《數(shù)字邏輯》緒論

1、數(shù)字邏輯艾明晶 牛建偉北航計算機學(xué)院2數(shù)制與編碼（3學(xué)時）目 錄邏輯代數(shù)和硬件描述語言基礎(chǔ)（6學(xué)時）門電路（7學(xué)時）EDA設(shè)計工具軟件（4學(xué)時）組合邏輯電路（6學(xué)時） 1 2 3 4 5 6 觸發(fā)器（6學(xué)時） 7 時序邏輯電路（8學(xué)時）程序邏輯電路與可編程邏輯器件（5學(xué)時） 8 緒論（1學(xué)時） 0 基本理論基本邏輯單元電路常用數(shù)字電路31每個小班選出一個課代表，負責(zé)收作業(yè)。 本周四前將課代表名字、學(xué)號、手機號和郵箱地址寫一個Word文檔發(fā)給我：niujianwei。 2. 助教： 高宇航，新主樓G1038，82339490rainman1919 注意事項4ftp網(wǎng)站通

2、過FTP工具軟件（如CuteFTP）訪問ftp網(wǎng)站 （下載課件、作業(yè)）學(xué)生用戶名：dl，密碼：dl （1）在“課件 ”文件夾中是今年的課件，復(fù)習(xí)時以此為準。（2）“作業(yè)”文件夾中是布置的作業(yè)。（3）“reference_material”文件夾中是一些參考資料。 若需打印課件，顏色一定要選擇“灰度”，否則打印出來的背景色為黑色，許多文字看不清！5緒論一、課程簡介二、教學(xué)內(nèi)容三、實驗教學(xué)四、教學(xué)安排1學(xué)時6本課程著重介紹數(shù)字邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法共包括8章內(nèi)容學(xué)分：2.5學(xué)時：理論課46學(xué)時 配套的實驗課：數(shù)字邏輯實驗32學(xué)時，2學(xué)分先修課程：數(shù)理邏輯、電路分析、計算機導(dǎo)論后續(xù)課程：計算機

3、組成原理 基本信息一、課程簡介數(shù)字邏輯數(shù)理邏輯計算機組成原理布爾代數(shù)數(shù)字系統(tǒng)基本知識硬件基礎(chǔ)組件7教學(xué)目標主干專業(yè)基礎(chǔ)必修課 通過本課程的學(xué)習(xí)掌握有關(guān)數(shù)字邏輯的基本理論（數(shù)制、編碼、邏輯代數(shù)等）熟悉數(shù)字邏輯電路基本器件的電路結(jié)構(gòu)、功能和使用方法掌握數(shù)字邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法 通過實驗教學(xué)環(huán)節(jié)掌握利用硬件描述語言和EDA工具進行數(shù)字邏輯電路設(shè)計的方法熟練完成CPU模型（32位MIPS CPU）的主要功能部件的設(shè)計，為計算機組成原理課程開展實驗奠定基礎(chǔ) 8我院計算機硬件課程體系緊跟技術(shù)的發(fā)展，將EDA 技術(shù)引入計算機硬件課程的理論和實驗教學(xué)我院綜合設(shè)計幾門課程的理論教學(xué)與實驗內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)化

4、的實驗體系，使學(xué)生有能力設(shè)計一臺功能型計算機數(shù)理邏輯數(shù)字邏輯計算機組成原理計算機接口與通信9我院計算機硬件課程實驗教學(xué)體系數(shù)字邏輯實驗通過完成CPU模型（32位MIPS CPU）的主要功能部件的設(shè)計，使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯基本原理、EDA設(shè)計工具、HDL語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的原則和方法；實驗設(shè)計完成的基本器件可以直接為后續(xù)計算機組成原理實驗所用。計算機組成原理實驗通過完成計算機CPU模型的設(shè)計，使學(xué)生掌握計算機組成原理的理論和CPU的設(shè)計方法。計算機接口與通信實驗在CPU模型的基礎(chǔ)上，完成常用外圍接口的設(shè)計，并移植操作系統(tǒng)，采用C語言完成LCD、視頻模塊的驅(qū)動程序設(shè)計，最終完成一個計算機原型系統(tǒng)的設(shè)計

5、。10什么是EDA技術(shù)?EDA（Electronic Design Automation,電子設(shè)計自動化）是在計算機的輔助下完成電子產(chǎn)品設(shè)計的一種先進的硬件設(shè)計技術(shù)是立足于計算機工作平臺開發(fā)出來的一整套先進的設(shè)計電子系統(tǒng)的軟件工具。計算機并口器件編程接口PCB BoardPLD編程目標文件11EDA技術(shù)的3個方面EDA技術(shù)包括3個方面：硬件描述語言、可編程邏輯器件、EDA工具軟件硬件描述語言（Hradware Description Language ) 是一種用形式化方法（即文本形式）來描述和設(shè)計數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的高級模塊化語言。它是設(shè)計人員和EDA工具之間的一個橋梁，主要用于編寫設(shè)計文件

6、，在EDA工具中建立電路模型?？删幊踢壿嬈骷≒rogrammable Logic Device ，PLD）是用戶可自行定義其邏輯功能的一種專用集成電路通過軟件編程對PLD的硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，硬件的設(shè)計同軟件設(shè)計一樣方便快捷。用HDL描述設(shè)計編程下載到PLD中EDA工具綜合、仿真目標文件12本課程與傳統(tǒng)數(shù)字邏輯課程的區(qū)別數(shù)字邏輯作為第一門計算機硬件課程，具有非常重要的先導(dǎo)性作用本課程改變傳統(tǒng)的教學(xué)思路，以自動設(shè)計方法為基礎(chǔ)（硬件描述語言、EDA工具、可編程邏輯器件）講授數(shù)字邏輯課。 教學(xué)內(nèi)容上數(shù)字邏輯的基本理論與自動設(shè)計方法并重一方面保持數(shù)字電路內(nèi)容的完整性和理論的系統(tǒng)性，講授數(shù)字邏

7、輯的基本知識、理論和方法，數(shù)字邏輯電路基本器件的結(jié)構(gòu)、原理和功能；另一方面刪除以卡諾圖為邏輯化簡手段和相應(yīng)設(shè)計技術(shù)方面的內(nèi)容，引入硬件描述語言和EDA技術(shù)等新的知識，介紹基于這些新技術(shù)的數(shù)字電路分析和設(shè)計方法。國內(nèi)絕大多數(shù)高校數(shù)字邏輯課程基本內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ綆缀跞酝Ａ粼?0年前，仍以手工數(shù)字設(shè)計技術(shù)為核心教學(xué)內(nèi)容和考核內(nèi)容131新編數(shù)字邏輯電路 江國強，北京郵電大學(xué)出版社，2006 2數(shù)字邏輯實驗教程，校內(nèi)出版，艾明晶，謝鵬悅教材 1 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 潘明 潘松，科學(xué)出版社，2008 2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與Verilog HDL（第4版） 王金明，電子工業(yè)出版社，20113 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五

8、版） 閻石，高等教育出版社，2006主要參考書教材與參考書14二、教學(xué)內(nèi)容章 目 錄學(xué)時說 明緒論1第1章 數(shù)制與編碼 3第2章 邏輯代數(shù)和硬件描述語言基礎(chǔ) 6“硬件描述語言基礎(chǔ)”為較傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容新增，邏輯函數(shù)的化簡只簡單介紹公式化簡法，刪除卡諾圖化簡方法第3章 門電路 7簡單補充半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，只講二極管、三極管的開關(guān)特性，刪除三極管開關(guān)電路的分析方法、可靠工作條件、三極管開關(guān)的帶負載能力第4章 EDA設(shè)計工具軟件 4比傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容新增第5章 組合邏輯電路 6第6章 觸發(fā)器 6第7章 時序邏輯電路 8第8章 程序邏輯電路與可編程邏輯器件 5包括ROM和RAM ，基于Verilog HDL的

9、存儲器設(shè)計，程序邏輯電路的應(yīng)用 ，PLD的基本原理，PLD的設(shè)計方法 15三、實驗教學(xué)課程名稱：數(shù)字邏輯實驗學(xué)時/學(xué)分：32/2必做實驗EDA工具的使用和譯碼器加法器和數(shù)據(jù)選擇器算術(shù)邏輯運算單元觸發(fā)器寄存器和乘法單元計數(shù)器時鐘分頻電路有限狀態(tài)機的設(shè)計存儲器HDL語言和EDA工具的高級應(yīng)用目選做實驗優(yōu)先編碼器數(shù)值比較器及其應(yīng)用 串行奇偶校驗電路偽隨機碼發(fā)生器數(shù)碼管掃描顯示電路 電子秒表電路 全自動洗衣機控制器課外作業(yè)提高實驗16實驗教學(xué)模式傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式采用中小規(guī)模集成電路芯片在面包板上搭建各種常見的數(shù)字電路。缺點：工作量大且易出錯，眾多的連線和芯片引腳，很難迅速查找出問題所在。不能直觀觀察到

10、電路內(nèi)部的工作時序和競爭冒險等現(xiàn)象。 只能設(shè)計一些簡單的數(shù)字電路，很難設(shè)計出復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。新的實驗教學(xué)模式利用硬件描述語言和EDA工具，在計算機上進行設(shè)計、修改和仿真，將設(shè)計下載到實驗臺上的PLD芯片中，進一步驗證設(shè)計的正確性。優(yōu)點：簡化設(shè)計工作；便于查找錯誤，可以隨時修改設(shè)計。通過仿真波形可以直觀觀察到電路內(nèi)部的工作時序和競爭冒險等現(xiàn)象?？梢栽O(shè)計出復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。17要設(shè)計的CPU主要功能部件計算機組成原理實驗中的CPU數(shù)據(jù)通路譯碼器加法器數(shù)據(jù)選擇器ALU觸發(fā)器寄存器計數(shù)器乘法單元存儲器有限狀態(tài)機 18四、教學(xué)安排理論課教學(xué)采用多媒體教學(xué)方式，平均每周3學(xué)時，16周完成（117周，單周2學(xué)

11、時，雙周4學(xué)時）。教學(xué)方法：課堂講授重點，講清基本概念和基本方法，講透原理；采取“案例驅(qū)動”的方法實施課堂教學(xué)。課后布置適量的作業(yè)（習(xí)題、選做實驗），占總成績的20。教學(xué)重點：組合邏輯電路的分析與基于Verilog HDL的設(shè)計；觸發(fā)器；時序邏輯電路的分析與基于Verilog HDL的設(shè)計。 實驗課與理論課交叉進行，第1周開始上理論課，第9周開始上實驗課。實驗教學(xué)包括10個必做實驗，分8次實驗課完成（916周，每周1次，每次4學(xué)時）。19考核方式：期末閉卷筆試 平時作業(yè)（習(xí)題）成 績：期末筆試80 平時作業(yè)20課程考核習(xí)題庫第1章 數(shù)制與編碼 第2章 邏輯代數(shù)和硬件描述語言基礎(chǔ) 第3章 門電路 第5章 組合邏輯電路第6章 觸發(fā)器 第7章 時序邏輯電路 第8章 程序邏輯電路及 可編程邏輯器件 20學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯有什么用呢？（1/2）本課程是計算機組成原理課程的理論基礎(chǔ)工作原理：譯碼器、編碼器、多路選擇器、數(shù)值比較器、加法器；觸發(fā)器、計數(shù)器、寄存器存儲器、可編程邏輯器件配套的數(shù)字邏輯實驗是計算機組成原理實驗課程的實踐基礎(chǔ)CPU數(shù)據(jù)通路CPU主要功能部