《数字电路复习提纲》课件

课程回顾数字电路基础概念基本概念主要内容数字电路是处理离散信号的电路，主要由逻辑门组成数字信号只有两种状态高电平（）和低电平（）10数字电路的优势与应用可靠性高灵活性强数字电路使用离散信号，不容易受到噪声干扰，具有较高的数字电路可以通过编程实现各种功能，具有很高的灵活性可靠性集成度高应用广泛现代数字电路已经实现了高度集成，可以将大量逻辑门集成在一个芯片上数字信号与模拟信号的区别数字信号模拟信号数字信号是离散的，只有两种状态高电平（）和低电平模拟信号是连续的，可以取任何值例如，声音信号、温度信号1（）等都是模拟信号0数制与码制二进制、八进制、十六进制二进制八进制基数为，只有和两种数字基数为，使用到八个数字201807十六进制基数为，使用到十个数字和到六个字母1609A F进制转换各种进制间的相互转换十进制二进制八进制将其他进制的数转换为将十进制数转换为二进将十进制数转换为八进十进制，可以使用权值制，可以使用除取余法制，可以使用除取余法28法十六进制将十进制数转换为十六进制，可以使用除取16余法常用码制码、格雷码BCD码格雷码BCD使用位二进制码表示十进制数中的每一位数字相邻两个码字之间只有一位发生变化，适用于消除误码412布尔代数基础基本运算、逻辑表达式基本运算1与运算、或运算、非运算、异或运算逻辑表达式2使用逻辑运算符和变量表示逻辑关系布尔代数定律与化简规则交换律，A+B=B+A A·B=B·A结合律，A+B+C=A+B+C A·B·C=A·B·C分配律，A·B+C=A·B+A·C A+B·C=A+B·A+C德摩根定律，¬A+B=¬A·¬B¬A·B=¬A+¬B逻辑门电路与门、或门、非门与门输出为高电平当且仅当所有输入都为高电平或门输出为高电平当且仅当至少一个输入为高电平非门输出为输入的逻辑反常用复合门电路与非门、或非门、异或门或非门2输出为所有输入的或运算的非与非门1输出为所有输入的与运算的非异或门输出为高电平当且仅当输入不全相同3门电路的特性与应用CMOS低功耗1静止状态功耗很低高集成度2可以实现很高的集成度抗噪声能力强3对噪声的抗干扰能力较强广泛应用4应用于各种数字电路系统门电路的特性与应用TTL速度快1具有较高的开关速度驱动能力强2可以驱动较大的负载成本低3价格相对较低广泛应用4应用于各种数字电路系统逻辑函数的表示方法真值表、逻辑表达式输入输入输出A BY000011101111逻辑函数可以用真值表和逻辑表达式来表示真值表列出所有可能的输入组合及其对应的输出，而逻辑表达式使用逻辑运算符和变量来表示逻辑关系逻辑函数的卡诺图化简法1绘制卡诺图根据逻辑函数的变量个数绘制卡诺图2填入卡诺图将逻辑函数的真值表中的填入卡诺图中相应的方格“1”3合并“1”将相邻的进行合并，合并的区域必须是的幂次方“1”24写出化简后的表达式根据合并后的区域写出逻辑函数的化简表达式“1”用卡诺图化简逻辑函数举例A=0,B=0A=0,B=1A=1,B=0A=1,B=1假设逻辑函数为Y=¬A·B+¬A·B组合逻辑电路的分析与设计分析设计分析已有的组合逻辑电路，找出其逻辑函数、真值表、卡诺图根据需求，设计新的组合逻辑电路，确定逻辑函数，选择合适的等逻辑门，并绘制电路图加法器半加器、全加器半加器全加器只接收两个输入位，输出和位和进位位接收三个输入位（两个加数位和一个进位位），输出和位和进位位减法器半减器、全减器半减器1接收两个输入位，输出差位和借位位全减器2接收三个输入位（两个减数位和一个借位位），输出差位和借位位编码器普通编码器、优先编码器普通编码器1将一个二进制代码转换成另一个二进制代码优先编码器2将多个输入中优先级最高的输入编码成二进制代码译码器二进制译码器、BCD译码器二进制译码器将一个二进制代码转换成一个唯一的输出信号译码器BCD将一个码转换成一个唯一的输出信号BCD数据选择器（多路复用器）结构2包含多个数据输入、一个数据输出和若干选择信号输入功能1根据选择信号选择一个输入数据应用在数据传输、地址选择等方面广泛应3用数据分配器（多路分配器）功能1将一个数据输入分配到多个数据输出结构2包含一个数据输入、多个数据输出和若干选择信号输入应用3在数据分配、地址解码等方面广泛应用数值比较器功能1比较两个输入数值的大小，输出结果结构2包含两个输入数值、若干比较逻辑门和输出信号应用3在排序、判断等方面广泛应用组合逻辑电路设计实例交通灯控制器输入信号输出信号行人按钮红绿灯信号交通灯控制器是一个典型的组合逻辑电路应用，它根据行人按钮的输入信号控制红绿灯的信号输出，确保行人和车辆的安全组合逻辑电路设计实例数字密码锁功能结构数字密码锁根据输入的密码进行判断，只有输入正确的密码才能包含密码输入、比较逻辑、锁控制信号输出等部分打开锁触发器触发器、触发器、触发器、触发器RS DJK T触发器触发器触发器触发器RS DJK T是最基本的触发器，具有置具有数据输入端，用来存储具有数据输入端和时钟信号只接收一个输入信号，输出位、复位和保持三种状态一个数据位输入端，可以实现翻转和保为输入信号的逻辑反，可以持两种功能实现计数功能各种触发器的特性与转换触发器RS1输出状态取决于输入信号，具有置位、复位和保持三种状态触发器D2在时钟信号上升沿将数据输入端的信号存储到输出端触发器JK3可以实现翻转和保持两种功能，根据输入信号的不同，可以实现计数、移位等功能触发器T4只接收一个输入信号，输出为输入信号的逻辑反，可以实现计数功能时序逻辑电路的分析与设计分析1分析已有的时序逻辑电路，找出其状态图、状态表、激励表等设计2根据需求，设计新的时序逻辑电路，确定状态机，选择合适的触发器，并绘制电路图计数器异步计数器、同步计数器异步计数器各个触发器的时钟信号不是同时到达的同步计数器各个触发器的时钟信号是同时到达的常用计数器二进制计数器、十进制计数器二进制计数器十进制计数器1输出的计数序列是二进制数输出的计数序列是十进制数2移位寄存器基本移位寄存器、环形计数器基本移位寄存器1将数据依次向一个方向移动，可以实现数据存储和传输环形计数器2数据循环移动，可以实现计数、地址选择等功能状态机状态图、状态表、激励表状态图1使用状态图来表示状态机的逻辑行为状态表2使用状态表列出所有状态和输入信号对应的输出信号和下一状态激励表3使用激励表列出所有状态和输入信号对应的触发器激励信号时序逻辑电路设计实例序列检测器输入信号输出信号数据输入检测结果序列检测器是时序逻辑电路的一个重要应用，它用来检测特定序列的出现时序逻辑电路设计实例简单定时器功能结构定时器可以实现定时功能，根据设定时间控制输出信号包含计数器、时钟信号输入、计时器输出等部分半导体存储器、ROM RAMROM RAM只读存储器，存储的内容在出厂时就已固定随机存取存储器，可以进行读写操作，存储的内容可以随时修改的结构与应用ROM结构1由存储单元阵列、地址译码器和数据输出缓冲器组成ROM应用2用于存储程序、数据表、字库等的结构与应用RAM结构1由存储单元阵列、地址译码器、读写控制电路和RAM数据缓冲器组成应用2用于存储程序、数据、系统变量等可编程逻辑器件、、PLA PAL、GAL FPGAPLA可编程逻辑阵列，可编程的与门和或门阵列PAL可编程阵列逻辑，可编程的与门阵列和固定或门阵列GAL通用阵列逻辑，可编程的与门阵列和可编程或门阵列FPGA现场可编程门阵列，具有可重新配置的逻辑单元和互连资源的结构与应用CPLD结构应用1是由多个可编程逻辑块和可编程用于实现较小的数字系统，例如控制逻CPLD2互连资源组成的辑、数据处理等的结构与应用FPGA结构具有可重新配置的逻辑单元、互连资源和存储器资源1FPGA应用2用于实现各种复杂的数字系统，例如通信、图像处理、人工智能等数字系统设计流程简介需求分析1分析系统功能需求，确定系统规格系统设计2设计系统架构，选择合适的硬件和软件电路设计3根据设计方案，使用硬件描述语言设计电路仿真验证4对设计好的电路进行仿真验证，确保功能正确电路实现5将设计好的电路进行电路实现，例如使用或进行实现FPGA CPLD测试调试6对实现好的电路进行测试和调试，排除故障硬件描述语言或VHDLVerilog HDLVHDL Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述也是一种硬件描述语言，用于描数字电路述数字电路硬件描述语言是用来描述数字电路的语言，可以用来设计、仿真和验证数字电路数字电路的测试与调试测试调试对电路进行测试，验证其功能是否符合设计要求对测试过程中发现的故障进行分析和排除常见数字电路故障与排除常见故障排除方法短路、断路、元器件失效、连接错误等使用万用表、逻辑分析仪等工具进行测试，根据故障现象进行分析和排除数字电路的应用领域通信、计算机、控制等通信计算机数字电路广泛应用于通信系数字电路是计算机的核心组成统，例如手机、网络设备等部分，例如、内存等CPU控制数字电路应用于各种控制系统，例如工业自动化、机器人控制等数字电路设计技巧与注意事项模块化设计1将复杂的电路分解成多个功能模块，提高设计效率层次化设计2将电路设计成多级层次结构，便于理解和维护时序设计3注意电路的时序关系，确保电路的正常工作功耗设计4降低电路的功耗，提高电路的效率可靠性设计5提高电路的可靠性，降低故障率课程重点知识回顾布尔代数掌握基本运算、定律和化简规则组合逻辑掌握组合逻辑电路的分析和设计方法时序逻辑掌握时序逻辑电路的分析和设计方法存储器了解和的结构和应用ROMRAM可编程逻辑器件了解、、、和的结构和应用PLA PALGAL FPGACPLD考试题型分析与解题技巧选择题填空题简答题考察基本概念和知识点，选择正确答考察对知识点的理解和应用能力，根考察对知识点的理解和解释能力，简案据题目要求填入正确答案要回答问题计算题设计题考察对公式和方法的应用能力，根据题目要求进行计算考察对数字电路设计方法的掌握，根据题目要求设计电路模拟试题讲解选择题填空题简答题计算题讲解选择题的解题思路和技讲解填空题的解题思路和技讲解简答题的解题思路和技讲解计算题的解题思路和技巧巧巧巧设计题讲解设计题的解题思路和技巧答疑环节针对同学们在复习过程中遇到的问题进行解答，帮助同学们更好地理解知识点数字电路实验常用仪器设备介绍逻辑分析仪万用表示波器信号发生器用来观察和分析数字电路的用来测量电压、电流和电用来观察和分析电路中的信用来产生各种频率和波形的信号波形阻号波形信号数字电路实验基本门电路的测试目的1验证基本逻辑门的逻辑功能方法2使用逻辑分析仪或示波器观察输出信号波形，与理论值进行对比数字电路实验组合逻辑电路的设计与验证设计1根据需求设计组合逻辑电路，并绘制电路图实现2使用逻辑门电路或进行电路实现FPGA验证3使用逻辑分析仪或示波器对电路进行测试，验证其功能是否符合设计要求数字电路实验时序逻辑电路的设计与验证设计根据需求设计时序逻辑电路，并绘制电路图实现使用触发器电路或进行电路实现FPGA验证使用逻辑分析仪或示波器对电路进行测试，验证其功能是否符合设计要求数字电路实验计数器的设计与实现实现2使用触发器电路或进行电路实FPGA现设计1设计计数器，例如二进制计数器或十进制计数器测试观察计数器的输出信号波形，验证其计3数功能数字电路实验移位寄存器的设计与实现设计1设计移位寄存器，例如基本移位寄存器或环形计数器实现2使用触发器电路或进行电路实现FPGA测试3观察移位寄存器的输出信号波形，验证其数据移位功能数字电路实验使用进行数字电路设计FPGA搭建开发环境1安装开发软件，并创建新的项目FPGA设计电路2使用硬件描述语言（或）设计电路VHDLVerilog HDL仿真验证3对设计好的电路进行仿真验证，确保功能正确下载烧录4将设计好的电路下载到芯片上进行烧录FPGA测试验证5对烧录好的电路进行测试验证，确保功能正常参考文献与推荐阅读《数字电路与逻辑设计》1王红卫主编《数字电子技术》2阎石主编《硬件描述语言》VerilogHDL3童诗白等编著《数字系统设计》VHDL4唐朔飞等编著感谢聆听！希望本次复习提纲能够帮助大家更好地理解和掌握数字电路知识，顺利完成考试！。