数字电路与系统设计

数字电路与系统设计第1页，共78页，2023年，2月20日，星期六目录第1章数制与码制第2章逻辑代数基础第4章组合逻辑电路第5章触发器第6章时序逻辑电路第9章半导体存储器第10章可编程逻辑器件第11章硬件描述语言（VHDL）第12章数字系统设计基础

返回封面第2页，共78页，2023年，2月20日，星期六第1章数制与码制1.0绪论1.1数制1.2码制第1章习题返回目录第3页，共78页，2023年，2月20日，星期六1.0绪论一、数字电子技术的发展与应用二、数字电子技术的优点三、模拟信号和数字信号四、二进制代码“1”和“0”的波形表示五、本课程的研究内容六、学习方法七、参考教材返回第1章目录第4页，共78页，2023年，2月20日，星期六1.1数制一、十进制（Decimal）二、二进制（Binary）三、十六进制（Hexadecimal）四、八进制（Octal）五、数制转换返回第1章目录第5页，共78页，2023年，2月20日，星期六1.2码制（编码的制式）一、二进制码二、二—十进制（BCD）码三、字符、数字代码返回第1章目录第6页，共78页，2023年，2月20日，星期六第1章习题1.1(1)(2)(3)(4)1.3(1)(2)1.4(1)(2)(3)1.5(1)(2)(3)1.6(1)(2)(3)1.7(1)(2)(3)1.8(1)(2)(3)1.9(1)(2)1.10(1)(2)1.11(1)(2)(3)

(4)(5)(6)1.12返回第1章目录第7页，共78页，2023年，2月20日，星期六第2章逻辑代数基础

2.1概述2.2逻辑代数中的运算2.3逻辑代数的公式2.4逻辑代数的基本规则2.5逻辑函数的表达式2.6逻辑函数的化简

第2章习题返回目录第8页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.1概述一、三种基本逻辑关系二、逻辑变量三、逻辑函数及其表示方法返回第2章目录第9页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.2逻辑代数中的运算一、三种基本逻辑二、复合逻辑运算返回第2章目录第10页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.3逻辑代数的公式一、基本公式二、异或、同或逻辑的公式三、常用公式返回第2章目录第11页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.4逻辑代数的基本规则一、代入规则二、反演规则三、对偶规则返回第2章目录第12页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.5逻辑函数的表达式一、常见表达式二、标准表达式1.最小项、最小项表达式2.最大项、最大项表达式3.最小项和最大项的性质4.几个关系式5.由一般表达式写最小(大)项表达式的方法6.由真值表写最小（大）项表达式的方法返回第2章目录第13页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.6逻辑函数的化简

一、化简的意义和最简的标准1.化简的意义（目的）2.化简的目标3.最简的标准

二、公式法1.与或式的化简2.或与式的化简返回第2章目录第14页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.6逻辑函数的化简三、卡诺图化简法1.逻辑函数的卡诺图表示2.卡诺图的运算3.卡诺图化简法四、非完全描述逻辑函数的化简1.约束项、任意项、无关项及非完全描述逻辑函数2.非完全描述逻辑函数的化简3.无关项的运算规则返回第2章目录第15页，共78页，2023年，2月20日，星期六2.6逻辑函数的化简五、最简与或式的转换1.转换成两级与非式2.转换成两级或非式3.转换成与或非式返回第2章目录第16页，共78页，2023年，2月20日，星期六第2章习题2.1(1)(2)(3)2.4(1)(2)(3)2.10(1)(2)2.11(1)(2)2.12(1)(3)(4)2.13(1)2.14返回第2章目录第17页，共78页，2023年，2月20日，星期六第4章组合逻辑电路4.1SSI构成的组合逻辑电路的分析和设计4.2中规模集成组合逻辑电路4.3竞争和冒险第4章习题返回目录第18页，共78页，2023年，2月20日，星期六4.1SSI构成的组合逻辑电路的分析和设计一、组合电路的分析1.分析目的2.分析步骤二、组合电路的设计1.设计目的2.设计步骤（双轨输入情况下）返回第4章目录第19页，共78页，2023年，2月20日，星期六4.2中规模集成组合逻辑电路一、编码器1.二进制编码器2.二—十进制优先编码器74147二、译码器

1.二进制译码器2.二—十进制译码器3.数字显示译码器返回第4章目录第20页，共78页，2023年，2月20日，星期六4.2中规模集成组合逻辑电路三、数据选择器

1.四选一数据选择器2.八选一数据选择器3.数据选择器的扩展4.用数据选择器设计组合逻辑电路四、数据比较器1.四位并行数据比较器74852.数据比较器的应用举例返回第4章目录第21页，共78页，2023年，2月20日，星期六4.2中规模集成组合逻辑电路五、全加器1.四位串行进位全加器2.四位超前进位全加器3.全加器的应用举例返回第4章目录第22页，共78页，2023年，2月20日，星期六4.3竞争和冒险一、竞争和冒险的概念

1.竞争

2.冒险二、冒险的判别方法1.逻辑冒险的判别

(1)代数法

(2)卡诺图法2.功能冒险的判别三、冒险的消除方法

1.增加多余项，消除逻辑冒险2.加滤波电容3.加取样脉冲返回第4章目录第23页，共78页，2023年，2月20日，星期六

第4章习题4.2

4.4

4.7(3)

4.12

4.14(1)(4)

4.15(1)

4.18例1

4.20

4.21返回第4章目录第24页，共78页，2023年，2月20日，星期六第5章触发器（FlipFlop）5.1概述5.2基本SRFF(SDRDFF)5.3钟控电位触发器（钟控触发器）5.4常用触发器5.5CMOSFF5.6触发器逻辑功能的转换第5章触发器习题返回目录第25页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.1概述一、触发器概念二、触发器的分类1.按是否受控于时钟脉冲(CPClockPulse)2.按实现的逻辑功能返回第5章目录第26页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.2基本SRFF(SDRDFF)一、与非门构成的基本SRFF1.电路构成2.逻辑功能3.逻辑功能的表示方法

二、或非门构成的基本SRFF1.电路构成2.逻辑功能的表示方法返回第5章目录第27页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.3钟控电位触发器（钟控触发器）一、钟控SRFF(SR锁存器)1.电路构成2.钟控原理3.逻辑功能二、钟控DFF(D锁存器)1.电路构成2.逻辑功能返回第5章目录第28页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.3钟控电位触发器（钟控触发器）三、钟控触发器的触发方式与空翻1.触发方式（工作方式）2.空翻返回第5章目录第29页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.4常用触发器一、维持阻塞型DFF1.电路结构2.工作原理3.功能描述4.动态特性（脉冲工作特性）二、主从SREF1.电路结构2.工作原理3.功能描述返回第5章目录第30页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.4常用触发器三、JKFF1.主从JKFF2.边沿JKFF

四、TFF和TˊFF1.TFF2.T′FF返回第5章目录第31页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.5CMOSFF一、CMOSDFF1.电路结构2.工作原理二、CMOSJKFF返回第5章目录第32页，共78页，2023年，2月20日，星期六5.6触发器逻辑功能的转换一、转换模型二、公式法三、列表图解法返回第5章目录第33页，共78页，2023年，2月20日，星期六第5章触发器习题5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.10

5.115.12

5.13

5.14

5.15

5.165.17

5.18

5.19

5.20

5.21返回第5章目录第34页，共78页，2023年，2月20日，星期六第6章时序逻辑电路6.1概述6.2时序电路的分析6.3时序电路的设计6.4寄存器和移存器6.5计数器6.6序列码发生器6.7顺序脉冲发生器第6章习题

返回目录第35页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.1概述一、组合电路1.结构特点2.功能特点二、时序电路1.结构特点2.功能特点3.工作描述4.分类返回第6章目录第36页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.2时序电路的分析一、分析方法1.分析电路结构2.写出四组方程3.作状态转移表、状态转移图或波形图4.电路的逻辑功能描述二、分析举例例6.2.1例6.2.2例6.2.3返回第6章目录第37页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.3时序电路的设计一、同步时序电路的设计1.设计步骤2.设计举例(1)作原始状态转移表或原始状态转移图；(2)化简原始状态转移表；(3)状态编码（状态分配）；(4)设计各触发器的激励函数和电路的输出函数。返回第6章目录第38页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.4寄存器和移存器一、寄存器1.寄存单元（一位数码寄存器）2.MSI寄存器74175二、移位寄存器1.概述2.MSI移位寄存器返回第6章目录第39页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.5计数器1.计数器的概念2.应用3.基本结构4.分类

一、二进制计数器1.同步计数器（由SSI构成）2.异步计数器（由SSI构成）3.MSI二进制计数器返回第6章目录第40页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.5计数器二、十进制计数器1.74LS902.74LS160

三、任意进制计数器1.用触发器和逻辑门设计任意进制计数器2.用MSI二、十进制计数器构成任意进制计数器3.MSI任意进制计数器返回第6章目录第41页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.5计数器四、移存型计数器1.概述2.分析与设计3.典型电路返回第6章目录第42页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.6序列码发生器一、概述1.概念2.作用3.序列码发生器结构类型二、计数型序列码发生器的设计1.已知序列码2.已知序列长度三、移存型序列码发生器的设计1.已知序列码2.已知序列长度返回第6章目录第43页，共78页，2023年，2月20日，星期六6.7顺序脉冲发生器一、概述1.顺序脉冲概念2.顺序脉冲发生器概念及分类3.顺序脉冲发生器的设计二、举例返回第6章目录第44页，共78页，2023年，2月20日，星期六第6章习题6.8

6.2例1

6.3

例2

6.4

6.12(1)

6.17

6.22(b)

6.25(1)(2)6.35(1)

6.40返回第6章目录第45页，共78页，2023年，2月20日，星期六第9章半导体存储器9.0概述9.1只读存储器（ROM）9.2随机存储器(RAM)第9章习题返回目录第46页，共78页，2023年，2月20日，星期六9.0概述一、半导体存储器概念二、重要指标1.存储量2.存取速度三、分类1.按存取方式分类返回第9章目录第47页，共78页，2023年，2月20日，星期六9.1只读存储器（ROM）一.ROM的分类1.按存储内容写入方式来分2.按使用器件类型来分

二.ROM的结构三.ROM的工作原理四、ROM的逻辑关系1.属于组合逻辑电路2.阵列图返回第9章目录第48页，共78页，2023年，2月20日，星期六9.1只读存储器（ROM）五、ROM的应用1.实现组合逻辑函数2.字符发生器

六、固定ROM(MROM)七、可编辑只读存储器(PROM)八、可改写可编程只读存储器(EPROM)返回第9章目录第49页，共78页，2023年，2月20日，星期六9.2随机存储器(RAM)一、静态RAM(SRAM)二、存储容量的扩展1.位扩展2.字扩展

三、动态RAM(DRAM)返回第9章目录第50页，共78页，2023年，2月20日，星期六第9章习题9.29.7返回第9章目录第51页，共78页，2023年，2月20日，星期六第10章可编程逻辑器件

10.1PLD概述10.2PLD的基本结构10.3PLD的表示方法10.4PLD的分类10.5可编程逻辑阵列（PLA）10.6可编程阵列逻辑（PAL）10.7通用阵列逻辑（GAL）10.8现场可编程门阵列FPGA返回目录第52页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.1PLD概述一、概念二、开发环境三、开发过程返回第10章目录第53页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.2PLD的基本结构一、PLD实现各种逻辑功能的依据二、基于与—或阵列结构的PLD的总体结构返回第10章目录第54页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.3PLD的表示方法一、缓冲电路二、与门、或门及连接表示三、多路选择器返回第10章目录第55页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.4PLD的分类一、按集成度分类二、按编程方法分类返回第10章目录第56页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.5可编程逻辑阵列（PLA）一、PLA基本结构二、PLA应用举例返回第10章目录第57页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.6可编程阵列逻辑（PAL）一、专用输出结构二、可编程输入/输出结构三、寄存器输出结构四、异或输出结构返回第10章目录第58页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.7通用阵列逻辑（GAL）一、GAL16V8电路结构二、GAL16V8的OLMC1.OLMC的结构

2.GAL16V8的结构控制字3.OLMC的配置三、GAL16V8的行地址结构四、GAL应用举例返回第10章目录第59页，共78页，2023年，2月20日，星期六10.8现场可编程门阵列FPGA

一、FPGA的基本结构二、CLB和IOB1.XC2000系列的CLB2.XC2000系列的IOB三、IR1.金属线2.开关矩阵3.可编程连接点返回第10章目录第60页，共78页，2023年，2月20日，星期六第十一章硬件描述语言VHDL11.1概述11.2VHDL基本结构11.3VHDL语言元素11.4VHDL常用编程语句11.5基本逻辑电路设计返回目录第61页，共78页，2023年，2月20日，星期六11.1概述一、硬件描述语言（HDL）二、VHDL的发展概况三、用VHDL设计硬件电路的过程返回第11章目录第62页，共78页，2023年，2月20日，星期六11.2VHDL基本结构一、元件（component)二、VHDL基本结构11.2.1实体（ENTITY）11.2.2结构体（ARCHITECTURE）11.2.3配置（CONFIGURATION）11.2.4库（LIBRARY）

11.2.5包（PACKAGE）返回第11章目录第63页，共78页，2023年，2月20日，星期六11.3VHDL语言元素11.3.1VHDL词法规则与标识符11.3.2数据对象和数据类型11.3.3运算符(operator)返回第11章目录第64页，共78页，2023年，2月20日，星期六11.4VHDL常用编程语句11.4.1顺序（SEQUENTIAL）描述语句一、条件语句（if）二、开关语句（case）11.4.2并发（CONCURENT）描述语句一、进程语句二、信号赋值语句三、whenelse语句四、withselect语句五、元件说明语句、元件例化语句返回第11章目录第65页，共78页，2023年，2月20日，星期六11.5基本逻辑电路设计11.5.1组合逻辑电路设计11.5.2时序逻辑电路设计返回第11章目录第66页，共78页，2023年，2月20日，星期六第12章数字系统设计基础12.0数字系统概念及设计方法12.1概述12.2寄存器传输语言(RTL)12.3数字系统设计的其他描述工具12.4数字系统设计举例12.5PLD在数字系统设计中的应用12.6VHDL实现数字系统举例返回目录第67页，共78页，2023年，2月20日，星期六12.0数字系统概念及设计方法一、数字系统概念二、数字系统设计的任务三、数字系统的设计方法1.自底向上法（Bottom-up）2.自顶向下法（Top-Down）3.以自顶向下法为主导，并结合使用自底向上法（TD&BUCombined）返回第12章目录第68页，共78页，2023年，2月20日，星期六12.1概述一、数字系统的基本模型1.基本模型2.数据处理器3.控制器二、数字系统时序约定1.同步数字系统2.最小时钟周期3.异步输入信号转换成同步输入信号返回第12章目录第69页，共78页，2023年，2月20日，星期六12.1概述三、数字系统的设计步骤1.系统设计2.逻辑设计3.电路设计4.物理设计返回第12章目录第70页，共78页，2023年，2月20日，星期六12.2寄存器传输语言(RTL)1.寄存器传输操作2.寄存器传输语言3.寄存器的表示方法一、传输