《數(shù)字邏輯控制電路》課件

數(shù)字邏輯控制電路本課程將深入探討數(shù)字邏輯控制電路的原理和應(yīng)用，涵蓋從基本邏輯門到復(fù)雜微處理器系統(tǒng)的各個方面。課程導(dǎo)言課程目標(biāo)掌握數(shù)字邏輯電路的基本概念、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用課程內(nèi)容邏輯門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路、存儲器電路、可編程邏輯器件、微處理器系統(tǒng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)概述1數(shù)字邏輯系統(tǒng)2組合邏輯3時序邏輯4存儲器5可編程器件布爾代數(shù)基礎(chǔ)基本概念布爾代數(shù)是一種用于處理真值和邏輯運(yùn)算的代數(shù)系統(tǒng)?；具\(yùn)算與、或、非、異或、同或等運(yùn)算布爾表達(dá)式使用布爾變量和運(yùn)算符表示邏輯關(guān)系基本邏輯門電路與門輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)所有輸入均為真或門輸出為真，當(dāng)至少一個輸入為真非門輸出與輸入取反邏輯代數(shù)運(yùn)算布爾表達(dá)式化簡使用布爾代數(shù)定律簡化邏輯表達(dá)式，降低電路復(fù)雜度。邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)利用邏輯門電路實(shí)現(xiàn)布爾表達(dá)式，構(gòu)建邏輯電路。組合邏輯電路設(shè)計(jì)1電路需求分析2真值表設(shè)計(jì)3布爾表達(dá)式推導(dǎo)4邏輯門電路實(shí)現(xiàn)5電路仿真驗(yàn)證時序邏輯電路基礎(chǔ)1狀態(tài)時序邏輯電路具有記憶功能，能保存狀態(tài)。2時鐘信號時鐘信號控制電路狀態(tài)的更新時間。3反饋輸出信號反饋到輸入，形成閉環(huán)控制。觸發(fā)器和寄存器觸發(fā)器基本存儲單元，能夠存儲一個比特信息。寄存器多個觸發(fā)器組成的存儲單元，能夠存儲多位信息。計(jì)數(shù)器和移位寄存器計(jì)數(shù)器用來計(jì)數(shù)的時序邏輯電路。移位寄存器用來存儲和移位數(shù)據(jù)的時序邏輯電路。時序邏輯電路設(shè)計(jì)1狀態(tài)機(jī)描述2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3觸發(fā)器選擇4邏輯門電路實(shí)現(xiàn)5電路仿真驗(yàn)證數(shù)碼管顯示電路七段數(shù)碼管一種常用的顯示器件，由七個發(fā)光二極管組成。顯示驅(qū)動電路用數(shù)字信號控制數(shù)碼管的亮滅，顯示數(shù)字或字符。編碼器和譯碼器編碼器將多個輸入信號轉(zhuǎn)換為唯一的輸出代碼。譯碼器將唯一的輸入代碼轉(zhuǎn)換為多個輸出信號。多路選擇器和數(shù)據(jù)選擇器1多路選擇器根據(jù)選擇信號選擇多個輸入信號中的一個輸出。2數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)地址信號選擇數(shù)據(jù)存儲器中的一個數(shù)據(jù)單元進(jìn)行讀寫。算術(shù)電路基礎(chǔ)1算術(shù)運(yùn)算2加法3減法4乘法5除法加法器和減法器電路半加器實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算的邏輯電路。全加器實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算，考慮進(jìn)位。減法器用加法器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，使用補(bǔ)碼。乘法器和除法器電路陣列乘法器通過組合邏輯實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。除法器電路使用加法器和移位寄存器實(shí)現(xiàn)除法運(yùn)算。存儲器電路基礎(chǔ)存儲單元能夠存儲一個比特信息的最小存儲單元。地址用于標(biāo)識存儲單元的位置。數(shù)據(jù)存儲在存儲單元中的信息。ROM和RAM電路ROM只讀存儲器，只能讀取數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)。RAM隨機(jī)存取存儲器，能夠讀寫數(shù)據(jù)。可編程邏輯器件CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件，適合實(shí)現(xiàn)較小的邏輯電路。FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯電路?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計(jì)1硬件描述語言2邏輯設(shè)計(jì)3器件配置4電路仿真5硬件測試微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央處理器(CPU)負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，控制系統(tǒng)運(yùn)行。存儲器(Memory)存儲指令和數(shù)據(jù)。輸入/輸出(I/O)與外部世界交互。微處理器指令系統(tǒng)指令類型數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移等。指令格式操作碼、地址碼、操作數(shù)等。指令周期執(zhí)行一條指令所需的時間。微處理器總線系統(tǒng)地址總線用來傳輸?shù)刂沸畔?。?shù)據(jù)總線用來傳輸數(shù)據(jù)信息?？刂瓶偩€用來傳輸控制信號。輸入/輸出接口電路并行接口一次傳輸多個位數(shù)據(jù)。串行接口一次傳輸一位數(shù)據(jù)。中斷接口允許外部設(shè)備中斷CPU。中斷控制系統(tǒng)1中斷請求外部設(shè)備發(fā)出中斷請求。2中斷處理CPU響應(yīng)中斷請求，執(zhí)行中斷處理程序。3中斷返回中斷處理程序執(zhí)行完畢，返回到中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行程序。直接存儲器訪問(DMA)DMA控制器直接控制存儲器的數(shù)據(jù)傳輸，無需CPU干預(yù)。DMA傳輸高速數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)效率?？删幊梯斎?輸出器件定時器用于定時和計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)和控制。PWM控制器用于生成脈沖寬度調(diào)制信號。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)1嵌入式系統(tǒng)2硬件設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)4系統(tǒng)集成5測試調(diào)試系統(tǒng)仿真和調(diào)試仿真工具使用仿真工具模擬系統(tǒng)運(yùn)