课程，对于学生后续的学习和研究都具有重要的作用。
为了更好地促进学生对数字逻辑电路知识的掌握并提高教学质量，需要设计出一套科学有效的教学方案。
2. 教学目标本教学方案的主要目标是：•解释数字逻辑电路的基本概念和原理•演示数字逻辑电路的设计和分析方法•发掘数字逻辑电路在工程实践中的应用3. 教学内容数字逻辑电路教学内容包括：1.数字电路基础知识2.组合逻辑电路设计3.时序逻辑电路设计4.存储器设计5.CPU设计在具体的课程设计中，教师可以根据学生的专业背景和学习需求，适当调整上述教学内容的深度和广度。
4. 教学方法为了达到教学目标，本教学方案采用了以下教学方法：1.前置知识讲解：在进行数字逻辑电路教学之前，需要对学生进行必要的前置知识讲解，包括布尔代数、逻辑运算符等，为后续的课程内容打下良好的基础。
2.理论授课：采用讲授、演示等多种方式，对数字逻辑电路的基本概念、原理、设计和分析方法进行详细讲解。
3.实验实践：在理论课程的基础上，组织学生参与数字逻辑电路的实验设计，通过实验帮助学生深入理解数字逻辑电路的工作原理和应用。
4.课程设计：对于工程类专业学生，本教学方案将重点关注数字逻辑电路在工程实践中的应用，通过课程设计等方式培养学生解决实际问题的能力和技能。
5. 教学评估为了帮助教师对学生的学习成果进行准确评估，本教学方案采用了多元化的评估方式，包括：1.课堂测验：在课堂上或课后进行简答题、选择题等形式的测验，考察学生对数字逻辑电路基本概念的掌握程度。
2.实验报告：学生需要结合实验，撰写实验报告，评价其对数字逻辑电路理论知识的掌握能力和实验设计能力。
3.课程设计：针对工程类专业学生，本教学方案将开展一定难度的数字逻辑电路课程设计，考察学生对数字逻辑电路的设计和分析能力。
4.期末考试：在课程结束时进行期末考试，考察学生对数字逻辑电路全面知识的掌握程度。
《数字逻辑电路课程设计》教学大纲（总学时数 1周，学分数 1.0，课程编码：03030610）一 课程设计的任务与目的数字逻辑电路课程设计是计算机类专业在学习了《数字电路与逻辑技术》课程后所进行的综合应用课程实习，是计算机类专业重要的实践教学环节。
数字逻辑电路课程设计的任务与目的：掌握常用集成电路的正确使用方法；强化数字电路与逻辑技术的设计应用以及逻辑电路设计与分析能力；提高学生在集成电路应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以至用的原则。
学生通过查阅资料、数字逻辑电路设计分析、安装调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能；熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。
二 课程设计的内容和要求课程设计是通过《数字电路与逻辑技术》课程的各教学环节（课堂教学和实验）学习之后进行的，应选取综合性和实用性较强的课题，内容的复杂程度和工作量应适中，应使学生达到如下要求：1、初步掌握一般逻辑电路分析和设计的基本方法。
根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究，设计计算，确定电路方案；选择电路，独立安排实验，调试改进；分析实验结果，写出设计总结报告。
2、 一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。
学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，通过独立思考，查阅工具书，参考文献，寻找答案；掌握电路调试的一般规律，对实验中出现一般故障，能通过“观察、判断、实验、再判断”的基本方法去解决；能对实验结果进行独立分析和评价。
3、学会使用电子仪器仪表进行逻辑电路的检测、故障分析和排除。
4、严格的科学训练和工程设计实践，使学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有一定的生产观念，经济观点和全局观点。
三 课程设计的安排与组织课程设计集中在1周（5天）进行。
课程设计报告
课程设计名称：数字逻辑电路
系别：三系
学生姓名：朱强
班级：13软件2班
学号：20130311227
成绩：
指导教师：朱慧博
开课时间：2014-2015 学年第一学期
一．设计题目
题目：交通信号灯控制器
二．主要内容
1)设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红绿黄LED做信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。
2）主干道每次放行60秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路
3）每次由绿灯转换为红灯时，要亮5秒黄灯作为过度，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。
三．具体要求
1、对所设计电路的功能明确
2、熟悉软件的基本操作
3、报告中课题总体设计功能复合
四．进度安排
五．成绩评定
1、考核方法：总成绩由平时成绩和设计、报告成绩三部分组成，
各部分比例为20%,20%，60%。
2、成绩评定:
（1）平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。
迟到15分钟按旷课处理
（2）设计成绩：按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。
（3）设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。
目录
1总体设计方案 (2)
2 控制电路设计 (2)
2.1 控制电路工作原理 (2)
2.2 控制电路设计过程 (4)
3 倒计时电路设计 (5)
4 译码显示电路设计 (9)
4.1动态显示工作原理 (9)
4.2动态显示及译码电路设计 (9)
5 总体电路设计 (11)
6 电路仿真调试 (12)
7 改进意见及收获体会 (16)
8 参考文献 (17)
1 总体设计方案
交通灯控制器的总体功能框图
交通灯控制器的功能框图
2控制电路设计
2.1 控制电路工作原理：
设主干道绿灯，黄灯，红灯分别为G1,Y1,R1；支干道绿灯，黄灯，红灯分别为G2,Y2,R2；并且均用0表示灭，1表示亮，则交通灯有如下四种输出状态：
采用四位二进制计数器74161实现控制器的四个状态循环。
当倒计时计数器值为01时，产生74161的技术使能信号，使控制器从当前状态转入下一个状态。
因此，计数值01可作为控制器状态转换的条件T1=T,同时也可产生同步置数信号，将下一状态的计数初值置入计数器。
状态转换图为：
T1=0
T1=1 T1=1
2.2控制电路设计过程
由状态表可以得到：
控制电路图：
1001111232322223320101
;;;
B A B A B A B A B A B A B A B A G Q Q m Y Y Q Q m Y
R Q Q Q Q m m Y Y G Q Q m Y Y Q Q m Y R Q Q Q Q m m Y Y =⋅===⋅===⋅+⋅=⋅=⋅=⋅===⋅===⋅+⋅=⋅=⋅
3 倒计时电路设计
Mux2的原理图：
计数器原理图：
减法计数器电路图：
主干道和支干道倒计时电路设计
当主干道或只干道减法计数器值为01时，产生同步置数信号，将下一状态计数初值置入。
主干道、支干道倒计时电路图：
4 译码显示电路设计
4.1动态显示工作原理
EDA实验板上一共有8个数码管，如果按照传统的数码管驱动方式，则需要8个七段译码器和64个I/O口进行驱动，这样就会浪费大量的资源。
所以最常见的数码管驱动电路为动态扫描显示。
数码扫描显示原理：利用人眼的视觉暂留效应，把多个数码管按一定顺序进行点亮。
当点亮的频率（即扫描频率）不大时，人眼看到的数码管一个个的依次点亮，然而扫描频率足够大时，看到的不再是一个一个的点亮，而是同时全部点亮。
4.2动态显示及译码电路设计
译码器代码
--bcd-7seg
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
ENTITY bcd_7seg IS
PORT(
in_data:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
out_data:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)
);
END bcd_7seg;
ARCHITECTURE rtl of bcd_7seg IS
BEGIN
PROCESS(in_data)
BEGIN
CASE in_data IS
WHEN"0000"=>out_data<="00111111";
WHEN"0001"=>out_data<="00000110";
WHEN"0010"=>out_data<="01011011";
WHEN"0011"=>out_data<="01001111";
WHEN"0100"=>out_data<="01100110";
WHEN"0101"=>out_data<="01101101";
WHEN"0110"=>out_data<="01111100";
WHEN"0111"=>out_data<="00000111";
WHEN"1000"=>out_data<="01111111";
WHEN"1001"=>out_data<="01100111";
WHEN OTHERS=>out_data<="00000000";
END CASE;
END PROCESS;
END rtl
动态显示电路图：
5 总体电路设计
整体电路图：
引脚配置图：
6 电路仿真调试
7 改进意见及收获体会
本次设计实现了交通灯倒计时功能并通过显示频显示,与其同步的实现了交通信号灯相应状态显示。
开始的时候，我发现这次题目对于我来说真的很难，设计之初是不知如何下手，我就先把个芯片的功能以及之前实验课的电路图温习了一遍，看着朱老师给的数字电路资料和视频慢慢地清楚的知道自己要做什么，怎么做，当然在这过程中，我遇到了很多问题，甚至要重新画电路图，但在朱老师的帮助下，得以顺利解决。
通过这次课程设计，我对数字电路在实际生活中的应用有了深刻的理解，该实验加强了我动手、思考和解决问题的能力。
虽然花了很多的时间，但学到了很多东西。
做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，而且设计也是一个团队的任务，相互帮助，配合默契，当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋。
这次课程设计锻炼我们团队合作精神，这是非常宝贵的。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加重要。
挫折是一份财富，经历是一份拥通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
非常感谢朱慧博老师，老师悉心指导是我顺利完成实习的保证。
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.
[2] 石建平.数字电子技术[M].北京：国防工业出版社，2011.
[3] 王艳春.电子技术实验与Multisim仿真[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011.
[4] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.
[5] 方大千、鲍俏伟《实用电子控制电路》国防工业出版社
[6] 康华光《电子技术基础——数字部分》高等教育出版社
17。
