基于fpga的数字电路设计综述

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1、1数字电子基础31.1导读31.2数字电路概述31.2.1数字信号与数字电路31.2逻辑函数及其表示方法41.2.1逻辑代数41.2.2逻辑函数的表示方法及相互转换41.3逻辑函数的公式化简法61.3.1逻辑函数的不同表达方式61.3.2逻辑函数的公式化简法61.4逻辑函数的卡诺图化简法61.4.1逻辑函数的最小项及其表达式61.4.2逻辑函数的卡诺图表示法71.4.3用卡诺图化简逻辑函数82逻辑门电路102.1导读102.1逻辑门电路102.1.1三种基本门电路102.1.2DTL与非门122.2TTL逻辑门电路132.2.1TTL与非门的电路结构132.2.2TTL与非门的

2、工作原理132.3其他类型的TTL门电路142.3.1集电极开路与非门（OC门）142.3.2三态门（TSL门）152.4多余输入端的处理173组合逻辑193.1导读193.2组合逻辑电路基础193.2.1组合逻辑电路的基本概念193.2.2组合逻辑电路的分析方法203.2.3组合逻辑电路的设计方法203.3常用组合逻辑建模213.3.1编码器213.3.2译码器和数据分配器243.3.3数据选择器293.3.4数值比较器303.3.5加法器（减法器）323.3.6乘法器343.3.7除法器364触发器384.1导读384.2触发器的电路结构及工作原理384.2.1基本RS触发

3、器(异步)384.2.2同步RS触发器394.2.3主从触发器和边沿触发器424.3触发器的功能分类及相互转换444.3.1触发器的功能分类444.3.2不同类型时钟触发器的相互转换455时序逻辑电路475.1导读475.2时序逻辑电路的基本概念475.2.1时序逻辑电路的结构及特点475.3时序逻辑的设计485.3.1同步时序逻辑电路的设计步骤485.3.2时序电路通用设计方法485.3时序逻辑建模495.3.1数码寄存器495.3.2移位寄存器505.3.3锁存器505.3.4寄存器集成电路介绍515.3.5计数器536总结601数字电子基础1.1导读个人认为，现代信息技术

4、就是，把现实世界，利用强大的计算机技术处理和变换。而数字电路技术是整个信息技术的一个桥梁。现代计算机是基于是微电体系的，至少现阶段计算机只能做“电计算”。所以我们需要一门技术把丰富多彩的现实世界，用电信号表示出来让计算机也能理解，数字电路就是起这个作用。他能够把现实世界中的各种信息，转换到计算机的物理的电世界。本章介绍了把现实世界用物理的电信号表示出来的基本技术。本章主要讨论数字电子技术的基础理论知识。同时，还给出了逻辑函数的概念、表示方法及相互转换。1.2数字电路概述1.2.1数字信号与数字电路电子电路中的信号可分为两类，一类在时间和幅度上都是连续的，称为模拟信号，如图1.1

5、所示，例如电压、电流、温度、声音等信号。传送和处理模拟信号的电路称为模拟电路；图1.1模拟信号另一类在时间和幅度上都是离散的，称为数字信号，如图1.2所示，例如计时装置的时基信号、灯光闪烁等信号都属于数字信号。传送和处理数字信号的电路称为数字电路。图1.2数字信号数字电路的特点l信号是离散的数字信号。数字信号常用0、1二元数值表示。l半导体器件均工作在开关状态，即工作在截止区和饱和区。l研究的主要问题是输入、输出之间的逻辑关系。l主要分析工具是逻辑代数。1.2逻辑函数及其表示方法1.2.1逻辑代数逻辑代数又叫布尔代数或开关代数，是由英国数学家乔治·布尔于1847年创立的。逻辑代

6、数与普通代数都由字母来代替变量，但逻辑代数与普通代数的概念不同，它不表示数量大小之间的关系，而是描述客观事物一般逻辑关系的一种数学方法。逻辑变量的取值只有两种，即逻辑0和逻辑1，它们并不表示数量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态，如开关的通与断、电位的高与低、灯的亮与灭等。0和1称为逻辑常量。例如，在图1.3所示的指示灯控制电路中，我们用字母Y表示指示灯，用A、B表示两个开关。指示灯Y的亮与灭两种状态取决于开关A、B的通断状态。我们将A、B称为输入逻辑变量，将Y称为输出逻辑变量。图1.3指示灯控制电路逻辑代数有两种逻辑体制，其中，正逻辑体制规定，高电平为逻辑1，低电平为逻辑0；

7、负逻辑体制规定，低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。1.2.2逻辑函数的表示方法及相互转换逻辑函数常用的表示方法有5种：逻辑真值表，逻辑函数表达式，逻辑图，波形图和卡诺图。1.逻辑真值表逻辑真值表是将输入变量的各种可能取值和相应的函数值排列在一起组成的表格，一个确定的逻辑函数只有一个逻辑真值表，具有惟一性。逻辑真值表能够直观明了地反映变量取值和函数值的对应关系，但输入变量较多时，列写起来比较繁琐，它是将实际问题抽象为逻辑问题的首选描述方法。2.逻辑函数表达式实际在FPGA设计中此方法较常用。函数