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《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案

講課題目：第1章概述

目的要求：1、理解數(shù)字電子技術(shù)的一些最基本的概念；2、了解數(shù)字

技術(shù)的主要優(yōu)點；3、了解本課程的一些基本情況和學習要求。

重點難點：重點：數(shù)字電子技術(shù)基本概念。

方法步驟：理論講授、舉例說明、課堂提問、課堂練習、總結(jié)歸納。

器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴音設(shè)備。

教學內(nèi)容與時間安排

本課程的名稱為“數(shù)字電子技術(shù)”，內(nèi)容與“數(shù)字設(shè)計”、“數(shù)字電路

與邏輯設(shè)計”、“數(shù)字電路”等課程相近（板書）?！皵?shù)字設(shè)計”可以是數(shù)

字電路設(shè)計，也可以是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。在這門課中我們所面對的大多是特殊情況處

理

簡單的電路而不是復雜的系統(tǒng)；“數(shù)字電路”與“邏輯關(guān)系”之間有著密

不可分的聯(lián)系。

自我介紹——姓名和聯(lián)系方式。

本次課主要講授兩個內(nèi)容：首先，討論與“數(shù)字設(shè)計”相關(guān)的三個基

本問題；然后，簡單介紹一下這門課的一些基本情況，并明確本課程的

學習要求。（通過對本次課的講授，要努力使學生明白3個問題：學什么？

為什么學？怎樣學？）

一、“數(shù)字設(shè)計”的三個基本問題

◆什么是“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計”？

通過數(shù)字設(shè)

——“數(shù)字設(shè)計”的基本概念計的三個基

本問題，歸納

◆為什么要進行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計”？數(shù)字設(shè)計的

——“數(shù)字技術(shù)”的優(yōu)點基本概念。

◆怎樣進行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計”？

——“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）”設(shè)計技術(shù)

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既然本課程叫作“數(shù)字設(shè)計”，那么我們要討論的第一個問題就是：

什么是“數(shù)字設(shè)計”？（這很自然，我們要研究一個東西，總要先搞清楚

它是什么、它的一些基本的情況），在討論這個問題的過程中，將會涉及

到“數(shù)字設(shè)計”的一些基本概念，這些基本概念也是本次課的學習重點。

在了解了“什么是數(shù)字設(shè)計？”之后，接下來的問題是：為什么要

進行“數(shù)字（電路、系統(tǒng)）設(shè)計”？（或者換一個角度來說，已經(jīng)在學習

模擬電路，為什么還要學習數(shù)字電路？）任何技術(shù)的存在總要有其存在

的價值，只有這樣，人們才會研究它、使用它，這個問題的答案就在于數(shù)

“

字技術(shù)”有著“模擬技術(shù)”所不具備的優(yōu)勢。

當我們已經(jīng)回答了以上這兩個問題，那么再接下來，大家想一想，

我們的問題是什么？（設(shè)問，請學生先思考）。。。。。。。。。怎樣進行數(shù)字設(shè)

計？也就是數(shù)字設(shè)計的技術(shù)。不過，這個問題實在是太大了，現(xiàn)有的數(shù)

字設(shè)計技術(shù)的內(nèi)容已經(jīng)十分豐富，而且也在不斷地發(fā)展當中，50個學時

都是微不足道的。在這50個學時里，我們所要做的就是，堅實地邁出進

入數(shù)字世界的第一步，掌握一些基本的概念和設(shè)計技術(shù)，為將來進一步

的學習打下一個堅實的基礎(chǔ)。

象“。。。是什么？”、“為什么。。。？”和“怎樣。。。？”這樣的問

題不僅僅存在于這門課中，在很多場合都會遇到這樣的問題，只不過有

時沒有意識到而已。

(一)“數(shù)字設(shè)計”的基本概念

1、物理量

為了回答第一個問題，首先來了解一下自然界中的物理量。自然界

中有各種各樣的物理量，所有的這些物理量可以被分成兩大類，一類是

“模擬量”，另一類是“數(shù)字量”。

所謂“模擬量”，是指那些在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的物理量。

比如：大氣的溫度、車輛的速度等等（以溫度為例，一天當中，某一點

的溫度有一個最大值和最小值，在這個范圍內(nèi)任何一個值對這一天來講

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都是有意義的，也就是說，在這個范圍內(nèi)，溫度可以連續(xù)取值，可以取

任何一個值）。所謂“數(shù)字量”，是指那些取值離散（不連續(xù)）的物理量。

比如：書的頁碼、人數(shù)等等。（可以請學生舉出“模擬量”和“數(shù)字量”

的其它例子）

除了上面所介紹的“模擬量”和“數(shù)字量”的基本概念以外，還應

知道以下3點：

☆我們的世界是模擬的?。ù蠖鄶?shù)的物理量是“模擬量”）

☆物理量的取值隨時間、空間變化。（例：大氣溫度）

☆當我們用電路對物理量進行處理的時候，需要先用相應的傳感

器或變換器將其變換成合適的電信號。（比如：擴音器）介紹模擬量

與數(shù)字量，及

因此，接下來就需要了解一下“電信號（ElectricSignal）”。

傳感器和換

2、電信號能器等概念。

電信號主要是指電壓和電流，另外還有線圈的磁通、電容的電荷等。

在電信號中，有兩類很重要的信號，它們分別是：“模擬信號”和“數(shù)

字信號”。所謂“模擬信號”，是指那些在取值和時間上都連續(xù)的電信號（舉

例解釋“取值連續(xù)”——在一定的范圍任意一個值都是有意義的，“時間

連續(xù)”——取值隨時間連續(xù)變化，沒有跳變）。所謂“數(shù)字信號”，是指那

些在取值和時間上都離散（不連續(xù)）的信號（舉例解釋“取值離散”—

—只有有限個值有意義，“時間離散”——在某些時間點上的取值是沒有

意義的）。

除了“數(shù)字信號”的基本概念之外，還應該了解以下3點：

☆最常見的數(shù)字信號一般是只有兩個有效狀態(tài)的電壓信號，這兩

個狀態(tài)分別是：高電平、低電平，可以用“邏輯1”、“邏輯0”表示。

解釋1：“高電平”和“低電平”是是相對的概念，“高電平”和“低

解釋：

電平”指的是兩個事先定義好的電壓范圍（例如：0～0.8，3.6～5）高高低電平和

邏輯符號的

低電平上下限。如果某個數(shù)字電壓信號的電壓落在高電平的范圍之內(nèi)，

對應關(guān)系。

則該信號就是“高電平”；如果某個數(shù)字電壓信號的電壓落在低電平的范

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圍之內(nèi)，則該信號就是“低電平”；如果落在中間呢？對二值數(shù)字信號而

言，這不是一種有效的狀態(tài)。

解釋2：邏輯1和邏輯0。這里的1和0是邏輯代數(shù)中變量的取

“”“”

值，與普通代數(shù)中的1和0不一樣，它們無大小之分，僅僅是兩個不同

的符號，可以用來代表兩個不同的事物（如：數(shù)字電壓信號的“高電平”

和“低電平”）。

解釋3：“正邏輯表示法”和“負邏輯表示法”。如果用“邏輯1”表示

“高電平”，用邏輯0表示“低電平”，則將這種表示法稱為“正邏輯表

“”

示法”；如果用“邏輯1”表示“低電平”，用“邏輯0”表示“高電平”，則將

這種表示法稱為“負邏輯表示法”。在本課程中，如果不加說明，默認為

“正邏輯表示法”。

☆數(shù)字信號的波形是由一系列矩形脈沖信號組成的。

解釋1：“理想的”矩形脈沖信號。矩形脈沖分為“正脈沖”和“負

脈沖”，解釋什么是“正脈沖”和“負脈沖”、“上升沿”和“下降沿”、“脈

解釋：

沖寬度”和“脈沖幅度”、周期性矩形脈沖信號的“占空比”。理想的矩形

脈沖和實際

解釋2：“實際的”矩形脈沖信號。解釋在“實際的”矩形脈沖信號

的矩形脈沖

中，“上升時間”和“下降時間”、“脈沖寬度”的如何定義的。的異同點。

☆模擬信號與數(shù)字信號之間可以相互轉(zhuǎn)換。

用ADC，也就是模－數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；反

過來，用DAC，也就是數(shù)－模轉(zhuǎn)換器，可以把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

3、電路

電路可以被分成“模擬電路”和“數(shù)字電路”兩大類。所謂“模擬

電路”，就是指那些傳輸或處理模擬信號的電路，如：放大電路。所謂“數(shù)

字電路”，就是指那些傳輸或處理數(shù)字信號的電路，如：電子表中的計時由信號形式

思考處理信

器。號的電路形

式。

☆數(shù)字電路又可以被分成“組合電路”和“時序電路”兩大類，至

于什么是“組合電路”和“時序電路”，以及它們之間有何區(qū)別，我們以

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后再作介紹。

☆電路可以用電阻、電容、晶體管等分離元件構(gòu)成的“分立電路”，

也可以是“集成電路”。我們所見到的數(shù)字電路大多都是集成電路，所謂

集成電路，也就是通常所講的“芯片”（電腦里面有很多，CPU最復雜），

就是通過一定的技術(shù)和工藝，把原來用電阻、電容、晶體管等分離元件

構(gòu)成的電路集成到一片面積很小的半導體硅片上，然后用外殼封裝起來，

電路的輸入、輸出端是通過芯片的引腳與外部相連，從而可以作為一個

整體供人使用。

☆“數(shù)字電路（DigitalCircuit）”與“數(shù)字系統(tǒng)（DigitalSystem）”

前面提到“數(shù)字設(shè)計”可以是數(shù)字電路設(shè)計，也可以是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，

（在數(shù)字設(shè)計中，我們有時會提到“數(shù)字電路”，有時又會提到“數(shù)字系統(tǒng)”）

數(shù)字系統(tǒng)又

它們之間的本質(zhì)區(qū)別以后再講，一般來說，可以認為“數(shù)字電路”簡單（復是什么？與

數(shù)字電路有

雜），功能單一（強大）如：電子表中的計時器，“數(shù)字系統(tǒng)”復雜，功能什么異同

強大，如：電子計算機。點？

4、“數(shù)字分析”與“數(shù)字設(shè)計”

“數(shù)字分析（DigitalAnalysis）”，是指針對一個已經(jīng)存在的數(shù)字

電路（系統(tǒng)），通過一定的方法和手段，確定其輸入信號與輸出信號之間

怎樣進行數(shù)

的關(guān)系，從而明確整個電路（系統(tǒng)）的功能。字電路（或系

“數(shù)字設(shè)計（DigitalDesign）”，又稱為“數(shù)字綜合（Digital統(tǒng)）的設(shè)計？

數(shù)字分析的

Synthesis）”，與數(shù)字分析的過程相反，是指針對一定的設(shè)計要求，通重要性。

過一定的方法和手段，用合適的器件來構(gòu)造出一個數(shù)字電路（系統(tǒng)），使

其能夠符合設(shè)計要求。

☆本課程的重點是如何進行數(shù)字設(shè)計，但分析是設(shè)計的基礎(chǔ)。

一個好的設(shè)計往往是建立在很多前人的工作成果之上的，我們可以

通過對現(xiàn)有電路分析，不斷地汲取和積累對自己有用的東西，從而作出

好的設(shè)計。

☆現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計是一種“自頂向下（Top-to-Down）、分層次”的設(shè)計。

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如圖（PPT）所示，當我們要設(shè)計一個復雜系統(tǒng)的時候，可以先把它

分解成若干個不是太復雜的子系統(tǒng)；每個子系統(tǒng)又可以被分解成一些更

簡單的功能模塊；功能模塊又可以由邏輯門和觸發(fā)器這兩類基本的數(shù)字

單元來構(gòu)成（其中邏輯門是最小的數(shù)字單元，觸發(fā)器也是由邏輯門構(gòu)成

的）；如果再下分解，構(gòu)成邏輯門的就是晶體管和電阻了；晶體管和電阻

又是由半導體硅片上的幾何圖形和線條構(gòu)成的。這樣一個“自頂向下”的

分解過程實際上就是一個設(shè)計過程，至于分解到那一層，主要取決于所

用的器件。

(二)“數(shù)字技術(shù)”的主要優(yōu)點——“數(shù)字”Vs“模擬”

數(shù)字技術(shù)已經(jīng)在日常生活、自動控制、測量和儀器儀表、通信等領(lǐng)

數(shù)字技術(shù)的

域得到非常廣泛的應用。

基本知識介

大家看一看下面所列的這些東西（舉例）?，F(xiàn)在這些東西對于我們而紹部分：對比

模擬技術(shù)講

言，已經(jīng)非常地普通，也正是由于有了這些東西，我們生活才如此地豐解數(shù)字技術(shù)

富多彩。但是，如果沒有數(shù)字技術(shù)，這些東西都是不可能存在的。以手的優(yōu)點，注意

講清楚數(shù)字

機為例，第一代移動通信采用的是模擬技術(shù)，當時所用的手機俗稱“大哥技術(shù)不是在

所有領(lǐng)域中

大”，很笨重、不便攜帶、功能單一，第二代和第三代移動通信采用的是

都能夠取代

數(shù)字技術(shù)，現(xiàn)在的手機小巧且功能強大。這些情況就足以說明，相對與模擬技術(shù)。

模擬技術(shù)而言，數(shù)字技術(shù)必然有其獨特的優(yōu)點，主要有以下4點：

1、數(shù)字信號更便于存儲和處理。

以電壓信號為例，數(shù)字信號的狀態(tài)是有限的（一般只有兩個：“高電

平”和“低電平”），每一個狀態(tài)對應于一個電壓范圍，我們只需要區(qū)分

某個信號的電壓是在哪個范圍就可以了，而在某個范圍之內(nèi)，電壓的具

體值就沒有什么意義了。模擬信號是連續(xù)取值的，在某個范圍內(nèi)任何一

個值都有意義，理論上存在無窮個狀態(tài)。

2、數(shù)字信號本身具有更強的抗干擾能力，而且還可以采用檢錯、糾

錯機制進一步提高其抗干擾能力。

依圖（PPT）解釋數(shù)字信號本身的抗干擾能力。

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如圖所示，有一組數(shù)字信號從一點傳送到另一點。A是發(fā)送信號的波

形，很理想，假設(shè)低電平0V、高電平5V（板書），B是接受到的信號波形，

由于在傳輸過程中不可避免地要受到干擾和衰減，波形發(fā)生了變化。但

是，可以設(shè)置一個2.5V的門限電平（板書），將收到的信號與門限電平

比較。如果接收信號電壓大于2.5V，則將其判為高電平；如果接收信號

電壓小于2.5V，則將其判為低電平。這樣，只要干擾的幅度不超過2.5V，

就可以恢復將收到的信號恢復成其在發(fā)送時的理性情況，也就是100％消

除了干擾。而對于模擬信號，無法做到在接收端不可能100％去掉干擾，

只能想辦法將干擾降至最低。

至于檢錯、糾錯機制，是一個很大的題目，不在本課程的范圍之內(nèi)。

只是在下一次課，會講到一種最簡單的檢錯機制。

3、數(shù)字電路更容易實現(xiàn)大規(guī)模集成，成本低、體積小、重量輕、功

耗小、可靠性高。

解釋“為什么數(shù)字電路更容易實現(xiàn)大規(guī)模集成？”前面提到，最小

的數(shù)字電路單元是“邏輯門”，而構(gòu)成“邏輯門”的基本元器件就是晶體

管和電阻，主要是晶體管；而構(gòu)成模擬電路的基本元器件除了晶體管和

電阻以外，還經(jīng)常需要電容和電感，在這些基本元器件中。電容和電感

在硅片上所占的面積要遠大于晶體管和電阻，而且在硅片上集成的電容由大到小講

和電感遠不如分立的電容和電感性能好。解清楚數(shù)字

電路、邏輯

4、數(shù)字電路中有兩大類器件（μP、PLD）具有可編程性，應用起來門、晶體管和

電阻的關(guān)系。

非常靈活。

對于這兩類器件，可以通過軟件編程的方式來改變其功能。在模擬

電路中也有可編程器件，但可編程模擬電路的發(fā)展遠不如可編程數(shù)字電

路。

這四個優(yōu)點就足以回答第二個問題——為什么要進行“數(shù)字（電路、

系統(tǒng)）設(shè)計”？

如果要聯(lián)系到軍隊的實際，“建設(shè)信息化軍隊，打贏信息化戰(zhàn)爭”是

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我軍肩負的重要歷史任務。要實現(xiàn)這兩句話，就必須有先進的數(shù)字技術(shù)

作為支撐。

盡管數(shù)字技術(shù)有諸多優(yōu)點，大家也要注意：

☆客觀世界是模擬的，許多功能的實現(xiàn)——特別是在需要處理微弱

信號、高頻信號和大功率信號的場合，還離不開模擬技術(shù)。

所以，不能不加任何限制地講哪種技術(shù)更好，我們只能說，在特定

的場合下，哪種技術(shù)更合適。

☆模擬電路的許多知識是進一步深入學習數(shù)字電路必不可少的基

礎(chǔ)。

二、課程概況

1、課程定位

本課程是繼《電路分析基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》等課程之后，又一

門核心的學科基礎(chǔ)課；是學習《計算機硬件基礎(chǔ)》、《通信系統(tǒng)原理》、《數(shù)強調(diào)數(shù)字電

字通信》等后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。路與邏輯設(shè)

計的重要性

2、課程目標和必要性。

（1）對數(shù)字電路中的一些基本概念有比較深刻的理解。

（2）熟悉一些基本器件的功能和使用方法。

（3）掌握數(shù)字電路的基本分析方法和設(shè)計方法，能夠獨立設(shè)計一些

簡單的數(shù)字電路。

3、課程的主要內(nèi)容（共4部分）

（1）數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識

（2）組合邏輯電路

（3）時序邏輯電路

（4）半導體存儲器、可編程邏輯器件、模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路等

關(guān)于實驗：推薦使用MultiSim軟件仿真，硬件實驗由傳統(tǒng)74系列器

件的基礎(chǔ)性試驗和FPGA提高性實驗兩部分組成。

4、參考資料

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（1）“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，

高等教育出版社

（2）《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石主編，高等教育出版社

（3）輔助教學資源：電子版參考資料、EDA軟件。

5、學習要求

（1）課上，認真聽講、積極思考、踴躍回答問題；

（2）課下，認真閱讀教材，完成作業(yè)要獨立、按時、整潔；

（3）遇到問題時，及時溝通。

6、考核方式

以期末考試（閉卷）成績?yōu)橹?，課堂回答問題情況、作業(yè)情況、平

時測驗成績都將成為本課程最終成績的重要參考。

本次課小結(jié)：

本次課從“數(shù)字設(shè)計的三個基本問題”出發(fā)，介紹了數(shù)字設(shè)計的基

本概念和數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點，然后介紹了本課程的一些基本情況。

作業(yè)與思考題：

必做題：

選做題：

思考題：

1、什么是“數(shù)字信號”？

2、什么是“高電平”、“低電平”？

3、什么是“正邏輯”、“負邏輯”？

參考資料：

《數(shù)字設(shè)計引論》，沈嗣昌，高教出版社

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，閻石，高等教育出版社

“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，

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高等教育出版社

本次課教學體會：

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《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案

講課題目：第02講信息數(shù)字化之方式（1）—二進制數(shù)

目的要求：1、理解數(shù)制的基本概念和按位計數(shù)制的特點；2、掌握常

用的按位計數(shù)制以及不同數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的方法；3、掌握帶符號二進

制數(shù)的表示方法。

重點難點：重點：（1）數(shù)制轉(zhuǎn)換方法；（2）有符號二進制數(shù)表示方法。

難點：有符號二進制數(shù)的表示方法。

方法步驟：理論講授、舉例說明、課堂提問、課堂練習、總結(jié)歸納。

器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴音設(shè)備。

教學內(nèi)容與時間安排

對數(shù)據(jù)的處理是數(shù)字設(shè)備一項很基本的功能，那么在數(shù)字設(shè)備中，特殊情況處

理

一個數(shù)通常是怎樣被表示時的？這就是本次課要解決的問題。

一、數(shù)制的基本概念

“數(shù)制”與“法制”、“制度”的概念是相通的，“法制”、“制度”就是人

為制定的規(guī)則，這些規(guī)則用來約束人們的行為，告訴人們什么可以做、

什么不能做、。。。。。等等。所謂“數(shù)制（NumberSystem）”，就是一套人

為制定的規(guī)則，這套規(guī)則告訴人們?nèi)绾稳ビ嫈?shù)，或者說，如何去表示一

個數(shù)值。

目前常用的數(shù)制（十進制、二進制、十六進制）都是“按位計數(shù)制”。

二、按位計數(shù)制

(一)按位計數(shù)制的5個特點

以最熟悉的十進制為例，來講解按位計數(shù)制的特點。

1、有一組基本的數(shù)字符號（數(shù)碼，Digits），{0，1，…，r-1}，其

中r是大于等于2的整數(shù)，稱r為該數(shù)制的“基數(shù)（RadixorBase）”，

并將該數(shù)制命名為“r進制”。

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舉例說明（PPT）。

2、r進制數(shù)的計數(shù)規(guī)則是：逢r進1，借1當r。

3、任何一個r進制數(shù)N都有兩種寫法：

——位置法（PositionalNotation）

——多項式法（PolynomialNotation）

舉例說明（PPT）。

4、在按位計數(shù)制中，每一位都有一個權(quán)（Weight）——該位的“1”

所代表的數(shù)值，每一位的數(shù)碼所代表的數(shù)值就等于該位的權(quán)與數(shù)碼的乘

積。

5、在按位計數(shù)制中，第i位的權(quán)等于基數(shù)的i次方。

寫出一個r進制數(shù)N的兩種表示法（PPT），并對按位計數(shù)制的特點

總結(jié)。

(二)常用的按位計數(shù)制

列表（PPT）說明常用的三種數(shù)制（十進制、二進制、十六進制）的

特點，以及它們的應用場合。

例題（PPT）。通過例題使學生進一步熟悉數(shù)值的兩種寫法、按位計

數(shù)制的基本概念，以及MSB和LSB的概念。

(三)數(shù)制轉(zhuǎn)換

不同的數(shù)制應用場合不同，因此必然存在數(shù)制轉(zhuǎn)換的問題。

1、非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)

方法：按權(quán)展開求和（寫出一個r進制數(shù)N的按權(quán)展開式）。

例題：（見PPT）。

2、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)

方法：整數(shù)部分——除以基數(shù)，取余數(shù)，先低后高；小數(shù)部分——

乘以基數(shù)，取整數(shù)，先高后低

例題：（見PPT）。

思考題：十進制轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法的原理是什么？

1-12

內(nèi)容備注

3、2進制數(shù)與2n進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換（n為整數(shù)，n≥2）

方法：1位2n進制數(shù)--n位2進制數(shù)。

例題：（見PPT）。

三、有符號二進制數(shù)

在上節(jié)課通過對“按位計數(shù)制”這部分內(nèi)容的學習，我們知道在數(shù)

字設(shè)備中的數(shù)值采用二進制表示，但這部分內(nèi)容并沒有說明在數(shù)字設(shè)備

中如何區(qū)分數(shù)的符號。

(一)有符號二進制數(shù)的表示法

提問：有符號的十進制數(shù)是如何表示的？回答：符號＋絕對值。（舉

例，板書）

引導學生思考：

前面提到，數(shù)字設(shè)備的信號通常只有兩種——高電平和低電平，分

別用1和0表示，還句話說，數(shù)字設(shè)備只能識別1和0，所有的信息都必

須表示成1和0的形式，數(shù)字設(shè)備才能處理。

通過對“按位計數(shù)制”這部分內(nèi)容的學習，已經(jīng)知道如何用二進制

數(shù)表示十進制數(shù)的絕對值部分，又如何在數(shù)字設(shè)備中表示正負號？

有符號二進制數(shù)的表示法：符號（1bit，最高位）＋絕對值。

（1）講解如何表示正負號。最高位為0代表正，最高位為1代表負。

（2）有符號數(shù)的絕對值部分有多種表示方法，常見的有原碼表示法、

反碼表示法和補碼表示法。

（3）原碼、反碼和補碼本身的概念中是不考慮符號的。但是，有符

號數(shù)絕對值部分的原碼、反碼和補碼與該數(shù)的符號有關(guān)。

（4）負數(shù)的數(shù)值部分的原碼就是其絕對值的二進制數(shù)，反碼就是將

原碼逐位取反，補碼就是將反碼的末位加1；正數(shù)的數(shù)值部分的原碼、反

碼和補碼相同，就是其絕對值的二進制數(shù)。

例1、例2（見PPT）。注意正數(shù)和負數(shù)的區(qū)別。

(二)n位有符號二進制數(shù)所能表示的數(shù)值范圍

1-13

內(nèi)容備注

以4位有符號數(shù)為例，列表說明n位有符號二進制數(shù)原碼、反碼和

補碼所能表示的數(shù)值范圍。

原碼：-(2n-1-1)～+(2n-1-1)

反碼：-(2n-1-1)～+(2n-1-1)

補碼：-2n-1～+(2n-1-1)

3、帶符號二進制數(shù)補碼的加減運算

在數(shù)字設(shè)備中，有符號二進制數(shù)進行加減運算時，通常采用補碼的

形式進行運算。運算時，符號位和數(shù)值一樣參與運算，運算的結(jié)果仍然

是有符號二進制數(shù)補碼的形式。

例1（見PPT）。說明：（1）n位補碼在加/減運算中，向n+1位的進/

借位一般均被舍棄，保留n位結(jié)果。（2）對無符號數(shù)而言，減去一個數(shù)

就相當于加上這個數(shù)的補碼。

例2（見PPT）。說明：（1）什么是“溢出”？（2）判斷“溢出”的

兩種方法。（3）引導學生思考為什么會產(chǎn)生“溢出”，從而引出解決溢出

的方法——擴展補碼的位數(shù)（按符號位擴展）。

四、“定點數(shù)”和“浮點數(shù)”

說明：為保證“數(shù)值”這部分內(nèi)容的完整性，補充“定點數(shù)”和“浮

點數(shù)”，不做要求。

舉例說明，要在數(shù)字設(shè)備中表示一個數(shù)值，還有小數(shù)點的問題沒有

解決。在數(shù)字設(shè)備中如何處理小數(shù)點？兩種方法——“定點數(shù)”和“浮

點數(shù)”。（當然，如果設(shè)備處理的數(shù)據(jù)全部是整數(shù)或全部是純小數(shù)，則不

存在這個問題。）

簡單講解，在講解“浮點數(shù)”時，可與十進制數(shù)中的科學記數(shù)法（見

PPT）做類比，說明“階碼”和“尾數(shù)”的概念，并舉例（見PPT）。

本次課小結(jié)：

在數(shù)字設(shè)備中，如何表示一個數(shù)？

1-14

內(nèi)容備注

（1）采用二進制。

（2）若需要處理小數(shù)點，選擇使用定點數(shù)或浮點數(shù)表示法。

（3）若需要處理符號，選擇使用補碼、反碼或原碼表示法。

（4）根據(jù)數(shù)值范圍，選擇適當?shù)奈粩?shù)并合理分配。

（5）明確數(shù)據(jù)的數(shù)學運算規(guī)則。

提示學生做好復習工作，同時結(jié)合實施計劃預習下一次教學內(nèi)容。

作業(yè)與思考題：

必做題：

選做題：

思考題：

十進制轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法的原理是什么？

參考資料：

《數(shù)字設(shè)計引論》，沈嗣昌，高教出版社

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社

“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，

高等教育出版社

本次課教學體會：

1-15

內(nèi)容備注

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案

講課題目：第03講信息數(shù)字化之方式（2）—二進制編碼

目的要求：1、理解二進制編碼的基本概念；2、掌握一些簡單的二進

制編碼。

重點難點：重點：典型循環(huán)碼、BCD編碼、奇偶校驗碼。

難點：典型循環(huán)碼。

方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習、課堂提問。

器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴音設(shè)備。

教學內(nèi)容與時間安排特殊情況處

理

一、編碼的基本概念

在數(shù)字設(shè)備中，可以用二進制數(shù)表示一個數(shù)值。但是，數(shù)字設(shè)備所

要處理的信息不僅僅是數(shù)值，還有字母、符號、指令等等，自然界中各

編碼的方式

種各樣、豐富多彩的信息在數(shù)字設(shè)備中又是如何表示的？答案就是“編

實現(xiàn)信息的

碼”，準確地講，是“二進制編碼”（板書），也就是說，用“二進制編碼”二進制方式

描述。

的方式來表示各種各樣的信息，當然也可以表示數(shù)值。

編碼的廣義概念?！熬幋a（Code）”，就是先選定一個集合，然后用

該集合中的元素的某種排列組合來代表某個對象。例如：學號、人名等

（可以引導學生舉出其它例子）。

“二進制編碼”的概念?！岸M制編碼（BinaryCode）”，就是用0

和1的排列組合來代表某個對象。例如：給教室中的三個人進行二進制

編碼。

二進制編碼的編碼長度n與被編碼對象的個數(shù)m之間的關(guān)系：

n≥logm

2

二、一些簡單的二進制編碼

(一)數(shù)值編碼（NumericCode）

1-16

內(nèi)容備注

1、自然二進制編碼（NaturalBinaryCode）

幾種常用編

某個數(shù)值的n位自然二進制編碼與它的n位二進制數(shù)在形式上完全碼介紹。

一樣。

舉例說明n位自然二進制編碼與它的n位二進制數(shù)在概念上的區(qū)別。

2、典型循環(huán)碼（GrayCode）

典型循環(huán)碼有三個特點：相鄰性、循環(huán)性、反射性。舉例說明這三

個特點，特別是“邏輯相鄰”的概念。

以3位Gray碼為例（板書），說明利用“反射性”構(gòu)造n位Gray碼

的方法。

3、二—十進制編碼（BinaryCodedDecimal，BCD）

BCD編碼的方法分為兩步：首先，確定編碼方案。對十進制數(shù)的基本

數(shù)字符號（0～9）進行n-bit編碼，一般n=4；然后，將十進制數(shù)的每一

重點介紹二

位用各自的n-bit編碼代替后，結(jié)果就是該十進制數(shù)的BCD碼。－十進制編

BCD編碼方案可分為兩大類：“有權(quán)碼”和“無權(quán)碼”。解釋“有權(quán)碼”碼。

和“無權(quán)碼”的概念；列表簡單說明一些常見的BCD編碼方案，如：8421BCD、

5421BCD、2421BCD、2421BCD、余3碼、余3循環(huán)碼。

BCD碼的意義在于十進制數(shù)和0、1形式之間的簡單對應關(guān)系，克服

了二進制數(shù)和十進制數(shù)轉(zhuǎn)換的麻煩（通常需要一段程序），也帶來需要更

多位的問題。

例題（見PPT）。再次強調(diào)“編碼”與“二進制數(shù)”在概念上的區(qū)別。

(二)符號/數(shù)值編碼（AlphanumericNumericCode）

ASCII碼是典型的用0、1編碼的形式表示字符和指令的編碼形式，

采用7位編碼，可以表示128種信息，編碼常用2位十六進制數(shù)表示。

教學生看編碼表1－5。說明控制字符（32D以下都是）在打字機上的含

義，如CR（回車：打印位置回到左邊）、BS（退格：打印位置回到前一

個字符）、LF（換行）、FF（打印位置移到下頁）。說明控制字符的含義隨

應用環(huán)境的變化而變化。

1-17

內(nèi)容備注

(三)差錯控制編碼

差錯控制編碼可分為兩大類：檢錯碼（ErrorDetectingCode）、糾

錯碼（ErrorCorrectingCode）。檢錯碼可以在某種程度上檢查出數(shù)據(jù)

在傳輸過程中所發(fā)生的錯誤；糾錯碼不但可以檢出錯誤，還能定位錯誤介紹通信過

程使用差錯

的位置，即：能改正錯誤?？刂拼a中的

最簡單一種：

奇偶校驗碼是信息傳輸中差錯控制編碼中最簡單的一種，是一種檢

奇偶校驗碼。

錯碼。說明奇偶校驗的規(guī)則——1bit校驗位＋信息位；奇校驗碼

（odd-paritycode）中有奇數(shù)個1，稱校驗位為奇校驗位（odd-paritybit）；

偶校驗碼（even-paritycode）中有偶數(shù)個1，稱校驗位為偶校驗位

（even-paritybit）。

奇/偶校驗碼的優(yōu)點：簡單；缺點：只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個bit出錯的情況，

無糾錯能力。

本次課小結(jié)：

本次課首先介紹了二進制編碼的基本概念，然后介紹了一些簡單的

二進制編碼，重點是典型循環(huán)碼、BCD編碼和奇偶校驗碼。

提示學生做好復習工作，同時結(jié)合實施計劃預習下一次教學內(nèi)容。

作業(yè)與思考題：

必做題：

選做題：

自測題：

思考題：

F=A1⊕A2⊕A3⊕…⊕An=1的充要條件是什么？

F=A1⊙A2⊙A3⊙…⊙An=1的充要條件是什么？

參考資料：

1-18

內(nèi)容備注

《數(shù)字設(shè)計引論》，沈嗣昌，高教出版社

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社

“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，

高等教育出版社

本次課教學體會：

1-19

內(nèi)容備注

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案

講課題目：第04講邏輯代數(shù)（1）—邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

目的要求：1、理解“二值邏輯”的基本概念；2、掌握常見的邏輯運

算及相應邏輯門的符號和邏輯功能；3、掌握邏輯代數(shù)的基本定律和運算

規(guī)則。

重點難點：重點：邏輯門、9條定律和3條規(guī)則。

難點：

方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習、課堂提問。

器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴音設(shè)備。

特殊情況處

理

教學內(nèi)容與時間安排

一、“二值邏輯”的基本概念

(一)邏輯變量（LogicVariable）

對邏輯、邏輯

、形式上與普通代數(shù)中的變量相同，一般用字母或以字母開頭的字

1關(guān)系作舉例

符串表示。如：變量A，B1等。說明。

數(shù)字電路分

2、只有兩種取值：0和1，無大小之分，只是代表兩種不同的狀態(tài)，析與設(shè)計跟

邏輯代數(shù)之

因此又稱為“邏輯0”和“邏輯1”。

間存在映射

(二)邏輯函數(shù)（LogicFunction）關(guān)系。

邏輯變量通過邏輯運算形成邏輯函數(shù)。舉例說明。自變量和因變量。

(三)邏輯關(guān)系、邏輯函數(shù)與數(shù)字電路1和0的概念

是真與假、高

通過幻燈片上的表格說明三者之間的一一對應關(guān)系。與低、導通與

截止等對應。

二、常見的邏輯運算

注意強調(diào)邏輯關(guān)系、邏輯運算和邏輯門之間的聯(lián)系；注意指出三種

注意三個域

邏輯關(guān)系、邏輯運算和邏輯門的特點；再次強調(diào)邏輯運算與普通代數(shù)運

之間的對應：

算的區(qū)別；三種邏輯運算的優(yōu)先級不同；要求學生認識邏輯門的三套符邏輯關(guān)系、邏

輯運算、邏輯

號，使用國標符號。門。

1-20

內(nèi)容備注

(一)3種基本的邏輯關(guān)系、邏輯運算和邏輯門

1、邏輯非、非運算（NOT）、非門

2、邏輯與、與運算（AND）、與門

3、邏輯或、或運算（OR）、或門注意總結(jié)每

種邏輯門的

注意強調(diào)邏輯關(guān)系、邏輯運算和邏輯門之間的聯(lián)系；注意指出三種特點。

邏輯關(guān)系、邏輯運算和邏輯門的特點；再次強調(diào)邏輯運算與普通代數(shù)運

算的區(qū)別；三種邏輯運算的優(yōu)先級不同；要求學生認識邏輯門的三套符

號，使用國標符號。

(二)5種復合邏輯運算及相應的邏輯門

1、與非（NAND）、與非門

基本定理是

2、或非（NOR）、或非門

等式證明、公

3、與或非（AND-OR-NOT）式變換的依

據(jù)。

4、異或（XOR）、異或門

5、同或（異或非，XNOR）

(三)基本定律

結(jié)合表講解9個基本定律，并舉例說明證明邏輯等式的兩種方法—

—真值表法、表達式變換法。

例1（見PPT）。用真值表法證明分配律，同時說明真值表的概念（板

書）。

例2（見PPT）。用表達式變換法證明吸收律的4個公式（板書）。

(四)運算規(guī)則

1、帶入規(guī)則

1）代入規(guī)則：對于任何邏輯等式，以任意一個邏輯變量或邏輯函數(shù)

同時取代等式兩邊的某個變量后，等式仍然成立。

2）利用代入規(guī)則可以方便地將前面定義的各種邏輯運算和基本定律

推廣到多變量。

例題（見PPT），證明反演律的推廣。

1-21

內(nèi)容備注

2、對偶規(guī)則

1）對偶式：將邏輯表達式F中出現(xiàn)的所有“·”和“＋”互換，“0”和“1”

互換，并保持原運算次序不變，就得到了一個新的函數(shù)表達式F′（也可三條規(guī)則熟

以寫作Fd），該表達式Fd和原表達式F互為對偶式。練掌握應用。

2）對偶規(guī)則：如果兩個邏輯函數(shù)相等，則它們的對偶表達式也相等。

例題（見PPT），同時指出表1-10左右兩部分呈對偶關(guān)系。

3、反演規(guī)則

1）反函數(shù)：將一個函數(shù)表達式F中出現(xiàn)的所有和＋互換，0

“·”“”“”

和“1”互換，原變量和反變量互換，并保持原運算次序不變，就得到了反

函數(shù)F。

2）反演規(guī)則：如果兩個邏輯函數(shù)相等，則它們的反函數(shù)也相等。

3）由原函數(shù)求反函數(shù)的常用方法有兩種：用反演律求反函數(shù)，用反

演規(guī)則求反函數(shù)。

例題（見PPT）。

本次課小結(jié)：

邏輯代數(shù)是數(shù)字電路分析與設(shè)計的重要工具，是學習數(shù)字電路的基

總結(jié)知識點，

礎(chǔ)之一。本次課主要介紹了二值邏輯的基本概念、常見的邏輯運算及相提示知識預

應的邏輯關(guān)系和邏輯門、邏輯代數(shù)中的9個基本定律和3個運算規(guī)則。習。

提示學生做好復習工作，同時結(jié)合實施計劃預習下一次教學內(nèi)容。

作業(yè)與思考題：

必做題：

選做題：

自測題：

思考題：

1-22

內(nèi)容備注

參考資料：

《數(shù)字設(shè)計引論》，沈嗣昌，高教出版社

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第六版），閻石，高等教育出版社

“DIGITALDESIGNPrinciples&Practices”，JohnF．Wakerly，

高等教育出版社

本次課教學體會：

1-23

內(nèi)容備注

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教案

講課題目：第05講邏輯代數(shù)（2）—邏輯函數(shù)的描述方式

目的要求：1、掌握邏輯函數(shù)的兩種描述方式——真值表、表達式；2、

理解最小項、最大項和任意項的概念。

重點難點：重點：邏輯函數(shù)的表達式描述方法。

難點：任意項和非完全描述函數(shù)。

方法步驟：理論講授、例題講解、課堂練習、課堂提問。

器材保障：多媒體電腦、投影儀、擴音設(shè)備。

教學內(nèi)容與時間安排：特殊情況處

理

首先，在黑板上簡單舉例說明邏輯函數(shù)常見的兩種描述方式——真

值表、表達式，或者叫做“表現(xiàn)形式”。

一、描述方式之一——真值表

首先，回顧上節(jié)課提到的真值表的基本概念，然后進行例題講解。

邏輯函數(shù)的

通過這個例題的講解，不僅是讓學生掌握邏輯函數(shù)的真值表描述方幾種描述方

式對比介紹。

式，更重要的是，要使其體會用邏輯函數(shù)描述邏輯關(guān)系的過程，進一步

領(lǐng)會“邏輯函數(shù)”與“邏輯關(guān)系”之間的一一對應關(guān)系，并強調(diào)“變量

定義”在“邏輯函數(shù)”與“邏輯關(guān)系”之間的“橋梁”作用。

二、描述方式之二——邏輯表達式

學生對邏輯函數(shù)的表達式這種形式已經(jīng)比較熟悉，直接講解例題。

通過這個例題的講解，不僅是讓學生了解邏輯函數(shù)的表達式這種描

述方式，更重要的是，要使其體會用邏輯函數(shù)表達式描述邏輯關(guān)系、再

根據(jù)邏輯函數(shù)表達式畫出邏輯電路的過程，進一步領(lǐng)會“邏輯函數(shù)”、“邏

輯關(guān)系”和“數(shù)字電路”之間的一一對應關(guān)系，并強調(diào)“邏輯函數(shù)”作

為一種數(shù)學工具在“數(shù)字電路”與“邏輯關(guān)系”之間所起的作用。

(一)邏輯表達式的類型

1-24

內(nèi)容備注

舉例說明，“與－或”式和“或－與”式是邏輯函數(shù)的兩種最基本的

類型；利用反演率，可從“與－或”式推出“與非－與非”式和“或－

與－非”式；利用反演率，可從“或－與”式推出“或非－或非”式和

“與－或－非”式。

除了“或－與－非”式以外，其它五種表達式類型都比較常見。

聯(lián)系到數(shù)字電路：根據(jù)不同類型的表達式，可用不同的邏輯門來構(gòu)

造電路，舉例說明。

(二)邏輯表達式的標準形式

1、變量域（VariableDomain）重點和難點

內(nèi)容。

一個邏輯函數(shù)所有自變量的集合，稱為該邏輯函數(shù)的變量域。例如：

邏輯函數(shù)F=AB+AC的域為(A,B,C)，該函數(shù)也可寫為：

F(A,B,C)=AB+AC

2、最大項（Max-term）、最小項（Min-term）

（1）乘積項與和項

對于一個變量域，如（A，B，C），域中的變量及其反變量可以構(gòu)成

多種乘積項（ProductTerm），舉例說明；以及多種和項（SumTerm）。

舉例說明。

（2）最大項與最小項

變量域中的所有變量都以原變量或反變量的形式出現(xiàn)過一次且僅出

現(xiàn)過一次的和項（乘積項），稱為該變量域的最大項（最小項）。

舉例說明。

強調(diào)：最大項（最小項）從屬于某個具體的變量域。

（3）n個變量可以構(gòu)成2n個最大項，記作：M，i=0，1，…，2n-1；

i

同樣，n個變量可以構(gòu)成2n個最小項，記作：m，i=0，1，…，2n-1。

i

舉例說明最大項（最小項）的編號方法；舉例強調(diào)變量的排列順序

與編號息息相關(guān)。

（4）最大項和最小項的特點。

1-25

內(nèi)容備注

（5）對于同一個變量域，相通編號的最大項M與最小項m的關(guān)系。

ii

舉例說明。

3、最大項表達式（Max-termExpression）、最小項表達式（Min-term

Expression）

（1）和項都是最大項的或與式，又稱為“標準的和之積式

（CanonicalPOS）”；乘積項都是最小項的與或式，又稱為“標準的積

之和式（CanonicalSOP）”。

（2）任何一個邏輯函數(shù)都有唯一的最大項表達式和唯一的最小項表

達式。

（3）對于相同的變量域，邏輯函數(shù)的最大項表達式與最小項表達式

之間的關(guān)系。舉例說明。

三、邏輯函數(shù)不同描述方式之間的轉(zhuǎn)換

重點介紹不

(一)真值表---->標準的邏輯函數(shù)表達式同描述方式

舉例說明由邏輯函數(shù)的真值表直接讀出邏輯函數(shù)的最大項（最小項）之間轉(zhuǎn)換的

意義、方法。

表達式的3個步驟。注意：讀出兩種表達式之間區(qū)別。

更重要的是讓學生理解：在邏輯函數(shù)的真值表中，自變量的每一組

取值組合都代表著一個最大項和最小項。如果自變量的某個取值組合令

函數(shù)值為1，則這個取值組合所代表的最小項就會出現(xiàn)在函數(shù)的最小項表

達式中；如果自變量的某個取值組合令函數(shù)值為0，則這個取值組合所代

表的最大項就會出現(xiàn)在函數(shù)的最大項表達式中。

(二)邏輯函數(shù)表達式---->真值表

最好先利用邏輯代數(shù)的基本定律，將表達式變形為“與或式”或

“或與式”，再利用它們的運算特點來填真值表。舉例說明。

(三)非標準表達式---->標準表達式

（1）真值表法

（2）代數(shù)法

建議采用“真值表法”。

1-26

內(nèi)容備注

(四)最大項表達式---->最小項表達式

在講兩者之間的關(guān)系時，已經(jīng)說明。

(五)最大各種非