《数电(英文版)》全册配套课件.ppt
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1、数电数电( (英文版)英文版)全册配套课件全册配套课件2 2Digital Logic Design and ApplicationChen YanLecture #1IntroductionUESTC, Spring 2011Digital Logic Design and Application3 3InstructorlChen YanlOffice: 研究院大楼研究院大楼508 航空航天学院航空航天学院 School of Astronautics & AeronauticslEMAIL: Digital Logic Design and Application4 4Resources
2、Textbook:DIGITAL DESIGN Principles & Practices, ( Fourth Edition ), John F.Wakerly, Higher Education Press, 2007 References:l数字逻辑设计及应用,姜书艳主编,清华大学出版社,数字逻辑设计及应用,姜书艳主编,清华大学出版社,2007l数字电子技术基础(第数字电子技术基础(第5版),阎石主编,高等教育出版),阎石主编,高等教育出版社,版社,2007l数字设计数字设计原理与实践(第原理与实践(第4版),版),John F. Wakerly, 林林生等译生等译, 机械工业出版社,
3、机械工业出版社,2007Digital Logic Design and Application5 5ResourcesCourse Webpagelhttp:/222.197.165.195/wlxt/index.aspx电子科技大电子科技大学学/互动教学空间互动教学空间/网络学堂网络学堂/自动化工程学院自动化工程学院/数字逻辑数字逻辑设计及应用设计及应用 姜姜书艳书艳/教学录像教学录像 部分习题解答部分习题解答 Xilinx的大学计划,的大学计划,提供了大量的产品资料、课程资料以及用于数字设计提供了大量的产品资料、课程资料以及用于数字设计实验课程的芯片和插件实验课程的芯片和插件Prereq
4、uisitesl电路分析基础电路分析基础l模拟电路基础模拟电路基础 Digital Logic Design and ApplicationAbout the namenOther namesnAssociation between Digital & LogicalJin. UESTC.6 6Digital Logic Design and ApplicationWhat does digital tech. do?7 7电视技术电视技术雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天数码相机数码相机MP3、MP4人类社会进入信息数字化的时代,人类社会进入信息
5、数字化的时代,“数数字逻辑字逻辑”是数字技术的基础,是电子信是数字技术的基础,是电子信息类各专业的主要技术基础课程之一。息类各专业的主要技术基础课程之一。“digitalize”:许多传统使用模拟技术的领域转而使用数字技术。许多传统使用模拟技术的领域转而使用数字技术。Digital Logic Design and Application8 8Topics to be CoverednIntroduction, Number Systems and Codes: 1 weeks nLogic signals and Gates, CMOS Logic: 1 weeks nCombination
6、al Logic Design Principles: 2-3 weeksSwitching Algebra, Combinational-Circuit Analysis and SynthesisnCombinational Logic Design Practices: 3weeks Decoders, Encoders, Multiplexers, Comparators, etc.nHardware Description Languages: 1 weeknSequential Logic Design Principles: 2-3 weeksLatches, Flip-Flop
7、s, Clocked Synchronous State-Machine Analysis and DesignnSequential Logic Design Practices: 3 weeksSSI Latches and Flip-Flops, Counters, Shift Registers, Iterative, nOther: Memory, CPLDS and FPGAS, A/D, D/A Circuits: 1weeks Digital Logic Design and Application一、一、concepts & fundamentals二、集成电路为主;逻辑功能
8、为主二、集成电路为主;逻辑功能为主三、重视实践三、重视实践本课程的重点是数字电路的基本概念、基本原理、分析方法、设计本课程的重点是数字电路的基本概念、基本原理、分析方法、设计方法和实验调试方法。只要掌握了基本的原理和方法,我们就可以方法和实验调试方法。只要掌握了基本的原理和方法,我们就可以分析给出的任何一种数字电路;也可以根据提出的任何一种逻辑功分析给出的任何一种数字电路;也可以根据提出的任何一种逻辑功能,设计出相应的逻辑电路。能,设计出相应的逻辑电路。对于各类数字集成电路器件,重点是掌握他们的外部特性,包括逻辑对于各类数字集成电路器件,重点是掌握他们的外部特性,包括逻辑功能和输入、输出端的电
9、气特性。为了更好的理解和运用电路器件的功能和输入、输出端的电气特性。为了更好的理解和运用电路器件的外部特性,需要理解他们的输入电路和输出电路的结构及其原理。至外部特性,需要理解他们的输入电路和输出电路的结构及其原理。至于内部的电路结构和详细工作过程都不是重点,不需要去记忆。于内部的电路结构和详细工作过程都不是重点,不需要去记忆。通过实验的训练,加深对理论知识的理解和掌握,同时更重要的是要通过实验的训练,加深对理论知识的理解和掌握,同时更重要的是要学习和掌握电子技术实验的研究方法。将理论和实际有机地结合,学学习和掌握电子技术实验的研究方法。将理论和实际有机地结合,学会用实验的方法分析和解决实际问
10、题。会用实验的方法分析和解决实际问题。Concepts of teaching & learningDigital Logic Design and Application1010GradesnHomeworks and Quizzes in class 15% nProjects and Paper 15%nMidterm Exam 30% nFinal Exam 40%11 11Chapter 1 IntroductionWelcome to the world of digital design.Digital Logic Design and ApplicationDigital Lo
11、gic Design and Application1212Chapter 1 Introduction1.1 About Digital DesignnAbout Principles and PracticesnImportant Themes in Digital Design (P2)*Digital Logic Design and Application13131.2 Analog vs. DigitalAnalog:Digital Logic Design and Application1.2 Analog vs. DigitalJin. UESTC.1414Primary pa
12、rameters: frequency, bandwidthPrimary parameters: frequency, bandwidth、powerpowerBasic deviceBasic device:transistors working at amplify area.transistors working at amplify area.Analog:values vary over a broad range continuouslyDigital Logic Design and Applicationtvrectangular wave1for High;0 for Lo
13、w0 1 0 01 1 0 10l特点:数值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍。特点:数值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍。lPresented as binary code system1.2 Analog vs. DigitalDigital Logic Design and Application1.2 Analog vs. DigitalnThe problem for analog signal nThe advantages of digital signal 1616signaldegradationamplification 模拟信号在传输过程中失真模拟信号在传输过程
14、中失真 数字信号仍然可以保持数字信号仍然可以保持 0、1抗干扰性强;便于存储;便于分析和设计;便于利用计算机、DSP等进行信号处理.电路中的电子器件工作在开关状态,易于实现,便于集成化缺点:其表现形式的多样化决定了对其的处理也是复杂多样的。Digital Logic Design and Application17171.2 Analog vs. DigitalnDigital systemAny inputs and outputs can only be 1 or 0 !Digital Logic Design and Application18181.3 Digital Devicesn
15、Gates (门)(门) the most basic digital devicesnFlip-Flops (触发器)(触发器) a device that stores either a 0 or 1nCombinational Circuits(组合电路)(组合电路)nSequential Circuits(时序电路)(时序电路)AND gateOR gateNOT gate or inverterDigital Logic Design and Application19191.4 Electronic Aspects of Digital Design (数字设计的电子技术)(数字设
16、计的电子技术)nHow to realize logic 0 and 1 in a real circuit?逻辑上的逻辑上的 0 和和 1 在物理上如何实现?在物理上如何实现?nWhat is the range of analog value with each logic value? 什么电平范围对应逻辑什么电平范围对应逻辑 0 或或 1 ?nHow to produce and figure out the signal in a proper range?如何正确产生和识别处于适当范围的信号?如何正确产生和识别处于适当范围的信号?nThe association between D
17、igital and Analog数字与模拟之间的关系数字与模拟之间的关系Digital Logic Design and Application20201.5 Software Aspects of Digital Design*nWhat does software can do?nSoftware tools help to improve the designers productivity, the correctness and quality designs.软件工具有助于提高设计的效率、正确性和质量。软件工具有助于提高设计的效率、正确性和质量。nSeveral Software
18、 Tools几种软件工具几种软件工具 P9lPspise, multisim, 电路仿真电路仿真lMaxPlus, QuatusII, VHDL仿真仿真lprotel, powerPCB,制版软件,制版软件Digital Logic Design and Application1.6 Integrated Circuits 2121Relay 继电器继电器nAdvances of Digital Electronic technologiesDigital Logic Design and Application22221.6 Integrated CircuitsnAdvances of D
19、igital Electronic technologies 数字电子技术的进展数字电子技术的进展l20世纪世纪40年代,宾夕法尼亚大学,第一部电子数字计年代,宾夕法尼亚大学,第一部电子数字计算机(算机(Eniac),采用真空管(),采用真空管(Vacuum Tube)n使用了使用了17468个真空管个真空管n占地占地457平米平米n重重30吨吨n耗电耗电160KWn每秒可以完成每秒可以完成5000次次+,或或385次次*,或,或40次次/,或,或3次开方运算次开方运算Digital Logic Design and Application23231.6 Integrated Circuits
20、 ( (集成电路集成电路IC)IC)n20世纪世纪50年代(年代(1947年),年), 双极型晶体管(双极型晶体管(BJT)出现;)出现;n60年代,年代,TTL逻辑出现,集成电路出现逻辑出现,集成电路出现lTTL: Transistor-Transistor Logicn80年代开始,年代开始,MOS电路开始逐步取代电路开始逐步取代TTL电路,现在电路,现在CMOS占领了世界占领了世界IC市场的绝大部分市场的绝大部分lCMOS: Complementary MOSDigital Logic Design and Application24241.6 Integrated Circuitsn单
21、个硅片上的一个或多个单个硅片上的一个或多个门电路的集合体,就叫做门电路的集合体,就叫做集成电路。集成电路。nwafer(单晶硅片单晶硅片) die(模片模片) packagingnDual In-line-pin Package ( DIP ) 双列直插式封装(双列直插式封装(P13)0.254mm15mmDigital Logic Design and Application25251.6 Integrated Circuits7400Vcc1413121110981234567GND7402Vcc 1413121110981234567GND7404Vcc 1413121110981234
22、567GND7408Vcc 1413121110981234567GND7410Vcc1413121110981234567GND7411Vcc1413121110981234567GND7420Vcc1413121110981234567GND7421Vcc 1413121110981234567GND7430Vcc 1413121110981234567GND7432Vcc1413121110981234567GNDDigital Logic Design and Application26261.6 Integrated CircuitsnSmall-Scale Integration
23、(SSI,小规模集成,小规模集成): 门门 1-20 GatesnMedium-Scale Integration (MSI,中规模集成,中规模集成):功能构件功能构件 20-200 GatesnLarge-Scale Integration (LSI,大规模集成,大规模集成):一个系统一个系统 200-200,000 GatesnVery Large-Scale Integration (VLSI,超大规模集成,超大规模集成): 包含包含FPGA的系统的系统 Over 1,000,000 TransistorsnSystem On Chip ( SOC ) 片上系统片上系统-集成系统集成系统
24、nTiny Scale Integration ( TSI ) 微小规模集成微小规模集成Digital Logic Design and Application1.6 Integrated CircuitsJin. UESTC.2727Question:What if there is some thing wrong with the already-made IC? How to debugging it?The solution is Programmable Logic Devices (PLD)Digital Logic Design and Application28281.7 P
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