数字电子技术基础第五版第八章-阎石、王红、清华大学
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
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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）
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( 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
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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’
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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
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1 0
0
1*
1
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1*
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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《数字电子技术基础》(第5版)(章节题库 可编程逻辑器件)【圣才出品】
第8章 可编程逻辑器件一、选择题1．（多选）关于PROM和PAL的结构，以下叙述正确的是（）。
A.PROM的与阵列固定，不可编程B.PROM与阵列、或阵列均不可编程C.PAL与阵列、或阵列均可编程D.PAL的与阵列可编程【答案】AD【解析】PROM由存储矩阵、地址译码器和输出电路组成。
其中与阵列是固定的，不可编程，初始时所有存储单元中都存入了1，可通过将所需内容自行写入PROM而得到要求的ROM，PROM的内容一经写入以后（改变的是或阵列），不能修改。
PAL器件由可编程的与逻辑阵列、固定的或逻辑阵列和输出电路三部分组成。
二、填空题1．与PAL相比，GAL器件有可编程的输出结构，它是通过对______行编程设定其______的工作模式来实现的，而且由于采用了______的工艺结构，可以重复编程，使它的通用性很好，使用更为方便灵活。
【答案】机构控制字；输出逻辑宏单元；E2CMOS2．PAL是______可编程，EPROM是______可编程。
【答案】与阵列；或阵列3．GAL 是______可编程，GAL 中的OLMC 称______【答案】与阵列；输出逻辑宏单元4．在图8-1所示的可编程阵列逻辑（PAL ）电路中，Y 1＝______，Y 3＝______。
图8-1【答案】；123234134124I I I I I I I I I I I I +++12I I ⊕【解析】×表示连通，在一条线上的×表示与，然后通过或门连接在一起。
三、简答题1．如图8-2所示为PAL16L8的一部分电路，试分析该电路，写出电路在X 控制下的函数F 对应于输入A 、B 、C 的逻辑表达式。
图8-2答：当X＝0时，F所在三态门选通；X＝1时，三态门关闭。
故该电路的逻辑关系式为：。
2．下面图8-3所示的3个卡诺图代表3个4变量逻辑的逻辑函数。
（1）用PROM实现，画出码点矩阵图；（2）用PLA实现，画出码点矩阵图。
数字电子技术基础第五版
(1000 1111 1010 1100 0110 )2
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五、八进制数与二进制数的转换
例：将(011110.010111)2化为八进制
(011 110. 010 111 )2
(3 6 . 2 7)8
例：将(52.43)8化为二进制
(5
2 . 4
3)8
(101 010 . 100 011 )2
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》（第五版）教学课件
清华大学 阎石 王红
联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@ 联系电话：(010)62792973
《数字电子技术基础》第五版
第一章
数制和码制
《数字电子技术基础》第五版
1 2 3 4 7
k n 2 n1 k n1 2 n 2 k1 2( k n 2 n 2 k n1 2 n3 k 2 ) k1
0
故 (173)10 (10101101 )2
5 6
《数字电子技术基础》第五版
二、十－二转换
1 2 m ( S ) k 2 k 2 k 2 10 1 2 m 小数部分: 左右同乘以 2
1.1 概述 数字量和模拟量
• 数字量：变化在时间上和数量上都是不连 续的。（存在一个最小数量单位△） • 模拟量：数字量以外的物理量。 • 数字电路和模拟电路：工作信号，研究的 对象，分析/设计方法以及所用的数学工具 都有显著的不同
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数字量和模拟量
• 电流值来表示信息
《数字电子技术基础》第五版
1.4二进制数运算
1.4.2 反码、补码和补码运算
阎石《数字电子技术基础》(第5版)(课后习题 可编程逻辑器件)【圣才出品】
第8章 可编程逻辑器件8.1试分析图8-1的与-或逻辑阵列，写出Y 1、Y 2、Y 3与A 、B 、C 、D 之间的逻辑函数式。
图8-1解：Y 1、Y 2、Y 3与A 、B 、C 、D 之间的逻辑函数式分别为：Y 1＝A'＋B ＋C ＋D'Y 2＝AB ＋A'B'＋CD'＋C'DY 3＝ABCD ＋A'B'C'D'8.2试分析图8-2的与-或逻辑阵列，写出Y 1、Y 2与A 、B 、C 、D 之间的逻辑关系式。
图8-2解：Y1、Y2与A、B、C、D之间的逻辑关系式分别为：Y1＝（AB'＋A'B＋CD）'当AB＝1时，Y2＝（CD'＋C'D）'，否则Y2呈现高阻态。
8.3 试分析图8-3中由PAL16L8构成的逻辑电路，写出Y1、Y2、Y3与A、B、C、D、E之间的逻辑关系式。
图8-3解：Y1、Y2、Y3与A、B、C、D、E之间的逻辑关系式分别为：Y1＝（A'B'＋A'C'＋A'D'＋A'E'＋B'C'＋B'D'＋B'E'＋C'D'＋C'E'＋D'E'）'Y2＝ABCD＋ACDE＋ABCE＋ABDE＋BCDEY 3＝ABCDE8.4 用PAL16L8产生如下一组组合逻辑函数。
画出与-或逻辑阵列编程后的电路图。
PAL16L8的电路图见图8-3。
解：先将组合逻辑函数化为与-或-非形式。
得到用PAL16L8的实现如图8-4所示。
图8-48.5 试分析图8-5给出的用PAL16R4构成的时序逻辑电路，写出电路的驱动方程、状态方程、输出方程，画出电路的状态转换图。
工作时，11脚接低电平。
图8-5解：若11脚接低电平，电路正常工作。
数字电子技术第八章,清华教材阎石主编
数字电⼦技术第⼋章,清华教材阎⽯主编第⼋章习题⼀、填空题1、⼀个10位地址码、8位输出的ROM，其存储容量为或。
2、将⼀个包含有32768个基本存储单元的存储电路设计16位为⼀个字节的ROM。
该ROM有根地址线，有根数据读出线。
⼆、综合题1、试写出图6-1所⽰阵列图的逻辑函数表达式和真值表，并说明其功能。
01F2F3图6-1 例6-1逻辑图2、试⽤256×4位的RAM扩展成1024×8位存储器。
3、下列RAM各有多少条地址线？⑴512×2位⑵1K×8位⑶2K×1位⑷16K×1位⑸256×4位⑹64K×1位4、写出由ROM所实现的逻辑函数的表达式。
(8分)Y1Y25、四⽚16×4RAM 和逻辑门构成的电路如图6-7所⽰。
试回答：AB AB 4AB AB 0地址线数据线图6-7 多⽚RAM 级联逻辑图⑴单⽚RAM 的存储容量，扩展后的RAM 总容量是多少？⑵图6-7所⽰电路的扩展属位扩展，字扩展，还是位、字都有的扩展？⑶当地址码为00010110时，RAM0~RAM3，哪⼏⽚被选中？6.⽤ROM 设计⼀个组合逻辑电路，⽤来产⽣下列⼀组逻辑函数。
画出存储矩阵的点阵图。
D C B A D C B A D C B A D C B A Y +++=1 D C B A D C B A D C B A D C B A Y +++=2 D C B D B A Y ??+??=3D B D B Y ?+?=47、画出实现下⾯双输出逻辑函数的PLD 表⽰。
D C AB CD B A D C B A D C B A D C B A f ABCC B A C B A C B A f ),,,( ),,(21+++=++=三、简答题1、可编程逻辑器件是如何进⾏分类的？2、GAL16V8的OLMC 中4个数据选择器各有多少功能？3、ROM 和RAM 有什么相同和不同之处？ROM 写⼊信息有⼏种⽅式？4、为什么⽤ROM 可以实现逻辑函数式？第⼋章习题答案⼀、填空题1、2138K 2、11 16 ⼆、综合题1、解：根据与阵列的输出为AB 的最⼩项和阵列图中有实⼼点·为1，⽆·为0，可以写出AB W F ==30B A AB B A B A W W W F +=++=++=3211B A B A B A F ⊕=+=2AB B A B A B A B A W W W F =+=++=++=2103从上述逻辑表达式可以看出，图6-1所⽰阵列图实现了输⼊变量A 、B 的四种逻辑运算：与、或、异或和与⾮。
数字电子技术基础第五版第九章 阎石 王红 清华大学
《数字电子技术基础》第五版
迅速转为T1截止，T2导通 VO VOL
VT+ VE 2 + 0.7V VT+ VE1 + 0.7V
VE1
VE2
(Vcc
-VCES 2 )
R4 R3 + R4
VE1
(Vcc
-VCES1 )
R4 R2 + R4
2. 器件实例 74 13
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2、性能参数计算 输出脉冲宽度 输出脉冲幅度 恢复时间 分辨时间
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《数字电子技术基础》第五版
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《数字电子技术基础》第五版
二、积分型 G1和G2为TTL门
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* 稳态下：VI 0,VO 1, (VO1 VOH ),VA VOH； *VI 后，VO 0,进入暂稳态，VO1 0,C开始放电；
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10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
+ T2
RC ln VDD VDD
-VT -VT +
+
RC
ln VDD VDD
-VT + -VT -
T
T1 + T2
R2C
ln
VDD VDD
-VT -VT +
+
R1C
ln
VDD VDD
-VT + -VT -
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
-（VDD
-VT-)
R1
R1 + R2
VT -
(1 -
R1 R2
)VTH
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一、基本结构
1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
1. IOB
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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
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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
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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
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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
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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
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与X、Q有关 仅取决于电路状态
6.2 时序电路的分析方法
《数字电子技术基本教程》
分析：找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。
一般步骤：
①根据给定的逻辑图写出存储电路中每个触发器输入端的逻 辑函数式，得到电路的驱动方程。
R’D S1 S0 工作状态 0 X X 置零 1 0 0 保持 1 0 1 右移 1 1 0 左移 1 1 1 并行输入
《数字电子技术基本教程》
6.3.3 计数器
• 用于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等
• 分类： 按时钟分，同步、异步 按计数过程中数字增减分，加、减
……
1. 异步计数器
异步二进制加法计数器 在末位+1时，从低位到高位逐位进 位方式工作。 原则：每1位从“1”变“0”时，向高
6.1 时序逻辑电路的特点和逻辑功能的描述 一、时序逻辑电路的特点 1. 功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还
与电路原来的状态有关。 例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加
2. 电路结构上 ①包含存储电路和组合电路 ②存储器状态和输入变量共同决定输出
《数字电子技术基本教程》
二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法
因为 触发器有延迟时间t pd 所以 CLK 到达时，各触发器按前一级触发器原来的状态翻转
数据依次右移1位
《数字电子技术基本教程》
应用： 代码转换，串 并 数据运算
《数字电子技术基本教程》
器件实例：74LS 194A，左/右移，并行输入，保持，异步 置零等功能
并行输入
并行输出
《数字电子技术基本教程》
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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
《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 一、开发系统 1. 硬件：计算机+编程器 2. 软件：开发环境（软件平台） VHDL, Verilog 真值表，方程式，电路逻辑图（Schematic） 状态转换图（ FSM）
二、编程单元 出厂时， 所有的交叉点均有熔丝
8.3.2 PAL的输出电路结构和反馈形式
一. 专用输出结构
《数字电子技术基础》第五版
用途：产生组合逻辑电路
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二. 可编程输入/输出结构
用途：组合逻辑电路，
有三态控制可实现总线连接
可将输出作输入用
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三. 寄存器输出结构
《数字电子技术基础》第五版
二、步骤 • 抽象（系统设计采用Top-Down的设计方法） • 选定PLD • 选定开发系统 • 编写源程序（或输入文件） • 调试，运行仿真，产生下载文件 • 下载 • 测试
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isp器件的编程接口（Lattice）
开发 环境
• 使用ispPLD的优点： • *不再需要专用编程器 • *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
二、PLD的发展和分类 PROM是最早的PLD 1. 2. 3. 4. 5. 6. PAL 可编程逻辑阵列 FPLA 现场可编程阵列逻辑 GAL 通用阵列逻辑 EPLD 可擦除的可编程逻辑器件 FPGA 现场可编程门阵列 ISP-PLD 在系统可编程的PLD
《数字电子技术基础》第五版
三、LSI中用的逻辑图符号
《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： • *不再需要专用编程器 • *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
用途：产生时序逻辑电路
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四. 异或输出结构
时序逻辑电路 还可便于对“与-或”输出求 反
五. 运算反馈结构
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时序逻辑电路 可产生A、B的十六种算术、逻辑运算
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8.3.3 PAL的应用举例
8.4 通用逻辑阵列 GAL 8.4.1 电路结构形式
《数字电子技术基础》第五版
可编程“与”阵列 + 固定“或”阵列 + 可编程输出 电路 OLMC 编程单元 采用E2CMOS 可改写
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GAL16V8
8.4.2 OLMC
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数据选择器
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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
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《数字电子技术基础》（第五版）教学课件
清华大学 阎石 王红
联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@ 联系电话：(010)62792973
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第八章
可编程逻辑器件
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
1. IOB
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）
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2. CLB
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
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3. 互连资源
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4. SRAM 分布式 每一位触发器控制数据的装载
1. 数据可先放在EPROM或PC机中 2. 通电后，自行启动FPGA内部的一 个时序控制逻辑电路，将在 EPROM中存放的数据读入FPGA 的SRAM中 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
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GAL输出缓冲级
8.5 可擦除的可编程逻辑阵列EPLD
一、结构特点 相当于 “与-或”阵列（PAL） + OLMC 二、采用EPROM工艺 集成度提高
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8.7 现场可编程门阵列FPGA
一、基本结构
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1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
第八章 可编程逻辑器件 （PLD, Programmable Logic Device）
8.1 概述 一、PLD的基本特点 1. 数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类
数字 系统
2. PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是由 用户通过对器件编程来设定的
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8.2 现场可编程逻辑阵列 FPLA 组合电路和时序电路结构的通用形式
A0~An-1
W0
D0
W(2n-1) Dm
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组合电路和时序电路结构的通用形式
8.2 FPLA
可编程的“与”阵列 可编程的“或”阵列
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8.3 PAL（Programmable Array Logic） 8.3.1 PAL的基本电路结构 一、基本结构形式 可编程“与”阵列+固定“或”阵列+输出电路 最简单的形式为：