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)字電路基礎數(shù)字邏輯門電路組合邏輯電路時序邏輯電路可編程邏輯器件數(shù)字系統(tǒng)設計實例引言CATALOGUE01數(shù)字電路與系統(tǒng)是電子工程和計算機科學的核心基礎，它涵蓋了數(shù)字邏輯、數(shù)字系統(tǒng)和電路設計等多個方面。數(shù)字電路與系統(tǒng)的發(fā)展推動了現(xiàn)代電子技術和信息技術的進步，對現(xiàn)代社會的科技發(fā)展起到了至關重要的作用。本章將介紹數(shù)字電路與系統(tǒng)的基本概念、原理和應用，為后續(xù)深入學習打下基礎。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)在計算機科學和電子工程領域的應用。培養(yǎng)分析和設計數(shù)字電路與系統(tǒng)的能力。課程目標數(shù)字電路基礎CATALOGUE02總結詞：基本概念詳細描述：數(shù)字電路是處理二進制數(shù)字信號的電路，其特點是離散性、邏輯性和穩(wěn)定性。數(shù)字電路的定義與特點總結詞分類與組成詳細描述數(shù)字電路可以根據(jù)功能和應用分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路由邏輯門組成，而時序邏輯電路由觸發(fā)器和寄存器組成。數(shù)字電路的分類與組成應用與發(fā)展總結詞數(shù)字電路廣泛應用于計算機、通信、控制等領域。隨著集成電路技術的發(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。詳細描述數(shù)字電路的應用與發(fā)展趨勢數(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，是構成數(shù)字電路和系統(tǒng)的基本單元。特點邏輯門電路的分類與特點或非門實現(xiàn)邏輯或非運算，當至少一個輸入為高電平時，輸出為低電平；否則輸出為高電平。與非門實現(xiàn)邏輯與非運算，當所有輸入都為高電平時，輸出為低電平；否則輸出為高電平。非門實現(xiàn)邏輯非運算，輸入為高電平時，輸出為低電平；輸入為低電平時，輸出為高電平。與門實現(xiàn)邏輯與運算，當所有輸入都為高電平時，輸出為高電平；否則輸出為低電平。或門實現(xiàn)邏輯或運算，當至少一個輸入為高電平時，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載能力，輸出電阻越小，帶負載能力越強。電壓傳輸特性描述輸入電壓與輸出電壓之間關系的曲線，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輸入信號的阻礙作用，輸入電阻越大，對輸入信號的衰減越小。扇入系數(shù)衡量邏輯門電路能夠驅(qū)動的輸入端數(shù)目。扇出系數(shù)衡量邏輯門電路能夠驅(qū)動的負載數(shù)目。邏輯門電路的參數(shù)與性能指標組合邏輯電路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雜組合邏輯電路。分類特點舉例組合邏輯電路由邏輯門電路組成，其輸出僅取決于當前的輸入狀態(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現(xiàn)二進制數(shù)的加法運算。將二進制編碼轉換為輸出信號。將輸入信號轉換為二進制編碼。根據(jù)選擇信號從多個輸入信號中選擇一個輸出。通過真值表、邏輯表達式、波形圖等方式分析組合邏輯電路的功能和特點。分析方法根據(jù)實際需求，通過邏輯門電路的組合設計出滿足要求的組合邏輯電路。設計方法確定輸入和輸出變量、列出真值表、化簡邏輯表達式、選擇合適的門電路實現(xiàn)電路。設計步驟組合邏輯電路的分析與設計方法時序邏輯電路CATALOGUE05用于存儲二進制數(shù)據(jù)，如移位寄存器、計數(shù)器等。所有觸發(fā)器的時鐘輸入信號由同一時鐘源決定。時序邏輯電路的分類與特點同步時序電路寄存器異步時序電路：觸發(fā)器的時鐘輸入信號由不同的時鐘源決定。時序邏輯電路的分類與特點能保存狀態(tài)信息，并能實現(xiàn)狀態(tài)轉換。具有記憶功能時鐘信號和數(shù)據(jù)信號。輸入信號不僅與當前輸入有關，還與觸發(fā)器的狀態(tài)有關。輸出信號時序邏輯電路的分類與特點功能對輸入的脈沖進行計數(shù)，輸出計數(shù)值。類型二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器等。常用時序邏輯電路及其功能存儲二進制數(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。類型常用時序邏輯電路及其功能常用時序邏輯電路及其功能功能產(chǎn)生順序脈沖信號，用于控制機器的順序動作。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)轉移表和狀態(tài)轉移圖。時序邏輯電路的分析與設計方法設計方法根據(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。設計狀態(tài)轉移圖和電路圖。進行仿真和測試，確保電路符合設計要求。01020304時序邏輯電路的分析與設計方法可編程邏輯器件CATALOGUE06總結詞：概述詳細描述：可編程邏輯器件可以根據(jù)不同的分類標準分為多種類型，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)場可編程等。這些不同類型的PLD各有其特點和應用場景?？删幊踢壿嬈骷姆诸惻c特點總結詞：特點詳細描述：可編程邏輯器件的特點包括高度的靈活性、可編程性、可重復性、集成度高、功能強大等。這些特點使得PLD在數(shù)字電路設計中具有廣泛的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復雜的邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷姆诸惻c特點總結詞：常用器件總結詞：功能詳細描述：可編程邏輯器件的功能包括實現(xiàn)各種邏輯函數(shù)、時序控制、數(shù)字信號處理、圖像處理等。這些功能使得可編程邏輯器件在通信、計算機、工業(yè)控制等領域得到了廣泛應用。詳細描述：常用的可編程邏輯器件包括簡單可編程邏輯器件（如PLA、PAL等）、復雜可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA等）。這些器件都具有不同的功能和特點，適用于不同的應用場景。常用可編程邏輯器件及其功能VS總結詞：應用詳細描述：可編程邏輯器件在數(shù)字電路設計中具有廣泛的應用，如實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、數(shù)字信號處理、圖像處理等。此外，PLD還在通信、計算機、工業(yè)控制等領域得到了廣泛應用?？删幊踢壿嬈骷膽门c發(fā)展趨勢總結詞：發(fā)展趨勢詳細描述：隨著技術的不斷發(fā)展，可編程邏輯器件的發(fā)展趨勢是向著更高集成度、更低功耗、更快的速度和更高的可靠性方向發(fā)展。同時，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的快速發(fā)展，可編程邏輯器件在智能硬件和嵌入式系統(tǒng)等領域的應用也將越來越廣泛?？删幊踢壿嬈骷膽门c發(fā)展趨勢數(shù)字系統(tǒng)設計實例CATALOGUE07設計流程基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設計流程包括系統(tǒng)需求分析、設計輸入、仿真驗證、配置下載等步驟。實例分析以一個基于FPGA的數(shù)字信號處理系統(tǒng)為例，介紹其設計實現(xiàn)過程和性能優(yōu)勢。應用領域FPGA廣泛應用于通信、圖像處理、控制等領域，具有高集成度、高可靠性、低功耗等優(yōu)點。FPGA簡介FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是一種可編程邏輯器件，通過編程實現(xiàn)數(shù)字電路和系統(tǒng)的設計。基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設計實例基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設計實例CPLD簡介CPLD（復雜可編程邏輯器件）是一種可編程邏輯器件，通過編程實現(xiàn)數(shù)字電路和系統(tǒng)的設計。設計流程基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設計流程與基于FPGA的設計流程類似，包括系統(tǒng)需求分析、設計輸入、仿真驗證、配置下載等步驟。應用領域CPLD適用于中小規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設計，尤其在低成本、低功耗領域具有優(yōu)勢。實例分析以一個基于CPLD的數(shù)字控制器為例，介紹其設計實現(xiàn)過程和性能優(yōu)勢。ASIC（專用集成電路）是一種定制的集成電路，根據(jù)特定需求進行設計。ASI