数字电路与逻辑设计第6章 2 寄存器,移位寄存器

第六章 时序逻辑电路（14课时）本章教学目的、要求：1．掌握时序逻辑电路的分析方法。

2．掌握常用时序逻辑部件：寄存器、移位寄存器、由触发器构成的同步二进制递 增计数器和异步十进制递减计数器，及由集成计数器构成任意进制计数器。

3．熟悉常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法。

4．掌握同步时序逻辑电路的设计方法。

重点：时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；同步时序逻辑电路的分析方法；常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法；由集成计数器构成任意进制计数器。

难点：同步时序逻辑电路的设计方法第一节 概述（0.5课时）一、定义：1．定义：任一时刻电路的稳定输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。

2．例：串行加法器：指将两个多位数相加时，采取从低位到高位逐位相加的方式完成相加运算。

需具备两个功能：将两个加数和来自低位的进位相加， 记忆本位相加后的进位结果。

全加器执行三个数的相加运算， 存储电路记下每次相加后的运算结果。

CP a i b i c i-1(Q ) s i c i (D )0 a 0 b 0 0 s 0 c 0 1 a 1 b 1 c 0 s 1 c 1 2 a 2 b 2 c 1 s 2 c2 3．结构上的特点：①时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两部分，存储电路（触发器）是必不可少的；②存储器的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。

∑CI COCLKC1<1DQ 'Qia ic i-1c ib is 串行加法器电路二、时序电路的功能描述原状态：q1, q2, …, q l新状态：q1*，q2 *，…，q l*1．逻辑表达式。

Y = F [X，Q] 输出方程。

Z = G [X，Q] 驱动方程（或激励方程）。

Q* = H [Z，Q] 状态方程。

2．状态表、状态图和时序图。

三、时序电路的分类1. 按逻辑功能划分有：计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。

数字电路与逻辑设计1_3试卷和答案一、填空（每空1分，共45分）1．Gray码也称循环码，其最基本的特性是任何相邻的两组代码中，仅有一位数码不同，因而又叫单位距离码。

2．二进制数转换成十进制数的方法为：按权展开法。

3．十进制整数转换成二进制数的方法为：除2取余法，直到商为0 止。

4．十进制小数转换成二进制数的方法为：乘2取整法，乘积为0或精度已达到预定的要求时，运算便可结束。

5．反演规则：对于任意一个逻辑函数式F，如果将其表达式中所有的算符“·”换成“+ ”，“+ ”换成“·”，常量“0”换成“ 1 ”，“ 1 ”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则所得到的结果就是。

称为原函数F的反函数，或称为补函数6．n个变量的最小项是n个变量的“与项”，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。

对于任何一个最小项，只有一组变量取值使它为 1 ，而变量的其余取值均使它为0 。

7．n个变量的最大项是n个变量的“或项”，其中每一个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。

对于任何一个最大项，只有一组变量取值使它为0 ，而变量的其余取值均使它为 1 。

8．卡诺图中由于变量取值的顺序按格雷码排列，任何几何位置相邻的两个最小项，在逻辑上都是相邻的。

，保证了各相邻行(列)之间只有一个变量取值不同。

9．卡诺图化简逻辑函数方法：寻找必不可少的最大卡诺圈，留下圈内没有变化的那些变量。

求最简与或式时圈 1 、变量取值为0对应反变量、变量取值为1对应原变量；求最简或与式时圈 0 、变量取值为0对应原变量、变量取值为1对应反变量。

10．逻辑问题分为完全描述和非完全描述两种。

如果对于输入变量的每一组取值，逻辑函数都有确定的值，则称这类函数为完全描述逻辑函数。

如果对于输入变量的某些取值组合逻辑函数值不确定，即函数值可以为0，也可以为1(通常将函数值记为Ø或×)，那么这类函数称为非完全描述的逻辑函数。

《数字电路与逻辑设计A》课程教学大纲（Digital Circuits and Digital DesignA）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与技术系编写时间：2021年7月《数字电路与逻辑设计A》课程教学大纲一、基本信息课程名称：数字电路与逻辑设计A英文名称：Digital Circuits and Digital Design A课程类别：专业教育课程课程性质：必修课课程编码：0809000146学分：4总学时：64 其中，讲授64学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时适用专业：计算机科学与技术先修课程与知识储备：高等数学、大学物理后继课程：计算机组成原理、嵌入式系统二、课程简介《数字电路与逻辑设计A》是计算机科学与技术专业学生的一门必修专业基础课程，是该专业学生学习有关“电”的重要工程基础类课程。

本课程首先学习电路的基本规律、定理以及电路的分析方法。

然后学习模拟电子电路的基本原理及分析设计方法，包括半导体器件、放大电路、集成运算放大器等相关知识。

最后学习数字逻辑电路的基本原理、基本分析方法和基本设计方法，掌握数字集成电路的使用，了解可编程逻辑器件原理和数字电路EDA设计概念，为后续专业课程的学习打下基础。

三、教学目标1、课程思政教学目标：集成电路产业的重要性、国内外差距现状、国内优势领域、创新意识培养、家国情怀和责任意识、严肃认真的科学作风。

2、课程教学总目标：通过本课程的教学，使学生掌握电路的基本理论知识和基本分析方法，以及模拟电路和数字电路的相关理论、分析和设计方法，培养学生的科学思维能力和理论联系实际解决问题的能力。

3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标有利于培养学生的爱国意识、专业素养和良好的工作作风；课程教学目标有利于培养学生对计算机科学与技术中涉及到的模拟电路和数字电路问题进行分析和设计的能力。

4、毕业要求—课程目标关系（OBE结果导向）表1 毕业要求-课程目标关系表注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与各项毕业要求的关联度。

数字电路逻辑设计(第二版) 王毓银电子科技大学第1章绪论1.1 数字信号1.2 数制及其转换1.3 二一十进制代码（BCD代码）1.4 算术运算与逻辑运算1.5 数字电路1.6 VHDL1.7 本课程的任务与性质习题第2章逻辑函数及其简化2.1 逻辑代数2.1.1 基本逻辑2.1.2 基本逻辑运算2.1.3 真值表与逻辑函数2.1.4 逻辑函数相等2.1.5 三个规则2.1.6 常用公式2.1.7 逻辑函数的标准形式2.2 逻辑函数的简化2.2.1 公式法（代数法）2.2.2 图解法（卡诺图法）2.2.3 逻辑函数的系统简化法习题第3章集成逻辑门3.1 晶体管的开关特性3.1.1 晶体二极管开关特性3.1.2 晶体三极管开关特性3.2 TTL集成逻辑门3.2.1 晶体管一晶体管逻辑门电路（TTL）3.2.2 TTL与非门的主要外部特性3.2.3 TTL或非门、异或门、OC门、三态输出门等3.2.4 其他系列TTL门电路3.3 发射极耦合逻辑（ECL）门与集成注入逻辑（I2L）电路3.3.1 发射极耦合逻辑（ECL）门3.3.2 I2L逻辑门3.4 MOS逻辑门3.4.1 MOS晶体管3.4.2 MOS反相器和门电路3.5 CMOS电路3.5.1 CMOS反相器工作原理3.5.2 CMOS反相器的主要特性3.5.3 CMOS传输门3.5.4 CMOS逻辑门电路3.5.5 BiCMOS门电路3.5.6 CMOS电路的正确使用方法3.6 VHDL描述逻辑门电路3.6.1 VHDL描述电路的基本方法3.6.2 VHDL描述逻辑门电路习题第4章组合逻辑电路4.1 组合逻辑电路分析4.1.1 全加器4.1.2 编码器4.1.3 译码器4.1.4 数值比较器4.1.5 数据选择器4.1.6 奇偶产生/校验电路4.2 组合逻辑电路设计4.2.1 采用小规模集成器件的组合逻辑电路设计4.2.2 采用中规模集成器件实现组合逻辑函数4.3 组合逻辑电路的冒险现象4.3.1 静态逻辑冒险4.3.2 如何判断是否存在逻辑冒险4.3.3 如何避免逻辑冒险4.4 VHDL描述组合逻辑电路4.4.1 VHDL表达式、运算符和数据类型4.4.2 在结构体行为描述中常用语句4.4.3 结构描述语句4.4.4 VHDL语句描述组合逻辑电路习题第5章集成触发器5.1 基本触发器5.1.1 基本触发器电路组成和工作原理5.1.2 基本触发器功能的描述5.2 钟控触发器5.2.1 钟控R—S触发器5.2.2 钟控D触发器5.2.3 钟控J-K触发器5.2.4 钟控T触发器5.2.5 电位触发方式的工作特性5.3 主从触发器5.3.1 主从触发器基本原理5.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象5.3.3 主从J-K触发器集成单元5.3.4 集成主从J-K触发器的脉冲工作特性5.4 边沿触发器5.4.1 维持一阻塞触发器5.4.2 下降沿触发的边沿触发器5.4.3 CMOS传输门构成的边沿触发器5.5 VHDL描述触发器5.5.1 时钟信号和复位、置位信号的VHDL描述5.5.2 触发器的VHDL描述习题第6章时序逻辑电路6.1 时序逻辑电路概述6.2 时序逻辑电路分析6.2.1 时序逻辑电路的分析步骤6.2.2 寄存器、移位寄存器6.2.3 同步计数器6.2.4 异步计数器6.3 时序逻辑电路设计6.3.1 同步时序逻辑电路设计的一般步骤6.3.2 采用小规模集成器件设计同步计数器6.3.3 采用小规模集成器件设计异步计数器6.3.4 采用中规模集成器件实现任意模值计数（分频）器6.4 序列信号发生器6.4.1 设计给定序列信号的产生电路6.4.2 根据序列循环长度M的要求设计发生器电路6.5 时序逻辑电路的VHDL描述6.5.1 移位寄存器的VHDL描述6.5.2 计数器的VHDL描述习题第7章半导体存储器7.1 概述7.1.1 半导体存储器的特点与应用7.1.2 半导体存储器的分类7.1.3 半导体存储器的主要技术指标7.2 顺序存取存储器（SAM）7.2.1 动态CMOS反相器7.2.2 动态CMOS移存单元7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器（SAM）7.3 随机存取存储器（RAM）7.3.1 RAM的结构7.3.2 RAM存储单元7.3.3 RAM集成片HM6264简介7.3.4 RAM存储容量的扩展7.4 只读存储器（ROM）7.4.1 固定ROM7.4.2 可编程ROM7.4.3 利用ROM实现组合逻辑函数7.4.4 EPROM集成片简介习题第8章可编程逻辑器件8.1 可编程逻辑器件基本结构8.1.1 “与一或”阵列结构8.1.2 查找表结构8.1.3 可编程逻辑器件编程技术8.2 简单可编程逻辑器件（SPLD）8.2.1 PAL器件的基本结构8.2.2 GAL器件的基本结构8.2.3 典型GAL器件8.3 复杂可编程逻辑器件（CPLD）8.3.1 概述8.3.2 可编程互连阵列结构CPLD8.3.3 全局互连结构CPLD8.4 现场可编程门阵列（FPGA）器件8.4.1 概述8.4.2 连续互连型FPGA器件8.4.3 分段互连型FPGA器件8.4.4 FPGA器件特点8.5 可编程逻辑器件的开发8.5.1 PLD设计流程8.5.2 PLD编程与配置习题第9章脉冲单元电路9.1 脉冲信号与电路9.1.1 脉冲信号9.1.2 脉冲电路9.2 集成门构成的脉冲单元电路9.2.1 施密特触发器9.2.2 单稳态触发器9.2.3 多谐振荡器9.3 555定时器及其应用9.3.1 555定时器的电路结构9.3.2 用555定时器构成施密特触发器9.3.3 用555定时器构成单稳态触发器9.3.4 用555定时器构成多谐振荡器习题第10章模数转换器和数模转换器10.1 概述10.1.1 数字控制系统1O.1.2 数据传输系统10.1.3 自动测试和测量设备10.1.4 多媒体计算机系统10.2 数模转换器（DAC）10.2.1 数模转换原理和一般组成10.2.2 权电阻网络DAC10.2.3 R-2R倒T形电阻网络DAC10.2.4 单值电流型网络DAC10.2.5 集成DAC及其应用举例10.2.6 DAC的转换精度与转换速度10.3 模数转换器（ADC）10.3.1 模数转换基本原理10.3.2 并联比较型ADC10.3.3 逐次逼近型ADC10.3.4 双积分型ADC10.4 集成ADC及其应用举例10.4.1 双积分型集成ADC10.4.2 逐次逼近型集成ADC10.4.3 ADC的转换精度和转换速度习题第11章数字系统设计基础11.1 数字系统设计的基本方法11.1.1 数字系统的组成11.1.2 数字系统设计方法11.2 系统控制器的描述11.2.1 ASM图描述方法11.2.2控制器设计——硬件实现11.2.3控制器设计——软件设计（VHDL描述）11.3 数字系统设计举例11.3.1 方案构思11.3.2 顶层的VHDL实现11.3.3 次级模块电路分析与设计11.3.4 控制器电路的设计习题附录一半导体集成电路型号命名方法附录二集成电路主要性能参数附录三二进制逻辑单元图形符号说明主要参考文献汉英名词术语对照。

寄存器实验实验报告一. 引言寄存器是计算机中重要的数据存储器件之一，用于存储和传输数据。

通过对寄存器进行实验，我们可以更好地理解寄存器的工作原理和应用。

本实验旨在通过设计和测试不同类型的寄存器，深入掌握寄存器的各种功能和操作。

二. 实验设计本实验设计了两个寄存器的实验，分别为移位寄存器和计数器寄存器。

1. 移位寄存器实验移位寄存器是一种特殊的串行寄存器，它能够实现对数据位的移位操作。

本实验设计了一个4位的移位寄存器，分别使用D触发器和JK触发器实现。

实验步骤如下：1) 首先，根据设计要求将4个D或JK触发器连接成移位寄存器电路。

2) 确定输入和输出端口，将输入数据连接到移位寄存器的输入端口。

3) 设计测试用例，输入测试数据并观察输出结果。

4) 分析实验结果，比较不同触发器类型的移位寄存器的性能差异。

2. 计数器寄存器实验计数器寄存器是一种能够实现计数功能的寄存器。

本实验设计了一个二进制计数器，使用T触发器实现。

实验步骤如下：1) 根据设计要求将多个T触发器连接成二进制计数器电路。

2) 设计测试用例，输入计数开始值，并观察输出结果。

3) 测试计数的溢出和循环功能，观察计数器的行为。

4) 分析实验结果，比较不同计数器位数的性能差异。

三. 实验结果与分析在实验过程中，我们完成了移位寄存器和计数器寄存器的设计和测试。

通过观察实验结果，可以得出以下结论：1. 移位寄存器实验中，无论是使用D触发器还是JK触发器，移位寄存器都能够正确地实现数据位的移位操作。

而使用JK触发器的移位寄存器在性能上更加优越，能够实现更复杂的数据操作。

2. 计数器寄存器实验中，二进制计数器能够准确地实现计数功能。

通过设计不同位数的计数器，我们发现位数越多，计数范围越大。

综上所述，寄存器是计算机中重要的存储器件，通过实验我们深入了解了寄存器的工作原理和应用。

移位寄存器和计数器寄存器都具有广泛的应用领域，在数字电路设计和计算机系统中起到了重要作用。

数字设计原理与实践 (第四版 )_课后习题答案数字设计原理与实践 (第四版) 是一本广泛使用于电子工程、计算机科学等领域的教材，它介绍了数字电路的基础知识和设计方法。

课后习题是巩固学习内容、提高理解能力的重要部分。

下面是一些课后习题的答案，供参考。

第一章绪论1. 什么是数字电路？数字电路是一种使用二进制数表示信息并通过逻辑门实现逻辑功能的电路。

2. 简述数字系统的设计过程。

数字系统的设计过程包括需求分析、系统规格说明、逻辑设计、电路设计、测试和验证等步骤。

3. 简述数字电路的分类。

数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。

组合逻辑电路的输出只取决于当前输入，时序逻辑电路的输出还受到过去输入的影响。

4. 什么是门电路？门电路是由逻辑门组成的电路，逻辑门是实现逻辑运算的基本模块。

第二章组合逻辑电路设计基础1. 简述一下布尔代数的基本概念。

布尔代数是一种用于描述逻辑运算的数学系统。

它包括逻辑变量、逻辑表达式、逻辑运算等概念。

2. 简述编码器和译码器的功能和应用。

编码器用于将多个输入信号转换为较少的输出信号，译码器则将少量输入信号转换为多个输出信号。

它们常用于数据压缩、信号传输和地址译码等应用中。

3. 简述多路选择器的功能和应用。

多路选择器根据选择信号选择其中一个输入信号并输出，它可以实现多个输入信号的复用和选择。

它常用于数据选择、信号传输和地址译码等应用中。

第三章组合逻辑电路设计1. 简述组合逻辑电路的设计方法。

组合逻辑电路的设计方法包括确定逻辑功能、编写逻辑表达式、绘制逻辑图和验证电路正确性等步骤。

2. 请设计一个3位二进制加法器。

一个3位二进制加法器可以通过将两个2位二进制加法器和一个与门连接而成。

3. 简述半加器和全加器的功能和应用。

半加器用于实现两个二进制位的相加，它的输出包括和位和进位位。

全加器则用于实现三个二进制位的相加，它的输出包括和位和进位位。

它们常用于二进制加法器的设计。

第四章时序逻辑电路设计基础1. 简述触发器的功能和应用。