数字电路课程设计【PPT课件】
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《数字电路课程设计》课件
06
总结与展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
课程设计的总结与反思
设计成果展示
详细介绍了学生们的数字 电路设计作品，包括电路 图、实现功能和性能指标 等。
经验教训
总结了在课程设计过程中 遇到的问题和困难，以及 如何克服这些问题的经验 和教训。
改进方向
针对课程设计的不足之处 ，提出了改进和完善的方 向，以提升未来课程设计 的水平和质量。
仿真验证
通过仿真软件对电路的功能和 性能进行验证。
确定设计目标
明确电路的功能需求、性能参 数和技术指标。
电路实现
将逻辑设计转换为实际的电路 结构，考虑门级电路的连接和 元件的布局。
实际制作
根据仿真结果，调整电路设计 ，并进行实际制作。
数字电路的硬件描述语言
VHDL（VHSIC Hardware Description Language）：用于描述 数字电路和系统的行为、结构和连接 的语言。
ERA
课程设计的目的和意义
目的
通过《数字电路课程设计》的实践，使学生掌握数字电路的基本知识和技能， 培养其分析、设计、制作和调试数字电路的能力，为后续专业课程的学习和实 际工作打下基础。
意义
数字电路是电子工程领域的重要基础，通过课程设计，学生可以加深对数字电 路的理解，提高实践能力和创新思维，培养团队协作精神，增强解决实际问题 的能力。
仿真与调试过程
在仿真过程中发现和修正设计错误，通过调试工具在 实际硬件上进行测试和验证。
数字电路的设计优化
01
02
03
面积优化
以最小化电路面积为目标 ，优化元件的布局和连接 ，降低成本。
第章数字电路PPT课件
⑵对偶规则 如果两个函数式相等，则它们对应的对偶式也相等。 即 若 F1= F2 则F1′= F2′。 ⑶作用：使定理公式的证明减少一半。
湖南理工学院信息与通信工程学院电子信息教研室制作
2.1 逻辑代数
2.1.2 逻辑代数的基本规则
3. 对偶规则
⑴对偶式规则： “ · ”、 “ + ”互换； “0”、“1”互换；得到
常用的代数化简方法
例2.1.7 化简 L AD A D AB A C BD AB EF B EF 解： L AD A D AB A C BD AB EF B EF
A AB A C BD AB EF B EF
2 .逻辑代数与 硬件描述语言基础
2.1 逻辑代数 2.2 逻辑函数的卡诺图化简法 2.3 硬件描述语言Verilog HDL基础
湖南理工学院信息与通信工程学院电子信息教研室制作
教学要求 1、熟悉逻辑代数常用基本定律、恒等式和规则。 2、掌握逻辑代数的变换和卡诺图化简法； 3、了解硬件描述语言Verilog HDL
⑵作用：扩大基本公式的应用范围。
利用摩根定律
BC代替B
例如，根据反演律 A B A B
得： ABC A BC A B C
由此，摩根定律能推广到n个变量：
A1 • A2
•
A •
n
A1
A2
An
A1 A2 A n A1 A • 2 • A • n
2.1 逻辑代数
2.1.3 逻辑函数的代数法化简
1. 逻辑函数的最简与-或表达式
一个逻辑函数可以有多种不同的逻辑表达式，五种常用表达式为：
F(A、B、C) AB AC
湖南理工学院信息与通信工程学院电子信息教研室制作
2.1 逻辑代数
2.1.2 逻辑代数的基本规则
3. 对偶规则
⑴对偶式规则： “ · ”、 “ + ”互换； “0”、“1”互换；得到
常用的代数化简方法
例2.1.7 化简 L AD A D AB A C BD AB EF B EF 解： L AD A D AB A C BD AB EF B EF
A AB A C BD AB EF B EF
2 .逻辑代数与 硬件描述语言基础
2.1 逻辑代数 2.2 逻辑函数的卡诺图化简法 2.3 硬件描述语言Verilog HDL基础
湖南理工学院信息与通信工程学院电子信息教研室制作
教学要求 1、熟悉逻辑代数常用基本定律、恒等式和规则。 2、掌握逻辑代数的变换和卡诺图化简法； 3、了解硬件描述语言Verilog HDL
⑵作用：扩大基本公式的应用范围。
利用摩根定律
BC代替B
例如，根据反演律 A B A B
得： ABC A BC A B C
由此，摩根定律能推广到n个变量：
A1 • A2
•
A •
n
A1
A2
An
A1 A2 A n A1 A • 2 • A • n
2.1 逻辑代数
2.1.3 逻辑函数的代数法化简
1. 逻辑函数的最简与-或表达式
一个逻辑函数可以有多种不同的逻辑表达式，五种常用表达式为：
F(A、B、C) AB AC
数电课件PPT
一、代入规 则： A•B=A+B 用A=CD代替A,等式仍成立
CD•B=CD+B=C+D+B 二、反演规则： F: 若：“•”→“+”,“+”→“•”,“0”→“1”,“1”→“0” 原变量→反变量，反变量→原变量 则：F→F 【例 如】 F1=AB+BD+ACD+0 F1=(A+B)(B+D)(A+C+D)1 F2=A+BD+ABCD F2=A•(B+D)•(A+B+C+D)
一、逻辑代数的基本运算 1、“与”运算 A F 打开—“0” 设：开关 闭合—“1” 逻辑函数式 逻辑符号 A B C B C E 灭—“0” 灯 亮—“1”
真值表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 F 0 0 0 0 0 0 0 1
【例 4】 F=AB+AB•BC+BC =AB+AB+BC+BC =AB+AB+BC+BC+AC =AB+BC+AC 或 =AB+AB+BC+BC =AB+AB+BC+BC+AC =AB+BC+AC 可见：最简式不唯一
二、“或与”表达式的化简 最简条 件： (1)、或项个数最少(或门用的最少) (2)、在满足1的条件下，或项中变量数最少 化简方法： 1、利用对偶规则，将“或与”表达式转换为 “与或”表达式。 2、实际化简“与或”表达式。 3、利用对偶规则将“与或”最简表达式转换 为“或与”最简表达式。
最小项的性质 1)最小项为“1”的取值唯一。 如：最小项ABC,只有ABC取值101时， 才为“1”，其它取值时全为“0”。 2)任意两个最小项之积为“0”。 3)全部最小项之和为“1”。 4)某一个最小项不是包含在函数F中，就包含在反 函数F中。
CD•B=CD+B=C+D+B 二、反演规则： F: 若：“•”→“+”,“+”→“•”,“0”→“1”,“1”→“0” 原变量→反变量，反变量→原变量 则：F→F 【例 如】 F1=AB+BD+ACD+0 F1=(A+B)(B+D)(A+C+D)1 F2=A+BD+ABCD F2=A•(B+D)•(A+B+C+D)
一、逻辑代数的基本运算 1、“与”运算 A F 打开—“0” 设：开关 闭合—“1” 逻辑函数式 逻辑符号 A B C B C E 灭—“0” 灯 亮—“1”
真值表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 F 0 0 0 0 0 0 0 1
【例 4】 F=AB+AB•BC+BC =AB+AB+BC+BC =AB+AB+BC+BC+AC =AB+BC+AC 或 =AB+AB+BC+BC =AB+AB+BC+BC+AC =AB+BC+AC 可见：最简式不唯一
二、“或与”表达式的化简 最简条 件： (1)、或项个数最少(或门用的最少) (2)、在满足1的条件下，或项中变量数最少 化简方法： 1、利用对偶规则，将“或与”表达式转换为 “与或”表达式。 2、实际化简“与或”表达式。 3、利用对偶规则将“与或”最简表达式转换 为“或与”最简表达式。
最小项的性质 1)最小项为“1”的取值唯一。 如：最小项ABC,只有ABC取值101时， 才为“1”，其它取值时全为“0”。 2)任意两个最小项之积为“0”。 3)全部最小项之和为“1”。 4)某一个最小项不是包含在函数F中，就包含在反 函数F中。
数字电路ppt课件
主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、
逻辑表达式及波形图表示。
3
模拟电路研究的问题
基本电路元件: 基本模拟电路:
•晶体三极管 •场效应管 •集成运算放大器
• 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） • 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） • 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、…）
4
数字电路研究的问题
长中含反， 去掉反。
A B(A A) A B
例如：A ABC DE A BC DE
被吸收
32
3.混合变量的吸收： AB AC BC AB AC
证明： AB AC BC
1
AB AC (A A)BC
正负相对， 余全完。
AB AC ABC ABC AB AC
BA BD BC
38
吸收
例如： AB AC BCD AB AC BC BCD AB AC BC AB AC
33
五、摩根定理
AB AB AB AB
还有更多变量
可以用列真值表的方法证明：
A
B A•B A • B A
B AB
00 01
1
11
01 01
1
01
10 01
0
11
11 10
0
00
34
反演定理：将函数式 F 中所有的
C
开关断为逻辑“0”
E
F
灯亮为逻辑“1”
灯灭为逻辑“0”
20
E
真值表 AB 00 00 01 01 10 10 11 11
A B C
CF 00 11 01 11 01 11 01 11
真值表特点： 任1 则1, 全0则0。
《数字电路》课件
《数字电路》PPT课件
在这个《数字电路》的PPT课件中，我们将深入探讨数字电路的各个方面， 包括概述、引脚定义与图示、数字电路分类、基本逻辑门电路、组合逻辑电 路、时序逻辑电路、数字电路设计要点以及数字电路实验教学资源。
概述
什么是数字电路？
数字电路是由逻辑门组成的电子电路，用于 处理和存储数字信号。
3
译码器
译码器用于将输入编码成特定的输出， 常用于显示器和地址译码。
加法器
加法器用于将两个二进制数相加，常 用于算术运算和数据传输。
时序逻辑电路
触发器 计数器 移位寄存器
时序逻辑电路中用于存储和处理时序信息的 基本元件。
计数器是能够计数的时序逻辑电路。
移位寄存器用于完成数据的移位和存储操作。
数字电路设计要点
1 需求分析
明确电路设计的功能和性能要求。
2 逻辑设计
确定逻辑电路的实现方式电路的正确性和性能。
将逻辑设计好的电路转化为实际布线。
数字电路实验教学资源
数字电路实验板
实验板提供了学生进行数字电路实验的平台。
数字示波器
示波器用于观察和测量电路信号的波形。
逻辑分析仪
逻辑分析仪用于分析和调试数字电路的信号。
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器用于控制和监控工业自动化系 统。
逻辑门用符号图示来表示不同的逻辑运算。
多路选择器
多路选择器能够实现多个输入的选择和输出。
触发器
触发器用于存储和处理时序信息。
数字电路分类
1 组合逻辑电路
2 时序逻辑电路
组合逻辑电路的输出仅由输入决定，没有 时钟信号。
时序逻辑电路的输出取决于输入和时钟信 号的组合。
3 存储器
在这个《数字电路》的PPT课件中，我们将深入探讨数字电路的各个方面， 包括概述、引脚定义与图示、数字电路分类、基本逻辑门电路、组合逻辑电 路、时序逻辑电路、数字电路设计要点以及数字电路实验教学资源。
概述
什么是数字电路？
数字电路是由逻辑门组成的电子电路，用于 处理和存储数字信号。
3
译码器
译码器用于将输入编码成特定的输出， 常用于显示器和地址译码。
加法器
加法器用于将两个二进制数相加，常 用于算术运算和数据传输。
时序逻辑电路
触发器 计数器 移位寄存器
时序逻辑电路中用于存储和处理时序信息的 基本元件。
计数器是能够计数的时序逻辑电路。
移位寄存器用于完成数据的移位和存储操作。
数字电路设计要点
1 需求分析
明确电路设计的功能和性能要求。
2 逻辑设计
确定逻辑电路的实现方式电路的正确性和性能。
将逻辑设计好的电路转化为实际布线。
数字电路实验教学资源
数字电路实验板
实验板提供了学生进行数字电路实验的平台。
数字示波器
示波器用于观察和测量电路信号的波形。
逻辑分析仪
逻辑分析仪用于分析和调试数字电路的信号。
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器用于控制和监控工业自动化系 统。
逻辑门用符号图示来表示不同的逻辑运算。
多路选择器
多路选择器能够实现多个输入的选择和输出。
触发器
触发器用于存储和处理时序信息。
数字电路分类
1 组合逻辑电路
2 时序逻辑电路
组合逻辑电路的输出仅由输入决定，没有 时钟信号。
时序逻辑电路的输出取决于输入和时钟信 号的组合。
3 存储器
数字电路ppt课件
数字电路PPT课件
目录
• 数字电路概述 • 数字电路基础知识 • 数字电路设计 • 数字电路的测试与验证 • 数字电路的优化与改进 • 数字电路的未来发展
01
数字电路概述
定义与特点
定义
数字电路是处理离散的二进制信 号的电路，这些信号通常表示为 高电平（逻辑1）和低电平（逻辑 0）。
特点
数字电路具有高可靠性、高稳定 性、易于大规模集成等优点，广 泛应用于计算机、通信、控制等 领域。
光数字电路的发展需要解决光子器件 的集成度和可靠性问题，以及光信号 的稳定性和可控制性问题。
光数字电路利用光波导、光调制器和 光探测器等光子器件实现信号的传输 和处理，可应用于高速通信、并行计 算等领域。
THANKS
感谢观看
确保其正常工作。
故障诊断
故障定位
通过测试和分析，确定故障发生的位置和原 因。
故障排除
针对故障模式，采取相应的措施排除故障， 恢复数字电路的正常工作。
故障模式识别
根据故障的表现形式，识别出故障的模式。
故障预防
通过分析和总结，预防类似故障的再次发生 。
可靠性分析
可靠性评估
对数字电路的可靠性进行评估，包括 平均无故障时间、失效率等指标。
02
数字电路基础知识
逻辑门电路
与门
实现逻辑与运算，当输入都为 高电平时，输出为高电平。
或门
实现逻辑或运算，当输入中至 少有一个为高电平时，输出为 高电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入为高 电平时，输出为低电平；当输 入为低电平时，输出为高电平 。
异或门
当两个输入不同时，输出为高 电平；当两个输入相同时，输
可重构电路设计
目录
• 数字电路概述 • 数字电路基础知识 • 数字电路设计 • 数字电路的测试与验证 • 数字电路的优化与改进 • 数字电路的未来发展
01
数字电路概述
定义与特点
定义
数字电路是处理离散的二进制信 号的电路，这些信号通常表示为 高电平（逻辑1）和低电平（逻辑 0）。
特点
数字电路具有高可靠性、高稳定 性、易于大规模集成等优点，广 泛应用于计算机、通信、控制等 领域。
光数字电路的发展需要解决光子器件 的集成度和可靠性问题，以及光信号 的稳定性和可控制性问题。
光数字电路利用光波导、光调制器和 光探测器等光子器件实现信号的传输 和处理，可应用于高速通信、并行计 算等领域。
THANKS
感谢观看
确保其正常工作。
故障诊断
故障定位
通过测试和分析，确定故障发生的位置和原 因。
故障排除
针对故障模式，采取相应的措施排除故障， 恢复数字电路的正常工作。
故障模式识别
根据故障的表现形式，识别出故障的模式。
故障预防
通过分析和总结，预防类似故障的再次发生 。
可靠性分析
可靠性评估
对数字电路的可靠性进行评估，包括 平均无故障时间、失效率等指标。
02
数字电路基础知识
逻辑门电路
与门
实现逻辑与运算，当输入都为 高电平时，输出为高电平。
或门
实现逻辑或运算，当输入中至 少有一个为高电平时，输出为 高电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入为高 电平时，输出为低电平；当输 入为低电平时，输出为高电平 。
异或门
当两个输入不同时，输出为高 电平；当两个输入相同时，输
可重构电路设计
数字电路课程设计参考资料PPT课件
13
方案设计比较的内容
a.技术指标比较：比较各种设计方案能初步达 到的技术性能指标，同时考察其主要性能参 数的稳定性及设计技术的先进程度，优者选 之。
b.方案可靠性预计：预计各种不同设计方案的 可靠性，高者优选。
c.比较价值法：分析比较不同设计方案的比较 价值大小，高者选之。
14
产品的开发设计阶段③
二
进
制
译 码
逻 辑
清除
控
制
呼叫系统系统框图 50
设计题三 竞赛抢答器
要 求：1. 设计一个供四人参赛的抢答器，能准确分辨、记
录 2．主第持一人个没有有效宣按布下抢抢答答开键始者时，，并抢用答声不、起光作指用示。；主持 人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同 时 3．计启时动器计计时时器采计用时倒；计数的方式，以加强现场气氛， 增加紧迫感。若预定时间内无人抢答，自动给出 信号停止抢答，以免冷场。倒计数定时器的时间 可以随意预置；
12
产品的开发设计阶段②
在产品设计方案阶段进行的质量保证活动 主要有以下几项：
1. 仔细分析用户（或使用方）提供的任务需求 或产品开发设计任务书，明确产品应达到的 性能、可靠性、经济性等设计和规范质量指 标。
2. 根据前项任务需求，草拟出几种设计方案的 原理框图，并通过比较分析选择其中较优的 一种作为进行产品样机设计的依据。
54
设计题四 具有大小月份自动调节功能的日历钟
1.每月第一天是1号，每年的第一个月是1月，因
此日期、月份的计数必须从1开始。实现的方
设
法是，采用置数法控制计数器，使其每次溢出
2.选题、定方案（一人一组，认真选题） 3.上机仿真、调试 4.选用（购买）材料（自买自用，不受限制） 5.实验调试（是骡子是马，拉出来遛遛！） 6.总结提高
方案设计比较的内容
a.技术指标比较：比较各种设计方案能初步达 到的技术性能指标，同时考察其主要性能参 数的稳定性及设计技术的先进程度，优者选 之。
b.方案可靠性预计：预计各种不同设计方案的 可靠性，高者优选。
c.比较价值法：分析比较不同设计方案的比较 价值大小，高者选之。
14
产品的开发设计阶段③
二
进
制
译 码
逻 辑
清除
控
制
呼叫系统系统框图 50
设计题三 竞赛抢答器
要 求：1. 设计一个供四人参赛的抢答器，能准确分辨、记
录 2．主第持一人个没有有效宣按布下抢抢答答开键始者时，，并抢用答声不、起光作指用示。；主持 人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同 时 3．计启时动器计计时时器采计用时倒；计数的方式，以加强现场气氛， 增加紧迫感。若预定时间内无人抢答，自动给出 信号停止抢答，以免冷场。倒计数定时器的时间 可以随意预置；
12
产品的开发设计阶段②
在产品设计方案阶段进行的质量保证活动 主要有以下几项：
1. 仔细分析用户（或使用方）提供的任务需求 或产品开发设计任务书，明确产品应达到的 性能、可靠性、经济性等设计和规范质量指 标。
2. 根据前项任务需求，草拟出几种设计方案的 原理框图，并通过比较分析选择其中较优的 一种作为进行产品样机设计的依据。
54
设计题四 具有大小月份自动调节功能的日历钟
1.每月第一天是1号，每年的第一个月是1月，因
此日期、月份的计数必须从1开始。实现的方
设
法是，采用置数法控制计数器，使其每次溢出
2.选题、定方案（一人一组，认真选题） 3.上机仿真、调试 4.选用（购买）材料（自买自用，不受限制） 5.实验调试（是骡子是马，拉出来遛遛！） 6.总结提高
数字电路设计课件
03
模拟信号与数字信号的转换
阐述模数转换（ADC）和数模转换（DAC）的基本原理、方法及应用。
01
模拟信号及其特点
解释模拟信号的定义、表示方法及其在通信、音频等领域的应用。
02
数字信号及其特点
介绍数字信号的定义、表示方法及其在计算机、通信等领域的应用。
02
数字逻辑门电路
与非门（NAND gate）
组合逻辑电路设计与分析
组合逻辑电路是一种离散信号处理的电路，其输出仅与当前输入有关，与时间无关。
定义与特点
包括门电路、触发器等基本逻辑单元。
基本组成元素
广泛应用于数字系统、控制系统、信号处理等领域。
应用领域
将一组输入信号转换为具有特定规律的输出信号，如二进制编码器、优先编码器等。
编码器
将具有特定规律的输入信号解码为一组输出信号，如二进制译码器、显示译码器等。
集成化
随着节能环保意识的提高，数字电路的低功耗设计越来越受到关注，各种低功耗技术不断涌现。
低功耗
人工智能技术的快速发展对数字电路提出了更高的要求，人工智能芯片成为数字电路领域的研究热点。
人工智能芯片
量子计算是一种全新的计算方式，具有突破传统计算的能力，是数字电路未来的重要发展方向。
量子计算
生物计算和光计算是数字电路领域的两个前沿研究方向，具有广阔的应用前景和挑战。
译码器
根据选择信号从多路输入中选择一路输出，或将一路输入信号分配到多路输出，如多路选择器、多路分配器等。
数据选择器与分配器
对两个或多个输入信号进行比较，根据比较结果输出相应的信号，如大小比较器、相等比较器等。
比较器
04
时序逻辑电路设计与分析
数字电路设计经典资料ppt课件
上行总线接口为两条，每条的信号完全一样：
输入：CLK19、SPE、C1J1V1 输出：ADD 、 DATA[7：0]、PAR
D3
Sel
Cnt[1..0]
Clk
Cnt
整理版课件
7
认清数字电路设计
利用移位寄存器完成电路功能
D0
D1
D2
Shift
Q
D3
Load
Carry
Clk
Cnt
整理版课件
8
电路设计的三个层次
完成功能
能够完成电路要求完成的功能
工作可靠
电路的工作对外围环境要求最低； 电路不受温度、工艺等因数的影响
从电路图设计入手
可以很清楚电路是如何实现的； 可以很清楚电路结构，或会有意识的对电路
的模块进行划分；
如果从语言入手
必须熟悉电路，能很容易的读懂电路； 对电路的不同描述方式，要清楚综合工具的
综合结果
整理版课件
34
正确的入门方法
规范设计是入门的基础
规范设计可以避免一些电路不可靠因素； 真正可重用的电路绝对是规范的； 电路的功能实现不是最有价值的东西，最有
如：
RdCnt1、RdCntl、RdCntI
整理版课件
45
命名规则（9）
当文件中只包含一个模块时，文件名和 模块名保持一致。
当文件中有多个相关模块且没有顶层模 块，模块名须与各模块的功能相关
当一个模块中的子模块在别的电路中不 会使用时，可以将子模块和顶层模块放 置在一起，文件名和顶层模块名相同。
同步数字电路设计
同步电路（时序电路）：
TDelay
T0
T1
T2
T3
C0 DFF C1 DFF C2 DFF C3
输入：CLK19、SPE、C1J1V1 输出：ADD 、 DATA[7：0]、PAR
D3
Sel
Cnt[1..0]
Clk
Cnt
整理版课件
7
认清数字电路设计
利用移位寄存器完成电路功能
D0
D1
D2
Shift
Q
D3
Load
Carry
Clk
Cnt
整理版课件
8
电路设计的三个层次
完成功能
能够完成电路要求完成的功能
工作可靠
电路的工作对外围环境要求最低； 电路不受温度、工艺等因数的影响
从电路图设计入手
可以很清楚电路是如何实现的； 可以很清楚电路结构，或会有意识的对电路
的模块进行划分；
如果从语言入手
必须熟悉电路，能很容易的读懂电路； 对电路的不同描述方式，要清楚综合工具的
综合结果
整理版课件
34
正确的入门方法
规范设计是入门的基础
规范设计可以避免一些电路不可靠因素； 真正可重用的电路绝对是规范的； 电路的功能实现不是最有价值的东西，最有
如：
RdCnt1、RdCntl、RdCntI
整理版课件
45
命名规则（9）
当文件中只包含一个模块时，文件名和 模块名保持一致。
当文件中有多个相关模块且没有顶层模 块，模块名须与各模块的功能相关
当一个模块中的子模块在别的电路中不 会使用时，可以将子模块和顶层模块放 置在一起，文件名和顶层模块名相同。
同步数字电路设计
同步电路（时序电路）：
TDelay
T0
T1
T2
T3
C0 DFF C1 DFF C2 DFF C3
课件数字电路.ppt
将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯 灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系：
功能表
开关 A 开关 B 灯 Y
A
断开 断开
灭
0
断开 闭合
灭
0
1
闭合 断开
灭
1
闭合 闭合 亮
BY
00 真 10 值
00 表
11
两个开关均接通时，灯才会 Ｙ＝Ａ•Ｂ
亮。逻辑表达式为：
实现与逻辑的电路称为与门。
对偶定理：如果两个逻辑式相等，则它们的对偶 式也相等。
利用对偶规则,可以使要证明及要记忆的公 式数目减少一半。
逻辑函数及其表示方法
逻辑函数
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为 输出，当输入变量的取值确定之后，输出的取值 便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻 辑函数。Y=F(A,B,C,…)
反演定理 对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中
的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0” 换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量， 反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函 数Y的反函数Y′（或称补函数）。这个规则称为反 演定理。
对偶定理
对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式 中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0” 换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则 可得到的一个新的函数表达式 YD, YD称为Y的对偶 式。
基本公式
0-1
律：
A A
0 A 1 A
A 1 1 A 0 0
互补律： A A 1 A A 0
分别令A=0及 A=1代入这些 公式，即可证 明它们的正确 性。
重叠律： A A A A A A
数字电路综合设计ppt课件
编译过程中，错误信息通过下方的信息栏指示（红 色字体）。
处理。
.
31
31
三、在QuartusII工程下建立设计文件
1、在File菜单下点击“New”，即弹出新建文件窗口
原理图文件 VHDL文件
波形图文件
QuartusII支持原理图输入、VHDL. 语言输入等多种设计输入方式32
32
2、原理图设计文件创建方法
(1) 上图中，选择Block Diagram/Schematic File，点击ok 后即得如下界面：
数字电路综合设计
电子实验中心
.
1
课程要求
本课程分四次实验进行，每次4学时。实验一人一组，四 次实验安排如下：
第一次：EDA相关理论知识讲解；介绍QUARTUS II 软 件的使用方法，完成流水灯的设计，仿真和下载实现；
第二次：介绍课程设计课题要求及相关的理论知识，自行 进行相关模块的设计及仿真；
第三次：继续完成整个课程设计课题的设计与实现；
.
输入74138，库里已有的
元件会预览在这里
36
从符号库中调出JKFF、74138、VCC、GND、 INPUT、OUTPUT等符号/端口，排放整齐;
完成画线连接操作
鼠标放到端点处，会自动变为小十字形，按下左键 拖动到目标处，释放后即完成本次画线操作
若要画折线，在转折处单击一次左键，继续拖动即 可；
50
创建用户自己的元件符号
在图示位置菜单中选择 “Creat Symbol File for Current File”
51
将自己的设计描述生成元件 符号，供原理图方式调用 （自己设计的元件在元件库 的project文件夹内）
52
处理。
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31
31
三、在QuartusII工程下建立设计文件
1、在File菜单下点击“New”，即弹出新建文件窗口
原理图文件 VHDL文件
波形图文件
QuartusII支持原理图输入、VHDL. 语言输入等多种设计输入方式32
32
2、原理图设计文件创建方法
(1) 上图中，选择Block Diagram/Schematic File，点击ok 后即得如下界面：
数字电路综合设计
电子实验中心
.
1
课程要求
本课程分四次实验进行，每次4学时。实验一人一组，四 次实验安排如下：
第一次：EDA相关理论知识讲解；介绍QUARTUS II 软 件的使用方法，完成流水灯的设计，仿真和下载实现；
第二次：介绍课程设计课题要求及相关的理论知识，自行 进行相关模块的设计及仿真；
第三次：继续完成整个课程设计课题的设计与实现；
.
输入74138，库里已有的
元件会预览在这里
36
从符号库中调出JKFF、74138、VCC、GND、 INPUT、OUTPUT等符号/端口，排放整齐;
完成画线连接操作
鼠标放到端点处，会自动变为小十字形，按下左键 拖动到目标处，释放后即完成本次画线操作
若要画折线，在转折处单击一次左键，继续拖动即 可；
50
创建用户自己的元件符号
在图示位置菜单中选择 “Creat Symbol File for Current File”
51
将自己的设计描述生成元件 符号，供原理图方式调用 （自己设计的元件在元件库 的project文件夹内）
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数字电路全部PPT课件
（10、11、12、13、14、15）
. 位置表示法：(N)16 = (Hn-1Hn-2...H0 H-1H-2..) 16
按权展开式：
(N)2=Hn-116n-1+Hn-216n-2+...+H0160+H-116-1+H-216-2+...
（C07.A4)16= （C07.A4)H= C07.A4H= 12×162+0×161+7×160+10×16-1+4×16-2
小数部分
二、常用计数体制
1、十进制（Decimal）
. （N）10= (Dn-1Dn-2...D0 D-1D-2.. ) 10
(271．59)10＝ 2×102十7×101十1×100十5×10-1十9×10-2
2020年10月2日
5
2、二进制（Binary）
基数 ： 2
位权：2i
数符Bi: 0、1 (可以用低、高电平表示)
正数的三种代码相同，都是数值码最高位加符号位 “0”。
即X≥0时,真值与码值相等,且:X=[X]原= [X]反= [X]补例： 4位二进制数X=1101和Y=0.1101
[X]原= [X]反= [X]补= 01101, [Y]原= [Y]反= [Y]补= 0.1101
2020年10月2日
20
三、二——十进制编码（Binary Code Decimal码）
2020年10月2日
12
二、十六进制与二进制转换
1、十六进制转换为二进制 根据数值关系表用四位二进制数码逐位替代各位
十六进制数码。 （52.4)16=(01010010.0100)2 =(1010010.01)2 2、二进制转换为十六进制 将二进制数从小数点起，分别按整数部分和小数
数字电路设计ppt
1
1
C2 图2
数量级。在图（2）中R1、R2一般取值1K左右，C1、 2C0212/3取/6 值100PF~100uF阜，师院输数科出院频率为几兆赫至几十兆赫。
3）、用555定时器构成振荡器
用555定时器构成的振荡器可产生几赫至几兆赫的 矩形波信号。T=（R1+R2）Cln2+ R2Cln2
双极性定时器电源电压范围为3~16V，最大负 载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范 围为3~18V，最大负载电流在4mA以下。频率稳 定度最高能达到0.1%。
控制电路将外部输入信号以及各子系统送来
的信号进行综合、分析，发出控制命令去管理 输入、输出电路及各子系统，使整个系统同步 协调、有条不紊地工作。
5、时基电路
产生系统时钟，使整个系统在时钟信号的作
用下一步一步地顺序完成各种工作。
2021/3/6
阜师院数科院
二、数字系统的类型
1、在数字系统中，有的全是由硬件电路来完成 所有任务，有的除硬件电路外，还需要加上软件， 即使用可编程器件，采用软硬结合的方法完成电 路功能。
器件的功能均可以通过软件编程来实现。
2021/3/6
阜师院数科院
2、根据数字系统所完成的任务性质还可将 其分成数字测量系统、数字通信系统和数 字控制系统三大类。
关于微处理器和可编程逻辑器件的数字系 统设计以后再讨论。
三、数字系统的设计步骤
由于每个课题的设计任务各不相同，则
设计的数字系统规模有大有小，电路的结 构也有繁有简。而课程设计，由于时间有 限不可能做的太大，一般均为小系统。
在应用中，小系统的设计是很有用处的。
而且，掌握了数字小系统的设计可以为更
大规模的系统设计奠定基础。
数字电路课程设计PPT课件
验证方式
计算机语言主要关注于变量值的变化
VHDL要实现严格的时序逻辑关系
17
3 VHDL的基本语法－与计算机语言的区别
C、ASM… 程序
软件程序编译器 COMPILER
（（aA））软件语言设计目标流程
CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100
VHDL/VERILOG 程序
硬件描述语言综合器 SCYONMTPHEISLIEZRER
最高集成度已达到400万门
向低电压和低功耗方向发展
5V3.3V2.5V1.8V更低
内嵌多种功能模块
MacroFuction、Megafunction IP Core： RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU SOPC
向数、模混合可编程方向发展
12
2 可编程逻辑器件－主要制造商
CPLD Product－term 内部EEPROM 组合电路资源丰富
低 完成控制逻辑
慢 － 可加密
FPGA Look－up Table SRAM，外挂EEPROM 触发器资源丰富
高 能完成比较复杂的算法
快 EAB，锁相环 一般不能保密
15
3 VHDL的基本语法
HDL
Hardware Description Language 硬件描述语言
X
状态方程
Z
组合电路
Y
Q
时序电路
CLK
8
1 概述－数字电路设计的基本方法
布尔函数－数字系统数学基础（卡诺图） 数字电路设计的基本方法
组合电路设计
问题逻辑关系真值表化简逻辑图
时序电路设计
列出原始状态转移图和表状态优化状态分配 触发器选型求解方程式逻辑图
《数电课程设计》课件
1
数制与编码
介绍常见的数制和编码方式，如二、ASCII码等。
深入讲解布尔代数的基本概念及运算，
为后续的设计做好铺垫。
3
逻辑门与逻辑代数
详细介绍逻辑门和逻辑代数，介绍常见 的数字电路元器件。
数字电路组成与设计方法
1 组成
介绍数字电路的组成，包括运算器、控制器、存储器等部件。
2 设计方法
实验目的
介绍本次实验的目的和预期收获，为学生理解实验设计思路打下基础。
实验步骤
详细讲解实验设计思路和实验步骤。
实验结果分析
介绍实验结果分析的基本方法和常见问题。
总结与展望
本课程收获
• 深入理解数字电路组成和设计方法 • 熟练掌握数字电路的基本设计技巧 • 掌握实验设计思路和实验步骤
数电未来的发展
展望数字电子技术未来的发展趋势和应用场景，介 绍行业前景和就业发展前景。
教授数字电路的基本设计方法，包括硬件设计和软件设计。
3 时序逻辑和组合逻辑
深入讲解时序逻辑和组合逻辑的概念及应用。
经典设计案例
单位延时器
介绍单位延时器的基本原理和设 计过程。
二进制计数器
详细介绍二进制计数器的结构和 实现原理。
数据选择器
深入讲解数据选择器的工作原理 和应用场景。
实验设计思路和方法
参考文献
1 2 3
《数电原理与实践》 《数字电子技术基础》 《数字系统设计》
《数电课程设计》PPT课 件
本课程将讲解数字电路组成及设计方法。你将了解基础知识，经典设计案例 和实验设计思路方法。
引言
课程简介
本节课将讲解数字电路的组成及基本设计方法， 使学生对数字电子技术有更全面深刻的认识。
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我们以背景霓虹灯的显示效果为例,介绍其显示原理。设有一排n段水平排列的霓虹 灯,它从左到右每间隔0.2秒逐个点亮。其控制过程如下:
若以“1”代表霓虹灯点亮,以“0”代表霓虹灯熄灭,则开始时刻,n段霓虹灯 “0”,随后, 控制器将一帧n个数据送至n段霓虹灯的控制端,其中,最左边的一段霓虹灯对应的控制数 据为“1”,其余的数据均为零,即1000…000。当n个数据送完以后,控制器停止送数,保留这 种状态0.2秒,此时,第1段霓虹灯被点亮,其余霓虹灯熄灭。随后,控制器又在极短的时间内 将数据1100…000送至霓虹灯的控制端,并定时0.2秒,这段时间,前两段霓虹灯被点亮。由 于送数过程很快,我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮0.2秒后,第2段霓虹灯接着被 点亮,即每隔0.2秒显示一帧图样。如此下去,最后控制器将数据1111…111送至n段霓虹灯 的控制端,则n段霓虹灯被全部点亮。
址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。
64Kbyt容量的存储器对应的地址线为16根,因此要求16位计数器。其余可 依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位,重新从0000H开始 计数。 (4) 控制门与定时器
控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定 时器,定时器启动时,控制门被关闭,地址计数器停止计数,寄存器的数据被锁存。 此段时间发光二极管发光。达到定时值时,定时器反相,计数器重新开始计数。
控制门可以用一般的与门或或门,定时器可以采用单稳态电路来实现,也可 以用计数器实现。
(5) 长度计数器 长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时,地址计
数器也在工作。计数器工作期间,存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄 存器。长度计数器的计数长度为n / 8,该长度恰好保证一帧图样(n位)的数据从存 储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零,同时启动定时器 工作。定时器启动期间,长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。
13.1 系统方框图
数据送移位寄存器,所送的数据内容由存储器的地址信号确定。
存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。n段霓
虹灯,m种显示方式,要求存储器的容量为
c=k×n×m(bit)
只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512等。
(3) 地址计数器 地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址,存储器内对应地
13.2.1 电路设计项目
—— 霓虹灯控制器
1．设计要求
设计并制作出一种用于控制霓虹灯的控制器,它具有如下功能:
(1)可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。 (2)每段霓虹灯的点亮与熄灭可以通过编程来实现。 (3)每间隔一段时间,霓虹灯的图样变化一次。 (4)图样变化的间隔时间可以调节。
2．霓虹灯受控显示的基本原理
数字电路课程设计
经过上述各章的学习,我们已经熟悉了常用数字电 路的一般原理与器件的使用方法。随着微电子技术的迅 速发展,数字电路设计的对象、方法与手段发生了很大 变化,设计对象从基本逻辑功能电路(计数器、寄存器等) 的设计到数字逻辑系统的设计再到大规模数据控制与处 理系统(CPU、DSP等)的设计。
本节设计与制作的多路可编程控制器就具有这种功能。
通过这一课程设计,读者可以在如下方面得到锻炼。 (1)基本了解设计数字系统的一般方法。 (2)进一步熟悉常用数字器件的使用方法。 (3)基本掌握通过逻辑分析查找数字电路故障的方法。 (4)熟悉并学会使用用于读写EPROM的常用软件,掌握固化与擦除 EPROM的方法。
电路中的地址计数器由3块74LS161组成,它产生11位地址数 据,计数输出直接与存储器的地址线相连。
振荡电路采用555(1)组成多谐振荡器来实现,其振荡频率可以 在1kHz～1MHz之间取值。
定时器采用555(2)组成的单稳态触发器来实现,改变可变电阻 RP的数值。可以改变定时器的时间,即每帧画面显示的时间。显示 时间一般定在0.1～1s之间。
(1) 移位寄存器 移位寄存器用于寄存控制发光
二极管亮、灭的数据,对应n个发光 二极管,移位寄存器有n位输出。
移位寄存器的输入信号取自存储 器输出的8位并行数据,为使电路简单, 可以采用8位并入并出的移位寄存器, 也可以采用并入串出的移位寄存器已写入
控制霓虹灯显示方式的数据,控制器 每间隔一段时间(显示定时)将n位
4．实用电路 根据上面的分析,设计出
如左图所示的实用电路。
电路概述
实用电路可以控制32段 霓虹灯,用32个发光二极管代 替霓虹灯。
电电路路中中的的存移储位器寄采用存具器有采 8用K地74址LS的37E4P,当RO与M112脚76相4,连电路的 中 A前移 时 寄12面2存接,位7862位器地4脉K的数移。地冲最据位因址产后从至此的生两另,上存实上根一至储际地升个下单只址寄沿从元用线存突一。到A器变了由个11,、 于构只成控8 位制并32段行霓移虹位灯电,路它。仍 可显 以然保, 出证现有在足1够1 脚多的的移显位示脉方冲式,。 如一有次必只要能,有可4以个通。过接插的方 式改变A11、A12 的电平,选择 其他6K地址对应的图样。
设计方法也由采用真值表求逻辑表达式、画出逻辑 电路图的方式到通过确定总体方案,采取从局部到整体, 用各种中大规模集成电路来组成满足要求的逻辑电路系 统的方式。
本章主要介绍如何采用中、大规模集成电路设计数 字电路系统。
13.2 多路可编程控制器设计与制作
在实际应用中,常常需要一种能同时控制多组开关按一定的 方式闭合与断开的装置,比如显示图样不断变化的各种霓虹灯或 彩灯的电源控制系统。
只要改变送至每段霓虹灯的数据,即可改变霓虹灯的显示方式,显然,我们可以通过合 理地组合数据(编程)来得到霓虹灯的不同显示方式。
3．系统框图 根据设计要求,确定如图13.1所示系统框图。
框图中,右边的D0-Dn为n个发光二极管,它们与n段霓虹灯相对应,二极管亮, 则霓虹灯亮。下面介绍框图中各部分的功能与实现方法。
若以“1”代表霓虹灯点亮,以“0”代表霓虹灯熄灭,则开始时刻,n段霓虹灯 “0”,随后, 控制器将一帧n个数据送至n段霓虹灯的控制端,其中,最左边的一段霓虹灯对应的控制数 据为“1”,其余的数据均为零,即1000…000。当n个数据送完以后,控制器停止送数,保留这 种状态0.2秒,此时,第1段霓虹灯被点亮,其余霓虹灯熄灭。随后,控制器又在极短的时间内 将数据1100…000送至霓虹灯的控制端,并定时0.2秒,这段时间,前两段霓虹灯被点亮。由 于送数过程很快,我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮0.2秒后,第2段霓虹灯接着被 点亮,即每隔0.2秒显示一帧图样。如此下去,最后控制器将数据1111…111送至n段霓虹灯 的控制端,则n段霓虹灯被全部点亮。
址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。
64Kbyt容量的存储器对应的地址线为16根,因此要求16位计数器。其余可 依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位,重新从0000H开始 计数。 (4) 控制门与定时器
控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定 时器,定时器启动时,控制门被关闭,地址计数器停止计数,寄存器的数据被锁存。 此段时间发光二极管发光。达到定时值时,定时器反相,计数器重新开始计数。
控制门可以用一般的与门或或门,定时器可以采用单稳态电路来实现,也可 以用计数器实现。
(5) 长度计数器 长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时,地址计
数器也在工作。计数器工作期间,存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄 存器。长度计数器的计数长度为n / 8,该长度恰好保证一帧图样(n位)的数据从存 储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零,同时启动定时器 工作。定时器启动期间,长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。
13.1 系统方框图
数据送移位寄存器,所送的数据内容由存储器的地址信号确定。
存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。n段霓
虹灯,m种显示方式,要求存储器的容量为
c=k×n×m(bit)
只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512等。
(3) 地址计数器 地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址,存储器内对应地
13.2.1 电路设计项目
—— 霓虹灯控制器
1．设计要求
设计并制作出一种用于控制霓虹灯的控制器,它具有如下功能:
(1)可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。 (2)每段霓虹灯的点亮与熄灭可以通过编程来实现。 (3)每间隔一段时间,霓虹灯的图样变化一次。 (4)图样变化的间隔时间可以调节。
2．霓虹灯受控显示的基本原理
数字电路课程设计
经过上述各章的学习,我们已经熟悉了常用数字电 路的一般原理与器件的使用方法。随着微电子技术的迅 速发展,数字电路设计的对象、方法与手段发生了很大 变化,设计对象从基本逻辑功能电路(计数器、寄存器等) 的设计到数字逻辑系统的设计再到大规模数据控制与处 理系统(CPU、DSP等)的设计。
本节设计与制作的多路可编程控制器就具有这种功能。
通过这一课程设计,读者可以在如下方面得到锻炼。 (1)基本了解设计数字系统的一般方法。 (2)进一步熟悉常用数字器件的使用方法。 (3)基本掌握通过逻辑分析查找数字电路故障的方法。 (4)熟悉并学会使用用于读写EPROM的常用软件,掌握固化与擦除 EPROM的方法。
电路中的地址计数器由3块74LS161组成,它产生11位地址数 据,计数输出直接与存储器的地址线相连。
振荡电路采用555(1)组成多谐振荡器来实现,其振荡频率可以 在1kHz～1MHz之间取值。
定时器采用555(2)组成的单稳态触发器来实现,改变可变电阻 RP的数值。可以改变定时器的时间,即每帧画面显示的时间。显示 时间一般定在0.1～1s之间。
(1) 移位寄存器 移位寄存器用于寄存控制发光
二极管亮、灭的数据,对应n个发光 二极管,移位寄存器有n位输出。
移位寄存器的输入信号取自存储 器输出的8位并行数据,为使电路简单, 可以采用8位并入并出的移位寄存器, 也可以采用并入串出的移位寄存器已写入
控制霓虹灯显示方式的数据,控制器 每间隔一段时间(显示定时)将n位
4．实用电路 根据上面的分析,设计出
如左图所示的实用电路。
电路概述
实用电路可以控制32段 霓虹灯,用32个发光二极管代 替霓虹灯。
电电路路中中的的存移储位器寄采用存具器有采 8用K地74址LS的37E4P,当RO与M112脚76相4,连电路的 中 A前移 时 寄12面2存接,位7862位器地4脉K的数移。地冲最据位因址产后从至此的生两另,上存实上根一至储际地升个下单只址寄沿从元用线存突一。到A器变了由个11,、 于构只成控8 位制并32段行霓移虹位灯电,路它。仍 可显 以然保, 出证现有在足1够1 脚多的的移显位示脉方冲式,。 如一有次必只要能,有可4以个通。过接插的方 式改变A11、A12 的电平,选择 其他6K地址对应的图样。
设计方法也由采用真值表求逻辑表达式、画出逻辑 电路图的方式到通过确定总体方案,采取从局部到整体, 用各种中大规模集成电路来组成满足要求的逻辑电路系 统的方式。
本章主要介绍如何采用中、大规模集成电路设计数 字电路系统。
13.2 多路可编程控制器设计与制作
在实际应用中,常常需要一种能同时控制多组开关按一定的 方式闭合与断开的装置,比如显示图样不断变化的各种霓虹灯或 彩灯的电源控制系统。
只要改变送至每段霓虹灯的数据,即可改变霓虹灯的显示方式,显然,我们可以通过合 理地组合数据(编程)来得到霓虹灯的不同显示方式。
3．系统框图 根据设计要求,确定如图13.1所示系统框图。
框图中,右边的D0-Dn为n个发光二极管,它们与n段霓虹灯相对应,二极管亮, 则霓虹灯亮。下面介绍框图中各部分的功能与实现方法。