《数字逻辑控制电路》课件

数字逻辑控制电路本课程将深入探讨数字逻辑控制电路的原理和应用，涵盖从基本逻辑门到复杂微处理器系统的各个方面。课程导言课程目标掌握数字逻辑电路的基本概念、设计方法和应用课程内容逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器电路、可编程逻辑器件、微处理器系统数字逻辑系统概述1数字逻辑系统2组合逻辑3时序逻辑4存储器5可编程器件布尔代数基础基本概念布尔代数是一种用于处理真值和逻辑运算的代数系统。基本运算与、或、非、异或、同或等运算布尔表达式使用布尔变量和运算符表示逻辑关系基本逻辑门电路与门输出为真，当且仅当所有输入均为真或门输出为真，当至少一个输入为真非门输出与输入取反逻辑代数运算布尔表达式化简使用布尔代数定律简化逻辑表达式，降低电路复杂度。逻辑运算实现利用逻辑门电路实现布尔表达式，构建逻辑电路。组合逻辑电路设计1电路需求分析2真值表设计3布尔表达式推导4逻辑门电路实现5电路仿真验证时序逻辑电路基础1状态时序逻辑电路具有记忆功能，能保存状态。2时钟信号时钟信号控制电路状态的更新时间。3反馈输出信号反馈到输入，形成闭环控制。触发器和寄存器触发器基本存储单元，能够存储一个比特信息。寄存器多个触发器组成的存储单元，能够存储多位信息。计数器和移位寄存器计数器用来计数的时序逻辑电路。移位寄存器用来存储和移位数据的时序逻辑电路。时序逻辑电路设计1状态机描述2状态转换图3触发器选择4逻辑门电路实现5电路仿真验证数码管显示电路七段数码管一种常用的显示器件，由七个发光二极管组成。显示驱动电路用数字信号控制数码管的亮灭，显示数字或字符。编码器和译码器编码器将多个输入信号转换为唯一的输出代码。译码器将唯一的输入代码转换为多个输出信号。多路选择器和数据选择器1多路选择器根据选择信号选择多个输入信号中的一个输出。2数据选择器根据地址信号选择数据存储器中的一个数据单元进行读写。算术电路基础1算术运算2加法3减法4乘法5除法加法器和减法器电路半加器实现一位二进制数加法运算的逻辑电路。全加器实现一位二进制数加法运算，考虑进位。减法器用加法器实现减法运算，使用补码。乘法器和除法器电路阵列乘法器通过组合逻辑实现乘法运算。除法器电路使用加法器和移位寄存器实现除法运算。存储器电路基础存储单元能够存储一个比特信息的最小存储单元。地址用于标识存储单元的位置。数据存储在存储单元中的信息。ROM和RAM电路ROM只读存储器，只能读取数据，不能写入数据。RAM随机存取存储器，能够读写数据。可编程逻辑器件CPLD复杂可编程逻辑器件，适合实现较小的逻辑电路。FPGA现场可编程门阵列，适合实现复杂的逻辑电路。可编程逻辑器件设计1硬件描述语言2逻辑设计3器件配置4电路仿真5硬件测试微处理器系统结构中央处理器(CPU)负责执行指令，控制系统运行。存储器(Memory)存储指令和数据。输入/输出(I/O)与外部世界交互。微处理器指令系统指令类型数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等。指令格式操作码、地址码、操作数等。指令周期执行一条指令所需的时间。微处理器总线系统地址总线用来传输地址信息。数据总线用来传输数据信息。控制总线用来传输控制信号。输入/输出接口电路并行接口一次传输多个位数据。串行接口一次传输一位数据。中断接口允许外部设备中断CPU。中断控制系统1中断请求外部设备发出中断请求。2中断处理CPU响应中断请求，执行中断处理程序。3中断返回中断处理程序执行完毕，返回到中断点继续执行程序。直接存储器访问(DMA)DMA控制器直接控制存储器的数据传输，无需CPU干预。DMA传输高速数据传输，提高系统效率。可编程输入/输出器件定时器用于定时和计数。计数器用于计数和控制。PWM控制器用于生成脉冲宽度调制信号。嵌入式系统设计1嵌入式系统2硬件设计3软件设计4系统集成5测试调试系统仿真和调试仿真工具使用仿真工具模拟系统运