数字逻辑设计及应用
姜书艳 数字逻辑设计及应用 1
课堂录像
学生听课时应精神饱满， 适时做笔记，不要趴在桌 子上或斜坐在座位上。
桌面保持适当的整洁。 课堂上应与老师进行必要
的互动。
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程简介
“数字逻辑设计及应用”课程历来是我校的重要专业基 础课程之一，是研究数字系统设计的入门课程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
习题 每次课 2—4题（基本采用教材习题）； 每章结束上交，批改后将进行针对性讲解，并
给出参考解答； 每课一题
每次内容讲解的课上布置，自备一页纸完成， 要求当堂完成上交；
课程设计 综合性考查，组合电路和时序电路各一次，要
5
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有清楚的思维、表达和写作能力 具有以批评的方式系统推理的能力
具有形成概念和解决问题的能力 具有独立思考的能力
具有敢于创新及独立工作的能力 具有与他人合作的能力
6
普林斯顿大学的本科培养目标：
具有判断什么意味着彻底理解某种 东西的能力
具有辨识重要的东西与琐碎的东西、 持久的东西与短暂的东西的能力 熟悉不同的思维方式 具有某领域知识的深度
反馈da转换电子系统所包含的知识点及其相互关系脉冲的产生和整形组合电路时序电路单片机30数字逻辑数字逻辑设计设计数字逻辑数字逻辑设计设计微机原理及接口技术微机原理及接口技术数字系统设计数字系统设计vlsi设计vlsi设计edaeda设计设计31课程的先进性先进性主要体现在元器件和方法1947年晶体管1958年集成电路69年大规模集成电路75年超大规模集成电路20世纪80年代pld迅速发展按10倍6年集成度发展20世纪90年代模拟可编程器件20世纪90年代提出soc的概念palgalepldcpldisppldfpga21世纪初产生psocpsoc单片机sopc32内核可编程数字模块阵列可编程模拟模块阵列系统总线8位微处理器系统时钟源程序和数据存储器乘法累加压检测电路升压泵内部参考电压模拟多路开关大电流输出驱动
数字逻辑应用与设计知识点
数字逻辑应用与设计知识点数字逻辑应用与设计是计算机科学与工程领域的重要基础知识，它涉及到数字电路的设计、逻辑分析与应用等方面。
本文将从以下几个方面对数字逻辑应用与设计的相关知识点进行探讨。
一、数字逻辑基础知识1. 二进制与十进制：介绍二进制与十进制数制的互相转换方法，以及其在计算机中的应用。
2. 逻辑门与布尔代数：介绍逻辑门的种类与功能，并引出与逻辑门相关的布尔代数的基本规则。
3. 组合逻辑电路：讲解组合逻辑电路的设计原理、常用的逻辑门电路，以及组合逻辑电路的应用。
二、数字逻辑应用1. 编码器与解码器：介绍编码器与解码器的基本原理、种类及其应用场景。
2. 多路选择器与复用器：讲解多路选择器与复用器的基本概念、操作方式及其在电路设计中的应用。
3. 加法器与减法器：讲解全加器和全减器的结构和实现方法，并介绍加法器和减法器的级联应用。
4. 移位寄存器与计数器：介绍移位寄存器和计数器的基本原理，以及它们在数字系统中的应用。
三、数字逻辑设计1. Karnaugh图：简要介绍Karnaugh图及其在逻辑函数化简中的应用方法。
2. 时序逻辑与状态机：讲解时序逻辑电路的基本概念，引出状态机的概念和分类，并举例说明其应用。
3. 存储器与寄存器：介绍存储器的基本结构、存储方式，以及常用的寄存器类型。
4. 控制器设计：讲解控制器的设计原理与方法，引入基本的有限状态机的设计流程。
综上所述，数字逻辑应用与设计的知识点包括数字逻辑基础、数字逻辑应用和数字逻辑设计等方面。
它们是计算机科学与工程领域中不可或缺的基础知识，对于深入理解计算机原理和设计具有重要意义。
通过学习与应用这些知识点，我们可以更好地理解数字电路的工作原理，为计算机系统的设计与优化提供有力支持。
数字逻辑设计及应用知识要点及习题解析目录
数字逻辑设计及应用知识要点及习题解析电子科技大学数字逻辑设计及应用课程组编写前言根据教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会2009年12月修订的“数字电子技术基础”和“数字电路与逻辑设计”课程教学基本要求和电子科技大学数字逻辑设计及应用课程教学大纲的要求，参照目前高校普遍使用的主流教材，我们课程组的部分教师参加编写了这本习题集。
通过对知识要点的概念和习题的讲解分析，帮助读者了解和掌握课程的重点、难点，提高分析问题和解决问题的能力。
全书按照通行教材的重点章节安排，每章分为：1.知识要点2.典型例题解析3.习题4.习题解答四个部分，总结每一章的知识要点，对典型例题进行解析，并对书后的习题进行详尽的分析和解答。
在编写过程中，注意了以下几点：1.根据教学基本要求，对教材各章的知识要点进行明确细致的归纳，在归纳中要特别注重各知识点之间的层次和关联，并对它们的应用和实践要求作出明确的提示，以保证教师在教学中和学生在学习中都能做到心中有数和准确把握。
2.根据知识要点的要求，巩固和加深对基本内容、基本概念、基本方法的理解和运用，建立清晰的解题思路，提高解题的能力和技巧，选择相关的基础型、概念型、实用型、逻辑技巧型和综合应用型的题目作为典型例题，进行题意分析，找出解题思路；对某些例题中的常见错误进行谬误分析，对某些技巧性的例题进行解题技巧分析。
3.习题采用“数字逻辑设计及运用”（姜书艳主编）教材中的部分习题并对其补充，同时在“数字设计原理与实践”（John F. Wakerly）、“数字电子技术基础”（阎石主编）等教材中选择实用型、逻辑技巧型和综合应用型的的题目作为补充。
4.习题解答与习题分开列出。
习题解答不仅仅是拘泥于答案的给出，而且要结合数字电路的特点，对于易错、常错、重点与难点的习题，结合学生在作业中常犯的错误、难懂的问题有针对性地给予详略得当的点拨，同时注意解题方法的指导，以达到启发思维，培养能力的目的。
数字逻辑设计及应用论文
数字逻辑设计及应用论文新学期伊始，我们也接触到了一门全新的课程——数字逻辑设计及应用。
据了解，他是计算机专业和电子信息类专业的一门重要硬件基础课，其理论性和实践性很强，尤其强调工程应用。
数字电路又是电子技术计算机硬件电路、通信电路、信息与自动化技术的基础，系统介绍了数字电路逻辑设计的基本知识、基本理论、基本器件和基本方法，详细介绍了各种逻辑电路的分析、设计与实现的全过程。
通过查询有关资料，我了解到数字电路是以二值数字逻辑为基础的，其工作信号是离散的数字信号。
电路中的电子晶体管工作于开关状态，时而导通，时而截止。
数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。
但其发展比模拟电路发展的更快。
从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。
随后发展到中规模逻辑器件;70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。
数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。
逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。
TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。
随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS 器件所取代的趋势。
近年来,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。
在这门课的学习过程中，我认为原理与实践环节两手都要抓，两手都要硬。
原理能帮助在学习这本书的过程中不仅知其然，更是知其所以然，原理主要是所选用电子器件的结构与作用及开关代数基本定理，有了坚实的理论基础，一旦在本课程的尖端方面有了一些更新的，更广阔的应用途径，我们也能运用基本原理与分析方法掌握更新的技术。
另外一方面，由于数字电路的发展依赖于硬件（集成电路的发展），也就是所选用的电子元件，因此，对于这方面结构和应用的了解也尤为关键。
数字逻辑设计及应用-电子科技大学ppt课件
0
34 5
D’2 D’1
F1 F2
20 EN
精选编辑ppt
例2用一个ROM实现二进制码到格雷码的转换
• 确定地址和输出
输入变量 为B3、B2、B1、B0，地址为4位；函数R0、 R1、R2 、R3 ，输出为4个，应选用24× 4的ROM
表1.4 格雷码与二进制码关系对照表 十进制数 二进制码 格雷码 十进制数 二进制码 格雷码
D’1
R0
D’2
R1
D’3 D’4
R2 R3
精选编辑ppt
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
随机存取存储器(RAM)
在使 用RAM时可以 随时从任 一指 定 地址取 出 （读出）数据，也可以 随时将数据存入（写入）任 何指 定 地址的存储单元 中 去。
D3 A 1 A 0 A 1 A 0 D2 D 1 W 3 W 1
D1 D0
A1A0 A1A0
D2 W3W2W0
A1A0 A1A0 A1A0
D3 W 3 W1
A1A0 A1A0
14
精选编辑ppt
NMOS管存储矩阵
VDD
W0 W1 W2 W3
交 叉 点 处 接 有 MOS
管时相当于存1，没
•读/写控制电路：对电路的工作状态 进行控制
片选输入端CS，读/写控制，输出缓冲电路
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擦除操作简单集成度高容量大只读存储器readonlymemoryromdigitallogicdesignapplication数字逻辑设计及应用19例1用一个rom实现如下函数并画出其结点图?将函数写成最小项之和的形式151413121110151413121110abcabcdabcabcd?确定地址和输出输入变量输出为2个应选用22的rom?rom的应用实现组合逻辑函数代码转换字符发生器数学函数表实现时序电路中组合逻辑部分rom也可按ram的级联方式扩展20?画结点图只读存储器readonlymemoryromdigitallogicdesignapplication数字逻辑设计及应用21例2用一个rom实现二进制码到格雷码的转换确定地址和输出输入变量14格雷码与二进制码关系对照表二进制码十进制数最小项二进制码十进制数最小项0000000010001100000100011001110100100011101010111100110010111011111001000110121100101001010111131101101101100101141110100101110100151111100022?画结点图11w12只读存储器readonlymemoryrom23ram用ram时可以随时从任一指定地址取读出数据也可以随时将数据存入写入任何指定地址的存储单元存储的数据便会丢失不利随机存储器dram
数字逻辑设计及应用教学大纲
《数字逻辑设计及应用》课程教学大纲课程编号：53000540 学时：64 学分：4课外上机：16学时先修课程：《高等数学》、《电路分析基础》、《模拟电路基础》教材:《DIGITAL DESIGN ---Principles & Practices》(Third Edition),John F. Wakerly,高等教育出版社，2001年5月《数字设计—原理与实践》（原书第三版） John F. Wakerly 林生等译机械工业出版社 2003年8月一、课程的性质和任务本课程是通讯工程、电子信息工程、测控技术与仪器、自动化、生物医学工程等多个专业方向所共有的一门重要技术基础课。
要求学生通过本课程学习掌握数字逻辑电路的基本原理与特性、数字逻辑电路的基本分析方法、数字逻辑电路设计和综合的基本技能、常用数字电路功能单元的实际应用技巧。
同时要求同学能够理解数字逻辑电路与模拟电路之间的密切关系，了解EDA技术对于数字逻辑电路设计分析的重大意义。
二、教学内容和要求1. 课堂理论教学（62学时）第一章引论（2学时）介绍数字逻辑电路的特点、数字逻辑电路在电子系统设计中的地位、数字逻辑电路与模拟电子电路之间的关系、简单介绍EDA设计工具、VHDL语言对数字逻辑设计作用和影响。
第二章数系与代码（6学时）重点学习掌握：十进制、二进制、八进制和十六进制数的表示方法以及它们之间的相互转换、非十进制数的加减运算；符号数的表达：符号-数值码（Signed-Magnitude System、原码），二进制补码(two's complement，补码)、二进制反码（ones' complement, 反码）表示以及它们之间的相互转换；带符号数的补码的加减运算；BCD码（Binary Codes for Decimal numbers）、格雷码（Gray code、葛莱码）的特点，它们与二进制数之间的转换关系；二进制数的浮点数表达（补充）；学习了解：字符的代码表示，二进制代码在状态，条件等的表示方面的应用；第三章数字电路（4学时）重点学习掌握：作为电子开关运用的二极管、双极型晶体管、MOS场效应管的工作方式；以CMOS倒相器电路的构成及工作状态分析；逻辑电路的静态、动态特性分析，等价的输入、输出模型；学习理解：特殊的输入输出电路结构：CMOS传输门、施密特触发器输入结构、三态输出结构、漏极开路输出结构；学习了解其他类型的逻辑电路：TTL,ECL等；不同类型、不同工作电压的逻辑电路的输入输出逻辑电平规范值以及它们之间的连接配合的问题。
数字逻辑的应用(电路设计问题)
数字逻辑的应用(电路设计问题)数字逻辑是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到将输入的数字信号经过逻辑运算，得到输出的数字信号的过程。
数字逻辑的应用非常广泛，特别是在电路设计中。
本文将讨论几个常见的数字逻辑应用，以解决电路设计问题。
1. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门组成的，根据输入信号的状态，直接输出相应的逻辑结果。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
组合逻辑电路可以用于解决一些简单的电路设计问题，例如逻辑运算、信号转换等。
2. 时序逻辑电路时序逻辑电路是通过触发器和时钟信号来实现的，它可以根据时钟信号的变化来控制输出信号的状态。
时序逻辑电路可以用于解决一些复杂的电路设计问题，例如计数器、状态机等。
3. 编码器和解码器编码器和解码器是数字逻辑电路中常见的组件。
编码器将一组输入信号转换为一个编码输出信号，而解码器则将编码信号转换回原始输入信号。
编码器和解码器可以用于数据压缩、数据转换等应用。
4. 多路选择器多路选择器是一种能够根据控制信号选择不同输入信号的电路。
它可以用于实现数据的复用和切换，提高电路的效率和灵活性。
5. 存储器存储器是数字逻辑电路中的重要组件，用于存储和读取数据。
常见的存储器包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
存储器的应用非常广泛，从计算机内存到闪存等都离不开存储器。
总结起来，数字逻辑的应用在电路设计中起到了至关重要的作用。
通过组合逻辑电路、时序逻辑电路、编码器和解码器、多路选择器以及存储器等组件的应用，可以解决各种电路设计问题。
数字逻辑的发展和应用将在未来继续推动电子技术的进步。
姜书艳数字逻辑设计及应用17
Two Types (逻辑电路分为两大类)： Combinational Logic Circuit
（组合逻辑电路） Sequential Logic Circuit （时序逻辑电路）
3
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
锁存器清0：Qn+1=0 QLn+1=1
QL 1
即使S,R无效（=0） 锁存器仍能锁定0态
a. 原态：Qn=0，QLn=1
1
新态：Qn+1=0，QLn+1=1 R
b. 原态：Qn=1，QLn=0
10
新态：Qn+1=0，QLn+1=1
Q
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Q_L
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Metastable Behavior (亚稳态特性)
Apply a definite Pulse Width from a Stable
state to the Other.
(从一个“稳态”转换到另一个“稳态” 需加一定宽度的脉冲（足够的驱动）)
—— The Basic Building Blocks of most Sequential Circuits.
(大多数时序电路的基本构件)
Flip-Flops（ F/F,触发器）
只在时钟信号的有效边沿改变其输出状态
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
数字逻辑设计及应用课程教学大纲
《数字逻辑设计及应用》课程教学大纲课程编号：53000540适用专业：电子信息、电气工程、自动控制及其他应用数字技术的相关专业学时数：64 学分数：4 开课学期：第4学期先修课程：《大学物理》、《软件技术基础》、《电路分析基础》、《模拟电路基础》执笔者：姜书艳编写日期：2011.9 审核人（教学副院长）：一、课程性质和目标授课对象：全日制大学本科二年级课程类别：学科基础课教学目标（本课程对实现培养目标的作用；学生通过学习该课程后，在思想、知识、能力和素质等方面应达到的目标）：“数字逻辑设计及应用”课程是信息技术类专业所共有的一门重要学科基础课程，同时也是一门重要工程技术课程，是研究数字系统硬件设计的入门课程。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和基本的系统设计思想；培养同学综合运用知识分析解决问题的能力和在工程性设计方面的基本素养。
通过实验和课外上机实验的方式，使同学深入了解和掌握数字逻辑电路的分析设计方法和电路的运用过程。
通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基本理论、基本分析和设计方法，为学习后续课程准备必要的数字电路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和逻辑思维能力、分析设计能力、归纳总结能力等方面起重要作用。
二、课程内容安排和要求（一）教学内容、要求及教学方法1. 课堂理论教学（64学时）第一章引论（2学时）了解：数字电路的发展及其在信息技术领域中的地位；数字信号与模拟信号之间的关系及数字信号的特点；数字系统输入输出特性及其逻辑特点，数字逻辑电路的主要内容。
第二章信息的数字表达（4学时）掌握：十进制、二进制、八进制和十六进制数的表示方法以及它们之间的相互转换、二进制数的运算；符号数的表达：符号-数值码（Signed-Magnitude System、原码），二进制补码(two's complement，补码)、二进制反码（ones' complement, 反码）表示以及它们之间的相互转换；符号数的运算；溢出的概念。
数字逻辑设计与应用课程设计
数字逻辑设计与应用课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字逻辑电路的基本概念，掌握常见的逻辑门及其功能；2. 学会使用数字逻辑设计软件进行基本电路设计和仿真；3. 掌握数字电路的时序分析，理解触发器、计数器等时序电路的工作原理；4. 了解数字系统的设计方法，能运用所学知识解决实际问题。
技能目标：1. 能够正确使用数字逻辑设计软件进行电路设计和仿真；2. 能够根据实际需求，设计简单的数字逻辑电路；3. 能够分析数字电路的性能，进行优化和改进；4. 能够撰写规范的数字电路设计报告。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字逻辑电路的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作精神，学会与他人共同解决问题；3. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性；4. 引导学生关注数字逻辑技术在现实生活中的应用，认识到科技对生活的影响。
本课程针对高中年级学生，结合数字逻辑设计与应用课程性质，强调理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和创新思维。
通过本课程的学习，使学生能够掌握数字逻辑电路的基本知识和技能，为后续学习电子技术、计算机科学等领域打下坚实基础。
同时，课程旨在培养学生良好的学习态度和价值观，为我国电子信息产业的发展输送高素质的人才。
二、教学内容1. 数字逻辑基础：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数及其基本定理；2. 数字逻辑电路设计：组合逻辑电路、时序逻辑电路设计；3. 常见数字逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、计数器、触发器等；4. 数字逻辑电路仿真：使用软件进行电路设计与仿真；5. 数字系统设计方法：自顶向下设计、模块化设计；6. 数字电路应用案例分析：简单数字系统设计实例。
教学内容按照以下进度安排：第一周：数字逻辑基础，包括逻辑门、逻辑函数等；第二周：组合逻辑电路设计；第三周：时序逻辑电路设计，引入触发器、计数器等内容；第四周：数字逻辑电路仿真，学习使用相关软件；第五周：数字系统设计方法，分析实际应用案例；第六周：总结复习，进行课程设计与实践。
数字逻辑电路设计及应用(10进制转2进制)
数字逻辑电路设计及应用C程序设计报告（1）[问题]：设计一个C程序实现任意十进制数到二进制数的转换，二进制精度为11位。
[思路]：1.十进制数转二进制数对整数和小数的处理时不一样的。
所以设计程序时，也应该对读入的整数和小数的数据分开处理。
（分开的办法可以先直接对浮点数强制类型转换，即可得到整数部分，再用浮点数减整数部分，即可得到小数部分）。
2.对于整数部分，采用的是“除2法”（不知道是不是这个名字……）。
即，每次将该数除以2，得到的余数作为该位的二进制数，商作为下一次的除数，依此类推，直到商为1或0为止。
3.对于小数部分，采用的是“乘2法”（依然不知道是不是这个名字）。
即，每次将小数部分乘2，得到的整数部分即为该位的二进制数，小数部分为下一次的乘数。
依此类推，这样做下去是一个无限不循环的小数，所以一般会要求二进制数中小数的精度，本题目要求的是11位。
4.在实际程序设计过程中，我发现了这样一个问题，当小数部分二进制码采用浮点型数据时，单独输出准确无误，但与整形的整数部分二进制码结合在一起后，最后3位总是不准确的，怀疑是在相加的过程中产生了“大数吃小数”的问题。
按照一般思维，此时应提高精度，采用long double型变量，但是我采用的编译器是采用Windows C的运行库（MS C编译器）的MinGW，其对printf函数不支持long double型。
无奈之下，我只能把小数部分存为一个11位长的数组，再对其输出。
[流程]：[程序]：/********************************************************************/* this is a program to transform decimal nubers to binary nubers./* Huang Bohao/* 2013.3.1/*2013.3.8:/*将小数部分用数组形式存储，避免了整数部分与小数部分相加而出现的/*大数吃小数的情况********************************************************************/#include <stdio.h>int Integer2Binary(int integer);//将十进制整数转换为二进制数的函数void Fraction2Binary(double fraction, int BinaryFraction[11]); //将十进制小数转化为二进制数的函数void main(){int i,integer,BinaryInt,BinaryFraction[11];//待转化数据的整数部分以及转化完成的二进制数float x,fraction;//待转化数据和带转化数据的小数部分printf("please input the decimal number you want to transform\n");scanf("%f",&x);integer = (int)x;fraction = x - integer;BinaryInt = Integer2Binary(integer);Fraction2Binary(fraction,BinaryFraction);printf("the binary number of integer part is %d\n",BinaryInt);printf("the binary number of fraction part is ");for(i = 0; i < 11; i++)printf("%d",BinaryFraction[i]);printf("\n");printf("the binary number is %d.",BinaryInt);for(i = 0; i < 11; i++)printf("%d",BinaryFraction[i]);printf("\n");}/******************************************************************** /* function name: Integer2Binary/* input parameter: int integer (integer waiting to be transformed)/* output parameter: int output (transformed integer)********************************************************************/ int Integer2Binary(int integer){int B,Y,output,flag;//B被除数，Y为余数，output为输出数据,flag为位置标记位B = integer;flag = 1;output = 0;while(1){Y = B%2;//求得余数B = B/2;//求得下一次的被除数output += Y*flag;flag *= 10;if(B == 0)break;}return(output);}/********************************************************************/* function name: Fraction2Binary/* input parameter: double fraction (fraction waiting to be transformed), int BinaryFraction[11]/* output parameter: float output (transformed integer)********************************************************************/void Fraction2Binary(double fraction, int BinaryFraction[11]){int i,C;//C为乘数double output = 0;double flag = 0.1;for(i = 0; i < 11; i++){C = (fraction*2) / 1;//求得乘数fraction = (fraction*2) - (int)(fraction*2); //下一次计算的乘数BinaryFraction[i] = C;}}[运行结果]：输入十进制数13.76输入十进制数123.456。
姜书艳 数字逻辑设计及应用 4-65页精选文档
Gray code（格雷码）
任意相邻码字间只有一位数位变化
最高位的0和1只改变一次
最大数回到0也只有一位码元不同
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
2.11 Gray code（格雷码）
How to represent a 1-bit Decimal number with a 4-bit Binary code (如何用 4位二进制码 表示 1位十进制码)？ —— Binary Coded Decimal (BCD码）
(0.301)10=(
)8421BCD
4
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Overflow（溢出） 如果加法运算产生的和超出了数制表示的范围，则结果
发生了溢出（Overflow）。
如何判断溢出？
MSB C in 与 C out 不同
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Review of Chapter 2 (第二章内容回顾)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Review of Chapter 2 (第二章内容回顾)
• Representation of Negative Numbers (负数的表示) Signed-Magnitude [ 符号－数值（原码）] Complement Number Systems (补码数制) Radix – Complement (基数补码) Diminished Radix – Complement [ 基数减1补码（基数反码）]
数字逻辑设计及应用课程设计报告自动打铃器
数字逻辑设计及应用课程设计报告自动打铃器数字逻辑设计及应用课程设计报告姓名：学号：选课号：设计题号：一．设计题目自动打铃器二．设计要求1．有数字钟功能；2．可设置六个时间，定时打铃；3．响铃5秒钟。
三．设计过程1．总体方案数字钟系统可以分为以下几大模块：时钟信号发生模块，基本计时模块，动态显示模块，控制电路模块，报时电路模块。
首先需要将系统时钟进行分频得到1HZ 时钟信号进行计时。
计时电路采用了74LS160 二进制BCD 码计数器构成了模24 和模60 的计数器，进行时分秒的计时。
为了避免产生逻辑冒险，计数器尽量采用了同步计数器。
译码显示电路采用的是动态显示的方案，动态显示使用数据选择器的分时复用功能，将任意多位数码管的显示驱动，由一个七段显示译码器来完成。
闹钟的主要部分是4个7485构成的16位数据比较器。
闹钟设定时间和时钟时间做比较，然后给蜂鸣器信号闹钟。
2 . 各子模块设计原理2.1 时钟信号发生模块为了便于实现秒表的计时功能和报时功能，时钟信号发生模块共输出1HZ 100HZ 512HZ 1KHZ 的时钟信号，输入只有一个，就是系统时钟48MHZ。
48MHZ 分频的具体实现为，将48 进制计数器和1K 进制计数器级联。
通过计数器的最高位产生1HZ 信号，由于48 不是2 的整数次幂，所以分频得到的信号。
占空比不为50％。
各个模块的进位信号为各个模块的最高位。
下面为48分频电路：下面为1000分频电路：2.2 秒计数电路用两片74160模10计数器设计一个模60计数器，当计数值为59时，下一个时钟信号给计数器置数0。
（1）秒计数的CLK时钟端用分频后的1hz输入。
（2）秒十位的sec[6]取非后输出用于分计数的进位脉冲。
（3）Clear输入用于清零端信号输入。
（4）输出sec[7..0]作为秒计数器的值。
仿真波形如下：2.3分计数电路用两片74160模10计数器设计一个模60分计数器，当计数值为59时，因为要考虑到秒计时电路，所以还要输入一个当秒为59的信号，这样下一个时钟信号才能给计数器置数0。
姜书艳数字逻辑设计及应用课件
计数器与时序逻辑电路设计
学习计数器和时序逻辑电路的设计方法，以实现复杂的计时和控制功能。
状态机与状态机设计
探索状态机的概念和应用，学习如何设计和实现状态机来解决实际问题。
FPGA与Verilog HDL
介绍FPGA（现场可编程门阵列）和Verilog HDL（硬件描述语言），学习如何使用它们进行数字系统设计 和实现。
了解数字系统的基本概念，并学习如何使用二进制数进行数据表示和处理。
基本逻辑运算及门电路
学习基本逻辑运算（与、或、非）以及们在门电路中的实现方法。逻辑函数与化简
掌握逻辑函数的原理和方法，学习如何使用化简技术简化逻辑表达式。
组合逻辑电路设计
学习如何设计和实现复杂的组合逻辑电路，以解决实际问题。
存储器与存储器设计
数字信号处理及应用
了解数字信号处理的基本原理和常见应用，探索数字信号处理在各个领域中 的重要性。
数字系统设计案例分析
通过实际案例分析，了解数字系统设计在不同应用领域中的应用。
作业与课程总结
完成课程作业，巩固所学知识，并进行课程总结和回顾。
数字逻辑设计实验介绍
介绍本课程的实验内容和目标，帮助您更好地理解和应用所学的数字逻辑设计知识。
实验5：FPGA设计与Verilog HDL实验
使用FPGA和Verilog HDL来设计和实现数字系统，体验数字逻辑设计的实际应 用。
实验6：数字信号处理实验
进行数字信号处理实验，探索数字信号处理的基本原理和应用。
实验7：综合实验及思考题
进行综合实验和思考题，综合运用所学的知识解决实际问题。
姜书艳数字逻辑设计及应 用课件
数字逻辑设计及应用
EI
B10_L B4_L B3_L I7 I1 I0
A2 A1 A0 GS EO
E2_L E1_L E0_L
11010110100 00100101111 00000000010 B ＝ M× 2 ＋ T
通常 M3=1 只有B10_L～B3_L都无效 M3=0 （由GS端获得）
制作：金燕华
DIN[6:0,15] DIN[13:6]
74x151 74x151
DOUT15
DIN[5:0,15,14]
74x151
74x151
DOUT14
DIN[0,15:9]
DIN[8:1] DIN[15:8] DIN[7:0]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
74x151 74x151
DOUT1
74x151
74x151 S[2:0]
DOUT0
74x157
G S A4~A0 Y4~Y0 B4~B0 基本原理：
DIN[3:0] DIN[2:0,3]
利用多路复用器，
通过控制数据输 入端的连接使输 出产生移位。
当S=0时，Y=A，不移位
当S=1时，Y=B，相当于右移一位
改变A端输入数据的连接顺序 可以使输出：左/右移动一或多位
7 制作：金燕华
通 过 S0 控 制 16 位 多 路 复 用 器 移 位
DI[6:3]
YO[7:4]
DI[3:0]
DI[2:0,15]
YO[3:0]
DI[15:0]
S0
YO[15:0]
制作：金燕华
DI[15:0]
DO[15:0]
74x157 74x157 74x157 74x157 S[3:0] S0 Si=1： 移动1位 Si=0： 不移动
数字逻辑应用与设计教学设计 (2)
数字逻辑应用与设计教学设计背景介绍数字逻辑应用与设计是计算机科学与技术专业的一门必修课程，是一门基础性极强的科目。
数字逻辑技术是计算机科学与技术发展的基础，也是硬件设计、嵌入式技术、图像处理等领域发展的重要基石。
因此，掌握数字逻辑的基本知识，对于计算机专业学生而言是十分必要的。
教学目的本门课程旨在培养学生的数字逻辑基础理论知识和实践能力，让学生掌握数字逻辑系统的基本设计方法和技术，培养学生的数字电路设计能力和分析能力。
通过本课程，让学生能够掌握以下能力：1.掌握数字逻辑的基础理论知识，了解数字逻辑的基本概念、原理和方法。
2.能够熟练运用数字逻辑技术，设计数字电路，理解数字电路的逻辑功能，能够对组合逻辑和时序逻辑进行分析和设计。
3.能够使用相应的CAD工具对数字电路进行仿真和测试，掌握到语言编写、仿真验证等实践操作。
教学内容本门课程分为介绍与基础理论、组合逻辑基础、时序逻辑基础、存储器与I/O接口、数字系统设计等部分。
具体内容如下：1. 基础概念与理论•数制与编码•数字逻辑基本概念•布尔代数•组合逻辑基本概念•时序逻辑基本概念•电路最小化方法2. 组合逻辑基础•组合逻辑电路的概念•组合逻辑电路的基本逻辑门•组合逻辑电路的最小化•组合逻辑电路设计的实践3. 时序逻辑基础•时序逻辑电路的概念•时序逻辑电路的建模•时序逻辑电路的寄存器与计数器•时序逻辑电路设计的实践4. 存储器与I/O接口•存储器的概念与类型•RAM设计与实现•ROM设计与实现•I/O接口电路设计5. 数字系统设计•数字系统设计的基本方法•系统建模与分析•系统实现与测试教学方法本门课程以“理论+实践”的教学方式为主。
在讲授理论基础部分时采用课堂讲授、课堂演示等多种方式，让学生了解关键知识点和概念。
在学习实践部分时，采用组织学生实验、课程设计等形式，让学生能够熟练掌握数字电路的设计方法与实现流程，提高实践能力。
评价方式本课程采取学分制，课程成绩由平时成绩、作业和实验成绩、期末考试成绩等三个方面综合考核。
数字逻辑设计及应用 (7)
Q TQ
T 触发器 模2计数器来自m分频器 m Frequency Divider
I. 行波计数器（Ripple Counters）
Q0
Q1
Q2
Q CLK T Q
Q TQ
Q TQ
Q3 Q TQ
时序图: CLK
Q0 Q1 Q2
Q3
异步计数器（Asynchronous Counter）
1
1
0 1
00
1
tpLH
8.3 计数器(Counters) 1、 计数器的工作原理
计数器的定义：
有限状态机中，如果有m个状态 循环，我们就可以将这m个状态循环 的结构称为模m的计数器，或者称为 除m的计数器，或称为m分频器。
S1 Sm
S2
S3
模m计数器 Modulo-m Counter
S4 S5
除m计数器 Divide-by-m Counter
1000 丢失了!
00 0 tpHL 0 1
II. 同步计数器 （Synchronous Counters）
串行使能
TEN3=TEN2=TEN1
TEN3>TEN2>TEN1 并行使能
速度最快！
CLK
Q0
0 10
Q1
1
10
Q2
1
10
Q3
00
串行使能: EN3=EN2=EN1=0
EN1
EN2
EN3
Q3
0 00
串行使能: 如果 CLK 非常快
计数高位可能不会变化
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
这一讲就到这里，谢谢！
姜书艳 数字逻辑设计及应用(22)
AB’ = A⊙B
19
AB = A⊙B’
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
4.2 Combinational-Circuit Analysis
(组合电路分析)
分析的目的：确定给定电路的逻辑功能
A
A’
(A’·B’)’
B’
B
F
Why Minterm Sum (为什么是最小项之和)？
ABC F
000 0
真 001 0
010 0
值 011 1 =
100 0
表 101 0
110 1
111 1
F1
F2
F3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1 + 0+ 0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
9
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
(基本公理、定理)
Duality and Complement (对偶、反演)
Logic Function and their Expression (逻辑函数及其表示方法)
Truth Table versus Logic Expression (真值表 逻辑函数)
8
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Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
具体要求：
1）阐述设计思路；
2）列出真值表；
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数字逻辑设计及应用
数字逻辑设计是指应用数字电路和逻辑代数等基础理论，设计和实现数字电子系统的过程。
数字电子系统广泛应用于计算机、通信、控制等领域，如微处理器、数字信号处理器、通信芯片、嵌入式系统、自动化控制等。
数字逻辑设计的主要内容包括以下几个方面：
数字电路基础知识：包括数字信号的表示和传输、数字逻辑门电路的设计和应用、触发器、计数器、寄存器、时序电路等基本概念和应用。
组合逻辑电路的设计：根据给定的逻辑功能要求，设计和实现基于逻辑门的组合逻辑电路，如加法器、减法器、比较器、译码器、编码器等。
时序逻辑电路的设计：根据时序要求，设计和实现基于触发器和计数器的时序逻辑电路，如时序器、状态机等。
数字系统的设计：将组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器等模块组合起来，设计和实现具有特定功能的数字系统。
FPGA和ASIC设计：利用FPGA或ASIC实现数字电子系统，掌握HDL 语言（如Verilog、VHDL）的编程和仿真技术，实现数字电路的快速原型设计和硬件实现。
数字逻辑设计在现代电子技术中有着重要的地位，对于掌握电子工程技术、嵌入式系统开发等相关领域具有重要的指导作用。