Digital Logic Design & Application

Digital Logic Design & Application Li Jun Associate Professor ee802@qq.com 科B433

教材： 数字设计—原理与实践(第4版 ), John F. Wakerly, 高等教育出版社, 2007 参考资料：数字电子技术基础 (第5版)，阎石主编，高等教育出版社，2007 数字设计—原理与实践(第4版)，John F. Wakerly，林生等译，机械工业出版社，2007 数字电路与系统 (第2版)，刘宝琴等编著，清华大学出版社，2007 数字逻辑设计及应用，姜书艳主编，清华大学出版社，2007

相关学习网站： http://125.71.228.222/wlxt/listcourse.asp?courseid=0170：电子科技大学/互动教学空间/网络学堂/电子工程学院/数字逻辑设计及应用 www.prenhall.com/onekey/:包含教材中的所有图表、占教材中半数以上的部分习题解答 www.ddpp.com: 补充内容；部分习题解答。 www.xilinx.com/programs.univ：Xilinx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实验课程的芯片和插件 www.aldec.com/education/university：Aldec的教育计划，提供了Aldec自己的软件包和第三方的兼容工具以及原型系统。

成绩构成： 平时：30% 课程设计+小论文：15%；课堂练习+课后作业：15% 期中：30% 期末：40%

Contents Chapter 1 Introduction Chapter 2Number Systems and Codes Chapter 3 Digital Circuits Chapter 4 Combinational Logic Design Principles Chapter 6 Combinational Logic Design Practices Chapter 7 Sequential Logic Design Principles Chapter 8Sequential Logic Design Practices Chapter 9 Memory Chapter 5 Hardware Description Language ADC & DAC

Chapter 1 Introduction • Digital World • Analog versus Digital • Digital Devices • Integrated Circuits（IC）

Satellites DVD Video Musical players recorders instruments Portable Cell phones music players Cameras TVs ??? 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 • Digital World • Years shown above indicate when digital version began to dominate • (Not the first year that a digital version appeared)

1 2 3 4 2 What Does “Digital” Mean? • Analog versus Digital • Analog signal Infinite possible values • Ex: voltage on a wire created by microphone • Digital signal • Finite possible values • Ex: button pressed on a keypad digital signal analog signal

What Does “Digital” Mean? • Analog versus Digital • Analog signal Infinite possible values • Ex: voltage on a wire created by microphone • Digital signal • Finite possible values • Ex: button pressed on a keypad analog signal digital signal Possible values: 0, 1, 2, 3, or 4. That’s it. Possible values: 1.00, 1.01, 2.0000009, ... infinite possibilities 4 value value 3 2 1 0 time time

What Does “Digital” Mean? • Analog versus Digital 7 6 5 采样、量化 4 3 3 2 Analog signal： continuously variable at time or amplitude Digital signal： discrete at both time and amplitude

original signal attenuation amplification • Analog versus Digital 1 0 • Analog signal tends to be distorted during transmitting; • Digital signal still maintains 0 or 1.

Analog versus Digital Typical digital processing system：模拟信号模拟信号

Advantages of Digital circuits: • Reproducibility of results（结果再现性） • Easy of design （易于设计） • Flexibility and functionality（灵活性和功能化） • Programmability （可编程性） • Speed （速度快） • Economy （经济性）

A Z A Z B A Z B • Digital Devices（数字器件） • gate（门电路） —— The most basic digital devices AND gate （与门） OR gate （或门） NOT gate （非门）

flip-flop （触发器） —— a device that stores either a ‘0’ or ‘1’ • combinational circuit（组合电路） • sequential circuit（时序电路）

Integrated Circuits （集成电路 IC） • Classification of IC according to the number of the gates contained： • SSI（小规模集成） : 1~20 • MSI （中规模集成）: 20~200 • LSI （大规模集成） : 200~200,000 • VLSI （超大规模集成） : >100万 < 10 10~1000 >1000 >10万

Manufacture of IC design chip production  package / test 设计芯片生产封装/测试 silicon ingot (硅锭) die （模片） wafer（晶圆）

ICpackage DIP QFP BGA PGA

Programmable Logic Device 可编程逻辑器件 （PLA、PLD、CPLD、FPGA） Altera公司的Max系列CPLD Xilinx公司的Spartan系列FPGA FPGA开发板

课后完成读书报告： • “模拟信号与系统”和“数字信号与系统”的对比 • 数字技术的发展历程

Chapter 2 Number Systems and Codes —— number systems Information can be categorized as: numeric quantities （数值信息） nonnumeric information（非数值信息） —— codes

第i位的权； r 计数的基数 (base/radix) 2.1 positional number systems （按位计数制） • Representation of a decimal number（十进制数） D = dp-1dp-2 ... d1d0.d-1d-2 ... d-n 推广： D2 = ∑ d i × 2i D8 = ∑ d i × 8i D16= ∑ d i × 16i

2.2 Octal and Hexadecimal Numbers 八进制和十六进制 • MSB, LSB （最高有效位，最低有效位） • MSD, LSD （最高有效数字，最低有效数字）

2.3 General Positional-Number-System Conversions（数制转换） • Binary / Octal / Hexadecimal Decimal 方法：利用位权展开 • ( 1001.001 )2 = ( )10 • ( A2F )16 = ( )10 9.125 2607 other method: ( A2F )16=(( A16 ) +2) 16 + F

2.3 General Positional-Number-System Conversions（数制转换） • Binary  Octal / Hexadecimal 方法：从小数点开始，向两边数，每三/四位一组，不足三/四位，外侧补0，然后读数。 ( 11011.1011 )2 = ( )8 33.54 ( 101101.011101 )2 = ( )16 2D.74

2.3 General Positional-Number-System Conversions（数制转换） • Octal / Hexadecimal Binary 方法：每个数字转换成三/四位二进制数，按顺序依次展开。 ( 724 )8 = ( )2 111 010 100 ( A3FD )16 = ( )2 1010 0011 1111 1101 • Octal  Hexadecimal 方法：借助于二进制数作为中间过程分两步转换。

2.3 General Positional-Number-System Conversions（数制转换） • Decimal  Binary / Octal / Hexadecimal (1) For the integer part（整数部分）方法：除r取余，逆序排列 ( 156)10 = ( )2 = ( )8 = ( )16 10011100 234 9C

2.3 General Positional-Number-System Conversions（数制转换） • Decimal  Binary / Octal / Hexadecimal (2) For the fractional part（小数部分）方法：乘r取整，顺序排列 ( 0.625 )10 = ( )2 0.101 ( 0.37 )10 = ( )2 0.01011 (error ε<2-5 ) (617.28)10=( )2 1001101001.0100011 (error ε<10-2 )

2.1 (a) (d) (e) (i) (j) 2.2 (e) (f) 2.3 (e) 2.5 (e) (i) (j) 2.6 (a) (b) (h) Supplementary: 1.2510 = ?2 105.20710 = ?2 (error ε<0.05) Homework

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