- 1、本文档共13页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
实验BCD码加法器
实验二 文本输入方式设计数字逻辑电路
一、实验目的:
掌握VHDL语言的基本语法和设计文件的基本结构。
掌握组合逻辑电路的特性及设计和调试方法。
掌握时序逻辑电路的特性及设计和调试方法。
掌握常用的组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。
二、实验的硬件要求:
EDA/SOPC实验箱。
计算机。
三、实验原理
数字逻辑电路可分为两类:组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元(触发器、锁存器等),主要由逻辑门电路构成,电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关,而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路,其输出不仅跟当前电路的输入有关,还和输入信号作用前电路的状态有关。
1、组合逻辑电路
①组合逻辑电路的定义
通常组合逻辑电路可以用图1.1所示结构来描述。其中,X0、X1、…、Xn 为输入信号, L0、L1、…、Lm为输出信号。输入和输出之间的逻辑函数关系可用式1.1表示:
②组合逻辑电路的设计方法
组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能,求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次:(1)设计的电路在功能上是完整的,能够满足所有设计要求;(2)考虑到成本和设计复杂度,设计的电路应该是最简单的,设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。
在设计组合逻辑电路时,首先需要对实际问题进行逻辑抽象,列出真值表,建立起逻辑模型;然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数,找到最简或最合理的函数表达式;根据简化的逻辑函数画出逻辑图,并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题,如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够,信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图1.2来表示。
③组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项
a)组合逻辑电路的输出具有立即性,即输入发生变化时,输出立即变化。(实际电路中还要考虑器件和导线产生的延时)。
b)组合逻辑电路设计时应尽量避免直接或间接的反馈,以免出现不确定的状态或形成振荡。如右图设计的基本触发器,当输入~S、~R从“00”变为“11”时,无法确定Q和~Q的值。
c)组合逻辑电路容易出现“毛刺”,这是由于电路“竞争-冒险”产生的。如图1.3所示,图中与门的两个输入分别由信号 A 经过不同路径传递而来。按照理想情况分析,电路输出端应该始终为 L=A ·~A =0。考虑到信号在逻辑门中的传输延迟,~A 到达与门输入端的时间始终落后于 A。图 3.2-1(b)的波形显示,信号 A的四次变化都产生了竞争。但这四次竞争引起的结果是不一样的。第一次和第三次竞争造 成输出错误,第二次和第四次竞争则没有造成输出错误。换言之,只有第一次和第三次竞争引起了冒险,产生了尖峰干扰。
由于“毛刺”的影响,应避免使用组合逻辑电路直接产生时钟信号,也应避免将组合逻辑电路的输出作为另一个电路的异步控制信号。
d)用VHDL描述组合逻辑电路时,所有的输入信号都应放在敏感信号表中。
e)用IF语句和CASE语句描述电路分支时,一定要列举出所有输入状态(一般在最后加上“else”或“when others”分支),否则在综合时将引入LATCH,使电路输出出现延时。
2、时序逻辑电路
①时序逻辑电路的定义
数字逻辑电路可分为两类:组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元(触发器、锁存器等),主要由逻辑门电路构成,电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关,而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路,其输出不仅跟当前电路的输入有关,还和输入信号作用前电路的状态有关。
②同步时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求,设计出能实现给定逻辑功能的电路。同步时序电路的设计过程:
(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表。
a)明确电路的输入条件和相应的输出要求,分别确定输入变量和输出变量的数目和符号;
b)找出所有可能的状态和状态转换之间的关系;
c)根据原始状态图建立原始状态表;
(2)状态化简---求出最简状态图。
合并等价状态,消去多余状态的过程称为状态化简。
等价状态:在相同的输入下有相同的输出,并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。
(3)状态编码(状态分配)。
给每个状态赋以二进制代码的过程。
根据状态数确定触发器的个数,(M为状态数;n为触发器的个数)。
(4)选择触发器的类型。
(5)求出电路的激励方程和输出方程。
(6)画出逻辑图并检查自启动能力。
③时序逻辑电路的特点及设计时的注意事项
a)时序逻辑电路与组合逻辑电路相比,输出会延时一个时钟周期。
b)时序逻辑电路一般容易消除“毛刺”。
c)用VHDL描述时序逻辑电路时,一般只需将时钟信号和异步控
文档评论(0)