电子技术及其应用基础数字电路系统分析教学课件PPT.ppt

2019 12 20 电子系骆丽 5 1 第5章数字电路系统分析 5 1 基本分析概念5 2 组合逻辑系统分析5 3 同步时序逻辑系统分析5 4 异步时序逻辑系统分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 2 5 1 1 分析目标及分析模型5 1 2 分析技术5 1 3 仿真分析的概念 5 1 基本分析概念 5 2019 12 20 电子系骆丽 5 3 建立逻辑系统的物理和数学模型 分析行为和参数特性 5 1 1 分析目标及分析模型 5 1 分析起点 目标 过程 1 逻辑模型 提供数字电路系统逻辑结构和特征 2 物理模型 实现逻辑系统的数字电路 3 参数模型 从逻辑模型和物理模型分析的结果中提炼出来的基本参数 f abc 2019 12 20 电子系骆丽 5 4 1 建模技术 根据物理模型建立逻辑和参数模型 2 电路分析技术 分析电气特性对逻辑行为特性的影响 3 逻辑分析技术 分析逻辑模型 总结逻辑行为特性和时间相关特性 5 1 2 分析技术1 分类 5 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 5 1 电气特性分析 影响时间特性 影响输出的逻辑电平要求 上升时间和下降时间之和小于信号的有效宽度 电平满足标准逻辑电平 2 电路分析技术 5 1 5 1 2 分析技术 例5 1 2 例5 1 1 高电平 低电平 上升时间 10 90 2019 12 20 电子系骆丽 5 6 2 逻辑行为特性分析 建立逻辑模型 3 物理模型化简 简化电路结构和参数 2 电路分析技术 5 1 5 1 3 分析技术 d th tl 2 例5 1 3 简化结构 简化参数 2019 12 20 电子系骆丽 5 7 1 逻辑结构分析 前向或反馈 组合或时序 3 逻辑分析技术 5 1 5 1 3 分析技术 举例 7411 2019 12 20 电子系骆丽 5 8 2 逻辑行为分析 写出逻辑模型 如逻辑表达式 状态方程 状态图等 3 逻辑分析技术 5 1 5 1 3 分析技术 举例 真值表 1 这是一个组合逻辑电路 2 实现对输入信号的译码功能 逻辑表达式 逻辑图 2019 12 20 电子系骆丽 5 9 3 时间参数分析 分析数字电路和结构中的延迟 分析毛刺问题 竞争和冒险 3 逻辑分析技术 5 1 5 1 3 分析技术 举例 延迟差 最大延迟 最小延迟 2 最大延迟 3 最小延迟 例5 1 4 2019 12 20 电子系骆丽 5 10 4 逻辑模型化简 3 逻辑分析技术 5 1 5 1 3 分析技术 举例 2019 12 20 电子系骆丽 5 11 5 1 4 仿真分析的概念 5 1 1 仿真模型的分类 利用eda工具中的模型进行逻辑分析 如电路图 真值表和状态图 物理模型仿真 布局模型 逻辑模型仿真 高级模型 2 仿真中的元素 eda 基本逻辑门和msi器件 用户建立的功能模块 例5 1 6 例5 1 5 2019 12 20 电子系骆丽 5 12 5 2 组合逻辑系统分析 5 5 2 1 基本概念5 2 2 基本功能模块5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析5 2 4 时间特性分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 13 5 2 1 基本概念 1 结构分析2 逻辑行为分析建立逻辑模型分析逻辑行为3 时间特性分析分析毛刺问题 例5 2 2 5 2 例5 2 3 例5 2 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 14 5 2 2 基本功能模块 1 加法器2 算术运算单元alu3 编码器4 译码器5 比较器6 数据选择器7 数据分配器8 其他 奇偶校验发生器 检查器 函数发生器 5 2 2019 12 20 电子系骆丽 5 15 1 加法器 5 2 1 1位加法器 半加器 全加器 2019 12 20 电子系骆丽 5 16 1 加法器 5 2 2 多位并行加法器 级联加法器 超前进位加法器 2019 12 20 电子系骆丽 5 17 1 加法器 5 2 3 常用msi加法器 1位加法器 4位并行加法器 b3 y3 vcc y0 a1 b1 y1 a0 b0 c0 74283 1 14 a3 y2 a2 b2 c4 gnd 8 9 b0 a0 b3 b2 a2 y2 a3 vcc y1 b1 7483 1 14 gnd c0 c4 y3 y0 a1 8 9 a 逻辑符号 b 引脚图 例5 2 4 2019 12 20 电子系骆丽 5 18 2 算术运算单元alu 5 2 a 逻辑符号 b 引脚图 例5 2 5 2019 12 20 电子系骆丽 5 19 3 编码器 5 2 1 十 二进制编码器 举例 一个4线 2线编码器 逻辑符号 2019 12 20 电子系骆丽 5 20 3 编码器 5 2 2 十 二进制优先编码器 举例 一个8线 3线优先编码器 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 21 3 编码器 5 2 3 十进制 bcd优先编码器 举例 一个十进制 bcd优先编码器 例5 2 6 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 22 4 译码器 5 2 1 二 十进制译码器 举例 一个双2线 4线译码器 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 23 4 译码器 5 2 2 bcd 十进制译码器 4线 10线译码器 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 24 4 译码器 5 2 3 bcd 7段数码译码器 a 逻辑符号 b 引脚图 共阴 共阳 2019 12 20 电子系骆丽 5 25 4 译码器 5 2 3 bcd 7段数码译码器 灭灯灭零灯测试 例5 2 7 逻辑符号 2019 12 20 电子系骆丽 5 26 5 比较器 5 2 1 1位比较器 2019 12 20 电子系骆丽 5 27 5 比较器 5 2 2 多位比较器 举例 一个4位比较器7485 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 28 6 数据选择器 5 2 举例 一个双4选1数据选择器74153 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 29 6 数据选择器 5 2 举例 一个8选1数据选择器74151 例5 2 8 a 逻辑符号 b 引脚图 2019 12 20 电子系骆丽 5 30 7 数据分配器 5 2 举例 一个2线 4线数据分配器 输入 输出 g b a y 3 y 2 y 1 y 0 1 d d 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 31 8 其他 5 2 举例 一个9位奇偶校验发生器74180 1 奇偶校验发生器 检查器 逻辑符号 2019 12 20 电子系骆丽 5 32 8 其他 5 2 可以用译码器或编码器来实现 2 函数发生器 举例1 2019 12 20 电子系骆丽 5 33 8 其他 5 2 举例2 可以用译码器或编码器来实现 2 函数发生器 2019 12 20 电子系骆丽 5 34 1 加法器的应用2 编码器的应用3 译码器的应用4 比较器的应用5 数据选择器的应用 5 2 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 35 1 加法器的应用 5 2 1 加法器的扩展 级联加法器 74ls283 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 a b y 2019 12 20 电子系骆丽 5 36 1 加法器的应用 5 2 2 加法器的扩展 超前进位加法器 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 37 1 加法器的应用 5 2 2 减法器 74ls283 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 38 2 编码器的应用 5 2 74ls148 编码器的扩展 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 39 2 编码器的应用 5 2 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 编码器的扩展 2019 12 20 电子系骆丽 5 40 3 译码器的应用 5 2 74ls138 1 译码器的扩展 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 41 3 译码器的应用 5 2 74ls138的功能表 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 1 译码器的扩展 2019 12 20 电子系骆丽 5 42 3 译码器的应用 5 2 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 1 译码器的扩展 2019 12 20 电子系骆丽 5 43 3 译码器的应用 5 2 2 地址译码器 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 44 4 比较器的应用 5 2 比较器的扩展 fa b vcc fa b fa b 3 comp p q p q p q 2 1 0 3 2 1 0 p q 3 comp p q p q p q 2 1 0 3 2 1 0 p q a0 a1 b0 b1 i ii 74ls85 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 45 5 数据选择器的应用 5 2 1 数据选择器的扩展 74ls153 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 46 5 数据选择器的应用 5 2 2 函数发生器 74ls151 5 2 3 含功能模块的组合逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 47 5 3 同步时序逻辑系统分析 统一的时钟 次态由时钟 激励和现态共同决定 状态转换稳定 5 5 3 1 基本概念5 3 2 基本功能模块5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析5 3 4 时间特性分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 48 5 3 1 基本概念 例5 3 1 5 3 例5 3 2 例5 3 3 1 结构分析2 逻辑行为分析建立逻辑模型 电路图 逻辑图 逻辑图 方程 输出 状态 激励方程 方程 功能表 功能表 状态表和状态图分析逻辑行为3 时间特性分析分析毛刺问题 2019 12 20 电子系骆丽 5 49 例5 3 1同步时序逻辑行为分析 z xq 1 建立逻辑模型 逻辑图 方程 qn 1 d yn 5 3 输出方程 激励方程 状态方程 2019 12 20 电子系骆丽 5 50 例5 3 1同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 功能表 z xq 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 51 例5 3 1同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 状态表和状态图 5 3 x zn 2019 12 20 电子系骆丽 5 52 例5 3 1同步时序逻辑行为分析 5 3 x zn 1 建立逻辑模型 时序图 2019 12 20 电子系骆丽 5 53 例5 3 1同步时序逻辑行为分析 2 分析逻辑行为 x 0 系统处于保持状态 输出为0 x 1 系统在时钟控制下在状态a和b之间转换 其输出在0和1之间变化 5 3 这是一个1位的同步二进制计数器 x zn 2019 12 20 电子系骆丽 5 54 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 输出方程 q q2 激励方程 1 建立逻辑模型 逻辑图 方程 5 3 状态方程 qin 1 si riqin q0n 1 dl q1n 1 q0n q2n 1 q1n 2019 12 20 电子系骆丽 5 55 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 功能表 q q2 5 3 q0n 1 dl q1n 1 q0n q2n 1 q1n 2019 12 20 电子系骆丽 5 56 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 状态表和状态图 5 3 q0n 1q1n 1q2n 1 qn 2019 12 20 电子系骆丽 5 57 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 状态表和状态图 5 3 q0n 1q1n 1q2n 1 qn 2019 12 20 电子系骆丽 5 58 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 时序图 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 59 例5 3 2同步时序逻辑行为分析 2 分析逻辑行为 这是一个3位的串入 串出移位寄存器 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 60 例5 3 3时间特性分析 5 3 z xq 2019 12 20 电子系骆丽 5 61 5 3 2 基本功能模块 1 寄存器2 移位寄存器 串入 串出 串入 并出 并入 串出 并入 并出 双向3 计数器 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 62 1 寄存器 电平控制寄存器 边沿控制寄存器 输入使能寄存器 输出使能寄存器 输入 输出使能寄存器 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 63 1 寄存器 5 3 1 电平控制寄存器 输入 输出 oe le d q 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 d q n 1 d d z 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 64 1 寄存器 5 3 5 3 2 基本功能模块 5 3 2 边沿控制寄存器 2019 12 20 电子系骆丽 5 65 寄存器实例 试分析下面电路的功能 这是一个4位的寄存器 是边沿触发的寄存器 具有三态输出这是一个4位的具有三态输出的边沿触发控制寄存器 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 66 2 移位寄存器 5 3 左移寄存器 右移寄存器 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 67 2 移位寄存器 5 3 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 68 移位寄存器实例 试分析下面电路的功能 4位串入 串出移位寄存器 是边沿触发的移位寄存器这是一个4位的边沿触发控制串入 串出移位寄存器 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 69 3 计数器 5 3 同步计数器 异步计数器 加计数器 减计数器 基本计数器 移位寄存器构成的计数器 边沿触发 并行输出 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 70 3 计数器 5 3 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 71 3 计数器 5 3 5 3 2 基本功能模块 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 72 计数器实例 试分析下面电路的功能 3 画出状态图 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 73 计数器实例 试分析下面电路的功能 4 分析逻辑行为 如果rd 0 q3q2q1q0 0 清除 如果rd 1 cp 计数 如果rd 1 cp 保持 如果q3q2q1q0 1111 z 1 如果q3q2q1q0 1111 z 0这是一个模16的同步计数器 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 74 计数器实例 试分析下面电路的功能 cp 1 建立逻辑模型 逻辑图 方程 激励方程 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 75 计数器实例 试分析下面电路的功能 qin 1 jiqin kiqin 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 76 计数器实例 试分析下面电路的功能 2 列出状态转换表 0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111 0001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000 0000000000000001 5 3 2019 12 20 电子系骆丽 5 77 1 寄存器的应用2 移位寄存器的应用3 计数器的应用 5 3 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 78 1 寄存器的应用 5 3 1 总线接口 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 79 1 寄存器的应用 5 3 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 1 总线接口 2019 12 20 电子系骆丽 5 80 2 移位寄存器的应用 5 3 1 并 串转换或串 并转换 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 81 2 移位寄存器的应用 5 3 2 计数器 模数 环形计数 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 82 2 移位寄存器的应用 5 3 2 计数器 模数 环形计数 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 83 2 移位寄存器的应用 5 3 2 计数器 模数 环形计数 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 84 3 计数器的应用 5 3 1 模n计数器 反馈预置法 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0100 0011 0000 0110 0111 0000 1001 1000 0101 0100 0000 0000 1101 0000 1100 0100 1011 1010 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 85 3 计数器的应用 5 3 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 1 模n计数器 反馈预置法 2019 12 20 电子系骆丽 5 86 3 计数器的应用 5 3 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 1 模n计数器 反馈清零法 2019 12 20 电子系骆丽 5 87 3 计数器的应用 5 3 cr qa clk qb qc qd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 9 5 3 3 含功能模块的同步时序逻辑行为分析 1 模n计数器 反馈预置法 2019 12 20 电子系骆丽 5 88 5 4 异步时序逻辑系统分析 脉冲异步逻辑系统 电平异步逻辑系统 5 2019 12 20 电子系骆丽 5 89 没有统一的时钟 同时只有一个输入有效 状态转换稳定 5 4 5 4 1 基本概念5 4 2 基本功能模块5 4 3 含功能模块的异步时序逻辑行为分析 5 4 异步时序逻辑系统分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 90 5 4 5 4 1 基本概念 例5 4 1 1 结构分析2 逻辑行为分析建立逻辑模型分析逻辑行为3 时间特性分析分析毛刺问题 2019 12 20 电子系骆丽 5 91 5 4 1 二进制异步计数器2 十进制异步计数器 5 4 2 基本功能模块 例5 4 2 74ls290 2019 12 20 电子系骆丽 5 92 5 4 5 4 3 含功能模块的异步时序逻辑行为分析 2019 12 20 电子系骆丽 5 93 例5 4 1脉冲异步时序逻辑行为分析 输出方程 z xq1q2 激励方程 1 建立逻辑模型 逻辑图 方程 状态方程 qn 1 cd cqn 5 4 2019 12 20 电子系骆丽 5 94 例5 4 1脉冲异步时序逻辑行为分析 z xq1q2 1 建立逻辑模型 功能表 5 4 0 2019 12 20 电子系骆丽 5 95 例5 4 1脉冲异步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 状态表和状态图 5 4 2019 12 20 电子系骆丽 5 96 例5 4 1脉冲异步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 时序图 5 4 z xq1q2 2019 12 20 电子系骆丽 5 97 例5 4 1脉冲异步时序逻辑行为分析 2 分析逻辑行为 5 4 x i0 系统处于保持状态 x i1 如果初始状态不是状态b 则系统在a c和d之间周期循环 x i1 如果初始状态是状态b 则系统永远停留在状态b 这是一个模3的脉冲异步计数器 但不能自启动 2019 12 20 电子系骆丽 5 98 例5 4 2脉冲异步时序逻辑行为分析 输出方程 激励方程 状态方程 1 建立逻辑模型 逻辑图 方程 tjk 5 4 f2 f0 f1 f3 2019 12 20 电子系骆丽 5 99 例5 4 2脉冲异步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 5 4 f2 f0 f1 f3 2019 12 20 电子系骆丽 5 100 例5 4 2脉冲异步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 功能表 5 4 f2 f0 f1 f3 2019 12 20 电子系骆丽 5 101 例5 4 2脉冲异步时序逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 状态表和状态图 5 4 f2 f0 f1 f3 2019 12 20 电子系骆丽 5 102 例5 4 2脉冲异步时序逻辑行为分析 2 分析逻辑行为 两个异步计数器 一个是模5异步计数器 另一个是模2异步计数器 5 4 f2 f0 f1 f3 这是一个模2和模5的脉冲异步计数器 可以连接成模10的计数器 2019 12 20 电子系骆丽 5 103 例5 2 1建立逻辑模型 逻辑图 5 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 104 例5 2 2组合逻辑行为分析 1 建立逻辑模型 表达式 真值表 ab bc ac 5 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 105 例5 2 2组合逻辑行为分析 2 分析逻辑行为 三个数相加的1位加法器 y0是和位y1是进位或者 带低位进位的1位加法器 y0是和位 y1是进位 5 1 2019 12 20 电子系骆丽 5 106 例5 2 3延迟时间分析 3 表达式 1 标注逻辑值 2