数字逻辑设计第五章(4)
第5章数字逻辑电路.ppt
（2）逻辑关系式表示：F=A·B·C
（3）真值表表示：如图表5-1所示
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5.4 基本逻辑门电路
2.“或”逻辑关系 当决定事件的各个条件中只要有一个或一个以上具备时事件就
会发生 图5-10所示，F和A、B、C之间就存在“或”逻辑关系 “或”逻辑也有如上三种表示方法： （1）图5-11所示为“或”逻辑图形符号 （2）逻辑表达式：F=A+B+C （3）真值表：见表5-2
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5.2 数制
5.2.2 二进制数
二进制数只有0和1两个符号。只要能区分两种状态的元件即 可实现。
计数的基数为2，各位数的权是2的幂，计数规律是“逢二进 一”
N位二进制整数的表达示为：
例5.1 一个二进制数10101000， 试求对应的十进制数
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5.2 数制
图5-23是利用三态与非门组成的双向传输通路，改变控制端C 的电平，就可控制信号的传输方向。
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5.4 基本逻辑门电路
3. CMOS门电路 CMOS门电路是由PMOS管和NMOS管构成的一种互补对称场效
应管集成门电路。 下面是几种常用的CMOS门电路的结构和工作原理的简要说明 （1）CMOS与非门：如图5-24所示 当A、B全为1时，T1和T2同时导通，T3和T4同时截止，F=0 当输入端由一个或全为0时，串联的T1和T2必有一个或两个全部截
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5.4 基本逻辑门电路
（5）TTL三态输出与非门电路。简称三态门，图5-20是其逻辑 图形符号。A、B是输入端，C是控制端，F为输出端。输出端除 了可以实现高低电平外，还可以出现高阻状态。
《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。
数字逻辑设计课件 第5章锁存器与触发器
电路结构
基本RS结构 同步RS结构
主从结构 维持阻塞结构
边沿结构
触发方式
电平触发 脉冲触发 边沿触发
触发器作为一个独立的功能模块，使用者主要关注 触发器的逻辑功能和触发方式。
二、锁存器与触发器的区别
二者的触发方式不同
锁存器采用电平触发方式。 触发器采用脉冲触发方式和边沿触发方式。
逻辑符号
约束条件当：有R效信S号撤1消时，即 R S 1 ，
Q 1,Q 1 的状态不能自行保持，称为无效态。
2. 基本RS锁存器的功能描述 （1）状态转移真值表
将锁存器的次态Qn+1与现态Qn，以及输入信号之间 的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表， 简称状态表。
基本RS锁存器的状态表
1. D触发器转换为JK触发器
D触发器的特性方程：
JK触发器的特性方程：
Q n1 D
Q n1 J Q n K Q n
令： D J Q n K Q n
Q
Q
CP
J
DQ
Q
K
2. D触发器转换为T和T′ 触发器
D触发器的特性方程： Q n1 D
T触发器的特性方程： Q n1 T Q n T Q n T Q n
"1"
TQ CP
Q
Q1 CP
D Q Q2 CP
Q
Q1
“0” JQ
Q3
J Q Q4 Q2
CP
CP
Q3
KQ
"1" K Q
Q4
（2）特性方程 描述锁存器逻辑功能的函数表达式称为特性方程，
又称状态方程或次态方程。 次态Qn来自1的卡诺图Qn基本RS锁存器的特性方程
数字逻辑第5章习题参考解答
5.31BUT门的可能定义是：“如果A1和B1为1，但A2或B2为0，则Y1为1；Y2的定义是对称的。
”写出真值表并找出BUT门输出的最小“积之和”表达式。
画出用“与非-与非”电路实现该表达式的逻辑图，假设只有未取反的输入可用。
你可以从74x00、04、10、20、30组件中选用门电路。
解：真值表如下利用卡诺图进行化简，可以得到最小积之和表达式为Y1=A1·B1·A2’+A1·B1·B2’Y2=A1’·A2·B2+B1’·A2·B2Y2采用74x04得到各反相器采用74x10得到3输入与非采用74x00得到2输入与非5.32做出练习题5.31定义的BUT门的门级设计，要求以cmos实现时使用的晶体管数目最少，可以从74x00、04、10、20、30组件中选用门电路.写出输出表达式（不一定是二级“积之和”）并画出逻辑图。
解：cmos晶体管用量：反相器2个2输入与非门4个3输入与非门6个为了尽量减少晶体管用量，可以采用下列表达式，以便实现器件的重复使用：F1=(A1·B1)·(A2’+B2’)=(A1·B1)·(A2·B2)’=[(A1·B1)’+(A2·B2)’’]’F2=[(A2·B2)’+(A1·B1)’’]’电路图：晶体管用量：20只（原设计中晶体管用量为40只）5.34已知函数,,,(3,7,11,12,13,14)W X Y Z F =∑，说明如何利用练习题5.31定义的单个BUT 门和单个二输入或门实现F.解：BUT 门输出采用最小项和的形式表达为()∑=2,2,1,114,13,121B A B A Y ，()∑=2,2,1,111,7,32B A B A Y将两个输出相或就可以得到要求实现的函数。
5.19指出用一块或多块74x138或74x139二进制译码器以及与非门，如何构建下面每个单输出或多输出的逻辑功能（提示：每个实现等效于一个最小项之和）。
数字逻辑第五章课后习题答案
&
&
&
&
X1
X2
X3
设计的脉冲异步时序电路
5-3、解：
X1
X3 x2 >
X3
A/0
<
X1
B/0
X3 X2
D/1
X1 X3
X1
X2
X2
C/0
原始状态图
现态
y A B C D
次态 yn+1
x1
x2
x3
B
A
A
B
C
A
B
A
D
B
A
A
原始状态表
输出
Z 0 0 0 1
5-4、解：（1）写出电路的激励函数和输出函数表达式： Y2=x2+x1y2 y—1+x—1y1; Y1=x2x1+x1y2—+x2—y1;Z=x2—y1 —
x2x1=11 c/-
c/-
c/-
○c /1
○c /1
最简流程表
x2x1=10 b/○b /1 b/-
12 3 45 67 8
CP Q1 Q2 Q3
时间图
5-2、解：表所示为最小化状态表，根据状态分配原则，无“列”相
邻（行相邻在脉冲异步时序电路中不适用。），在“输出”相邻
中，应给 AD、AC 分配相邻代码。取 A 为逻辑 0，如下卡诺图所示，
状态赋值为：A=00，B=11；C=01；D=10。于是，二进制状态表如
J3 K3 CP3 010 010 110 010 011 011 111 011
次态
Q1(n+1) Q2(n+1 ) Q3(n+1)
(完整word版)数字逻辑第五章
第五章触发器-------—---—--——----————-—-————-—--———----—-——--—-——-—-—--————--—————-—-——-—1 : 具有：置0、置1、保持和翻转功能的触发器是（）。
A:JK触发器B:SR触发器C：D触发器D：T触发器您选择的答案: 正确答案： A知识点:JK触发器的特性为：J=0， K=0时,Q状态为保持；J=0， K=1时，Q状态为置0；J=1，K=0时，Q状态为置1;J=1， K=1时,Q状态为翻转-—---—-—---———--——-——-—--—--—-——-———-—-—-——-————-——-————-—-—---—————-———-—--2 : 对于JK触发器，输入J＝0,K＝1,CLK脉冲作用后，触发器的次态应为（）.A：0B:1C：Q’D:不确定您选择的答案：正确答案： A知识点:JK触发器的特性为:J=1, K=1时，Q状态为翻转，即Q= Q’——--——-—————————---—-——-—-——--—---—-—-——-—---————-——--——--——-—-—-—-—-—---——-3 ：有一个或非门构成的SR锁存器，欲使该锁存器保持原态即Q＊=Q,则输入信号应为（）.A:S＝R＝0B:S＝R＝1C：S＝1，R＝0D：S＝0，R＝1您选择的答案: 正确答案: A知识点：或非门构成的SR锁存器的特性为:R=1, S=0 Q＊=0, Q*’=1，即锁存器被置 0(0状态)；R=0， S=1 Q＊=1, Q*’=0,即锁存器被置 1(1状态）；R=S=0， Q*=Q，即锁存器保持原态；R= S=1 Q＊=Q*’=0，此为不允许输入。
-——————-—--——----————----—---——--——-—-——--—-—-————--——————---—-—--———--—-—-—4 ：JK触发器要实现Q＊=1时，J、K端的取值为( ）.A:J=0,K=1B：J=0,K=0C：J=1，K=1D：J=1,K=0您选择的答案：正确答案： D知识点:JK触发器的特性为：J=0， K=0时,Q状态为保持;J=0, K=1时，Q状态为置0；J=1, K=0时，Q状态为置1;J=1， K=1时，Q状态为翻转————---—-—---——-—--—-—---—-———--———------—--—---——-—-—————---—--—----—————-—5 ：将D触发器的D端与它的Q’端连接，假设初始状态Q=0，则经过1个脉冲作用后,它的状态Q为( ）。
数字逻辑课件
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
二、同步时序电路的分析 例1：分析下图所示的同步时序电路（主从JK触发器）。
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
解：电路构成：2个触发器（存贮），1个异或门（组 合）；输入X，输出Z，状态Q1、Q0； ①、写出方程： 输出方程：Z=Q1n Q0n
能使电路的状态改变一次。这里，时钟脉冲起着同步作 用，故而称为同步时序电路。
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
异步时序电路：触发器时钟不是连接在一起或即使连 接在一起但并不同时翻转（有些上升沿变化，有些下降 沿变化）。 异步时序电路没有统一的时钟脉冲，输入的变化直接
导致电路状态的变化，而且每次输入变化可能使电路状
为10，类推。
对Z端的输出也可看成是序列信号发生器，脉冲周期 为4TCP，脉冲宽度为1TCP。
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
第三节 一、设计步骤 同步时序电路的设计是分析的逆过程，是根据给定的 状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图，设计出 同步时序电路的设计
同步时序电路的过程。
设计一个同步时序电路，一般可按如下步骤进行： 1、根据逻辑问题的功能需求，建立原始状态图
数字逻辑电路
第五章 时序逻辑电路
即：相同的输入，不一定得到相同的输出。 如活期存款。存入相同的数，但折中的总数相等吗？ 时序电路中其关键的器件是记忆器件即触发器。 根据组成时序电路的各个触发器在CP信号作用下是否 同时动作将时序电路分为同步和异步两种类型： 同步时序电路是指组成时序电路的各个触发器在同一 CP信号作用下同时动作；
态改变多次。 所谓同步、异步取决于电路状态变化是否与时钟同步。
数字逻辑 第五章.ppt
5.2.2 时序逻辑电路的一般
分析步骤
由上例分析归纳出时序逻辑电路的一
① ② 求激励函数、状态方程、输出函数；
③ 作状态表、状态图、时序波形图； ④ 描述逻辑功能。
5.2.3 异步时序逻辑电路的
分析
（1）
图中0000→1001这10个状态是有用的 计数状态，称为有效状态。
（2）
当计数器进入偏离状态1010时，经过 两个时钟脉冲后，进入有效循环中的0100。
第五章 时序逻辑电路
5.1 时序逻辑电路的特点及描述方法 5.2 时序逻辑电路的分析 5.3 寄存器和移位寄存器 5.4 计 数 器 5.5 序列信号发生器 5.6 时序逻辑电路的设计
5.1 时序逻辑电路的特点及描述方法
5.1.1 时序逻辑电路的
特点
5.1.2 时序逻辑电路的
描述方法
1.逻辑函数
⑤ 选定触发器类型，求激励函数和输 出函数。不同类型触发器的特性方程不同， 激励函数和输出函数也不同。
5.6.1 按固定规律直接设计
时序逻辑电路
1.
(1) n位同步二进制计数器设计 (2) n位异步二进制计数器设计
2.移存器的设计
5.6.2 时序逻辑电路的一般设计方法
时序逻辑电路的设计方法，一般可按如 下步骤进行。
① 功能描述。对给出的逻辑设计问题， 进行逻辑抽象，确定输入变量、输出变量和 状态数。
4.
由给定的输入信号和时钟信号，根据 状态表或状态图，以及触发器的触发特性， 得到输出信号、触发器状态随时间变化的 波形图称为时序波形图。
5.1.3 时序逻辑电路的分类
根据触发器状态变化的特点，将时序 逻辑电路分为同步时序逻辑电路和异步时 序逻辑电路。同步时序逻辑电路中所有触 发器的时钟端由同一时钟脉冲直接驱动， 各触发器同时进行翻转。
第五章程序的执行-1_4
数据通路的基本结构
° 数据通路由两类元件组成
• 组合逻辑元件（也称操作元件） • 时序逻辑元件（也称状态元件，存储元件）
° 元件间的连接方式
• 总线连接方式 • 分散连接方式
° 数据通路如何构成？
• 由“操作元件”和“存储元件”通过总线方式或分散方式连 接而成 ° 数据通路的功能是什么？ • 进行数据存储、处理、传送 因此，数据通路是由操作元件和存储元件通过总线方式或 分散方式连接而成的进行数据存储、处理、传送的路径。
32
多路选择器 (MUX) A
B
控制信号
32
32
OP
MUX
32
Y
组合逻辑元件的特点： 其输出只取决于当前的输入。即：若 输入一样，则其输出也一样
算逻部件 (ALU) A
32
32
Result
定时：所有输入到达后，经过一定的 逻辑门延时，输出端改变，并保持到 下次改变，不需要时钟信号来定时
ALU
B
32
Zero
- 程序及指令的执行过程
- CPU的基本功能和基本组成 • 第二讲：数据通路基本结构和工作原理
- 数据通路基本结构
- 数据通路的时序控制 - 数据通路基本工作原理
• 第三讲：流水线方式下指令的执行
- 指令流水线的基本原理 - 适合流水线的指令集特征
- CISC和RISC风格指令集
- 指令流水线的实现 - 高级流水线实现技术
指令流水线的基本概念
° 五段流水线
取指令(IF)：根据PC的值从存储器取出指令。 指令译码(ID)：产生指令执行所需的控制信号。 取操作数(OF)：读取存储器操作数或寄存器操作数。 执行(EX)：对操作数完成指定操作。 写回(WB)：将操作结果写入存储器或寄存器。
《数字逻辑》(第二版)习题答案 第五章
习题五1. 简述时序逻辑电路与组合逻辑电路的主要区别。
解答组合逻辑电路:若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出值仅仅取决于该时刻各输入值的组合，而与过去的输入值无关，则称为组合逻辑电路。
组合电路具有如下特征：①由逻辑门电路组成，不包含任何记忆元件；②信号是单向传输的，不存在任何反馈回路。
时序逻辑电路:若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出信号不仅与电路该时刻的输入信号有关，还与电路过去的输入信号有关，则称为时序逻辑电路。
时序逻辑电路具有如下特征：○1电路由组合电路和存储电路组成，具有对过去输入进行记忆的功能；○2电路中包含反馈回路，通过反馈使电路功能与“时序”相关；○3电路的输出由电路当时的输入和状态(过去的输入)共同决定。
2. 作出与表1所示状态表对应的状态图。
表1 状态表现态y2 y1次态y2 ( n+1)y1(n+1) /输出Zx2x1=00 x2x1=01 x2x1=11 x2x1=10ABCD B/0B/0C/0A/0B/0C/1B/0A/1A/1A/0D/0C/0B/0D/1A/0C/0解答根据表1所示状态表可作出对应的状态图如图1所示。
图13. 已知状态图如图2所示，输入序列为x=11010010，设初始状态为A，求状态和输出响应序列。
图 2解答状态响应序列：A A B C B B C B输出响应序列：0 0 0 0 1 0 0 14. 分析图3所示逻辑电路。
假定电路初始状态为“00”，说明该电路逻辑功能 。
图 3 解答○1 根据电路图可写出输出函数和激励函数表达式为xK x,J ,x K ,xy J y xy Z 1111212=====○2 根据输出函数、激励函数表达式和JK 触发器功能表可作出状态表如表2所示，状态图如图4所示。
表2图4现态 y 2 y 1 次态 y 2( n+1)y 1(n+1)/输出Zx=0 x=1 00 01 10 1100/0 00/0 00/0 00/001/1 11/0 11/0 11/1○3 由状态图可知，该电路为“111…”序列检测器。
数字逻辑(欧阳星明)第五章
4．描述电路的逻辑功能。 由状态图可知，该电路是一个2 位二进制数可逆计数器。 当输入x=0 时，可逆计数器进行加1计数，其计数序列为 00 01 10 11
当输入x=1时，可逆计数器进行减1计数，其计数序列为 00 01 10 11 在时序逻辑电路分析中，除了状态图和状态表之外，通常 还用到时间图。时间图能较形象、生动地体现时序电路的工作 过程，并可和实验观察的波形相比较，是描述时序电路工作特 性的一种常用方式。
7
第五章 同步时序逻辑电路
（2）现态与次态 同步时序电路中的现态与次态是针对某个时钟脉冲而言的。 现态----指时钟脉冲作用之前电路所处的状态。 次态----指时钟脉冲作用之后电路到达的状态。 注意：前一个脉冲的次态即后一个脉冲的现态！如 1 2 cp 次态=现态 次态=现态 （3）对时钟的要求 脉冲的宽度：必须保证触发器可靠翻转； 脉冲的频率：必须保证前一个脉冲引起的电路响应完全结 束后，后一个脉冲才能到来。 2. 异步时序逻辑电路 异步时序逻辑电路的存储电路可由触发器或延时元件组成， 电路中没有统一的时钟信号同步，电路输入信号的变化将直接导 致电路状态的变化。 8 3
19
第五章 同步时序逻辑电路
5.2.2分析举例 例1 用表格法分析下图所示同步时序逻辑电路。 解：该电路由两个J-K触 发器和一个异或门组成，电 路的输入为x，电路的状态 (即触发器状态)用y2 、y1 表示。 电路的输出即状态变量，因 此 ， 该 电 路 属 于 Moore 型 电 路的特例。
1.写出输出函数和激励函数表达式 该电路的输出即为状态，各触发器的激励函数表达式为 J1=K1=1 ；J2=K2=x⊕y1
24
第五章 同步时序逻辑电路
根据状态响应序列，可 作出时间图如下图所示。由 于前一个时钟脉冲的次态即 为后一个时钟脉冲的现态， 所以，时间图中可以将现态 和次态共用一个波形表示。
《数字逻辑》第5章作业与习题
二、习题
1）填空题
1．在数字系统中，用二进制代码表示特定对象的过程称为
；n
位二进制编码器有 个输入，有 个输出。
2．将十进制数的十个数字编成二进制代码的过程叫做
。
个。
8．输出高电平有效的 4 线-16 线译码器的输入 A3~A0=1010 时，输出 Y15～
Y0=
。
9．全加器与半加器的区别是
。
10．当输入信号改变状态时，输出端可能出现虚假过渡干扰脉冲的现象叫做
。
2）单选题
1．在二进制译码器中，若输入有 4 位代码，则输出最多有（ ）信号。
①2个
②4个
③8个
④ 16 个
5．能实现从多个输入端中选出一路作为输出的电路称为（ ）。
① 触发器
②计数器
③ 数据选择器 ④ 译码器
6．把代码所表示的特定含义翻译出来的过程称为（ ）。
① 译码
② 编码
③ 数据选择 ④ 奇偶校验
7．用输出高电平有效的译码器实现组合逻辑电路时，还需或门
8．用输出低电平有效的译码器实现组合逻辑电路时，还需要（ ）。
① 与非门 ② 或非门 ③ 与门
④ 或门
9．半导体数码管的每个显示线段都是由（ ）构成的。
① 灯丝 ② 发光二极管 ③ 发光三极管 ④ 熔丝
3）问答与设计题
1. 组合逻辑电路在功能和电路组成上各有什么特点？
4
2. 二进制编码器和优先编码器各有何特点？优先编码器适于什么场合？试 举例说明。
3. 什么是数据选择器？数据选择器有什么功能和用途？ 4. 什么是译码器？二进制译码器有哪些特点和用途？ 5. 什么是奇偶校验器？奇偶校验器有什么功能和用途？ 6. 常用的组合逻辑集成部件包括哪些类型？ 7. 分析教材 P134 图 4.64 所示电路的逻辑功能，写出 Y1、Y2 的函数表达 式，列出真值表，并指出电路完成什么功能。 8. 用 Verilog HDL 设计 1 位全减器电路，设 X、Y、BI 分别为被减数、减 数、来自低位的借位，DO、BO 分别为差、向高位的借位。 9. 采用 function 块语句设计高电平有效的 8 线-3 线编码器，然后用函数调 用的方法实现此编码器电路。假设输入信号为 din[7:0]，输出信号为 dout[2:0]。 10. 用 Verilog HDL 设计输出为低电平有效的 2 线-4 线译码器电路，使能信 号为低电平有效。 11. 分别用 assign 语句和 always 块中的赋值语句设计一个 4 位二进制数的加 /减运算电路。当控制信号 M=0 时进行加法运算，而 M=1 时进行减法运算。注 意加法运算时要考虑来自低位的进位输入和向高位的进位输出，减法运算时要考 虑来自低位的借位和向高位的借位。采用这两种语句赋值时，对变量的类型各有 什么要求？ 12. 用 Verilog HDL 设计将余 3BCD 码转换成 8421BCD 码的码转换电路。 13. 分析下面 Verilog HDL 源程序，说明程序描述电路的功能。
第5章 基本数字逻辑单元的设计
功能 高阻态 a<=b
0 0
0 1
b<=a
BCD码—段选码译码器。
BCD码输入与LED显示器字段的对应关系 BCD码 数字 显 示 段 h g f e d c b a 0000 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0001 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0010 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0011 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0100 4 1 0 0 1 1 0 0 1 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 1 1 1 1 1 1 1 1 Vcc
一、组合逻辑电路VHDL设计 门电路、三态电路、译码器、编码器、选择器、 优先编码器电路、移位器、求补器等 二、时序逻辑电路VHDL设计 触发器、锁存器、寄存器、计数器 三、存储器 rom( 只 读 存 储 器 ) 、 ram( 随 机 存 储 器 ) 、 FIFO(先进先出堆栈) 四、简单控制电路设计
SUM CI A B
S0
SUM CI A B
S1
SUM CI A B
S3
N位超 前进位 加法器
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
CI
A[0: n-1]
B[0: n-1]
超前进位加法器
简化 cout<=(a and b) or (a or b) and ci
补器的VHDL程序。
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY shifter IS PROT (data_in：IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); sr, sl, ir, il：IN STD_LOGIC; data_out：OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); END shifter; ARCHITECTURE Alg OF shifter IS BEGIN PROCESS (sr, sl, data_in, ir, il) VARIABLE con：STD_LOGIC_VECTOR (0 TO 1);
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。
数字逻辑设计课件-第5章-锁存器与触发器
10
01
S
R
逻辑符号
Q
Q
约束条件当：有R效信S号撤1消时，即 R S 1 ，
Q 1,Q 1 的状态不能自行保持，称为无效态。
2. 基本RS锁存器的功能描述 （1）状态转移真值表
将锁存器的次态Qn+1与现态Qn，以及输入信号之间 的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表， 简称状态表。
1. 电路结构和工作原理
逻辑符号
在主从RS触发器的基础上演变而来 S J Qn R KQn 主从JK触发器的特性方程：
Qn1 S R Qn J Qn KQnQn J Qn KQn
RS KQn J Qn 0 J、K 无约束条件
KQ CP JQ
2. 集成主从触发器简介 （1）74LS71
仅取决于该时刻输入信号的状态。
Qm D
1. 边沿D触发器电路结构和工作原理
D-Latch
D-Latch
逻辑符号
CLK
Q
Q
Q
CP 主
CP 从
Q Qs QQm
D
D
Q Qm
D
Q Qs Q
CP
作为一D个整体Q ，
CLK
1
可视为下降沿触
发的D触发器。
CLK = 1 期间
主锁存器被选通，其输出端Qm跟随输入端D的变化而变化。
②CP＝1时， S D, R D ， 代入到基本R-S锁存器的 特性方程中，可得：
Qn1 S RQn D DQn D
D锁存器的特性Βιβλιοθήκη 程Qn1 D逻辑符号
D CP
2. 带有异步控制端的D锁存器
Q
Q
异步控制端的功能 Sd 0, Rd 1 时,
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0
1
1
1
CO = X·Y + Y·CI + X·CI
= X·Y + (X+Y)·CI
S = X Y CI
X S Y CO CI
6
串行进位加法器
X0 Y0
X Y CO S
X1 Y1
C1
X CI S Y CO
X2 Y2
C2
X CI S Y CO
X3 Y3 C3
X CI S Y CO
C0 =0
CI
全加器真值表
Ci X Y Ci+1S 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 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1
Ci+1 = (Xi· Yi) + (Xi+Yi)· Ci = Gi + Pi · Ci
进位传递信号 进位产生信号
真值表
S1 S0 A B 0 0 0 0 0 0 0 1
Y
3、电路处理
注意有效电平
13
第6章 组合电路设计实例
桶式移位器 简单浮点编码器 双优先级编码器 级联比较器 关模比较器
14
桶式移位器
具有n个数据输入和n个数据输出 控制输入：指定输入输出之间如何移动数据 （移位方向、移位类型、移动的位数） 设计一个简单16位桶式移位器（向左移位）
奇偶校验器
比较器
使能端作为数据输入端
2
内容回顾
译码器
奇校验：输入有奇数个1，输出为1
偶校验：输入有偶数个1，输出为1 利用异或运算实现 9位奇偶发生器74x280 奇偶校验的应用 —— 检测代码在传输和存储 过程中是否出现差错。
编码器
三态器件
多路复用器
奇偶校验器
DIN[5:0,15,14]
74x251
74x251
利用多路复用器，
DIN[0,15:9]
DIN[8:1] DIN[15:8] DIN[7:0] 74x251 74x251
通过控制数据输 入端的连接使输 出产生移位。
74x251
74x251 S[2:0]
DIN[15:0]
S[3:0]
19
负载太大
S3
74x148 EI A2~A0 GS I7~I0 EO
74x138
GI G2A,B CBA Y7~Y0 A[2:0] AVALID
74x148
EI
I7 I0
A2~A0 GS EO
B[2:0] BVALID
R_L[7:0] 最高优先输入为0，其余输入为1
27
关模比较器
输入：两个8位无符号二进制整数
数字逻辑设计及应用
第5章 组合逻辑设计实践
文档标准和电路定时 常用的中规模组合逻辑器件
1
内容回顾
译码器
标准MSI多路复用器
编码器
三态器件
74x151、 74x153、74x157
扩展多路复用器 利用多路复用器实现逻辑函数 多路分配器 —— 利用带使能端的译码器
多路复用器
方案二：利用74x157
如何利用2输入4位多路复用控制移位？
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
15
方案一：利用74x151
1、如何扩展路复用器？
16个输入端；4个地址选择端；
D[15:0] S[2:0] D[15:8] S3 S[2:0] D[7:0] S[3:0]
16
74x151
EN A B C D0 D7
Y Y
EN CBA D7~D0 EN CBA D7~D0
Y
Y Y
Y
当S=0101时 Y=D5
用4位控制输入S[3:0]指定移动位数，例: S=0101， 若输入：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
则输出：5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4
思路：输出的每一位都是从16个输入中选出的。 ——多路复用器（数据选择器）
Y
Y Y 当 S=0101时 通过控制数据 Y=D5 输入端的连接
17
DIN[14:7]
P334 图6-1
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]
74x151 74x151
DOUT1
74x151
74x151 S[2:0]
DOUT0
DIN[15:0]
S[3:0]
18
S3
DOUT[15:0]
DIN[14:7]
P334 图6-1
DIN[6:0,15] DIN[13:6]
74x251 74x251
DOUT[15:0] 利用三态输出 74x251 基本原理：
= G1+P1· G0+ P1· P0 · C0
…… Cn = Gn+Pn· Cn （P307）
11
MSI算术逻辑单元
ALU，arithmetic and logic unit 对2个b位的操作数进行若干不同的算术和逻辑运算 74x181
选择特定操作 0算术/1逻辑
S0~S3 M CIN A0~A3 B0~B3
74x148
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）
E
24
（1）如何确定第一个“1”的位置？ P337 图6-3 （2）如何确定3位指数？ （3）如何从第一个“1”开始选出4位M3M2M1M0？
G P A=B
F0~F3
COUT
输入数据
输入数据
P310 表5-52
12
功能表
设计函数发生器，其功能表如下： S1 S0
Y A·B A+B A B A’
1、填写真值表
2、选择器件
用基本门电路实现 利用卡诺图化简 用译码器实现 转换为最小项之和 用数据选择器实现
0 0 1 1
0 1 0 1
22
74x157 74x157 74x157 74x157 S1 移动2位
74x157 74x157 74x157 74x157 S2 移动4位
74x157 74x157 74x157 74x157 S3 移动8位
节省器件，延迟大，P335 图6-2
浮点编码器
11010110100 ＝ 1101×2 2 ＋ 0110100 5101 00100101111 ＝ 1001×2 2 ＋ 01111 0 000 00000000010 ＝ 0010×2 ＋ 0 浮点数的表示： B ＝ 首先解决的几个问题：
C4
S0
S1
S2
S3
缺点：运算速度慢，有较大的传输延迟 tADD = tXYCout + (n-2)*tCinCout + tCinS —— 提高速度：并行加法器
7
回顾：串行比较器
串行比较器
X0 Y0 X1 Y1
EQN-1
XN-1 YN-1
X Y CMP EQN EQI EQO
1
X Y X Y CMP CMP EQ1 EQ2 EQI EQO EQI EQO
DI[11:8]
DI[10:7]
YO[11:8]
DI[7:4]
DI[6:3]
YO[7:4]
DI[3:0]
DI[2:0,15]
YO[3:0]
DI[15:0]
S0
YO[15:0]
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
主 输 入
PI0 C0 边 界 输 入 PI PO C1 PI1 PI PO C2 级联输出 PIn-1 PI PO Cn 边 界 输 出
CI
CO
CI
CO
CI
CO
PO0
PO1
POn-1
主 输 出
9
并行进位加法器
先行进位法：第 i 位的进位输入信号
可以由该位以前的各位状态决定。
一位全加器：S = X Y Ci Ci+1 = X·Y + (X+Y)·Ci
X和Y
74x157
G 1Y~4Y S 1A~4A 1B~4B
一个控制信号 M 输出：8位无符号二进制整数 Z
逻辑功能：M
= 1，Z = min(X,Y)
M = 0，Z = max(X,Y)
相加的和：S = A’·B + A·B’ =AB
向高位的进位：CO = A·B
5
5.10 加法器
半加器（half adder）和 全加器（full adder）
CO XY 00 01 11 10 CI 0 0 0 1 0