用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整體上看，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。

從前面的介紹，大家已經(jīng)了解到數(shù)字電路是以二值數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)的，其工作信號(hào)是離散的數(shù)字信號(hào)。電路中的電子晶體管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，時(shí)而導(dǎo)通，時(shí)而截止。

數(shù)字電路的發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個(gè)時(shí)代。但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從60年代開(kāi)始，數(shù)字集成器件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件。隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件;70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

數(shù)字集成器件所用的材料以硅材料為主，在高速電路中，也使用化合物半導(dǎo)體材料，例如砷化鎵等。

邏輯門是數(shù)字電路中一種重要的邏輯單元電路 。TTL邏輯門電路問(wèn)世較早，其工藝經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，至今仍為主要的基本邏輯器件之一。隨著CMOS工藝的發(fā)展，TTL的主導(dǎo)地位受到了動(dòng)搖，有被CMOS器件所取代的趨勢(shì)。

近幾年來(lái)，可編程邏輯器件PLD特別是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的飛速進(jìn)步，使數(shù)字電子技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了新局面，不僅規(guī)模大，而且將硬件與軟件相結(jié)合，使器件的功能更加完善，使用更靈活。

數(shù)字電路或數(shù)字集成電路是由許多的邏輯門組成的復(fù)雜電路。與模擬電路相比，它主要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理(即信號(hào)以0與1兩個(gè)狀態(tài)表示)，因此抗干擾能力較強(qiáng)。數(shù)字集成電路有各種門電路、觸發(fā)器以及由它們構(gòu)成的各種組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)一般由控制部件和運(yùn)算部件組成，在時(shí)脈的驅(qū)動(dòng)下，控制部件控制運(yùn)算部件完成所要執(zhí)行的動(dòng)作。通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字電路可以和模擬電路互相連接。

1、 同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能

數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算(與、或、非、判斷、比較、處理等)，因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

2、 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠

以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒(méi)有影響，溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

3、 集成度高，功能實(shí)現(xiàn)容易

集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來(lái)越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展也從元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。電路的設(shè)計(jì)組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過(guò)編程的方法實(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。

1.實(shí)現(xiàn)D觸發(fā)器邏輯

//基本D觸發(fā)器

module D_EF(Q,D,CLK)

input D,CLK;

output Q;

reg Q; //在always語(yǔ)句中被賦值的信號(hào)要聲明為reg類型 寄存器定義

always @ (posedge CLK)

begin Q <= D; end

endmodule

//帶異步清0、異步置1的D觸發(fā)器

module D_EF(q,qn,d,clk,set,reset)

input d,clk,set,reset;

output q,qn;

reg q,qn;//寄存器定義

always @ (posedge clk or negedge set or negedge reset)

begin

if(!reset) begin q<=0;qn<=1;end//異步清0，低有效

else if(!set) begin q<=1;qn<=1;end //異步置1，低有效

else begin q<=d;qn<=~d;end

end

endmodule

//帶同步清0、同步置1的D觸發(fā)器

module D_EF(q,qn,d,clk,set,reset)

input d,clk,set,reset;

output q,qn;

reg q,qn;

always @ (posedge clk)

begin

if(reset) begin q<=0;qn<=1;end//同步清0，高有效

else if(set) begin q<=1;qn<=1;end //同步置1，高有效

else begin q<=d;qn<=~d;end

end

endmodule

2.一個(gè)二選一mux 和一個(gè)inv實(shí)現(xiàn)異或

1^ 0 = 1

0 ^ 0 = 0

0 ^ 1 = 1

1 ^ 1 = 0

==》

b=0時(shí)輸出 y=a;

b = 1時(shí) y=~a

3.邏輯代數(shù)基本運(yùn)算

4.FPGA求三角函數(shù)，反三角函數(shù)

復(fù)雜運(yùn)算——cordic算法

Cordic的方法核心就是偽旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)角θ細(xì)化成若干個(gè)大小固定的角度θi，規(guī)定θi滿足tanθi = 2^-i，通過(guò)一系列的迭代旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)θi，i為迭代次數(shù)，規(guī)定∑θi的范圍即旋轉(zhuǎn)角度θ的范圍為[-99.7, 99.7]。如果θ的大于這個(gè)范圍則可通過(guò)三角運(yùn)算操作轉(zhuǎn)化到該范圍的角度。

xn = 1/∏cosθi (x0cosθ – y0sinθ)

yn = 1/∏cosθi (y0cosθ – x0sinθ)

伸縮因子，KN = 1 / ∏cosθi，已知迭代次數(shù)，我們可以預(yù)先計(jì)算KN的值。

我們預(yù)先計(jì)算出KN的值，然后令x0 = ∏cosθi，y0 = 0，則上述公式可化簡(jiǎn)為

xn = cosθ

yn = sinθ

即可實(shí)現(xiàn)正弦、余弦操作了。

5.FPGA實(shí)現(xiàn)FIFO控制器

https://download.csdn.net/download/u014485485/10681181

6.全加器

7.SRAM，SSRAM，DRAM，SDRAM

SRAM 利用寄存器來(lái)存儲(chǔ)信息，所以一旦掉電，資料就會(huì)全部丟失，只要供電，它的資料就會(huì)一直存在，不需要?jiǎng)討B(tài)刷新，所以叫靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

DRAM 利用MOS管的柵電容上的電荷來(lái)存儲(chǔ)信息，一個(gè)DRAM的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的是0還是1取決于電容是否有電荷，有電荷代表1，無(wú)電荷代表0。但時(shí)間一長(zhǎng)，由于柵極漏電，代表1的電容會(huì)放電，代表0的電容會(huì)吸收電荷，這樣會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，因此需要一個(gè)額外設(shè)電路進(jìn)行內(nèi)存刷新操作。刷新操作定期對(duì)電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿電量的1/2，則認(rèn)為其代表1，并把電容充滿電;若電量小于 1/2，則認(rèn)為其代表0，并把電容放電，藉此來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。這也是DRAM中的D(Dynamic動(dòng)態(tài))的意思。由于DRAM只使用一個(gè)MOS管來(lái)存信息，所以集成度可以很高，容量能夠做的很大。SDRAM比它多了一個(gè)與CPU時(shí)鐘同步。

SRAM(Static Dynamic Random Access Memory)，它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。不像DRAM內(nèi)存那樣需要刷新電路，每隔一段時(shí)間，固定要對(duì)DRAM刷新充電一次，否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)即會(huì)消失，因此SRAM具有較高的性能，但是SRAM也有它的缺點(diǎn)，即它的集成度較低，相同容量的DRAM內(nèi)存可以設(shè)計(jì)為較小的體積，但是SRAM卻需要很大的體積，所以在主板上SRAM存儲(chǔ)器要占用一部分面積。

異步SRAM的訪問(wèn)獨(dú)立于時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入和輸出都由地址的變化控制。

SSRAM(Synchronous SRAM)即同步靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn);隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲(chǔ)，而是由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn);動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失;隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲(chǔ)，而是由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。

DDR SDRAM(Double-Date-Rate SDRAM)也稱作DDR RAM，這種改進(jìn)型的RAM和SDRAM是基本一樣的， 不同之處在于它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內(nèi)存，在很多高端的顯卡上，也配備了高速DDR RAM來(lái)提高帶寬，這可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

https://blog.csdn.net/acs713/article/details/8139404

8.D觸發(fā)器二分頻電路

9.有源濾波器和無(wú)源濾波器

濾波器有無(wú)源和有源之分,無(wú)源濾波器是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波。有源濾波器是利用可關(guān)斷電力電子器件，產(chǎn)生與負(fù)荷電流中諧波分量大小相等、相位相反電流來(lái)抵消諧波的濾波裝置。

無(wú)源可以看成額外吸收諧波的負(fù)載，被動(dòng)的吸收諧波;有源可以看成電源，主動(dòng)的生成反向諧波。

對(duì)于這個(gè)的理解可以從英文來(lái)理解。 (Passive power filter,PPF)，passive 可以理解為被動(dòng)的消極的 專業(yè)翻譯就是無(wú)源的。(Active power filter，APF) active 可以理解為主動(dòng)的，積極的，專業(yè)翻譯就是有源的。

10.傅里葉變換/拉普拉斯變換/Z變換

三種變換均是是將原先的時(shí)域信號(hào)變換到頻域進(jìn)行表示，在頻域分析信號(hào)的特征。當(dāng)信號(hào)變換到頻域后，就會(huì)出現(xiàn)很多時(shí)域中無(wú)法直接觀察到的現(xiàn)象。比如F域中的頻譜響應(yīng);L域中的系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷;Z域?yàn)V波器設(shè)計(jì)。

傅里葉變換粗略分來(lái)包括連續(xù)時(shí)間傅里葉變換(CTFT)、離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)。

CTFT是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變換到頻域，將頻率的含義擴(kuò)充之后，就得到拉普拉斯變換。

DTFT是將離散時(shí)間信號(hào)變換到頻域，將頻率的含義擴(kuò)充之后，就得到Z變換。

簡(jiǎn)而言之：

傅里葉變換只能對(duì)能量有限的信號(hào)進(jìn)行變換(也就是可以收斂的信號(hào))，無(wú)法對(duì)能量無(wú)限的信號(hào)進(jìn)行變換(無(wú)法收斂的信號(hào))進(jìn)行變換!

因此，拉氏變換由此誕生，他就是在傅里葉變換公式中乘以一個(gè)雙肩因子，使得能量無(wú)限的信號(hào)也能進(jìn)行時(shí)頻變換!

Z變換就是離散化的拉氏變換!

電子設(shè)備從以模擬方式處理信息，轉(zhuǎn)到以數(shù)字方式處理信息的原因，主要在以下幾個(gè)方面：

穩(wěn)定性好：數(shù)字電路不像模擬電路那樣易受噪聲的干擾。

可靠性高：數(shù)字電路中只需分辨出信號(hào)的有與無(wú)，故電路的組件參數(shù)，可以允許有較大的變化(漂移)范圍。

可長(zhǎng)期存儲(chǔ)：數(shù)字信息可以利用某種媒介，如磁帶、磁盤、光盤等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期的存儲(chǔ)。

便于計(jì)算機(jī)處理：數(shù)字信號(hào)的輸出除了具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)外，最主要的還是便于利用電子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行信息的處理。

便于高度集成化：由于數(shù)字電路中基本單元電路的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且又允許組件有較大的分散性，這就使我們不僅可把眾多的基本單元做在同一塊硅片上，同時(shí)又能達(dá)到大批量生產(chǎn)所需要的良率。