数字电子技术PPT11(应电专业)

1、Emailobile:1. 1. 课程的性质课程的性质3. 3. 课程研究内容课程研究内容5. 5. 教材和参考书教材和参考书4. 4. 课程特点与学习方法课程特点与学习方法6. 6. 考核考核2. 2. 教学目标教学目标是电类专业的：是电类专业的：1. 1. 课程性质：课程性质： 获得适应信息时代的数字电子技术方面的获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后学习与数字电子技术决实际问题的能力，为以后学习与数字电子技术相关学科和专业应用打好以下两方面的基础相关学科和专

2、业应用打好以下两方面的基础: :2. 2. 课程目标：课程目标：1 1）正确分析、设计数字电路，特别是集成电路）正确分析、设计数字电路，特别是集成电路 2 2）进一步学习设计专用集成电路）进一步学习设计专用集成电路(ASIC)(ASIC)具入门性质的具入门性质的、重要的专业基础课重要的专业基础课 4. 课程特点与学习方法1 ) 1 ) 发展快发展快2 )2 )应用广应用广3 )3 )工程实践性强工程实践性强 学习方法学习方法打好基础、打好基础、 关注发展、关注发展、 主动更新主动更新、注重实践注重实践课程学习中课程学习中: : 了解电路功能的应用背景了解电路功能的应用背景, ,注重学习分析问题

3、、解注重学习分析问题、解决问题能力的培养。决问题能力的培养。 课程特点课程特点每每1818个月芯片的集成度提高个月芯片的集成度提高1 1倍倍, ,而功耗下降一半。而功耗下降一半。 注重理解和掌握功能部件的外特性、多练习、注重理解和掌握功能部件的外特性、多练习、多动手多动手本课程是一门既抽象又具体的课程。本课程是一门既抽象又具体的课程。在逻辑问题的提取和描述方面是抽象的,而在逻辑问题的实现上是具体的。因此，学习中既要务虚，又要务实。逻辑设计方法十分灵活。逻辑设计方法十分灵活。数字系统中，逻辑电路的分析与设计具有很大的灵活性。许多问题的处理没有固定的方法和步骤，很大大程度上取决于操作者的逻辑思维推

4、理能力、知识广度和深度、以及解决实际问题的能力。换而言之，逻辑电路的分析与设计具有较大的弹性和可塑性。4. 课程特点与学习方法（续）3. 3. 课程研究内容课程研究内容 -数字信号传输、变换、产生等数字信号传输、变换、产生等。内容涉及信号内容涉及信号处理的器件、功能电路及系统。处理的器件、功能电路及系统。 第第1 1章章 数字逻辑概论数字逻辑概论 第第2 2章章 逻辑代数与逻辑代数与HDLHDL基础基础第第3 3章章 逻辑门电路逻辑门电路 第第4 4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路第第5 5章章 锁存器与触发器锁存器与触发器 第第6 6章章 时序逻辑电路时序逻辑电路第第7 7章章 存储器存储器

5、复杂可编程逻辑器件和现场可编程门阵列复杂可编程逻辑器件和现场可编程门阵列第第8 8章章 脉冲波形的变换脉冲波形的变换与产生与产生第第9 9章章 数模与模数转换器数模与模数转换器* */* * *第第1010章章 数字系统设计基础数字系统设计基础电子技术基础电子技术基础( (数字部分数字部分) )第五版第五版阎石主编阎石主编数字电子技术基础数字电子技术基础 第五版第五版高等教育出版社高等教育出版社王毓银主编王毓银主编数字电路逻辑设计第三版数字电路逻辑设计第三版高等教育出版社高等教育出版社蔡惟铮主编蔡惟铮主编基础电子技术基础电子技术集成电子技术集成电子技术高等教高等教育出版社育出版社电子工程手册编

6、委会编电子工程手册编委会编中外集成电路简明速查手册中外集成电路简明速查手册-TTL-TTL、CMOSCMOS电子工业出版社电子工业出版社王金明王金明, ,杨吉斌编杨吉斌编数字系统设计与数字系统设计与VerliogHDLVerliogHDL 电子工业出版社电子工业出版社5. 5. 主要教材及参考书主要教材及参考书考核考核 平时成绩平时成绩 30%30% 考试考试 70%70%及时交作业及时交作业作业作业两本作业本，写上姓名、班级两本作业本，写上姓名、班级答疑答疑 随随 时时1.11.1数字信号与模拟信号数字信号与模拟信号1.2 1.2 数制数制1.4 1.4 二进制码二进制码 1.5 1.5 二

7、值逻辑变量与基本逻辑运算二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.6 1.6 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法 1.1.数字逻辑概论数字逻辑概论1.3 1.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算5 5、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法教学基本要求教学基本要求1 1、了解数字信号与数字电路的基本概念、了解数字信号与数字电路的基本概念2 2、了解数字信号的特点及表示方法、了解数字信号的特点及表示方法3 3、掌握常用二十、二十六进制数的转换、掌握常用二十、二十六进制数的转换4 4、了解常用二进制码，熟悉、了解常用二进制码，熟悉8421 BCD8421 BCD

8、码码1. 1 1. 1 数字电路与数字信号数字电路与数字信号1.1.1 1.1.1 数字技术的应用及其发展数字技术的应用及其发展1.1.2 1.1.2 数字集成电路的分类及特点数字集成电路的分类及特点1.1.31.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.1.4 1.1.4 数字信号的描述方法数字信号的描述方法1) 1) 数字技术的应用数字技术的应用人类进入到数字时代人类进入到数字时代, , 数字技术是发展最快数字技术是发展最快、应用最广泛的技术应用最广泛的技术. .雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天“勇气勇气”号号 火星探测器火星探测器1.

9、1.1 1.1.1 数字技术的应用及其发展数字技术的应用及其发展2) 数字电子技术的发展历程19061906年年 美国李美国李. .德福雷斯特发明了真空三极管德福雷斯特发明了真空三极管19481948年年 晶体管之父威廉晶体管之父威廉肖克利发明了肖克利发明了第一第一 只晶体管只晶体管19581958年年 美国基尔比制成第一块集成电路美国基尔比制成第一块集成电路 6 6个月后诺伊斯制成第一块硅集成个月后诺伊斯制成第一块硅集成 电路电路19711971年年- - 美国美国M.E.M.E.霍夫制成第一台四位微处理器霍夫制成第一台四位微处理器4004400419761976年年- - 美国美国S. S

10、. 克雷制成第一部微型计算机克雷制成第一部微型计算机 “ “克雷克雷-I”-I”19831983年年- - 我国研制成功第一台速度为我国研制成功第一台速度为1 1亿次的亿次的“银河银河”巨型计算机巨型计算机8080年代后年代后- ULSI - ULSI ，1010亿个晶体管亿个晶体管/ /片片 、 ASIC ASIC 制作技术成熟制作技术成熟目前目前- - 芯片内部的布线细微到亚微米芯片内部的布线细微到亚微米(0.13-0.09(0.13-0.09 m)m)量级量级微处理器的时钟频率高达微处理器的时钟频率高达2.8GHz2.8GHz（109Hz109Hz）9090年代后年代后- ASIC -

11、ASIC 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLDPLD） 现场可编程门阵列现场可编程门阵列60-7060-70年代年代ICIC技术迅速发展：技术迅速发展： SSI MSI LSI VLSISSI MSI LSI VLSI。1010万个晶体管万个晶体管/ /片，芯片中晶体管片，芯片中晶体管0.35um0.35um。3) 3) 数字技术的发展特点数字技术的发展特点-以电子器件的发展为基础以电子器件的发展为基础 电子管电子管 19061906年，福雷斯特等发明了电子管；年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了命短。世界上

12、第一台计算机用了1.81.8万万只电子管，占地只电子管，占地170170平方米，重平方米，重3030吨，吨，耗电耗电150W150W。目前在一些大功率发射装置中使用。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电压控制器件电真空技术电真空技术晶体管晶体管电流控制器件电流控制器件半导体技术半导体技术4) 4) 电路设计方法伴随器件变化，从传统走向现代电路设计方法伴随器件变化，从传统走向现代a) a) 传统的设计方法：传统的设计方法：b) b) 现代的设计方法：现代的设计方法：采用自下而上的设计方法；由人工组装，经反复采用自下而上的设计方法；由人工组装，经反复调试调试、验证验证、修改完成、修改完成

13、。所用的元器件较多，电。所用的元器件较多，电路可靠性差，设计周期长。路可靠性差，设计周期长。现代现代EDAEDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方法，电路设计下设计方法，电路设计、分析、仿真、分析、仿真 、修订全、修订全部通过计算机完成部通过计算机完成。 EDAEDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。 1 1、设计：、设计：在计算机上利用软件

14、平台进行设计在计算机上利用软件平台进行设计原理图设计原理图设计VerilogHDL语言设计语言设计状态机设计状态机设计设计方法设计方法EDAEDA技术技术3 3、下载、下载2 2、仿真、仿真4 4、验证结果、验证结果实验板实验板下载线下载线集成度是指每一芯片所包含的门个数集成度是指每一芯片所包含的门个数可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。 1 1）按集成度不同划分：）按集成度不同划分：2 2）按电路结构和工作特点不同划分：）按电路结构和工作特点不同划分：龙芯二号增强型处理器（简称龙芯二号增强型处理器（简称“龙芯龙芯2E”） 龙芯二号增强型处理器（简称

15、龙芯二号增强型处理器（简称“龙芯龙芯2E”）是中国科学院计算技术所研制，）是中国科学院计算技术所研制，具有具有自主知识产权自主知识产权的的64位高性能通用处理器，龙芯位高性能通用处理器，龙芯2E的最高频率达到的最高频率达到1GHZ，最高双精度浮点运算速度每秒最高双精度浮点运算速度每秒39.93亿次，亿次，SPEC CPU2000性能测试达到性能测试达到500分，分，是目前全球除美日之外性能最高的通用处理器是目前全球除美日之外性能最高的通用处理器。 龙芯龙芯2E采用四发射的动态超标量超流水线结构，实现了先进的转移猜疑、采用四发射的动态超标量超流水线结构，实现了先进的转移猜疑、寄存器重命名、动态调

16、度、以及非阻塞的高速缓存访问等乱序执行技术。龙芯寄存器重命名、动态调度、以及非阻塞的高速缓存访问等乱序执行技术。龙芯2E片内含片内含64KB一级指令高速缓存访问等乱序执行技术。龙芯一级指令高速缓存访问等乱序执行技术。龙芯2E片内含片内含64KB一级指令高速缓存、一级指令高速缓存、64KB一级数据高速缓存、以及一级数据高速缓存、以及512KB二级高速缓存，片二级高速缓存，片内还集成有内还集成有DDR内存控制器，在单处理体系结构上达到国际先进水平。内存控制器，在单处理体系结构上达到国际先进水平。 龙芯龙芯2E采用采用90纳米纳米CMOS工艺工艺，是大陆地区第一个采用，是大陆地区第一个采用90纳米设计技术纳米设计技术的处理器。晶体管数量的处理器。晶体管数量4700万个，面积万个，面积35平方毫米，典型的工作频率平方毫米，典型的工作频率750MHZ下的实测功耗为下的实测功耗为57瓦，适用于高端嵌入式领域。瓦，适用于高端嵌入式领域。 龙芯龙芯2E可运行可运行64位位linux操作系统，流畅运行操作系统，流畅运行Debian发行版视窗系统、发行版视窗系统、Mozilla浏览器、浏览器、OpenOffice办公套件、办公套件、Mplayer流媒体播放器、流媒体播放器、WEB Server、MySQL数据库系统、数据库系统、Windows虚拟终端等应用程序并能正确支持中文输入和