数字电路与系统设计
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。
数字电路与系统设计
目录分析
1.2数制
1.1数字信号与数 字电路概述
1.3码制
1.5 HDL
1.4算术运算与逻 辑运算
习题
2.1逻辑代数中的运 算
2.2逻辑运算的电路 实现
2.3逻辑运算的公式
2.4逻辑运算的基本 规则
2.5逻辑函数的标准 形式
2.6逻辑函数的化简
2.7 VHDL描述逻辑 门电路
习题
3.2常用中规模集 成组合逻辑电路
程逻辑器件 （CPLD）
3 6.6现场可编
程门阵列 （FPGA）
4
6.7 HDPLD应 用举例
5
习题
1
7.1概述
2
7.2数字系统 的描述工具
3
7.3控制器设 计
4 7.4数字系统
设计及VHDL实 现
5
习题
8.2模数转换（A/D）
8.1数模转换（D/A）
习题
作者介绍
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（MSI）
3.1 SSI构成的组 合电路的分析和设
计
3.3竞争和冒险
3.4 VHDL描述 组合逻辑电路
习题
4.1概述 4.2基本SRFF
4.3钟控电位触发器 4.4边沿触发器
4.5集成触发器的参 数
4.6触发器应用举例
4.7 VHDL描述触发 器
习题
5.1概述 5.2寄存器
5.3计数器 5.4序列信号发生器
数字电路与系统设计
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
数字集成电路-电路系统与设计
数字集成电路-电路系统与设计数字电路设计的抽象层次：器件->电路->门->模块->系统时钟偏差对全局信号都可能产⽣影响，是⾼性能⼤系统的设计关键。
集成电路的成本：固定成本+可变成本；固定成本可理解为研发成本，⾮重复的成本；可变成本可理解为⽣产制造（芯⽚成本和封测成本）过程中产⽣的成本，与良率也有关，控制芯⽚⾯积能够有效且直接的控制芯⽚成本。
⼀个门电路要想具有再⽣性，其VTC(电压传输特性)应当具有⼀个增益⼤于1的过渡区，以及增益⼩于1的合法区域，如下图：封装可按照封装材料，互连层数量，散热⽅式进⾏分类：封装材料：陶瓷封装、塑封（⾼分⼦聚合物）NMOS与PMOS，以增强型为例，NMOS VGS>Vth时导通，PMOS |VGS|>|Vth|时导通，且VGS<0。
CMOS反相器电压传输特性（VTC）推导：上式为CMOS上下管需要遵守的规则。
结合上式得到，下图为CMOS中上官PMOS部分不同栅极输⼊电压下，下管NMOS电流与输出电压的关系为了使NMOS和PMOS的传输特性能够符合上式DC成⽴，需要根据⼆者的V-I曲线找到交叉点，使其满⾜DC平衡找到上图中的DC平衡交叉点，并提取绘制得到CMOS的电压传输特性如下图，可以看出CMOS的电压传输特性具有再⽣性其中res表⽰呈电阻特性PMOS和NMOS的电流⽅向问题：源極的源是指載流⼦的起點；漏極的漏是指載流⼦的終點。
載流⼦從源極出發，穿過溝道，到達漏極，從外部看，載流⼦最終從漏極漏出去了。
顯然，NMOS和PMOS的載流⼦是不同的，因此導致了令⼈困惑的電流⽅向問題。
盯住載流⼦即可，別被電流⽅向迷惑。
可以簡單地認為，柵極和襯底間的電壓超過閾值後，漏極和源極就接通了，⽽電流⼤⼩則是由柵漏源三極間的電壓決定。
因為MOS是對稱結構，所以源極和漏極無區別且可互換。
關於D和S，也就是漏和源，其實是從⼯藝⾓度觀察的結果。
在MOS中，有兩種載流⼦，⼀種是電⼦，另⼀種是空⽳，標記為N和P。
精品课程“数字电路与系统设计”教学体系
第 ３期
电 气 电 子教 学 学 报
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｅ ＥＥ
Ｖｏ． ２ Ｎｏ ３ １３ ．
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｎ． ０ ０ ｕ ２ １
精 品 课 程 “ 字 电 路 与 系 统 设 计 ’ 学 体 系 数 ’ 教
孙 万 蓉 ， 爱峰 ， 秀琴 ， 任 初 邓 成
教 学模式 。
小规模 集 成 电路 发展 到 大 规 模 集成 电路 （ Ｓ ） Ｌ Ｉ 和超 大规模 集 成 电路 （ Ｓ ） ＶＬ Ｉ 。相 应地 ， 字 电路 和数 字 数
（ 西安 电子科技 大学 电子 工程 学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １ ０ １
摘 要 ： 文提出了国家级精 品课 程“ 本 数字电路与系统设计 ” 三种各具特色的教学体系的设 计与实践 。介绍 了 Ｅ Ａ课 程的建设与 实验项 目的 Ｄ
形式 ， 针对双语 教学实施过 程中的问题 提出了改 进的办法。并 详细介绍了精品课程 网站 与多媒体课件 的建设 。教学实 践结果表 明， 三种教学 体 系 的 设计 为 不 同层 次 的学 生 提供 了 可选 择 、 方 位 、 学 方 法 灵 活 的 学 习 平 台 。 这 样 不 仅 提 高 了 学 生 的 学 习 兴 趣 ， 提 高 了 学 生综 合 应 用 的 多 教 也
能 力 ， 到 了 良好 的 教 学 效 果 。 收 关 键 词 ： 家 级 精 品 课 程 ； 字 电 路 与 系 统 设 计 ； ＤＡ课 程 国 数 Ｅ 中图 分 类 号 ： ４ ． ； Ｎ７ Ｇ６ ２ ０ Ｔ ９ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８０ ８ （０ ０ ０ —０ ７０ １ ０ —６６ ２ １ ）３０ ０ —３
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
一、课程设计介绍
数字集成电路是现代电路设计中的重要组成部分，也是计算机科学与工程的重要分支。
本课程设计旨在通过对数字集成电路的系统与设计进行探究，并结合具体的案例来设计和实现数字集成电路，使学生能够熟悉数字集成电路的基本原理、设计方法和实现技术。
本课程设计主要包含以下内容：
1.数值系统和编码
2.逻辑功能设计：组合逻辑电路和时序逻辑电路
3.集成电路设计方法和流程
4.VHDL和FPGA实现数字逻辑电路
5.数字信号处理器
通过本次课程设计，学生将掌握数字集成电路的系统性设计思路和实现方法，具备数字电路设计的基本能力和实际操作技术，能够针对具体应用场景提出解决方案，实现数字电路的设计、验证和调试。
二、课程设计要求
1. 课程设计题目
本次课程设计的题目为“4位计数器设计”。
2. 软件工具
VHDL编程软件和EDA工具
1。
数字集成电路 电路系统与设计
数字集成电路电路系统与设计
数字集成电路是指将若干个数字电路组合在一起，形成一个完整
的电路系统的过程。
数字集成电路充分利用了数字电子技术的优势，
将不同的数字电路模块集成至一个芯片上，从而大大提高了电路系统
的性能和可靠性。
数字集成电路的设计需要遵循特定的规范和标准，包括电路功能
的设计、电路参数的计算和选取，以及电路布局和制造等方面。
同时，数字集成电路的设计需要充分考虑电路系统的稳定性、抗干扰能力、
低功耗、高可靠性等特点，以满足不同应用场景的需求。
数字集成电路常常应用于各种高精度、高复杂度数字系统中，包
括计算机、通信系统、音视频处理、自动化控制等领域。
在数字集成
电路的设计和制造中，还需要根据具体应用场景选择不同的设计方案
和制造工艺，以获得最优性能和可靠性。
数字集成电路--电路、系统与设计
数字集成电路是现代电子产品中不可或缺的一部分，它们广泛应用于计算机、手机、汽车、医疗设备等领域。
数字集成电路通过在芯片上集成大量的数字电子元件，实现了电子系统的高度集成和高速运算。
本文将从电路、系统与设计三个方面探讨数字集成电路的相关内容。
一、数字集成电路的电路结构数字集成电路的电路结构主要包括逻辑门、寄存器、计数器等基本元件。
其中，逻辑门是数字集成电路中最基本的构建元件，包括与门、或门、非门等，通过逻辑门的组合可以实现各种复杂的逻辑功能。
寄存器是用于存储数据的元件，通常由触发器构成；而计数器则可以实现计数和计时功能。
这些基本的电路结构构成了数字集成电路的基础，为实现各种数字系统提供了必要的支持。
二、数字集成电路与数字系统数字集成电路是数字系统的核心组成部分，数字系统是以数字信号为处理对象的系统。
数字系统通常包括输入输出接口、控制单元、运算器、存储器等部分，数字集成电路在其中充当着处理和控制信号的角色。
数字系统的设计需要充分考虑数字集成电路的特性，包括时序和逻辑的正确性、面积和功耗的优化等方面。
数字集成电路的发展也推动了数字系统的不断完善和创新，使得数字系统在各个领域得到了广泛的应用。
三、数字集成电路的设计方法数字集成电路的设计过程通常包括需求分析、总体设计、逻辑设计、电路设计、物理设计等阶段。
需求分析阶段需要充分了解数字系统的功能需求，并将其转化为具体的电路规格。
总体设计阶段需要根据需求分析的结果确定电路的整体结构和功能分配。
逻辑设计阶段是将总体设计转化为逻辑电路图，其中需要考虑逻辑函数、时序关系、并行性等问题。
电路设计阶段是将逻辑电路图转化为电路级电路图，包括门电路的选择和优化等。
物理设计阶段则是将电路级电路图转化为实际的版图设计，考虑布线、功耗、散热等问题。
在每个设计阶段都需要充分考虑电路的性能、面积、功耗等指标，以实现设计的最优化。
结语数字集成电路作为现代电子系统的关键组成部分，对于数字系统的功能和性能起着至关重要的作用。
精品课程《数字电路与系统设计》的项目教学法实践与探索
实 践 与探 索
林 华
（ 京 航 空航 天 大 学 自动 化 学 院 ， 京 ２０ １ ） 南 南 １０ ６
★
摘 要 ：以精 品课 程 《 字 电路 与 系统设 计 》 背景 ， 数 为 以课 程 内容 为依 托 ， 用 项 目教 学 法 对 课 程 教 运 学模 式进 行 探 索和 实践 。 实践 表 明 ， 目教 学 法 能 够很 好 地 调 动 学 生的 主 观 能 动 性 ， 益 于 项 有 知识 之 间 的 融 会 贯 通 ， 利 于研 究 性 教 学和 研 究性 学 习 的 发 展 ， 有 因而 具 有 较 好 的 示 范 作 用
利用业余 时间通过借阅书刊 、 查找器件手册 、 网上搜索
等 方 式 了解 了 很 多 集 成 触 发 器 ．通 过 小 组 讨 论 确 定 了 多种 设 计 方 案
一
与探索 ． 不仅使学生掌握 系统 的学科 知识 ． 还可 以培养 其科学技 术研究和创新能力 ．以适应 当今科 学研究和
步 掌 握 集 成 触 发 器 的 正 确 使 用
１ 方案 的确 定 ． ２
学 生 在 拿 到设 计 任 务 后 表 现 出 了 浓 厚 的 兴 趣 ． 并
根据 已学知识通过查 阅资料 、集体研讨 等方式确定设
计 方 案 ． 现 设 计 指 标 项 目教 学 法 重 在 引 导 学 生 进 行 实 研 究 性 自主 学 习 ． 分 析 、 决 问题 的 过程 中 学 会 研 究 在 解
自学 了 时 钟 脉 冲 的产 生 与 整 形 ．并 借 阅 了 图书 馆 关 于 ５ ５定 时 器 的应 用 实例 类 书籍 ． 计 逻 辑 电路 图 如 图 ２ ５ 设
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二、公式法
1.与或式的化简 2.或与式的化简
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2.6 逻辑函数的化简
三、卡诺图化简法
1.逻辑函数的卡诺图表示 2.卡诺图的运算 3.卡诺图化简法
四、非完全描述逻辑函数的化简
1.约束项、任意项、无关项及非完全描述逻辑函数 2. 非完全描述逻辑函数的化简 3. 无关项的运算规则
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5.4常用触发器
一、维持阻塞型DFF
1.电路结构 2.工作原理 3.功能描述 4.动态特性（脉冲工作特性）
二、主从SREF
1.电路结构 2.工作原理 3.功能描述
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5.4常用触发器
三、JKFF
1.主从JKFF 2.边沿JKFF
四、TFF和TˊFF
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4.2 中规模集成组合逻辑电路
一、编码器
1.二进制编码器
2.二—十进制优先编码器74147
二、译码器
1.二进制译码器 2.二—十进制译码器
3.数字显示译码器
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4.2 中规模集成组合逻辑电路
三、数据选择器
1.四选一数据选择器
2.八选一数据选择器 3.数据选择器的扩展 4.用数据选择器设计组合逻辑电路
1.按是否受控于时钟脉冲(CP 2.按实现的逻辑功能 Clock Pulse )
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5.2 基本SRFF(SDRDFF)
一、与非门构成的基本SRFF
1.电路构成
2.逻辑功能 3.逻辑功能的表示方法
二、或非门构成的基本SRFF
1.电路构成 2.逻辑功能的表示方法
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9.2 随机存储器(RAM)
一、静态RAM(SRAபைடு நூலகம்)
二、存储容量的扩展
1.位扩展 2.字扩展
三、动态RAM(DRAM)
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第9章 习题
9.2 9.7
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第10章 可编程逻辑器件
10.1 PLD概述
10.2 PLD的基本结构
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2.6 逻辑函数的化简
五、最简与或式的转换
1.转换成两级与非式 2.转换成两级或非式 3.转换成与或非式
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第2章 习题
2.1 (1) (2) (3) 2.4 (1) (2) (3) 2.10 (1) (2) 2.11 (1) (2) 2.12 (1) (3) (4) 2.13 (1) 2.14
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第2章 逻辑代数基础
2.1 概述 2.2 逻辑代数中的运算 2.3 逻辑代数的公式 2.4 逻辑代数的基本规则 2.5 逻辑函数的表达式 2.6 逻辑函数的化简 第2章 习题
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2.1 概述
一、三种基本逻辑关系 二、逻辑变量 三、逻辑函数及其表示方法
5.3 钟控电位触发器（钟控触发器）
一、钟控SRFF(SR锁存器)
1.电路构成
2.钟控原理 3.逻辑功能
二、钟控DFF(D锁存器)
1.电路构成 2.逻辑功能
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5.3 钟控电位触发器（钟控触发器）
三、钟控触发器的触发方式与空翻
1.触发方式（工作方式）
2.空翻
2.按使用器件类型来分
二.ROM的结构
三.ROM的工作原理
四、ROM的逻辑关系
1.属于组合逻辑电路
2.阵列图
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9.1 只读存储器（ROM）
五、ROM的应用
1.实现组合逻辑函数
2.字符发生器
六、固定ROM(MROM) 七、可编辑只读存储器(PROM)
八、可改写可编程只读存储器(EPROM)
1.逻辑冒险的判别 (1)代数法 (2)卡诺图法
2.功能冒险的判别
三、冒险的消除方法
1.增加多余项，消除逻辑冒险 2.加滤波电容 3.加取样脉冲
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第4章 习题
4.2
4.4
4.7(3) 4.15(1) 4.21
4.12 4.18
4.14 (1)(4) 例1 4.20
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目 录
第1章 数制与码制 第2章 逻辑代数基础 第4章 组合逻辑电路 第5章 触发器 第6章 时序逻辑电路 第9章 半导体存储器 第10章 可编程逻辑器件 第11章硬件描述语言（VHDL） 第12章 数字系统设计基础
返回封面
第1章 数制与码制
1.0 绪论 1.1 数制 1.2 码制 第1章 习题
返回第6章目录
6.4 寄存器和移存器
一、寄存器
1.寄存单元（一位数码寄存器）
2.MSI寄存器74175
二、移位寄存器
1.概述 2.MSI移位寄存器
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6.5 计数器
1.计数器的概念 2.应用 3.基本结构 4.分类
一、二进制计数器
1.同步计数器（由SSI构成） 2.异步计数器（由SSI构成） 3.MSI二进制计数器
9.0 概述
9.1 只读存储器（ROM）
9.2 随机存储器(RAM) 第9章 习题
返回目录
9.0 概述
一、半导体存储器概念
二、重要指标
1.存储量 2.存取速度
三、分类
1.按存取方式分类
返回第9章目录
9.1 只读存储器（ROM）
一. ROM的分类
1.按存储内容写入方式来分
二、分析举例
例6.2.1 例6.2.2 例6.2.3 返回第6章目录
6.3 时序电路的设计
一、同步时序电路的设计
1.设计步骤
2.设计举例
(1)作原始状态转移表或原始状态转移图；
(2)化简原始状态转移表；
(3)状态编码（状态分配）；
(4)设计各触发器的激励函数和电路的输出函数。
一、PLA基本结构
二、PLA应用举例
返回第10章目录
10.6 可编程阵列逻辑（PAL）
一、专用输出结构
二、可编程输入/输出结构
三、寄存器输出结构 四、异或输出结构
返回第10章目录
10.7 通用阵列逻辑（GAL）
一、GAL16V8电路结构
二、GAL16V8的OLMC
四、数据比较器
1.四位并行数据比较器7485 2.数据比较器的应用举例
返回第4章目录
4.2 中规模集成组合逻辑电路
五、全加器
1.四位串行进位全加器 2.四位超前进位全加器 3.全加器的应用举例
返回第4章目录
4.3 竞争和冒险
一、竞争和冒险的概念 1. 竞争 2.冒险
二、冒险的判别方法
5.4 5.10
5.5 5.11
5.12
5.17
5.13
5.18
5.14
5.19
5.15
5.20
5.16
5.21
返回第5章目录
第6章 时序逻辑电路
6.1 概述 6.2 时序电路的分析 6.3 时序电路的设计 6.4 寄存器和移存器
6.5 计数器
6.6 序列码发生器
6.7 顺序脉冲发生器
一、常见表达式 二、标准表达式
1.最小项、最小项表达式 2.最大项、最大项表达式 3.最小项和最大项的性质 4.几个关系式 5.由一般表达式写最小(大)项表达式的方法 6.由真值表写最小（大）项表达式的方法
返回第2章目录
2.6 逻辑函数的化简
一、化简的意义和最简的标准
返回目录
1.0 绪论
一、数字电子技术的发展与应用
二、数字电子技术的优点
三、模拟信号和数字信号
四、二进制代码“1”和“0”的波形表示
五、本课程的研究内容
六、学习方法
七、参考教材
返回第1章目录
1.1 数制
一、十进制（Decimal）
二、二进制（Binary）
三、十六进制（Hexadecimal） 四、八进制（Octal） 五、数制转换
1.OLMC的结构 2.GAL16V8的结构控制字
3.OLMC的配置
三、GAL16V8的行地址结构
四、GAL应用举例
第6章习题
返回目录
6.1 概述
一、组合电路
1.结构特点
2.功能特点
二、时序电路
1.结构特点 2.功能特点 3.工作描述 4.分类
返回第6章目录
6.2 时序电路的分析
一、分析方法
1.分析电路结构 2.写出四组方程 3.作状态转移表、状态转移图或波形图