阎石第五版教材课件清华版
合集下载
课件数字电技术基础第五版教学课件清华大学阎石王红.ppt
D Q Q*
0 0
1 1
0 1
0 1
0 0
1 1
2.特性方程 : Q* D
3.状态转换图
4.符号
。。。。
《数字电子技术基础》第五版
逻辑功能： 是 Q * 与输入及 Q 在CLK作用后稳态之间的关系 （RS, JK, D, T）
电路结构形式： 具有不同的动作特点（转换状态的动态过程） （同步，主从，边沿）
《数字电子技术基础》第五版
( 5 )有异步置1，置0端
二、动作特点 Q * 变化发生在 clk的上升沿（或下降沿） ， Q * 仅取决于上升沿到达时 输入的状态，而与此前 、后的状态无关
《数字电子技术基础》第五版
5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法
5.6.1 触发器按逻辑功能的分类 时钟控制的触发器中 由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（ Q * ）随输 入变化的规则不同
J K CLK
Q S 主 R Q’ 从
Q Q’
《数字电子技术基础》第五版
J Q S 主 R Q’ 从 Q
K
CLK
Q’ (1)若J 1, K 0则clk 1时，
Q* 1 “主”保持 , 1 * Q 0，“主” 1
Q* 1，“主” 0 * Q 0，“主”保持 0
1. 主从 SR 触发器 ( 1 )clk 1时，“主”按 S , R翻转，“从”保持 ( 2 )clk下降沿到达时，“主” 保持， “从”根据“主”的状 态翻转 所以每个 clk周期，输出状态只可能 改变一次
0
1
1 1
1 0
0
1*
1
1 1
1*
《数字电子技术基础》第五版
2. 主从 JK触发器 为解除约束 即使出现 S R 1的情况下， Q * 也是确定的
0 0
1 1
0 1
0 1
0 0
1 1
2.特性方程 : Q* D
3.状态转换图
4.符号
。。。。
《数字电子技术基础》第五版
逻辑功能： 是 Q * 与输入及 Q 在CLK作用后稳态之间的关系 （RS, JK, D, T）
电路结构形式： 具有不同的动作特点（转换状态的动态过程） （同步，主从，边沿）
《数字电子技术基础》第五版
( 5 )有异步置1，置0端
二、动作特点 Q * 变化发生在 clk的上升沿（或下降沿） ， Q * 仅取决于上升沿到达时 输入的状态，而与此前 、后的状态无关
《数字电子技术基础》第五版
5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法
5.6.1 触发器按逻辑功能的分类 时钟控制的触发器中 由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（ Q * ）随输 入变化的规则不同
J K CLK
Q S 主 R Q’ 从
Q Q’
《数字电子技术基础》第五版
J Q S 主 R Q’ 从 Q
K
CLK
Q’ (1)若J 1, K 0则clk 1时，
Q* 1 “主”保持 , 1 * Q 0，“主” 1
Q* 1，“主” 0 * Q 0，“主”保持 0
1. 主从 SR 触发器 ( 1 )clk 1时，“主”按 S , R翻转，“从”保持 ( 2 )clk下降沿到达时，“主” 保持， “从”根据“主”的状 态翻转 所以每个 clk周期，输出状态只可能 改变一次
0
1
1 1
1 0
0
1*
1
1 1
1*
《数字电子技术基础》第五版
2. 主从 JK触发器 为解除约束 即使出现 S R 1的情况下， Q * 也是确定的
阎石第五版数字电路技术课件
数字电路基础
触发器概述
触发器的分类
触发器的工作原理
触发器的应用
01
02
03
04
触发器是一种具有记忆功能的电路，能够存储二进制信息。
根据工作原理的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
触发器通过接收输入信号，根据不同的工作模式，将存储的信息保持或翻转。
触发器广泛应用于数字系统的设计和实现，如寄存器、计数器等。
详细描述
总结词
数字电路技术的发展历程
详细描述
数字电路技术自20世纪40年代诞生以来，经历了从小规模到大规模，再到超大规模集成电路的发展历程。随着半导体工艺的不断进步，数字电路技术的集成度越来越高，性能越来越强大，应用领域也越来越广泛。
总结词
数字电路技术的应用领域
详细描述
数字电路技术广泛应用于计算机、通信、控制、测量仪器、航空航天、军事等领域。在计算机领域，数字电路技术用于构建中央处理器、存储器、输入输出接口等关键部件。在通信领域，数字电路技术用于信号传输、调制解调、信道编码等。在控制领域，数字电路技术用于实现各种控制算法和控制系统。在测量仪器领域，数字电路技术用于提高测量精度和自动化程度。在航空航天和军事领域，数字电路技术用于实现高速数据处理和精确控制系统。
数字电路的分析与设计
根据逻辑函数表达式或真值表，设计实现特定逻辑功能的组合逻辑电路。
组合逻辑电路设计
根据给定的逻辑函数和触发器类型，设计实现特定功能的时序逻辑电路。
时序逻辑电路设计
利用可编程逻辑器件的资源和编程语言，设计实现各种数字电路和系统。
可编程逻辑器件设计
使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行数字电路和系统的设计和仿真。
《数字电子技术基础》第五版教学课件清华大学阎石王红.pdf
8.7 现场可编程门阵列FPGA
一、基本结构
1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
1. IOB
《数字电子技术基础》第五版
可以设置为输入/输出； 输入时可设置为：同步（经触发器）
异步（不经触发器）
2. CLB
《数字电子技术基础》第五版
本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路 将许多CLB组合起来，可形成大系统
8.4.3 GAL的输入和输出特性
GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件
GAL输出缓冲级
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
8.5 可擦除的可编程逻辑阵列EPLD
一、结构特点 相当于 “不-或”阵列（PAL） + OLMC
二、采用EPROM工艺 集成度提高
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
isp器件的编程接口（Lattice）
开发 环境
• 使用ispPLD的优点：
• *丌再需要与用编程器 • *为硬件的软件化提供可能 • *为实现硬件的远程构建提供可能
3. “装载”结束后，进入编程设定的 工作状态
！！每次停电后，SRAM中数据消失 下次工作仍需重新装载
《数字电子技术基础》第五版
8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
《数字电子技术基础》第五版
8.9 PLD的编程
以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统
3. 互连资源
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
4. SRAM 分布式 每一位触发器控制一个编程点
二、编程数据的装载
《数字电子技术基础》第五版
一、基本结构
1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
1. IOB
《数字电子技术基础》第五版
可以设置为输入/输出； 输入时可设置为：同步（经触发器）
异步（不经触发器）
2. CLB
《数字电子技术基础》第五版
本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路 将许多CLB组合起来，可形成大系统
8.4.3 GAL的输入和输出特性
GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件
GAL输出缓冲级
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
8.5 可擦除的可编程逻辑阵列EPLD
一、结构特点 相当于 “不-或”阵列（PAL） + OLMC
二、采用EPROM工艺 集成度提高
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
isp器件的编程接口（Lattice）
开发 环境
• 使用ispPLD的优点：
• *丌再需要与用编程器 • *为硬件的软件化提供可能 • *为实现硬件的远程构建提供可能
3. “装载”结束后，进入编程设定的 工作状态
！！每次停电后，SRAM中数据消失 下次工作仍需重新装载
《数字电子技术基础》第五版
8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
《数字电子技术基础》第五版
8.9 PLD的编程
以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统
3. 互连资源
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
4. SRAM 分布式 每一位触发器控制一个编程点
二、编程数据的装载
《数字电子技术基础》第五版
数字电子技术基础第五版
《数字电子技术基础（第5版）》是2006年高等教育出版社出版的图书，作者是阎石、清华大学电子学教研组。
本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材。
本书以前各版曾分别获得北京市教育教学成果一等奖、国家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖。
新版教材是在基本保持第四版教材内容、理论体系和风格的基础上，按照教育部2004年修订的“数字电子技术基础课程教学基本要求”修订而成的。
本次修订除改写了部分章节外，还增加了硬件描述语言和EDA软件应用的基础知识。
此外，还在多数小节后面增设了复习思考题。
为了便于教学，也为了便于读者今后阅读外文教材和使用外文版的EDA软件，书中采用了国际上流行的图形逻辑符号。
全书主要内容有：数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、硬件描述语言、脉冲波形的产生和整形、数-模和模-数转换等共11章。
本书可作为电气信息类、仪器仪表类各专业的教科书，也可供其他相关理工科专业选用以及社会选者阅读。
阎石，清华大学教授、全国高等学校电子技术研究会理事长。
1937年生人。
1958年毕业于清华大学自动控制系，其后一直在清华大学从事电子技术的教学与科研工作。
曾任国家教委工科本科基础课程教学指导委员会第一、二届委员，华北地区高等学校电子技术教学研究会理事长。
1989年与童诗白教授等一起获得普通高等学校优
秀教学成果国家级特等奖。
主编的《数字电子技术基础》第二版获国家教委优秀教材一等奖，第三版获国家优秀教材奖，第四版获北京市教育教学成果一等奖。
清华数字电子技术第五版阎石课件
清华数字电子技术第五版 阎石课件
一门全面介绍数字电子技术的课程，涵盖了引言、门电路与触发器、组合逻 辑电路基础、组合逻辑电路优化与综合、时序逻辑电路基础、时序逻辑电路 设计以及软件设计方法与应用等内容。
引言
1 数字电子技术的重要
性
掌握数字电子技术对于当 代信息社会至关重要，它 广泛应用于计算机、通信 等领域。
2 课程目标
通过本课程，我们将深入 了解数字电子技术的基本 原理和应用，为日后的学 习和工作打下坚实基础。
3 学习方法
本课程将采用理论讲解、 实践操练和案例分析相结 合的方式，帮助学生更好 地理解和应用所学知识。
门电路与触发器
门电路
门电路是数字电子技术中最基 本的单元，包括与门、或门、 非门等多种类型。
流水线是一种将运算任务分为多个阶段依次执 行的时序逻辑电路，可以提高运算速度。
软件设计方法与应用
软件设计流程 软件开发模型 软件工程方法
需求分析 → 设计 → 编码 → 测试 → 维护 瀑布模型、敏捷开发、迭代开发等 面向对象、结构化分析与设计等
JK触发器、T触发器等，用于存储和传输
信息。
3
时钟信号
时序逻辑电路的工作需要时钟信号作为 基准，在特定时间点对输入进行采样。
时序逻辑元件
时序逻辑元件包括计数器、移位寄存器 等，用于实现特定的时序功能。
时序逻辑电路设计
状态机
状态机是一种常见的时序逻辑电路，根据输入 和当前状态确定下一状态及输出。
流水线
触发器
触发器是用来存储和传输信息 的元件，常用于时序电路中。
逻辑运算
通过门电路和触发器的组合， 可以实现多种逻辑运算，如与、 或、非、异或等。
组合逻辑电路基础
一门全面介绍数字电子技术的课程，涵盖了引言、门电路与触发器、组合逻 辑电路基础、组合逻辑电路优化与综合、时序逻辑电路基础、时序逻辑电路 设计以及软件设计方法与应用等内容。
引言
1 数字电子技术的重要
性
掌握数字电子技术对于当 代信息社会至关重要，它 广泛应用于计算机、通信 等领域。
2 课程目标
通过本课程，我们将深入 了解数字电子技术的基本 原理和应用，为日后的学 习和工作打下坚实基础。
3 学习方法
本课程将采用理论讲解、 实践操练和案例分析相结 合的方式，帮助学生更好 地理解和应用所学知识。
门电路与触发器
门电路
门电路是数字电子技术中最基 本的单元，包括与门、或门、 非门等多种类型。
流水线是一种将运算任务分为多个阶段依次执 行的时序逻辑电路，可以提高运算速度。
软件设计方法与应用
软件设计流程 软件开发模型 软件工程方法
需求分析 → 设计 → 编码 → 测试 → 维护 瀑布模型、敏捷开发、迭代开发等 面向对象、结构化分析与设计等
JK触发器、T触发器等，用于存储和传输
信息。
3
时钟信号
时序逻辑电路的工作需要时钟信号作为 基准，在特定时间点对输入进行采样。
时序逻辑元件
时序逻辑元件包括计数器、移位寄存器 等，用于实现特定的时序功能。
时序逻辑电路设计
状态机
状态机是一种常见的时序逻辑电路，根据输入 和当前状态确定下一状态及输出。
流水线
触发器
触发器是用来存储和传输信息 的元件，常用于时序电路中。
逻辑运算
通过门电路和触发器的组合， 可以实现多种逻辑运算，如与、 或、非、异或等。
组合逻辑电路基础
数字电子技术基础第五版阎石第02章逻辑代数基础1
2.1 概述
• 基本概念
逻辑： 事物的因果关系 逻辑运算的数学基础： 逻辑代数 在二值逻辑中的变量取值： 0、1
2.2 逻辑代数中的三种基本运算
与（AND）
或（OR）
非（NOT）
以A(B)=1表示开关A(B)合上， A(B) =0表示开关A(B) 断开； 以Y=1表示灯亮，Y=0表示灯不亮； 三种电路的因果关系不同：
这三种取值的任何一种都使Y=1, 所以 Y= ?
A BC Y 0 00 0 0 01 0 0 10 0 0 11 1 1 00 0 1 01 1 1 10 1 1 11 0
• 真值表 逻辑式：
练习：将“异或”和 “同或”用与、或、
非三种基本逻辑运算
1. 找出真值表中使 Y=1 的输入变量表取示值？组合。
A B、A′ B、A B′ 、A′ B′
• 对于n个变量来说，逻辑函数最小项个数为2n
三变量最小项编号方法（简化书写方式）
序号 0 1 2 3 4 5 6 7
ABC
A′ B′ C′ A′ B′ C
A′ B C′ A′ B C A B′ C′ A B′ C A B C′ ABC
最小项二进制代码 000 001 010 011 100 101 110 111
2. 每组输入变量取值对应一个乘积项，其中取
值为1的写原变量，取值为0的写反变量。
3. 将这些变量相加即得 Y。
反之：把输入变量取值的所有组合逐个代入逻 辑式中求出Y，列表
• 逻辑式 逻辑图 1. 用图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。
Y A(B C)
• 逻辑式 逻辑图
1. 用图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。
2.4 逻辑代数的基本定理
• 2.4.1 代入定理
• 基本概念
逻辑： 事物的因果关系 逻辑运算的数学基础： 逻辑代数 在二值逻辑中的变量取值： 0、1
2.2 逻辑代数中的三种基本运算
与（AND）
或（OR）
非（NOT）
以A(B)=1表示开关A(B)合上， A(B) =0表示开关A(B) 断开； 以Y=1表示灯亮，Y=0表示灯不亮； 三种电路的因果关系不同：
这三种取值的任何一种都使Y=1, 所以 Y= ?
A BC Y 0 00 0 0 01 0 0 10 0 0 11 1 1 00 0 1 01 1 1 10 1 1 11 0
• 真值表 逻辑式：
练习：将“异或”和 “同或”用与、或、
非三种基本逻辑运算
1. 找出真值表中使 Y=1 的输入变量表取示值？组合。
A B、A′ B、A B′ 、A′ B′
• 对于n个变量来说，逻辑函数最小项个数为2n
三变量最小项编号方法（简化书写方式）
序号 0 1 2 3 4 5 6 7
ABC
A′ B′ C′ A′ B′ C
A′ B C′ A′ B C A B′ C′ A B′ C A B C′ ABC
最小项二进制代码 000 001 010 011 100 101 110 111
2. 每组输入变量取值对应一个乘积项，其中取
值为1的写原变量，取值为0的写反变量。
3. 将这些变量相加即得 Y。
反之：把输入变量取值的所有组合逐个代入逻 辑式中求出Y，列表
• 逻辑式 逻辑图 1. 用图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。
Y A(B C)
• 逻辑式 逻辑图
1. 用图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。
2.4 逻辑代数的基本定理
• 2.4.1 代入定理
数字电子技术(阎石第五版)第2章
2021/4/21
课 本 上 用 真 值 表 证 明
21
二、常用公式
1. A+AB = A
2. A+A′B= A+B A′+AB= A′+B
A(A′+B)= AB A′(A+B)= A′B
注: 红色变量被吸收 掉！统称 吸收律
2021/4/21
22
证明:
A+A′B =(A+A′) •(A+B) ;分配律
替等式中的B，根据代入定理，等式仍然成立，即有：
(A (B C)) A (B C) A B C
2021/4/21
28
二、 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
例2.5.3 Y (A BC) ABC C
2021/4/21
46
4、逻辑图→逻辑式
方法:从输入端到输出端逐级写出每个图形符 号对应的逻辑式，即得到对应的逻辑函数式.
(A B)
B A
(A B)
Y ((A B) (A B)) (A B)(A B) AB AB
2021/4/21
AAAA
B B BB
EEEE
2021/4/21
电路图
YYYY
AAA接、、通BB都、都断B接断开通开，，，灯灯灯不亮不亮。亮。 。
A断开、B接通，灯不亮。
4
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
课 本 上 用 真 值 表 证 明
21
二、常用公式
1. A+AB = A
2. A+A′B= A+B A′+AB= A′+B
A(A′+B)= AB A′(A+B)= A′B
注: 红色变量被吸收 掉！统称 吸收律
2021/4/21
22
证明:
A+A′B =(A+A′) •(A+B) ;分配律
替等式中的B，根据代入定理，等式仍然成立，即有：
(A (B C)) A (B C) A B C
2021/4/21
28
二、 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
例2.5.3 Y (A BC) ABC C
2021/4/21
46
4、逻辑图→逻辑式
方法:从输入端到输出端逐级写出每个图形符 号对应的逻辑式，即得到对应的逻辑函数式.
(A B)
B A
(A B)
Y ((A B) (A B)) (A B)(A B) AB AB
2021/4/21
AAAA
B B BB
EEEE
2021/4/21
电路图
YYYY
AAA接、、通BB都、都断B接断开通开，，，灯灯灯不亮不亮。亮。 。
A断开、B接通，灯不亮。
4
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
数字电子技术基础第五版阎石课件
2006年
24
8.4 通用阵列逻辑GAL
要使用GAL器件，就要先进行设计。GAL器件的开发 工具包括硬件开发工具和软件开发工具。硬件开发工 具有编程器，软件开发工具有ABEL-HDL程序设计语言 和相应的编译程序。编程器的主要用途是将开发软件 生成的熔丝图文件按JEDEC格式的标准代码写入选定 的GAL器件。
8.1 概 述
图8.1.1 PLD电路中门电路的惯用画法 （a）与门
（b）输出恒等于0的与门 （c）或门 （d）互补输出的缓冲器 （e）三态输出的缓冲器
2006年
返回
1
图8.1.1 PLD电路中门电路的惯用画法
（a）与门（b）输出恒等于0的与门（c）或门 （d）互补输出的缓冲器（e）三态输出的缓冲器
辑模式（c）单乘积项模式 图8.8.7 输入/输出单元（ IOC ）的电路结构 图8.8.8 IOC的各种组态 图8.8.9 ispLSI器件的编程接口 图8.8.10 ispGDS22的结构框图 图8.8.11 ispGDS22的输入/输出单元（ IOC ）
支持不同厂家生产的，各种型号的PAL，GAL， EPLD，FPGA产品开发。
PLD开发系统包括软件和硬件俩部分。 开发系统软件是指PLD专用的编程语言和相 应的汇编程序或编译程序。开发系统软件大体
上可以分为汇编型，编译型和原理图收集型三
种。
2006年
58
8.8 在系统可编程逻辑器件（ISP－PLD）
图8.8.1 ispGAL16z8的电路结构框图 图8.8.2 ispGAL16z8编程操作流程图 图8.8.3 ispLSI1032的电路结构框图 图8.8.4 ispLSI1032的逻辑功能划分框图 图8.8.5 通用逻辑模块（GLB）的电路结构 图8.8.6 GLB的其它几种组态模式（a）高速旁路模式（b）异或逻