数字电路（2344）课程自学考试大纲.pdf

数字电路（2344）课程自学考试大纲一、课程性质与设置目的（-）课程性质、特点及其在专业中的地位本课程是电子工程和电气工程类专业所必修的专业基础课之一。学习本课程不仅为 了掌握数字逻辑以及脉冲电路的基础知识，也为今后学习各种与数字系统相关的课程打 下必要的基础。（-）本课程的基本要求i.数制和码制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。2.逻辑代数基础1）掌握逻辑代数中的基本定律和定理。2）掌握逻辑关系的描述方法及其相互转换。3）掌握逻辑函数的化简方法。3.门电路1）了解半导体二极管、三极管和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.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、加发器、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。5.触发器1）理解基本RS触发器的电路结构、工作原理2）掌握RS、JK、D、T和T，触发器的特性表、特性方法和触发方式6.时序逻辑电路1）掌握时序电路的特点、描述方法和分析方法2）掌握“数器、寄存器等常用时序电路的工作原理、逻辑功能及使用方法。7.脉冲的产生和整形电路1）了解脉冲信号参数的定义。2）理解施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理、主要参数的分析 方法及应用。3）了解555定时器的工作原理及应用（由它构成的单稳、施密特和多谐振荡器的 典型电路）8.半导体存储器1）理解ROM、RAM的电路结构、工作原理和扩展存储容量的方法。2）理解用ROM实现组合逻辑函数的方法。3）理解可编程逻辑器件的基本特征及编程原理。了解GAL的电路结构9.数-模转换器和模-数转换器了解D/A、A/D转换器的功能及主要参数以及常见的D/A、A/D转换电路（三）本课程与相关课程的联系学习数字电路无须特定的先行课程，一般来讲，对于晶体管和MOS管的开关特性，RC电路的充放电知识，运算放大器的基本知识有所了解或学过“电路基础”、“模拟电路”课程即可学习本课程的各章各节。为了便于学员自学，社会助学和考试命题本大纲明确规定：1、康华光主编的书本每章之后的CAD例题一律不在自学考试要求之内，无须涉及 硬件描述语言ABEL以及开发软件ISP Synario的知识。2、本书第十一章“数字系统设计基础”不在自学考试的要求之内。二、课程内容和考核目标第一章数字逻辑基础（-）学习目的和要求通过本章的学习应了解模拟信号和数字信号的概念，掌握几种数制和码制、掌握二 进制数及其算术运算、掌握二进制、十进制、八进制和卜六进制数制之间的相互转换，编码部分，重点掌握8421BCD码，并了解其它BCD码和循环码。（-）课程内容第一节模拟信号和数字信号第二节数字电路第三节数制第四节二进制码第五节基本逻辑运算第六节逻辑函数与逻辑问题的描述（三）考核知识点本章要求学习和掌握的知识考核点是：1、数字信号和模拟信号各自的特点和区别2、任意数制的数都可以写成其按位权展开的式子3、用二进制表示任意一个数4、进行不同数制之间的转换5、BCD码中的8421BCD码，了解余3码和2421码（四）考核要求1、识记8421BCD码、2421码、余3码2、领会数字信号和模拟信号各自的特别和差别3、简单应用：不同码制的数的相互转换4、能领会数字波形图第二章逻辑门电路（-）学习目的和要求本章通过学习二极管和晶体管（BJT）的开关特性入手，掌握由二极管构成的与门电 路、或门电路和由BJT构成的非门电路，进而学习掌握典型的TTL反相器电路及其一系 列的技术参数。了解TTL与非门、TTL或非门电路和TTL三态与非门电路以及肖特基 TTL与非门的典型电路。了解增强型NMOS和增强型PMOS的开关原理，在此基础上理 解CMOS反相器的工作原理，了解CMOS与非门CMOS或非门的电路结构，掌握CMOS 逻辑门电路的技术参数。关于NMOS逻辑门、正负逻辑问题，以及各种逻辑门电路之间 的接口问题应通过学习有一般性的了解。（-）课程内容第一节二极管和BJT的开关特性第二节基本逻辑门电路第三节TTL逻辑门第四节CMOS逻辑门第五节其它逻辑门电路第六节 逻辑门电路的实际使用问题（三）考核知识点本章要求学习和掌握的考核知识点是：1、二极管、BJT管的开关条件2、与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门的逻辑功能和逻辑符号3、正逻辑和负逻辑的概念4、TTL反相器（非门）的电路结构和工作原理，了解TTL的其它逻辑门的电路 结构5、TTL逻辑门电路的各技术参数的意义，会使用它们6、0 C门（集电极开路逻辑）所构成的线与逻辑以及上拉电阻Rp的值的计算7、CMOS反相器的电路结构以及它的传输特性8、CMOS与非门、CMOS或非门的电路结构9、CMOS的技术参数10、CMOS传输门的电路结构和工作原理（四）考核要求1、能识记二极管与门电路、二极管或门电路、三极管非门电路的典型结构2、能识记TTL非门的电路结构，理解其工作原理能领会TTL逻辑门电路的技术 参数，并领会这些参数的正确使用方法。3、领会OC门构成线与逻辑并且正确计算上拉电阻的Rp的数值4、能识记CMOS反相器电路，并能解释其工作原理5、简单应用CMOS的技术参数第三章 组合逻辑电路的分析与设计（-）学习目的与要求通过本章学习，应能熟练掌握逻辑代数和卡诺图，它们是分析和设计数字电 路的重要工具。并在此基础上能够应用这些基本知识去分析一个给定的组合逻辑的功能,以及按照所需要实现的逻辑功能去按步骤设计出相应的电路图。（二）课程内容第一节逻辑代数第二节逻辑函数的卡诺图化简法第三节组合逻辑电路的分析第四节组合逻辑电路的设计第五节组合逻辑电路中的竞争冒险（三）考核知识点1、由真值表写出最小项表达式2、利用逻辑代数的常用公式，基本定律化简逻辑函数3、三变量的卡诺图和四变量的卡诺图，求出相应的最简与或表达式，若有任意项 要能正确利用任意项去进行化简4、卡诺图求出反函数的最简与或表达式5、最简与或式子变换成与非一或非式子，或非一或非式子以及与一或一非式子6、组合逻辑电路的分析方法和步骤7、组合逻辑电路的设计方法和步骤（四）考核要求1、能简单应用逻辑代数的基本定律和恒等式，以及逻辑代数的三个基本规则2、能综合应用三变量和四变量的逻辑函数填写其相应的卡诺图，并应用卡诺图将 其化简，求出最简逻辑表达式3、能综合应用任意一个逻辑函数表达式变换成最小项表达式，变换成与非一与非 式，或非一或非式，与或非式4、能简单应用分析组合逻辑功能的基本步骤5、能简单应用组合逻辑电路设计的方法和基本步骤6、领会组合逻辑电路产生竞争冒险的原因，能够应用学到的几个措施去消除竞争 冒险第四章常用组合逻辑功能器件（-）学习目的与要求通过本章的学习进一步加深对组合逻辑电路的理解，达到对编码器、译码器、数字 比较器、数值比较器和算术运算电路逻辑功能的掌握和正确使用（二）课程内容第一节编码器第二节译码器第三节数据选择器第四节数值比较器第五节算术运算电路（三）考核知识点1、编码器和优先编码器的设计步骤，中规模集成编码器及其扩展方法2、n线一线，4线一10线和7段字形译码器的工作原理，n2n线数据分配器,译码器的扩展方法，译码器作为组合逻辑函数发生器的原理和方法3、数据选择器的工作原理以及其作为逻辑函数发生器的方法4、数值比较器5、串行进位和超前进位的概念（四）考核要求1、能领会简单的编码器原理图2、能简单应用74148优先编码器集成电路芯片3、能画出简单的2线-4线和3线-8线译码原理图4、能简单应用74138译码器集成电路芯片，诸如扩展和作为组合逻辑函数发生器 使用5、能简单应用74LS151集成电路芯片作为组合逻辑函数发生器使用6、能识记一位数值比较器的真值表和逻辑图7、能识记全加器的真值表及相应的逻辑图第五章触发器（-）学习目的与要求本章重点是学习五种不同类型的触发器（RS触发器、D触发器、JK触发器、T触 发器和T触发器）了解它们的主要结构形式、掌握逻辑功能、触发方式、掌握用功能 表、特性方程和状态图。（二）课程内容第一节触发器的电路结构和工作原理第二节触发器的功能（三）考核知识点1、基本RS触发器，同步RS触发器、主从RS触发器的电路结构，功能表和相应 的特性方程2、主从JK触发器的电路结构以及相应的功能表和特性方程3、维持阻塞D触发器的电路结构和工作特点4、JK触发器转换成D触发器、T触发器和T 触发器的方法和原理5、各类触发器的逻辑符合图6、给定CP脉冲波形图和各类触发器的输入信号波形图的情况下，画出各触发器 相应的输出波形7、触发器的主要参数（四）考核要求1、识记基本RS触发器、同步RS触发器、主从RS触发器、主从JK触发器的电 路结构2、识记RS、D、JK、T和T 触发器的功能表和特性方程3、在理解各类触发器的功能表、特性方程以及触发器的工作特点的基础上能够根 据触发器输入信号波形和CP脉冲画出相应的输出波形图4、能够简单应用JK触发器转换成D触发器、T触发器或者T触发器5、能够简单应用D触发器转换成JK触发器、T触发器或者T触发器6、能够识记和领会各类触发器的状态转换图第六章时序逻辑电路的分析和设计（-）学习目的与要求建立时序逻辑电路的基本概念，了解分析时序逻辑电路的一般步骤，了解同步时 序逻辑电路设计的一般步骤。（二）课程内容第一节时序逻辑电路的基本概念第二节时序逻辑电路的分析方法第三节同步时序逻辑电路的设计方法（三）考核知识点1、从时序电路的结构框图出发领会输出方程、驱动方程和状态方程的概念，对给 定的时序逻辑电路写出其输出方程、驱动方程和状态方程2、进行状态计算、列出状态表、画出状态图和时序图3、同步时序逻辑电路的设计步骤（四）考核要求1、领会同步时序逻辑电路的分析步骤2、应用新学知识写出已知同步时序逻辑电路的输出方法、驱动方程和状态方程。3、领会同步时序逻辑电路的一般设计步骤第七章 常用时序逻辑功能器件（-）学习目的与要求本章重点在于掌握二进制同步计数器和二进制异步计数器的构成方法和工作原 理，掌握同步十进制计数器的工作原理和设计方法，掌握移位寄存器的构成方法和工作 过程，掌握用集成计数器构成任意进制计数器的方法。（二）课程内容第一节二进制异步计数器和二进制同步计数器第二节十进制同步计数器第三节集成计数器第四节寄存器和移位寄存器（三）考核知识点1、异步二进制加法计数器和异步二进制减法计数的计数过程分析2、同步十进制计数器的设计方法3、掌握74161、74LS193和74LS290的功能表，特别是74161集成计数器的使用4、74161集成计数器转换成任意进制计数器和方法5、移位寄存器的工作原理和74194芯片的使用方法（四）考核要求1、对给定的同步计数器电路能简单应用分析时序逻辑电路的一般步骤和方法对其 进行分析（列写有关的逻辑方程，将驱动方程代入相应触发器的特性方程，以获得 各触发器的次态方程，进行状态计算、填状态表、画状态图，以文字方式描述该时 序逻辑电路的逻辑功能。2、领会同步加法计数器和同步减法计数器设计步骤（确定状态转换的时序，并 选定触发器种类，列出状态表和驱动表，利用卡诺图化简，求出驱动方程，进行 自启动检验，画出逻辑图）。3、能识记74161、74LS193和74LS290这些集成计数器的逻辑符号图，特别是要 熟悉74161,并利用它构成任意进制的计数器。4、能应用四位D触发器和JK触发器构成的移位寄存器电路，并能够正确应用 74194集成移位寄存器。第八章半导体存储和可编程逻辑器件（PLD）（-）学习目的和要求半导体存储器是数字系统中用来存储大量的二值数据所必不可少的组成部分，所 以通过本章学习之后，重点在于了解只读存储器（ROM）和读写存储器（RAM）的基本 电路结构和工作原理，学习本章的第二个重点在于从原理上获得对可编程逻辑器件的一 般的了解，可编程器件是一种可以由用户自己编程以后获得预期逻辑功能的器件，它具 有结构灵活、集成度高、处理速度快、占用空间小、功耗小等优点。（二）课程内容第节随机存取存储器（RAM）第二节只读存储器（ROM）第三节 可编程逻辑器件（PLD）（三）考核知识点1、RAM的电路组成结构：地址译码器，存储矩阵和存储单元电路。I/O电路。2、对RAM集成电路进行容量扩展和字长扩展的方法3、RAM读/写操作的时序图4、ROM电路的基本结构和二极管存储单元5、由ROM实现组合逻辑的方法6、PLD电路的基本表示方法7、可编程通用阵列逻辑（GAL）的基本结构（四）考核要求1、能识记RAM电路的基本结构2、能识记六管静态存储单元电路和三管动态存储单元电路的存储原理。3、能领会RAM电路的读/写操作的时序要求。4、能领会I/O控制作用。5、能应用集成RAM芯片进行容量扩展和字长扩展。6、能识记只读存储（ROM）的电路结构。能按要求设计二极管存数矩阵7、能将ROM简单应用于实现所需的组合逻辑8、能识记基本的PLD电路结构图第九章 脉冲波形的产生与变换（-）学习目的与要求本章学习的目的是明确和掌握由集成逻辑门构成的脉冲单元电路的功能和工作原 理，这些脉冲单元电路是施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器，此外555定时器 是一个应用十分灵活、能构成各种脉冲电路的重要器件，必须掌握其电路结构，工作原 理和构成施密特发器，单稳态触发器和多谐振荡器的方法，一阶RC电路的过渡的求解 方法是学习本章的重要先行知识必须掌握。（二）课程内容第一节多谐振荡器第二节单稳态触发器第三节施密特触发器第四节555定时器（三）考核知识点1、CMOS门组成的多谐振荡器的电路结构，振荡过程，振荡周期与外接R、C元 件数值的关系。2、CMOS门再外接电阻，电容和石英晶体的典型石英晶体振荡器电路结构。3、CMOS微分型与单稳态电路的结构和工作原理，暂稳时间的计算。4、集成单稳电路74121以及MC14528芯片。5、CMOS门电路构成的施密特触发器的电路结构和阈值电压V+和V-的计算以及 回差电压的计算。6、555定时器的电路原理结构图和相应的功能表，并能够会用555定时器设计多 谐振荡，单稳态触发器和施密特触发器。（四）考核要求1、掌握RC一阶电路暂态过程的计算。2、能识记由CMOS门构成的多谐、单稳和施密特触发器的典型电路，会计算相应 的参数。3、会施密特电路的简单应用。4、能识记由555定时器特构成的多谐，单稳和施密特触发器的电路，并会计算相 应的参数。第十章数模转换和模数转换（-）学习的目的与要求本章学习目的在于从电路上了解如何实现数模转换（D/A）以及模数转换（A/D）,D/A和A/D转换的原理以及相应的技术指标。（二）课程内容第一节D/A转换器第二节D/A转换器的主要技术指标第三节 集成D/A转换器的应用第四节A/D转换器第五节三种类型的A/D转换器（三）考核知识点1、R2R倒T网络构成的D/A转换的原理电路。2、权电流电阻网络构成的D/A转换的原理电路3、D/A转换中转换精度、转换速度以及温度系数的物理概念4、A/D转换过程中的取样与保持以及量化与编码的基本概念。5、并行比较型A/D转换器，逐次比较型A/D转换器以及双积分型A/D转换器的 基本工作原理。6、A/D转换器的两大主要技术指标，转换精度和转换时间的物理意义。（四）考核要求1、识记的框图2、领会型电阻网络D/A转换器输出模拟量与输入数字量之间的一般关系式3、会应用权电流D/A转换器的输出模拟量和输入数字量之间的关系式4、领会A转换器的主要技术指标5、领会AD7520集成D/A转换进行数/模转换6、能领会“取样与保持”和“量化与编码”在A/D转换中的作用7、能领会并行比较型A/D转换器的工作原理8、能领会逐次比较型A/D转换器的工作原理9、能领会双积分式A/D转换器的工作原理三、关于大纲的说明和考核实施要求（-）本大纲的目的和作用本大纲为电子工程类和电气工程自学考试的学员提供个人自学指导，对社会助学 提供规范，对考试命题划定范围。（-）本大纲与教材的关系大纲规定的内容和考核知识点应包含在所选教材中，但所用教材的内容包含可比 大纲要求更为广泛。（三）关于自学材料和主要参考书根据湖北省自学考试委员会推荐：教 材：康华光主编的电子技术基础（数字部分）第四版参考书：阎石主编的数字电子技术基础第四版张毅主编的脉冲数字电路（四）关于自学要求和自学方法的指导对课程基本内容的掌握，对课程考核知识点的掌握是自学考试获得成功的关键。本课程规定为4学分（不包括实验内容的学分）（五）对社会助学的要求在授课过程中严格把握好大纲中的“考核知识点”和“考核要求”是关键。（六）关于试卷结构及考试的有关说明1.本大纲各章所规定的考核要求中各知识点都是考试的内容。试题覆盖到章，适 当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。2.命题不应有超出大纲中考核知识点范围的试题，考核目标不得高于大纲中所规 定的相应最高能力层次要求。3.“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”四个认知层次的试题在试卷中所 占的分数比例依次约为：20%、30%、30%、20%o4.试题的难度可分为：容易、中等偏易、中等偏难、难；它们在试卷中所占分数 比例依次大致为：20%、30%、30%、20%o5.试题的题型有：单项选择题、填空题、作图题、简答题、综合应用及设计题。6.考试方式为笔试、闭卷：考试时间为150分钟；60分为及格线。考试时只允许 带钢笔或圆珠笔、2B铅笔和橡皮。附录：题型举例1、单项选择题（四选一）例：A10=a.A b.A c.0 D.l例：具备回差电压的电路是a.多谐振荡器 b.单稳态触发器 c.施密特触发器 d.触发器2、填空题：例：8421BCD码是由 二进制代码组成的例：Y（A.B.C）=A+BC+ABC,式中 是最小项3、简答题：例：什么是D/A转换？D/A转换电路的一般构成如何？4、作图题：例：已知电路及A、B和CP的波形，求作Q的波形（Q的初态为0）例：画出JK触发器的状态转换图5、综合应用及设计题例：由给出的74161四位二进制同步加法计数器。利用反馈清零法连接一个12进制的加法计数电路利用LD端子，用反馈置数法连接一个7进制加法计数器电路，利用 RCO端子设计一个九进制加法计数电路。（命题时给出74161的逻辑电路图，此处从略）例题：Fi（ABCD）=A B+CD+ABDF2（ABCD）=BC+B D+BC D若 F=Fi F2求F的最小项表达式 F=Z2（）画出F的卡诺图利用卡诺图简化，求出F的最简与一或表达式例：要求利用两支CMOS反相器设计一个多谐振荡器电路 因画出所设计的多谐振荡器电路若给定C=O.luF,当需要获得10 KC的振荡频率求R=?Q若R=1M。C=O.OluF,求所获方波的周期T=?解答从略。