数字电路

课程编码：B2011003Y 英文名称：Digital Circuits 课时：38 学分：2.00 课程属性：专业必修课 主讲教师：宋威

数字电路是数字系统的基石，数字集成电路、计算机组成原理和计算机体系结构的前修课程。这门课将介绍数字电路的逻辑代数基础、CMOS电路基础、组合逻辑和时序逻辑设计、可编程逻辑电路和随机存储器的基本内部构造。同时借助现有的开源EDA工具，学习使用Verilog设计数字电路的基本技能。

离散数学

第一章 数制和码制【理解】

1.1 常用数制和数制转换
1.2 二进制算术运算

第二章 逻辑代数基础【掌握】

2.1 逻辑代数基本定理
2.2 逻辑函数的表达形式
2.3 逻辑函数的化简

第三章 CMOS门电路【理解】

3.1 MOS管简介
3.2 CMOS反相器结构
3.3 简单的CMOS门电路

第四章 组合逻辑电路【掌握】

4.1 组合逻辑电路的基本设计方法
4.2 常用的组合逻辑电路
4.3 组合逻辑电路的竞争冒险
4.4 门级电路的时序分析
4.5 Verilog硬件描述和EDA工具使用
4.6 组合逻辑电路的仿真与测试

第五章 时序逻辑电路【掌握】

5.1 寄存器和锁存器
5.2 时序逻辑电路的基本设计方法
5.3 状态机的设计
5.4 常用时序逻辑电路的设计（仲裁器、缓冲器）
5.5 时序逻辑电路的时序分析
5.6 时序逻辑电路的仿真与测试

第六章 半导体存储电路和可编程逻辑电路【了解】

6.1 静态随机存储器
6.2 动态随机存储器
6.3 可编程逻辑电路的基本结构

章节/学时分配	讲课	习题课	实验课	上机课	讨论课	其它
1 数制和码制	2	1
2逻辑代数基础	4	1
3 CMOS门电路	2	1
4 组合逻辑电路	10	3	2
5 时序逻辑电路	16	4	2
6 半导体存储电路和可编程逻辑电路	2
期末考试						2

 

说明：讲课36课时，期末考试2课时。习题课单开，习题和实验一共14课时，第6周开始，双周一次，每次2课时。

数字电路是逻辑代数、电路设计、状态分析、系统设计、逻辑编程等技术的综合性课程，注重多学科知识的融会贯通和综合能力的培养。教学过程中既要注重基础技能的培养，又要注重宏观原则和方法学，细节问题的优化策略，在不同约束条件下的设计优化。需要培养学生全面思考、动态思考、将复杂问题简化为逻辑代数、再通过系统设计方法将逻辑变为合适的电路，最终设计出精简描述代码并调试的种种能力。课程将通过一系列的经典硬件设计问题，让学生上手设计并调试，对电路设计产生实际的理解。

阎石, 王红. 数字电子技术基础(第6版)[M]. 北京：高等教育出版社, 2016.4 (ISBN 9787040444933)

[1] Michael D. Ciletti 著, 李广军, 林水生, 阎波, 等译. Verilog HDL高级数字设计（第二版）[M]. 北京：电子工业出版社，2014.2
[2] IEEE 1364-2005: IEEE Standard for Verilog Hardware Description Language[S]. 纽约：IEEE，2006.4 ()
[3] Stephen Williams. Icarus Verilog[OL]. http://iverilog.icarus.com/

宋威，男，中国科学院信息工程研究所副研究员，博士生导师，中国科学院BR计划C青年俊才入选者。2011年获得英国曼彻斯特大学计算机博士学位，2011年至2017年在曼彻斯特大学计算机学院和剑桥大学计算机学院工作，研究异步电路的EDA工具设计和多核处理器设计，曾经是剑桥大学开源片上多核SoC项目（lowRISC）的硬件负责人，主持了其前4版的SoC硬件开发。现在的主要研究方向包括：针对处理器和系统安全的编译器优化、安全处理器架构、安全高速缓存架构、基于RISC-V的安全处理器设计等等。