數(shù)字電路與系統(tǒng)(何艷)第九章課件

數(shù)字電路與系統(tǒng)(何艷)第九章ppt課件contents目錄引言數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字邏輯門電路組合邏輯電路時(shí)序邏輯電路可編程邏輯器件數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例引言CATALOGUE01數(shù)字電路與系統(tǒng)是電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心基礎(chǔ)，它涵蓋了數(shù)字邏輯、數(shù)字系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。數(shù)字電路與系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)了現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的科技發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。本章將介紹數(shù)字電路與系統(tǒng)的基本概念、原理和應(yīng)用，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。主題概述掌握數(shù)字電路與系統(tǒng)的基本概念和原理。理解數(shù)字電路與系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用。培養(yǎng)分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路與系統(tǒng)的能力。課程目標(biāo)數(shù)字電路基礎(chǔ)CATALOGUE02總結(jié)詞：基本概念詳細(xì)描述：數(shù)字電路是處理二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路，其特點(diǎn)是離散性、邏輯性和穩(wěn)定性。數(shù)字電路的定義與特點(diǎn)總結(jié)詞分類與組成詳細(xì)描述數(shù)字電路可以根據(jù)功能和應(yīng)用分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路由邏輯門組成，而時(shí)序邏輯電路由觸發(fā)器和寄存器組成。數(shù)字電路的分類與組成應(yīng)用與發(fā)展總結(jié)詞數(shù)字電路廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、控制等領(lǐng)域。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路正朝著高速、高集成度、低功耗的方向發(fā)展。詳細(xì)描述數(shù)字電路的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字邏輯門電路CATALOGUE03按照邏輯功能，邏輯門電路可以分為與門、或門、非門、與非門、或非門等。分類邏輯門電路具有速度快、穩(wěn)定性好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)成數(shù)字電路和系統(tǒng)的基本單元。特點(diǎn)邏輯門電路的分類與特點(diǎn)或非門實(shí)現(xiàn)邏輯或非運(yùn)算，當(dāng)至少一個(gè)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平；否則輸出為高電平。與非門實(shí)現(xiàn)邏輯與非運(yùn)算，當(dāng)所有輸入都為高電平時(shí)，輸出為低電平；否則輸出為高電平。非門實(shí)現(xiàn)邏輯非運(yùn)算，輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平；輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平。與門實(shí)現(xiàn)邏輯與運(yùn)算，當(dāng)所有輸入都為高電平時(shí)，輸出為高電平；否則輸出為低電平?；蜷T實(shí)現(xiàn)邏輯或運(yùn)算，當(dāng)至少一個(gè)輸入為高電平時(shí)，輸出為高電平；否則輸出為低電平。常用邏輯門電路及其功能輸出電阻衡量邏輯門電路的帶負(fù)載能力，輸出電阻越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。電壓傳輸特性描述輸入電壓與輸出電壓之間關(guān)系的曲線，反映了邏輯門電路的邏輯功能。輸入電阻衡量邏輯門電路對(duì)輸入信號(hào)的阻礙作用，輸入電阻越大，對(duì)輸入信號(hào)的衰減越小。扇入系數(shù)衡量邏輯門電路能夠驅(qū)動(dòng)的輸入端數(shù)目。扇出系數(shù)衡量邏輯門電路能夠驅(qū)動(dòng)的負(fù)載數(shù)目。邏輯門電路的參數(shù)與性能指標(biāo)組合邏輯電路CATALOGUE04根據(jù)功能不同，組合邏輯電路可分為基本組合邏輯電路和復(fù)雜組合邏輯電路。分類特點(diǎn)舉例組合邏輯電路由邏輯門電路組成，其輸出僅取決于當(dāng)前的輸入狀態(tài)，沒有記憶功能。如加法器、編碼器、譯碼器等都屬于組合邏輯電路。030201組合邏輯電路的分類與特點(diǎn)加法器編碼器譯碼器多路選擇器常用組合邏輯電路及其功能實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算。將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)。將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。根據(jù)選擇信號(hào)從多個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)輸出。通過真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等方式分析組合邏輯電路的功能和特點(diǎn)。分析方法根據(jù)實(shí)際需求，通過邏輯門電路的組合設(shè)計(jì)出滿足要求的組合邏輯電路。設(shè)計(jì)方法確定輸入和輸出變量、列出真值表、化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式、選擇合適的門電路實(shí)現(xiàn)電路。設(shè)計(jì)步驟組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路CATALOGUE05用于存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如移位寄存器、計(jì)數(shù)器等。所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入信號(hào)由同一時(shí)鐘源決定。時(shí)序邏輯電路的分類與特點(diǎn)同步時(shí)序電路寄存器異步時(shí)序電路：觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入信號(hào)由不同的時(shí)鐘源決定。時(shí)序邏輯電路的分類與特點(diǎn)能保存狀態(tài)信息，并能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。具有記憶功能時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。輸入信號(hào)不僅與當(dāng)前輸入有關(guān)，還與觸發(fā)器的狀態(tài)有關(guān)。輸出信號(hào)時(shí)序邏輯電路的分類與特點(diǎn)功能對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出計(jì)數(shù)值。類型二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。常用時(shí)序邏輯電路及其功能存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)串行傳輸。功能移位寄存器、雙向移位寄存器等。類型常用時(shí)序邏輯電路及其功能常用時(shí)序邏輯電路及其功能功能產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)，用于控制機(jī)器的順序動(dòng)作。類型節(jié)拍脈沖發(fā)生器、同步脈沖發(fā)生器等。03分析電路的邏輯功能和特性。01分析方法02列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法根據(jù)邏輯功能要求，確定所需的觸發(fā)器和門電路的類型和數(shù)量。設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和電路圖。進(jìn)行仿真和測(cè)試，確保電路符合設(shè)計(jì)要求。01020304時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法可編程邏輯器件CATALOGUE06總結(jié)詞：概述詳細(xì)描述：可編程邏輯器件可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分為多種類型，如按集成度可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模PLD；按編程方式可分為一次可編程、多次可編程和現(xiàn)場(chǎng)可編程等。這些不同類型的PLD各有其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。可編程邏輯器件的分類與特點(diǎn)總結(jié)詞：特點(diǎn)詳細(xì)描述：可編程邏輯器件的特點(diǎn)包括高度的靈活性、可編程性、可重復(fù)性、集成度高、功能強(qiáng)大等。這些特點(diǎn)使得PLD在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷姆诸惻c特點(diǎn)總結(jié)詞：常用器件總結(jié)詞：功能詳細(xì)描述：可編程邏輯器件的功能包括實(shí)現(xiàn)各種邏輯函數(shù)、時(shí)序控制、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理等。這些功能使得可編程邏輯器件在通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。詳細(xì)描述：常用的可編程邏輯器件包括簡(jiǎn)單可編程邏輯器件（如PLA、PAL等）、復(fù)雜可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA等）。這些器件都具有不同的功能和特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。常用可編程邏輯器件及其功能VS總結(jié)詞：應(yīng)用詳細(xì)描述：可編程邏輯器件在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用，如實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理等。此外，PLD還在通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？删幊踢壿嬈骷膽?yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)詞：發(fā)展趨勢(shì)詳細(xì)描述：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程邏輯器件的發(fā)展趨勢(shì)是向著更高集成度、更低功耗、更快的速度和更高的可靠性方向發(fā)展。同時(shí)，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，可編程邏輯器件在智能硬件和嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越廣泛。可編程邏輯器件的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例CATALOGUE07設(shè)計(jì)流程基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程包括系統(tǒng)需求分析、設(shè)計(jì)輸入、仿真驗(yàn)證、配置下載等步驟。實(shí)例分析以一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)為例，介紹其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程和性能優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用領(lǐng)域FPGA廣泛應(yīng)用于通信、圖像處理、控制等領(lǐng)域，具有高集成度、高可靠性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。FPGA簡(jiǎn)介FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）是一種可編程邏輯器件，通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例CPLD簡(jiǎn)介CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）是一種可編程邏輯器件，通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程與基于FPGA的設(shè)計(jì)流程類似，包括系統(tǒng)需求分析、設(shè)計(jì)輸入、仿真驗(yàn)證、配置下載等步驟。應(yīng)用領(lǐng)域CPLD適用于中小規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其在低成本、低功耗領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。實(shí)例分析以一個(gè)基于CPLD的數(shù)字控制器為例，介紹其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程和性能優(yōu)勢(shì)。ASIC（專用集成電路）是一種定制的集成電路，根據(jù)特定需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。ASI