数字逻辑电路范文
时间:2023-04-05 18:45:52
导语:如何才能写好一篇数字逻辑电路,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
一、引言
《数字逻辑》是一门实践性、技术性很强的基础课。随着现代数字电子技术的发展,数字逻辑这门课程的教学目标和教学方法也在不断的发生变化。如果学生没有扎实的理论知识作为基础,就不能很好的去指导实践;同样如果在实践课上没有弄清硬件结构,也就难以去理解理论知识。所以,理论课程和实践课程的有机结合,是我们教学工作者的重中之重。对于《数字逻辑电路》这门课程的教学,笔者认为如能注重教学方法,讲究教学的艺术性将会取得较好的教学效果。
课堂教学在整个教学中是最重要的一环。当然教学是教师和学生双方面的结合,要使我们所传授的知识真正为学生所理解与掌握,就必须要了解学生的接受能力,并把握学生的学习心理,采用恰当的教学方法,使学生对所学的内容产生兴趣,然后由浅入深,才能引导学生积极思考,从而产生理想的效果。
数字逻辑理论抽象,如能通过“形象思维”来培养学生的“抽象思维”,我觉得不失为一种好的教学方法。例如在讲述“多数表决器”真值表时,可用运动会的举重比赛项目的评判运动员举重成功与否的红灯和白灯多少来比喻,经这一比喻,“多数表决器”真值表的功能很快地让学生理解了。对于记忆触发器的激励表,则把它转变成记忆触发器的状态图。多用些比喻,多分析结论的逻辑意义,这种生动活泼的课堂气氛可以开拓学生的形象思维,使他们对数字逻辑的学习能自始至终保持浓厚的学习兴趣。实践证明,在快乐中学习才能使学生学习起来感到轻松、学有所获。
总而言之,要想使自己的教学能够为学生所接受,就必须下苦功夫,在认真备课的前提下,不断总结自己的和别人的教学经验,不断加强自身的学问修养,才能使自己在教学中得心应手,取得良好的教学效果。
二、数字逻辑教学的要点
1.以基础实验为主导,培养学生的实际操作能力。基础实验是《数字逻辑电路》教学中的一个重要的环节,通过这些基础实验,不仅能提高学生对数字逻辑电路的认识,更重要地是培养了学生的学习兴趣,以及有效地提高学生的动手能力,使学生在教学活动中真正学有所得,学有所获。如我院在《数字逻辑电路》教学中安排了9个基础实验,这其中既有组合线路的设计,又有时序线路的设计,实验体系从简单门电路的测试延伸到较复杂电路的设计,内容比较全面也相对合理。
2.适量增开PLD仿真实验,提高学生综合分析及设计能力。随着微电子技术和计算机技术的发展,实验手段正不断得到更新、完善和开拓。除了可以用常规TTL逻辑器件外,也可采用可编程逻辑器件PLD,借助计算机辅助设计软件实现;在《数字逻辑》实验大纲中,安排了多项PLD实验项目,如:LED译码器、八位左移寄存器和四位三级先进后出堆栈等;像上述代码转换器的实例,经过功能设计,仅需用简单的VHDL语言实现。面对PLD器件及技术的迅速发展,基于PLD器件的实验将成为今后硬件实验的一个重要的发展方向。为此我们采用科技讲座,讲解理论知识,并通过兴趣小组给予同学参与的机会。
通过让学生熟悉基于PLD器件的仿真实验的设计和开发过程,可以使学生掌握一种全新高效的数字系统的设计方法,为今后将其应用到实际的硬件实验中打下良好的基础,从而也可使学生摆脱硬件实验中繁琐的物理连线,把主要精力投入到对实验的设计及实现上来。
3.以开放实验室为依托,培养学生主动探索的习惯。课堂上重点讲授的知识和方法,学生要在自学和实验教学这两个环节中得到进一步巩固和理解。学生既可以围绕提出的问题和学习目标来自行设计和完成某个专题实验,也可能会为了解决自己在自修中产生的一些问题及想法去进行某个实验。这就要求实验教学应该成为开放式的教学,从而充分调动学生自身的学习热情和积极性,并使学生能够在观察现象、提出问题、分析问题和解决问题方面得到能力上的培养和锻炼,并养成主动探索的习惯。
篇2
关键词:教学改革;数字逻辑电路;C语言
中图分类号:G642 文献标识码:B
文章编号:1672-5913(2007)10-0090-03
引言
数字逻辑电路课是高等学校计算机科学技术专业的一门必修基础课。在计算机专业基础课程中,它是微机原理与应用、微机接口技术、计算机组成与系统结构等课程的前导课程,有着承上启下的重要地位。该课程从电子计算机的基本硬件组成及数字电子技术着手,对计算机的组成部件的基本电路工作原理展开讨论,使学生掌握有关计算机硬件方面的基础知识,尤其是各数字逻辑电路的基本功能,构成整机数字系统的技术,为培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用能力打下最基本的基础知识。
数字逻辑电路这门课程学习结果的好坏将对计算机专业的后续课程的学习产生很大的影响。数字逻辑电路是学好计算机专业基础课的必要途径,因此应该重视这门课程教学方法的改进。为了改革目前的数字逻辑电路课教学方法,我们探索了新的数字逻辑电路教学方法,即基于计算机高级语言的数字逻辑电路教学方法。本数字逻辑电路教学方法的特点是用计算机高级语言C语言对数字逻辑电路的基本功能进行描述和实验,也就是用计算机高级语言对我们在数字逻辑电路课程中讲解的全部基本数字逻辑电路进行表示。本方法特别适合与计算机专业的学生,因为计算机专业的学生在学习数字逻辑电路课程之前都学习过了计算机高级语言C语言。这使得他们能够较好的理解数字逻辑电路的这种表示方式,同时也能够使他们在学习数字逻辑电路的这种表示方式中复习计算机的高级语言,并且可以扩展学生的知识面,培养和训练学生的创新能力。它不但能够进行数字逻辑电路的基本教学,还可以用于数字逻辑电路的实验教学和课程设计。
1数字逻辑电路的C语言描述
C语言功能丰富,表达能力强,使用灵活方便,目标程序效率高,可移植性好,适合编写各种软件,尤其是系统软件,所以C语言已在诸多领域得到广泛的应用。目前许多高等院校,都在计算机专业开设了C语言课程。利用C语言可以编写出简洁、紧凑、高效的程序。C51是在完全支持标准C全部指令的基础上添加了许多用来优化8051指令结构的C的扩展指令而形成的,其程序结构也类似于标准C程序的编写。随着嵌入式技术的不断发展以及C语言在嵌入式应用中的不断普及,C程序设计技术在嵌入式系统中将得到广泛的应用。
数字逻辑电路通常分为组合数字逻辑电路和时序数字逻辑电路两大类,组合数字逻辑电路常用的描述方法是逻辑图、逻辑代数式、真值表和卡诺图,它们均可对同一个组合逻辑问题进行描述,知道其中的任何一个,就可以推出其余的三个。随着EDA技术的发展,目前又出现了硬件描述语言的数字逻辑电路描述法。与用硬件描述语言类似的方法,本文探索了在微控制器中的C51程序描述法。例如对一个三变量的一致电路的描述:
三变量的一致电路就是当A、B、C三个变量一致时,电路输出高电平;当三个变量不一致时,电路输出低电平。
用逻辑代数式表示为:F=ABC+
用C51语言描述为:
Main()
{ sbit a=P1.0; // 定义布尔输入变量a是微控制器的P1.0口
sbit b=P1.1; // 定义布尔输入变量b是微控制器的P1.1口
sbit c=P1.2; // 定义布尔输入变量c是微控制器的P1.2口
sbit f=P2.0; // 定义布尔输出变量f是微控制器的P2.0口
while(1){ // 无限循环
P1=0xff;
if (a==b==c)
f==1;
elsl f==0;
}
} // P1为输入口,P2为输出口
从以上的C51程序可以看出,这样的数字逻辑电路描述方法,对于计算机专业的学生,只要学习过C语言是非常容易理解的,而且用该方法描述的数字逻辑电路也容易用下面介绍的实验方法中得到验证。
2在教学中的应用原则
2.1教学重点
笔者认为对于计算机专业的数字逻辑电路课,教学重点在于让学生能够很好地理解常用数字逻辑电路的逻辑功能,至于这些数字逻辑电路的实现方法有一些概念就可以了,没有必要掌握数字逻辑电路的中小规模集成电路实现方法。而这些中小规模集成电路实现的数字逻辑电路在我们目前所用的教材中往往是重点讲解的,这点对于计算机专业的学生就不是很合适。事实上,本文探索的用C51程序描述数字逻辑电路,就是基于微控制器的用软件实现的数字逻辑电路。这就是说数字逻辑电路课程的重点内容是理解数字逻辑电路的逻辑功能。而具体用什么方法实现这个逻辑功能就不是太重要了。用中小规模集成电路、可编程逻辑电路和软件来实现都是可以的。
2.2应用实例
根据笔者的多年教学实践经验,在计算机专业的数字逻辑电路课程教学中,灵活运用本文论述的C51程序描述法,结合传统的数字逻辑电路的描述方法,取得到了较好的教学效果。
如:对于在计算机专业中用到的较多的逻辑电路“译码器”。用逻辑代数描述为:
用C51程序可以描述为:
main()
{ sbit a=P1.0; // 定义布尔输入变量a,b,c为微控制器的P1口
sbit b=P1.1;
sbit c=P1.2;
sbit y0=P2.0; // 定义布尔输出变量y0~y7是微控制器的P2口
sbit y1=P2.1;
sbit y2=P2.2;
sbit y3=P2.3;
sbit y4=P2.4;
sbit y5=P2.5;
sbit y6=P2.6;
sbit y7=P2.7;
while(1){ // 无限循环
P1=0xff;
y0=y1=y2=y3=y4=y5=y6=y7=0;
if (a==0&&b==0&&c==0) y0=1;
if (a==0&&b==0&&c==1) y1=1;
if (a==0&&b==1&&c==0) y2=1;
if (a==0&&b==1&&c==1) y3=1;
if (a==1&&b==0&&c==0) y4=1;
if (a==1&&b==0&&c==1) y5=1;
if (a==1&&b==1&&c==0) y6=1;
if (a==1&&b==1&&c==1) y7=1;
}
}
因此,在数字逻辑电路课程中,让学生懂得作为计算机专业的学生,单单学会数字逻辑电路的硬件实现方法是不够的,还应当让学生从一开始就重视学习计算机软硬件的相互关系。如果教师在数字逻辑电路课程的教学中运用本文论述的方法,引导学生从计算机软件和硬件层次上去认识数字逻辑电路知识,对学生学好后续专业课程有着积极的促进意义。
3实验教学方法
3.1硬件结构
本实验方法的硬件部分主要由PC机以及微控制器电路和多个LED电路组成。微控制器选用Philips公司生产的P89C51RD2BN。该芯片内部集成了多种功能部件,如四个8位的数字I/O口,8路A/D转换接口、UART、定时器、看门狗定时器和FLASH存储器等。微控制器的主要功能是:用户输入输出端口状态扫描输入,用户输入输出端口信号输入和数字信号显示等。实验硬件组成框图如图1所示。
图1 实验硬件组成框图
3.2ISP实现原理
本实验方法的关键是ISP技术。P89C51RD2BN的系统编程是通过标准RS232串口来完成的,它是一种内嵌的在线可编程。内部有一系列的硬件资源,当微控制器对自身的Flash存储器进行编程时,所有底层操作都由这些内部资源来完成。ISP编程不需要将微控制器从系统中取出,只要用一个开关将PSEN强行拉低,ALE管脚悬空,系统便在上电复位后进入ISP状态。通过免费的编程软件Flashmagic下载二进制文件到微控制器,就可以运行程序了。
3.3实验方法
如图1所示,实验时先把ISP控制开关放置在ISP位置上,在PC机上输入需要实现的数字逻辑电路的C51程序,然后经过C51编译器编译,生成二进制文件形式的目标程序文件,然后使用Flashmagic软件把目标程序下载到微控制器中,再把ISP控制开关放置到微控制器的正常工作状态,按动复位按钮,微控制器中的程序就可以正常运行了。这时可以在输入拨位开关上输入数字信号,在LED上可以观察到这个实验数字逻辑电路的逻辑功能的实现结果。改变输入拨位开关上输入的数字信号,可以得到不同的数字信号输入,在LED中可以观察分析实验数字逻辑电路的全部逻辑功能。
运用本实验方法进行的数字逻辑电路实验,由于实验所用到的硬件设备,除PC机以外的成本是极低的,可以实现把实验带回家的实验理念。在家里进行各种有创造性的实验。让学生真正成为实验学习的主人。
4结束语
本文论述的数字逻辑电路C语言描述方法具有易懂、直观、有创新性的特点。用该教学方法的实验装置结构简单、成本较低、维护方便、性能可靠。可以进行简单的组合数字逻辑电路实验,也可以进行时序逻辑电路的实验,能够搭建多种趣味电路。能满足基本教学的需要,也可以进行综合性、设计性实验。
参考文献
[1] 孙荣高,吕昂. 微控制器温室环境温湿度程序控制系统的研究与设计[J]. 微计算机信息,2005,(10):9-11.
[2] 陈科,李进. 基于ISP技术的单片机教学实验装置的研制[J]. 浙江理工大学学报,2006,(3):60-63.
[3] ,王彬. 将专业课知识融入高级语言程序设计教学[J]. 吉林大学学报(信息科学版),2005.
收稿时间:2007-2-16
篇3
Abstract: The introduction of the new course is an art of teaching, the successful introduction of new course can quickly attract the attention of students, and it is a successful half of the class. According to the characteristics of the course of "digital circuit and logic design", which is rich in content, theoretical abstraction, large span and strong practicality, this paper puts forward several specific new course introduction methods and applies them to the teaching process. Practice had proved that dull knowledge became lively and cheerful with these methods,and students took part in all discuss in classroom actively to improve the teaching and then successfully fulfill it.
P键词:新课导入;数字电路与逻辑设计;教学
Key words: the introduction of the new course;digital circuit and logic design;the teaching
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)11-0181-02
0 引言
《数字电路与逻辑设计》课程是测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及自动化、计算机等专业的一门专业基础课程。该课程详细介绍了数字逻辑的基础内容、逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器和触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的变换与产生、数模与模数转换、存储器和可编程逻辑器件[1]。该课程结合集成芯片,进行系统而广泛的描述,旨在培养学生了解和掌握典型数字集成电路的基本知识、使用方法和设计要点的基本技能。
该课程是许多专业的学生接触的第一门与实际电子、电器紧密相关的一门课程,更是学生学习今后专业课的基础。如何引导学生尽快入门,并且学好该课程,是教师需要认真考虑的一个重要问题。本文重点从新课导入方法来阐明如何学好该课程,因为良好的开端是成功的一半。新课导入引人入胜,可以产生凝聚效应,即凝聚学生的注意力、思想、情感,进而对该课程产生学习兴趣。本人根据教学经验的积累,将多种实用的导入方法总结归纳,根据知识点的特点,采用不同的新课导入方式,以期达到最有效的教学效果。
1 新课导入方法
1.1 史料法导入
《数字电路与逻辑设计》课程比较枯燥,教师如果适时、合理地将与该课程有关的历史人物或事件引入该课程,必将为枯燥的课程带来几分生动,同时激发学生的求知欲。如讲授数字电路与数字信号基础知识的时候,首先介绍电子技术的发展历程,从1906年福雷斯特等发明电子管,到1948年肖克利等发明晶体管。从60年代初出现的只有4个逻辑门的小规模集成电路,到目前使用的超大规模集成电路。每当电子器件有一次变革,电子技术就有一次突破性进展。每当电子器件发生变革的时候都伴随着与历史人物有关的有趣的小故事。通过历史人物的故事,加深学生对电子器件的认识。这样,很容易激发学生的学习兴趣,促使他们认真地去学习各种电子器件,并且深深体会每种器件所代表的时代特征,为后续知识的学习奠定基础。
1.2 温故导入
温故而知新是一种由已知向未知的导入方法,传统、简单、有效。通常以旧知识为铺垫,采用提问的方式复习已学知识,找出已学知识与新知识相联系的纽带,自然地过渡到对新知识的学习。这样既可以巩固所学知识,又可以帮助学生全面认识事物,提升学生的分析能力以及对知识的融汇贯通能力。比如讲授二进制数的算数运算时,先在黑板上给出一个十进制数,让学生转换成相应的二进制数、八进制数和十六进制数,这样不但复习了不同的数制,而且可以顺利引入二进制数的算数运算。因为加强了学生对十进制数到二进制数之间的转换之后,再来学进制数的运算就会事半功倍。
1.3 实例导入
实例导入即通过举例子或者练习题来回忆旧知识,并且很自然地过渡到新知识。比如,在最小项和卡诺图讲解结束,将要讲逻辑函数的卡诺图化简时。首先,给出一个逻辑函数表达式,接着提问学生“该表达式是不是最小项表达式?如果不是则写出其最小项表达式的形式和最小项编号的形式”;然后,根据学生已经写好的最小项表达式填写卡诺图,这样就通过一个例子将最小项和卡诺图的相关知识回忆和应用了一遍;最后,针对题目所给的逻辑函数表达式提问学生“该表达式是不是最简的形式呢?若不是该如何化简?”这时学生很自然地会用代数化简法进行化简,化简完成之后告诉学生代数化简法的缺点并引出卡诺图化简法。即代数化简法要求熟练掌握逻辑代数的基本定律,而且需要一些技巧,特别是经代数法化简后得到的逻辑表达式是否是最简式较难掌握,这就给使用代数化简法带来一定的困难,使用卡诺图化简法可以比较简单而直观地得到最简逻辑表达式。那么,这个时候学生自然会被卡诺图化简法所吸引,顺理成章进入新课程。
再比如,当讲解到编码器时,在讲解之前先举一个大家很熟悉的例子,即每个学生都有一个学号,名字可以重名,但是学号是唯一的,这就是用十进制数将学生进行了编码。紧接着提出“在数字电路里面,什么是编码呢?”带着该问题引入到新课的学习中。
以实例为桥梁导入新课的方法有很多种方式,都是通过举例吸引学生注意力,并且强化学生对理论知识的运用,使师生之间更容易产生互动。
1.4 对比导入
所谓对比导入就是根据新旧知识的关联点、异同点,采用正反对比的方式导入新课。《数字电路与逻辑设计》课程中功能相反、思路相反的例子很多。组合逻辑电路的分析与设计、时序逻辑电路的分析与设计、编码器与译码器等等。在讲授这些内容时,应用对比法导人可以使学生加深对所学知识的理解与掌握。
比如,组合逻辑电路的分析讲解结束,将要讲组合逻辑电路的设计时。首先,回顾组合逻辑电路的分析,即已知条件是逻辑电路,待求条件是逻辑功能;然后,紧跟着提问学生“如果反过来,即已知条件是逻辑功能,待求条件是逻辑电路,又该如何解决呢?”由此过渡到新课,即组合逻辑电路的设计。同样,同步时序逻辑电路的分析讲解结束之后,依然采用对比导入方式引出并讲解同步时序逻辑电路的设计。
又比如,在讲授译码器时,通过回顾编码器的工作过程对比引入译码器的工作过程。即先列出三位二进制编码器的编码表,然后说明译码器和编码器的工作过程相反,编码器是将某种信号或十进制数码(输入)编成二进制代码(输出),译码器则是将二进制码(输入)按其编码时的原意译成对应的信号或十进制数码(输出),从而很容易列出三位二进制译码器的状态表。这样,通过对比的方式回顾并学习了编码器的知识和译码器的状态表之后,再介绍译码器的其余知识就会很容易,学生也会很好地区别和理解编码器及译码器。同样,数据分配器和数据选择器、数~模转换器和模~数转换器、锁存器和触发器等很多内容的讲解都可以采用对比的方式。
1.5 实物导入
《数字电路与逻辑设计》课程是一门应用性、实用性都很强的课程,如果教师能恰当地选择一些与讲课内容密切相关又符合学生认知能力的电子小产品来导入新课,也不失为一种引发学生兴趣,培养解决实际问题的好方法。在讲组合逻辑电路设计时,笔者以“设计好的一个切实可行的表决器”为例导入新课,告诉学生们学完今天的内容,你就会做表决器,甚至更复杂的电子产品。这样理论和实际一下子联系起来了,学生们也一下子来了精神。此时,教师适时提问“实际中的表决器有什么特点?它属于什么电路?怎样实现呢?”这样因势利导地切入正题引入这节课要讲的内容。教师要善于引用学生熟悉的现象、事例来导入新课,使学生有一种亲切感和实用感,从而激发学生兴趣,让学生真正感受到学习了此课程我就可以做什么。
再比如,在讲授典型的时序逻辑电路的时候,将已经设计好的计数器带入教室,让学生们先了解一下其功能,以及现实生活中经常用到计数器的地方,加强理论与实际的联系;然后通过提问学生“计数器的电路是如何来设计的?怎样实现呢?”这样不仅可以有效地吸引学生注意力,而且很自然地过渡到新知识的讲解。需要实物导入的地方很多,再比如单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等的讲解都可以采用实物导入的方式,通过实物加深学生对理论知识的理解与巩固,提升学生的感性认识,从而使枯燥的课堂变得活跃、充满学习热情。
2 结束语
新课导入是课堂教学中一个必不可少的环节,是教师引导学生参与学习的过程和手段,也是教师必备的一项基本的教学技能,有效的课堂导入可以充分体现学生的主体地位和教师的主导作用。通过上述方法的实践证明:一些成功的、高效的新课导入可以开启学生的思维,提高教W质量,为学生后续专业课的学习奠定良好的基础。
参考文献:
[1]白彦霞,张秋菊.数字电子技术基础[M].北京:北京邮电大学出版社,2009.
篇4
【关键词】逻辑分析系统;示波器;数字电路
引言
当无故障的电路系统所判断的逻辑功能和数字电路所实现的逻辑系统不符时,则表明该系统出现了故障问题。数字电路的故障问题分为两大类,分别为:物理故障、逻辑故障。物理故障是因为内部的连线发生短接、电路原件损坏等原因。逻辑故障是因为数字电路系统的控制逻辑系统出现异常。在以上的故障当中,如果故障不随着时间的变化而改变我们称之为永久故障;如果故障时隐时现称之为间歇故障。数字电路的故障大多是因为固定性的逻辑故障,为了能够有效地检测故障,以确保数字电路的正常平稳工作,就需要对数字电路进行测试。要诊断以上问题的所在需要根据相关仪器进行确认,这些仪器能够精准的判断系统的问题所在,进而确定故障的准确位置。
通常使用逻辑分析仪的场合主要有:1、需要观察多个信号的问题。2、需要同硬件设施相同的方法查看信号。3、需要高低电平模式进行触发。4、查看及时跟踪软件在系统当中的作用与情况。
1 逻辑分析仪的相关概念
(1)通道数量:通道数量它是逻辑分析仪中最简单的指标。如果对数字电路系统进行全面的检查和分析,就必须将待测信号全部引入到逻辑分析仪当中。逻辑分析仪的通道数为被测系统的总线路数+数据总线书+时钟线数。针对8位系统而言,需要最少30个通道的逻辑分析仪,所以在一般情况下逻辑分析仪到多数通道数为34,到目前为止最高的通道数已经高达340个。
(2)定时采样速率:当进行定时采样的分析,需要拥有较高的分析采样速率。目前而言主流的逻辑分析仪采用的速率可达到2GS/s,在此速率下,能够观察到0.5ps时间的细节分布。
(3)状态分析速率:当进行状态分析时,逻辑分析仪外部的时钟是逻辑分析仪在采样时的基准时钟。该时钟的最高分析速率就是逻辑分析仪最佳状态下的分析速率。现在市面上的主流分析速率为100-500MHz。
(4)通道记录长度:逻辑分析仪当中的内存能够对其收集的数据进行对比、分析与转化。
(5)测试夹具与探头:探头是连接逻辑分析仪和被测器件的纽带。探头的它能够保持信号的完整。随着科技的发展,芯片的封装密度逐渐升高,如果想要将信号引出,非常的困难;与此同时现在的分立器的尺寸也逐渐变小。在此测试夹变得尤为的重要,它能够使人脱手操作,防止芯片因为短路而烧坏。
2 逻辑分析仪与示波器的对比
逻辑分析仪的起步较晚,因为示波器不能够同时满足多路的测试,所以逻辑分析仪被发明出来。在测试领域,示波器是相对最早的测试设备,它是基于雷达扫描原理,对信号进行收集和再现,源于传统的模拟电路和模拟信号基础。伴随着数字技术的进步,数字信号的测试尤为的重要,期初数字信号测试利用示波器,后来发明了状态分析仪和定时分析仪,由于二者的成本较高,所以市场的流通并不理想。
逻辑分析仪通常仅有俩个电压等级:低电压和高电压。逻辑分析仪它是通过收集的信号进行分析判定,低于参考电压为0,高于参考电压为1,形成0与1的数字波形。自逻辑分析仪诞生以后,它就被扣上操作繁琐,价格昂贵,对于使用人员需要很高的要求,与示波器相比仅仅多了几项功能的帽子。但是随着科技水平的发展,逻辑分析器的成本逐渐的降低,它已经逐步的成为基本的测试工具。
3 逻辑分析仪的应用
在使用逻辑分析仪时我们应该注意以下几点,就能够发挥其真正的作用。
(1)被测系统同逻辑分析仪的探头连接。在使用该工具之前,第一要选择适当的探头和需要被测的系统相连接,探头内部有着比较器能够将输入的电压和门限的电压二者进行比较,来确定逻辑状态。该探头的类型有很多,需要根据需要来选取对应的探头。最普遍的探头一般是点对点式的“夹子状”。逻辑探头能够将高质量的信号捕获,同时能够将影响限制到最低。逻辑探头还能够将高质量的信号传递到逻辑分析仪器中,与电路板有着多种连接方式。
(2)触发条件和时钟模式。当逻辑分析仪与需要被测的系统连接完毕后,就需要对触发条件以及时钟模式进行设置。异步捕获与同步捕获是逻辑分析器的两种特殊的捕获方式。
异步捕获模式:逻辑分析仪采用内部时钟对数据分析采样,采样速度快,测试的分辨率非常高。采样速率对于异步定时而言是非常的重要,异步捕获模式通常没有稳定的时间关系,其主要的关系为被测系统与时间的关系。同步捕获模式:该捕获模式通过利用一个被测信号作为时钟信号。逻辑分析仪一般情况下在外部的时钟边缘进行采样,所收集的数据能够代表逻辑信号被测电路的此时状态。逻辑分析仪收集的时钟信号一般被要求小于一定的频率,该频率为逻辑分析仪最大状态速率。逻辑分析器的一大优点就是能够对任何的逻辑条件进行触发。这样能够设定何时能够捕获数据,筛选捕获的数据,并且能够跟踪被测电路的逻辑状态,同时将被测系统中触发用户已经定义的事件。
(3)捕获被测信号。在使用逻辑分析仪之前需要确定逻辑分析仪的通道数。数字系统当中有着各不相同的宽度,通道数量通常情况下是总线宽的4倍。将捕获信号确定后,需要考虑逻辑分析仪的存储深度。逻辑分析仪会将捕获到的数据立刻传递给存储器当中。存储器它是逻辑分析仪的“心脏”,它不仅是被采样数据的目的地,而且还是逻辑分析仪分析数据的中心。
(4)分析与显示捕获数据。逻辑分析仪能够将捕获到的信号以不同的形式进行查看,例如二进制代码以及时间波形等形式。在一般情况下,相关人员使用总线形式来显示捕获数据。通常的逻辑分析仪能够观察多组平行的总线和相互管量的数据,这样能够了解逻辑代码的内涵。使用逻辑分析仪观察平行的总线时,首先需要先观察同步状态数据,如果同步状态数据出现问题,就需要去了解异步时钟数去解决问题所在。
4 结束语
逻辑分析仪的优点就是能够捕获并且显示许多信号,同时能够准确的分析这些被捕获的信号的逻辑关系和时间关系,逻辑分析仪是数字设计调试和判断过程中公认的最优秀的工具,它能够检验数字电路是否工作正常,帮助相关人员快速的排查电路系统问题。在当前逻辑分析仪的发展正在逐渐起步,随着时间的推进,在未来每一位工程师都能够轻松的使用逻辑分析仪。
参考文献:
[1]林玉池.测量控制与仪器仪表前沿技术及发展趋势[M].天津:天津大学出版社,2005.
[2]翟春林.业余逻辑分析仪[M].香港:无线电技术出版社,2003.
篇5
数字电路中“权”表示数字每一位具有的值。
从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路,或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。
(来源:文章屋网 )
篇6
高中人教版新课改物理教材选修3-1中编入了“简单的逻辑电路”一节,目的是接轨数字化现代生活,让学生感受到物理知识与生活的息息相关,从而培养他们对物理知识的亲近感,是现代化气息很浓的一节教学内容.
课程标准对本节的要求是让学生初步了解逻辑电路的基本原理以及它在自动控制中的应用,从中可以看出,本节在高考中的要求较低,属于认识和了解的Ⅰ类要求.不过笔者认为,随着科学技术的不断进步,本节或会成为将来高考中一个重要内容,并且是对学生实践能力的一个非常好的检验标准.
2设计理念
本节主要介绍逻辑电路中的“与”门、“或”门、“非”门等基本电路,对中学生来说比较抽象,不易理解,因为学生目前的认知水平是建立在直流电路的基础上,因此,我在教学过程中,要求学生像课本上介绍的那样,将它们与能够实现类似逻辑功能的直流电路相类比,这样解决问题就会容易多了,并可以帮助学生初步具备解决相关问题的能力.
3使用建议
本节非高考热点,在山东省考试中没有出现过类似题目,但是目前趋势山东卷要逐渐向全国卷靠拢,建议本节还是要认真讲解,因为门电路在生产、生活中的广泛应用已经成为某些大城市的热点考题,例如上海高考,相信在以后的高考中,山东也会逐渐重视此方面的教学.建议使用多媒体教学,多创设情境,希望各位同仁赐教.
4教学目标
知识与技能
(1)知道三种门电路的逻辑关系、符号及真值表;
(2)会用真值表表示一些简单的逻辑关系;
(3)会分析、设计一些简单的逻辑电路.
过程与方法
(1)通过实例与实验,理解“与”、“或”、“非”逻辑电路中结果与条件的逻辑关系;
(2)通过简单的逻辑电路设计,体会逻辑电路在生活中的意义.
情感态度价值观
(1)感受数字技术对现代生活的巨大改变.
(2)体验物理知识与实践的紧密联系; [HJ0.9mm]
(3)学生在自主探究、交流合作中获得知识,体会学习的快乐.
教学重点:本节的教学重点应放在“与”门的教学上,因为“与”门的逻辑关系,真值表,工作原理理解了,“或”门与“非”门就容易掌握了,可以增加学生的自主探究性学习.
教学难点:本节教学难点是逻辑关系的认识以及应用.
教学方法类比法讲授法师生互动
信息化资源多媒体辅助教学PPT投影仪
5教学过程
【新课引入】
【情景设疑】
教师: 我们知道从前年开始枣庄广电局就开始大力推广数字电视,那什么是数字电视呢?那我们以前看的电视叫什么电视呢?[HJ1mm]
篇7
关键词 数字电路;故障检测;原因
中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)09-0094-02
伴随着经济技术的迅猛发展,采用数字电路技术的产品遍布在大家生活的各个角落。正因为如此,电力工程方面的技术员在研发设计、调试安装、后期维护数字电路时可能会遇到一些问题。于是精通检测诊断数字电路故障的方法是保证数字电路能够有效研发生产的重中之重。
1 产生数字电路故障的原因
1.1 电路元器件的老化
电路元器件在使用时由于相互摩擦就会对其造成一定的损坏。电路元器件多数是金属质地的,如果长时间使用的话,电路元器件就会老化并且其参数性能也会变得很差。甚至一些电路元器件在极冷或极热的情况下就会导致其参数值的改变。
1.2 电路元器件接触不良
电路元器件接触不良是致使数字电路出现故障的最普遍的因素。在平时由于使用不当或没有妥善保管好,电器外壳遭到破坏,就可能发生电路元器件在潮湿的空气里或不小心把水溅进电器里这样的事情,于是就氧化了电器元件内部的焊点,电路板就极可能出现故障。
1.3 设备工作环境
设备能否顺利工作是要具备一定条件的,由于空间资源的限制不是全部的设备都能在完全没有干扰没有影响的的环境中工作,所以当工作环境如温湿度、电子磁场改变等不符合电路设备的需求的时候,数字电路便会出现故障,要想设备正常工作就很难了。
1.4 电路元件使用期限
不止是食品,电路元器件也有使用期限。在规定的使用期限内它的参数性能才最优。假如超出了使用的期限,电路元器件就会老化、参数性能降低,设备发生故障的机率就会变大。
2 数字电路故障的特点
2.1 数字电路特点
数字信号不管是在时间上还是在数值上都离散,数字电路是用来处理变换调制和解调这些信号的电路。其工作原理是利用“0”、“1”两个高低电平来表示离散的信号,看起来很繁琐,实际上基本电路非常简单。除三态门以外,输出状态不是高电平就是低电平。
数字电路根据逻辑功能可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路两种。按照功能说,时序逻辑电路具有记忆和表达功能,这一功能是由有着存储功能的触发器构成的电路来实现的。然而存储电路的输出状态必须在输出端上表现出来,并且要与输出端逻辑运算后来决定时序电路的输出电平。而组合逻辑电路是由多种电路构成的,那一时刻输入的电平来决定组合逻辑电路的输出电平,且它和之前电路的输出电平并无直接联系。
图示逻辑电路门级描述
2.2 故障特点分析
进行数字电路检测和诊断时,一定要根据时序逻辑电路和组合逻辑电路各自的顺序,仔细地观察数字电路的电平,判断是不是正常。然后逐个检测以发现产生故障的位置。除此之外,数字电路也是有一些物理缺陷的,组成集成电路的门和记忆元器件都封存在一个芯片里,所以对电路输入输出波形没有办法直接观察以致于检测它们的电平高低时困难重重,要想及时地查找到数字电路出现故障的位置,就要研究出方便且可行的检测电路故障的措施。
3 数字电路故障检测方法
3.1 直接观察检测法
有一些工作经验的电路维修者经直接观察来推理出现电路故障的大概位置。经过问询在发生电路故障时的现象来判断一下发生电路故障的可能原因,这样做既省时又省力。比如,电灯突然很亮然后又灭掉了,我们应考虑可能是短路造成的,然后查找出现故障的位置,最后解决问题。
3.2 比较检测诊断法
进行数字电路故障检测时,比较法是所有检测方法中较为常用的方法。一般情况下都需要尽快地检测出数字电路出现故障的问题,以便及时地解决,这时首先测试电路的关键点,记录下测试的参数值,再找没有损坏的,能正常工作的器件,对相应的关键点的参数值进行测试,比较两组参数值,数字电路发生故障的位置就在参数值不同的地方。然而大部分电路的故障发生的位置都在很细微的地方。由于在数字电路元器件生产时,厂商会特别注意电路板薄弱的关键点上,来保证器件的质量,于是电路故障发生的位置常常不在电路板的这些关键点上。于是比较检查法还有一定的缺陷。
3.3 替代检测法
电路复杂时,一般方法检测不出故障时,这时用替代检测法来检测电路故障位置。替代检测法就是用同样的电路元器件来替换数字电路里的电子元器件,不过代替电路元器件的元器件参数性能要好一些,不然的话仍然没有办法检测出电路故障出现的位置。当质量好一点的电路元器件替换好后,连接上电源,观察电路板是不是能正常地工作。假如能正常工作就表明原电路元器件出现了故障,反之,就表明原电路元器件没有故障。不管怎么说,替代检测法在一定程度上也是费力和麻烦的。
4 结束语
现如今科学技术快速发展,数字电路也显得尤其重要。只有探究出数字电路检测诊断的好方法,才能更好地把数字电路运用到现实生活里。要及时预防并解决可能出现的电路故障,防止给大家的生活带来极大的不便。于是在此基础上,我们要不断地寻找出数字电路检测诊断的方法和措施,及实地解决实际的电路故障,为大家的优质生活服好务尽到责,以满足社会进步发展的需求。这一切都需要专业人员以及非专业人员的共同努力来完成。
参考文献
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篇8
对课程学时进行大幅度削减,保留了电路和模拟电子技术中必要的基本理论、基本知识和基本技能,同时删除了与后续计算机和软件工程专业关系不大的知识内容。例如,删除了电路部分的网络函数、二端口网络及信号与系统的相关内容等,为计算机及软件专业学习后续课程以及从事与专业有关的工程技术工作打下基础。计算机相关新技术日新月异,发展速度极快,这样的改革不仅为计算机类相关专业后续的专业课程提供课时空间,更重要的是提供了学生在校期间学习最新技术,培养创新能力的机会。
课程改革不能矫枉过正
经过课程改革,《电路电子技术》课程在计算机软件专业应用了6年后,在2010—2011学年软件专业从本身的专业方向考虑,取消了《电路电子技术》课程,而其后续课程《数字逻辑》予以保留,笔者对此表示质疑。下面从几个方面表述观点:
1软件技术人才的局限
软件工程是指开发、操作和维护软件系统的规范和可度量的方法,由于软件工程专业重点是培养工程技术人才,不同学校的专业培养可以有不同的侧重。因此,软件工程专业的课程规划应强调工程性、实用性和系统性。培养目标的不同,将导致各学院在基础课程设置和实践重点方面的侧重点不同。《电路电子技术》课程强调的是电路与电子技术基础,注定其理论性强,但它又是学生遇到的第一门介于科学类和工程类之间的课程,且有广阔的工程应用背景,是学生从理论学习到工程应用的过渡,将为他们今后从事工程技术工作打下坚实的基础。软件工程专业的课程规划一方面应强调工程性、技术性、系统性、实用性、复合型和综合性,另一方面也要充分强化基础课程的学习。软件工程学科发展迅速,从2011年起将其从计算机学科分离出来,成为一个一级学科,无论其发展过程如何,对于涉“电”专业而言,《电路原理》和《模拟电子技术》的基本理论是必不可少的专业技术基础课程。
2课程设置缺乏系统性
《电路电子技术》曾经是计算机专业科学技术和软件工程的共有理论基础课,对计算机硬件的深入学习起着非常关键的作用,并且直接影响着后续课程的掌握,如《数字电子技术》、《计算机网络》等。特别是软件专业后续课程,如《数字逻辑》。数字逻辑是数字电路逻辑设计的简称,其内容是应用数字电路进行数字系统逻辑设计。电子数字计算机是由具有各种逻辑功能的逻辑部件组成,这些逻辑部件按其结构可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路是由与门、或门和非门等门电路组合形成的逻辑电路;时序逻辑电路是由触发器和门电路组成的具有记忆能力的逻辑电路。有了组合逻辑电路和时序逻辑电路,再进行合理的设计和安排,就可以表示和实现逻辑代数的基本运算。而现代数字电路又是建立在晶体管基础上的,所以《模拟电路》就成了《数字电路》的根基。模拟电子技术是一门研究对模拟信号进行处理的模拟电路的学科,它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件,包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。《模拟电子技术》的基础又是《电路原理》,《电路原理》是电子信息类专业的必修课,是以分析电路中的电磁现象,研究电路的基本规律及电路的分析方法为主要内容。电路分析是在电路给定参数已知的条件下,通过求解电路中的电压、电流而了解电网络具有的特性。
在《数字逻辑》课程讲解中,其内容渗透着电路和模拟电子的知识,例如,对数字逻辑中逻辑代数的讲解,逻辑“0”和逻辑“1”的电路实现,是有具体的电位定义的,由三极管搭接的非门电路是要通过电路计算才能确定电路参数及正确的工作状态。因此,没有《电路理论》的基础根本不懂电位的概念,当然更不会进行相关的电路计算,没有《模拟电子技术》的基础,就不懂三极管,当然也不会懂三极管的开关特性,没有之前电路和电子知识的铺垫,学生对该课程知识的理解和接受能力明显受到影响。所以,《电路原理》和《模拟电子技术》对《数字逻辑》的重要性是不言而喻的,《电路原理》、《模拟电路》以及《数字电路》,应该是一系列不可分离的、完整的知识体系。
对学生就业的影响
当今社会科技发展迅猛,本科毕业生就业压力加大,就业形势不容乐观。大众化高等教育的结果之一就是毕业生剧增,就业分配会愈来愈难。学生必须全面提高自身的综合素质,才能在社会激烈的竞争中立于不败之地,这就要求我们坚持和加强素质教育。教学内容的改革最终必须要体现在以社会需求为指导确定教学内容,注重理论和实践紧密结合,强调能力培养,注重教材内容的基础性和科学性。对于应用型本科院校,应加强工程应用教学,软件工程专业的教育目标定位于面向软件产业培养高素质的工程型软件实用人才。围绕这一定位,软件工程专业的高等教育应该围绕大型软件开发过程中的工程方法、关键技术和相关工具展开。在很多工程环境下,软件工程毕业生,需要同时掌握必要的硬件基础知识,才能对整个工程放眼全局,而《电路原理》和《模拟电子技术》是所有硬件知识的基础课。
篇9
【关键词】Multisim;血型匹配器;数据选择器;门电路
Multisim是由加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件。它不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的接口和比较全面的仿真分析功能,同时还提供了一个庞大的元、器件模型库和一整套虚拟仪表。与传统的电路设计相比,利用Multisim设计电路可以随时调整元器件参数以达到预期的要求,从而能降低电路设计成本,缩短设计周期,提高设计效率。
本文中作者提出用基本逻辑门电路:与非门、或门和数据选择器两种方法设计血型匹配器,并用Multisim10来进行设计与验证。
1.血型匹配检测血型的逻辑描述
本设计任务是设计一个血型匹配检测器。人的血型有A、B、AB、O四种,输血时输血者的血型与受血者的血型必须符合图1中用箭头指示的授受关系。
图1 血型匹配关系
Fig1 Blood matching relations
先用AB代表输血者的血型(00为A型血、01为B型血、10为AB型血、11为O型血),CD代表受血者的血型(00为A型血、01为B型血、10为AB型血、11为O型血),Y为输出(0为不匹配、1为匹配),那么可以列出输血、受血血型是否匹配的真值表,如表2所示:
表1 血型匹配真值表
Tab.1 The Truth Table of blood matching relations
2.运用Multisim进行组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路设计的一般步骤为:⑴进行逻辑抽象:根据设计要求确定输入与输出逻辑变量的物理意义;(2)写出逻辑真值表,找到输出与输入的全部对应关系;(3)写出逻辑式并化简;(4)画出逻辑图;(5)采用相应的逻辑器件进行布线。下面用两种方法进行设计:
2.1 用基本逻辑门电路实现
运行Multisim,在用户界面的左侧的虚拟仪表工具栏中找到逻辑转换器,在逻辑转换器上选用A、B、C、D四个输入,并在输出端输入相对应的血型匹配结果。如图2所示:
图2 逻辑函数
Fig2 Logical Functions
根据真值表可以写出逻辑表达式:
(1)
图3 逻辑式化简结果
Fig3 The Simplification results of the logical functions
利用逻辑转换器操作窗口的化简按钮,可在逻辑转换器窗口的最下端得到化简的结果:
(2)
同理可以利用逻辑转换器设计组合逻辑电路图如图4所示:
图4 基于门电路的组合逻辑电路
Fig4 Combination logic circuit based on the gate circuit
2.2 用数据选择器来实现血型匹配器
数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号,对输入端信号进行选择。八选一数据选择器74HC151是集成的有三个地址输入端A2、A1、A0,八个数据输入端D0~D7的中规模组合逻辑电路。74HC151数据选择器的功能可以用逻辑函数表示为:
(3)
根据公式(1)将AA2 BA1 CA0
因此逻辑式可以表示为:
(4)
故:
(5)
这样只要将数据选择器的输入端进行适当的设置便可以实现电路功能。运行Multisim,在Multisim的COMS集成电路器件库中找出74HC151、74HC04、VDD和接地符号,并连接电路如图5:
图5 基于数据选择器的组合逻辑电路
Fig5 Combination logic circuit based on the data selector
图中~G为控制端,低电平有效,将选择信号A、B、C(即A2、A1、A0)分别接(2)式中的前三个变量,将表达式中的第四个变量接到数据选择器的输入端,具体如上,这样在数据选择器的输出端Y端就可以得到血型匹配的结果了。用Multisim来验证逻辑功能,经过逻辑转换功能,可以得到与图2一样的逻辑真值表,可见用数据选择器也能够实现血型匹配器的功能。
3.总结
如上所述,运用Multisim可以很方便地进行数字电路的设计,基本逻辑门电路和数据选择器均可以很好地实现血型匹配器,经Multisim中的逻辑转换器验证,两种方法的最终逻辑功能相同,而用数据选择器能更加简洁地完成电路功能。通过设计实例可以看出,利用Multisim进行数字电路设计可以极大地提高设计效率,节约实验器材,显示结果直观。Multisim将成为为今后的电子电路设计和开发人员得力助手。
参考文献
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[8]潘松.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2010.
[9]任骏原等.数字电子技术实验[M].沈阳:东北大学出版社,2010.
篇10
(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710121)
摘要:为了高效地利用Verilog HDL语言中always行为建模语句设计集成电路,采用比较和举例论证的方法,总结出always语句中事件控制敏感信号对设计仿真的影响。always语句中敏感信号分为时钟边沿信号和电平信号,对于敏感信号为时钟边沿信号,仿真结果直观简单;但是对于敏感信号为电平信号,敏感信号必须是所有的输入和判断语句的信号,否则仿真结果不确定。
关键词 :Verilog HDL;always语句;敏感信号;时钟边沿信号;时钟电平信号
中图分类号:TN911.6?34;TP312 文献标识码:A 文章编号:1004?373X(2015)15?0032?03
收稿日期:2015?02?26
基金项目:陕西省教育厅专项科研基金(2013JK0626);西安邮电大学青年教师科研基金资助项目(101?1215;101?0473)
0 引言
硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)是一种用形式化方法来描述数字电路和系统的语言。Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的两种硬件描述语言,都是在20世纪80年代中期开发出来的,两种HDL 均为IEEE 标准。但是Veriolg 语言的很多规定与C语言相似,代码简单,有大量支持仿真的语句与可综合语句,对于初学者设计简单的数字系统,更容易学习和掌握[1]。所以,Verilog HDL语言在大规模集成电路和现场可编程门阵列设计中得到了广泛的应用[2?4]。
在集成电路设计中,Verilog语言中的always语句经常用来描述时序逻辑电路和组合电路。always语句是一种结构化的过程语句,是行为级建模的基本语句,它的语句格式为:always@(敏感事件列表),敏感事件可以是时钟边沿信号也可以是电平信号,分别对应时序逻辑电路和组合逻辑电路[5]。敏感事件列表中可以包含多个敏感事件,只要所列举的任意一种情况发生,都将激活事件控制,各个敏感事件之间是“或”的关系;但不可以同时包括电平敏感事件和边沿敏感事件,也不可以同时包括同一个信号的上升沿和下降沿,这两个事件可以合并为一个电平敏感事件。而且,按照语法要求,在always块中只能给寄存器变量赋值。
在实际应用中,敏感信号为时钟边沿信号,仿真综合结果一般正确。但是当敏感信号为电平信号时,情况就会变得复杂,仿真综合结果会变得不确定。文献[6]对always敏感信号与仿真结果的这种不确定性问题也进行了肯定,但是并没有进一步的分析。本文对always语句中的事件控制敏感信号出现的各种情况进行对比探讨,发掘always语句中敏感信号分别为时钟边沿信号和电平信号的差异,并通过仿真图形去验证。
1 敏感信号为时钟边沿信号
Always语句中的敏感信号如果为时钟边沿敏感事件,一般用来表示时序逻辑电路,时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的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,或者说,还与之前的输入有关。从电路行为上讲,不管输入如何变化,仅当时钟的沿(上升沿或下降沿)到达时,才有可能使输出发生变化[7]。这里以经常用到的D触发器为例,其仿真图如图1所示。
上面所述的D 触发器,赋值语句为q<=a|b,等式右端为wire型变量。再举个多敏感信号的时序逻辑电路的例子,比如带有清零端的16 分频,其仿真图如图2所示。
只要在always块的敏感信号表中定义有效的时钟沿,敏感词的作用立竿见影,然后使用过程赋值语句对信号赋值,就可以实现时序逻辑电路。
2 敏感信号为电平信号
always语句中的敏感信号如果为电平敏感事件,一般用来表示组合逻辑电路,组合逻辑电路的特点是输出信号只是当前时刻输入信号的函数,与其他时刻的输入状态无关,无存储电路。从电路行为上看,其特征就是输出信号的变化仅仅与输入信号的电平有关,不涉及对信号跳变沿的处理[8]。always电平敏感信号列表,必须将所有的输入信号和条件判断信号都列在信号列表中。有时不完整的信号列表会造成不同的仿真和综合结果,因此需要保证敏感信号的完备性。在实际的PLD 器件开发中,EDA 工具都会默认将所有的输入信号和条件判断语句作为触发信号,增减敏感信号列表中的信号不会对最终的执行结果产生影响,因此如果期望在设计中通过修改敏感信号来得到不同的逻辑,是不能实现的,这也是经常犯错的地方,这是因为仿真器在工作时不会自动补充敏感信号表。如果缺少信号,则无法触发和该信号相关的仿真进程,也就得不到正确的仿真结果。这里以一个2?4译码器为例,其仿真图如图3所示。
如果想用一个敏感信号来控制逻辑变化,比如当enable信号的电平发生变化时,再去译码,程序如下,仿真图如图4所示。
由图4 可以看出,这并不是所需的结果,这就是前面所说的,系统自动将所有的输入作为了敏感信号。
因此,在应用always块语句表述组合逻辑电路时,一定要注意敏感信号的完整性,要求触发为所有内部用到的信号,可以用always@(*),此时,综合工具和仿真工具会自动将所有的敏感信号自动加入敏感信号列表。
前面已经提到过always敏感信号不可以同时包括同一个信号的上升沿和下降沿,这两个事件可以合并为一个电平敏感事件。在设计中,一些初学的设计者经常在时钟的上升沿和下降沿都进行计数器加1,以为这样能实现倍频,仿真结果如图5所示。
从图5中可以发现并没有出现想要的结果,而是呈现出了高阻态。将直接加1运算改为直接的赋值语句,程序如下,仿真结果如图6所示。
从图6中可以看出,cnt8这个变量存储的是最后一次赋值,这时当always敏感信号为电平信号,系统默认为组合逻辑电路,虽然将信号定义为reg 型,但只是为了满足always 模块中的信号必须定义为reg 型的语法要求,最终的实现结果中并没有寄存器,在图5中出现高阻态,因为cnt8=cnt8+1是计数器,是时序逻辑电路。
3 结论
本文对Verilog语言中always块语句中的敏感信号进行了对比探讨,得到如下结论:
(1)如果敏感信号是时钟边沿触发信号,表示的是时序逻辑电路,而且在描述时序电路的always 块中的reg型信号都会被综合成寄存器,而且时序逻辑的敏感信号列表只需要加入所用的时钟触发沿即可。
(2)如果敏感信号是电平触发信号,表示的是组合逻辑电路,这里一定要注意敏感信号的完整性,即所有的输入和判断语句的信号都要加为敏感信号,否则,得不到想要的设计结果。
(3)在组合逻辑电路描述中,将信号定义为reg型,只是为了满足always模块中的信号必须定义为reg 型的语法要求,最终实现结果中并没有寄存器。
参考文献
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