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HITSZ-OpenAuto/EE1009

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EE1009 - 数字电子技术基础

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注意,数字电子技术实验(EE1010)是独立设课。

教材与参考书

教材:(清华大学) 阎石,王红主编,数字电子技术基础(第6版),高等教育出版社。

参考书:(清华大学) 阎石,王红主编,数字电子技术基础 学习辅导与习题解答,高等教育出版社。

请注意,习题指导从出书开始就几乎没有修订过,所以有不少错误,不要照抄习题指导的答案。

注:王红在课上说过,她会修订教材里发现的错误,但不会去修订习题指导里面的错误(乐)

授课教师

by @Oliver Wu

共同特点:上课会有小测。以考勤为主,到场即有60分。

  • Yu Jincheng
    • 授课风格:年轻小姐姐,人美心善,上课讲解细致(有时甚至达到啰嗦的程度) 期末考前会录制复习视频,也会鼓励大家,发在群里的消息很有意思!
    • 听课建议:认真听讲。她所负责的前半部分(包括数制与码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路)难度不大,考查方式也比较固定,但是小题可以出得比较细。
    • ……
  • Liang Liang
    • 授课风格:上课讲解比较清晰。但是课后答疑态度较差("这个来上课的同学都知道的"),而且很喜欢在考试中出计算量极大、重复劳动很多的题目。 往年许多同学考试成绩很差。(请将老师的授课水平和出卷风格分开评价,不要因为其出卷风格而全盘否定其授课水平)
    • 听课建议:认真听讲。梁老师所讲的部分主要是触发器、时序逻辑电路、振荡电路和A/D D/A等较难的内容,是考试的大头,光靠课上听不明白,一定要在课下多加整理!!
    • ……

主要内容

by @Oliver Wu

Yu老师常常会担心大家听不明白门电路的内容,而花大量时间在讲解TTL反相器等电路的内部结构中。在这段时间内,大家可以预习后面内容,或是多花时间学模电(模电的入门难,数电学到后面难)

序号 内容 学习建议
1 绪论,数制和码制 相对比较容易。 几种数制和码制的转换要很熟练。尤其注意掌握补码的概念(不仅是计算方法!)。
2 逻辑运算,逻辑代数的基本定理和基本规则,逻辑函数的代数化简法 公式法化简技巧性强,如果不能熟练掌握也没关系,考试以下一次课讲的卡诺图化简法为主。
3 最小项和最大项的概念,逻辑函数的卡诺图化简法,具有无关项的逻辑函数化简 卡诺图化简需要重点、熟练掌握。最大项属于自学内容。无关项属于考试范围。
4 门电路基本概念,半导体二极管门电路,MOS管的开关特性 门电路符号要清楚,国标和国际标准(特定外形符号)都要看得懂。 半导体二极管门电路了解即可。注意理解MOS管开关特性(截止和饱和时分别有什么特点?可以等效成什么?)
5/6 CMOS反相器、传输门、OD门的工作原理、参数特点及应用、若干常用集成门电路。 CMOS反相器的电压传输特性、输入输出特性需要熟练掌握。(比如:阈值电压是多少?)三态门、传输门需要掌握功能、了解内部结构。对于OD门,要知道它的作用(如“线与”等),还有一类必考题型:上拉电阻的计算题。 常用集成门(如异或门等)只需要了解即可。
7 双极型晶体管(BJT)的开关特性,TTL门电路,标准TTL与非门的工作原理 BJT的开关特性需要理解(截止和饱和时分别有什么特点?)熟练掌握标准TTL与非门工作特性(需要细致到输入某个电压时,电路中某个点的电压是多少), 属于重要内容。小题基本必考。
8/9 标准TTL与非门的特性曲线和主要参数、其它TTL逻辑门 掌握TTL与非门的输入输出特性、电压传输特性等。注意体会TTL门电路和CMOS门的区别。(例如TTL由于是流控型,有输入负载特性;输入级采用多发射级晶体管的TTL门电路,计算低电平、高电平输入电流时需要特殊处理)。其他TTL逻辑门以三态门、传输门的工作原理及应用为主。对于OC(集电极开路)门,需要知道它的作用,还有一类必考题型:上拉电阻的计算题。 异或门等了解即可。
10 半加器和全加器。集成4位加法器74LS283、二进制编码器的原理和集成优先编码器的应用。 难度不大。考试较少出现,遇到随机应变即可。
11 译码器74LS138及应用,显示器件及显示译码器74LS47、48的原理及应用 74LS138经常用于生成逻辑函数,属于必考内容。显示译码器属于了解部分,考试很少涉及。
12 数据选择器及应用,比较器,竞争和冒险 数据选择器属于常考内容,经常用它生成逻辑函数。比较器难度较低,有可能会出现在一些使巧劲的题目里,较少出现。竞争冒险不考,但是以后若要自己设计数字电路,则是非常重要的概念。
13/14 组合逻辑电路的分析,逻辑函数的变换,组合逻辑电路的设计、习题课 需熟练掌握。逻辑函数的化简基本功要扎实,而且要耐心、细心。可能不会有专门的习题课,但是确实会有很多题,可能穿插着讲解。需要认真理解每道题!!!
(不设课) Verilog语言的结构及描述方式,组合逻辑电路的Verilog语言实现 此部分教学大纲上列出,但是放到了数字电子技术实验(EE1010)来讲。由于课上能学习Verilog的时间很少(基本都要用来完成任务)、讲解的Verilog语法也很有限,大家在上数字电子技术实验有关Verilog的内容前,务必认真预习!
15/16 基本RS、时钟RS触发器的结构功能、电平触发、脉冲触发、边沿触发的触发器 非常重要!注意理顺从 基本RS触发器 到 边沿触发的触发器的演变流程与思路(例如,为了解决多次翻转的问题,由同步RS触发器变成了脉冲触发的RS触发器;由于禁态的限制,又通过引入反馈线,构成了主从JK触发器;为了提高抗干扰能力,又演变出了边沿触发的触发器)!注意主从触发器和边沿触发器的区别(整个时钟有效周期都接收信号 VS 只取决于上升沿到来时信号)!给出时钟信号和输入信号的波形,要求画出输出波形,是必考的题目,也很能锻炼大家的逻辑思维能力!
17 D触发器;JK触发器;T触发器;T'触发器。 同上,非常重要!需要掌握每种触发器的输出方程和状态方程,设计时序逻辑电路时需要用到!
18 集成同步加法计数器74LS160/161/162/163,集成异步加法计数器74LS90/290/93/293 需要熟练掌握。对于含计数器的时序逻辑电路的状态转化分析,特别重要,也是必考的!!
19 集成加/减计数器74LS190/191/192/193,移位寄存器型计数器,顺序脉冲发生器,序列脉冲发生器 加减计数器了解即可,如果考试有用到需要随机应变。自己设计编码器计数电路等可能会用到。移位寄存器型计数器以分析为主,设计不作为重点,也比较难。最后两者,理解并掌握,作业会涉及。
20-22 同步、异步时序逻辑电路的分析与设计 对于分析,正确判别次态是关键。特别注意异步置位、复位端等不在时序控制范围的变化!注意上升沿还是下降沿触发!注意不同触发器类型!对于设计,流程比较固定:1. 根据任务要求列出电路的状态转换表或转换图;2. 状态化简;3. 根据电路的状态表确定触发器的数目n;4. 根据状态转换表画出电路次态卡诺图;5 .由卡诺图求出电路的状态方程和输出方程。6. 由状态方程写出电路的驱动方程。7.由驱动方程和输出方程画出逻辑图。计数器的分析和设计又有其特别的方法,而且特别重要。十六进制、十进制计数器能玩的花样很多。
(不设课) 状态机的基本概念和用Verilog语言实现状态机及仿真研究。 放到了实验课中讲解。同样,由于课上能学习Verilog的时间很少(基本都要用来完成任务),大家上课前务必认真预习!
23 寄存器,半导体存储器ROM的工作原理和应用,RAM的工作原理 寄存器以分析为主。ROM常用来生成逻辑函数(通过在对应的地址线上),RAM的电路只需了解即可,但是需要掌握半导体存储器容量的扩展(位扩展和字扩展方式)。
24 施密特触发电路,微分型、积分型单稳态电路、多谐振荡器 需要认真理解各类触发电路上升、下降阶段等效电路的画法及时间常数的计算。(TTL和CMOS还有区别)
25 555定时器结构原理、555定时器构成的单稳态电路、多谐振荡器、施密特触发电路和压控振荡器的工作原理和参数计算 很重要,需要熟练掌握!考试一定会涉及利用555定时器来生成振荡波形或实现单稳态电路!
26 数模和模数转换器的基本概念,倒T型电阻D/A转换器网络,集成D/A转换器AD7524,权电流型D/A转换器 需要熟练掌握。
27 AD转换的基本原理,并行比较型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器 重点掌握A/D转换基本概念。要会计算转换时间。
28 双积分型A/D转换器、模拟开关、期末复习 双积分型转换器的转换时间计算比较重要。期末复习基本是复习了个寂寞(“平时都讲过了”,不过也确实如此,平时及时复习就好)

关于考试

by @Oliver Wu

考试难度:较难。由于Liang老师经常在考试中加入大量计算量极大、重复劳动很多的题目(此类题不算难题,但是很容易拉低学生成绩),并且考卷上还有真正的难题(思维上难度大), 所以大家的分数普遍不高。21级自动化6-8、电气1-3大班共180人左右,总分90分及以上仅有5人。

大家一定要分清“重复劳动很多的题目”和“难题”,考试中细心一些,把看似繁复实则思维难度较低的题目都拿下,这样就能获得比较高的分数了。

by @psp_dada, 2024.7

  • 24 年春自动化数电考试相比去年的考试 题量 --,难度 --,重复劳动 --
  • 复习时可将今年的回忆题目当做基础回顾,再去攻克 23 年的题目,特别是多去体会 23 年的最后一道设计题目的设计思路和设计理念
  • 考试时试卷上最后一页印上附录,包括 555 定时器的电路结构图和第七章的众多公式(各种电路的周期、占空比等),这部分可以不用死记硬背

Tips

  • 数字电子技术课程其实不算难,因为其中很多东西都是离散的,因此抗干扰能力好,可以理想化地去看待。不像模电,由于其连续性,噪声抑制很难,对信号质量要求特别高,差几十毫伏可能就会有很大影响。
  • 模拟电子技术课程以分立元件为主,数字电子技术课程以中规模集成电路芯片为主。对于芯片,将其看成黑箱子,关注外部的01特性即可。
  • 虽然8位电脑与中规模集成芯片的时代早已过去,但是在低成本的嵌入式应用中,74系列基本芯片仍大有用武之地。当然,大家也不要满足于这些上古芯片,可以多去TI(德州仪器)官网等网站上学习最新的数字电路发展成果。

修订于2023.12.3

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