12-4-0 第十二章 数字系统设计基础_3
第十二章教案(全章)
课题12.1定义与命题课时授课日期教学目标1.通过具体实例，了解定义、命题、真命题、假命题的意义；2.结合具体实例，会区分命题的条件和结论.重点难点定义及命题的概念、叙述方式及命题的组成判断命题的真假教具预习要求板书设计第一课时教师活动内容、方式学生活动内容、方式一、情境创设日常生活中，人们为了交流思想，常常用到一些名称和术语，只有对这些名称和术语有了共识，才可以正常的交流．类似地，数学中要进行说理，必须对涉及的概念有共识，也就是需要对概念下定义．二、探索活动问题一(1)什么叫“线段的中点”?(2)怎样的两个数叫“互为相反数”?(3)怎样的两条直线叫“平行线”?设计问题一，学生回忆这些概念的定义，引导学生感受数学中如何给概念下定义；；’定义的规则是：(1)应相等，即定义概念和定义概念的外延相等；(2)不应循环；(3)一般不应是否定判断；(4)应清楚确切．教学中只要通过具体的例子来引导学生感受就可以了．问题二(1)“等角的余角相等．”与“等角的余角相等吗?”这两句话一样吗?如不一样，它们有什么不同?(2)“经过一点有且只有一条直线与已知直线垂直”与“经过一点画已知直线的垂线”有什么不同?(3)“四边形不是多边形”与“四边形不一定是多边形”又有什么不同?问题二中的句子，一类是对某一件事情做出了判断；另一类是没有对某一件事情做出判断．引导学生通过这两类(命题与非命题)具体例子的辨析，了解什么是命题，什么不是命题．对某一件事情做出判断的句子，有的做出了正确的判断，有的做出了错误的判断。
比如，“四边形不是多边形”这个句子的判断是错误的，教学中学生可能会误认为这样的句子不是命题．可以结合这个例子，说明凡做出判断的句子都是命题，不论判断是否正确．问题三请你例举一些命题．问题四观察下列命题，你能发现它们有什么共同的结构特征吗?命题(1)如果a>0，b<0，那么b a命题(2)如果两个角的和是一个直角，那么这两个角互为余角；命题(3)如果两个角都是同一个角的补角，那么这两个角相等.问题五下列各命题的条件是什么?结论是什么?命题(4)对顶角相等；命题(5)同位角相等，两直线平行；命题(6)面积相等的两个三角形高相等．由于命题“对顶角相等”的条件和结论不明显，学生可能会把这个命题分成“对顶角”和“相等”两部分，认为这个命题的条件是“对顶角”，这个命题的结论是“相等”．实际教学中，可以在学生讨论、交流的基础上，画出与这个命题相关的图形，于是就有不同的表述(这个命题的条件是“两个角是对顶角”，结论是“这两个角相等”)，对照图形比较这两种不同的表述．前一种的表述中，条件和结论都不是完整的句子，显然不如后一种的表述清楚准确．进而引导学生对于条件和结论不明显的命题可以先画出与命题相关的图形或将命题改写成“如果……那么……”的形式，然后再写出条件和结论．问题六在上述6千命题中，哪些命题做出的判断是正确的?哪些命题做出的判断是错误的?你是如何知道它们做出的判断是错误的?命题(2)、(3)、(4)、(5)是真命题，命题(1)、(6)是假命题．教学中，应在学生充分交流各自的判断方法的基础上，引导学生体会：①真命题：如果题设成立，那么判断总是正确的；假命题：当题设成立时，判断不能保证总是正确的．②要说明一个命题是假命题，只要举出一个“反例”就可以了；而要说明一个命题是真命题，无论验证多少个例子，都无法保证这个命题的正确性．关于“反例”，将在本章第3节再做介绍，这里初步引导学生体会反例的作用．三、例题教学1.一般的，判断一件事情的句子叫做命题，命题分为真命题与假命题。
数字系统设计知识点
数字系统设计知识点数字系统设计是计算机工程和电子工程中的重要内容，涵盖了多种关键概念和技术。
本文将介绍数字系统设计的一些基础知识点，包括数字系统的基本原理、数字电路的构建和设计、以及数字系统中常见的编码和调制技术。
一、数字系统的基本原理数字系统是由数字电路组成的，其中的信息以二进制形式表示。
数字电路由数字逻辑门组成，可以执行布尔运算。
数字系统的基本原理包括以下几个关键概念：1. 二进制系统：数字系统采用二进制表示，即使用0和1来表示逻辑状态。
二进制是一种计数系统，它只使用两个数字来表示所有的值。
2. 布尔代数：布尔代数是描述和操作逻辑关系的一种数学工具。
它基于三个基本运算：与、或和非。
布尔代数可以用于设计和分析数字逻辑电路。
3. 逻辑门：逻辑门是数字电路的基本构件，用于执行逻辑运算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
通过组合逻辑门可以构建复杂的数字电路。
二、数字电路的构建和设计数字电路是数字系统的基础，它由逻辑门和触发器等元件组成。
数字电路的构建和设计需要考虑以下几个因素：1. 逻辑门的组合与实现：通过组合不同类型的逻辑门可以实现多种逻辑功能。
例如，与门和或门的组合可以实现任意布尔函数。
设计者需要根据具体需求选择适当的逻辑门组合。
2. 状态机设计：状态机是一种具有离散状态的数字电路。
它由状态寄存器、组合逻辑和输出逻辑组成。
设计者需要根据系统需求定义状态和转移条件，然后选择适当的触发器和逻辑门实现状态机。
3. 模时序系统设计：模时序系统是一种具有时序行为的数字电路。
它由触发器和组合逻辑构成，可以实现时序逻辑功能。
设计者需要考虑时钟信号、触发器类型和时序逻辑的实现方式。
三、编码和调制技术在数字系统设计中，编码和调制是常用的技术，用于将信息从一种形式转换成另一种形式。
1. 数字编码：数字编码用于将数字或字符等信息转换为二进制形式。
常见的数字编码包括BCD码、格雷码和ASCII码等。
不同的编码方式可以适用于不同的应用场景。
数字系统设计课程设计
数字系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字系统设计的基本原理和概念，包括数字逻辑、组合逻辑和时序逻辑；2. 掌握数字电路的基本组成元素，如逻辑门、触发器、计数器等；3. 学会使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行数字系统的设计和描述；4. 了解数字系统的测试和验证方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的数字系统，如加法器、寄存器、状态机等；2. 能够使用硬件描述语言编写代码，实现数字系统的功能；3. 能够对设计的数字系统进行功能仿真和时序分析；4. 能够运用调试工具和仪器对数字系统进行测试和调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，学会与他人共同解决问题；2. 培养学生的创新意识和实践能力，敢于尝试新方法，善于发现和解决问题；3. 增强学生的工程素养，使其认识到数字系统设计在实际应用中的重要性；4. 培养学生严谨、细致的学习态度，注重细节，追求高质量的设计成果。
本课程针对高年级学生，课程性质为理论与实践相结合。
通过本课程的学习，使学生能够掌握数字系统设计的基本方法和技能，培养其创新意识和工程实践能力。
在教学过程中，注重学生的主体地位，鼓励学生积极参与讨论和实践，提高其分析问题和解决问题的能力。
课程目标的设定旨在使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果，为后续相关课程的学习和实际工程应用打下坚实基础。
二、教学内容1. 数字系统设计基础- 数字逻辑与数字电路基本概念- 常用逻辑门电路及其功能- 数字电路的布尔代数与逻辑化简2. 组合逻辑设计- 组合逻辑电路的分析与设计方法- 常用组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器等）- 竞争与冒险现象及其解决方法3. 时序逻辑设计- 时序逻辑电路的特点与基本组成- 触发器类型及其功能- 同步与异步时序电路的设计方法4. 硬件描述语言- Verilog/VHDL基本语法与结构- 数字系统设计实例及代码编写- 仿真与调试方法5. 数字系统测试与验证- 功能仿真与时序分析- 数字系统的测试方法与测试向量生成- FPGA器件及实验板使用6. 数字系统设计实践- 设计简单的数字系统（如加法器、寄存器等）- 项目实践与团队协作- 设计报告撰写与成果展示教学内容按照教学大纲的安排，从基础理论到实践应用，循序渐进地展开。
数字系统设计基础
X
组合电路
Z
R←0
T3
010
AA+1
CLRA CLRR
E
INCA
控制器
CP1 E=1 发CLRA E=0 发CLRA
CP2
CP3
A0 发CLRR R0 发INCA
A0 发INCA AA+1
数字系统设计基础
(3) ASM图与控制器状态转移图的关系；
T1 001
A←A+1
0
1
E
0F 1
R←0
E F/INCA CLR
数字系统设计基础
T0 初态
0 S 1
A←0，F←0
E←1，F←1
T1 A←A+1
0
1
A3
E←1
E←0
A4 0
1
图 12.3.114 例12.3.3 ASM图
数字系统设计基础
A4
A3
A2
A1
E
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
数字系统设计基础
F 条件 状态 0 0 0 T1 0 0 0 T1 0 0 0 T1
数字系统设计基础
数字系统设计基础
三、算法状态机图（ASM图） 1.作用 严格按系统时序来描述系统的工作过程。 2.ASM图符号 (1)状态框 (2)条件框 (3)判断框
数字系统设计基础
（1）状态框
符号 二进制代码 寄存器操作
或输出
T3 011
R←0 START
（a）状态框
（b）实例
图12.3.7 状态框
状态框中的操作通常用RTL语言表示，若用助记符 代替，则该助记符是控制器发出的控制命令。
数字系统设计的基础知识
05
数字系统的测试与验证
测试策略与技术
单元测试
对数字系统的各个模块进行独立测试，确保 每个模块的功能正常。
系统测试
对整个数字系统进行测试，确保系统满足设 计要求和功能需求。
集成测试
将各个模块组合在一起进行测试，确保模块 之间的接口正常工作。
验收测试
在数字系统交付之前，对系统进行全面测试， 确保系统能够满足用户需求。
案例分析：数字钟的设计需要高精度的计时和稳定的时钟源。石英晶体振荡器的选择对数字钟的准确性 和稳定性至关重要。此外，数字钟还需要考虑功耗和尺寸，以便于在各种应用场景中实现。
案例三：数字信号处理系统的设计
01
总结词：高效灵活
02
详细描述：数字信号处理系统是一种用于处理和分析信号 的数字系统。它通常由输入预处理电路、数字信号处理器 和输出后处理电路组成。数字信号处理器执行信号的滤波 、频谱分析、去噪等处理操作。
数字系统的发展历程
电子管时代
20世纪初，电子管作为数字系统的基 本元件，实现了计算机的初步发展。
02
晶体管时代
20世纪50年代，晶体管取代电子管成 为数字系统的基本元件，推动了计算 机小型化、便携化的发展。
01
互联网时代
21世纪初，互联网技术的普及和发展， 使得数字系统在信息传输和处理方面 发挥着越来越重要的作用。
03
的计数器用于控制指令的执行顺序。
存储器
存储器是数字系统中用于存储大量二进制数据的元件。
存储器由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个二进制位。
存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等类型，在计算 机和其他数字系统中有着广泛的应用，如计算机的内存和硬盘等。
第十二章 三次设计
12.2 通过试验设计容差(华达呢染色)
前面讨论的试验项目,一般都是参数设计的项目。有时候,找到了 优良参数组合以后,在怎样的精度下使用这种好参数条件,就需要进行 容差设计。容差设计告诉我们:对哪些因素应严格控制和掌握?对哪些 因素可放宽限制?“严”则提高质量、效果,“宽”则降低成本简化操作。 例如,北京化工厂的“铬酸钡工艺改进”试验后,发现ＰＨ值为重 要因素,应严格控制在ＰＨ３－ＰＨ４之间才行,这样用ＰＨ试纸就不 合适了,化工厂用工业酸度计代替了试纸,实现了ＰＨ值自动控制,结果 不仅产品质量大为改进,而且提高了生产效率。 下面介绍的“华达呢染色”中的(三)是一个通过试验进行容差设 计的实例。纯毛华达呢6707色号(蓝色), 过去由于操作水平不统一, 同样的染料配方,染出的产品色差却很大。原来作试验的主要目的是 为了找出对上色号的辅料配比及方便易行的操作方法。试验后不仅达 到了目的,而且还节约了染料。
2.参数设计:系统设计之后,就是要决定系统因素的好参数组合. 在试验项目中,指的是要找到综合效果较好的生产条件。对于可计算 性项目,什么叫做好参数组合呢?它主要分成两类: 第一类是“直接择优”项目,优良的参数组合使得产品的性能指标达 到优良的状态。
第二类是:稳定性择优”项目,通过优良的参数组合,来提高产品指标 的稳定性。
表 12-4 因素
试验号
1 2 3 4 K1 K2 R
矾前沸 1 1大沸 2 小沸 1 2 180 185 5
矾后沸 2 1小沸 1 2大沸 2 185 180 5
矾前留液 3 1界限之间 2低于下限 2 1 200 165 35
评分 100 85 80 100 总和=365
四、效果
1.通过参数设计(前两批正交试验)找到了好的搭配条件,染色效果显著 提高。通过参数设计能得到好的生产条件,通过容差设计知道,如何实 现好条件。要想生产稳步上升,条件掌握该粗则粗,该细则细。 2. 用三次设计得到的好条件投产,批批对上色号。在不增加人力、物 力、财力的条件下,做到节约成本(节约染料15%),提高质量(批批对上 色号)、减少三废(减少了红矾用量,又取消了矾前放液。使染料与红矾 充分络合。减少了留入地沟的红矾),又减少了染色时间,真是一举四得。
数字系统设计hdl课后答案
数字系统设计hdl课后答案【篇一：数字系统设计与verilog hdl】ss=txt>（复习）eda（electronic design automation）就是以计算机为工作平台，以eda软件工具为开发环境，以pld器件或者asic专用集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。
1．电子cad（computer aided design）2．电子cae（computer aided engineering）3．eda（electronic design automation）eda技术及其发展p2eda技术的应用范畴1.3 数字系统设计的流程基于fpga/cpld的数字系统设计流程1. 原理图输入(schematic diagrams )2、硬件描述语言 (hdl文本输入)设计输入硬件描述语言与软件编程语言有本质的区别综合（synthesis）将较高层次的设计描述自动转化为较低层次描述的过程◆行为综合：从算法表示、行为描述转换到寄存器传输级（rtl）◆逻辑综合：rtl级描述转换到逻辑门级（包括触发器）◆版图综合或结构综合：从逻辑门表示转换到版图表示，或转换到pld器件的配置网表表示综合器是能自动实现上述转换的软件工具，是能将原理图或hdl语言描述的电路功能转化为具体电路网表的工具适配适配器也称为结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，并产生最终的可下载文件对cpld器件而言，产生熔丝图文件，即jedec文件；对fpga器件则产生bitstream位流数据文件p8仿真（simulation）功能仿真（function simulation）时序仿真（timing simulation）仿真是对所设计电路的功能的验证p9编程（program）把适配后生成的编程文件装入到pld器件中的过程，或称为下载。
通常将对基于eeprom工艺的非易失结构pld器件的下载称为编程（program），将基于sram工艺结构的pld器件的下载称为配置（configure）。
人教版高中物理必修第3册 第12章 3课后提升练习
第十二章 3A 组·基础达标1．如图所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电池的电动势和内电阻的电路．电路中R 1、R 2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是( )A ．只有甲同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻B ．只有乙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻C ．只有丙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻D ．三位同学设计的电路都能测出电池的电动势和内电阻 【答案】D【解析】图甲中可用E ＝I 1(r ＋R 1)、E ＝I 2(r ＋R 2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E ＝U 1＋U 1R 1·r、E ＝U 2＋U 2R 2·r 求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E ＝U 1＋I 1r 、E ＝U 2＋I 2r 求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，D 正确．2．在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．(1)按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．(2)在图乙所示的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________(填“A”或“B”)端．(3)如图所示是根据实验数据作出的U －I 图像，由图可知，电源的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω.【答案】(1)见解析图 (2)B (3)1.5 1.0 【解析】(1)电路连接如图．(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于B 端．(3)由图像可知，电源电动势为1.5 V ，内阻r ＝1.5－1.00.5 Ω＝1.0 Ω.3．在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路．(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________(填“最大值”“最小值”或“任意值”)．(2)改变电阻箱的阻值R ，分别测出阻值R 0＝10 Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R 的取值方案中，比较合理的方案是________(填“1”或“2”).(3)根据实验数据描点，绘出的U －R 图像是一条直线．若直线的斜率为k ，在1U 坐标轴上的截距为b ，则该电源的电动势E ＝________，内阻r＝________.(用k 、b 和R 0表示)【答案】(1)最大值 (2)2 (3)1kR 0 bk－R 0【解析】(1)实验中电阻箱起到改变电路中的总电阻和分压的作用，为了确保仪器的安全，应先将电阻箱的电阻调到最大值．(2)电压表的量程为3 V ，故电阻箱两端的最小电压为6 V ，根据串联电路的特点可知，3R 0＝6R 1，解得R 1＝20 Ω，即电阻箱接入电路的最小阻值为20 Ω.在实验时，为了减小读数误差，所用电表的指针偏转角度一般不小于其量程的13，当电压表示数为1 V 时，由1R 0＝9－1R ，得R ＝80 Ω，即电阻箱接入电路的最大阻值为80 Ω，所以选择方案2较合理．(3)根据闭合电路欧姆定律可得E ＝U R 0(R 0＋R ＋r)．变形为1U ＝1ER 0·R＋R 0＋r ER 0，由题意得斜率k ＝1ER 0，截距b ＝R 0＋r ER 0，解得电动势E ＝1kR 0，内阻r ＝bk－R 0.4．在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： A ．待测的干电池(电动势约为1.5 V ，内电阻小于1.0 Ω) B ．电流表A 1(量程0～3 mA ，内阻R g1＝10 Ω) C ．电流表A 2(量程0～0.6 A ，内阻R g2＝0.1 Ω) D ．滑动变阻器R 1(0～20 Ω，10 A) E ．滑动变阻器R 2(0～200 Ω，1 A) F ．定值电阻R 0(990 Ω) G ．开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图甲所示的a 、b 两个参考实验电路，其中合理的是________图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选________(填写器材前的字母代号)．(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理的实验电路，利用测出的数据绘出的I 1－I 2图线(I 1为电流表A 1的示数，I 2为电流表A 2的示数，且I 2的数值远大于I 1的数值)，但坐标纸不够大，他只画了一部分图线，则由图线可得被测电池的电动势E ＝______V ，内阻r ＝______Ω.(3)若图线与纵坐标轴的交点等于电动势的大小，则图线的纵坐标应该为________.A ．I 1(R 0＋R g1)B ．I 1·R 0C ．I 2(R 0＋R g2)D ．I 1·R g1【答案】(1)b D (2)1.48 0.84 (3)A【解析】(1)上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，电路中电流最大为I m ＝1.51 A ＝1.5 A ，故电流表至少应选择0～0.6 A 量程；故应将3 mA 电流表A 1串联一个电阻，改装成较大量程的电压表使用．电表流A 2由于内阻较小，故应采用相对电源来说的外接法，故a 、b 两个参考实验电路，其中合理的是b ；因为电源的内阻较小，所以应该采用最大值较小的滑动变阻器，有利于数据的测量和误差的减小．滑动变阻器应选D.(2)根据电路结构结合闭合电路欧姆定律知E ＝I 1(R g1＋R 0)＋I 2r ，解得I 1＝E R g1＋R 0－I 2r R g1＋R 0.所以图像的纵坐标截距E R g1＋R 0＝1.48×10－3，解得E＝1.48 V ．图像的斜率k ＝r R g1＋R 0＝ 1.48－1.10×10－3 A 0.45 A＝0.84×10－3，解得r ＝0.84 Ω.(3)根据闭合电路欧姆定律可知U ＝E －Ir ，若图线与纵坐标轴的交点等于电动势的大小，则图线的纵坐标应该为路端电压，而U ＝I 1(R 0＋R g1)，即图线的纵坐标应该为I 1(R 0＋R g1)，故选A.B 组·能力提升5．某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一个2.5 Ω的保护电阻R 0，实验电路如图甲所示．(1)连好电路后，当该同学闭合开关时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用电压表检查电路，把两表笔分别接a 、b 或b 、c 或d 、e 时，示数均为0，把两表笔接c 、d 时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________.(2)在图乙中按电路原理图及用电压表检查电路时，把两表笔分别接c 、d 时的实物电路图(如图所示)以笔画线代替导线连接起来．(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定得到下列数据，根据表中数据在下图中画出U －I 图线，由图线知：电池的电动势为________V ，内阻为________Ω.【答案】(1)R 断路 (2)如图甲所示 (3)如图乙所示 1.50(1.48～1.52均可) 0.50(0.40～0.60均可)甲乙【解析】(1)闭合电键，发现电流表示数为0，电压表示数不为0，说明电路中有断路或者短路的地方，把两表笔接c 、d 时，示数与电压表示数相同，则c 、d 点通往电源的电路是通路，即R 断路．(2)对照电路图连线即可，要注意电表的极性；实物图连线如图甲所示．(3)根据描点法作出I －U 图像，如图乙所示．U －I 图像的纵轴截距表示电源的电动势，故E ＝1.50 V ．内阻和定值电阻之和等于图线的斜率，故r ＋R 0＝ΔUΔI＝3.0 Ω，所以r ＝3 Ω－2.5 Ω＝0.50 Ω.6．为研究某一蓄电池组，某兴趣小组将一块旧的电池组充满电，准备利用下列器材测量电池组的电动势和内电阻：A ．待测电池组，电动势约为4 V ，内阻约几欧姆B ．直流电压表V 1、V 2(量程均可满足要求，均可视为理想电表)C ．定值电阻R 0(未知)D ．滑动变阻器R ，最大阻值为R P (已知)E ．导线和开关(1)现利用以上器材，设计一个电路如图甲所示，完成对待测电池组的电动势和内阻的测量．(2)实验之前，需要利用该电路图测出定值电阻R 0，方法是先把滑动变阻器R 调到最大阻值R P ，再闭合开关，电压表V 1和V 2的读数分别为U 10、U 20，则R 0＝__________(用U 10、U 20、R P 表示)．(3)实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表V 1和V 2的多组数据U 1、U 2，描绘出U 1－U 2图像(横轴为U 2)，图线斜率绝对值为k ，与横轴的截距值为a ，则电池组的电动势E ＝________，内阻r ＝________(用k 、a 、R 0表示)．(4)经测量得到该电池组的电动势为E ＝4.0 V ，内阻r ＝1.5 Ω，现用该电池组与定值电阻R 1＝1.0 Ω串联，然后与两个相同的灯泡构成如图乙所示的电路，灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，试用作图法求出每个灯泡的实际功率为______W.(结果保留2位小数)．【答案】(2)U 20R PU 10 (3)ka R 0(k －1) (4)0.75(0.73～0.78均可)【解析】(2)当滑动变阻器接入阻值最大时，此时电路中电流为I ＝U 10R P，根据欧姆定律得R 0＝U 20I ＝U 20R PU 10.(3)根据闭合电路欧姆定律可知U 1＝E －U 2R 0(r ＋R 0)，根据题意可知k ＝r ＋R 0R 0， 0＝E －aR 0(R 0＋r)，联立解得E ＝ka, r ＝R 0()k －1. (4)定值电阻R 1与电源构成等效电源，题图乙的闭合电路欧姆定律为E ＝2(r ＋R 1)I ＋U ，I 为通过一个灯泡的电流，在灯泡U －I 图像坐标系内作出此U －I 图像如图所示．由图示图像可知，灯泡两端电压U ＝1.50 V ，通过每个灯泡的电流I ＝0.5 A ，灯泡实际功率P ＝UI ＝1.50×0.5 W≈0.75 W.。
数字系统设计
该系统看起来非常简单，但却无法用前面介绍的同步时序 电路设计方法进行设计。因为无论从接收序列的可能组合数还 是从收到“1”的个数来假设状态， 其状态图或状态表都十分庞 大。如果从接收序列的可能组合数来假设状态，则需要2 n个 状态；如果从当前接收到“1”的个数来假设状态，也需要n+1个 状态。 例如， n=255时， 分别需要设2255和256个状态，这样的 设计规模是无法想象的。 由此可见， 时序电路的设计方法的确 不适用于数字系统设计。
由此不难看出，在这种结构下，有无控制器就成为区分系统 级设备和功能部件级电路的一个重要标志。凡是有控制器且能按 照一定程序进行操作的， 不管其规模大小，均称为数字系统；凡 是没有控制器、不能按照一定程序进行操作的，不论其规模多大， 均不能作为一个独立的数字系统来对待，至多只能算一个子系统。 例如数字密码锁， 虽然仅由几片MSI器件构成， 但因其中有控制 电路，所以应该称之为数字系统。 而大容量存储器，尽管其规模 很大，存储容量可达数兆字节，但因其功能单一、无控制器，只 能称之为功能部件而不能称为系统。
一般来讲， 数据子系统通常为人们熟悉的各种功能电路， 无论是采用现成模块还是自行设计，都有一些固定的方法可循， 不用花费太多精力。 相对说来， 控制子系统的设计要复杂得多。 因此，人们往往认为数字系统设计的主要任务就是要设计一个 好的控制子系统。
经过上述四个步骤后，数字系统设计在理论上已经完成。 为了保证系统设计的正确性和可靠性，如果有条件的话，可以先 采用EDA软件对所设计的系统进行仿真，然后再用具体器件搭设 电路。 搭设电路时，一般按自底向上的顺序进行。 这样做， 不 仅有利于单个电路的调试，而且也有利于整个系统的联调。因此， 严格地讲， 数字系统设计的完整过程应该是“自顶向下设计， 自底向上集成”。
第12章第3节颗粒在流体中的运动1
颗粒在静止流体内的沉降 颗粒在流动着的流体中的运动
颗粒在静止流体内的沉降
(一)颗粒在静止流体中的自由沉降
1.球形颗粒在静止流体中的自由沉降 2.非球形颗粒在静止流体中的自由沉降
(二)颗粒在静止流体中的干扰沉降 (三)等降颗粒
1.球形颗粒在静止流体中的自由沉降
设有一表面光滑的球形颗粒，在无限广阔 的静止流体空间内，颗粒不会受到其他颗 粒及容器壁的影响而作自由沉降。
u0
1.74(
pபைடு நூலகம்
)
g
0.5
d
p
0.5
代入
此式适用于湍流时球形颗粒的自由沉降，
称为牛顿(Newton)公式
比较简单的方法是先设颗粒沉降处于层流 区（对于一般颗粒多数情况如此）应用式 （12-16）计算出初步沉降速度u0',根据u'0 算出初步雷诺数Rep'=dpu0'ρ/µ ，查图12-3 求得修正系数k=u0/u0'之值，最后算出沉降 速度u0=ku0'。
干扰沉降增加了颗粒的沉降阻力，使沉降 速度降低。显然这种影响随着系统中颗粒 体积分数的增大而增大。
实验证明，当悬浮体的体积分数不太大时 （小于3%），可按自由沉降公式计算，误 差不大；当颗粒体积分数超过3%时，干扰 沉降的末速u0t的大小随流体中颗粒的体积 分数之不同而异。
接以球形颗粒沉降速度公式计算，误差不 大。当沉降速度较大时，则需要加以校正。
反之，当已知沉降速度求粒径时，则按球 形颗粒沉降算得的粒径dp比较非球形的当 量粒径de为小，亦需以另一校正系数k'进行 修正，即de=k'dp。
最后应指出，以上关于沉降速度的分析，
《数字系统设计基础》课件
了解微处理器的指令执行流程和流水线架构，学习如何提高指令的执行效率。
中断和异常处理
掌握中断和异常处理的原理和方法，了解它们在微处理器中的作用。
PCIe和USB等，了解它们的特点和
应用。
3
总线结构
了解计算机总线系统的基本结构和组 成部分，包括数据总线、地址总线和 控制总线。
总线控制
学习总线控制的原理和方法，了解总 线争用和仲裁机制，以及总线的传输 速度和容量。
微处理器架构设计
微处理器基础
介绍微处理器的基本概念和组成部分，包括运算器、控制器和寄存器等。
中央处理器及其指令系统
指令集架构
介绍计算机指令集的类型 和特点，包括精简指令集 （RISC）和复杂指令集 （CISC）。
指令编码和格式
了解指令的编码方式和格 式，学习如何解析和执行 不同类型的指令。
流水线处理
熟悉流水线处理的原理和 优缺点，了解它在提高指 令执行效率方面的作用。
Hale Waihona Puke 输入输出系统输入设备
时钟信号和时序控制
介绍时钟信号的作用和产 生方法，以及时序控制在 数字系统中的应用。
计数器
学习计数器的原理和设计 方法，掌握计数器的工作 原理和时序特性。
计算机的基本组成部分
中央处理器
了解中央处理器的功能和组成 结构，以及CPU在计算机系统 中的作用。
内存
熟悉计算机内存的种类和层次 结构，了解内存在数据存储和 读写过程中的作用。
输入输出设备
掌握计算机输入输出设备的种 类和功能，了解它们在计算机 系统中的作用。
存储器系统
1
主存储器
介绍主存储器的工作原理和组织结构，包括RAM和ROM的特点和应用。
数字系统设计基础教学设计
数字系统设计基础教学设计前言数字系统设计作为计算机科学和工程的重要基础学科，在现代计算机科学领域中发挥着重要的作用。
数字系统设计基础教学作为学生学习数字系统设计的奠基阶段，是非常重要的。
数字系统设计基础教学包括数字逻辑基础、布尔代数、卡诺图、数字编码、数字电路等多个方面。
本文旨在探索数字系统设计基础教学的教学模式，以期为教师提供更多可操作的教学思路和方法。
教学模式数字系统设计基础教学是一门理论与实践相结合的学科。
因此，我们需要采取一些特殊的教学模式来使得学生能够深入地理解理论知识，并能够运用知识解决实际问题。
1. 理论讲解学生在掌握数字系统设计基础理论知识之前，无法进行数字系统的设计和实现。
因此，我们需要在理论方面有着相当的重视。
教师应该选择简洁明了的语言，用通俗易懂的方式为学生讲解各类严谨的数字系统设计知识，让学生能够直观、深入地理解每个概念。
同时，教师应该注重与学生建立良好的互动沟通，让学生能够随时提出疑问，并尽可能给出明确的回答。
关于理论知识的讲解，可以采用课堂讲授、课件演示、示例分析等方式实现。
2. 经典案例分析在教学数字系统设计基础的同时，经典案例分析具有重要的指导意义。
教师可以给出一些经典的案例，概括性地介绍相关的数字系统设计基础知识和理论，深入讲解案例中的解决思路、实现流程和具体实现，让学生能够通过案例中的实例掌握实际的应用技能，并学会解决实际问题的方法。
3. 实践操作普遍认为，数字系统设计基础教学最重要的方式就是实践操作。
因此，务必充分开发实践教学资源和环境，让学生能够通过实际的操作，深刻地理解理论知识，并有实际应用的能力。
实践操作可以采用计算机实验室、教学实验室等实际场所，进行学生的实践操作。
为了使学生能够对实践有更加深刻的了解和理解，可以设置一些实践题目，让学生独立完成实现，并进行评分和讲解。
教学笔记教师应当及时地总结教学笔记，为学生提供更多地参考，帮助学生回顾课堂内容、巩固学习成果。
第3章数字系统的设计
第3章 数字系统的设计
2. 自底向上法 自底向上法是根据系统功能要求，从具体的器件、
逻辑部件或者相似系统开始，凭借设计者熟练的技巧 和丰富的经验通过对其进行相互连接、修改和扩大， 构成所要求的系统。
第3章 数字系统的设计
3.1.3 数字系统设计的一般过程 数字系统设计分为系统级设计和逻辑级设计两个阶
第3章 数字系统的设计
3.1 数字系统设计概述
3.1.1 数字系统的组成 人们常常把数字系统划分成两个部分——数字处理器
和控制器，如图3.1所示。
第3章 数字系统的设计
输入信号
控制器
状态信号 控制信号
输入数据
数字处理器 …
数字处理器 …
输出数据
数字处理器
图3.1 数字系统
第3章 数字系统的设计
控制器：负责规定算法的步骤，在每一个计算步骤给 数据处理器发出命令信号，同时接收来自数字处理器的 状态变量，确定下一个计算步骤，以确保算法按正确的 次序实现。也可以说，控制器决定数字处理器的操作及 操作序列。控制器是我们完成数字系统设计的难点和重 点所在。
第3章 数字系统的设计
1. 寄存器间的信息传输操作 传送语句： P：A←B
该语句表示在控制函数P的控制下，寄存器B的内 容传输给寄存器A，箭头“←”表示传输方向，从源寄 存器指向目标寄存器。
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累加寄存器A的电路实现
Fi
LED
＆ D3～D0
Q3～Q0 D CP Q DSR M0 ≥1 CLR ADD SHIFT
A(74194) M1 ≥1
1
M1=ADD+CLR M0=CLR+ADD+SHIFT
Di=CLR· i F
乘数寄存器Q的实现
乘法器处理器明细表
操 作 表 控制信号 NOP CLR 操作 无操作 A←0,CNT←0 S1
表 12.4.6 74163功能表
CR LD 0 Ø P Ø T Ø CP ↑ 功能 清0
NOP CLR ADD
操 作 表 控制信号 操作 无操作 A←0,CNT←0 A←A+M A←SR(A) Q←SR(Ar,Q) CNT←CNT+1
状态变量表 状态变量 定义
S1
START
1
1 1 1
0
1 1 1
1)没有任何操作，只是寄存功能，正常工作时，M1M0=00。 2)考虑开始工作时的送数，将M1=0，M0=A，A=1时，将被乘数 串行移入M寄存器。DSR接开关B，用来得到相应的被乘数。
被乘数寄存器M的电路实现
M1 M(74194) 开关A
DSR
开关B
数据输入通道
5V
1
M0 Q3～Q0
cp
CR LED
寄存器的操作有：
3）如将清“0”操作用并入“0”来实现，A可 选用4位多功能移位寄存器74194实现。
4）根据乘法器操作表 和74194的功能表，可 填写出74194功能控制 端M1M0的真值表。
并入
M1 =CLR+ADD M0= CLR+ADD+SHIFT
Di=CLR ·i F
或 Di=ADD ∙ Fi
M1 0 0 1 1
M0 0 1 0 1
功能 保持 右移 左移 置数
控制信号
NOP CLR ADD SHIFT
操作
无操作 A←0,CNT←0 A←A+M
状态变量
定义
S1
START
A←SR(A) Q←SR(Ar,Q) CNT←CNT+1
S2 S3
Qr CNT=3
M1=0
改为
M1=C
M0=SHIFT
乘数寄存器Q的电路实现
SHIFT
S2
1
ADD SHIFT 10
A←SR(A),Q←SR(Ar,Q), CNT←CNT+1 N CNT= r Y
S3
0
S3
CNT= r
1
乘法器的ASM图
T0 0
00
S1 1 CLR 01
T1
乘 法 器 的 图
ASM
0 T2
S2
1
ADD SHIFT
10
T3
0
S3
CNT= r
1
T0 0
00
S1 1 CLR 01
Ø
0 Ø 1
Ø
Ø 0 1
↑
Ø Ø ↑
并入
保持 保持 计数
SHIFT
S2 S3
Qr CNT=3
P=T=SHIFT
计数器CNT 的实现电路
S3 & Q0 Q1 CR 74163 LD P CNT T
cp
CLR 5V SHIFT
2、控制器的实现
（1）传统设计方法 该控制器有3个状态T0、T1、T2，所以必须 选用2个DFF触发器Q2Q1，设编码分别为00， 01，10（标注在ASM图上）。另外有3个输入 条件S1S2S3。所以可得乘法器控制器状态转移 图为：
计数器CNT 的实现
乘法器处理器明细表
操 作 表
控制信号 NOP CLR ADD SHIFT 操作 无操作 A←0,CNT←0 A←A+M A←SR(A) Q←SR(Ar,Q) CNT←CNT+1 S2 Qr S1
START
状态变量表
状态变量 定义
S3
CNT=3
CNT的操作：增1和同步清零。所以采用四位二进 制同步计数器74163来实现
次 态 输 出 Q2 Q1 0 0 0 1 CLR 1 0 1 0 ADD 0 1 SHIFT 0 0
列激励表
T0
T1 T2
现 态 Q2 Q1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 S1 0 1 Ø Ø Ø Ø
输 入 S2 Ø Ø 0 1 Ø Ø S3 Ø Ø Ø Ø 0 1
次 态 Q 2 Q1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0
输 出
0 T2
S2
1
ADD SHIFT
10
T0 T1 T2
0 0 0 0
0
S3
1
1
0
0
Ø
Ø
Ø
Ø
0
1
0
0
1
0
1
图12.4.4 乘法器的ASM图
表 12.4.7 乘法器状态转移表
T0
T1
T2
现 Q2 0 0 0 0 1 1
态 Q1 0 0 1 1 0 0
输 入 S1 S2 S3 0 Ø Ø 1 Ø Ø Ø 0 Ø Ø 1 Ø Ø Ø 0 Ø Ø 1
算法规律：
Ⅰ两个r位的二进制数相乘，乘积为2r位。
Ⅱ乘数的第i位为0时，第i位的部分积为0； 乘数的第i位为1时，第i位的部分积是被乘数。 Ⅲ第i位的部分积相对于第i-1位的部分积求和时
左移一位。
(2)电路实现过程 (多次相加)
为了用数字电路完成求和运算，必须改变乘 法过程，把一次多数相加改成累计求和，累计的 和称为部分和，把它存入累加寄存器中。
加法器的实现电路
M的输出端
4 LED A3～ A0 74283 C I
CO ADD &
B3～ B0 F3～ F0 LED 4 4 & CLR
DFF的输入端
A的输出端
4
A的数据输入端
加法器的实现说明
1) 用74283来实现。 2) 被加数A4A3A2A1接被乘数寄存器M输出，加数 B4B3B2B1接累加器A输出。输出F4F3F2F1送累加器 A的数据端。 3) 由于A在CLR信号到时，需要置0，所以将F4F3F2F1 先与CLR相与，再送至A的数据端。 4) 74283的CO输出应送DFF的D端，但送时受ADD信 号控制，所以应先与ADD信号相与再送给D。
表 12.4.2 累计部分积的乘法过程
运算过程 1010 × + 1101 1010 算式说明 被乘数 乘数
00000000
00001010
累加器初始内容
第一部分积 第一部分和
+
+ +
0000
00001010 1010 00110010 1010 10000010
第二部分积
第二部分和 第三部分积 第三部分和 第四部分积 乘积=第四部分和
2）NOP表示控制器处于等待状态，处理器无操作。 3）CLR表示 A←“0” ，CNT ←“0” 。 4）ADD表示 A← A+M 。
5）SHIFT表示 AQ联合右移一次，使CNT+1
(3)分析 处理器应包含：
A M CNT
1）观察乘法器操作表， Q
清“0”（CLR） 2）以累加器A为目标的 并入（A←A+M） 右移 （SR（A））
4
当A=1时,右移由开关B通过DSR端送数。
被乘数寄存器M的电路实现
M1 M(74194) 开关A
DSR
开关B
0
M0 Q3～Q0
cp
CR LED
5V
4
当A=0时,保持。
加法器的实现
乘法器处理器明细表
操 作 表 状态变量表 控制信号 操作 状态变量 定义 NOP 无操作 CLR A←0,CNT←0 S1 START ADD A←A+M A←SR(A) S2 Qr SHIFT Q←SR(Ar,Q) S3 CNT=3 CNT←CNT+1
START
状态变量表 状态变量 定义
ADD
SHIFT
A←A+M
A←SR(A) Q←SR(Ar,Q) CNT←CNT+1 S2 S3 Qr CNT=3
1）以乘数寄存器Q为目标的操作有：移位和保持。 2）为减少集成电路的种类，乘数寄存器Q也选用74194实现。
表 12.4.4 74194功能表
操 作 表 状态变量表
M 并加器
START（S1）
CLR，ADD，SHIFT
3
CNT
CNT=3（S3） Qr（S2）
控 制 器
A0
A
Q
乘法器的初始结构图
二、逻辑设计
1. 数据处理器的设计 (1) 列出数据处理器的明细表 操作明细表 建立明细表 状态变量表
表 12.4.3 乘法器明细表
(2)说明 1）把可能实现的操作归并在一起，作为一个操 作步骤，再用适当的助记符表示控制信号，获 得处理器操作表。
T0 0
00
0 φ φ/000 T0
S1S2S3/CLR ADD SHIFT 1φ φ/100 T1
S1 1 CLR 01
T1
φφ0/001 φ0 φ/000 φ1φ/010 φφ1/001 T2
现 态 输 入 S1 0 1 Ø Ø S2 Ø Ø 0 1 S3 Ø Ø Ø Ø 次 态 Q2 Q1 0 0 1 1 0 1 0 0 ADD SHIFT CLR Q2 Q1 0 0 1 1
优点：运算时间短。
1010×0011运算二次，就结 束了。
前4位空 运算完后4位空 A Q 考虑A和Q联合右移，将A中的低位填 入Q中，这样可以充分利用资源。