《现代数字电路设计》课件

现代数字电路设计本课程将带您深入了解现代数字电路设计的基本原理和应用，涵盖从基本概念到高级设计方法课程简介课程目标课程内容掌握数字电路设计的基础理论和基本方法，能够独立设计和实现数字电路的基本概念、布尔代数、组合逻辑电路、时序逻辑电路、简单的数字系统数字算术电路、可编程逻辑器件、语言Verilog HDL数字电路的基本概念数字信号逻辑门数字信号是离散的信号，通常用逻辑门是数字电路的基本单元，0和表示执行逻辑运算1逻辑运算数字电路逻辑运算包括与、或、非等运算数字电路是由逻辑门组成的电路，用于处理数字信号布尔代数基础布尔代数的基本概念布尔代数的基本运算12布尔代数是用于分析和设计数布尔代数的基本运算包括与、字电路的数学工具或、非等运算布尔代数定理布尔表达式34布尔代数定理用于简化逻辑表布尔表达式用于描述逻辑电路达式的功能组合逻辑电路组合逻辑电路定义组合逻辑电路设计组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入，不依赖于电路的历史状组合逻辑电路设计流程包括逻辑表达式、真值表、逻辑图等步骤态编码器和解码器编码器解码器编码器将数字信息转换为编码形式解码器将编码信息转换为数字信息多路选择器和多路转换器多路选择器1多路选择器从多个输入中选择一个输入作为输出多路转换器2多路转换器将一个输入信号分配到多个输出之一计数器电路计数器类型计数器包括同步计数器和异步计数器计数器功能计数器用于计数脉冲，实现计数功能计数器应用计数器广泛应用于定时器、频率计等数字系统中寄存器电路寄存器定义1寄存器用于存储数字信息寄存器类型2寄存器包括移位寄存器、通用寄存器等寄存器应用3寄存器广泛应用于数据存储、数据处理等数字系统中时序逻辑电路基础时序逻辑电路定义1时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还依赖于电路的历史状态时序逻辑电路特点2时序逻辑电路具有记忆功能，可以存储信息时序逻辑电路分类3时序逻辑电路包括同步电路和异步电路时钟电路和同步电路12时钟信号同步电路时钟信号是控制同步电路工作节奏的同步电路的所有状态变化都由时钟信信号号控制3同步电路设计同步电路设计需要考虑时钟信号的周期、频率等因素触发器和锁存器触发器锁存器触发器是时序逻辑电路的基本单元，可以存储一位信息锁存器也是时序逻辑电路的基本单元，可以存储一位信息，但其状态变化不受时钟信号控制状态机设计数字算术电路加法器减法器乘法器除法器加法器用于实现数字加法运算减法器用于实现数字减法运算乘法器用于实现数字乘法运算除法器用于实现数字除法运算数模转换和模数转换数模转换模数转换DAC ADC将数字信号转换为模拟信将模拟信号转换为数字信DAC ADC号号可编程逻辑器件可编程逻辑器件简介1可编程逻辑器件是能够在芯片制造完成后重新编程的逻PLD辑器件的优势PLD2具有灵活性、可重构性、可定制性等优势，广泛应用于数PLD字系统设计的分类PLD3主要分为和两类PLD CPLD FPGA和概述CPLD FPGACPLD是复杂可编程逻辑器件，具有相对较小的规模和较高的速CPLD度FPGA是现场可编程门阵列，具有更大的规模和更灵活的配置，FPGA适合实现复杂的数字系统和设计流程CPLDFPGA设计输入1设计输入包括硬件描述语言代码、图形设计工具等综合2综合将设计输入转化为逻辑门级描述布局布线3布局布线将逻辑门级描述映射到芯片的物理结构PLD配置4配置将布局布线后的结果写入芯片，完成设计过程PLD硬件描述语言简介硬件描述语言1硬件描述语言用于描述数字电路的结构和行为HDL常用HDL2常用的包括和HDL Verilog HDL VHDL的优势HDL3具有可读性、可维护性、可移植性等优势，简化了数字系HDL统设计过程基础语法Verilog HDL12数据类型运算符支持多种数据类型，包支持多种运算符，包括Verilog HDLVerilog HDL括位、整数、实数等算术运算符、逻辑运算符、关系运算符等3语句支持多种语句，包括赋Verilog HDL值语句、条件语句、循环语句等常用设计模块Verilog HDL模块函数任务模块是中的基本设计单元，函数是中的一个子程序，用任务是中的一个子程序，用Verilog HDLVerilog HDLVerilog HDL用于描述一个功能单元于执行一个特定的功能于执行一个特定的功能，可以包含时序行为组合逻辑电路的描述Verilog逻辑门组合逻辑电路可以描述各种逻辑门，例如与门、或门、非门等可以描述组合逻辑电路，例如编码器、解码器、多Verilog HDLVerilog HDL路选择器等时序逻辑电路的描述Verilog触发器锁存器可以描述各种触发可以描述各种锁存Verilog HDLVerilog HDL器，例如触发器、触发器、器，例如锁存器、锁存器D TSR D触发器等等JK时序逻辑电路可以描述时序逻辑电路，例如计数器、移位寄存器、状态机Verilog HDL等状态机的描述Verilog状态机模型1可以使用状态机模型描述时序逻辑电路的行为Verilog HDL状态机描述2可以使用状态机描述语言描述状态机的状态、输Verilog HDL入、输出和状态转移数字滤波器的描述Verilog数字滤波器数字滤波器是一种数字信号处理电路，可以滤除信号中的噪声或特定频率成分滤波器类型数字滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等描述Verilog可以描述各种数字滤波器的功能VerilogHDL设计实践CPLD/FPGA设计工具1常用的设计工具包括、等CPLD/FPGA QuartusII Vivado设计步骤2设计步骤包括设计输入、综合、布局布线、配置等CPLD/FPGA设计实例3通过实际案例演示设计流程和方法CPLD/FPGA数字系统综合设计案例数字系统设计1数字系统设计是将多个功能模块组合在一起，实现复杂功能的系统设计设计案例2通过实际数字系统设计案例，演示系统设计方法和流程设计技巧3分享数字系统设计中的常用技巧和经验实验设计和参考答案12实验内容实验指导提供丰富的数字电路设计实验内容，提供实验指导书，指导学生进行实验帮助学生巩固所学知识3参考答案提供参考答案，帮助学生检查实验结果课程总结和考核方式课程总结考核方式对本课程的知识点进行总结和回顾，并进行知识拓展考核方式包括平时作业、实验成绩、期末考试等答疑和交流答疑环节交流平台提供答疑环节，解答学生在学习过程中遇到的问题提供交流平台，鼓励学生之间相互学习和交流。