基本数字逻辑单元的设计

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数字逻辑设计Digital Logic Design.pdf

数字逻辑设计Digital Logic Design.pdf
时间、地点、人物 重要事件 计算的历史伴随着计算机的发展和器件的发展
数字逻辑设计——绪论
13
数字的出现
数字的出现
数字在各个古代文明中都独立的存在 数字都采用十进制数 阿拉伯数字
Digit的词义
人的手指或脚趾 指宽 阿拉伯数字符号从0到9中的任意一个 用于计算系统中的符号
数字逻辑设计——绪论
14
早期的计算用具
数字逻辑设计——绪论
11
构造计算机的装置
电子装置
处理器 存储器
机械装置
用于磁盘读写的寻道手臂
光学装置
CDROM
数字逻辑设计——绪论
12
计算的历史
计算机历史只有50年多年?
不对! 数字电子计算机的历史只有50多年! 计算机革命发生在过去的50多年中而且还正在进行
计算和计算机的历史源远流长…… 把握历史
数字逻辑设计——绪论
17
二进制的早期应用
1844 Samuel Morse 电报
编码和解码
航海信号灯
信号灯的开和关表示信息
1876 Alexander Bell 电话
AT&T公司 电话开关网络的发展 继电器(relay)的应用
数字逻辑设计——绪论
18
继电器(机电计算机)
Konrad Zuse’s Z-1 (1935) 1937,Howard Aiken Model-K 1937,George Slibitz of Bell Laboratory
数字逻辑设计——绪论
27
Moore 定律
Dr. Gordon E. Moore is Chairman Emeritus of Intel Corporation. He co-founded Intel in 1968, serving initially as Executive Vice President. He became President and Chief Executive Officer in 1975 and held that post until being elected Chairman and Chief Executive Officer in 1979. He remained CEO until 1987 and served as Chairman until being named Chairman Emeritus in 1997.

《数字逻辑教案》

《数字逻辑教案》

《数字逻辑教案》word版第一章:数字逻辑基础1.1 数字逻辑概述介绍数字逻辑的基本概念和特点解释数字逻辑在计算机科学中的应用1.2 逻辑门介绍逻辑门的定义和功能详细介绍与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门1.3 逻辑函数解释逻辑函数的概念和作用介绍逻辑函数的表示方法,如真值表和逻辑表达式第二章:数字逻辑电路2.1 逻辑电路概述介绍逻辑电路的基本概念和组成解释逻辑电路的功能和工作原理2.2 逻辑电路的组合介绍逻辑电路的组合方式和连接方法解释组合逻辑电路的输出特点2.3 逻辑电路的时序介绍逻辑电路的时序概念和重要性详细介绍触发器、计数器等时序逻辑电路第三章:数字逻辑设计3.1 数字逻辑设计概述介绍数字逻辑设计的目标和方法解释数字逻辑设计的重要性和应用3.2 组合逻辑设计介绍组合逻辑设计的基本方法和步骤举例说明组合逻辑电路的设计实例3.3 时序逻辑设计介绍时序逻辑设计的基本方法和步骤举例说明时序逻辑电路的设计实例第四章:数字逻辑仿真4.1 数字逻辑仿真概述介绍数字逻辑仿真的概念和作用解释数字逻辑仿真的方法和工具4.2 组合逻辑仿真介绍组合逻辑仿真的方法和步骤使用仿真工具进行组合逻辑电路的仿真实验4.3 时序逻辑仿真介绍时序逻辑仿真的方法和步骤使用仿真工具进行时序逻辑电路的仿真实验第五章:数字逻辑应用5.1 数字逻辑应用概述介绍数字逻辑应用的领域和实例解释数字逻辑在计算机硬件、通信系统等领域的应用5.2 数字逻辑在计算机硬件中的应用介绍数字逻辑在中央处理器、存储器等计算机硬件部件中的应用解释数字逻辑在计算机指令执行、数据处理等方面的作用5.3 数字逻辑在通信系统中的应用介绍数字逻辑在通信系统中的应用实例,如编码器、解码器、调制器等解释数字逻辑在信号处理、数据传输等方面的作用第六章:数字逻辑与计算机基础6.1 计算机基础概述介绍计算机的基本组成和原理解释计算机硬件和软件的关系6.2 计算机的数字逻辑核心讲解CPU内部的数字逻辑结构详细介绍寄存器、运算器、控制单元等关键部件6.3 计算机的指令系统解释指令系统的作用和组成介绍机器指令和汇编指令的概念第七章:数字逻辑与数字电路设计7.1 数字电路设计基础介绍数字电路设计的基本流程解释数字电路设计中的关键概念,如时钟频率、功耗等7.2 数字电路设计实例分析简单的数字电路设计案例讲解设计过程中的逻辑判断和优化7.3 数字电路设计工具与软件介绍常见的数字电路设计工具和软件解释这些工具和软件在设计过程中的作用第八章:数字逻辑与数字系统测试8.1 数字系统测试概述讲解数字系统测试的目的和方法解释测试在保证数字系统可靠性中的重要性8.2 数字逻辑测试技术介绍逻辑测试的基本方法和策略讲解测试向量和测试结果分析的过程8.3 故障诊断与容错设计解释数字系统中的故障类型和影响介绍故障诊断方法和容错设计策略第九章:数字逻辑在现代技术中的应用9.1 数字逻辑与现代通信技术讲解数字逻辑在现代通信技术中的应用介绍数字调制、信息编码等通信技术9.2 数字逻辑在物联网技术中的应用解释数字逻辑在物联网中的关键作用分析物联网设备中的数字逻辑结构和功能9.3 数字逻辑在领域的应用讲述数字逻辑在领域的应用实例介绍逻辑推理、神经网络等技术中的数字逻辑基础第十章:数字逻辑的未来发展10.1 数字逻辑技术的发展趋势分析数字逻辑技术的未来发展方向讲解新型数字逻辑器件和系统的特点10.2 量子逻辑与量子计算介绍量子逻辑与传统数字逻辑的区别讲解量子计算中的逻辑结构和运算规则10.3 数字逻辑教育的挑战与机遇分析数字逻辑教育面临的挑战讲述数字逻辑教育对培养计算机科学人才的重要性重点和难点解析重点环节一:逻辑门的概念和功能逻辑门是数字逻辑电路的基本构建块,包括与门、或门、非门、异或门等。

fpga逻辑设计方案报告

fpga逻辑设计方案报告

fpga逻辑设计方案报告FPGA逻辑设计方案报告一、引言FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是一种可编程数字逻辑器件,具有灵活性和可重构性。

FPGA的设计涉及到逻辑电路设计、时序设计和综合优化等方面。

本报告旨在介绍FPGA逻辑设计方案的基本原理和方法。

二、FPGA逻辑设计基础1. FPGA架构:FPGA由可编程逻辑单元(CLB)、输入输出模块(IOB)和可编程互连资源(Interconnect)构成。

CLB是FPGA 中最基本的逻辑单元,包含查找表(LUT)、寄存器和多路选择器等。

IOB用于与外部设备进行数据交换。

Interconnect用于连接CLB和IOB,实现不同逻辑单元之间的互连。

2. FPGA编程语言:常见的FPGA编程语言包括VHDL和Verilog。

这些语言提供了描述数字逻辑电路的方式,可以通过编写代码来实现逻辑功能。

三、FPGA逻辑设计流程1. 需求分析:明确设计的功能和性能要求,确定逻辑电路的输入输出接口。

2. 模块划分:将整个设计任务划分为多个模块,每个模块负责实现一个特定的功能。

3. 逻辑设计:使用FPGA编程语言编写每个模块的逻辑电路描述。

在描述中使用逻辑门、寄存器、多路选择器等基本元件,通过组合和时序逻辑的方式实现所需功能。

4. 综合优化:对逻辑电路进行综合,将高级语言描述转化为逻辑门级的电路描述。

综合优化包括逻辑优化、时序优化和面积优化等。

5. 时序设计:对逻辑电路进行时序约束的设置,确保信号的传输满足时序要求。

时序设计包括时钟频率、时钟分频、时钟延迟等方面的考虑。

6. 布局布线:将逻辑电路映射到FPGA的物理资源上。

布局布线包括逻辑单元的位置分配和信号线的路径规划。

7. 静态时序分析:对布局布线后的电路进行时序分析,检查是否满足时序要求。

8. 配置生成:将逻辑电路的配置位流生成,用于配置FPGA芯片。

9. 下载与验证:将配置位流下载到FPGA芯片中,通过验证测试确保设计满足功能和性能要求。

alu电路的设计课程设计

alu电路的设计课程设计

alu电路的设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握ALU(算术逻辑单元)电路的设计原理和基本方法,能够运用数字逻辑设计简单的ALU电路。

1.了解ALU的基本功能和分类。

2.掌握ALU电路的基本组成和设计方法。

3.熟悉常见的数字逻辑门电路及其功能。

4.能够使用硬件描述语言进行简单的ALU电路设计。

5.能够进行ALU电路的仿真和测试。

6.能够分析ALU电路的性能和优化设计。

情感态度价值观目标:1.培养学生的创新意识和团队合作精神。

2.增强学生对计算机组成原理和数字逻辑设计的兴趣。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括ALU电路的设计原理、基本方法和实践操作。

1.ALU电路的基本概念和分类。

2.ALU电路的组成和设计方法。

3.常见的数字逻辑门电路及其功能。

4.ALU电路的仿真和测试方法。

5.ALU电路的性能分析和优化设计。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性,本课程将采用多种教学方法相结合的方式。

1.讲授法:通过讲解ALU电路的基本概念、设计原理和实例,使学生掌握相关知识。

2.讨论法:学生进行小组讨论,探讨ALU电路设计的方法和技巧。

3.案例分析法:分析典型的ALU电路设计案例,使学生更好地理解和应用所学知识。

4.实验法:安排学生进行ALU电路的设计和仿真实验,提高学生的实践能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,本课程将采用以下教学资源:1.教材:《计算机组成原理》等相关教材。

2.参考书:提供相关的学术论文和专著,供学生深入研究。

3.多媒体资料:制作课件、视频等多媒体资料,帮助学生更好地理解课程内容。

4.实验设备:提供计算机和相关软件,供学生进行ALU电路的设计和仿真实验。

五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业和考试三个方面,以保证评估的客观性和公正性,全面反映学生的学习成果。

1.平时表现:通过课堂参与、提问和小组讨论等方式评估学生的学习态度和理解能力。

2.作业:布置相关的设计题目,评估学生的实践能力和对知识的运用。

数字逻辑电路实验报告

数字逻辑电路实验报告

数字逻辑电路实验报告数字逻辑电路实验报告引言:数字逻辑电路是现代电子科技中的重要组成部分,它广泛应用于计算机、通信、控制系统等领域。

本实验旨在通过实际操作,加深对数字逻辑电路原理的理解,并通过实验结果验证其正确性和可靠性。

实验一:基本逻辑门的实验在本实验中,我们首先学习了数字逻辑电路的基本组成部分——逻辑门。

逻辑门是数字电路的基本构建单元,它能够根据输入信号的逻辑关系,产生相应的输出信号。

我们通过实验验证了与门、或门、非门、异或门的工作原理和真值表。

以与门为例,当且仅当所有输入信号都为高电平时,与门的输出信号才为高电平。

实验中,我们通过连接开关和LED灯,观察了与门的输出变化。

实验结果与预期相符,验证了与门的正确性。

实验二:多位加法器的设计与实验在本实验中,我们学习了多位加法器的设计和实现。

多位加法器是一种能够对多位二进制数进行加法运算的数字逻辑电路。

我们通过实验设计了一个4位全加器,它能够对两个4位二进制数进行相加,并给出正确的进位和和结果。

实验中,我们使用逻辑门和触发器等元件,按照电路图进行布线和连接。

通过输入不同的二进制数,观察了加法器的输出结果。

实验结果表明,多位加法器能够正确地进行二进制数相加,验证了其可靠性。

实验三:时序电路的实验在本实验中,我们学习了时序电路的设计和实验。

时序电路是一种能够根据输入信号的时间顺序产生相应输出信号的数字逻辑电路。

我们通过实验设计了一个简单的时序电路,它能够产生一个周期性的脉冲信号。

实验中,我们使用计数器和触发器等元件,按照电路图进行布线和连接。

通过改变计数器的计数值,观察了脉冲信号的频率和周期。

实验结果表明,时序电路能够按照设计要求产生周期性的脉冲信号,验证了其正确性。

实验四:存储器的设计与实验在本实验中,我们学习了存储器的设计和实现。

存储器是一种能够存储和读取数据的数字逻辑电路,它在计算机系统中起到重要的作用。

我们通过实验设计了一个简单的存储器,它能够存储和读取一个4位二进制数。

关于fpga四输入、六输入基本逻辑单元

关于fpga四输入、六输入基本逻辑单元

FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种集成电路芯片,它的主要特点是可以根据需要进行编程,实现不同类型的数字逻辑电路。

在FPGA中,基本逻辑单元是实现数字逻辑功能的最基本单元,在本文中,我们将重点讨论FPGA中的四输入和六输入基本逻辑单元。

1. 四输入基本逻辑单元四输入基本逻辑单元是FPGA中常见的基本单元之一,它可以实现包括与门、或门、异或门等常见的逻辑功能。

在FPGA中,四输入基本逻辑单元通常由LUT(Look-Up Table)实现,LUT是FPGA中用来存储逻辑函数的重要组成部分。

四输入基本逻辑单元的实现通常需要使用两个LUT,其中一个LUT用于实现逻辑功能,另一个LUT用于存储逻辑函数的输出。

2. 六输入基本逻辑单元六输入基本逻辑单元是FPGA中较为复杂的基本单元之一,它可以实现更复杂的逻辑功能,例如多输入的多种逻辑门和特定的逻辑函数。

与四输入基本逻辑单元类似,六输入基本逻辑单元也是由LUT实现的,通常需要使用更多的LUT来存储和实现逻辑函数。

由于六输入基本逻辑单元的复杂性,它在FPGA中的应用相对较少,但在某些需要实现复杂逻辑功能的场景下仍然起着重要作用。

3. 基本逻辑单元的应用基本逻辑单元是FPGA中实现数字逻辑功能的基础,它们可以通过不同的连接和编程方式实现各种复杂的逻辑功能。

在实际应用中,工程师们可以通过合理地设计和编程基本逻辑单元,实现各种数字电路的功能,如算术运算、状态机、数据处理等。

基本逻辑单元的灵活性和可编程性使得FPGA在数字系统设计和数字信号处理领域具有广泛的应用前景。

4. 基本逻辑单元的优化针对FPGA中的基本逻辑单元,工程师们一直在进行各种优化和改进,旨在提高逻辑单元的性能、降低功耗和减小面积。

一种常见的优化方式是通过更高级别的综合和布局工具来改进逻辑单元的性能。

另外,还有一些专门针对逻辑单元的优化技术,例如逻辑混合、时序优化等。

数字逻辑与部件设计-硬件描述语言+HDL

数字逻辑与部件设计-硬件描述语言+HDL

• 综合 Synthesis
– High Level Synthesis
– RTL Synthesis
– Logic Synthesis
• 布图 Layout
网表netlist
– 布局 (Placement)
– 布线 (Routing)
• 版图参数提取和验证
如导线电阻,导线间寄生电容
• 测试和诊断
4
begin
A1 = 1'b0; B1 = 1'b0; C1 = 1'b0; //1位二进制0
#100 A1 = 1'b1; B1 = 1'b1; C1 = 1'b1;
end
initial #200 $finish; //200ns结束
endmodule
不知其值是多少
16
Vivado2015中模拟结果
|

||
逻辑或
===
全等
^
异或
!==
不全等
^~
同或
AND优先级比OR高
• 缩位运算符:对单个操作数进行运算,最后返回一位数。
运算过程:首先将操作数的第一位和第二位进行与、或、非运算;
然后再将运算结果和第三位进行与、或、非运算;以此类推直至
最后一位。例子见下页...
• 拼接运算符:{s1, s2, …, sn}
2
g6
endmodule
g5
3
13
练习2. 画出下面的电路图
module Circuit_2 (A, B, C, D, F);
input A, B, C, D;
output F;
wire w, x, y, z, a, d;

数字逻辑门电路的最小化与优化方法

数字逻辑门电路的最小化与优化方法

数字逻辑门电路的最小化与优化方法数字逻辑门电路是现代电子领域中的重要组成部分,其通过逻辑门的组合和连接实现不同的功能。

在设计数字逻辑门电路时,最小化和优化方法起着关键作用,可以降低电路的复杂性、节省成本,并提高电路的性能和可靠性。

一、最小化方法在数字逻辑门电路的设计中,最小化方法是指通过对逻辑函数进行简化,将其转化为最简形式的过程。

常见的最小化方法有卡诺图法、奎因-麦克拉斯基方法和奇偶校验法。

1. 卡诺图法卡诺图法是一种图形化的最小化方法,它通过将逻辑函数的真值表绘制在二维平面上,并通过相邻元素的组合找到最简化的表达式。

卡诺图法适用于较小规模的电路设计。

2. 奎因-麦克拉斯基方法奎因-麦克拉斯基方法是一种代数化的最小化方法,它通过对逻辑函数进行代数化简化,减少逻辑函数中的项数和项的复杂性。

奎因-麦克拉斯基方法适用于较大规模的电路设计。

3. 奇偶校验法奇偶校验法是一种基于奇偶性质的最小化方法,它通过逐步删除逻辑函数中的冗余项,减少逻辑函数的复杂性。

奇偶校验法适用于具有规律性的逻辑函数设计。

二、优化方法电路的优化方法旨在通过改进电路的结构和功能,提高电路的性能指标,如速度、功耗和可靠性。

常见的优化方法有多级分解法、多输出设计和动态逻辑。

1. 多级分解法多级分解法是一种根据逻辑函数的特性进行逻辑门重组的方法,通过将多个逻辑门进行分组,减少逻辑门的数量和级数,从而提高电路的运行速度和性能。

2. 多输出设计多输出设计是一种通过合并不同逻辑函数的输出以减少逻辑门数量的方法。

通过共享逻辑门的输入和部分电路元件,可以实现多个逻辑功能,减少电路的复杂性和功耗。

3. 动态逻辑动态逻辑是一种基于时序特性的优化方法,它通过在电路中引入时钟信号和时序控制单元,实现电路的时序优化和节约功耗。

动态逻辑适用于高性能和低功耗的电路设计。

综上所述,数字逻辑门电路的最小化和优化方法对于电路设计具有重要意义。

通过最小化方法可以简化逻辑函数,减少电路的复杂性;而优化方法可以提高电路的性能和可靠性。

逻辑电路实验实验报告

逻辑电路实验实验报告

一、实验名称逻辑电路实验二、实验目的1. 掌握基本的数字逻辑电路设计方法。

2. 理解并掌握常用的逻辑门及其组合电路。

3. 提高实验操作技能和观察能力。

4. 培养团队协作精神。

三、实验原理数字逻辑电路是构成数字系统的基本单元,主要由逻辑门、触发器等基本元件组成。

逻辑门是数字电路的基本单元,它按照一定的逻辑规则实现基本的逻辑运算。

本实验主要涉及以下逻辑门及其组合电路:1. 与门(AND):当所有输入信号都为高电平时,输出信号才为高电平。

2. 或门(OR):当至少一个输入信号为高电平时,输出信号才为高电平。

3. 非门(NOT):将输入信号取反。

4. 异或门(XOR):当输入信号不同时,输出信号为高电平。

四、实验器材1. 逻辑门实验板2. 逻辑笔3. 万用表4. 逻辑分析仪5. 示波器6. 计时器五、实验内容1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试2. 组合逻辑电路设计3. 电路仿真与验证六、实验步骤1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试(1)按照实验指导书,连接与门、或门、非门、异或门实验板。

(2)使用逻辑笔和万用表,测试各个逻辑门的输入、输出信号。

(3)记录测试结果,与理论值进行对比,分析实验误差。

2. 组合逻辑电路设计(1)根据设计要求,选择合适的逻辑门,绘制电路图。

(2)使用实验板,搭建组合逻辑电路。

(3)测试电路功能,验证设计是否正确。

3. 电路仿真与验证(1)使用逻辑分析仪或示波器,观察电路的输入、输出信号波形。

(2)分析波形,验证电路功能是否符合预期。

七、实验结果与分析1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试实验结果如下:与门:当所有输入信号都为高电平时,输出信号才为高电平。

或门:当至少一个输入信号为高电平时,输出信号才为高电平。

非门:将输入信号取反。

异或门:当输入信号不同时,输出信号为高电平。

2. 组合逻辑电路设计(1)设计一个4位二进制加法器,包括两个输入端(A、B)和两个输出端(S、C)。

数字逻辑中的组合逻辑与时序逻辑

数字逻辑中的组合逻辑与时序逻辑

数字逻辑中的组合逻辑与时序逻辑数字逻辑是计算机科学中的一门基础课程,主要研究数字电路的设计与分析。

其中,组合逻辑和时序逻辑是数字逻辑中的两个重要部分。

它们分别在不同层面上负责处理不同类型的电路逻辑问题。

本文将详细介绍组合逻辑和时序逻辑的概念、特点和应用。

一、组合逻辑组合逻辑是一种基本的逻辑电路,它的输出只依赖于当前的输入,与电路的过去状态无关。

组合逻辑电路是通过逻辑门(与门、或门、非门等)构成的,每个逻辑门都有一个输出和一个或多个输入。

逻辑门的输出是根据输入信号进行逻辑运算得出的。

常见的组合逻辑电路有多路选择器、编码器、译码器等。

组合逻辑电路主要用于完成逻辑判断和逻辑运算的功能。

它通常被用来实现简单的决策逻辑或运算逻辑,例如比较大小、加法运算等。

组合逻辑电路具有简单、快速、低成本等特点,广泛应用于数字电路中。

它不需要记忆功能,仅通过输入的信号就能够立即输出结果。

二、时序逻辑时序逻辑是一种有记忆功能的逻辑电路,它的输出不仅依赖于当前的输入,还依赖于电路的过去状态。

时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储单元(如触发器、寄存器等)组成,存储单元用于存储过去的状态,组合逻辑电路用于处理当前输入和存储单元中的状态。

时序逻辑电路主要用于处理需要考虑先后顺序或时间因素的问题,例如状态机、计数器等。

它可以实现复杂的逻辑功能和序列控制。

由于时序逻辑电路需要存储单元来存储过去的状态,因此它比组合逻辑电路更复杂,速度较慢且成本较高。

三、组合逻辑与时序逻辑的应用组合逻辑和时序逻辑在数字电路中有着广泛的应用。

组合逻辑电路常用于实现算术逻辑单元(ALU)、多路选择器、编码器、解码器等基本逻辑功能。

它们可以用于计算机内部的数据处理、信号处理等。

此外,组合逻辑电路还可以用于逻辑门电路的设计和实现。

时序逻辑电路在数字电路中也有着重要的应用。

它们可以用于状态机的设计和控制、计数器、寄存器等的实现。

时序逻辑电路常出现在时钟信号的控制和数据的存储与传输中。

数字逻辑实验报告

数字逻辑实验报告

一、实验目的1. 理解数字逻辑的基本概念和原理。

2. 掌握逻辑门电路的基本功能和应用。

3. 学会使用逻辑门电路设计简单的组合逻辑电路。

4. 培养实际动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实验原理数字逻辑是研究数字电路的基本原理和设计方法的一门学科。

数字电路是由逻辑门电路组成的,逻辑门电路是实现逻辑运算的基本单元。

常见的逻辑门电路有与门、或门、非门、异或门等。

组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的,其输出仅与当前的输入有关,而与电路的历史状态无关。

组合逻辑电路的设计方法主要有真值表法、逻辑函数法、卡诺图法等。

三、实验仪器与设备1. 数字逻辑实验箱2. 移动电源3. 连接线4. 逻辑门电路模块5. 计算器四、实验内容1. 逻辑门电路测试(1)测试与门、或门、非门、异或门的功能。

(2)测试逻辑门电路的输出波形。

2. 组合逻辑电路设计(1)设计一个4位二进制加法器。

(2)设计一个4位二进制减法器。

(3)设计一个4位二进制乘法器。

(4)设计一个4位二进制除法器。

五、实验步骤1. 逻辑门电路测试(1)将实验箱上相应的逻辑门电路模块插入实验板。

(2)根据实验要求,连接输入端和输出端。

(3)打开移动电源,将输入端接入逻辑信号发生器。

(4)观察输出波形,记录实验结果。

2. 组合逻辑电路设计(1)根据实验要求,设计组合逻辑电路的原理图。

(2)根据原理图,将逻辑门电路模块插入实验板。

(3)连接输入端和输出端。

(4)打开移动电源,将输入端接入逻辑信号发生器。

(5)观察输出波形,记录实验结果。

六、实验结果与分析1. 逻辑门电路测试实验结果如下:(1)与门:当两个输入端都为高电平时,输出为高电平。

(2)或门:当两个输入端至少有一个为高电平时,输出为高电平。

(3)非门:输入端为高电平时,输出为低电平;输入端为低电平时,输出为高电平。

(4)异或门:当两个输入端不同时,输出为高电平。

2. 组合逻辑电路设计实验结果如下:(1)4位二进制加法器:能够实现两个4位二进制数的加法运算。

数字逻辑教案

数字逻辑教案

数字逻辑教案第一章:引言数字逻辑是计算机科学中的重要基础课程。

它涉及到计算机系统中数字电路的设计、分析和优化。

为了帮助学生深入理解数字逻辑的概念和原理,我们编写了一份数字逻辑教案,旨在为教师提供全面、系统的教学内容,并引导学生进行相关实验和练习。

第二章:基本概念2.1 数字逻辑的定义数字逻辑是关于数字电路的设计和分析的学科。

它研究计算机中数字信号的传输、加工和处理。

2.2 逻辑门逻辑门是数字电路的基本组成单元,用于实现逻辑函数的计算。

常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。

2.3 布尔代数布尔代数是描述逻辑运算的数学体系,它包括与、或、非等逻辑运算符号,并定义了逻辑运算的规则。

2.4 逻辑函数逻辑函数描述了数字电路的输入和输出之间的关系,它可以用真值表、逻辑表达式或逻辑图来表示。

第三章:数字逻辑设计方法3.1 组合逻辑设计组合逻辑电路的输出只与当前输入有关,不受电路过去状态的影响。

常用的组合逻辑设计方法有真值表法、卡诺图法和奎因—麦克拉斯基法。

3.2 时序逻辑设计时序逻辑电路的输出与当前输入和电路的过去状态有关。

时序逻辑设计方法包括有限状态机设计和流水线设计。

3.3 逻辑门的组合逻辑门的组合可以实现更复杂的逻辑函数,常用的组合方法包括级联、并联和反馈等。

第四章:实验和案例分析4.1 逻辑门的实验通过实验,学生可以亲自搭建数字电路并观察其输入和输出之间的关系,巩固数字逻辑的基本概念和原理。

4.2 组合逻辑电路的设计实例教案提供了一些常见的组合逻辑电路设计实例,例如加法器、译码器和多路选择器等,帮助学生熟悉数字逻辑的应用。

4.3 时序逻辑电路的设计实例教案还包含了一些简单的时序逻辑电路设计实例,如计数器和状态机等,让学生了解时序逻辑的设计方法。

第五章:总结和拓展5.1 数字逻辑的应用领域数字逻辑在计算机科学、电子工程和通信技术等领域有着广泛的应用,教案简要介绍了其中一些应用领域。

5.2 深入学习的建议通过本教案的学习,学生可以初步掌握数字逻辑的基本概念和设计方法,但数字逻辑作为一个庞大的学科,还有很多深入的内容可以继续学习和探索。

数字逻辑--数字频率计的设计

数字逻辑--数字频率计的设计

滁州学院课程设计报告课程名称:数字逻辑课程设计设计题目:数字频率计的设计系别:网络与通信工程系专业:网络工程组别:第四组起止日期:2012年5月28日~ 2012年6月22日指导教师:计算机与信息工程学院二○一二年制课程设计任务书目录1 引言 (2)2 设计要求 (2)2.1题目 (2)2.2系统结构要求 (2)2.3制作要求 (2)2.4扩展指标 (2)2.5运行环境 (2)2.6设计条件 (2)2.7元件介绍 (3)①计数显示器 (3)②74160N (4)③7473N (5)④XFG1 (6)3 整体设计方案 (7)4 详细分析 (8)4.1单元电路设计 (8)4.2控制电路 (8)4.3关于JK触发器 (9)4.4测试 (10)5 调试与操作说明 (10)5.1第一次仿真 (11)5.2第二次仿真 (11)5.3第三次仿真 (12)5.4第四次仿真 (12)6 课程设计总结 (13)7 致谢 (14)8 参考文献 (14)1 引言数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一,同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。

数字频率计是在基准时间内把测量的脉冲数记录下来,换算成频率并以数字的形式显示出来。

数字频率计应用于测量信号(方波、正玄波或其他周期信号)的频率,并用十进制数显示。

它具有精度高、测量速度快、读数直观、使用方便等优点。

2 设计要求2.1题目频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。

其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。

①频率测量范围:1HZ~10HZ。

②数字显示位数:四位静态十进制数显示被测信号的频率。

2.2系统结构要求数字频率计的整体结构要求如图所示。

图中被测信号为外部信号,送入测量电路进行处理、测量,档位转换用于选择测试的项目—频率、周期或脉宽,若测量频率则进一步选择档位2.3制作要求①被测信号波形:正弦波、三角波和矩形波。

②测量频率范围:1Hz~10kHz。

数字逻辑设计入门

数字逻辑设计入门

直接说正题,帮助一下刚刚入门的朋友们,也算是学习IC设计的一个总结吧。

一、首先要知道自己在干什么?数字电路(fpga/asic)设计就是逻辑电路的实现,这样子说太窄了,因为asic还有不少是模拟的,呵呵。

我们这里只讨论数字电路设计。

实际上就是如何把我们从课堂上学到的逻辑电路使用原理图(很少有人用这个拉),或者硬件描述语言(Verilog/VHDL)来实现,或许你觉得这太简单了,其实再复杂的设计也就是用逻辑门电路搭起来的。

你学习逻辑电路的时候或许会为卡拉图,触发器状态推倒公式而感到迷惑,但是其实有一点可以放心的是,实际设计中只要求你懂得接口时序和功能就可以了,用不着那么复杂得推倒公式,只要你能够用语言把逻辑关系表述清楚就可以了,具体这个逻辑关系采用什么门电路搭的,可以不关心,综合工具(synthesis tool)可以帮你处理。

当然你要知道基本门电路的功能,比如D触发器,与门,非门,或门等的功能(不说多的,两输入的还是比较简单的)。

---一句话,采用verilog或者VHDL描述设计对象的逻辑功能,这就是数字电路设计的任务!说到这里入门必须要两个基本功:逻辑电路基础,硬件描述语言。

有了这两个基本功,就算你其他都不会也能找到工作,呵呵,或许你会说,现在面试要问fpga,要问时序分析,有那么简单么?其实这些东西在你有了这两个基本功之后,其他的都可以慢慢学习。

注意硬件描述语言和逻辑电路的学习可以同步学习,而且要牢记,学习硬件描述语言进步取决于你对电路的理解和你对仿真器的使用。

为什么这样子说呢?因为硬件描述语言RTL(寄存器传输级)主要是用来给综合工具综合成电路的,所以要满足特定的coding style,这些coding style 将对应这特定的逻辑,比如时序电路应该怎么写,组合电路怎么写,这是有一定约束的,为此若你对逻辑电路比较熟悉,你就知道自己写代码大体综合后会采用什么门电路来组成;另外,写代码就要仿真,这是不可以避免的---不仿真,你怎么知道自己写的代码符合设计的要求呢?能够熟练使用仿真器,你就有了调试代码的基本能力,否则,写再多的代码也没有用。

数字逻辑课程设计~四花样彩灯控制器

数字逻辑课程设计~四花样彩灯控制器

摘要随着科技日新月异的发展,在现代生活中,彩灯作为一种景观,安装在建筑物的适当地方一是作为装饰增添节日气氛,二是有一种广告宣传的作用;用在舞台上增强晚会灯光效果。

对动态灯光实时控制的装置很多。

这些控制装置被控灯光系统按设定的变化方案进行亮、灭灯控制,形成各种灯光图案,有时还配以和谐的音乐,使光、声、色的综合艺术效果。

此次,我们主要通过小型的数字集成器来设计更为实用的彩灯控制器。

本次课程设计基本要求设计一个四花样自动切换的彩灯控制器,要求实现(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动;(2)彩灯两亮两灭,从左向右移动;(3)四亮四灭,从左向右移动;(4)从1~8从左到右逐次点亮,然后逐次熄灭;(5)四种花样自动变换。

通过对课设的分析得知,首先要实现的是四种彩灯花样的四种码,花样的显示,以及四种花样之间与彩灯右移的频率产生等要点进行一一分析与实现,时钟信号由两个555产生,一个矩形脉冲控制模十六计数器74LS161和八位右移寄存器74LS164,另一个脉冲控制双D触发器。

当彩灯完成一种花样时,双D触发器输出状态改变,数据选择器选择另一种码输出,彩灯变为下一种花样,直到完成四种花样再循环变化。

此外,本次课设对于全部的设计实现后,进行了要求提高,即每次花样完成后实现小彩灯的全灭,从而转接下一个花样。

【关键词】彩灯控制花样转换脉冲产生目录摘要 (1)前言 (3)第一章设计要求 (4)1.1 设计课题及要求 (4)第二章系统组成及工作原理 (5)2.1 系统组成框图 (5)2.2 工作原理分析 (5)第三章电路方案设计 (7)3.1 电路图设计 (7)3.2 方案比较 (7)第四章单元电路设计与计算 (9)4.1 555时钟脉冲产生电路 (9)4.2 四种码产生电路 (10)4.3 彩灯开关电路 (12)4.4 花样输出电路 (13)第五章实验、调试及测试结果分析 (15)5.1 结果的调试及分析 (15)结论 (16)参考文献 (17)附录1 花样彩灯控制器的原理总图 (18)附录2 元器件清单 (20)附录3 芯片的引脚图 (21)前言科学技术是第一生产力。

数字逻辑实验 门电路组合逻辑设计

数字逻辑实验  门电路组合逻辑设计

VCC
&

&
GND
1 23 45 6 7
图1-1 74LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列
1、与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能为:当输入端中有一个或一个以上是低电平时,输出 端为高电平;只有当输入端全部为高电平时,输出端才是低电平。
逻辑表达式为: Y=ABCD
2.与非门的逻辑功能测试 1)逻辑电路及74LS20芯片逻辑功能测试的连接方法如图1-3所示。
一、实验目的
1、掌握中规模集成芯片数据选择器和译码器的逻辑功能和使 用方法
2、熟悉组合功能器件的应用
二、实验原理
1、数据选择器 数据选择器又叫多路选择器或多路开关,它是多输入,单输
出的组合逻辑电路。由地址码控制器多个数据通道。实现单 个通道数据输出,还可以实现数据传输与并串转换等多种功 能。 它基本是由三部分组成:数据选择控制(或称地址输入)、 数据输入电路和数据输出电路,它的种类多样有原码形式输 出、反码形式输出,现以74LS153为例进行应用设计。
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 01111111 10111111 11011111 11101111 11110111 11111011 11111101 11111110 11111111 11111111
SY70
VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
YS1357026432
E
1
0
A B F1 F2
F2 = ABE = ABE
南北 东西 3、电路图:
╳╳ 0 0 A 0010
B
&
&&
& F1
0 0 1 0 1 E

《数字逻辑设计》第4章 卡诺图

《数字逻辑设计》第4章 卡诺图

ABCF 0000 0 0 1× 0100 0 1 1× 1000 1 0 1× 1100 1111
无关项—— 不存在的或无意义的取值组合
A BC 00 01 11 10 00 ×× 0 10 × 1 0
F=C
01 1 1 1 1 11 1 1 1 1 10 1 0 0 1
如何从卡诺图读最简或与式 Step ② : 每个圈代表一个和项
Left 观察
Top
变量取值不同——消去
0: 原变量
变量取值相同
1: 反变量
CD AB 00 01 11 10
00 0 1 1 0
01 1 1 1 0 11 1 1 1 0 10 0 1 1 0
Unit 4 Karnaugh Maps
开关函数的最简形式 多变量卡诺图 填写卡诺图 卡诺图化简法
Properties of neighbor cells
单元格对应的最小项按格雷码摆放
任何两个相邻单元格对应的最小项只有一个变
量取值不同 1. 两变量 K. Map
B A
0
1
F=f(AB)
如何从卡诺图读最简与或式
从卡诺图中读取: 最简与或式(AND-OR ) 最简或与式(OR-AND ) 最简与或非式(AND-OR-NOT)
——自学(MOOC:4.2.2节)
如何从卡诺图读最简或与式
Step ①: 画圈 a).将相邻为0的小方格圈在一起。 (小方格的个数必须为
2m , m=0,1,2…) b).圈越大越好
01
00 1 1
01 1 1
11 0
0
10 1
0
11 10
01 00 11 11
Unit 4 Karnaugh Maps
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WHEN "0010" => q <= "10100100"; WHEN "0011" => q <= "10110000";
WHEN "0100" => q <= "10011001"; WHEN "0101" => q <= "10010010"; WHEN "0110" => q <= "10000010"; WHEN "0111" => q <= "11011000"; WHEN "1000" => q <= "10000000"; WHEN "1001" => q <= "10010000"; WHEN OTHERS => q <="11111111"; END CASE; END PROCESS; END seg-rtl;
DOWN TO 0); END shifter; ARCHITECTURE Alg OF shifter IS BEGIN PROCESS (sr, sl, data_in, ir, il) VARIABLE con:STD_LOGIC_VECTOR (0 TO 1);
BEGIN con: = sr & sl; CASE con IS WHEN "00" => data_out <= data_in; WHEN "01" => data_out <= data_in (6 DOWN TO 0) & il; --左移 WHEN “10” => data_out <= ir & data_in (7 DOWN TO 1); --右移 WHEN "11" => data_out <= data_in; END CASE; END PROCESS;
Gi Pi Gi1Pi Pi1Gi2 Pi Pi1 P1G0Pi Pi1 P0C0I
全加器的各位和为:
S i A iB iC Ii A iB iC Ii A iB iC Ii A iB iC Ii A i B i C Ii
4位超前进位加法器
LIBRARY IEEE; USE IEEE STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY adder4 IS PORT (a, b:IN STD_LOGIC_VECTOR (3DOWN TO 0 )
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY shifter IS
PROT (data_in:IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0);
sr, sl, ir, il:IN STD_LOGIC; data_out:OUT STD_LOGIC_VECTOR (7
ci a b sum co
ci a b sum co
N位超 前进位 加法器
S0 S0
SUM CI A B
S1 S1
S2
S3 CO
S3
Sn-1 cout
SUM CI A B
SUM CI A B
SUM CI A B
CI0 A0 B0
CI1 A1 B1
CI2 A2 B2
进位产生逻辑
CIn-1 An-1 Bn-1
dout:OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0);
en:IN STD_LOGIC); END tri_buf8;
ARCHITECTURE data_flow OF tri_buf8 IS PROCESS (en, din) BEGIN IF (en='1') THEN dout <= din; ELSE dout <= "ZZZZZZZZ"; END IF; END PROCESS;
P2: PROCESS (b, dir, en) BEGIN IF ((en='0') AND (dir='0')) THEN aout <= b; ELSE aout <= "ZZZZZZZZ"; END IF a <= aout; END PROCESS P2;
END rtl;
BCD码—段选码译码器。
4.1.4 运算器的设计
一位全加器的设计. LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY full_adder IS PORT (a, b, ci: IN STD_LOGIC;
sum, cout: OUT STD_LOGIC); END full_adder; ARCHITECTURE rtl OF full_adder IS BEGIN
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY seg_del IS PORT (d:IN STD_LOGIC VECTOR (3 DOWN
TO 0 ); q:OUT BIT_VECTOR (7 DOWN TO 0)); END seg_del; ARCHITECTURE seg_rtl OF seg_del IS BEGIN PROCESS(d) BEGIN CASE d IS WHEN "0000" => q <= "11000000"; WHEN "0001" => q <= "11111001";
b a dir en
en dir
功能
1
X 高阻态
0
0 ab<<==ab
0
1
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY dobl_tri_buf8 IS PORT (a, b:INOUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0); END dobl_tri_buf8;
2.移位器 8bit移位器。
右移
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 d0
d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 d7 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0
左移
Ir sr sl dataa_out data_in il
8bit移位器的VHDL程序。
ARCHITECTURE rtl OF dobl_ tri_buf8 IS SIGNAL aout, bout:STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0 ); BEGIN P1: PROCESS (a, dir, en) BEGIN IF ((en='0') AND (dir='1')) THEN bout <= a; ELSE bout <="ZZZZZZZZ"; END IF; b <= bout; END PROCESS P1;
b:UT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0)); END complement; ARCHITECTURE rtl OF complement IS BEGIN
b <= NOT a +”00000001”; END rtl;
4. 乘法器。
部分积右移8bit乘法器的设计。 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY mult IS
END Alg;
3. 求补器
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY complement IS PORT (a:IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0);
PORT (ai, bi:IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0); Product:OUT STD_LOGIC_VECTOR (15 DOWN TO 0); done:OUT STD_LOGIC);
0101 5 1 0 0 1 0 0 1 0
0110 6 1 0 0 0 0 0 1 0
0111 7 1 0 1 0 0 1 1 1
1000 8 1 0 0 0 0 0 0 0
1001 9 1 0 0 1 0 0 0 0
其它
11111111
Vcc
fa b
e
g d
c
.h
BCD-段选码译码器 d0 d1 d2 d3
基本数字逻辑单元的设计
4.1 组合逻辑设计 4.1.2 三态缓冲器和总线缓冲器
8bit单向总线缓冲器 LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY tri_buf8 IS
PORT (din:IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWN TO 0);
CI
A[0: n-1] B[0: n-1]
超前进位加法器 各位加法器产生进位的逻辑表达式为:
定义
为C 进位i生 O 成函A 数i,定B 义i (A i 为B 进i) 位传C 递函i数I , 则
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