数字电路与系统(何艳)第九章课件

数字电路与系统(何艳)第九章ppt课件contents目录引言数字电路基础数字逻辑门电路组合逻辑电路时序逻辑电路可编程逻辑器件数字系统设计实例引言CATALOGUE01数字电路与系统是电子工程和计算机科学的核心基础，它涵盖了数字逻辑、数字系统和电路设计等多个方面。数字电路与系统的发展推动了现代电子技术和信息技术的进步，对现代社会的科技发展起到了至关重要的作用。本章将介绍数字电路与系统的基本概念、原理和应用，为后续深入学习打下基础。主题概述掌握数字电路与系统的基本概念和原理。理解数字电路与系统在计算机科学和电子工程领域的应用。培养分析和设计数字电路与系统的能力。课程目标数字电路基础CATALOGUE02总结词：基本概念详细描述：数字电路是处理二进制数字信号的电路，其特点是离散性、逻辑性和稳定性。数字电路的定义与特点总结词分类与组成详细描述数字电路可以根据功能和应用分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路由逻辑门组成，而时序逻辑电路由触发器和寄存器组成。数字电路的分类与组成应用与发展总结词数字电路广泛应用于计算机、通信、控制等领域。随着集成电路技术的发展，数字电路正朝着高速、高集成度、低功耗的方向发展。详细描述数字电路的应用与发展趋势数字逻辑门电路CATALOGUE03按照逻辑功能，逻辑门电路可以分为与门、或门、非门、与非门、或非门等。分类逻辑门电路具有速度快、稳定性好、功耗低等优点，是构成数字电路和系统的基本单元。特点逻辑门电路的分类与特点或非门实现逻辑或非运算，当至少一个输入为高电平时，输出为低电平；否则输出为高电平。与非门实现逻辑与非运算，当所有输入都为高电平时，输出为低电平；否则输出为高电平。非门实现逻辑非运算，输入为高电平时，输出为低电平；输入为低电平时，输出为高电平。与门实现逻辑与运算，当所有输入都为高电平时，输出为高电平；否则输出为低电平。或门实现逻辑或运算，当至少一个输入为高电平时，输出为高电平；否则输出为低电平。常用逻辑门电路及其功能输出电阻衡量逻辑门电路的带负载能力，输出电阻越小，带负载能力越强。电压传输特性描述输入电压与输出电压之间关系的曲线，反映了逻辑门电路的逻辑功能。输入电阻衡量逻辑门电路对输入信号的阻碍作用，输入电阻越大，对输入信号的衰减越小。扇入系数衡量逻辑门电路能够驱动的输入端数目。扇出系数衡量逻辑门电路能够驱动的负载数目。逻辑门电路的参数与性能指标组合逻辑电路CATALOGUE04根据功能不同，组合逻辑电路可分为基本组合逻辑电路和复杂组合逻辑电路。分类特点举例组合逻辑电路由逻辑门电路组成，其输出仅取决于当前的输入状态，没有记忆功能。如加法器、编码器、译码器等都属于组合逻辑电路。030201组合逻辑电路的分类与特点加法器编码器译码器多路选择器常用组合逻辑电路及其功能实现二进制数的加法运算。将二进制编码转换为输出信号。将输入信号转换为二进制编码。根据选择信号从多个输入信号中选择一个输出。通过真值表、逻辑表达式、波形图等方式分析组合逻辑电路的功能和特点。分析方法根据实际需求，通过逻辑门电路的组合设计出满足要求的组合逻辑电路。设计方法确定输入和输出变量、列出真值表、化简逻辑表达式、选择合适的门电路实现电路。设计步骤组合逻辑电路的分析与设计方法时序逻辑电路CATALOGUE05用于存储二进制数据，如移位寄存器、计数器等。所有触发器的时钟输入信号由同一时钟源决定。时序逻辑电路的分类与特点同步时序电路寄存器异步时序电路：触发器的时钟输入信号由不同的时钟源决定。时序逻辑电路的分类与特点能保存状态信息，并能实现状态转换。具有记忆功能时钟信号和数据信号。输入信号不仅与当前输入有关，还与触发器的状态有关。输出信号时序逻辑电路的分类与特点功能对输入的脉冲进行计数，输出计数值。类型二进制计数器、十进制计数器等。常用时序逻辑电路及其功能存储二进制数据，并能将数据串行传输。功能移位寄存器、双向移位寄存器等。类型常用时序逻辑电路及其功能常用时序逻辑电路及其功能功能产生顺序脉冲信号，用于控制机器的顺序动作。类型节拍脉冲发生器、同步脉冲发生器等。03分析电路的逻辑功能和特性。01分析方法02列出状态转移表和状态转移图。时序逻辑电路的分析与设计方法设计方法根据逻辑功能要求，确定所需的触发器和门电路的类型和数量。设计状态转移图和电路图。进行仿真和测试，确保电路符合设计要求。01020304时序逻辑电路的分析与设计方法可编程逻辑器件CATALOGUE06总结词：概述详细描述：可编程逻辑器件可以根据不同的分类标准分为多种类型，如按集成度可分为小规模、中规模、大规模和超大规模PLD；按编程方式可分为一次可编程、多次可编程和现场可编程等。这些不同类型的PLD各有其特点和应用场景。可编程逻辑器件的分类与特点总结词：特点详细描述：可编程逻辑器件的特点包括高度的灵活性、可编程性、可重复性、集成度高、功能强大等。这些特点使得PLD在数字电路设计中具有广泛的应用，能够实现各种复杂的逻辑功能。可编程逻辑器件的分类与特点总结词：常用器件总结词：功能详细描述：可编程逻辑器件的功能包括实现各种逻辑函数、时序控制、数字信号处理、图像处理等。这些功能使得可编程逻辑器件在通信、计算机、工业控制等领域得到了广泛应用。详细描述：常用的可编程逻辑器件包括简单可编程逻辑器件（如PLA、PAL等）、复杂可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA等）。这些器件都具有不同的功能和特点，适用于不同的应用场景。常用可编程逻辑器件及其功能VS总结词：应用详细描述：可编程逻辑器件在数字电路设计中具有广泛的应用，如实现各种复杂的逻辑功能、数字信号处理、图像处理等。此外，PLD还在通信、计算机、工业控制等领域得到了广泛应用。可编程逻辑器件的应用与发展趋势总结词：发展趋势详细描述：随着技术的不断发展，可编程逻辑器件的发展趋势是向着更高集成度、更低功耗、更快的速度和更高的可靠性方向发展。同时，随着人工智能和物联网等新兴技术的快速发展，可编程逻辑器件在智能硬件和嵌入式系统等领域的应用也将越来越广泛。可编程逻辑器件的应用与发展趋势数字系统设计实例CATALOGUE07设计流程基于FPGA的数字系统设计流程包括系统需求分析、设计输入、仿真验证、配置下载等步骤。实例分析以一个基于FPGA的数字信号处理系统为例，介绍其设计实现过程和性能优势。应用领域FPGA广泛应用于通信、图像处理、控制等领域，具有高集成度、高可靠性、低功耗等优点。FPGA简介FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，通过编程实现数字电路和系统的设计。基于FPGA的数字系统设计实例基于CPLD的数字系统设计实例CPLD简介CPLD（复杂可编程逻辑器件）是一种可编程逻辑器件，通过编程实现数字电路和系统的设计。设计流程基于CPLD的数字系统设计流程与基于FPGA的设计流程类似，包括系统需求分析、设计输入、仿真验证、配置下载等步骤。应用领域CPLD适用于中小规模数字系统设计，尤其在低成本、低功耗领域具有优势。实例分析以一个基于CPLD的数字控制器为例，介绍其设计实现过程和性能优势。ASIC（专用集成电路）是一种定制的集成电路，根据特定需求进行设计。ASI