数字集成电路及其应用实例88页PPT
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《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
《数字集成电路设计》PPT课件
② x和z值 在数字电路中，x代表不定值，z代表高阻值。 例如： 8’b1001xxxx 表示位宽8的二进制数第四位为不定值。
ⅱ. Parameter常数
在Verilog中，用parameter定义一个标识符代表一个常量，称为符 号常量。采用标识符代表一个常量可提高程序的可读性和可维护 性。其定义结构如下：
Verilog HDL程序模块包括模块名、输入输出端口说明、 内部信号说明、逻辑功能定义等几部分。
程序模板如下：
module <模块名>(<输入、输出模块列表>); /*端口描述*/ input <输入端口列表>; output <输出端口列表>;
/*内部信号说明*/ wire //nets型变量 reg //register变量 integer //常数
位运算是对两个操作数相应位进行运算操作数的位数是不变的而缩减运算时针对单个操作数先将操作数的第一位于第二位进行运算再将结果与第三位进行运算以此类推直到最后一位其结果是一个一位二进制数
数字集成电路设计
FPGA结构与设计流程
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵 列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即 解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
wire[n:1] 变量名1，变量名2，……，变量名n；
ⅱ. register型变量
register型变量对应于具有状态保持作用的电路元件，如触发器，锁 存器等。它只有明确地赋值后才能对其他变量赋值，重新赋值前一 直保持原值。在设计中，此类变量必须放在块语句(always语句)中， 通过过程语句赋值。同一个register型变量只能在一个块语句中重复 赋值，而不能同时在多个块语句中重复赋值使用。register型变量包 括reg型和integer型。
数字电路应用举例
举 例
返回
1.2 制动灯故障检测器
数
字
电
路
应
用
举
制动灯故障检测器
XD1、XD2—汽车尾部制动信号灯；
例
LED1、LED2—驾驶室内的工作指示灯，其工作状况和尾部信号灯相对应；
K—制动开关
1.3 汽车电子燃油喷射系统
数
发动机电子燃油喷射系统中，通过传感
字
器将发动机运行的各个信息，如进气流量传 感器信号、温度传感器信号、进气温度信号、
电
节气门开度信号、曲轴位置传感器信号和爆
路
震信号等送入ECU，经过模数转换（A／D转 换）变成动调整校正燃油喷射量
用
和点火时刻，使发动机混合比最佳，点火更 准确，燃烧更完全，达到输出功率大、油耗
举
低、排污少的目的。
例
谢谢观看！
数字电路应用举例
数字集成电路在各行各业都得到广泛的应用，从工业、科研、
军事、国防、民用领域到处可见，特别是在现代汽车上的作用， 更是发挥的淋漓尽致。由数字电路构成的微处理技术（ECU）
数
在汽车上的应用，将汽车工业推向了一个新的高度。
字
1.1 A/D、D/A转换器
电
如果在一些应用电路中取得的信号是模拟信号，就必须把它
路
应 转换成相应的数字信号才能进入数字系统，能将模拟信号转换成
相应数字信号的电路称为模／数转换器或 A／D 转换器。有时还
用 需要将处理后得到的数字信号再转换成相应的模拟信号作为最后
的输出，这就需要应用数/模转换器即 D／A 转换器。
A／D 转换器和 D／A 转换器的电路原理在这里不作介绍， 在实际应用中都有相应的集成电路器件可供选用。
《集成电路应用》课件
集成电路的技术创新
新材料的应用
采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，提高 集成电路的性能和降低功耗。
制程技术的进步
不断缩小芯片制程尺寸，提高芯片性能和集成度 。
封装技术的创新
采用先进的封装技术，如晶圆级封装、3D封装等 ，提高集成效率和可靠性。
集成电路在未来的应用前景
人工智能
物联网
集成电路作为人工智能技术的硬件基础， 将广泛应用于人工智能芯片、边缘计算等 领域。
集成电路的工作流程
集成电路的工作流程主要包括输入信号 的处理、信号的传输、信号的处理和输 出信号的处理等步骤。
在输出信号处理阶段，集成电路将处理 后的信号转换回适合外部应用的信号， 并将其输出。
在信号处理阶段，集成电路对接收到的 信号进行必要的处理，如放大、运算、 比较等。
在输入信号处理阶段，集成电路接收外 部输入的信号，并将其转换为适合内部 处理的信号。
集成电路的应用领域
总结词
集成电路应用广泛，涉及通信、计算机、工业控制、消费电子、医疗电子等多个领域。
详细描述
集成电路应用广泛，涉及通信领域的手机、基站、路由器等；计算机领域的个人电脑、 服务器等；工业控制领域的智能仪表、工业控制系统等；消费电子领域的电视、音响、 游戏机等；医疗电子领域的医疗设备、远程诊疗系统等。集成电路作为现代电子系统的
感谢您的观看
医疗设备中的集成电路
医疗设备是现代医疗中不可或缺的重要工具， 而集成电路在医疗设备中扮演着关键角色。
医疗设备中的集成电路主要用于信号处理、控 制、监测等功能，如心电图机、监护仪、超声 波诊断仪等设备中都有集成电路的存在。
集成电路的应用使得医疗设备更加精准、可靠 ，提高了医疗诊断和治疗的水平，为人们的健 康提供了更好的保障。
《数字集成电路设计》课件
加法器和减法器
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
《集成电路应用》幻灯片
• 我们经常用简单的RC网络来实现信号的延迟。但是如果使用一个大 电容器,被延迟信号的上升时间和下降时间就会大大增加,出现振荡和 同步问题.用施密特触发器组成的延迟电路能防止这些问题,由于它们 的高输入阻抗允许使用大电阻,因此在RC网络中可以使用廉价的小容 量电容器.延迟电路如图3-29所示,在施密特触发器的输入端接一个RC 延迟电路,用来延迟输入脉冲的上升沿和下降沿。
图3-24可控多谐振荡器
图3-25占空比可变的多谐振荡器
• 改变电阻阻值，就可以到达T1=T2，使输 出波形的占空比为50%。
T1
R1Cln(VVCCCC
V V
)
T2 R2Cln(VV )
• 3、正弦波至方波转换器 • 如图3-26所示，与非门74HC132的一输入端接VCC，
这时它等效为一个反相器。当两个电阻器R1和R2 的阻值 相等时，电阻分压器为与非门的另一个输入端提供VCC/2 的直流偏压，使输入正弦的最大振幅不受限制。输入耦合 电容器从正弦波中去掉任何直流成分，在输出端得到方波 输出信号。
• 用HC/HCT132(2输入与非施密特触发器)代替HC/HCT14,就组成可控 多谐振荡器,如图3-24所示.当启动/制止输入为“0〞电平时，振荡器 停振;当启动/制止为“1〞电平时,振荡器工作。
• 占空比可变的多谐振荡器
• 利用二极管的单向导电作用,给电容器提供独立的充电和放电回路, 通过改变R1和R2,就能控制振荡器的占空比，这种电路如图3-25所示. 计算充电和放电时间的公式如下：
• 二倍频器
• 如图3-37所示，微分电路C1R1T C2R2分 别接在IC1a〔反相器74HC14〕的输出端 和输入端，因此当它的输入端参加方波时， 在方波上升沿和下降沿，两个微分电路输 出的微分波形如图3-37中波形A和B所示。 二极管D1和D2选择方波下降沿产生的微分 波形，因此在输入方波改变状态时，C点总 是负跳变脉冲，从IC1B输出端就可得到输 入波形两倍频率的正脉冲，其宽度是可以 调节的，由时间常数R3C3决定。
图3-24可控多谐振荡器
图3-25占空比可变的多谐振荡器
• 改变电阻阻值，就可以到达T1=T2，使输 出波形的占空比为50%。
T1
R1Cln(VVCCCC
V V
)
T2 R2Cln(VV )
• 3、正弦波至方波转换器 • 如图3-26所示，与非门74HC132的一输入端接VCC，
这时它等效为一个反相器。当两个电阻器R1和R2 的阻值 相等时，电阻分压器为与非门的另一个输入端提供VCC/2 的直流偏压，使输入正弦的最大振幅不受限制。输入耦合 电容器从正弦波中去掉任何直流成分，在输出端得到方波 输出信号。
• 用HC/HCT132(2输入与非施密特触发器)代替HC/HCT14,就组成可控 多谐振荡器,如图3-24所示.当启动/制止输入为“0〞电平时，振荡器 停振;当启动/制止为“1〞电平时,振荡器工作。
• 占空比可变的多谐振荡器
• 利用二极管的单向导电作用,给电容器提供独立的充电和放电回路, 通过改变R1和R2,就能控制振荡器的占空比，这种电路如图3-25所示. 计算充电和放电时间的公式如下：
• 二倍频器
• 如图3-37所示，微分电路C1R1T C2R2分 别接在IC1a〔反相器74HC14〕的输出端 和输入端，因此当它的输入端参加方波时， 在方波上升沿和下降沿，两个微分电路输 出的微分波形如图3-37中波形A和B所示。 二极管D1和D2选择方波下降沿产生的微分 波形，因此在输入方波改变状态时，C点总 是负跳变脉冲，从IC1B输出端就可得到输 入波形两倍频率的正脉冲，其宽度是可以 调节的，由时间常数R3C3决定。
数字集成电路及其应用讲稿(王敏)
不一会儿，苏苏和蓉蓉闹别扭了，他们同时用力蹬地 ，争持不下。这时的跷跷板会处于什么状态呢？还 能保持一边高一边低吗？
基本R-S触发器（由2个与非门组成）
正常两时个逻输辑出状端态相反
Q
Q
&1
2&
S
R
两低个电输平入有端效
输入R=0, S=1时 0Q
Q1
全1则0
&1
2 & 直任接0置则01端
直接复位端
#
图2 两只NPN三极管反相器电路 vin无输入电位Q1截止,Q2导通 。Vin接入高电平Q1导通，促使 Q2基极电位下级,Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路 当输 入端悬空时Q1截止。VIN输入 端接入低电平时，Q1导通， 继电器吸合。
图4 PNP三极管开关电路 当vin无输入 电位时Q1截止。Vin接入高电平Q1导 通，继电器吸合。
在数字逻辑电路中，低电平表示0，高电平表 示1。一般规定低电平为0~0.25V，高电平 为3.5~5V。
高低电平的划分：对于TTL来说高电平是 :2.4V-5.0V，低电平是:0.0V-0.8V；对于 CMOS来说高电平是:3-5.0v 低电平是:0.02v
在右图所示用电阻和开关 构成的电路中，开关闭合时， 开关所呈现的电阻为0，使得 开关两端的电压也就是输出 电压为0，输出低电平。反之， 若开关断开，因为电阻R上没 有电流流过，R上的电压等于 电源电压，即输出高电平。
又返回到稳定状态;
3）暂稳态持续时间取决于电路的参数 。
多谐振荡器 1. 多谐振荡器的工作原理
多谐振荡器是能产生矩形 波的一种自激振荡器电路，由 于矩形波中除基波外还含有丰 富的高次谐波，故称为多谐振 荡器 。
基本R-S触发器（由2个与非门组成）
正常两时个逻输辑出状端态相反
Q
Q
&1
2&
S
R
两低个电输平入有端效
输入R=0, S=1时 0Q
Q1
全1则0
&1
2 & 直任接0置则01端
直接复位端
#
图2 两只NPN三极管反相器电路 vin无输入电位Q1截止,Q2导通 。Vin接入高电平Q1导通，促使 Q2基极电位下级,Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路 当输 入端悬空时Q1截止。VIN输入 端接入低电平时，Q1导通， 继电器吸合。
图4 PNP三极管开关电路 当vin无输入 电位时Q1截止。Vin接入高电平Q1导 通，继电器吸合。
在数字逻辑电路中，低电平表示0，高电平表 示1。一般规定低电平为0~0.25V，高电平 为3.5~5V。
高低电平的划分：对于TTL来说高电平是 :2.4V-5.0V，低电平是:0.0V-0.8V；对于 CMOS来说高电平是:3-5.0v 低电平是:0.02v
在右图所示用电阻和开关 构成的电路中，开关闭合时， 开关所呈现的电阻为0，使得 开关两端的电压也就是输出 电压为0，输出低电平。反之， 若开关断开，因为电阻R上没 有电流流过，R上的电压等于 电源电压，即输出高电平。
又返回到稳定状态;
3）暂稳态持续时间取决于电路的参数 。
多谐振荡器 1. 多谐振荡器的工作原理
多谐振荡器是能产生矩形 波的一种自激振荡器电路，由 于矩形波中除基波外还含有丰 富的高次谐波，故称为多谐振 荡器 。
数字集成电路及其应用
例 用代入定理证明摩根定律也适用于多变量的情况。
解
已知 ABAB
用（B·C）代入式中B的位置，得：
A(BC)ABC ABC ABC
例 求 YABCDE的反函数 Y
解 根据反演定理可得：
YABCDE
7.1.4 逻辑函数的表示方法
逻辑函数有三种表示方法： 真值表、逻辑函数式和逻辑图。
3种表示方法可以相互转换 由逻辑表达式列真值表 ：
1
00 0
1
01 1
1
10 1
1
11 1
YA B C A B C AC B ABC
化简
Y A BC A B C AB C ABC A BC A B C AB A BC A ( B C B ) A BC A (C B ) A BC AC AB ( A B A )C AB AB BC AC
E –
A
B
L
当两个开关都闭合（即A和B均为1）时，灯泡L才会通电发光（即L为1）；反之，只要有一个开关 断开（即A和B中有一个为0），灯就不亮（即L为0）。
其逻辑表达式为
与运算的基本运算规则
000 010
100 111
与运算的真值表
A
B
L
ห้องสมุดไป่ตู้
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
+5V R
只有当输入A、B均为高电位（即输入均为1）时，输 出Y才具有高电位（即输出为1）；
(5)配项法 应用公式配项
YABCABCABCABC ABCABCABCABCABCABC BC(AA)AC(BB)AB(CC) BCACAB
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11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
数字集成电路及其应用实例
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
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数字集成电路及其应用实例
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
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