《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與仿真》課件

《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與仿真》本課程將深入探討數(shù)字電路設(shè)計(jì)與仿真的核心知識(shí)，從基本概念到實(shí)際應(yīng)用，幫助你掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)和仿真的關(guān)鍵技能。課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo)掌握數(shù)字電路基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法和仿真技術(shù)。課程內(nèi)容數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路概述、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、數(shù)字電路仿真。數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路概述數(shù)字信號(hào)用離散的數(shù)值表示信息的信號(hào)。數(shù)字電路處理數(shù)字信號(hào)的電子電路，由邏輯門電路組成。數(shù)字信號(hào)基本特性離散性信號(hào)以離散的數(shù)值表示。時(shí)序性信號(hào)隨時(shí)間變化，具有時(shí)序特性。二進(jìn)制表示信號(hào)通常用二進(jìn)制編碼表示。數(shù)字電路工作原理1邏輯門電路基本邏輯運(yùn)算單元，如與門、或門、非門。2組合邏輯電路輸出只與當(dāng)前輸入有關(guān)。3時(shí)序邏輯電路輸出與當(dāng)前輸入和過(guò)去狀態(tài)都有關(guān)。布爾代數(shù)與邏輯運(yùn)算布爾代數(shù)用代數(shù)方法描述邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算基本運(yùn)算包括與、或、非等。組合邏輯電路設(shè)計(jì)真值表描述電路功能的表格。邏輯表達(dá)式用布爾代數(shù)描述電路。邏輯門電路實(shí)現(xiàn)使用邏輯門電路構(gòu)建電路。組合邏輯電路分析1電路圖繪制邏輯門電路的連接關(guān)系。2邏輯表達(dá)式推導(dǎo)出電路的邏輯表達(dá)式。3真值表列出所有輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)1觸發(fā)器存儲(chǔ)信息的基本單元。2狀態(tài)機(jī)描述電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的模型。3時(shí)序圖描述電路中信號(hào)隨時(shí)間的變化。時(shí)序邏輯電路分析1狀態(tài)表描述電路不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。2狀態(tài)圖用圖形方式描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換。3時(shí)序圖分析電路中信號(hào)的變化規(guī)律。寄存器與移位寄存器寄存器存儲(chǔ)固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。移位寄存器用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行移位操作。計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器用于對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。設(shè)計(jì)方法使用觸發(fā)器和邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)器電路分析編碼器和譯碼器編碼器將多個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出信號(hào)。譯碼器將一個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)輸出信號(hào)。多路復(fù)用器和分路器多路復(fù)用器選擇多個(gè)輸入信號(hào)中的一個(gè)輸出。分路器將一個(gè)輸入信號(hào)分配到多個(gè)輸出端。ADC和DACADC模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。DAC數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理1采樣將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化。2量化將采樣值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。3編碼將量化后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1逐次逼近型通過(guò)比較和調(diào)整實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。2并行型使用多個(gè)模擬開關(guān)和電阻實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理1采樣保持將模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，以便進(jìn)行數(shù)字化。2量化將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。3編碼將量化后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)并行比較型使用多個(gè)比較器進(jìn)行并行比較。Σ-Δ型使用反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換。數(shù)字電路仿真概述1仿真目的驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期功能。2仿真步驟建模、激勵(lì)、仿真、分析。數(shù)字電路仿真工具簡(jiǎn)介軟件名稱ModelSim、Vivado、QuestaSim等。主要功能電路建模、仿真、分析和調(diào)試。數(shù)字電路建模方法圖形化建模使用圖形界面繪制電路圖。文本化建模使用硬件描述語(yǔ)言編寫電路描述。數(shù)字電路信號(hào)仿真時(shí)序波形觀察電路中信號(hào)隨時(shí)間的變化。邏輯狀態(tài)觀察電路中邏輯門的輸出狀態(tài)。數(shù)字電路功能仿真1功能驗(yàn)證驗(yàn)證電路的功能是否符合設(shè)計(jì)要求。2測(cè)試用例設(shè)計(jì)測(cè)試用例來(lái)覆蓋電路的所有功能。3仿真結(jié)果分析分析仿真結(jié)果，判斷電路是否通過(guò)功能測(cè)試。數(shù)字電路時(shí)序仿真1時(shí)序分析分析電路中信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。2時(shí)序約束設(shè)置電路的時(shí)序約束，如時(shí)鐘頻率、延遲等。3時(shí)序違規(guī)檢查電路中是否存在時(shí)序違規(guī)。數(shù)字電路功耗仿真1功耗分析分析電路的功耗大小。2功耗優(yōu)化通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)降低功耗。3功耗驗(yàn)證驗(yàn)證功耗優(yōu)化后的電路是否滿足要求。數(shù)字電路設(shè)計(jì)優(yōu)化與驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化降低電路的功耗、面積、延遲等指標(biāo)。驗(yàn)證確保電路設(shè)計(jì)滿足性能要求。數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)例實(shí)例1