数字系统设计(扫盲篇)
数字系统设计知识点
数字系统设计知识点数字系统设计是计算机工程和电子工程中的重要内容，涵盖了多种关键概念和技术。
本文将介绍数字系统设计的一些基础知识点，包括数字系统的基本原理、数字电路的构建和设计、以及数字系统中常见的编码和调制技术。
一、数字系统的基本原理数字系统是由数字电路组成的，其中的信息以二进制形式表示。
数字电路由数字逻辑门组成，可以执行布尔运算。
数字系统的基本原理包括以下几个关键概念：1. 二进制系统：数字系统采用二进制表示，即使用0和1来表示逻辑状态。
二进制是一种计数系统，它只使用两个数字来表示所有的值。
2. 布尔代数：布尔代数是描述和操作逻辑关系的一种数学工具。
它基于三个基本运算：与、或和非。
布尔代数可以用于设计和分析数字逻辑电路。
3. 逻辑门：逻辑门是数字电路的基本构件，用于执行逻辑运算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
通过组合逻辑门可以构建复杂的数字电路。
二、数字电路的构建和设计数字电路是数字系统的基础，它由逻辑门和触发器等元件组成。
数字电路的构建和设计需要考虑以下几个因素：1. 逻辑门的组合与实现：通过组合不同类型的逻辑门可以实现多种逻辑功能。
例如，与门和或门的组合可以实现任意布尔函数。
设计者需要根据具体需求选择适当的逻辑门组合。
2. 状态机设计：状态机是一种具有离散状态的数字电路。
它由状态寄存器、组合逻辑和输出逻辑组成。
设计者需要根据系统需求定义状态和转移条件，然后选择适当的触发器和逻辑门实现状态机。
3. 模时序系统设计：模时序系统是一种具有时序行为的数字电路。
它由触发器和组合逻辑构成，可以实现时序逻辑功能。
设计者需要考虑时钟信号、触发器类型和时序逻辑的实现方式。
三、编码和调制技术在数字系统设计中，编码和调制是常用的技术，用于将信息从一种形式转换成另一种形式。
1. 数字编码：数字编码用于将数字或字符等信息转换为二进制形式。
常见的数字编码包括BCD码、格雷码和ASCII码等。
不同的编码方式可以适用于不同的应用场景。
数字系统设计.pdf
PLD设计——CPLD与FPGA的区别
规模
CPLD规模一般比FPGA小，最多512个宏单元；FPGA则可以实现单片 1000万门。
速度
CPLD的速度可以比FPGA更高，其连线的延时固定，更适合做高速的应 用；FPGA的互连线为多段，延时不确定。
逻辑特点 CPLD适合做逻辑密集型的应用，FPGA适合做数据密集型的应用。 编程方式
ALTERA
XILINX
FPGA/CPLD生产商
ispLSI系列：1K、2K、3K、5K、8K ispLSI1016 、ispLSI2032、 ispLSI1032E、ispLSI3256A MACH系列 ispPAC系列：
LATTICE VANTIS （AMD）
CPLD
其他PLD公司： ACTEL公司： ACT1/2/3、40MX ATMEL公司：ATF1500AS系列、40MX CYPRESS公司 QUIKLOGIC公司
数字系统分类
数字系统本身实现的方法很多，一般来说，可以分为 以下几种方法： PLD（可编程逻辑器件） MCU（单片机） DSP（数字信号处理器） Embedded System（嵌入式系统） 以上几种设计方法的应用场合不同，设计方法也大 不相同，应该根据不同的应用场合、成本和设计的 难度来决定使用合适的设计方法。
SO MUCH IC！
FPGA CPLD
PLD设计——PLD设计的流程
设计输入
原理图 硬件设计语言
功能仿真
验证逻辑是否正确
综合
将原理图或者硬件描述语言翻译为网表。
时序仿真
加载器件延时文件后的仿真，验证在器 件上实现后的实际性能。
不同数字系统的应用场合（4）
Embedded System（嵌入式系统）
数字系统设计原理和方法
论述数字系统设计的原理和方法一、数字系统原理数字系统，即有一些逻辑单元构成的具备数字运算和逻辑处理的一类算术系统，完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路。
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。
由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
数字电路一般分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合逻辑电路简称组合电路，它由最基本的的逻辑门电路组合而成。
特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。
电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。
时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。
它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。
数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等），因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。
以二进制作为基础的数字逻辑电路，简单可靠，准确性高。
集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。
电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。
电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。
对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。
第3章数字系统的设计
第3章 数字系统的设计
2. 自底向上法 自底向上法是根据系统功能要求，从具体的器件、
逻辑部件或者相似系统开始，凭借设计者熟练的技巧 和丰富的经验通过对其进行相互连接、修改和扩大， 构成所要求的系统。
第3章 数字系统的设计
3.1.3 数字系统设计的一般过程 数字系统设计分为系统级设计和逻辑级设计两个阶
第3章 数字系统的设计
3.1 数字系统设计概述
3.1.1 数字系统的组成 人们常常把数字系统划分成两个部分——数字处理器
和控制器，如图3.1所示。
第3章 数字系统的设计
输入信号
控制器
状态信号 控制信号
输入数据
数字处理器 …
数字处理器 …
输出数据
数字处理器
图3.1 数字系统
第3章 数字系统的设计
控制器：负责规定算法的步骤，在每一个计算步骤给 数据处理器发出命令信号，同时接收来自数字处理器的 状态变量，确定下一个计算步骤，以确保算法按正确的 次序实现。也可以说，控制器决定数字处理器的操作及 操作序列。控制器是我们完成数字系统设计的难点和重 点所在。
第3章 数字系统的设计
1. 寄存器间的信息传输操作 传送语句： P：A←B
该语句表示在控制函数P的控制下，寄存器B的内 容传输给寄存器A，箭头“←”表示传输方向，从源寄 存器指向目标寄存器。
扫盲班教案(数学)
扫盲班教案(数学)一、教案概述：本教案针对扫盲班学生，主要目标是帮助学生掌握基本的数学知识和技能。
通过本课程的学习，学生将能够识别数字、进行基本的加减法运算，并理解数学的基本概念。
二、教学目标：1. 学生能够识别1-100的数字。
2. 学生能够进行基本的加减法运算。
3. 学生能够理解数的概念，如奇数、偶数、大于小于等。
三、教学内容：1. 数字的识别与书写：教授学生如何正确识别和书写1-100的数字。
2. 加减法运算：通过实际操作和练习，让学生掌握加减法的基本运算方法。
3. 数的概念：通过实例和练习，让学生理解奇数、偶数、大于小于等基本数学概念。
四、教学方法：1. 采用直观教学法，通过实物、图片等引导学生直观地认识数字和进行运算。
2. 采用分组合作学习法，让学生在小组内进行讨论和实践，增强学生的参与感和合作意识。
3. 采用激励评价法，鼓励学生积极参与学习，并及时给予表扬和鼓励，增强学生的自信心。
五、教学评估：1. 定期进行小测试，检查学生对数字的识别和书写能力。
2. 设计实际的加减法运算题目，检查学生的运算能力。
3. 通过观察学生的课堂表现和作业完成情况，了解学生对数的概念的理解程度。
六、教学资源：1. 数字卡片：用于教授数字的识别和书写。
2. 加减法算术题卡：用于练习加减法运算。
3. 教学挂图：用于展示数的概念。
4. 练习本：用于学生完成课堂作业和练习。
5. 教学视频或课件：用于辅助教学，增加学生的学习兴趣。
七、教学步骤：1. 数字的识别与书写：使用数字卡片，引导学生逐个认识和书写数字。
2. 加减法运算：通过实际操作题卡，让学生进行加减法运算练习。
3. 数的概念：通过教学挂图和实例，让学生理解和掌握奇数、偶数、大于小于等基本数学概念。
八、教学实践：1. 数字游戏：设计数字接龙、数数等游戏，让学生在游戏中巩固数字的识别和书写能力。
2. 加减法竞赛：组织小竞赛，让学生在竞争中提高加减法运算速度和准确性。
扫盲班教案(数学)
扫盲班教案(数学)一、教学目标1. 让学生掌握基本的数学运算方法，如加、减、乘、除等。
2. 培养学生对数学的兴趣和自信心，激发他们继续学习数学的积极性。
3. 提高学生的逻辑思维能力和解决问题的能力。
二、教学内容1. 第一课：数字0-10的认识和加减法教学目标：让学生认识数字0-10，掌握基本的加减法运算。
教学方法：通过图片、实物等引导学生认识数字，进行加减法运算的练习。
2. 第二课：数字11-20的认识和加减法教学目标：让学生认识数字11-20，掌握基本的加减法运算。
教学方法：通过图片、实物等引导学生认识数字，进行加减法运算的练习。
3. 第三课：数字21-30的认识和加减法教学目标：让学生认识数字21-30，掌握基本的加减法运算。
教学方法：通过图片、实物等引导学生认识数字，进行加减法运算的练习。
4. 第四课：数字31-40的认识和加减法教学目标：让学生认识数字31-40，掌握基本的加减法运算。
教学方法：通过图片、实物等引导学生认识数字，进行加减法运算的5. 第五课：数字41-50的认识和加减法教学目标：让学生认识数字41-50，掌握基本的加减法运算。
教学方法：通过图片、实物等引导学生认识数字，进行加减法运算的练习。
三、教学方法1. 采用直观、生动的教学方法，如图片、实物、游戏等，引导学生认识数字和进行运算。
2. 注重学生的参与和实践，鼓励他们积极回答问题、进行计算练习。
3. 采用分组教学、个别辅导等方式，针对学生的不同需求进行教学。
四、教学评价1. 定期进行小测验，检查学生对数字和运算的掌握程度。
2. 观察学生在课堂上的表现，如参与度、理解能力等。
3. 鼓励学生进行自我评价，让他们认识到自己的进步和需要改进的地方。
五、教学资源1. 数字卡片、实物、图片等教学辅助材料。
2. 黑板、粉笔等教学工具。
3. 练习册、作业本等学习资料。
六、第六课：数字51-60的认识和加减法教学目标：让学生认识数字51-60，掌握基本的加减法运算。
数字系统的设计方法
数字系统的设计方法
1.自下而上的设计方法
数字系统自下而上的设计是一种摸索法，设计者首先将规模大、功能简单的数字系统按规律功能划分成若干子模块，始终分到这些子模块可以用经典的方法和标准的规律功能部件进行设计为止，然后再将子模块按其连接关系分别连接，逐步进行调试，最终将子系统组成在一起，进行整体调试，直到达到要求为止。
这种方法的特点是:
(1)没有明显的规律可循，主要靠设计者的实践阅历和娴熟的设计技巧，用逐步摸索的方法最终设计出一个完整的数字系统。
(2)系统的各项性能指标只有在系统构成后才能分析测试。
假如系统设计存在比较大的问题，也有可能要重新设计，使得设计周期加长、资源铺张也较大。
2.自上而下的设计方法
自上而下的设计方法是，将整个系统从规律上划分成掌握器和处理器两大部分，采纳ASM 图或RTL语言来描述掌握器和处理器的工作过程。
假如掌握器和处理器仍比较简单，可以在掌握器和处理器内部多重地进行规律划分，然后选用适当的器件以实现各个子系统，最终把它们连接起来，完成数字系统的设计。
设计步骤：
（1）明确所要设计系统的规律功能。
（2）确定系统方案与规律划分，画出系统方框图。
（3）采纳某种算法描述系统。
（4）设计掌握器和处理器，组成所需要的数字系统。
DSP扫盲文件(精)
DSP 入门必看(非常好的DSP 扫盲文章(ZZ(1DSP 可以降频使用吗？可以，DSP 数字信号处理的主频均有一定的工作范围，因此DSP 均可以降频使用。
如何选择外部时钟？DSP 的内部指令周期较高，外部晶振的主频不够，因此DSP 大多数片内均有PLL 。
但每个系列不尽相同。
1TMS320C2000系列：TMS320C20x ：PLL 可以÷2，×1，×2和×4，因此外部时钟可以为5MHz －40MHz 。
TMS320F240：PLL 可以÷2，×1，×1.5，×2，×2.5，×3，×4，×4.5，×5和×9，因此外部时钟可以为2.22MHz －40MHz 。
TMS320F241/C242/F243：PLL 可以×4，因此外部时钟为5MHz 。
TMS320LF24xx：PLL 可以由RC 调节，因此外部时钟为4MHz －20MHz 。
TMS320LF24xxA ：PLL 可以由RC 调节，因此外部时钟为4MHz －20MHz 。
2TMS320C3x 系列：TMS320C3x ：没有PLL ，因此外部主频为工作频率的2倍。
TMS320VC33：PLL 可以÷2，×1，×5，因此外部主频可以为12MHz －100MHz 。
3TMS320C5000系列：TMS320VC54xx ：PLL 可以÷4，÷2，×1-32，因此外部主频可以为0.625MHz －50MHz 。
TMS320VC55xx ：PLL 可以÷4，÷2，×1-32，因此外部主频可以为6.25MHz －300MHz 。
4TMS320C6000系列：TMS320C62xx ：PLL 可以×1，×4，×6，×7，×8，×9，×10和×11，因此外部主频可以为11.8MHz －300MHz 。
01数字系统设计概述
2. 按生产目的分类： ·通用集成电路； ·专用集成电路（Application
Specific Integrated Circuit, ASIC）。
3. 按实现方式（设计风格）分类： ·全定制（Full -Custom）方式； ·半定制（Semi-Custom）方式；
1.1.2 SOC 二十世纪末期，集成电路工艺技术进入 深亚微米阶段，单个芯片中已经可以容 纳包括硬件和软件整个系统，即所谓系 统级芯片（System On a Chip, SOC）。
1.2.2 设计过程
设计的过程实际上就是从概念到制 造的过程，即把高层次的抽象描述逐级 向下进行综合和实现，细化为接近物理 实现的低层次描述。在设计中应包括一 系列设计任务和相应的CAD和EDA工具。
设计过程一般由三个阶段：设计输入要求、 系统设计和设计输出要求组成。
输入规格
系统设计 工具
输出规格
集成电路的分类
1. 按工艺分类，最主要的有： ·金属氧化物半导体（Metal Oxide
Semiconductor, MOS）工艺； ·晶体管-晶体管逻辑（Transistor-
Transistor Logic, TTL）； ·发射极耦合逻辑（Emitter Coupled
Logic, ECL）。
2）自上而下的设计方法：
这种设计方法的思想是按从抽象到具体， 从概念到实现的思路和次序进行设计的， 从系统总体要求出发，自上而下地逐步 将设计内容细化，最后完成系统硬件的 整体设计。将系统的硬件设计分成3个层 次：
第一层次是对整个系统购数学模型的描述，称 为行为描述。
第二层次是采用RTL方式导出系统的逻辑表达 式，供逻辑综合使用，称为RTL方式描述。
每个阶段又分为综合、分析和验证三个步 骤。
扫盲数学教案
扫盲数学教案第一节：引言数学是一门基础学科，对于每个人的生活和工作都有着重要的作用。
然而，很多人对于数学的学习和理解存在困难，使得他们在应用数学知识时感到无能为力。
为了帮助广大学习者提升数学水平，本教案旨在扫盲数学，以简单易懂的方式介绍数学的基本概念和常见问题解决方法。
第二节：目标通过本教案的学习，学习者将能够：1. 理解数学的基本概念与原理；2. 掌握基本的数学计算方法；3. 解决一些实际问题时能够应用数学知识。
第三节：教学内容1. 数字和数字运算a. 数字的分类与性质b. 基本的数字运算规则（加法、减法、乘法、除法）c. 小数、分数和百分数的概念及运算2. 代数方程a. 代数式和方程的基本概念b. 一元一次方程和一元一次不等式的解法c. 二次方程的解法3. 几何形状与测量a. 几何形状的分类与性质b. 面积、周长和体积的计算方法c. 直角三角形和正弦、余弦、正切的关系4. 统计与概率a. 数据的收集、整理和图表表示b. 常见统计量（平均数、中位数、众数）的计算c. 概率的基本概念和计算方法第四节：教学方法为了使学习者更加容易理解和掌握数学知识，本教案采用多种教学方法：1. 板书：通过在黑板或白板上绘制图表、公式和解题步骤，以直观的方式展示数学运算和问题解决过程。
2. 示例讲解：提供一些实际问题的解答过程，引导学习者理解并掌握数学应用的方法。
3. 练习与讨论：设计一些练习题和问题，鼓励学习者主动思考和参与讨论，提高数学运用能力。
第五节：教学流程1. 引入数学概念：通过引用日常生活中的例子，引导学习者认识到数学在我们周围的应用和重要性。
2. 数学概念解释：以简明扼要的方式解释和定义所要讲授的数学概念，确保学习者能够理解基本原理。
3. 示例演示：通过实际问题的解答过程，演示数学方法的应用和解题思路。
4. 学习者练习：提供一些练习题目，鼓励学习者自主练习和思考问题的解决方法。
5. 讲解与讨论：对于练习过程中出现的问题，进行讲解和讨论，确保学习者对数学原理的理解和掌握。
数字系统设计
•数字系统的基本组成
•传统的数字系统设计方法
•现代数字系统设计方法 •数字系统设计举例
一、数字电子系统的组成
数字电子系统： 数字电路系统是指能够完成一系列较为复杂的逻辑操作的电路系 统。通常数字电路系统是由许多组合逻辑和时序逻辑功能部件组成 的，这些功能部件又可以由各种各样的SSI(小规模)、MSI(中规模)、 LSI(大规模)器件组成。 对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统
ASM图 图
(A) 计数器复位
MDS
START A CR↑↓
NO
START？
START
YES
(B)
执行
B
OPR↑↓
再举一例：
4.ASM图的条件输出与MDS图条件输出相对应。
到MDS图
注：A态返回到A态时， 有一条件输出：当X=0， CP=0时，RUN有效。
四、数字系统设计举例
例1：设计一汽车尾灯控制系统
自上而下设计方法的步骤如下： 1、明确待设计系统的逻辑功能； 2、拟定数字系统的总体方案； 3、逻辑划分，即把系统划分为控制器与受控电路两 大部分，并规定其具体的逻辑要求，但不涉及具体的 硬件电路，如下图所示：
ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换
ASM(Algorithmic State Machine)算法流程图，建立ASM图是数字系统 的关键步骤，是描述数字系统控制算法的流程图。基本符号：状态框、 判断框和条件输出框。它表面上与通常的软件流程图非常相似，但ASM 图表示事件的精确时间间隔序列，而一般的软件流程图没有时间的概念。 （1）状态框 数字系统控制序列的状态用“状态框”表示 左上角：状态名称； 右上角：状态编码(如果已编码)。 框内标出此状态下实现的寄存器操作或输出；箭头表示在时钟的触发下进入 状态A，在另一个时钟触发下离开状态A。
扫盲班教案(数学)
扫盲班教案（数学）一、教学目标1. 使学员掌握基本的数学运算方法，如加、减、乘、除等。
2. 培养学员的逻辑思维能力和解决问题的能力。
3. 提高学员的数学素养，为日常生活和工作中的应用打下基础。
二、教学内容1. 数字的认识：1-100的数字读写及运用。
2. 加减法运算：100以内的加减法计算及应用。
3. 乘除法运算：10以内的乘除法计算及应用。
4. 分数和小数：基本概念及简单运算。
5. 几何图形：认识基本几何图形及性质。
三、教学方法1. 采用直观演示法，通过教具和实物展示，帮助学员直观地理解数学概念和运算方法。
2. 运用分组讨论法，鼓励学员相互交流、合作解决问题，培养团队协作精神。
3. 采用案例教学法，结合生活实例，使学员学会将数学知识应用于实际生活中。
4. 运用问答法，激发学员思考，提高学员的应答能力和思维水平。
四、教学步骤1. 热身活动：通过数数、猜谜等游戏，激发学员对数学的兴趣。
2. 教学新知识：讲解本节课的重点内容，如数字、运算方法、几何图形等。
3. 实践练习：布置针对性的练习题，使学员巩固所学知识。
4. 小组讨论：学员分组讨论问题，培养团队合作能力。
5. 总结讲解：对学员的疑问进行解答，总结本节课的主要知识点。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学员在课堂上的参与程度、提问回答等情况，给予相应的评价。
2. 作业完成情况：检查学员课后作业的完成质量，对错误进行纠正。
3. 阶段性测试：定期进行数学测试，了解学员对知识的掌握程度。
4. 学员反馈：收集学员对教学的意见和建议，不断改进教学方法。
六、教学资源1. 教材：扫盲班数学教材2. 教具：黑板、粉笔、多媒体设备3. 实物：计数器、几何模型4. 练习题：各类数学练习题及答案5. 游戏道具：数学游戏卡片、拼图等七、教学环境1. 教室布置：座位排列整齐，教具摆放有序2. 教学设备：黑板、多媒体设备正常运转3. 学习氛围：营造轻松、愉快的学习氛围，使学员积极参与课堂活动八、教学进度安排1. 第一个月：数字的认识及基本运算（1-20）2. 第二个月：加减法运算（1-100）3. 第三个月：乘除法运算（1-10）4. 第四个月：分数、小数及几何图形5. 第五个月：复习及巩固所学知识，进行阶段性测试九、教学注意事项1. 关注学员个体差异，因材施教，使每个学员都能跟上教学进度。
数字系统设计
基于IP模块的设计 （Block Based Design）
基于平台的设计 （Platform Based Design）
数字系统的实现方式
数字IC设计
全定制
半定制
门阵列 标准单元 PLD器件
高速、高密度PCB的设计
高速、高密度PCB设计中的问题
– 信号完整性（SI，Signal Integrity） – 电磁兼容（EMC，Electromagnetic
流拟程订图数、字算系法统状的态总机控体A制S方M信案流号；程图功能级描述
外部（ 文输逻 为A件入l辑控g状o划制态rit分器h图控m，与M制ic器D即 受SSt把 控a（te系 电MM统 路ea应mc划 两答hoir信分 大nnei号cCDhoacr受tu功）m控能或e电仿n路t助真ed记
S并 择ta部 辑 硬根适te分要件据当D，求电i控的a向g并，路制器r外a规但；m器件部s输定 不及来）出其 涉受 实来具 及控 现描体 具电 。述的 体路控逻 的的制逻器辑的功控数门据能级制输描，过出述选程，
– 应尽量使用单独的数字与模拟电源和接地网络。 – 数字地和模拟地最好单点相连。
电源和地线的处理
– 在电源和地线间加去耦电容； – 尽量加宽电源线和地线的宽度，对多层板，电源和
地可以各占一层，对单、双面板，最好把板上没有 布线的空间全部铺成地线。
自下而上的设计（Bottom-up）
首先将各种基本单元做成基本单元库， 然后在设计时调用这些基本单元，逐级向 上组合，直到设计出满足自己需要的系统 为止。
自上而下的设计（Top-down）
CP
数据输入
明确把待规设模计较系大统的的数逻字辑系功统从逻系辑统上级划设计分
为能控；制器和受控电路两大部分，采用逻辑
扫盲教案数与算
扫盲教案数与算在当今社会，数字和计算能力是我们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是购物时的算账、规划家庭预算，还是理解各种数据和统计信息，都需要一定的数与算知识。
然而，对于一些没有接受过系统教育或基础薄弱的人群来说，数与算可能是一个令人头疼的难题。
因此，一份有效的扫盲教案对于提升他们的数学能力至关重要。
一、教学目标首先，我们要明确这份教案的教学目标。
扫盲教案的目标不是培养数学家，而是让学习者掌握基本的数与算概念和技能，能够在日常生活中运用这些知识解决实际问题。
具体来说，教学目标包括：1、认识数字 0 到 9，能够正确书写和认读。
2、理解数的大小和顺序，能够进行比较。
3、掌握 10 以内的加减法运算。
4、学会运用加减法解决简单的实际问题，如购物找零、分配物品等。
二、教学重难点明确了教学目标后，我们还要确定教学的重点和难点。
教学重点：1、数字的认识和书写，这是后续计算的基础。
2、 10 以内加减法的运算规则和方法，这是最基本的计算技能。
教学难点：1、对于一些抽象的数学概念，如加减法的意义，学习者可能理解起来有困难。
2、在实际问题中运用加减法进行计算，需要学习者具备一定的逻辑思维和分析能力。
三、教学方法为了实现教学目标，突破重难点，我们需要采用合适的教学方法。
1、直观教学法通过实物、图片、教具等直观的方式展示数字和计算过程，让学习者能够更加直观地理解。
例如，用苹果、香蕉等水果来表示数字，用分水果的方式来演示加减法。
2、游戏教学法将学习过程设计成有趣的游戏，增加学习的趣味性和参与度。
比如，数字接龙游戏、加减法卡片游戏等。
3、情境教学法创设生活中的实际情境，让学习者在情境中学习和运用数学知识。
比如，模拟超市购物的场景，让学习者进行算账和找零。
四、教学过程1、导入通过展示一些生活中常见的数字，如电话号码、价格标签、时钟等，引起学习者的兴趣，然后提问他们这些数字的含义，导入课程。
2、数字认识（1）展示数字卡片 0 到 9，逐个介绍数字的形状、发音和书写方法。
数字系统设计
7.1.3 1. 数字系统的总体方案 数字系统的总体方案的优劣直接关系到整个数字系统的质量
与性能， 需要根据系统的功能要求、使用要求及性能价格比周密 思考后确定。 下面通过两个具体实例进行说明。
【例7-1】某数字系统用于统计串行输入的n位二元序列X中 “1”的个数，试确定其系统方案。
解 该数字系统的功能用软件实现最为方便， 但此处仅讨论 硬件实现问题。
st X
Q
CP2
位 数计 数 器
CP
控 制器
CLR
CP1
“ 1”数 计 数 器
do ne
“ 1”数 输 出
图 7 - 3 “1”数统计系统结构框图
该系统的大致工作过程如下： 系统加电时，系统处于等待状 态，即当st=0时，系统不工作；当st=1时，系统启动工作，控制器 输出CLR有效，将两个计数器清0，同时置输出状态信号done无效。
数字系统设计
7.1 数字系统设计概述 7.2 控制子系统的设计工具 7.3 控制子系统的实现方法 7.4 数字系统设计举例
7.1 数字系统设计概述
1. 什么是数字系统
在数字电子技术领域内，由各种逻辑器件构成的能够实现某 种单一特定功能的电路称为功能部件级电路，例如前面各章介绍 的加法器、 比较器、 译码器、数据选择器、计数器、移位寄存器、 存储器等就是典型的功能部件级电路， 它们只能完成加法运算、 数据比较、译码、数据选择、计数、移位寄存、数据存储等单一 功能。 而由若干数字电路和逻辑部件构成的、能够实现数据存储、 传送和处理等复杂功能的数字设备，则称为数字系统(Digital System)。电子计算机就是一个典型的复杂数字系统。
2 . 数字系统的逻辑划分
由于数据子系统和控制子系统的功能不同， 因此， 数字系 统的逻辑划分并不太困难。凡是有关存储、 处理功能的部分， 一律纳入数据子系统； 凡是有关控制功能的部分，一律纳入控 制子系统。逻辑划分后，就可以根据功能需要画出整个系统的结 构框图。
《数字系统设计》课件
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《数字系统设计》 PPT课件
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目 录
• 数字系统概述 • 数字系统的设计基础 • 数字系统的设计方法 • 数字系统的实现 • 数字系统的测试与验证 • 数字系统的发展趋势与展望
PART 01
数字系统概述
数字系统的定义
总结词
随着技术的进步，数字系统的应用范围越来越广，数字化程度不断加深 ，从消费电子到工业制造，再到智慧城市，数字系统的应用已经无处不 在。
云计算与边缘计算的融合
云计算提供了强大的数据处理能力，而边缘计算则能够降低延迟，提高 响应速度，两者融合将进一步提升数字系统的性能。
03
人工智能与数字系统的结合
人工智能技术为数字系统带来了更智能化的决策能力，使得数字系统能
03
更广泛的应用领域
随着物联网、5G/6G等技术的发展， 数字系统的应用领域将进一步扩展， 从消费电子到工业制造，再到智慧城 市，数字系统的应用将更加深入和广 泛。
2023-2026
END
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REPORTING
合成设计法
总结词
利用现有标准单元电路，通过组合和配置来 实现数字系统的设计。
详细描述
合成设计法是一种基于现有标准单元电路的 方法，通过选择合适的标准单元电路，进行 组合和配置，来实现数字系统的设计。这种 方法需要熟悉各种标准单元电路的特性和功 能，能够根据设计要求进行合理的选择和布 局。
优化设计法
数字系统是指使用数字信号进行信息传输和处理的一类系统。
详细描述
数字系统采用离散的数字信号来表示和传输信息，这些数字信号可以表示二进制数、十进制数、十六进制数等不 同进制数制。数字系统在计算机、通信、控制等领域广泛应用。
第六章数字系统设计PPT课件
◆数据处理单元的设计
◆控制单元的设计
乘法控制器的ASM图
◆控制器输入输出信号表
◆控制器的VHDL源程序—mulcon.vhd
◆控制器仿真结果
◆乘法器顶层原理图
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
设计师可在较短的时间内采用各种结构芯片来完成同一功能 描述,从而在设计规模、速度、芯片价格及系统性能要求等方面 进行平衡,选择最佳结果。
● 层次化设计方法分层原则
将所有的算术运算安排在同一层中，状态机、 随机逻辑、数据路径等逻辑类型作为独立的 模块设计
模块的输入尽量不要悬空，输出应尽量寄存。 单个功能块应保持在3000～6000门之间，
目前的电子产品正向模块化发展,所谓模块化就是对以往设 计成果进行修改,组合和再利用,产生全新的或派生设计,而自顶 向下设计方法的功能描述可与芯片结构无关。因此可以以一种 ＩＰ的方式进行存档,以便将来的重新利用。 设计规模大大提高
简单的语言描述即可完成复杂的功能,而不需要手工绘图。 芯片选择更加灵活
4 底层模块的仿真
（1）LOCK模块的仿真结果
（2）CNT12的仿真结果
（3）CNT10模块的仿真结果
（4）CODE模块的仿真结果
5 频率计顶层原理图的输入
6 频率计仿真结果
● 数字乘法器的设计
设计一4×4 二进制乘法器 设计步骤： 1.算法设计 2.电路划分 3.数据处理单元的设计 4.控制单元的设计
2 顶层原理图
3 底层模块设计
在顶层原理图中共有 5个模块：CNT12、 CNT10、CODE、 LOCK、DECODER （1）十二进制加法计 数器CNT12的VHDL 语言源程序
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20
5.1 寄存器
结构分类： 基本（RS) 同步（RS)
主从 (RS、JK)
边沿 (维持阻塞、CMOS边沿）
21
5.2.1 特性表、特性方程
特性表
SD RD Qn Qn+1
1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
主触发器
从触发器
25
5.2.4 边沿触发器
为了进一步增强触发器的抗干扰能力，提高工
作的可靠性，希望触发器的次态仅仅取决于CP
的上升沿或下降沿到来时刻输入信号的状态， 而在此之前的或之后输入信号状态的任何变化 对触发器的次态都没有影响。
这种触发器即为边沿触发器。
26
第4章 4.2
5.3触发器逻辑符号比较
F ABCD ABCD ABC ABD ABC BCD
F AB BC BD ACD ABCD
CD AB
ACD
00 01 11 10 1
1 1 1 1 1 1 1 1
注意：
00 01
BD
AB
1.化简完成后要检查有 无多余圈。
BC
11 10
2.最简结果不唯一。
极管开关电路。
9
3.2双极型三极管的开关电路
当vI为低电平时，三极管工作
在截止状态（截止区），输出 高电平vOVCC 。
当vI为高电平时，三极管工作 在饱和导通状态（饱和区）， 输出低电平vO0V（VCES ）。
三极管相当一个受vI控制的开关
深度饱和计算？
10
三极管、 MOS管的比较
ABCD
3.1 半导体二极管的开关特性
因为半导体二极管具有单向导电性，即外加正向
电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当 于一个受外加电压极性控制的开关。
7
箭头表示PN结 的正偏 方向
集电结
发射结
图3.9 双极型三极管的两种类型
8
3.2双极型三极管的开关电路
用NPN型三极管取代下图中的开关S，就得到了三
比较两种触发器的特性方程:
Q
n+1
J Q KQ
n
n
Qn+1=D
D J Q KQ
n
n
35
6 时序电路概述
时序逻辑电路的特点：
由组合逻辑电路和存储电路构成，它在某一时
刻的输入状态不仅与该时刻输入信号有关，还
与电路原来的输出状态有关。
36
6.时序逻辑电路结构上的特点
1、 包含组合电路和存储电路两部分
驱动方程:
J1 AQ0 , J 0 AQ1 ,
52
输出方程:
K1 A K0 1
F AQ1
5. 画逻辑图
J1 AQ0 , J 0 AQ1 , K1 A K0 1
CP
CP
同步型，高电平工作
主从型，下降沿触发
CP
CP
边沿型，上升沿触发
27
边沿型，下降沿触发
5.4 触发器的逻辑功能及相互转换
触发器还可按照逻辑功能的不同特点，把时钟 控制的触发器分为RS触发器、JK触发器、T触
发器、T´触发器和D触发器等几种类型。
触发器描述方法：特性表、特性方程、状态转 换图。
第三步：根据逻辑式画逻辑图（略）
第4章 组合逻辑电路
15
典型的BCD-七段显示译码器（4线-7线译码器） 74LS47：输出低电平有效，用于共阳极数码管
74LS48：输出高电平有效，用于共阴极数码管
BCD码输入
测试输入 熄灭输入/灭0输出 灭0输入
第4章 组合逻辑电路
显示信号输出
16
4.5 组合电路的系统应用
将具有时钟控制的触发器称为时钟触发器。
23
5.2.3 空翻现象
同一时钟脉冲作用期间，引起触发器发生两次以 致多次翻转的现象，叫空翻。
24
5.2.3 空翻现象
同步RS触发器存在空翻现象，为了提高抗干扰
能力，克服空翻，希望一个CP脉冲作用期间Q
只改变一次。
采用以下结构形式：主从型、边沿型。
综合应用实例：药厂药片数量计数系统电路框
图。图中，工厂的产品（药片）通过漏斗装入
位于传送带上的药瓶之中，每瓶中药片的数量 可以预先设定，要求通过数码管显示所设每瓶 中药片数量 及若干瓶中药片总的数量。
第4章 组合逻辑电路
17
药片通过 漏斗装入 键盘设定 每瓶数量
第4章 组合逻辑电路
18
5.1 寄存器
第4章 组合逻辑电路
13
第一步：按照要求及数码管的结构，写出真值表
输 入 A B C D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 输 出
a b c d e f g
1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1
48
3. 状态分配 M＝3，取触发器的个数n＝2，令S0＝00，
S1＝01， S2＝10，则得出编码后的状态转换图。
49
4. 确定触发器类型，求输出方程、状态方程、 和驱动方程。 选JK触发器，画出次态卡诺图。
50
拆分次态卡诺图
51
求各方程
状态方程:
n+1 Q1 AQ0Q1 AQ1 n+1 Q0 AQ1Q0 AQ1Q0 1Q0
2. 特性方程:
Qn+1=D
31
4. T 触发器与T 触发器
（1）T触发器 1. 特性表
保持
翻转
3. 状态转换图
2. 特性方程:
Q
n+1
T Q TQ
n
n
32
（2）T'触发器
T触发器的输入端接逻辑“1”时构成T触发器。 仅具有计数功能（翻转功能）。 T触发器特性方程
Q
n+1
T Q TQ
Y (t n1 ) G[W (t n ), Y (t n )]
其他功能描述方法： 状态转换真值表 状态转换图 时序图
38
6.时序逻辑电路分类
1. 按逻辑功能划分有：
计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺
序脉冲发生器等。
2、按动作特点分类：（即按触发器状态更新是否
受同一时钟脉冲控制分类）： （1）同步时序逻辑电路：同一CP （2）异步时序逻辑电路：不同CP
n
n
T’特性方程
Q
n+1
Q
n
33
5.4.2 触发器逻辑功能的转换
将具有某种逻辑功能的触发器，在其输入端加 一转换电路（组合逻辑电路），可完成另一待 求FF的逻辑功能。通常采用触发器特性方程比 较的方法进行设计。
输入
转 换 电 路
已 有 触发器
Q Q 待求 触发器
CP
34
1. 从D触发器到JK触发器的转换
显示 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
其
他
无关项
14
第4章 组合逻辑电路
第二步：根据真值表写出逻辑式（可利用无关项化简）
a A C BD B D AC BDB D b B C D CD BC DCD c C B D C BD d A C D B D BC BC D AC D B D BC BC D e C D BD C DBD f A C D BC B D AC D BC B D g A BC BC C D ABC BC C D
在数字系统中，不但要对数字信号进行算术运 算和逻辑运算，而且需要将数据和运算结果等 信息保存起来，这就需要具有记忆功能的逻辑 单元。
能够存储1位二进制数字信号的基本单元电路叫 做触发器。 触发器是构成各种复杂数字系统的基本逻辑单 元。
19
5.1 寄存器
触发器的分类 RS型触发器
JK型触发器
10.3 数字系统设计举例
数字波形合成器的设计
浮点频率计的设计
第10章 数字系统设计 2
1.数字电路的基本功能及其应用
典型的电子信息系统组成框图
第1章数字电路概述
3
1.数字电路的基本功能及其应用
某空调显示控制电路框图
第1章数字电路概述
4
2.1 门电路
第10章 数字系统设计
5
2.2 用卡诺图化简逻辑函数
39
6.时序逻辑电路分类
3、按输出信号的特点分类：（即组合电路的繁简 程度） （1）Mealy（米里）型：输出信号取决于存储电 路与输入变量 （2）Moore（摩尔）型：输出仅仅取决于存储电 路的状态
注：有些电路没有组合逻辑电路；有些电路没有 输入信号。
40
同步十进制加法计数器
驱动方程：
输出方程： 状态方程：
28
1. RS 触发器 （具有置0、置1、保持功能） 1. 特性表 3. 状态转换图
2. 特性方程:
29
2. JK 触发器 （具有置0、置1、保持、翻转的全功能） 1. 特性表 3. 状态转换图
2. 特性方程:
Qn+1 J Qn KQn
30
3. D 触发器
1. 特性表 3. 状态转换图