数字逻辑电路设计
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。
数字逻辑电路(数电)课程设计_电子秒表_VHDL实现(含完整源代码!!)
电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA数字逻辑设计实验报告实验题目：电子秒表学生姓名：指导老师：一、实验内容利用FPGA设计一个电子秒表，计时范围00.00 ~ 99.00秒，最多连续记录3个成绩，由两键控制。
二、实验要求1、实现计时功能：域值范围为00.00 ~ 99.00秒，分辨率0.01秒，在数码管上显示。
2、两键控制与三次记录：1键实现“开始”、“记录”等功能，2键实现“显示”、“重置”等功能。
系统上电复位后，按下1键“开始”后，开始计时，记录的时间一直显示在数码管上；按下1键“记录第一次”，次按1键“记录第二次”，再按1键“记录第三次”，分别记录三次时间。
其后按下2键“显示第一次”，次按2键“显示第二次”，再按2键“显示第三次”，数码管上分别显示此前三次记录的时间；显示完成后，按2键“重置”，所有数据清零，此时再按1键“开始”重复上述计时功能。
三、设计思路1、整体设计思路先对按键进行去抖操作，以正确的得到按键信息。
同时将按键信息对应到状态机中，状态机中的状态有：理想状态、开始状态、3次记录、3次显示、以及其之间的7次等待状态。
因为需要用数码管显示，故显示的过程中需要对数码管进行片选和段选，因此要用到4输入的多路选择器。
在去抖、计时、显示的过程中，都需要用到分频，从而得到理想频率的时钟信号。
2、分频设计该实验中有3个地方需要用到分频操作，即去抖分频（需得到200HZ时钟）、计时分频（需得到100HZ时钟）和显示分频（需得到25kHZ时钟）。
分频的具体实现很简单，需首先算出系统时钟（50MHZ）和所需始终的频率比T，并定义一个计数变量count，当系统时钟的上升沿每来到一次，count就加1，当count=T时就将其置回1。
这样只要令count=1~T/2时clk=‘0’，count=T/2+1~T时clk=‘1’即可。
数字逻辑电路设计-(王毓银)讲义.PPT第一章
an1 2n1 an2 2n2 a1 21 a0 20
a1 21 a2 22 am 2m
n1
ai
1.1.2 数制及其转换
小数部分的转换步骤如下： 将小数部分逐次乘以R，取乘 积的整数部分作为R进制的各有关数位，乘积的小数部分 继续乘以R，直至最后乘积为0或达到一定的精度为止。
例4：求（0.3125）10 =（
）2
解： 0.3125 × 2 = 0.625 ……整数为0 b-1
0.625 × 2 = 1.25 ……整数为1 b-2
3基数r为2k各进制之间的互相转换由于3位二进制数构成1位八进制数4位二进制数构成1位十六进制数以二进制数为桥梁即可方便地完成基数r为2k各进制之间的互相转换
西安邮电学院“校级优秀课程”
数字电路与逻辑设计
第一章 绪 论
第一章 绪 论
目的与要求：
1、正确理解一些有关数字电路的基本概念； 2、常用数制数的表示以及它们之间的转换； 3、掌握数字系统中常用的几种BCD码。
1.1.2 数制及其转换
例6：将十进制小数（0.39）10 转换成八进制数， 要求精度达到0.1% 。
解：要求精度达到0.1% ，因为1/83 < 1/1000 < 1/84， 所以需要精确到八进制小数4位。 0.39 × 8 = 3.12 ……整数为3 b-1=3 0.12 × 8 = 0.96 ……整数为0 b-2=0 0.96 × 8 = 7.68 ……整数为7 b-3=7 0.68 × 8 = 5.44 ……整数为5 b-4=5 所以（0.39）10 =（0.3075）8
数字逻辑电路设计与实现
数字逻辑电路设计与实现数字逻辑电路是一种特殊的电路设计，其以离散的信号状态为基础，并使用电子元器件来实现逻辑处理。
数字逻辑电路被广泛应用于不同领域，如计算机主板、嵌入式系统、通讯设备、数码电子产品等，因为其高效、灵活、可靠、可重复、易扩展的特点。
为了学习数字逻辑电路设计与实现，需要掌握一些核心概念、原理和方法，本文将从以下几个方面进行探讨。
一、数字逻辑基础知识数字逻辑是一个重要的数据处理方法，它的核心就是使用二进制数字（0和1）来代表不同的信息状态。
在数字逻辑中，最基本的逻辑运算包括与、或、非、异或等。
比如，当A和B两个数字输入都是1时，它们的与运算结果为1；当A或B中至少有一个输入为1时，它们的或运算结果为1；当A是0时，A的非运算结果为1等等。
这些逻辑运算可以通过逻辑门电路来实现。
逻辑门电路是一种可以根据输入状态产生输出状态的电路，它有很多种类型，如与门、或门、非门、异或门等。
这些门电路具有不同的逻辑功能，可以通过它们的不同组合来实现更复杂的逻辑运算。
例如，在计算机内部，CPU可以使用多个逻辑门电路来执行指令解码、寄存器读写、算术逻辑运算等。
此外，数字逻辑电路还有一种非常重要的组合电路类型，那就是多路选择器（Multiplexer，简称MUX）。
MUX是一种具有多个输入、一个输出和多个选择信号的电路，其作用是将多路输入数据中的某一路数据传递到输出端。
MUX的输入信号可以是数字或模拟信号，输出信号则可以是数字或模拟信号。
多路选择器的使用使得数字电路的复杂性大大降低，同时也可提高数字电路的可扩展性和适应性。
二、数字逻辑设计方法在数字逻辑设计中，设计方法十分重要。
通常，设计以一种称为状态图（State Diagram）的图形方式开始。
状态图是一个有向图，其节点可以表示逻辑状态、控制器状态或计算器状态，而边则用于表示从一个状态到另一个状态的逻辑流程。
状态图可以通过工具软件或手稿方式绘制，其目的是为了指导逻辑电路的设计和实现。
数字逻辑电路asic设计
数字逻辑电路asic设计数字逻辑电路ASIC设计是一个复杂的过程，涉及多个阶段。
以下是设计的基本步骤：1. 功能指标：明确设计的目的和功能需求，这通常涉及到详细的功能描述和接口定义。
2. 系统级设计：使用高级语言（如Matlab、C等）对各个模块进行描述，并进行方案的可行性验证。
3. 前端流程：RTL寄存器传输级设计：使用硬件描述语言（如Verilog）对电路进行描述，重点是寄存器之间的传输。
功能验证（动态验证）：对设计的功能进行仿真验证，需要激励驱动，是动态仿真。
常用的仿真验证工具包括Mentor公司的Modelsim、Synopsys的VCS和Cadence的NC-Verilog。
逻辑综合（Design Compile）：指定特定的综合库，添加约束文件。
逻辑综合得到门级网表（Netlist）。
4. 后端流程：物理设计（Layout）：基于逻辑综合后的网表进行物理设计，包括布局、布线和时钟树综合等。
DRC/LVS 检查：进行设计规则检查和布局与电路图一致性检查，确保设计的正确性和工艺的可行性。
5. 形式验证（静态验证）：对综合后的网表进行功能上的验证。
6. 版图生成：根据设计要求和工艺参数，生成用于制造的版图。
7. 投片制造：将生成的版图送至半导体制造工厂进行制造。
8. 测试与验证：制造完成后，对芯片进行测试和验证，确保其功能和性能满足设计要求。
9. 封装与上市：如果芯片通过所有测试和验证，则进行封装，并推向市场。
在进行ASIC设计时，需要权衡多个因素，如速度、面积、功耗和上市时间等。
另外，ASIC设计是一项复杂且技术性很强的工作，通常需要由经验丰富的工程师团队来完成。
数字逻辑与电路设计
数字逻辑与电路设计数字逻辑与电路设计是计算机科学与工程领域中的重要基础学科，它涉及到计算机中数字信号的处理与传输，以及数字电路的设计与实现。
在如今信息技术高速发展的时代，数字逻辑与电路设计的知识变得尤为重要。
本文将介绍数字逻辑与电路设计的基本概念、应用领域以及设计流程。
一、数字逻辑的基本概念数字逻辑是计算机中用来处理和运算二进制信号的逻辑系统。
它以0和1来表示逻辑状态，通过与、或、非等逻辑门实现逻辑运算。
这些逻辑门可以组合成复杂的逻辑电路，实现各种数字运算、逻辑运算和控制功能。
数字逻辑中的基本元素包括逻辑门、触发器、计数器等。
逻辑门用来进行逻辑运算，包括与门、或门、非门等；触发器用来存储和传输数据，包括D触发器、JK触发器等；计数器用来计数和产生时序信号。
二、数字电路的应用领域数字电路广泛应用于计算机、通信、控制等领域，它是现代电子设备中的核心组成部分。
以下是数字电路在不同领域的几个典型应用：1. 计算机：数字电路在计算机中起到控制和运算的作用。
计算机的中央处理器、存储器、输入输出接口等都是由数字电路组成的。
2. 通信：数字电路在通信系统中负责信号的编码、解码和传输。
例如调制解调器、数字信号处理器等都是数字电路的应用。
3. 控制：数字电路用于各种自动控制系统。
例如数字控制器、工业自动化设备等都需要数字电路进行控制。
4. 显示：数字电路在显示技术中起到关键作用。
例如数码管、液晶显示屏等都是数字电路驱动的。
三、数字电路的设计流程数字电路的设计包括设计规格、逻辑设计、电路设计和验证等步骤。
下面是一个典型的数字电路设计流程：1. 设计规格：明确设计的需求和规范，包括功能要求、性能要求等。
2. 逻辑设计：根据设计规格，利用逻辑门和触发器等基本元件进行逻辑电路的设计。
可以使用逻辑图、真值表、状态转换图等进行描述和分析。
3. 电路设计：在逻辑设计的基础上，将逻辑电路转换为电路图。
选择适当的电子元件，进行连线和布局等。
数字逻辑与电路设计实践教案
数字逻辑与电路设计实践教案教案：数字逻辑与电路设计实践一、教学目标1.掌握数字逻辑的基本概念和电路设计的基本原则。
2.学会分析和设计简单的数字电路。
3.培养学生对数字逻辑电路的兴趣和解决问题的能力。
二、教学内容1.数字逻辑的基本概念2.电路设计的基本原则3.简单数字电路的分析与设计4.数字逻辑电路的应用实例三、教学步骤1.导入新课：通过展示一些常见的数字逻辑电路应用实例（如计算机、计数器等），引导学生思考数字逻辑电路的基本概念和作用。
2.学习数字逻辑的基本概念：介绍数字逻辑的基本概念，包括二进制数制、逻辑代数、门电路等。
通过实例和习题帮助学生加深理解。
3.学习电路设计的基本原则：介绍电路设计的基本原则，包括电源、接地、布线等。
通过实例和习题帮助学生加深理解。
4.分析简单数字电路：通过实例，引导学生分析简单的数字电路，如AND、OR、NOT等门电路，以及如何使用这些门电路组成更复杂的电路。
5.设计简单数字电路：通过实例，引导学生设计简单的数字电路，如一位全加器、一位比较器等。
鼓励学生尝试不同的设计方案，并通过讨论和指导完善设计方案。
6.应用实例讲解：介绍数字逻辑电路的应用实例，如计算机中的CPU、内存等，引导学生了解数字逻辑电路在计算机科学中的应用。
7.课堂互动与讨论：通过提问、讨论等方式，鼓励学生参与课堂互动，加深对数字逻辑电路的理解。
8.布置作业：布置相关习题和项目，帮助学生巩固所学知识和提高实践能力。
9.复习与总结：回顾本节课的重点内容，总结数字逻辑与电路设计的基本概念和实践方法。
四、教学评价1.通过课堂互动和讨论，观察学生对数字逻辑和电路设计的理解程度。
2.通过课后作业和项目，评价学生的实践能力和解决问题的能力。
3.通过定期测验和考试，检查学生对本课程内容的掌握程度。
五、教学反思1.反思教学内容是否符合学生的认知水平和兴趣爱好。
2.反思教学方法是否能够激发学生的学习兴趣和参与度。
3.反思教学评价是否能够真实反映学生的学习情况和能力水平。
数字逻辑的应用(电路设计问题)
数字逻辑的应用(电路设计问题)数字逻辑是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到将输入的数字信号经过逻辑运算，得到输出的数字信号的过程。
数字逻辑的应用非常广泛，特别是在电路设计中。
本文将讨论几个常见的数字逻辑应用，以解决电路设计问题。
1. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门组成的，根据输入信号的状态，直接输出相应的逻辑结果。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
组合逻辑电路可以用于解决一些简单的电路设计问题，例如逻辑运算、信号转换等。
2. 时序逻辑电路时序逻辑电路是通过触发器和时钟信号来实现的，它可以根据时钟信号的变化来控制输出信号的状态。
时序逻辑电路可以用于解决一些复杂的电路设计问题，例如计数器、状态机等。
3. 编码器和解码器编码器和解码器是数字逻辑电路中常见的组件。
编码器将一组输入信号转换为一个编码输出信号，而解码器则将编码信号转换回原始输入信号。
编码器和解码器可以用于数据压缩、数据转换等应用。
4. 多路选择器多路选择器是一种能够根据控制信号选择不同输入信号的电路。
它可以用于实现数据的复用和切换，提高电路的效率和灵活性。
5. 存储器存储器是数字逻辑电路中的重要组件，用于存储和读取数据。
常见的存储器包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
存储器的应用非常广泛，从计算机内存到闪存等都离不开存储器。
总结起来，数字逻辑的应用在电路设计中起到了至关重要的作用。
通过组合逻辑电路、时序逻辑电路、编码器和解码器、多路选择器以及存储器等组件的应用，可以解决各种电路设计问题。
数字逻辑的发展和应用将在未来继续推动电子技术的进步。
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《数字逻辑电路设计》课程设计
总结报告
题目：计时器及红绿灯设计报告
指导教师：
设计人员：
日期：2014年6月5日
1.设计任务书
1.1红绿灯设计任务书
任务：1、红绿灯控制器（选作）（创新班比必做）
基本设计要求：EWB仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能
（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。
.
（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。
（3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。
(4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。
要求有时间显示的（顺数、逆数皆可）时间自定(按学号：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（≥5）。
给定条件：FPGA红绿灯开发板
1.2计时器设计任务书
基本设计要求：电脑仿真，电路板布线
计时器应具有以下功能
（1）显示时间：分钟，秒钟（时间为学号后两位，小于20的加上20）
（2）设置操作开关，计时器具有清零，启动、暂停和继续的功能。
（3）场次至少有两次（可多次），半场结束时，有报警信号；比赛结束时，计时器停止工作，有报警信号。
（可用发光二极管显示）给定条件：只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计；实验室提供基本元件，做完后交回。
2.设计框图及整机概述
2.1红绿灯设计框图及整机概述
计时器由信号发生电路，计数电路，时间显示电路，红绿灯显示电路构成，设计总框图如下图2.1所示
图2.1 红绿灯设计框图
2.1计时器设计框图及整机概述
计时器由信号发生电路，计数电路，控制电路，报警电路，显示电路构成，设计总框图如下图2.2所示
图2 .2计时器设计框图
3.各单元电路的设计方案及原理说明
3.1.1红绿灯秒信号
红绿灯秒信号由FPGA开发板晶振输出，通过74LS160计数器分频后，得到秒脉冲。
3.1.2红绿灯计数电路
我的学号为502，所以采用两分钟，即120秒作为一个计数周期。
红绿灯计数电路由3个74LS160计数器及基本门电路构成，3个计数器分别输出个位、十位、百位信号。
计数电路电路图如下图3.1所示
图3.1 计数电路电路图
3.1.2红绿灯时间显示电路
红绿灯时间显示电路由3个数码管构成，分别显示个位、十位、百位时间。
3.1.2红绿灯红绿灯显示电路
按照设计要求：红灯时间（120m）=绿灯时间(115m)+黄灯时间（5m）。
以120秒为一个周期，红绿灯循环交替闪烁。
3.2.1计时器秒信号
秒信号由实验室提供的数字电路课程设计实验箱信号发生器提供，可输出多频信号和稳定秒脉冲。
3.2.2计时器计数电路
我的学号为502，所以采用22分钟（时间为学号后两位，小于20的加上20），即1320秒为一个计数周期。
计数电路由4个74LS160
和基本门电路构成。
四个74LS160计数器分别输出秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。
3.2.3计时器控制电路
计时器控制电路由清零控制，启动控制，暂停控制，恢复控制四个部分构成。
（1）清零控制：要求能够通过按键实现对计数器的置零；
（2）启动控制：要求能够通过按键实现对计数器的启动；
（3）暂停控制：要求能够通过按键实现对计数器的计数的暂停；
（4）恢复控制：要求能够通过按键实现对已被暂停计数器恢复计数的；
3.2.4计时器报警电路
报警电路由led灯及基本门电路构成。
当比赛进行到一半，即计数器计数到11分钟时，中场暂停报警信号灯被点亮，直到下半场计时开始。
比赛结束，即计数器计数到22分时钟时，全场暂停报警信号灯被点亮。
3.2.5红绿灯时间显示电路
红绿灯时间显示电路由4个数码管构成，分别显示秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。
4.调试过程及结果分析
4.1红绿灯调试及结果分析
由于红绿灯实验是在FPGA开发板上实现，所以没有进行电路的调试检查。
4.2计时器调试及结果分析
焊接完计时器电路板，调试时，发现暂停功能无法正常实现。
检
查电路，查找触发器元件资料后发现，触发器存在延时效应。
在仿真软件上无法体现出触发器的延时特性，但在实际电路图中，会出现延时，所以无法实现对电路的控制。
5.设计、安装及调试中的体会
5.1红绿灯设计、安装、及调试中的体会
按照资料中的教学视频，很快实现了通过画原理图来控制led灯的点亮熄灭。
但在画红绿灯原理图时，发现无法打开资料中的点亮数码管的封装，所以无法实现对数码管的点亮，后来发现是版本问题。
5.2计时器设计、安装、及调试中的体会
在电路设计时，没有考虑到触发器的延时效应，导致做出来的电路无法进行控制，没有实现设计要求。
后来对电路进行了修改，但也只是在实验箱上实现计时器功能，并没有重新制作计时器电路板。
6.对本次课程设计的意见及建议
在对电路板的调试过程中，发现实验室的芯片很多都是坏的，浪费了大量的时间进行检测。
希望下次能够按班级提供芯片，回收芯片，这样既能避免芯片的浪费，也能节约大家进行调试的时间。
7.附录
附录一：计时器电路原理图
附录二：红绿灯电路原理图
附录二：红绿灯FPGA图。