数字电路与系统设计 (6)
数字逻辑电路与系统设计课程设计
数字逻辑电路与系统设计课程设计课程设计目的通过本课程设计的学习，学生应能够掌握数字逻辑电路基本概念、设计方法以及应用技巧。
学生应该能够使用Verilog HDL或者其他硬件描述语言（HDL）设计数字逻辑电路和系统，并能够基于FPGA平台设计和实现数字电路系统。
课程设计内容本次课程设计主要包含以下内容：1.数字电路基础知识：数字逻辑基本理论、逻辑门的特点、数字电路的抽象层次。
2.Verilog HDL编程：Verilog HDL的基本语法、数据类型、运算符以及常用结构体。
3.组合逻辑电路设计：组合逻辑电路的设计方法、Karnaugh图、逻辑门级联、多路复用器/解复用器、译码器、比较器等。
4.时序逻辑电路设计：时序逻辑电路的设计方法、触发器、寄存器、计数器等。
5.FPGA系统设计：FPGA的基本原理和结构、FPGA开发板的使用、FPGA系统设计的流程以及示例项目。
课程设计要求1.课程设计可以采用Verilog HDL或者其他HDL编程语言。
2.参与者需要结成小组，每个小组3-5人。
3.每个小组需要完成一项数字电路设计项目，包括设计报告和实验验证。
4.每个小组需要在课程结束时提交一份完整的设计报告以及实验数据和项目代码。
5.设计项目可以是基于组合逻辑或时序逻辑的电路系统设计，包括但不限于多路选择器、加法器、比较器、寄存器、时钟控制器、计数器、显示控制器等。
6.设计报告应该包含问题描述，设计总体方案，设计分级具体实现以及实验结果和分析等。
7.实验验证应该使用FPGA开发板完成，需要进行基准测试，并按照设计要求逐步进行验证。
8.设计报告和实验验证需要进行小组汇报，并进行讨论。
课程设计参考资料1.Verilog HDL编程指南(第二版), 王自发, 清华大学出版社，20182.数字逻辑与计算机设计，M. Morris Mano, Pearson Education,20153.FPGA原理与设计, Jonathan W. Valvano, Morgan & Claypool,20114.FPGA开发实战, Evan A. Curtice, Packt Publishing, 2018结论通过本次课程设计，学生将能够熟练掌握数字逻辑电路设计的基础知识和关键技能。
数字电路与系统设计
目录分析
1.2数制
1.1数字信号与数 字电路概述
1.3码制
1.5 HDL
1.4算术运算与逻 辑运算
习题
2.1逻辑代数中的运 算
2.2逻辑运算的电路 实现
2.3逻辑运算的公式
2.4逻辑运算的基本 规则
2.5逻辑函数的标准 形式
2.6逻辑函数的化简
2.7 VHDL描述逻辑 门电路
习题
3.2常用中规模集 成组合逻辑电路
程逻辑器件 （CPLD）
3 6.6现场可编
程门阵列 （FPGA）
4
6.7 HDPLD应 用举例
5
习题
1
7.1概述
2
7.2数字系统 的描述工具
3
7.3控制器设 计
4 7.4数字系统
设计及VHDL实 现
5
习题
8.2模数转换（A/D）
8.1数模转换（D/A）
习题
作者介绍
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（MSI）
3.1 SSI构成的组 合电路的分析和设
计
3.3竞争和冒险
3.4 VHDL描述 组合逻辑电路
习题
4.1概述 4.2基本SRFF
4.3钟控电位触发器 4.4边沿触发器
4.5集成触发器的参 数
4.6触发器应用举例
4.7 VHDL描述触发 器
习题
5.1概述 5.2寄存器
5.3计数器 5.4序列信号发生器
数字电路与系统设计
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
国内比较好的数字电路和模拟电路教材
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以下是一些国内比较好的数字电路和模拟电路教材推荐：
数字电路教材：
1. 《数字电路与系统设计》（作者：王景川）-该教材主要介
绍数字电路的基础知识、设计方法和实践经验，内容涵盖数字逻辑基本原理、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
2. 《数字电子技术基础》（作者：马玉昆、韩震宇）-该教材
全面介绍了数字电路的基本理论和应用技术，包括数字逻辑、组合逻辑电路、时序逻辑电路等，结合大量实例、案例进行讲解，对数字电路的理解和实践能力提供了较好的支持。
模拟电路教材：
1. 《模拟电子技术基础》（作者：韩震宇、黄令峰）-该教材
以讲解模拟电子技术的基础知识和应用技术为主题，包括模拟电子基础知识、放大器、运算放大器、电源与稳压器、滤波器、振荡器等内容，通过实例、习题等方式帮助学生掌握模拟电路的设计与分析。
2. 《电子电路分析基础》（作者：郭静莉）-该教材主要介绍
电子电路的基础知识和分析方法，包括电子元器件、基本电路、放大电路、振荡电路、滤波器等，通过清晰的推导和实例分析，使学生能够更好地理解和掌握模拟电路的设计与分析。
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但是，选
择教材应根据个人的学习需求和喜好来进行，推荐参考多个教材，并结合教师指导进行学习。
数字集成电路--电路、系统与设计（第二版）课后练习题第六.
数字集成电路--电路、系统与设计（第⼆版）课后练习题第六.Digital Integrated Circuits - 2nd Ed 11 DESIGN PROJECT Design, lay out, and simulate a CMOS four-input XOR gate in the standard 0.25 micron CMOS process. You can choose any logic circuit style, and you are free to choose how many stages of logic to use: you could use one large logic gate or a combination of smaller logic gates. The supply voltage is set at 2.5 V! Your circuit must drive an external 20 fF load in addition to whatever internal parasitics are present in your circuit. The primary design objective is to minimize the propagation delay of the worst-case transition for your circuit. The secondary objective is to minimize the area of the layout. At the very worst, your design must have a propagation delay of no more than 0.5 ns and occupy an area of no more than 500 square microns, but the faster and smaller your circuit, the better. Be aware that, when using dynamic logic, the precharge time should be made part of the delay. The design will be graded on themagnitude of A × tp2, the product of the area of your design and the square of the delay for the worst-case transition.。
数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题 第六章 CMOS组合逻辑门的设计
Chapter 6 Problem Set
Chapter 6 PROBLEMS
1. [E, None, 4.2] Implement the equation X = ((A + B) (C + D + E) + F) G using complementary CMOS. Size the devices so that the output resistance is the same as that of an inverter with an NMOS W/L = 2 and PMOS W/L = 6. Which input pattern(s) would give the worst and best equivalent pull-up or pull-down resistance? Implement the following expression in a full static CMOS logic fashion using no more than 10 transistors: Y = (A ⋅ B) + (A ⋅ C ⋅ E) + (D ⋅ E) + (D ⋅ C ⋅ B) 3. Consider the circuit of Figure 6.1.
2
VDD E 6 A A 6 B 6 C 6 D 6 E F A B C D 4 4 4 4 E 1 A B C D 4 4 4 4 E 1 6 F 6 B 6 C 6 D
Chapter 6 Problem Set
VDD 6
Circuit A
Circuit B
Figure 6.2 Two static CMOS gates.
《数字电路与系统设计》第6章习题答案
l ee t h e \1210101…X/Z0/01/0X/Z11…100…6.3对下列原始状态表进行化简： (a)解：1）列隐含表： 2）进行关联比较3）列最小化状态表为：a/1b/0b b/0a/0aX=1X=0N(t)/Z(t)S(t)解：1）画隐含表： 2）进行关联比较： 6.4 试画出用MSI 移存器74194构成8位串行 并行码的转换电路（用3片74194或2片74194和一个D 触发器）。
l ee t-h e \r 91行''' 试分析题图6.6电路，画出状态转移图并说明有无自启动性。
解：激励方程：略 状态方程：略状态转移图 该电路具有自启动性。
6.7 图P6.7为同步加/减可逆二进制计数器，试分析该电路，作出X=0和X=1时的状态转移表。
解：题6.7的状态转移表X Q 4nQ 3nQ 2nQ 1nQ 4n +1Q 3n +1Q 2n +1Q 1n +1Z 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 11 1116.8分析图6.8电路，画出其全状态转移图并说明能否自启动。
数字电路与系统设计实验
第二章 实验基本仪器
数字系统设计实验所需设备有： 直流稳压电源，示波器，基于CPLD的 数字电路实验系统，万用表，信号源， 计算机。
一、直流稳压电源
二、示波器
示波器是一种用来测量电信号波形的 电子仪器。用示波器能够观察电信号 波形，测量电信号的电压大小，周期 信号的频率和周期大小。双踪示波器 能够同时观察两路电信号波形。
能块相对集中地排列器件 3.布线顺序 VCC，GND，输入/输出，控制线 4. 仪器检测（电源，示波器，信号源） 5.实验 测试、调试与记录
6.撰写实验总结报告
(1)实验内容 (2)实验目的 (3)实验设备 (4)实验方法与手段 (5)实验原理图 (6)实验现象（结果）记录分析 (7)实验结论与体会
（（(四三一）)）、、、实实验实验目验的提内示容
•• １１..注测１意试.掌被T握T测LT器T器L件、件H７的CT４引和Ｌ脚HＳ７C器０和件４引的一脚传个输１特非４性门分。的别传接输地特和 十性5。Ｖ２。.掌握万用表的使用方法。
•• •
(２连为输２３特二.接 被 入)..性将测测、１２３到 测 电。实试 试...被 非 压六六六验验HH反反反测 门 值所CC台相相相T器用非 的 。上器器器器件器门输４件７７７件７的入.４４４７７４输电ＬＨＨ４ＫＨ入压ＳＣＣＨΩＣ００Ｔ端。电Ｃ４４００，旋位Ｔ片片４４转R器０片T一电LR４的个T位一L输非的器个出门电改非端的压变门电传输非的压输出门传作特端的输性。
四、数字电路测试及故障查找、排除
1.数字电路测试
数字电路静态测试指的是给定数字电路若干组静态输 入值，测定数字电路的输出值是否正确。
数字集成电路：电路系统与设计(第二版)
数字集成电路：电路系统与设计(第二版)简介《数字集成电路：电路系统与设计(第二版)》是一本介绍数字集成电路的基本原理和设计方法的教材。
本书的内容覆盖了数字电路的基础知识、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器和程序控制电路等方面。
通过学习本书，读者可以了解数字集成电路的概念、设计方法和实际应用。
目录1.数字电路基础知识 1.1 数字电路的基本概念 1.2 二进制系统与数制转换 1.3 逻辑运算与布尔代数2.逻辑门电路 2.1 与门、或门、非门 2.2 与非门、或非门、异或门 2.3 多输入门电路的设计方法3.组合逻辑电路 3.1 组合逻辑电路的基本原理 3.2 组合逻辑电路的设计方法 3.3 编码器和译码器4.时序逻辑电路 4.1 时序逻辑电路的基本原理 4.2 同步时序电路的设计方法 4.3 异步时序电路的设计方法5.存储器电路 5.1 存储器的基本概念 5.2 可读写存储器的设计方法 5.3 只读存储器的设计方法6.程序控制电路 6.1 程序控制电路的基本概念 6.2 程序控制电路的设计方法 6.3 微程序控制器的设计方法内容概述1. 数字电路基础知识本章主要介绍数字电路的基本概念，包括数字电路与模拟电路的区别、数字信号的表示方法以及数制转换等内容。
此外，还介绍了数字电路中常用的逻辑运算和布尔代数的基本原理。
2. 逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中的基本组成单元，本章主要介绍了与门、或门、非门以及与非门、或非门、异或门等逻辑门的基本原理和组成。
此外，还介绍了多输入门电路的设计方法，以及逻辑门电路在数字电路设计中的应用。
3. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的，本章主要介绍了组合逻辑电路的基本原理和设计方法。
此外，还介绍了编码器和译码器的原理和应用，以及在数字电路设计中的实际应用场景。
4. 时序逻辑电路时序逻辑电路是在组合逻辑电路的基础上引入了时序元件并进行时序控制的电路。
本章主要介绍了时序逻辑电路的基本原理和设计方法，包括同步时序电路和异步时序电路的设计。
数字电路与逻辑设计 徐秀平 第六章答案
读/写信号： W R 片选信号： CS
地址线： A0 ~ A7 , A8 , A9 读/写信号： W R
五邑大学
6.3 半导体存储器容量扩展
每一片256×8的A0～ A7可提供28＝256个地址，为0～0到1～1，用扩展 的字A8、 A9构成的两位代码区别四片256×8的RAM，即将A8、 A9译成四 个低电平信号，分别接到四片256×8RAM的CS ，如下表 数
内容丢失)，不能随便撕下。 586以后的ROM BIOS多采用E2PROM(电可擦写只
读ROM)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可
以对E2PROM进行重写，方便地实现BIOS升级。
五邑大学
6.1 半导体存储器的分类
ROM存储器的应用实例
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
• U盘是采用flash memory(也称闪存)存储技术的USB设备. USB （Universal Serial Bus）指“通用串行接口”，用 第一个字母U命名，所以简称“U盘”。 • 最新的数码存储卡是一种不需要电来维持其内容的固态
1
2
1
0
D1 W1 W2 W3
1
0
D2 W0 W2 W3
D3 W1 W3
存 储 内 容 D3 D2 D1 D0
3
1
0
1
0
0
1 0 1
1
0 1 1
0
1 1 1
1
0 1 0
存储器的容量：存储器的容量=字数（m）×字长（n）
五邑大学
6.3 半导体存储器容量扩展
1．位扩展
数 用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。 字 I/O I/O I/O 电 I/O I/O I/O 路 ... 102 4×1R AM 102 4×1R AM 102 4×1R AM 与 A A ... A R/W CS A A ... A R/W CS A A ... A R/W CS 逻 辑 A A 设A 计 R/W
数字逻辑电路与系统设计习题答案
第1章习题及解答将下列二进制数转换为等值的十进制数。
（1）（11011）2 （2）（）2（3）（1101101）2 （4）（）2（5）（）2（6）（）2（7）（）2（8）（）2题解：（1）（11011）2 =（27）10 （2）（）2 =（151）10（3）（1101101）2 =（109）10 （4）（）2 =（255）10（5）（）2 =（）10（6）（）2 =（）10（7）（）2=（）10（8）（）2 =（）10将下列二进制数转换为等值的十六进制数和八进制数。
（1）（1010111）2 （2）（1）2（3）（）2 （4）（）2题解：（1）（1010111）2 =（57）16 =（127）8（2）（0）2 =（19A）16 =（632）8（3）（）2 =（）16 =（）8（4）（）2 =（2C.61）16 =（）8将下列十进制数表示为8421BCD码。
（1）（43）10 （2）（）10（3）（）10 （4）（）10题解：（1）（43）10 =（01000011）8421BCD（2）（）10 =（.00010010）8421BCD（3）（）10 =（）8421BCD（4）（）10 =（.0001）8421BCD将下列有符号的十进制数表示成补码形式的有符号二进制数。
（1） +13 （2）−9 （3）+3 （4）−8题解：（1） +13 =（01101）2（2）−9 =（10111）2（3） +3 =（00011）2（4）−8 =（11000）2用真值表证明下列各式相等。
（1）BA+=+B+BBAA（2）()()()=⊕A⊕CACABB（3）()C BA+=+BCA（4）CAB++A=AABC题解：（1）证明BA+=++BABBA（2）证明()()()ACABCBA⊕=⊕（3）证明()C BACBA+=+（4）证明CAB++=AACBA用逻辑代数公式将下列逻辑函数化成最简与或表达式。
（1）D++A=F+BCBCACA（2）()()D++=F+AACCDA（3）()()B++F+=B+DCDBDDA（4）()D++F+=ADCBCBA（5）()C A B C B AC F ⊕++= （6）()()C B B A F ⊕⊕= 题解：（1）BC A D C A BC C A B A F +=+++= （2）()()CD A D CD A C A A F +=+++=（3）()()C B B A D B D A C B D D D B F ++=++++= （4）()D C B A D C B AD C B A F +=+++= （5）()C B AC C A B C B AC F +=⊕++=（6）()()C A BC B A C B B A F ++=⊕⊕=或C A C B AB ++= 用卡诺图将下列逻辑函数化成最简与或表达式。
数字电路与系统设计实验报告
数字电路与系统设计实验报告学院：班级：姓名：实验一基本逻辑门电路实验一、实验目的1、掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。
2、熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。
二、实验设备1、二输入四与非门74LS00 1片2、二输入四或非门74LS02 1片3、二输入四异或门74LS86 1片三、实验内容1、测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。
2、测试二输入四或非门74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。
3、测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。
四、实验方法1、将器件的引脚７与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚１４与实验台的十5Ｖ连接。
2、用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。
拨动开关，则改变器件的输入电平。
3、将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯(LED)连接。
指示灯亮表示输出低电平（逻辑为０），指示灯灭表示输出高电平（逻辑为1）。
五、实验过程1、测试74LS00逻辑关系（1）接线图（图中Ｋ1、Ｋ2接电平开关输出端，LED0是电平指示灯）（2）真值表2、测试74LS02逻辑关系（1）接线图（2）真值表3、测试74LS86逻辑关系接线图（1）接线图（2）真值表六、实验结论与体会实验是要求实践能力的。
在做实验的整个过程中，我们首先要学会独立思考，出现问题按照老师所给的步骤逐步检查，一般会检查处问题所在。
实在检查不出来，可以请老师和同学帮忙。
实验二逻辑门控制电路实验一、实验目的1、掌握基本逻辑门的功能及验证方法。
2、掌握逻辑门多余输入端的处理方法。
3、学习分析基本的逻辑门电路的工作原理。
二、实验设备1、基于CPLD的数字电路实验系统。
2、计算机。
三、实验内容1、用与非门和异或门安装给定的电路。
2、检验它的真值表，说明其功能。
四、实验方法按电路图在Quartus II上搭建电路，编译，下载到实验板上进行验证。
数字电子技术基础6时序逻辑电路
Q1 Q3 * Q2 * Q1 * Y
输 出 方 程
Y Q2Q3
Q1 Y
CLK Q3 Q2
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 1 1 1 0 0
0 1 1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0 0 0
DI 串行 输入
D Q3 Q D Q2 Q D Q1 D Q0 Q
0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 0 1 0 1 0 缺少111为 0 1 1 初态的情况 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 1
7进制计数器
其中Q3Q2Q1为计数状态，Y为进位
我们可以把状态转换表表示为状态转换图的形式
/Y /0 /0
CLK Q3 0 1 0 0
*
Q
* 3
Q Q Q (Q )
1 2 3 0
C Q0Q3
设初态为0000
作状态转换图
可以看出这是一个异步十进制加法计数器！ 3. 检验其能否自动启动 ？
什么叫 “自动启动” ? 四个触发器本应有十六个稳定状态 ，可 上图电路的状态图中只有十个状态。如果由 于某种原因进入了其余的六个状态当中的任 一个状态，若电路能够自动返回到计数链 ( 即有效循环 ) ，人们就称其为能自动启动。
*6.2.3
异步时序逻辑电路的分析方法
例6.2.4 分析图6.2.10所示电路的逻辑功能。
1、写三大方程
驱 动 方 程 状 Q0 Q 0 cp0 Q 0 (cp0 ) * 态 Q1 Q 3 Q 1 (cp1 ) Q 3 Q 1 (Q0 ) * 方 Q2 Q 2 (cp2 ) Q 2 (Q1 ) 程 *
数字电路与系统设计课后习题答案
C×D=（84）10×（6）10=（504）10
C÷D=（84）10÷（6）10=（14）10
两种算法结果相同。
1.11试用8421BCD码完成下列十进制数的运算。
解：（1）5+8=（0101）8421BCD+（1000）8421BCD=1101 +0110=（1 0110）8421BCD=13
（1）F输出1的取值组合为：011、101、110、111。
（2）F输出1的取值组合为：001、010、011、100、101、110。
（3）F输出1的取值组合为：101。
2.4试直接写出下列各式的反演式和对偶式。
(1)F(A,B,C,D,E)=[(AB+C)·D+E]·B
(2) F(A,B,C,D,E)=AB+CD+BC+D+CE+B+E
(2)F=∑m(0,1,2,3,12,13)
F'=∑m(2,3,12,13,14,15)
2.11试用公式法把下列各表达式化简为最简与或式
（1）F=A+ABC+ABC+BC+B
解：F =A+B
(2) F=(A+B)(A+B+C)(A+C)(B+C+D)
解：F'=AB+AC
(3) F=AB+ABBC+BC
（1）如果A、B、C均为0或其中一个信号为1时。输出F=1，其余情况下F=0。
（2）若A、B、C出现奇数个0时输出为1，其余情况输出为0。
（3）若A、B、C有两个或两个以上为1时，输出为1，其余情况下，输出为0。
数电 第6章时序电路
J2
* 1 ' 1 ' 0
K '2
' 1 ' 0
Q Q Q0 Q1Q Q0Q Q Q1
J1
* ' ' ' Q0 Q3' Q0 Q2 Q0 ' 3 ' 2 ' 0 '
' K1
0 0 1 1 0 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
6.4 同步时序逻辑电路的设计方法
逻辑电路设计:给定设计要求(或者是一段文字描叙,或 者是状态图),求满足要求的时序电路. 设计步骤:
1、进行逻辑抽象,建立电路的状态转换图(状态转换表)。 在状态表中未出现的状态将作为约束项 2、选择触发器,求时钟方程、输出方程和状态方程； 时钟:若采用同步方案,则CP1=CP2=CPn； 如果采用异步方案, 则需根据状态图先画出时序图,然后从翻转要求出发,为各个 触发器选择合适的时钟信号； 输出：输出与现态和输入的逻辑关系； 状态：各触发器的次态输出方程。
这三组方程反映的电路中各个变量 之间的逻辑关系。
3、进行计算:从输出方程和状态方程，不能看出电路 状态的变化情况。还需要转换成状态转换表和状态转 换图。
状态转换表：把任一组输入变量的值和电路的初态值代入状态 方程和输出方程，得到电路的次态和输出值；把得到的次态作 为新的初态，和现在的输入变量值再代入状态方程和输出方程， 得到电路新的次态和输出值。如此继续下去，把每次得到的结 果列成真值表的形式，得到状态转换表。
《数字电路与系统设计》课后答案
F3：ABCD在8～11之间。
F4：ABCD不等于0。
解：由题意，各函数是4变量函数，故须将
74138扩展为4-16线译码器，让A、B、C、D分别接4-16线译码器的地址端A3、A2、A1、A0， 可写出各函数的表达式如下：
F1(A,B,C,D)
m(0,4,8,12)
= m0m4m8m12
自低位的借位、本位差、本位向高位的借位。
A
－B
F2C
F1
被减数减数
借位
差
4.4设ABCD是一个8421BCD码，试用最少与非
门设计一个能判断该8421BCD码是否大于等于5的电路，该数大于等于5，F=1；否则为0。
解：(1)列真值表
(2)写最简表达式
CD
AB00
00
01
11
10
011110
F = A + BD +BC
B
CF1
A
F2
图P4.2
解：(1)从输入端开始，逐级推导出函数表达式
F1=A⊕B⊕C
F2= A(B⊕C) +BC
= A BC + ABC + ABC + ABC
(2)列真值表
(3) 确定逻辑功能
假设变量A、B、C和函数F1、F2均表示一位二进制数，那么， 由真值表可知，该电路实现了全减器的功能。
A、B、C、F1、F2分别表示被减数、减数、来
BC
A00011110
0
1
F1=A+B
00011110
0
1
F2=AB
4.11试将2/4译码器扩展成4/16译码器
A3A2
A1A0
数字电路课程设计（5篇）
数字电路课程设计（5篇）第一篇：数字电路课程设计数字电路课程设计要求：1.结合所学知识设计一简单实用电路（建议选多功能数字钟），并在实验室里完成实物电路的连接调试。
2.每人独立完成一篇课程论文，论文至少2000字，可手写，也可打印（打印稿的格式另附）。
3.要求写出设计背景，理论基础，设计思路，设计过程，调试过程，仿真过程（可选），最终电路等。
4.总结所设计电路的优点，缺点，改进方向。
5.严禁抄袭，所有雷同论文均以0分计。
6.选多功能数字钟的同学在数字电路实验室完成实验。
选其它题目的同学所需软硬件资源请自行解决。
第二篇：数字电路课程设计一、设计报告书的要求： 1.封面2.课程设计任务书（题目，设计要求，技术指标等）3.前言（发展现状、课程设计的意义、设计课题的作用等方面）。
3.目录4.课题设计（⑴ 写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。
⑵ 画出框图中的各部分电路，对各部分电路的工作原理应作出说明。
⑶ 画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。
⑷ 用protel画原理电路图。
(5)用Multisim或者Proteus画仿真图。
5.总图。
6.课题小结（设计的心得和调试的结果）。
7.参考文献。
二、评分依据：①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。
三、题目选择：（三人一组，自由组合）（设计要求，技术指标自己选择）1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现水箱水位自动控制器，电路采用CD4011四与非门作为处理芯片。
要求能够实现如下功能：水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢，非常的实用而且方便。
2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。
数字逻辑电路与系统设计第6章习题及解答
第6章题解：6.1 试用4个带异步清零和置数输入端的负边沿触发型JK 触发器和门电路设计一个异步余3BCD 码计数器。
题6.1 解：余3BCD 码计数器计数规则为：0011→0100→…→1100→0011→…，由于采用异步清零和置数，故计数器应在1101时产生清零和置数信号，所设计的电路如图题解6.1所示。
CLK13图 题解6.1题6.2 试用中规模集成异步十进制计数器74290实现模48计数器。
题6.2 解：6.3 试用D 触发器和门电路设计一个同步4位格雷码计数器。
题6.3 解：根据格雷码计数规则，Q 3 Q 2Q 1 Q 0计数器的状态方程和驱动方程为:1333031210122202131011110320320100321321321321n n n n n n n nn n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n Q D Q Q Q Q Q Q Q Q D Q Q Q Q Q Q Q QD Q Q Q Q Q Q Q QQ D Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ++++==++==++==++==+++按方程画出电路图即可，图略。
题 6.4 解：反馈值为1010。
十一进制计数器6.5 试用4位同步二进制计数器74163实现十二进制计数器。
74163功能表如表6.4所示。
题 6.5 解：可采取同步清零法实现。
电路如图题解6.5所示。
题 6.6 解： 当M=1时：六进制计数器 当M=0时：八进制计数器图题解6.5图题解6.56.7 试用4位同步二进制计数器74163和门电路设计一个编码可控计数器，当输入控制变量M=0时，电路为8421BCD 码十进制计数器，M=1时电路为5421BCD 码十进制计数器，5421BCD 码计数器状态图如下图P6.7所示。
74163功能表如表6.4所示。
图 P 6.7Q 3Q 2Q 1Q 01010题6.7 解：实现8421BCD 码计数器，可采取同步清零法；5421BCD 码计数器可采取置数法实现，分析5421BCD 码计数规则可知，当21Q =时需置数，应置入的数为：32103000D D D D Q =。
数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题 第六章 CMOS组合逻辑门的设计-Chapter 6 Designing
4
Chapter 6 Problem Set
VDD F G
A B
A
A B
A
Figure 6.6 Two-input complex logic gate.
11.
Design and simulate a circuit that generates an optimal differential signal as shown in Figure 6.7. Make sure the rise and fall times are equal.
2
VDD E 6 A A 6 B 6 C 6 D 6 F A B C D 4 4 4 4 E 1 A B C D E 4 4 4 4 E 1 6 F 6 B 6 C 6 D
Chapter 6 Problem SetVDD 6Circ来自it ACircuit B
Figure 6.2 Two static CMOS gates.
Digital Integrated Circuits - 2nd Ed
3
2.5 V
PMOS
M2 W/L = 0.5μm/0.25μm Vout Vin M1 W/L = 4μm/0.25μm NMOS Figure 6.4 Pseudo-NMOS inverter.
a. What is the output voltage if only one input is high? If all four inputs are high? b. What is the average static power consumption if, at any time, each input turns on with an (independent) probability of 0.5? 0.1? c. Compare your analytically obtained results to a SPICE simulation.
精品文档-数字电路与系统设计(第二版)(邓元庆)-第6章
第6章
从表6- 1中可以看出，为了得到应该输出的电压，只要保
证输入D2D1D0=100时输出电压UO = 0即可。为此，在求和放大器的 输入端增加了偏移电压UB和偏移电阻RB。根据图6- 8所示电路， 为 了使输入D2D1D0=100时输出电压UO = 0，电流IΣ和偏移电流IB之和 必须为零，则有：
n1
Di 2i
i0
(6-9) (6-10)
第6章 3. 倒T型电阻网络DAC电路
图6- 7所示为4位倒T型电阻网络DAC电路的原理图， 它同样 由R- 2R电阻网络、单刀双掷模拟开关（S0、S1、S2和S3）、 基准电 压UREF和求和放大器四部分构成。它与T型电阻网络DAC电路的区别在 于：
① 电阻网络呈倒T型分布。
第6章
4. 双极性DAC电路
偏移二进制码是在带符号二进制码的基础上加上一个偏移 量得到的。n位二进制数D 的偏移二进制码为
DB = DC＋2n
(6- 14)
式中2n 就是偏移量，DC是n位二进制数D 的补码。例如一个正的3 位二进制数D = (+110)2，其补码为(0110)2，则对应的偏移二进制 码为：
U LSB
| U REF 2n
|
(6-16)
第6章
满量程输出电压UFSR定义为：输入数字量的所有位均为1 时， DAC输出模拟电压的幅度。有时也把UFSR称为最大输出电压 Umax。 对于n位DAC电路，满量程输出电压UFSR为
U FSR
2n 1 2n
| U REF
|
(6-17)
对于电流输出的DAC，则有ILSB和IFSR两个概念，其含义与 ULSB和UFSR相对应。有时也将ULSB和ILSB简称为LSB，将UFSR和IFSR简称 为FSR（Full Scale Range）。
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D3
U REF R3
D2
U REF R2
D1
U REF R1
D0
U REF R0
D3
U REF 233 R
ห้องสมุดไป่ตู้
D2
U REF 232 R
D2
U REF 231 R
D0
U REF 230 R
U REF 23 R
3
Di 2i
第6章
第6章 数/模接口电路
6.1 集成数/模转换器 6.2 集成模/数转换器 6.3 数/模接口电路的应用
第6章
6.1 集成数/模转换器
6.1.1 数/模转换的基本概念
数/模转换器DAC的原理框图如图6-1所示。其中D（Dn-1Dn-
2 ... D1D0）为输入的n位二进制数， SA为输出的模拟信号（模
拟电压UA或模拟电流IA），UREF为实现数/模转换所必需的参
考电压（也称基准电压）UREF，它们三者之间满足如下比例
关系：
SA = KDUREF
(6-1)
式中，K为比例系数，不同的DAC有各自不同的K值；D为输入 的n位二进制数所对应的十进制数值。
第6章 图 6-1 DAC的原理框图
第6章
如果假设
D Dn1 2n1 Dn1 2n2 D1 21 D0 20
n1
Di 2i
i0
则式6-1可变为
n 1
SA KUREF Di 2i
i0
(6-2) (6-3)
另外必须指出，n位二进制代码有2n种不同的组合，从而对应有 2n个模拟电压（或电流）值， 所以严格地讲DAC的输出并非真 正的模拟信号， 而是时间连续、 幅度离散的信号。
第6章 图 6-4 T型电阻网络DAC电路原理图
第6章
4个模拟开关由4位二进制数码分别控制，当Di = 0时，开关Si 打到右边，使与之相串联的2R电阻接地；当Di = 1时，开关Si打到 左边，使2R电阻接基准电压UREF。该电路在结构上有以下特点：
① 如果不考虑基准电压源UREF的内阻，那么无论模拟开关的 状态如何，从T型电阻网络的节点（P0、P1、P2、P3）向左、 向右 或向下看的等效电阻都等于2R，则从运算放大器的虚地点N向左 看去，T型电阻网络的等效电阻等于3R。
第6章
2. T型电阻网络DAC电路
图6- 4所示为4位T型电阻网络DAC电路的原理图， 它克服 了权电阻网络DAC电路的缺点，无论DAC有多少位， 电阻网络 中只有R和2R两种电阻，但电阻的个数却比相同位数的权电阻网 络DAC增加了一倍。
T型电阻网络DAC电路也由四部分构成， 它们是： R- 2R电 阻网络、单刀双掷模拟开关（S0、S1、S2和S3）、基准电压ＵREF 和求和放大器。
Ri=2n-1-iR
（6- 4）
式中， n为输入二进制数的位数，Ri为与二进制数Di位相对应的 电阻值，而2i则为Di位的权值，所以可以看出二进制数的某一位 所对应的电阻的大小与该位的权值成反比，这就是权电阻网络名 称的由来。例如在图6- 3中，最高位D3所对应的电阻R3=R。
第6章
② 模拟开关。每一个电阻都有一个单刀双掷的模拟开关与其 串联，4个模拟开关的状态分别由4位二进制数码控制。当Di=0时， 开关Si打到右边，使电阻Ri接地；当Di=1时，开关Si打到左边，使 电阻Ri接UREF。
③ 基准电压源UREF。作为A/D转换的参考值， 要求其准确度 高、稳定性好。
④ 求和放大器。通常由运算放大器构成，并接成反相放大器 的形式。
第6章 为了简化分析， 在本章中将运算放大器近似看成是理想的放
大器，即它的开环放大倍数为无穷大， 输入电流为零（输入电阻
无穷大），输出电阻为零。 由于N点为虚地， 当Di = 0时， 相应 的电阻Ri上没有电流；当Di = 1时，电阻Ri上有电流流过，大小为 Ii=UREF/Ri。根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制 (D3D2D1D0)2
i0
(6-5)
第6章
求和放大器的反馈电阻RF = R/2，则输出电压UO为
UO
I
RF
U REF 24
3
Di 2i
i0
推广到n位权电阻网络DAC电路，可得
(6-6)
UO
U REF 2n
3
Di 2i
i0
(6-7)
由式6- 6和式6- 7可以看出，权电阻网络DAC电路的输出电压
和输入数字量之间的关系与式6- 3的描述完全一致。这里的比例
系数K=-1/2n， 即输出电压与基准电压的极性相反。
第6章
权电阻网络DAC电路的优点是结构简单，所用的电阻个数 比较少。它的缺点是电阻的取值范围太大，这个问题在输入数 字量的位数较多时尤其突出。例如当输入数字量的位数为12位 时， 最大电阻与最小电阻之间的比例达到2048∶1， 要在如此 大的范围内保证电阻的精度，对于集成DAC的制造是十分困难 的。
② 当任意一位Di = 1，其余位Dj = 0时，我们可以根据图6-5 所示的等效电路，计算出流过该2R电阻支路的电流Ii=UREF/3R， 并且这部分电流每流进一个节点时，都会向另外两个方向分流， 分流系数为1/2。
第6章 图 6-5 Pi节点等效电路
第6章
第6章 图 6-2 D/A转换器的结构框图
第6章 6.1.2
1. 权电阻网络DAC电路 图6- 3所示是4位权电阻网络DAC电路的原理图， 该电路由 四部分构成：
图 6-3 权电阻网络DAC电路原理图
第6章
① 权电阻网络。该电阻网络由四个电阻构成， 它们的阻值分 别与输入的四位二进制数一一对应，满足以下关系：
第6章
一个n位D/A转换电路的结构框图如图6- 2所示， 它主要由 输入数码寄存器、 数控模拟开关、电阻解码网络、 求和电路、 参考电压及逻辑控制电路组成。 输入的数字信号可以串行或并 行方式输入； 数字信号输入后首先存储在输入寄存器内， 寄存 器并行输出的每一位驱动一个数控模拟开关， 使电阻解码网络 将每一位数码翻译成相应大小的模拟量， 并送给求和电路；求 和电路将各位数码所代表的模拟量相加便得到与数字量相对应 的模拟量。DAC的核心电路是电阻解码网络，下面将主要介绍 电阻解码网络这部分电路的工作原理。