【浙江】02344数字电路自学考试大纲

02344

《数字电路》自学考试大纲

浙江省教育考试院

二OO八年十二月

指定用书：《数字电子技术基础简明教程》，余孟尝主编，高等教育出版社2006年第三版

一、课程性质与设置目的要求

    《数字电路》课程是高等教育自学考试中电子技术等专业的重要技术基础课程。

    本课程的任务是使自学者能对数字电子技术的基本原理、基本知识和基本技能有全面认识，熟悉数字电路的工作原理、工作特性，掌握数字电路的逻辑分析和设计方法，具备正确运用数字集成电路的能力，并为后续课程准备必要的基础知识。

    本课程主要是研讨如何分析和设计数字电路，因此通过本课程的学习，自学者应达到：

能分析由中、小规模集成电路组成的数字电路及脉冲单元电路、简单的数模与模数转换电路，说明它们的工作原理或逻辑特性。能设计常用的数字电路和脉冲单元电路，要求设计正确、合理，鉴于目前电子新产品不断涌现，要善于选用新的实用器件来设计电路。经过对典型电路和功能器件的学习，能够顺利地查阅有关器件及电路手册并做到正确使用，对EDA知识有初步了解。

    根据高等院校工科培养目标的要求，以培养工程应用型人才为主，考试力求做到保证必要的基本理论、基本知识、基本分析方法和技能，贯彻理论与实践相结合的原则，强化应用。考试内容包括数制和编码，逻辑代数，半导体开关、MOS开关及逻辑门电路，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，存储器、脉冲单元电路，数模与模数转换电路，EDA技术的基础知识。

学习本课程之前，必须具备电路的基本概念、基本定律和计算方法，以及电路的暂态分析，这些内容安排在相关课程《电工原理》中学习；同时必须理解二极管、三极管和MOS管的工作原理及参数，熟悉基本放大电路和运算放大器的工作特性，这些内容安排在相关课程《线性电子电路》中学习。

为更好地学习本课程，建议自学者能做到：遵循学习规律，力求由浅入深，由易到难，循序渐进，从各种典型的单元电路中理解基本概念、基本理论和应用方法。同时必须重视电路或器件的分析和设计方法，抓住各种数字电路的共性，掌握应用规律和方法，举一反三。    平时多看例题，多做习题，注意尽可能地理论联系实际，把抽象的概念具体化、工程化，并善于总结、概括和提高。随着微电子技术的迅猛发展，中、大规模集成电路被大量生产及应用，计算机辅助软件也不断发展，在学习中应重视这方面的知识内容，尽可能多地学习和应用。

本课程指定的考试参考用书为高等教育出版社出版的《数字电子技术基础简明教程》（第三版），由清华大学电子学教研组编、余孟尝主编，其它相关书籍只要与其内容、程度相符均可参阅，请特别注意要以指定的考试参考用书的叙述和要求为准。

 

二、考核目标

第一章 逻辑代数与EDA技术的基础知识

一、学习目的和要求

逻辑代数是分析和设计数字电路的基本数学工具，逻辑代数的运算就是数字电路的操作，EDA技术为分析和设计数字电路提供了全新的现代化的方法。

二、考核知识点

    ⒈数制与编码

    二进制数记数特点、八进制、十进制、十六进制以及任意进制数记数特点，按权展开表达式的描述；二－十进制的相互转换，二进制与进制数的相互转换

    二进制编码规律， BCD码编码规律，余3码、循环码及余3循环码编码规律；二进制码和循环码的相互转换；ISO及ANSCⅡ码等编码

    ⒉逻辑代数

    基本逻辑的描述、运算；逻辑代数的规则和定理、常用公式

    ⒊逻辑函数

    逻辑函数的各种描述形式：文字、（开关）电路、真值表、表达式、波形图、逻辑符号（逻辑图）、卡诺图等的表示及相互转换；标准与或式（最小项）的概念、性质和描述

    ⒋逻辑函数的化简

表达式的变换；最简式的概念；公式法、图形法化简；具有约束的逻辑函数化简，变量互相排斥的逻辑函数化简

⒌EDA技术的基础知识

硬件描述语言VHDL的语言基础

    三、考核要求

⒈识记：

各种进制的按权展开表达式；二－十进制数的相互转换的方法，二进制数与进制数的相互转换的方法

常用BCD码的编码规律，有权码、无权码的异同，循环码与二进制码的对应关系

VHDL的主要构件、基本语句

⒉理解：

逻辑代数与普通代数的异同，逻辑运算与算术运算的异同；逻辑表达式的变换，逻辑表达式的相等 

    ⒊简单应用

逻辑函数各种描述形式的相互转换，用公式法化简逻辑函数表达式至最简与或式；用图形法化简小于五变量的逻辑函数表达式至最简与或式

具有约束的逻辑函数化简、变量互相排斥的逻辑函数化简

⒋EDA的工具软件MAX+plusⅡ不作要求。

 

第二章 门电路

一、学习目的和要求

半导体二极管、三极管和MOS管是构成门电路的基本开关元件，而门电路是构成数字电路的基本单元，门电路的外部特性分为逻辑特性、电气特性

二、考核知识点

⒈理想开关特性

    静态开关特性，动态开关特性

    ⒉半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性

    二极管的静态开关特性，导通条件和截止条件，导通和截止时相应的开关等效电路，二极管的动态开关特性及典型参数

    三极管的静态开关特性，饱和导通条件和截止条件，饱和导通和截止时相应的开关等效电路，三极管的动态开关特性及典型参数

    MOS管的静态开关特性，导通条件和截止条件，导通和截止时相应的开关等效电路，动态开关特性及典型参数

    ⒊分立元器件门电路

    分立元件门电路和集成门电路的概念，数字集成电路的分类

    二极管与门、或门及三极管非门的电路、工作原理、真值表、对应符号；高、低电平与正、负逻辑

    MOS三极管非门（反相器）的电路、工作原理、真值表、对应符号

    ⒋CMOS集成门电路

    CMOS反相器的电路组成、静态特性、动态特性，主要参数；CMOS其它逻辑门的电路组成及符号；CMOS传输门、三态门和漏极开路门（OD门）

    ⒌TTL集成门电路

TTL反相器的电路组成、工作原理、静态特性、动态特性，主要参数；TTL其它逻辑门的电路、符号、真值表；TTL集电极开路门（OC门）的符号、特点；TTL输出三态门（TS门）的符号、应用，使能端的概念

⒍门电路的VHDL描述

    三、考核要求

⒈识记

理想开关特性

半导体二极管、三极管和MOS管的静态开关条件及相应开关等效电路；半导体二极管、三极管和MOS管的动态开关特性及典型参数；半导体二极管、三极管和MOS管的简单开关电路

CMOS集成门电路系列；TTL集成门电路系列

基本门电路的VHDL描述

⒉理解

CMOS反相器、CMOS与非门、或非门的电路结构及逻辑符号；CMOS传输门、三态门和漏极开路门（OD门）的逻辑符号

    TTL逻辑门电路结构、外部特性及典型参数；TTL集电极开路门（OC门）和三态门的逻辑符号

    CMOS门电路与TTL门电路电气参数的异同

⒊基本应用

与、或、非门的逻辑功能多种表示方法，正、负逻辑的概念

⒋门电路仿真不作要求

 

第三章 组合逻辑电路

一、学习目的和要求

组合逻辑电路是数字电路的重要组成部分，由基本逻辑单元组合而成。不同的应用场合都有典型的组合逻辑电路。

二、考核知识点

⒈组合逻辑电路的要素

    组合逻辑电路的特点、分类，组合逻辑电路示意框图，组合逻辑电路的分析、设计步骤和方法

    ⒉加法器

    半加器和全加器概念、真值表、表达式、逻辑图及逻辑符号；加法器的构成、电路特点、逻辑示意图，超前进位的概念

    ⒊数值比较器

    数值比较器的概念、真值表、表达式、逻辑图和逻辑示意框图；数值比较器的级联，CMOS比较器和TTL比较器级联的区别

    ⒋编码器

    编码和编码器的概念，优先编码的概念；编码器的真值表、表达式、逻辑图及逻辑示意框图，编码器的级联

    ⒌译码器

    译码和译码器的定义、分类，两类译码器(通用译码器及显示译码器)的异同；通用译码器的概念、真值表、表达式、逻辑图及逻辑示意框图；七段显示译码器的简单显示原理和设计过程；通用译码器（74LS138、74LS139等）的级联及实现组合逻辑设计，实现数据分配

    ⒍数据选择器

    数据选择器的概念、真值表、表达式、逻辑图及逻辑示意框图；数据选择器（74LS153、74LS151等）的扩展及实现组合逻辑设计

    ⒎数据分配器

    数据分配器的概念、真值表、表达式、逻辑图及逻辑示意框图，数据分配器和通用译码器的联系

    ⒏只读存储器（ROM）

    ROM的概念、分类（掩膜、可编程、可擦除可编程）；ROM的结构及工作原理；ROM的容量扩展；ROM的应用（实现逻辑函数）

    ⒐竞争冒险

竞争冒险的概念、产生原因和消除方法

⒑组合逻辑电路的VHDL描述

    三、考核要求

⒈识记

组合逻辑电路的基本分析方法和设计方法，典型电路的基本概念

ROM的结构及工作原理

竞争冒险的概念、产生原因

编码器、译码器和数据选择器的VHDL描述

⒉理解

常用中规模器件(加法器、数值比较器、编码器、译码器、数据选择器、数据分配器)的真值表、表达式、逻辑符号或者逻辑示意框图

竞争冒险的消除方法

⒊简单应用

用门电路设计简单组合逻辑电路

中规模部件的级联（扩展）；ROM的容量扩展

⒋综合应用

用门电路构成组合逻辑电路的分析

用通用译码器或数据选择器设计组合逻辑电路

ROM存储矩阵连线图

⒌组合逻辑电路的仿真不作要求

 

第四章 触发器

一、学习目的和要求

触发器是记忆的基本单元，也是构成时序逻辑电路的核心。

二、考核知识点

⒈基本触发器

    触发器的概念和分类

    基本触发器的电路组成、逻辑符号、工作原理；基本-触发器的功能描述（特性表、特性方程、波形图）；基本触发器的翻转特点

    ⒉同步触发器

    同步触发器的电路组成、逻辑符号、工作原理（时钟的作用），同步触发器的功能描述（特性表、特性方程、波形图），同步触发器的翻转特点，锁存器的描述

    ⒊边沿触发器

    边沿触发器的逻辑符号、工作原理，边沿触发器的功能描述（特性表、特性方程、波形图），边沿触发器的翻转特点

    边沿触发器逻辑功能表示方法的转换

⒋ 触发器的电气特性

静态特性；动态特性

三、考核要求

⒈识记

触发器的两个稳态及触发翻转功能；现态和次态的联系、区别

异步置、复位端（、）的作用；同步置、复位端（、、、、、、）的作用；的作用

触发器的电气特性：建立时间，保持时间

⒉理解

    各种不同类型触发器的逻辑功能，描述方法及相互关系相互转换，特别是基本-触发器、同步触发器（锁存器）、边沿、-触发器

⒊简单应用

在给定触发器的输入波形条件下，描绘触发器的相应输出波形

⒋触发器的VHDL描述及其仿真不作要求

 

第五章 时序逻辑电路

一、学习目的和要求

时序逻辑电路是数字电路的最重要组成部分，由门电路和触发器组成。典型的时序逻辑电路有计数器和寄存器。

二、考核知识点

⒈时序逻辑电路的要素

    时序逻辑电路的特点、分类、描述方法，时序逻辑电路示意框图，时序逻辑电路的分析、设计步骤和方法

    ⒉计数器

计数器的概念及分类，计数器的组成和描述：逻辑示意框图、逻辑图、状态图、状态方程、状态表、时序图，集成计数器的逻辑功能示意图、结构框图、状态表、时序图，集成计数器的扩展、应用（实现N进制计数器）

集成计数器包括74161、74163、CC4520、74191、74193、74197、74160、74190、74192、74290等

    ⒊寄存器和读/写存储器（RAM）

寄存器的概念及分类、电路组成、工作原理、主要特点，移位寄存器的分类、电路组成、工作原理、基本应用；用移位寄存器构成计数器、最大长度移存器型计数器

集成器件包括74175、74116、74170、74164、74LS194等

    RAM的结构，RAM与ROM的区别，动态RAM和静态RAM存储信息的异同，动态刷新的概念；RAM容量的扩展及各片地址分配

    ⒋顺序脉冲发生器

    顺序脉冲发生器的概念及分类、电路组成、工作原理；用MSI构成顺序脉冲发生器的实现方法

    ⒌可编程时序逻辑电路

    可编程逻辑器件（PLD）的基本结构和分类、阵列结构；PLA、PAL、GAL、HDPLD的结构特点

    三、考核要求

⒈识记

时序与组合、同步与异步、计数器与寄存器的区别

RAM容量的扩展

⒉理解

可编程逻辑器件（PLD）的分类和各种阵列结构

顺序脉冲发生器的分析方法

⒊简单应用

门电路构成的同步计数器的分析和设计

移存器型计数器的分析和设计

⒋综合应用

利用集成计数器的控制端口实现N进制计数器

串行数据检测电路的分析和设计

⒌时序逻辑电路的VHDL描述及其仿真不作要求

     

第六章 脉冲产生与整形电路

一、学习目的和要求

理想的数字信号是矩形脉冲，矩形脉冲可由电路产生，也可以将已有波形整形而成。典型的脉冲电路有施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器。

脉冲电路可以用555器件实现。

二、考核知识点

⒈脉冲信号和基本器件

    矩形脉冲的概念、特性参数；555定时器的电路结构、基本功能、功能表和引出脚的定义

    ⒉施密特触发器

施密特触发器电位触发的概念、电压传输特性（滞回特性）；用555定时器构成的施密特触发器的电路组成、工作原理、工作波形、参数估算

施密特触发器的应用

    ⒊单稳态触发器

单稳态触发器的特点；用555定时器构成的单稳态触发器的电路组成、工作原理、工作波形、参数估算及注意事项；集成单稳态触发器74121、74122的功能、区别及参数估算

单稳态触发器的应用

    ⒋多谐振荡器

多谐振荡器的特点；用555定时器构成的多谐振荡器的电路组成、工作原理、工作波形、参数估算以及如何调节占空比；石英晶体的选频特性

多谐振荡器的应用

三、考核要求

⒈识记

    脉冲特性参数，非重触发和可重触发的概念

    施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的特点、参数、应用

⒉理解

555定时器的电路结构、功能描述、功能表和引出脚的定义；用555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路组成、工作原理、工作波形、参数估算

 

第七章 数模与模数转换电路

一、学习目的和要求

数字逻辑电路处理的是数字信号。而实际信号往往是模拟信号，所以需要数模与模数转换电路。不同的实际要求，有不同的转换电路对应。

二、考核知识点

⒈数模转换器（D/A转换器、DAC）

D/A转换的基本要求、转换特性；D/A转换（R-2R梯形）电路的组成、工作原理、转换公式

D/A转换器的主要参数

    ⒉模数转换器（A/D转换器、ADC）

模拟信号与数字信号的区别，A/D转换的一般步骤，取样定理以及量化的内容；逐次渐近型A/D转换器、双积分型A/D转换器的基本工作原理及主要特点；并联比较型A/D转换器的电路组成、工作原理及主要特点

A/D转换器的主要参数

三、考核要求

⒈识记

DAC、ADC技术指标的含义，主要参数的计算

逐次渐近型、双积分型A/D转换器的转换思想及主要特点

⒉理解

A/D取样、保持、量化、编码的概念，取样定理以及量化误差的计算

R-2R梯形D/A转换器的电路组成、工作原理、转换公式及计算

    并联比较型A/D转换器的电路组成、工作原理、电路真值表及主要特点

 

 

 

一、关于“考核目标”中有关提法的说明

    本大纲各章提出的“考核要求”中，“识记”、“理解”、“简单应用”、“综合应用”四个层次是递进等级关系，其含义是：

    “识记”：能知道有关的名词、概念，并能正确地认识和表述。

    “理解”：在识记的基础上，能全面把握基本原理知识。

“简单应用”：在理解的基础上，能用学过的原理、知识去分析和设计、解决问题。

“综合应用”：对大纲范围内的知识有较深刻的理解，能抓住问题的实质，并在此基础上进行论证、判断和运用。

二关于命题和考试的要求

本大纲“考核目标” 所提到的各章知识细目都是考试的内容，试题覆盖到章，按指定的考试参考用书适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。

 

三、题型举例（题型举例仅作参考，实际命题时不受此限）

⒈填空题（请把正确答案填在横线上）1分

三变量函数最小项的编号是      。

答案：  3  

 

⒉单项选择题（在备选答案中只有一个是正确的，将其选出并把它的题号写在题后括号内）1分

卡诺图中每一个小格（小方块）表示：             （   ）

A、一个函数  B、一个变量  C、一个门电路  D、一个最小项

答案： （D）

 

⒊化简题

用公式化简函数：5分

答案：

 

⒋计算题

计算：写出二进制数1011．01的按权展开式，并转换为十进制数。5分

答案：（1011．01）₂＝1×＋0×＋1×＋1×＋0×＋1×

＝8＋0＋2＋1＋0＋0．25＝（11．25）₁₀ 

 

⒌作图题

给定门电路，写出F表达式，根据输入A、B对应画出函数F的波形。5分

 

答案：

 

 

⒍分析题

分析给定的逻辑图，写出F表达式，列出真值表。5分

 

 

答案：

 

A    B   C	F
0    0    0	0
0    0    1	1
0    1    0	0
0    1    1	1
1    0    0	0
1    0    1	1
1    1    0	0
1    1    1	0

7.设计题

利用74161的清零功能构成六进制计数器，画出连线图。8分

答案：写出的二进制代码

求归零逻辑

画连线图

四、考试时间

按规定要求，考试时间为150分钟。