个人介绍
16-校级精品-数字电子技术 安家文等
提供学校: 郑州大学西亚斯国际学院
院系: 电子信息工程学院
专业大类: 电子工程
专业: 电子信息工程、通信工程、自动化、测控技术与仪器
课程英文名称: Digital Electronics Technology
学分: 5
课时: 80
     《数字电子技术》课程是我校电子工程类相关电学各专业一门重要的专业基础课程,覆盖面广,受益面大,课程具有较强的应用性的和实践性。课程的主要任务是使学生掌握数字电子技术的基本概念和基本理论;熟练掌握数字电路的分析方法和设计方法;会使用常用的中、小规模数字集成电路进行逻辑电路设计;目的是为今后学习相关专业课程及为解决工程实践中所遇到的数字系统问题打下坚实的基础。
      本课程主要讲述数字电路的基础知识(包括数制和码制、逻辑代数基础)、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路(含触发器)、脉冲产生与整形电路、存储器和可编程逻辑器件、A/D与D/A及其他数字集成电路。本课程的实践性教学环节包括:课内实验、课外仿真实验、课程设计、毕业设计、大学生创新实验项目、创新竞赛等。
教师团队

安家文 教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

罗中剑 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

王霞 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

张军 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

海洁 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

杜海龙 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

陈杨 副教授

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

薛迪杰 讲师

单位:郑州大学西亚斯国际学院

部门:电子信息工程学院

教学条件

1、教材与相关资料

教材采用《数字电子技术基础》(闫石著),本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材,为面向21世纪系列教材,而且是最新版本,分别获得北京市教育教学成果一等奖、国家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖。全书主要内容有:数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、硬件描述语言、脉冲波形的产生和整形、数-模和模-数转换等。

针对数字电路快速发展的特点,我们适时地引入了FPGA和CPLD等先进的教学内容,增加了组合逻辑电路和时序逻辑电路设计内容相关的学时,为学生今后更好的接触实际以及科研创新奠定了基础,真正做到教学内容源于教材且高于教材。

2、实践教学条件

(1)教学科研仪器设备


电子信息工程学院实验中心(现名为:电子及自动化工程实验中心)始建于2004年,经过多年的建设和发展,已成为我校电子信息工程、自动化、测控及通信工程专业的重要实践基地,为相关专业学生的实验教学、课程设计、毕业设计、科技创新及大学生全国电子类各项竞赛等实践教学活动提供较为完善的环境支持。

该中心现有专业基础和专业实验室共24个,专职专业工作及管理人员13人(中、高级职称10人,研究生以上学历9人),其中实验中心主任1人,实验教师11人,工程维修人员1人。

实验中心拥有22个高配置实验室,涵盖大部分电子专业相关领域,在用设备总金额约700万元。

在人才培养上,实验中心围绕“以实践教育、创新教育为重点”的专业教育模式,全面实现复合型应用人才的培养目标,密切结合学院各项工作的实际情况,配合完成“二循环,三课堂”的实践教学活动。同时,实验中心实施实验室规范化、常态化开放,循序渐进地加强学生动手能力,在实践中逐步形成和建立学生在专业技能方面的创新意识和能力,并已建立与之相应的运行机制。

在实验室管理上,突出实验专业教学主体结构,为学科建设提供强劲的环境支持,使实验中心更加适应复合型应用人才的培养目标,建立以实验教学实验室为基础、专业技术实践创新实验室为核心、附有仪器设备维修室、仪器管理室的实验中心结构模式。

 数字电子技术实验室创建于2002年,配备有YB-MS4B型模电、数电(模块化)综合实验装置34套及电子测量仪器等实验设备,可供一个标准班进行实验教学活动。本实验室可以完成《数字电子技术》等课程的实验教学及课程设计,同时为学生进行电子实践创新、培养学生电子技术应用能力及电子测量操作技能提供完善的教学环境。本实验室主要面向电子信息工程、通信工程、自动化、测控及计算机等专业学生,也可以作为教师和研究生进行相关专业研究的辅助实验平台。

(2)实习基地建设

                                                

 

序号

 
 

单位

 
 

1

 
 

教育部教育管理信息中心《ITAT-Pro实训》

 
 

2

 
 

北京天圣达科技有限公司

 
 

3

 
 

安卓越科技(北京)有限公司

 
 

4

 
 

郑州新思齐科技有限公司

 
 

5

 
 

成都麦子信息技术有限公司

 
 

6

 
 

郑州子翔通信技术有限公司

 
 

7

 
 

河南汇科智慧科技发展有限公司

 
 

8

 
 

郑州爱峰科技有限公司

 
 

9

 
 

河南龙翔电气有限责任公司

 
 

10

 
 

北京向心合力通信技术有限公司

 
 

11

 
 

郑州清扬软件开发有限公司

 

                                          





教学方法手段

1、教学设计

重视探究性学习、研究性学习,体现以学生为主体、以教师为主导的教育理念;能根据课程内容和学生特点,进行合理的教学方法、教学手段、考核方式等。教学内容的设计主要体现在以下几个方面:

(1)立足基础

尽管数字技术发展迅速,新器件、新方法、新工具不断涌现,但是基本概念、基本方法仍在课程的内容体系中占有重要的地位。因此,我们在教学内容的选择上,尽管也不断的补充新的内容,但数字电子技术的经典内容始终占有较大的比重。例如,现在广泛应用CPLD器件,且CPLD软件中都包含有函数化简功能,但我们依然长期保留了卡诺图化简和少量SSI、大量MSI器件的教学内容,因为这些既是CPLD逻辑设计的基础,也是现在和未来一段时间内依然十分具有应用价值的教学内容。

(2)把握重点

数字电子技术的教学内容众多,但是时间相对偏紧,如果教学时没有重点,学生将无法把握课程的主要内容,从而严重影响教学效果。

结合我院学生的特点和实际情况,我们将逻辑代数基础、常用逻辑器件及其应用、组合逻辑电路的分析与设计及时序逻辑电路的分析与设计作为教学重点。虽然数字系统设计、VHDL 语言等内容在课程设计、毕业设计和实际工作中非常重要,但因为课程体系中安排有基于CPLD的数字系统的后续选修课程,因此,本课程中不作重点介绍,仅仅是给学生打好基础。

(3)分解难点

数字电路中的教学难点主要时序电路设计、CPLD、VHDL 语言、数字系统设计等内容。教学时,对这些内容进行适当分解,有助于学员学习掌握。

时序电路设计包括基于触发器的时序电路设计和基于MSI器件的时序电路设计两部分内容。对于基于触发器的时序电路,我们引入了定义法、列表法和树干分支法等多种方法,从不同的角度破解“建立原始状态图和状态表”这个多年来困扰教师的教学难点。对于基于MSI器件的时序电路设计,我们将器件功能及一般应用于时序电路设计分散在前后两章介绍,在深入学习和掌握了基本器件的功能和使用方法之后再来教学基于MSI器件的时序电路设计方法,明显地提高了教学效果

CPLD、VHDL语言,数字系统设计等内容比较复杂,并且一般是安排在课程的后半程进行教学,留给学生的时间已经不多,容易造成学习了但掌握不好的结果。为此,我们对这些内容做了适当调整,如将CPLD划分为组合型和时序型两类分别在组合电路和时序电路中介绍,将VHDL语言划分为基础知识和提高性内容两部分并将其贯穿于整个课程,从而延长了它们的教学实践,有效地分散了教学难点,提高了教学效果

(4)联系实际

“数字电子技术”课程的实践性很强,即使在理论教学时也应该注意到这一点。教学过程中我们采取了两个方面的措施来保障学生理论联系实践:

一是非常注意理论课与实践课的协调、配合。由于体制的原因,本课程的理论课与实验课分属于不同的教研室,为了取得良好的综合教学效果,两个教研室既要有分工也要有合作。

 二是理论课中适当介绍一些工程应用实例,培养学员分析、解决实际问题的能力。例如组合电路设计中,引入了各种投票表决电路;时序电路设计中,引入月球探测控制电路;数字系统设计中,引入数字钟、数字密码锁、交通控制系统等。

2、教学方法与手段

(1)驱动型教学

我们的教学团队坚持每月一次业务学习及教研活动,涉及的内容有专业知识、专题报告、教学计划与进度、教材内容处理与更新(随着现代电子技术的快速发展、数字电子技术课程内容的变化而变化)、新老教师经验交流、公开课、多媒体课件使用与制作、教学情况汇报及总结、学生信息反馈、实验室新购设备的论证等等;我们强调正确地系统设计的方法,站在工程的角度利用现场的思想进行教学;以实际案例为任务,锻炼学生的分析问题与解决问题的能力。通过这些实践性教学环节的训练,使学生对基本理论有更深的理解,提高了学生的专业技能,加强了理论与实践相结合,取得了很好的效果。

(2)启发式教学法

在多年的教学实践中,我们十分重视教学方法与教学手段的改进,采用启发式教学,加强学生对基本概念、基本原理和基本分析方法的理解和训练,强调培养学生的分析问题解决问题的能力,注重对学生的科学思维和创新能力的培养。在教学活动中,以学生为主体,着重讲思路,讲原理和方法,对要点、概念反复强调,举一反三。

(3)基于网络技术和多媒体技术的计算机辅助教学

数字电子技术课程信息量大、图例比较多,为了便于课堂教学和学生自学,课程组开发了数字电子技术多媒体CAI课件,并且与课程相关资料一起挂网运行。基于网络技术和多媒体技术的计算机辅助教学,不仅能增加课堂信息量,开阔学生的视野,使教学形式更加生动形象,而且为学生创造了开放式的自学环境,便于学生吸收更多信息,培养自己的学习能力,对教学方法和教学手段的改革将起到极大的推动作用。

结合《数字电子技术》课程的实际情况,课程组注重完善课程的现代教育手段,建立了一个具有一定规模的、内容丰富的数电精品课课程学习网站;并在此基础上开展基于网络环境的“数字电子技术”教学改革试验;注重学生应用能力培养和自学习惯的养成。学生反映效果良好。

(4)实践性教学

实践性教学着重培养学生实际应用技能。在实践教学中,我们更加注意培养学生的综合应用、开发能力。主要措施包括:将实验内容分为必做的“基本命题”和可选的“扩展命题”,压缩验证性实验,加强综合性的设计性实验;利用“数电课程设计”、“硬件语言与 FPGA 技术”等拓展类课程,培养学生运用知识的能力;鼓励和指导学生通过参加课外科技活动和各类竞赛、科研活动,学习新知识,掌握新方法,培养新技能,解决新问题;采用教研组自己建立的“用多媒体课件或实际电路观察实验现象+利用实验台进行单元电路的课堂实验+开放式设计制作实验+课程设计综合实训”的四点式课程教学过程和学生自主管理模式相结合的体系。学生无论是在学习还是今后的工作中都得到了极大的益处,反映良好。

教学视频

教学成果

目录:

1、学生参加各类学科竞赛获奖情况
2、教师获得的教学研究表彰/奖励
3、教师在国内外主要刊物上发表的教改教研论文
4、教师近几年承担的学术研究课题


1、学生参加各类学科竞赛获奖情况

                                             

 

竞赛时间

 
 

竞赛名称

 
 

获奖等级

 
 

2015.08

 
 

2015全国大学生电子设计竞赛

 
 

国家级二等奖1项

 
 

2015.08

 
 

2015“尚和杯”中国机器人大赛分项赛

 
 

国家级一等奖1项、二等奖2项,三等奖1项

 
 

2015.08

 
 

“赛佰特杯”第五届全国大学生物联网创新应用设计大赛

 
 

国家级二等奖1项

 
 

2014.08

 
 

2014中国机器人大赛暨Robocup公开赛“机器人武术擂台赛”

 
 

国家级一等奖2项,二等奖1项,三等奖1项

 
 

2014.08

 
 

2014CCTV希望之星“英语风采”大赛

 
 

国家级第一名

 
 

2013.10

 
 

2013中国机器人大赛暨Robocup公开赛“机器人武术擂台赛”

 
 

国家级一等奖2项,二等奖1项

 
 

2015.09

 
 

2015全国大学生电子设计竞赛

 
 

省级一等奖2项、二等奖2项、三等级7项

 
 

2015.05

 
 

第二届河南省大学生机器人竞赛

 
 

省级一等奖6项、二等奖7项、三等奖15项

 
 

2014.11

 
 

第六届全国高校大学生数学竞赛(河南赛区)

 
 

省级二等奖4项、三等奖5项

 
 

2014.09

 
 

2014年全国大学生数学建模竞赛

 
 

省级一等奖1项、二等奖3项、三等奖6项

 
 

2014.05

 
 

第一届河南省大学生机器人竞赛

 
 

省级一等奖3项,二等奖6项,三等奖5项

 


2、教师获得的教学研究表彰/奖励

1、海洁,模拟电子技术获得高等教育组多媒体课件一等奖,第十七届全国教育教学信息化大奖赛

2、张军,《数字电子技术》课件获得校级多媒体课件竞赛三等奖,郑州大学西亚斯国际学院

3、海洁,郑州大学西亚斯国际学院教案评比一等奖

4、王霞,郑州大学西亚斯国际学院优秀多媒体课件评比二等奖

5、海洁/武丽,郑州大学西亚斯国际学院优秀多媒体课件评比二等奖

6、海洁,郑州大学西亚斯国际学院优秀教师

7、王霞,郑州大学西亚斯国际学院优秀教师

8、陈扬,郑州大学西亚斯国际学院优秀教师

9、海洁,郑州大学西亚斯国际学院教学优秀奖

10、海洁,郑州大学西亚斯国际学院模范教师

11、陈杨,郑州大学西亚斯国际学院优秀教师

12、海洁,郑州大学西亚斯国际学院教学优秀奖

13、海洁,信息与系统多媒体课件获得河南省信息技术教育优秀成果奖一等奖,河南省教育厅

14、陈杨,基于Zigbee的稀土矿山生产监控系统论文获得信息技术奖三等奖,河南省教育厅

15、杜海龙,低损耗平坦零色散光子晶体光纤的研究论文获得河南省第二届自然科学学术奖三等奖,河南省人力资源和社会保障厅、河南省科学技术协会

16、杜海龙,基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法论文获得信息技术奖三等奖,河南省教育厅

17、海洁,基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法论文获得信息技术奖三等奖,河南省教育厅

18、杜海龙,郑州大学西亚斯国际学院教学优秀奖

19、曹晓丽,郑州大学西亚斯国际学院毕业论文优秀指导教师郑20、2015,王霞,郑州大学西亚斯国际学院优秀教师

20、2014-2015学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,安家文   

21、2014-2015学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,薛迪杰   

22、2014-2015学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,张军 

23、2014-2015学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,陈杨 

24、2014-2015学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,王霞 

25、2015-2016学年第二学期教师抽查听课活动优秀教师   2016   杜海龙

26、2015-2016学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,安家文   

27、2015-2016学年第二学期郑州大学西亚斯国际学院教师课堂教学质量评价综合排名前25%教师,杜海龙       


 3、教师在国内外主要刊物上发表的教改教研论文

1、通信专业实践教学及仿真软件应用研究,张军,《学园》,2016

2、基于Zigbee的儿童定位监护系统的设计,张军,《电子世界》,2016

3、基于RSSI的无线工业控制网络节点定位研究,李锐君,《电子技术与软件工程》,2015

4、Design and realization of wireless communication module over ZigBee,张军,《ICEECE2015》,2015

5、An Innovative Structure of Information Security Equipment for RemoteControl,陈杨,《ICIMM2015》,2015

6、基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法,海洁,《计算机应用》,2015

7、基于SPKFCM快速双循环水平集非均匀图像分割,海洁,《电视技术》,2015

8、高斯变邻域差分的灰度图像增强算法,海洁,《激光杂志》,2015

9、基于改进遗传算法的电力电机的转角偏移测量,王霞,《计算机仿真》,2015

10、基于图刚性的无线传感器网络定位新算法,陈杨,《计算机应用研究》,2015

11、非线性信道建模与仿真,吴海燕,《电子技术与软件工程》,2015

12、电类专业基础课程创新人才培养的教学改革研究,海洁,《科技展望》,2015

13、基于Zigbee的智能家居实时监控系统的设计,陈杨,《电子技术与软件工程》,2015

14、无线传感器网络中一种主动计算节点信任度方法,张军,《计算机应用研究》,2015

15、基于MATLAB的语音信号仿真与分析,杜海龙,《河南科技》,2014

16、、微结构光纤800nm处的色散特性研究,杜海龙,《枣庄学院学报》,2013

17、从实践能力谈高校课程改进和创新能力的培养,陈杨,《教育教学论坛》,2014

18、LabVIEW2012调用外部程序接口方法研究,王霞,《魅力中国》,2014

19、我校光电实验室建设与后续管理探索,王霞,《时代报告》,2013

20、新型超宽带透视探测雷达接收机的设计与制作,吴海燕,《产业与科技论坛》,2013

21、热释电红外传感器在智能照明中的使用,薛迪杰,《消费电子》,2014

22、基于Zigbee的稀土矿山生产监控系统,陈杨,《计算机测量与控制》,2014

23、低损耗正方晶格微结构光纤的设计,杜海龙,《半导体光电》,2013

24、光子晶体光纤损耗特性的数值研究,杜海龙,《光通信研究》,2013

25、数字电子技术实验教学方法研究,曹晓丽,《新校园》,2014

 4、教师近几年承担的学术研究课题:

1、“中低压无功补偿与谐波治理方法的研究”,2016,省科技厅,曹晓丽,主持人,在研

2、“基于改进FCM水平集方法的图像分割算法的研究”,2016,省科技厅,海洁,主持人,在研

3、“DWDM系统微结构光纤的关键技术研究”,2016,省科技厅,杜海龙,主持人,在研

4、“基于ZigBee无线技术的监控系统研究”,2016,省教育厅,张军,主持人,在研

5、“基于特征元摄像机图像识别方法的研究”,2014,省科技厅,海洁,主持人,在研

6、DWDM通信系统用微结构光纤的研究,2014年,河南省教育厅,杜海龙,主持人,结项

7、实时远程无线安全监控系统研究,2014年9月,河南省科技厅,陈杨,主持人,结项

8、EDA本科学生工程实践与创新能力培养方式探讨2014年12月,郑州大学西亚斯国际学院,陈扬主持人,结项

9、基于zigbee技术的设备实时远程监控系统的研究与设计,2014年12月,郑州大学西亚斯国际学院,陈杨,主持人,结项

10、通讯C波段色散补偿光子晶体光纤的研究与设计,2013,河南省教育厅,杜海龙,主持人,结项

11、“减小LCD运动模糊的算法研究”,2013,省科技厅,海洁,主持人,结项




调研交流

课程拓展

FPGA简介

FPGA是英文Field Programmable Gate Array(即现场可编程门阵列)的缩写,是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它利用计算机辅助设计,以电路原理图、VHDL、布尔方程、真值表或状态机等格式,输入设计逻辑,然后经一系列变换,将输入的逻辑转换成适合于FPGA器件结构的图形文件或文本形式。

FPGA的基本特点主要有:

1、采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。

2、FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3、FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4、FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5、FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可与CMOS、TTL电平兼容。

目前,FPGA的品种很多,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

FPGA器件及其系统软件是开发大规模数字集成电路的最新技术。

FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

Quartus II简介

QuartusII 是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件,支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL(Altera Hardware 支持Description Language)等多种设计输入形式,内嵌自有综合器以及仿真器,可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用,提供了完善的用户图形界面设计方式,具有运行速度快,界面统一,功能集中,易学易用等特点;包含了诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer等设计辅助工具,支持Altera IP核,包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库,使用户可以充分利用成熟的模块,简化设计的复杂性,加快设计速度。此外,Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合,可以方便地实现各种DSP应用系统;支持Altera的片上可编程系统(SOPC)开发,是集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体的综合性开发平台;越来越受到数字系统设计者的欢迎。




题库建设

在精品课程建设周期内,我们完成了对校级20套卷库的更新和新建工作。

复习题举例:



课程评价

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
2.1.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 1.04MB
2.1.2 习题检测
文档
.pdf
2016-12-02 50.11KB
2.2.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 2.59MB
2.2.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 29.50KB
2.2.3 视频
视频
.mp4
2016-12-02 817.48MB
2.3.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 5.30MB
2.3.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 33.50KB
2.3.3 视频
视频
.mp4
2016-12-02 1.02GB
2.4.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 5.40MB
2.4.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 232.50KB
 
文档
.doc
2016-12-02 127.00KB
2.4.3 视频
视频
.mp4
2016-12-02 756.73MB
2.5.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 2.86MB
2.5.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 79.00KB
2.6.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 6.59MB
2.6.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 82.50KB
2.7.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 3.57MB
2.7.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 163.00KB
2.8.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 4.25MB
2.8.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 87.50KB
2.9.1 课件
文档
.ppt
2016-12-02 3.25MB
2.9.2 习题检测
文档
.doc
2016-12-02 83.50KB
3.1 实验项目
文档
.doc
2016-12-02 735.00KB
3.2 课外仿真项目
文档
.doc
2016-12-02 3.75MB
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