数字电路与逻辑设计综合讲义全

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1、数字电路与逻辑设计实验电子工程学院电路中心http://cclab.see.bupt.cn1主要内容课程介绍数字系统设计状态机的设计注意事项综合实验题目第一部分课程介绍3课程安排实验内容：完成一个综合课题的设计及仿真、调试。本学期实验教学进度：内容1讲授内容：状态机、系统设计方法、综合题目要求等实验内容：确定题目、讨论设计方案2综合课题设计与实现，检查设计方案3综合课题设计与实现，检查程序4综合课题设计与实现，功能验收及交流答辩4考核方式不进行考试考核项目及成绩评定操作成绩（40%）包括实验态度及整理、预习、

2、软件使用、程序编写及仿真波形等验收答辩（40%）包括功能验收和交流答辩实验报告（20%）5考核方式评定标准实验态度：包括考勤、纪律等，实验结束时关闭计算机、稳压电源、示波器等仪表，保持实验台清洁、整齐。实验设计方案（预习）：根据选定的题目，课下进行预习，完成系统设计，第二次实验课时进行检查，主要内容包括：系统结构框图、方框图（模块划分）、模块之间信息传递关系、各模块的输入输出信号、主要模块的详细设计（ASM图、MDS图）等。软件使用及程序验收：包括熟练使用QuartusII软件进行设计，程序及仿真波形验收。硬件验

3、收：包括实现的各项功能情况，根据题目的要求进行评定。交流答辩：主要是实验中的经验教训、心得体会等，答辩最后一次课上进行，每人不超过3分钟，自愿参加。6课题报告要求内容分数1设计课题的任务要求52系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）203仿真波形及波形分析204源程序（要有注释）205功能说明56元器件清单及资源利用情况57故障及问题分析108总结和结论109报告格式规范、清晰5电子版和纸版各提交一份最后一次实验后一周之内提交第二部分数字系统设计8主要内容数字系统概述数字系统设计方法数字系统设计的描述方

4、法其它概念9综合实验题目数字钟数字秒表交通灯控制器点阵显示控制器简易乒乓游戏机拔河游戏机经典数学游戏洗衣机控制器简易俄罗斯方块游戏机简易贪食蛇游戏机简易乐曲播放器简易函数发生器简易数字频率计PS/2键盘接口设计VGA图像显示控制器数字温湿度计数字温度计（I2C总线）串口通信控制器10数字系统概述数字系统：由若干数字电路和逻辑部件构成的能够处理或传送数字信息的设备。数字系统的三大组成部分：输入输出接口、数据处理器、控制器区分数字系统与功能部件（数字单元电路）的标志：有无控制器11数字系统结构框图子系统输入控制信号输

5、出控制信号信息输入输出信息控制器输出接口输出接口输入接口输入接口子系统子系统时钟数据处理器…12数字系统设计方法自底向上（bottom-up）设计法（试凑设计法）用试探的方法按给定的功能要求，选择若干模块（功能部件）来拼凑一个数字系统。主要凭借设计者的熟练技巧和经验来实现适用于小型数字系统的设计13数字系统设计方法自顶向下（top-down）设计法从整个系统功能出发，按一定原则将系统划分为若干子系统，再将每个子系统分为若干功能模块，再将每个模块分成若干较小的模块……直至分成许多基本模块实现。14自顶向下设计法的步

6、骤（一）确定初步方案，进行系统设计和描述；明确设计课题的任务、要求、原理和使用环境，系统外部输入信号及输出信号的特性，以及系统所需要完成的逻辑功能和所要达到的技术指标等，然后确定初步方案。描述方法：方框图、定时图（时序图）、逻辑流程图。15自顶向下设计法的步骤（二）系统划分，进行子系统功能描述；将系统划分为控制器和受控电路两部分，受控电路又可以用各种模块（子系统）实现。确定使用哪些子系统，以及各子系统与控制器之间的关系。对各子系统和控制器进行功能描述：ASM图、MDS图等16自顶向下设计法的步骤（三）逻辑描述，完

7、成具体设计。设计具体电路。传统方法：用标准的SSI、MSI、LSI或GAL等器件实现受控电路；用时序机设计方法实现控制器。EDA方法：用PLD器件实现电路设计。自顶向下的设计过程是一个反复修改和补充的过程。17例1：两人乒乓游戏机以8个发光二极管代表乒乓球台，中间两个发光管兼作球网。用发光管按一定的方向依次闪亮来表示球的运动，在游戏机两侧各设发球/击球开关SA和SB，当甲方发球时，靠近甲方的第一个发光管亮，然后依次点亮第二个……球向乙方移动，球过网后到达设计者的规定的球位乙方即可击球，若乙方提前击球或未击到球，则

8、甲方得分。然后重新发球进行比赛，直到某一方记分达到规定分，记分清零，重开一局比赛。18两人乒乓游戏机结构框图19模块划分分频模块记分模块球台显示模块译码模块控制器根据控制器的指令控制发光二极管的亮灭将分数转换为数码管显示对应的译码数据记录双方的得分将原始时钟分频，产生系统中不同模块需要的时钟频率20数字系统的描述方法（一）方框图可详细描述数字系统的总体结构，直观易懂每一个