FPGA的数字电路设计综述

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FPGA最小系统的数字电源设计

FPGA最小系统的数字电源设计

FPGA最小系统的数字电源设计一、引言FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种基于可编程逻辑单元的集成电路,可以通过用户编程来实现特定的数字电路功能。

在FPGA系统设计中,数字电源的设计是非常重要的一部分,它直接影响了FPGA的稳定性和性能。

本文将从FPGA最小系统的角度出发,介绍数字电源的设计原理和方法。

二、数字电源的基本原理数字电源是指用数字控制器来实现电源管理的一种电源系统。

它通常由开关电源和数字控制器组成,通过数字控制器来实现对开关电源的精确调节和管理。

在FPGA系统中,数字电源的设计可以分为三个关键部分:输入稳压模块、输出稳压模块和数字控制模块。

1. 输入稳压模块输入稳压模块主要用于对输入电压进行稳压和滤波,以保证FPGA系统工作时能够获得稳定的电源供应。

常见的输入稳压模块包括稳压二极管和稳压器,它们可以对输入电压进行调节和过滤,从而确保FPGA系统能够正常工作。

3. 数字控制模块三、数字电源的设计方法在FPGA系统中,数字电源的设计需要考虑到系统对电源的稳定性、精度和效率的要求。

下面我们将介绍一种常用的数字电源设计方法,以供参考。

1. 选择合适的电源器件在数字电源的设计中,首先需要选择合适的电源器件,包括输入稳压器件、输出稳压器件和数字控制器。

对于输入稳压器件,常见的选择有稳压二极管和稳压器;对于输出稳压器件,常见的选择有开关电源和线性稳压器;对于数字控制器,常见的选择有微处理器和FPGA。

2. 进行电源参数设计在选择合适的电源器件后,需要根据FPGA系统的需求来进行电源参数设计,包括输入电压范围、输出电压稳定性、输出电流容量等。

这些参数设计将直接影响到电源器件的选型和电路的设计。

在完成电源参数设计后,需要进行电路设计和仿真,以验证电源设计的可行性和稳定性。

在电路设计中,需要考虑到输入稳压模块、输出稳压模块和数字控制模块的布局和连接,以确保它们能够协同工作并满足系统的需求。

FPGA开发设计流程和功能实现

FPGA开发设计流程和功能实现

FPGA开发设计流程和功能实现FPGA(现场可编程门阵列)是一种可编程数字电子器件,可以实现各种数字电路的功能。

FPGA的开发设计流程包括五个主要步骤:描述设计需求、设计电路结构、编写硬件描述语言(HDL)、仿真和综合、配置FPGA并验证。

下面将详细介绍每个步骤,并探讨如何通过FPGA开发实现各种功能。

第一步:描述设计需求在FPGA开发过程中,首先需要明确设计的目标和需求,包括设计的功能、输入输出要求、性能指标等。

这些需求可以来自于系统设计的要求、市场需求或者用户需求。

清晰的设计需求有助于指导后续的设计工作。

第二步:设计电路结构在明确了设计需求后,需要进行电路结构的设计。

电路结构包括选择适当的电路模块和连接方式,确定信号的传输路径等。

设计电路结构时需要充分考虑资源利用和性能需求,尽量优化电路结构,减少资源占用和延迟。

第三步:编写硬件描述语言(HDL)HDL是一种用于描述数字电路的编程语言,常用的HDL包括VHDL和Verilog。

使用HDL编写电路描述是FPGA开发的核心步骤。

在编写HDL代码时,需要按照电路结构进行模块化设计,使用适当的语法和语义描述电路的行为和结构。

第四步:仿真和综合在完成HDL代码编写后,需要进行仿真和综合。

仿真是通过对HDL代码进行功能验证,模拟电路的行为和工作过程,以确保设计的正确性。

综合是将HDL代码生成可在FPGA上运行的物理电路,包括实际的门和时序元件。

综合还可以对电路进行优化,如减少延迟、优化资源利用等。

第五步:配置FPGA并验证在综合后,需要将生成的物理电路配置到FPGA芯片中。

配置FPGA可以通过编程工具和JTAG接口实现。

配置完成后,需要进行验证,包括功能验证、性能测试和可靠性测试等。

验证是确保设计符合需求和预期结果的重要步骤。

通过FPGA开发可以实现各种功能。

FPGA的可编程性使得它可以根据设计需求实现不同的功能和应用。

常见的功能包括数字信号处理、通信协议处理、图像处理、计算加速等。

fpga逻辑设计方案报告

fpga逻辑设计方案报告

fpga逻辑设计方案报告FPGA逻辑设计方案报告一、引言FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是一种可编程数字逻辑器件,具有灵活性和可重构性。

FPGA的设计涉及到逻辑电路设计、时序设计和综合优化等方面。

本报告旨在介绍FPGA逻辑设计方案的基本原理和方法。

二、FPGA逻辑设计基础1. FPGA架构:FPGA由可编程逻辑单元(CLB)、输入输出模块(IOB)和可编程互连资源(Interconnect)构成。

CLB是FPGA 中最基本的逻辑单元,包含查找表(LUT)、寄存器和多路选择器等。

IOB用于与外部设备进行数据交换。

Interconnect用于连接CLB和IOB,实现不同逻辑单元之间的互连。

2. FPGA编程语言:常见的FPGA编程语言包括VHDL和Verilog。

这些语言提供了描述数字逻辑电路的方式,可以通过编写代码来实现逻辑功能。

三、FPGA逻辑设计流程1. 需求分析:明确设计的功能和性能要求,确定逻辑电路的输入输出接口。

2. 模块划分:将整个设计任务划分为多个模块,每个模块负责实现一个特定的功能。

3. 逻辑设计:使用FPGA编程语言编写每个模块的逻辑电路描述。

在描述中使用逻辑门、寄存器、多路选择器等基本元件,通过组合和时序逻辑的方式实现所需功能。

4. 综合优化:对逻辑电路进行综合,将高级语言描述转化为逻辑门级的电路描述。

综合优化包括逻辑优化、时序优化和面积优化等。

5. 时序设计:对逻辑电路进行时序约束的设置,确保信号的传输满足时序要求。

时序设计包括时钟频率、时钟分频、时钟延迟等方面的考虑。

6. 布局布线:将逻辑电路映射到FPGA的物理资源上。

布局布线包括逻辑单元的位置分配和信号线的路径规划。

7. 静态时序分析:对布局布线后的电路进行时序分析,检查是否满足时序要求。

8. 配置生成:将逻辑电路的配置位流生成,用于配置FPGA芯片。

9. 下载与验证:将配置位流下载到FPGA芯片中,通过验证测试确保设计满足功能和性能要求。

fpga的设计方法有哪些

fpga的设计方法有哪些

fpga的设计方法有哪些FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是一种灵活可编程的集成电路,广泛应用于数字信号处理、通信、嵌入式系统等领域。

FPGA的设计方法有很多种,根据不同的需求和应用场景选择适合的设计方法可以提高设计效率和性能。

本文将介绍几种常见的FPGA设计方法,包括RTL设计方法、HLS设计方法、IP核集成设计方法和SoC设计方法。

首先是RTL设计方法(Register Transfer Level)。

RTL设计是一种基于硬件描述语言(HDL)的设计方法。

常用的HDL有VHDL和Verilog。

在RTL设计中,设计人员通过编写HDL代码来描述电路的功能和行为,然后通过综合工具将HDL代码综合为逻辑门级的电路网表,最后通过布局布线工具将电路网表映射到FPGA芯片上。

RTL设计方法需要设计人员对硬件电路的原理和结构有较深的理解,同时也需要具备一定的编程能力。

其次是HLS设计方法(High-Level Synthesis)。

HLS设计是一种基于高级语言的设计方法,通过将C、C++等高级语言代码转化为硬件电路。

HLS设计可以提高设计效率,降低开发门槛。

在HLS设计中,设计人员先编写高级语言代码,然后通过HLS工具将高级语言代码综合为硬件描述语言(VHDL或Verilog),最后再将综合后的HDL代码进行后续的综合、布局和布线。

HLS设计方法适合于复杂算法的设计,如数字信号处理、图像处理等。

第三种设计方法是IP核集成设计方法。

IP核(Intellectual Property Core)是指可重用的、功能独立的硬件模块,如时钟模块、存储模块、通信接口模块等。

IP核集成设计方法是将不同的IP核组合在一起进行设计,以实现特定的功能需求。

设计人员可以通过购买或自己编写IP核来实现不同的功能需求,然后将这些IP核进行连接和配置,最终构成完整的电路设计。

IP核集成设计方法可以加快设计过程,降低设计难度。

FPGA学习总结

FPGA学习总结

FPGA学习总结FPGA(现场可编程门阵列)是一种数字电路开发和实现的工具,它提供了一种灵活的方式来设计和实现各种数字电路。

在我的FPGA学习过程中,我经历了以下几个方面的学习和实践:1.FPGA基础知识:在学习FPGA之前,我首先了解了FPGA的基本概念和原理。

我学习了FPGA的架构、时序和时钟设计、数字电路设计和综合等方面的知识。

这些基础知识为我深入学习和实践FPGA打下了坚实的基础。

2. FPGA开发工具的使用:我使用了常见的FPGA开发工具,如Vivado和Quartus。

这些工具提供了一种直观而强大的方式来设计和实现FPGA。

我学习了如何创建项目、添加模块、定义信号、综合和布局布线等操作。

通过不断的实践和尝试,我逐渐掌握了这些工具的使用。

3. Verilog和VHDL的学习:Verilog和VHDL是FPGA开发中常用的硬件描述语言。

通过学习这两种语言,我能够使用它们来描述和设计各种数字电路。

我掌握了如何使用这些语言来描述寄存器、组合逻辑、状态机等部件,并能够将它们综合成FPGA可实现的电路。

4.FPGA的应用实践:在学习了FPGA的基础知识和工具使用之后,我开始进行一些实际的应用实践。

我使用FPGA设计和实现了一些简单的电路,如计数器、加法器、乘法器等。

通过实践,我加深了对FPGA的理解,并增强了自己的设计和调试能力。

5.FPGA高级特性的学习:除了基础知识和工具使用外,我还学习了一些FPGA的高级特性,如时序分析、时钟域划分、并行数据传输和高速串行数据传输等。

这些特性在设计和实现一些高性能和复杂的电路时非常重要,我通过学习和实践,学会了如何正确地使用这些特性。

总结起来,FPGA学习是一个既有理论基础又注重实践和应用的过程。

通过学习FPGA,我更好地理解了数字电路的原理和设计,增强了自己的工程能力。

我学会了使用FPGA开发工具,掌握了Verilog和VHDL等硬件描述语言,实践了FPGA的设计和实现,并学习了一些高级特性。

EDA技术及应用—基于FPGA的电子系统设计:基于Verilog hdl的数字电路设计

EDA技术及应用—基于FPGA的电子系统设计:基于Verilog hdl的数字电路设计

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default: y = d;
图6-2 基本门电路仿真结果
综合结果如图6-3所示。
图6-3 基本门电路综合结果
2、 三态逻辑电路

基于FPGA的数字信号处理系统设计与实现

基于FPGA的数字信号处理系统设计与实现

基于FPGA的数字信号处理系统设计与实现数字信号处理(DSP)是对数字信号进行处理和分析的技术方法,广泛应用于通信、音频、图像等领域。

其中,利用可编程逻辑器件进行数字信号处理的算法加速已成为一种重要的技术趋势。

本文主要讨论基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的数字信号处理系统的设计与实现。

一、FPGA的基础知识及特点FPGA是一种具有可编程逻辑和可编程连接的硬件器件,能够实现用户自定义的数字电路功能。

与固定功能的ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)相比,FPGA具有灵活性强、开发周期短、成本低等优势。

在数字信号处理系统中,FPGA可以作为一种高性能的实现平台。

二、数字信号处理系统的基本框架数字信号处理系统通常包括信号的采集、预处理、算法处理和结果输出等步骤。

在FPGA上实现数字信号处理系统时,通常将这些步骤划分为不同的模块,并将其设计成可并行执行的结构,以提高系统的吞吐量和性能。

1. 信号采集与预处理信号采集模块通常用于将模拟信号转换成数字信号,并对其进行采样和量化处理。

预处理模块则用于滤波、降噪、增益控制等处理,以准备信号供后续的算法处理模块使用。

2. 算法处理算法处理模块是数字信号处理系统的核心,其中包括常用的信号处理算法,例如快速傅里叶变换(FFT)、数字滤波器、自适应滤波器等。

这些算法通常采用并行处理的方式,以提高系统性能。

3. 结果输出结果输出模块将经过处理的数字信号转换成模拟信号,并通过数字至模拟转换器(DAC)输出。

此外,还可以添加显示设备或通信接口,以直观地观察处理结果或将结果传输到其他设备。

三、基于FPGA的数字信号处理系统的设计流程基于FPGA的数字信号处理系统设计一般包括硬件设计和软件设计两个层面。

1. 硬件设计硬件设计主要包括系统的功能分析与规划、模块的设计与实现以及系统的验证与测试。

基于FPGA的数字电路设计

基于FPGA的数字电路设计

基于FPGA的数字电路设计随着科技的不断发展,数字电路设计在各个领域中扮演着重要的角色。

而基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称FPGA)的数字电路设计,正成为越来越多工程师的首选。

本文将探讨基于FPGA的数字电路设计的原理、应用和未来发展趋势。

一、FPGA的原理和特点FPGA是一种可编程逻辑器件,它由大规模的逻辑门、存储单元和可编程互连网络组成。

与传统的固定功能集成电路相比,FPGA具有灵活性和可重构性的特点。

通过在FPGA上编写逻辑设计代码,可以实现各种数字电路的功能,从简单的逻辑门到复杂的处理器。

FPGA的主要特点有以下几个方面:1. 可编程性:FPGA可以通过重新编程来改变其功能,无需进行物理上的改变。

这使得FPGA在设计过程中具有很高的灵活性和可重用性。

2. 并行性:FPGA中的逻辑门可以同时进行多个操作,从而实现高度并行的计算。

这使得FPGA在处理大规模数据和实时应用中具有优势。

3. 时序灵活性:FPGA中的时钟分配和时序控制可以根据设计需求进行灵活调整。

这使得FPGA能够适应不同的时序要求,提高电路的性能和稳定性。

二、基于FPGA的数字电路设计应用基于FPGA的数字电路设计在各个领域中都有广泛的应用。

以下是几个典型的应用案例:1. 通信系统:FPGA可以用于实现各种通信协议和信号处理算法。

例如,无线通信中的调制解调器、信号编解码器等都可以通过FPGA来实现。

2. 图像处理:FPGA可以用于实现图像处理算法,如图像滤波、图像增强和目标检测等。

由于FPGA的并行计算能力,它在实时图像处理中具有很大的优势。

3. 数字信号处理:FPGA可以用于实现各种数字信号处理算法,如音频编解码、语音识别和视频压缩等。

FPGA的高性能和低功耗使其成为数字信号处理领域的理想选择。

4. 控制系统:FPGA可以用于实现各种控制算法和逻辑控制器。

例如,工业自动化中的PLC(可编程逻辑控制器)和机器人控制系统都可以通过FPGA来实现。

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封面作者:PanHongliang仅供个人学习1 数字电子基础41.1 导读41.2 数字电路概述41.2.1 数字信号与数字电路41.2逻辑函数及其表示方法51.2.1逻辑代数51.2.2逻辑函数的表示方法及相互转换51.3逻辑函数的公式化简法61.3.1逻辑函数的不同表达方式61.3.2逻辑函数的公式化简法61.4逻辑函数的卡诺图化简法71.4.1逻辑函数的最小项及其表达式71.4.2逻辑函数的卡诺图表示法71.4.3用卡诺图化简逻辑函数82逻辑门电路82.1 导读82.1逻辑门电路92.1.1三种基本门电路92.1.2 DTL与非门102.2 TTL逻辑门电路102.2.1 TTL与非门的电路结构102.2.2 TTL与非门的工作原理102.3 其他类型的TTL门电路112.3.1集电极开路与非门(OC门)112.3.2三态门(TSL门)112.4多余输入端的处理123组合逻辑133.1 导读133.2组合逻辑电路基础133.2.1组合逻辑电路的基本概念133.2.2组合逻辑电路的分析方法143.2.3组合逻辑电路的设计方法143.3常用组合逻辑建模143.3.1编码器143.3.2 译码器和数据分配器163.3.3数据选择器183.3.4数值比较器193.3.5加法器(减法器)203.3.6乘法器223.3.7除法器244触发器244.1导读244.2触发器的电路结构及工作原理244.2.1基本RS触发器(异步)244.2.2同步RS触发器254.2.3主从触发器和边沿触发器264.3触发器的功能分类及相互转换274.3.1触发器的功能分类274.3.2不同类型时钟触发器的相互转换28 5时序逻辑电路295.1导读295.2时序逻辑电路的基本概念295.2.1时序逻辑电路的结构及特点295.3 时序逻辑的设计305.3.1同步时序逻辑电路的设计步骤305.3.2时序电路通用设计方法305.3时序逻辑建模305.3.1数码寄存器315.3.2移位寄存器315.3.3锁存器315.3.4寄存器集成电路介绍325.3.5计数器326总结351 数字电子基础1.1 导读个人认为,现代信息技术就是,把现实世界,利用强大的计算机技术处理和变换。

而数字电路技术是整个信息技术的一个桥梁。

现代计算机是基于是微电体系的,至少现阶段计算机只能做“电计算”。

所以我们需要一门技术把丰富多彩的现实世界,用电信号表示出来让计算机也能理解,数字电路就是起这个作用。

他能够把现实世界中的各种信息,转换到计算机的物理的电世界。

本章介绍了把现实世界用物理的电信号表示出来的基本技术。

本章主要讨论数字电子技术的基础理论知识。

同时,还给出了逻辑函数的概念、表示方法及相互转换。

1.2 数字电路概述1.2.1数字信号与数字电路电子电路中的信号可分为两类,一类在时间和幅度上都是连续的,称为模拟信号,如图 1.1所示,例如电压、电流、温度、声音等信号。

传送和处理模拟信号的电路称为模拟电路;图1.1 模拟信号另一类在时间和幅度上都是离散的,称为数字信号,如图 1.2所示,例如计时装置的时基信号、灯光闪烁等信号都属于数字信号。

传送和处理数字信号的电路称为数字电路。

图1.2 数字信号数字电路的特点●信号是离散的数字信号。

数字信号常用0、1二元数值表示。

●半导体器件均工作在开关状态,即工作在截止区和饱和区。

●研究的主要问题是输入、输出之间的逻辑关系。

●主要分析工具是逻辑代数。

1.2逻辑函数及其表示方法1.2.1逻辑代数逻辑代数又叫布尔代数或开关代数,是由英国数学家乔治·布尔于1847年创立的。

逻辑代数与普通代数都由字母来代替变量,但逻辑代数与普通代数的概念不同,它不表示数量大小之间的关系,而是描述客观事物一般逻辑关系的一种数学方法。

逻辑变量的取值只有两种,即逻辑0和逻辑1,它们并不表示数量的大小,而是表示两种对立的逻辑状态,如开关的通与断、电位的高与低、灯的亮与灭等。

0和1称为逻辑常量。

例如,在图1.3所示的指示灯控制电路中,我们用字母Y表示指示灯,用A、B表示两个开关。

指示灯Y的亮与灭两种状态取决于开关A、B的通断状态。

我们将A、B称为输入逻辑变量,将Y称为输出逻辑变量。

图1.3 指示灯控制电路逻辑代数有两种逻辑体制,其中,正逻辑体制规定,高电平为逻辑1,低电平为逻辑0;负逻辑体制规定,低电平为逻辑1,高电平为逻辑0。

1.2.2逻辑函数的表示方法及相互转换逻辑函数常用的表示方法有5种:逻辑真值表,逻辑函数表达式,逻辑图,波形图和卡诺图。

1. 逻辑真值表逻辑真值表是将输入变量的各种可能取值和相应的函数值排列在一起组成的表格,一个确定的逻辑函数只有一个逻辑真值表,具有惟一性。

逻辑真值表能够直观明了地反映变量取值和函数值的对应关系,但输入变量较多时,列写起来比较繁琐,它是将实际问题抽象为逻辑问题的首选描述方法。

2. 逻辑函数表达式实际在FPGA设计中此方法较常用。

函数表达式是面向人类的,易于人类理解,实际设计时我们主要工作就是把逻辑函数转换为RTL代码。

而逻辑函数表达式的获得就是算法设计。

逻辑函数的表达式不是惟一的,可以有多种形式,并且能互相转换。

逻辑函数的特点是:简洁、抽象,便于化简和转换。

3. 逻辑图与、或、非等运算关系用相应的逻辑符号表示出来,就是函数的逻辑图。

例如,异或逻辑关系也可用如图1.14所示的逻辑图来表示。

优点是:逻辑图与数字电路的器件有明显的对应关系,便于制作实际电路。

缺点是不能直接进行逻辑推演和变换。

图1.14 异或逻辑关系的逻辑图4. 波形图实际在FPGA分析中此方法最常用。

当然如果要做时序分析(提高系统性能,达到使用标准的必然分析)波形不会是如此陡峭,必须把上升沿和下降沿也表现出来,这样才能精确地分析电路的最高频率。

反映输入和输出波形变化规律的图形,称为波形图,也称为时序图。

异或逻辑关系中,当给定A、B的输入波形后,可画出函数Y的波形,如图1.15所示。

图1.15 异或逻辑关系的波形图波形图的优点是,能直观反映变量与时间的关系和函数值变化的规律,它与实际电路中的电压波形相对应。

5. 各种表示方法之间的相互转换同一逻辑函数可以用几种不同的方式来表示,这几种表示方法之间必然可以相互转换。

由真值表写出逻辑函数的一般步骤如下。

(1)找出真值表中使输出Y=1的那些输入变量的组合。

(2)每组输入变量的取值组合对应一个乘积项,其中变量取值为1的用原变量表示,取值为0的用反变量表示。

(3)将这些乘积项相加,得到的即为真值表对应的逻辑函数表达式。

1.3逻辑函数的公式化简法现代EDA工具基本可以优化逻辑函数,所以化简不是必需的。

但是现在的EDA并不是非常的成熟,有些情况下,化简是减少电路的竞争和冒险的唯一手段,具体情况见两本数电教材。

1.3.1逻辑函数的不同表达方式同一逻辑函数可以有多种不同的表达方式,它们之间能互相转换。

1.3.2逻辑函数的公式化简法在逻辑电路设计中,对逻辑函数化简具有十分重要的意义。

逻辑函数表达式越简单,实现该函数所用的逻辑元件就越少,电路的可靠性就越高。

一般情况下,都将逻辑函数化为最简与或表达式。

最简与或表达式应遵循乘积项最少,且每个乘积项的变量数最少的原则。

1.4逻辑函数的卡诺图化简法在应用公式法对逻辑函数进行化简时,不仅要求对公式能熟练应用,而且对最后结果是不是最简要进行判断,遇到较复杂的逻辑函数时,此方法有一定难度。

下面介绍的卡诺图化简法,只要掌握了其要领,化简逻辑函数非常方便。

1.4.1逻辑函数的最小项及其表达式1. 最小项的定义与性质在n变量的逻辑函数中,若其与或表达式的每个乘积项都包含有n个因子,而且每个因子仅以原变量或反变量的形式在该乘积项中出现一次,这样的乘积项称为n变量逻辑函数的最小项。

每个乘积项都是最小项形式的表达式称为逻辑函数的最小项表达式。

最小项的性质:(1)对于输入变量的任何一组取值,有且只有一个最小项的值为1。

(2)对于变量的任一组取值,任意两个最小项的乘积为0。

(3)全体最小项之和为1。

注意:不说明变量数目的最小项是没有意义的。

2. 逻辑函数的最小项表达式任何一个逻辑函数表达式都可以转化为最小项之和的形式。

方法是,先将逻辑函数写成与或表达式,然后在不是最小项的乘积项中乘以(X+X)补齐所缺变量因子即可。

1.4.2逻辑函数的卡诺图表示法1. 最小项的卡诺图图1.20 三变量的卡诺图图1.21 四变量的卡诺图注意:为了确保卡诺图中小方格所表示的最小项在几何上相邻时,在逻辑上也有相邻性,两侧标注的数码不能从小到大依次排列。

除几何相邻的最小项有逻辑相邻的性质外,图中每一行或每一列两端的最小项也具有逻辑相邻性,因此,卡诺图可看成是一个上下左右闭合的图形。

卡诺图形象、直观地反映了最小项之间的逻辑相邻关系,但变量增多时,卡诺图会变得更为复杂。

当变量的个数在5个或5个以上时,就不能仅用二维空间的几何相邻来代表其逻辑相邻,故一般较少使用。

2. 逻辑函数的卡诺图表示既然任何逻辑函数式都可以表达成最小项形式,而最小项又可以表示在卡诺图中,故逻辑函数可用卡诺图表示。

方法是:把逻辑函数式转换成最小项表达式,然后在卡诺图上与这些最小项对应的方格内填1,其余填0(也可以不填),就得到了表示这个逻辑函数的卡诺图。

任一逻辑函数的卡诺图是惟一的。

1.4.3用卡诺图化简逻辑函数1. 化简依据相邻最小项的合并规律是:两个相邻的最小项可合并为一项,消去一个变量;4个相邻的最小项可合并为一项,消去两个变量;8个相邻的最小项可合并为一项,并消去3个变量。

消去的是包围圈中发生过变化的变量,而保留下的是包围圈内保持不变的变量,如图1.23所示。

图1.23 最小项的合并规律2. 化简步骤用卡诺图化简逻辑函数的步骤如下。

(1)将逻辑函数化成最小项之和的形式(有时可以跳过)。

(2)用卡诺图表示逻辑函数。

(3)对可以合并的相邻最小项(填1的方格)画出包围圈。

(4)消去互补因子,保留公共因子,写出每个包围圈合并后所得的乘积项。

用卡诺图化简时,为了保证结果的最简化和正确性,在选取可合并的最小项即画包围圈时,应遵循以下几个原则。

(1)每个包围圈只能包含2n个填1的小方格,而且必须是矩形或正方形。

(2)包围圈能大勿小。

包围圈越大,消去的变量就越多,对应乘积项的因子就越少,化简的结果越简单。

(3)包围圈个数越少越好。

因个数越少,乘积项就越少,化简后的结果就越简单。

(4)画包围圈时,最小项可以被重复包围,但每个包围圈中至少应有一个最小项是单独属于自己的,以保证该化简项的独立性。

(5)包围圈应把函数的所有最小项都圈完。

2逻辑门电路2.1 导读如果是做基于FPGA的设计应该是不用考虑到三极管、二极管这么低层的电路结构吧?开始我也是这么认为的,但是做了一个工程之后,随着学习的升入发现,逻辑门电路内部的结构必须要十分清楚。

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