数字系统设计概述

1、数字系统设计数字系统设计徐新民徐新民电子电路与信息系统研究所电子电路与信息系统研究所信电学院教学目的与基本要求 通过本课程的学习，可以掌握：v组合逻辑电路组合逻辑电路、时序逻辑电路时序逻辑电路及基本数字系统数字系统的分析和设计方法；v熟悉数字电路的先进设计方法和手段先进设计方法和手段。v了解数字系统测试与验证的基本方法 v培养学生独立思考、分析、解决实际问题的能力。为后续专业课程的学习打下扎实的基础。课程简介 v逻辑代数理论、集成门电路v组合逻辑电路的分析与设计；v集成触发器原理及应用；v时序逻辑电路分析与设计；v控制器设计；v系统测试与验证；v半导体存储器原理与应用；v可编程逻辑器件原理、H

2、DL语言及应用；v微处理器设计 v脉冲信号的产生和变换。主要内容及学时分配一、逻辑代数基础 4+4学时v1数制与码制。v2基本概念、公式和定理。v3逻辑函数及其表示方法。v4逻辑函数的化简方法。 二、集成门电路门电路 4学时v1CMOS集成门电路v2TTL集成门电路v3. 集成门电路性能与应用 主要内容及学时分配（cont.）三、 组合逻辑电路 1. 组合逻辑电路的分析和设计方法。 2. 编码器、译码器和七段译码器及其应用。3. 数据选择器及其应用。4. 运算电路及其应用。5. 组合电路中的竞争冒险。6. 组合电路实用考虑。主要内容及学时分配（cont.）四、触发器 4学时1.RS触发器。2.

3、主从触发器。3.边沿触发器4.触发器的功能分类及转换5.触发器的动态特性主要内容及学时分配（cont.）五、时序逻辑电路4+4+4学时1.同步时序电路分析方法。2.同步时序电路设计方法。3.异步时序电路的分析和设计方法。4.寄存器和移位寄存器。5.计数器模块。6.计数器及其应用。7.异步电路和中间态、同步设计。8.数字电路的时序分析与设计。主要内容及学时分配（cont.）六、半导体存贮器、可编程器件 4学时七、VerilogHDL硬件描述语言 4学时主要内容及学时分配（cont.）八、控制器设计 4学时1. 控制器设计（数据通路，ALU）2. 算法与流水结构3. 微码控制器设计 九、数字系统验

4、证与测试 4学时1. 验证与测试过程。2.可测试性设计。3.测试图形生成。 主要内容及学时分配（cont.）十、（多节拍）微处理器设计4+2学时1.数据通路设计。2.控制器设计。3系统设计4简单指令设计与运行(ALU用74HC181) 主要内容及学时分配（cont.）十一、脉冲电路 10.0学时v1.施密特触发器及其应用 v2.单稳态触发器 v3.多谐振荡器 v4.555定时器及其应用十二、复习、习题课及讨论 v1习题讲解。v2讨论。v3. 复习。 推荐教材或参考书1、阎石著，数字电子技术基础数字电子技术基础，高等教育出版社，第五版。2、王金明著，数字系统设计与数字系统设计与Verilog H

5、DL，电子工业出版社，第4版。3、数字系统设计数字系统设计，自编补充讲义。4、Stanford 大学 108A课程课程notes.5、D M Harris, and S L Harris. Digital Design and Digital Design and Computer ArchitectureComputer Architecture, Morgan Kaufmann Publishers, 2007.（有新版本）授课方式授课方式考试评分与建议考试评分与建议v课程作业、期中考试、上课出勤、大作业或专题研究率等平时成绩占3030;v期末闭卷考试占7070。 数字系统概述 数字系统通

6、常由控制电路、多个受控电路、输入/输出电路、时基电路等部分组成v输入电路输入电路:将外部信号（开关信号、时钟信号等）引入数字系统v控制电路控制电路:逻辑处理，或控制受控电路v输出电路输出电路:产生外部执行机构（LED、数码管或扬声器等）所需信号v时基电路时基电路:产生各种时钟电路，保证整个系统在时钟作用下协调工作测速系统：测量转子转速v系统框图：显示器译码器寄存器计数器时钟振荡器放大整形寄存控制清零1 分钟传感器软件实现工作原理工作原理 v转子上一圈涂黑，只留一个缺口不涂黑，即这一缺口对光线转子上一圈涂黑，只留一个缺口不涂黑，即这一缺口对光线有反射；有反射；v反射光经光电接收器转换成反射光经光

7、电接收器转换成电脉冲电脉冲信号，将此信号经过放大信号，将此信号经过放大整形整形v计数脉冲输入计数脉冲输入计数器计数器v时钟振荡器的振荡周期为时钟振荡器的振荡周期为1分钟分钟v时钟时钟振荡器振荡器产生的脉冲信号将计数器的一分钟的计数结果输产生的脉冲信号将计数器的一分钟的计数结果输入寄存器之后，将计数器清零，并重新计数；入寄存器之后，将计数器清零，并重新计数；v计数器的计数结果经计数器的计数结果经寄存器寄存器存储存储v译码器译码器译码之后输入显示器显示，最终显示器中显示输出轮译码之后输入显示器显示，最终显示器中显示输出轮子每分钟的转数。子每分钟的转数。 设计任务有三个：设计任务有三个：v基本元件设计基本元件设计振荡、整形、计数、寄存、译码器中的基本数字元件：门、触发器等；v功能部件设计功能部件设计振荡、整形、计数、寄存、译码器等功能部件设计:由基本数字元件构成；v系统整体设计系统整体设计各功能部件间的工作配合及连接:时间与空间的配合。系统软件的设计 什么是硬件设计？功能功能(Function)，性能(Performance)，电源设计（Power Supply)， 功耗(Power Consumption)，散热(Thermal/Cooling)，噪音（Noise），信号完整性(Signal Integrity)， 电磁辐射（EMC/EMI)，安规(Sa