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数字电子技术基础教学大纲数字电子技术基础教学大纲数字电子技术是现代电子科学与技术的基础，也是电子信息工程专业学生必须掌握的重要知识。
为了规范数字电子技术的教学内容和教学目标，制定一份科学合理的数字电子技术基础教学大纲是非常必要的。
一、引言数字电子技术是指利用数字信号进行信息的处理、传输和存储的技术。
随着计算机和通信技术的迅猛发展，数字电子技术的应用范围越来越广泛。
因此，培养学生掌握数字电子技术的基本理论和实践能力，对他们未来的学习和工作具有重要意义。
二、教学目标1.了解数字电子技术的基本概念和发展历程；2.掌握数字电路的基本原理和设计方法；3.能够运用数字电子技术解决实际问题；4.培养学生的创新思维和实践能力。
三、教学内容1.数字电子技术的基本概念1.1 数字信号与模拟信号的区别1.2 二进制数系统及其表示方法1.3 逻辑代数与布尔运算1.4 数字电路的分类和特点2.数字电路的基本原理2.1 基本逻辑门电路的原理和特性2.2 组合逻辑电路的设计与实现2.3 时序逻辑电路的设计与实现2.4 存储器的原理和应用3.数字电路的设计方法3.1 简化逻辑函数的方法3.2 组合逻辑电路的设计步骤3.3 时序逻辑电路的设计步骤3.4 数字系统的设计与实现4.数字电子技术的应用4.1 数字信号处理技术4.2 数字通信技术4.3 数字电子系统的设计与实现4.4 FPGA技术在数字电子技术中的应用四、教学方法1.理论教学与实践相结合，注重理论与实践的结合；2.采用案例分析、实验演示等形式，激发学生的学习兴趣；3.鼓励学生进行课程设计和实践项目，提高他们的实践能力；4.引导学生运用数字电子技术解决实际问题，培养他们的创新思维。
五、教学评价1.考试评价：通过闭卷考试，检测学生对数字电子技术的理论知识掌握情况；2.实验评价：通过实验报告和实验成绩，评价学生的实验能力；3.课程设计评价：通过课程设计报告和答辩，评价学生的设计能力和创新思维；4.平时表现评价：根据学生的课堂表现、作业完成情况等，评价学生的学习态度和学习能力。
数字电子技术基础知识数字电子技术是指应用数字技术来控制电子设备的技术。
它是研究电路的基础技术，它包括数字逻辑电路，数字系统，微处理器和微电子学。
数字电子技术的发展主要有两种：一种是按照数字电路处理信号，另一种是根据微处理器处理信息。
数字电子技术应用于计算机、汽车、媒体，视听娱乐等多方面。
数字电子技术基础知识主要涉及基本电子学知识，数字电子电路、数字电路设计等相关知识，以及数字系统分析、控制系统的设计原理及应用、数字信号处理等内容。
1、基本电子学知识：包括半导体物理特性、半导体电子学基础、晶体管原理、晶体管参数之间的关系、缓冲器的类型及作用、电路的建模等。
2、数字电子电路：包括基本的数字电路组成，如Grated Logic Elements、半桥、全带等；特定的数字电路，如时序时钟、同步和异步计数器、位移编码器、状态空间变换等；以及数字电路的活性化，如速率调制、抖动抑制、比较器以及归一化等。
3、数字电路设计：是利用计算机建立、模拟和仿真由多个电路模块组成的数字电路，它涉及到仿真、校验、重新定义和优化等技术，开发的软件会在系统中进行不断的修改和实施。
4、数字系统分析：利用数字信号处理来解决系统中的模型分析问题，它涉及到系统模型分析、系统优化、系统故障诊断等问题，以达到系统分析和控制的目的。
5、控制系统的设计原理及应用：分析和设计建立的控制系统，如控制系统的建模、实时微处理器、线性系统的状态控制、步进控制、PID控制，以及artificial- intelligence控制等。
6、数字信号处理：利用数字信号处理技术，将不同信号格式的信号经过数字信号处理处理器，实现滤波、压缩、提取、监控等功能，以达到优化信号处理效果。
数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术是指使用数字电子技术进行数字信号的处理和转换的技术的总称，是现代电子技术中的一项基础技术。
它是利用数字电子技术的基本原理和基本方法，设计、制造、操作和应用数字电路和数字系统的技术，包括数字电路设计、数字信号处理、数字通信和组合逻辑电路等内容。
数字电子技术在计算机、通信、控制、测量、影像等领域发挥着重要作用。
1. 数字电子技术基础概述数字电子技术是指用离散的符号代表连续的声、光、电等信息的技术。
它的产生和发展是在人们对模拟电子技术进行了深入的研究之后，参考生物神经网络的原理，发现采用离散的二进制数码或多进制数码能够代替复杂的模拟系统，并用数字电路来实现这些数码的处理。
数字电子技术在应用方面的主要优点是：信号处理精度高，可靠性强，设计灵活、方便，可扩展性强，同时也具有良好的适应性和交互性。
2. 数字信号处理数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)是指使用数字技术进行信号的数字化、处理、转换、储存、传输和显示的技术。
它具有信号处理精度高、处理速度快、抗干扰能力强、具有灵活性和可靠性等特点。
数字信号处理的原理和方法包括线性系统的分析、非线性系统的分析、数字信号的代数转换、数字滤波器、功率谱分析和数字处理器等。
数字信号处理在通信、图像、音频、视频、雷达、医学、地震等领域都有广泛的应用。
3. 数字通信数字通信是指用数字信号进行交换和传输信息的技术。
数字通信在传输质量、传输效率和传输容量方面都有明显的优势。
数字通信的主要技术包括调制解调器、通道编码、信道等效和信号检测等。
4. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由输入线、输出线和一些逻辑门组成，它的输出是根据输入信号和逻辑门的状态所产生的输出。
组合逻辑电路常用的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
组合逻辑电路也常用于大规模数字集成电路和可编程逻辑器件中。
5. 计算机计算机是数字电子技术的典型代表，它将数字信号处理的原理和方法应用到计算机结构、系统软件和应用软件等方面。
2.1由TTL门组成的电路如图2.1所示，已知它们的输入短路电流为I is =1.6mA，高电平输入漏电流I iH=40。
试问：当A=B=1时，G1的灌电流（拉，灌）为3.2mA；A=0时，G1的拉电流（拉，灌）为120。
2.2图2.2中示出了某门电路的特性曲线，试据此确定它的下列参数：输出高电平U OH=3V；输出低电平U OL=0.3V；输入短路电流I iS=1.4mA；高电平输入漏电流I iH=0.02mA；阈值电平U T=1.5V；开门电平U ON= 1.5V；关门电平U OFF=1.5V；低电平噪声容限U NL=1.2V；高电平噪声容限U NH=1.5V；最大灌电流I OLmax=15mA；扇出系数N=10.2.3TTL门电路输入端悬空时，应视为高电平；（高电平，低电平，不定）此时如用万用表测量其电压，读数约为1.4V（3.6V，0V，1.4V）。
2.4CT74、CT74H、CT74S、CT74LS四个系列的TTL集成电路，其中功耗最小的为CT74LS；速度最快的为CT74S；综合性能指标最好的为CT74LS。
2.5CMOS门电路的特点：静态功耗极低（很大，极低）；而动态功耗随着工作频率的提高而增加（增加，减小，不变）；输入电阻很大（很大，很小）；噪声容限高（高，低，等）于TTL门。
2.6集电极开路门（OC门）在使用时须在输出与电源之间接一电阻（输出与地，输出与输入，输出与电源）。
2.72.8若G2的悬空的输入端接至0.3V，结果如下表2.9输入悬空时为高电平，M=“0”，V M=0.2V,三态门输出为高阻，M 点电位由后面“与或非”门的输入状态决定，后面与门中有一输入为0，所以V M=0V。
2.102.11上图中门1的输出端断了，门2、3、4为高电平输入，此时V M=1.6V 左右。
2.12不能正常工作，因为不能同时有效，即不能同时为低电平。
2.13图为由TTL“与非”门组成的电路，输入A、B的波形如图所示，试画出V0的波形。
《数字电子技术基础》课程教学大纲一、课程基本信息1. 课程代码：课程名称：数字电子技术基础2. 学时/学分：72/4.53. 先修课程：大学物理/物理实验、电路分析基础、模拟电子技术基础4. 面向对象：测控技术与仪器、自动化5. 开课系：机电工程系6. 教材、教学参考书：【1】余孟尝主编《数字电子技术基础简明教程》（第3版）高等教育出版社；【2】候建军主编《数字电子技术基础》（第2版）高等教育出版社；【3】候建军主编《电子技术基础重点、难点、试题》高等教育出版社；【4】杜清珍主编《电工电子实验技术》西北工业大学出版社。
二、课程性质和任务数字电子技术基础课程是测控技术与仪器、自动化等电子信息类专业本科生在电子技术方面入门性质的技术基础课，具有自身的体系和很强的实践性。
本课程的任务是：通过对常用电子器件、数字电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，为深入学习测控技术及其在专业中的应用打下基础。
三、教学内容和基本要求本课程包括：逻辑代数的基础知识、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲产生与整形电路、A/D与D/A转换电路。
第一章逻辑代数基础1）掌握二进制、十六进制数及其与十进制数的相互转换。
2）掌握8421编码，了解其他常用编码。
3）掌握逻辑代数中的基本定律和定理。
4）掌握逻辑关系的描述方法及其相互转换。
5）掌握逻辑函数的化简方法。
第二章门电路1）了解半导体二极管、晶体管和MOS管的开关特性。
2）了解TTL、CMOS门电路的组成和工作原理。
3）掌握典型TTL、CMOS门电路的逻辑功能、特性、主要参数和使用方法。
4）了解ECL等其它逻辑门电路的特点。
第三章组合逻辑电路1）掌握组合电路的特点、分析方法和设计方法。
2）掌握编码器、译码器、加法器、数据选择器和数值比较器等常用组合电路的逻辑功能及使用方法。
3）了解组合电路的竞争冒险现象及其消除方法。
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。
项目一数字电子技术基础模块逻辑代数基础一．数字信号和模拟信号在我们生活的周围中存在许多物理量，我们分析它们的信号波形可以发现有两种性质不同的物理量。
（见图1和图2）图1 模拟信号图2 数字信号模拟信号：在时间上、数值上均连续的信号。
即，数值随时间作连续变化的。
典型代表是温度、速度、压力、磁场、电场等物理量通过传感器变成的电信号。
数字信号：在时间上和数值上均离散的信号。
即，在时间上是断续的，在数值上也是不连续的。
典型代表是方波。
二．数字电路和模拟电路模拟电路：用于传递、处理模拟信号的电子线路。
输入信号为模拟信号，输出信号为模拟信号。
模拟电路已经渗透到各个领域，如无线电通信、工业自动控制、电子仪器仪表、以及文化生活中的电视、录音、录像等家用电器中（也有采用数字电路的）。
数字电路：用于传递、处理数字信号的电子线路。
输入信号为数字信号，或输出信号为数字信号。
即，能够实现对数字信号的传输、逻辑运算、控制、记数、寄存、显示及脉冲信号的产生和转换。
数字电路被广泛地应用于数字电子计算机、数字通信系统、数字式仪表、数字控制装置及工业逻辑系统等领域。
与模拟电路相比，数字电路的优点是：（1）便于集成生产，通用性强，使用方便。
如计算机 （2）抗干扰能力强。
如数字通信（3）易于存储、加密、压缩、传输和再现。
如光盘和数字通信三．数字电路1．逻辑电路和逻辑电平数字电路又叫做逻辑电路，研究的主要问题是输出数字信号与输入数字信号的逻辑关系。
以图2为例，数字信号在数值上是不连续的，反映在电位上就有高低电平之分，分别用数码0和1表示。
此时的数码0和1不再表示两个数字，而是代表了两个相反的逻辑状态。
如高电平与低电平，开与关，导通与截止，是与非等等。
相应的，此时的数码0和1进行的运算不再是算术运算（加减乘除），而是逻辑代数运算（与或非）。
数字电路研究的是数字信号的逻辑关系，进行逻辑代数运算，所以数字电路又叫做逻辑电路。
2．数字电路的分类（1）按电路结构不同，可分为分立电路和集成电路两种。
分立电路由二极管、三极管、电阻、电容等元件组成。
集成电路则通过半导体制造工艺将这些元件做在一片芯片上。
随着集成电路技术的不断发展，具有体积小、重量轻、功耗小、价格低、可靠性高等特点的集成电路会逐步代替体积大、可靠性不高的分立电路。
集成电路按集成程度的不同可再细分为小、中、大、超大规模集成电路。
每片小规模集成电路含有10—100个元件，如逻辑门、触发器等逻辑单元电路；每片中规模集成电路含有100—1000个元件，如计数器，译码器、编码器、数据选择器、寄存器、算术运算器、数值比较器、转换电路等逻辑部件；每片大规模集成电路含有1000—1万个元件，如中央控制器、存储器、转换电路等逻辑系统；每片超大规模集成电路含的超过1万个元件，如单片机等高集成度的数字逻辑电路。
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧超大规模集成电路大规模集成电路中规模集成电路小规模集成电路集成电路分立电路 （2）按制作工艺不同，可分为双极型和单极型两类。
双极型电路即TTL 型，是晶体管—晶体管逻辑门电路的简称，主要由双极型三极管组成，TTL 集成电路生产工艺成熟，产品参数稳定，工作可靠，开关速度高，因此应用广泛；单极型电路即MOS 型，是金属—氧化物—半导体场效应管门电路的简称，主要由场效应管级成，优点是低功耗，抗干扰能力高。
⎩⎨⎧单极型电路双极型电路（3）按结构和工作原理不同，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。
如果一个逻辑电路在任何时刻的输出状态只取决于当时的输入状态，与电路原来的状态无关，则该电路称为组合逻辑电路；如果在任一时刻，电路的输出状态不仅取决于当时的输入状态，还与前一时刻的状态有关，则该电路称为时序电路。
⎩⎨⎧时序电路组合电路3．脉冲波形的主要参数理想的数字信号为矩形波，波形为实际电路中不可避免存在储能元件（电容、电感），数字信号波形为有关参数：（1）脉冲幅度 脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏（V ） （2）脉冲上升时间 脉冲波形从0.1U 上升0.9U 所需的时间。
（3）脉冲下降时间 脉冲波形从0.9U 上升0.1U 所需的时间 脉冲上升时间和脉冲下降时间越短，实际波形越接近理想的脉冲波。
（4）脉冲宽度 脉冲上升沿0.1U 到下降沿0.1U 所需时间 （5）脉冲周期 相邻两个脉冲波形重复出现所需时间 （6）脉冲频率 单位时间内脉冲出现的次数 （7）占空比 描述脉冲波形疏密程度一． 数制数制就是记数的方法 1． 十进制数码10个：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9基数：10（进制所含数码个数）进位规则：逢十进一位权（权）值：10的幂例1．1：123．45=1*102+2*101+3*100+4*10-1+5*10-22．二进制数码2个：0、1基数：2进位规则：逢二进一位权：2的幂例1．2：（1001.01）2=1*23+0*22+0*21+1*20+0*2-1+1*2-2=（8.25）10运算规则：加法规则和乘法规则加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：0*0=0，0*1=0，1*0=0，1*1=13．八进制数码8个：0、1、2、3、4、5、6、7基数：8进位规则：逢八进一位权：8的幂例1．3：（123.4）8=1*82+2*81+3*80+4*8-1=（83.5）104．十六进制数码16个：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F基数：16进位规则：逢十六进一位权：16的幂例1．4：（4DE.A8）16=4*162+D*161+E*160+A*16-1+8*16-2=（1246.65625）10二．不同进制间的转换1．二进制、八进制、十六进制转换成十进制：按权展开相加法（例1.1、1.2、1.3、1.4）2．十进制转换为其它进制：十进制的整数部分与小数部分分别转换。
整数部分采用“除基取余法”：整数部分逐次除以基数，依次记下余数，直至商为0。
读数方向：从下到上小数部分采用“乘基取整法”：小数部分连续乘以基数，依次取整数，直至小数部分为0，或达到要求的精度。
读数方向：从上到下例1．5（练习题1-1（4））：将十进制数37.48转换成二进制数、八进制数，小数点后保留三位。
解：（37.48）10 = (37) 10 + (0.48) 10（1）十进制数37.48转换成二进制数整数部分(37) 10 = ( 100101 ) 2 小数部分(0.48) 10 = (0.011) 2所以，(37.48) 10 = ( 100101.011 ) 2 （2）十进制数37.48转换成八进制数(37) 10 = ( 45) 8(0.48) 10 = (0.365) 8 所以，(37.48) 10 = ( 45.365 ) 83． 二进制与八进制、十六进制间的转换 （1） 二进制与八进制的转换规则：每三位二进制数相当于一位八进制数二进制数转换为八进制数：以小数点为中心，分别向左、向右两边延伸，每三位二进制数为一组，用对应的八进制数来表示；不足三位的，用0补足。
八进制转换为二进制：每位八进制数用三位二进制数来代替，去掉多余的0（最前面和最后面的0）。
（2） 二进制与十六进制的转换（类似于二进制与八进制的转换） 规则：每四位二进制数相当于一位十六进制数二进制数转换为十六进制数：以小数点为中心，分别向左、向右划分延伸，每四位二进制数用一位十六进制数来表示；不足四位的，用0补足。
十六进制转换为二进制：每位十六进制数用四位二进制数来代替，去掉多余的0（最前面和最后面的0）。
例1．6 （习题1-3（2））将二进制数1001101.010转换为八进制数和十六进制数。
解： 二进制 001 001 101. 010 八进制 1 1 5 . 2 所以 ( 1001101.010 )2 = ( 115.2 )8二进制 0100 1101. 0100十六进制 4 D . 4 所以 ( 1001101.010 )2 = ( 4 D . 4 )8三． 码制：编码的方式编码：用按一定规则组成的二进制码去表示文字、数字、符号等。
如ASCII 码、汉字内部码。
BCD 码（二—十进制代码）：每位十进制数用四位二进制数表示的代码。
从十六种组合中选取其中的十种。
1．8421BCD 码：恒权码（每一位的位权是固定不变的），从高位到低位的位权分别为8、4、2、1，每组二进制代码按权展开求和就得到所代表的十进制数。
例1．7：（习题1-5（2））将十进制数34.15转换为8421码。
解： 3 4 .1 50011 0100 .0001 0101(3 4.15)10= (11 0100 .0001 0101)8421BCD例1．8：（习题1-6（2））将8421码(100101100011)8421BCD转换为十进制数。
解：1001 0110 00119 6 3(100101100011)8421BCD= (963)102．5421BCD码：恒权码，从高位到低位的位权分别为5、4、2、1。
3．2421BCD码：恒权码，从高位到低位的位权分别为2、4、2、1。
3．余3码：无权码（没有固定的位权），比8421码多余3。
例1．9：(0000)8421BCD= (0011)余3码(0001)8421BCD= (0100)余3码(0010)8421BCD= (0101)余3码4．格雷码：无权码，特点是任意两组相邻代码之间只有一位不同。
例1．10 ( 1 )10= (0001)格雷码`( 2 )10= (0011)格雷码。
