《数字电路设计》word版

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1、4、数字电路设计4.1组合逻辑电路设计 4.2时序逻辑电路设计4.3存储器技术4.4数字电路系统设计方法4.1组合逻辑电路设计   任何时刻电路的输出值仅仅取决于该时刻各输入变量取值的某种组合。这种电路叫组合逻辑电路。组合逻辑电路在设计时，用小规模数字集成电路（SSI）设计，最简的标准是所用门电路的个数最少、输入端数最少；用中规模数字集成电路（MSI）设计，最简的标准则是所用集成块的个数最少、品种最少、连线也最少。因而，设计方法也不完全一致。4.1.1用SSI器件设计组合逻辑电路 用SSI器件设计组合逻辑电路的步骤如下：（1）

2、根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表；（2）由真值表写出逻辑表达式；（3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。4.1.2用MSI器件设计组合逻辑电路 用MSI器件设计组合逻辑电路的步骤如下：前面两步与用SSI器件设计的步骤完全一样。（3）变换表达式。把待生成逻辑函数表达式，变换成与所用MSI器件输出函数式类似的形式。（4）对照表达式。确定MSI器件所接的变量或常量。4.2时序逻辑电路设计时序电路设计又称时序电路综合，它是时序电路分析的逆过程，即根据给定的逻辑功能要求，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的时序逻辑电路，对时序电

3、路的设计除了设计方法的问题还应注意时序配合的问题。时序逻辑电路可用触发器及门电路设计，也可用时序的中规模的集成器件构成，以下我们分别介绍它们的设计步骤。 4.2.1用SSI器件设计时序逻辑电路用触发器及门电路设计时序逻辑电路的一般步骤如图4.2.1所示。 （1）由给定的逻辑功能求出原始状态图：首先分析给定的逻辑功能，从而求出对应的状态转换图。这种直接由要求实现的逻辑功能求得的状态转换图叫做原始状态图。（2）状态化简：根据给定要求得到的原始状态图很可能包含有多余的状态，需要进行状态化简或状态合并。状态化简是建立在状态等价这个概念

4、的基础上的。（3）状态编码、并画出编码形式的状态图及状态表：在得到简化的状态图后，要对每一个状态指定1个二进制代码，这就是状态编码（或称状态分配）。（4）选择触发器的类型及个数：（5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：根据编码后的状态表及触发器的驱动表可求得电路的输出方程和各触发器的驱动方程。（6）画逻辑电路，并检查自启动能力。 4.2.2用MSI中规模时序逻辑器件构成时序逻辑电路   用中规模时序逻辑器件构成的时序功能电路主要是指用集成计数器构成任意进制计数器。构成任意进制计数器的方法有两种：一种是置数法，另一种是归零法

5、。4.3存储器技术存储器是计算机和某些数字系统中的重要组件之一。存储器技术随着微电子技术的发展获得了迅速的发展。 4.3.1半导体存储器的种类   半导体存储器的种类很多，从存取功能上可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类，根据存储单元的不同又分为双极型和MOS型两类。 4.3.2半导体存储器的应用   ROM除用作存储器外，还可以用来实现各种组合逻辑函数。实现的方法很简单，只要列出该函数的真值表，以最小项相或的原则，即可直接画出存储矩阵的编程图。下面举例说明。例1：用PROM构成一个码型转换器，将四位二进

6、制码B3B2B1B0转换成循环码G3G2G1G0。解：1．将B3、B2、B1、B0定为输入变量，G3、G2、Gl、G0定为输出变量。列出G3、G2、Gl、GO的真值表。2．选用输入地址和输出数据均为四位的16×4位PROM来实现该码型转换。3．令A3A2A1A0＝B3B2B1B0，D3D2D1D0＝G3G2G1G0。对可编程的存储矩阵(或阵列)进行编程，按真值表中G3、G2、G1、G0的逻辑值，烧断应该存“0”的单元中的熔丝。    在构成较为复杂的数字系统中，也常常用到存储器，下面以可编程时钟控制器为例来说明存储器的应用。例

7、2：设计一个满足下列要求的可编程时钟控制器。本题的要求是：1．设计一个具有时、分、秒计时，6位数字显示的时钟电路；2．具有快速校时功能；3．具有整点音响自动报时；4．以时钟电路为基础．设计作息时间自动打铃器；5．以时钟电路为基础设计一个工业顺序控制器，用LED发光管的亮与灭模拟执行机构的动作，实现要求的工艺过程。 一、分析设计要求，构思总体方案1．从题目可知该课题的任务主要有三个方面。其一是设计一个能以数字直接显示的时钟电路；其二是用时钟信号控制打铃器；其三是用时钟信号实现一个工业过程的时间顺序控制。整个系统可分成三部分，即时

8、钟电路、作息时间控制电路、顺序控制器电路，而时钟电路在起控制和主导作用。2．时钟电路的构成方案（1）选用中、小规模集成芯片设计；（2）选用单片时钟集成电路构成；（3）利用其他任何可能引出时间信号的数字钟、数字表等。3．作息时间控制器与时间顺序控制器这两部分电路都是以时间代码为