数字电路01密码的奥秘

本课程以讲解数字电子技术基础为主线,辅以典型的数字系统(智能小车、4轴无人器和电子玩具)教学。通过兴趣教学使学生领略到数字电路01奥秘,还能提高学生创新实践能力;因此不但能作为高等学校本科生的…

国家精品电子
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武汉理工大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 19
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

数字电子技术基础是电类专业的重要技术基础课。

课程主要内容有:逻辑代数基础、门电路、触发器;组合逻辑电路、时序逻辑电路;数字信号的产生与处理电路;模数转换器ADC和数模转换器DAC。

课程学习可获得:数字逻辑的基本理论;并能够运用基本理论分析和设计数字电路;掌握逻辑门、触发器、中规模组合逻辑器件、时序逻辑器件的工作原理及电路分析、设计方法。能综合运用所学知识,具备一定的解决复杂问题的能力,具备数字电子系统设计、仿真、制作、测试和分析数字电路系统的能力。通过课程学习,学生获得专业素养,建立工程观点和实践观念;学习电子器件手册和相关资料查阅。

慕课“数字电路01密码的奥秘”由长期从事一线教学的资深老师倾力打造,深入浅出的介绍数字电子技术的基础知识,展示数字电路01密码的无限魅力;课程教学中将数字电子技术基础与趣味数字系统设计(智能寻迹小车、飞行小黄人、四轴无人机等)相结合,寓教于乐的同时着重提高学习者的创新实践能力。

兴趣是最好的老师,相信各种实例能激发你的学习兴趣,欢迎加入我们的课程之旅。

课程大纲

01
数制与数码
学习目标1 了解数字电路的定义和研究内容;掌握数字信号的特点。2 掌握十进制、二进制和十六进制的特点及相互转换方法。3 掌握数字有权编码8421BCD、2421BCD、5421BCD的特点和编码方法。掌握数字无权编码余三码和“格雷码”的特点和编码方法。
课时
1.1 绪论
1.2 数制
1.3 码制
02
逻辑函数及其化简
学习目标1 掌握与、或、非基本运算规则;以及逻辑代数的复合运算:与非、或非、异或和同或等;掌握数字集成电路数据手册阅读;掌握数字集成电路电源去耦电路设计;逻辑函数的四种表示方法。2 熟练掌握逻辑代数基本定律;掌握逻辑代数三条重要规则及其应用。3 熟练运用逻辑定律的公式对逻辑函数进行代数变换及逻辑函数化简。4熟练掌握逻辑函数的最小项表示方法。熟练掌握逻辑函数的卡诺图化简法;熟练掌握卡诺图求反函数的方法。5熟练掌握无关项的表示方法;熟练掌握含有无关项的逻辑函数化简方法。
课时
2.1 逻辑代数的基本运算
2.2 逻辑代数的复合运算
2.3 逻辑代数的基本定律和基本规则
2.4 逻辑函数的代数变换
2.5 逻辑函数的代数化简法
2.6 逻辑函数的最小项
2.7卡诺图的结构及填图方法
2.8卡诺图化简法
2.9无关项
03
逻辑门电路
学习目标1 掌握分立元件门电路的分析方法;掌握增加分立元件与、或门电路输入端个数的方法;了解分立元件门电路的缺陷。2 掌握CMOS门电路的结构特征与工作特点;掌握CMOS门电路的分析方法;掌握增加CMOS与非、或非门电路输入端个数的方法;掌握拉电流、灌电流的概念;掌握门电路扇出系数的计算方法。3 掌握OD门电路的逻辑符号、结构特征与工作特点;掌握OD门上拉电阻阻值的计算方法;掌握线与的原理;4 掌握CMOS传输门的逻辑符号、结构特征与工作特点;掌握包含CMOS传输门的电路的分析方法;5 掌握三态门的逻辑符号与工作特点;掌握三态门的使能端特征;掌握包含三态门的电路的分析方法。6 掌握TTL非门的结构特征、工作原理及分析方法;掌握TTL的输入/输出的高/低电平的特点;理解门电路噪声容限的计算方法;7 掌握OC门的工作特点与分析方法;掌握TTL三态门的工作特点与分析方法。8 掌握门电路相互连接时所要求的电压、电流条件;门电路相互连接时电平转换的方法;掌握门电路驱动发光二极管的连接方法、限流电阻阻值的计算方法;掌握门电路驱动继电器的连接方法、增加续流二极管的作用;掌握门电路驱动光电耦合器的连接方法。
课时
3.1 分立元件门电路
3.2 CMOS门电路
3.3 其他形式的CMOS门电路
3.4 TTL门电路
3.5 门电路的电平转换和驱动
04
组合逻辑电路的分析与设计
学习目标1 熟练掌握组合逻辑电路工作特点和电路特点。熟练掌握组合逻辑电路的分析方法。2 熟练掌握组合逻辑电路的设计方法;熟练掌握逻辑表达式变换。3 掌握电磁寻迹小车轨迹偏离程度和方向计算。4 理解组合逻辑电路的竞争冒险的概念;了解产生竞争冒险的原因;掌握竞争冒险现象判别方法;掌握消除竞争冒险的方法。
课时
4.1 组合逻辑电路的分析
4.2 组合逻辑电路的设计
4.3 组合逻辑电路设计智能小车循迹检测
4.4 组合逻辑电路的竞争冒险
05
常用组合逻辑器件
学习目标1 掌握二进制编码器、优先编码器和8421BCD编码器的逻辑功能、分析和设计方法;2 理解光电编码器的定义、种类和应用;理解增量式、绝对式光电旋转编码器的结构、工作原理及参数测量;3 掌握增量式光电编码器在智能寻迹小车车速测量中的应用。4 掌握二进制译码器的逻辑功能、分析和设计方法;5 掌握二进制译码器的典型应用,二维地址译码器、逻辑函数产生器和数据分配器设计方法;6 掌握数据选择器的逻辑功能、分析和设计方法;掌握数据选择器实现逻辑函数的方法。7 掌握二——十进制译码器74LS42的逻辑功能、分析和设计方法;掌握七段译码器74LS48设计和分析方法。8 掌握一位、四位数值比较器的逻辑功能、分析和设计方法;掌握多位比较器功能扩展和设计方法;9 掌握半加器和全加器的逻辑功能、分析和设计方法;掌握多位加法器的功能扩展、分析和设计方法;掌握超前进位加法器的分析与设计;掌握加法器74LS283应用电路的设计。
课时
5.1 编码器
5.2 智能小车光电编码器
5.3 二进制译码器
5.4 二进制译码器的应用
5.5 非二进制译码器
5.6 数据选择器
5.7 数值比较器
5.8 加法器
06
触发器
学习目标1 掌握基本RS锁存器的工作原理和特性;会做波形分析;了解使用基本RS锁存器的约束条件。2 掌握同步RS和D锁存器电平敏感的特性;掌握同步信号数据锁存的作用;会做波形分析;了解同步锁存器的空翻现象。3 掌握触发器工作特性的两个要素:翻转的时机和翻转的方向;会做波形分析。4 掌握时序逻辑电路功能的一般表达方式;掌握RS、D、T、T’、JK触发器的逻辑功能;了解不同功能触发器之间相互转换的方法。
课时
6.1 基本RS锁存器
6.2 同步RS和D锁存器
6.3 主从和边沿D触发器
6.4 其它功能触发器及应用
07
时序逻辑电路的分析与设计
学习目标1 熟练掌握同步时序逻辑电路分析的一般步骤。熟练掌握同步时序逻辑电路的逻辑功能描述方法。2 熟练掌握异步时序逻辑电路的一般步骤。熟练掌握异步时序逻辑电路状态表的简单求取方法。3 熟练掌握同步时序逻辑电路的一般设计步骤。熟练掌握JK触发器的驱动表及其获取方法。4 理解同步时序逻辑电路的设计 ,了解状态化简的方法——隐含表法,能够将原始状态表进行简化。了解状态编码的原则,并能够分析得出状态编码的最优方案。
课时
7.1 同步时序逻辑电路的分析方法
7.2 异步时序逻辑电路的分析方法
7.3 同步时序逻辑电路的设计方法
7.4 同步时序逻辑电路设计的关键步骤
08
常用时序逻辑器件
学习目标1 掌握寄存器的工作原理。掌握移位寄存器的工作原理。2 掌握计数器的一般分类方法。掌握常用的集成计数器功能。3掌握反馈清零法及反馈置零法的设计原理。4掌握反馈置n法的设计原理。
课时
8.1 寄存器与移位寄存器
8.2 计数器
8.3 集成计数器的应用一
8.4 集成计数器的应用二
09
脉冲波形的产生与变换
学习目标1 掌握555集成电路的内部结构、工作原理、各引脚的作用。熟练掌握555集成电路正常工作时的三种状态。2 掌握施密特触发器的工作特点、分析方法和参数计算;掌握用555集成电路构成施密特触发器的方法;掌握通过555电路的5脚改变施密特触发器参数的方法。3 掌握单稳态电路的工作特点、分析方法和参数计算;掌握不可重复触发和可重复触发的概念;掌握用555集成电路构成单稳态电路的方法。4 掌握多谐振荡器的工作特点、分析方法和参数计算;掌握用555集成电路构成多谐振荡器的方法。5 掌握555电路的其他应用、分析方法和参数计算。
课时
9.1 555电路的内部结构与工作原理
9.2 施密特触发器
9.3 单稳态电路
9.4 多谐振荡器
9.5 555电路的其他应用
10
半导体存储器
学习目标1 掌握ROM与RAM的异同、基本结构;掌握存储器容量的定义;理解存储器寻址方式和输入、输出控制电路。2 掌握ROM和RAM存储单元的结构特点;了解ROM和RAM在存储机制上的异同。3 掌握集成存储器芯片地址线与字数、数据线与字长;掌握存储器容量扩展的基本方法;
课时
10.1 存储器概述
10.2 ROM和RAM的存储单元
10.3 存储器容量、扩展与应用
11
数模与模数转换器
学习目标1 掌握D/A转换的基本原理;了解解码网络在D/A转换器中的作用;通过AD7533了解D/A转换器的单级性和双极性输出特点和典型电路;掌握DAC的主要参数。2 掌握ADC的功能和一般转换过程;理解并行比较型、逐次逼近型、双积分式A/D转换器的工作原理;掌握ADC的主要参数;了解集成A/D转换器的选用、使用注意事项。3掌握集成ADC、DAC的选型和一般使用方法;了解ADC、DAC一般特性和应用;学会查阅芯片的数据手册。
课时
11.1 DAC原理
11.2 ADC原理上
11.3 ADC原理下
11.4 ADC-DAC应用
12
创新实践一:电磁智能小车设计与制作
学习电磁智能小车工作原理、组成、安装与调试
课时
1 电磁智能小车工作原理及组成
2 电磁组车模底盘安装
3 电磁组最小系统调试
4 电磁组驱动电机调试
5 电磁组舵机调试
6 电磁组传感器调试
7 电磁小车联调
8 电磁蓝牙调试
13
创新实践二:飞行小黄人设计与制作
学习飞行小黄人的工作原理、组成、安装与调试
课时
1 飞行小黄人点亮驱动和红外传感器
2 飞行小黄人驱动电机PWM控制和防碰撞反馈

预备知识

先修课程——电路

参考资料

推荐教材:
电子技术基础(数字部分 第六版)康华光 高等教育出版社 2014年
参考教材:
1 数字电子技术基础. 吴友宇,伍时和. 清华大学出版社 2009年
2 数字电子技术基础(第六版)阎石 高等教育出版社 2016年
3 Digital Fundamentals(ten edition). Thomas L.Floyd.电子工业出版社,2011
4 FPGA数字逻辑设计教程——Verilog 郑利浩译 高等教育出版社 2010年

常见问题

Q :  如何开展学习?
A :  本课程采用从观看教学视频内容,完成各单元测试;以及资料查阅结合课程内容讨论;完成慕课内容和知识点的学习。课程内容的巩固和进一步消化通过期中考试和期末考试完成。
Q:  学习中有疑问怎么办?
A :  如果大家学习中有疑问,可以在讨论区提问;届时课程组教师将进行答疑解惑,同时也欢迎各位同学参加答疑解惑。

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