个人介绍
数字电路

主讲教师:

学校: 北京邮电大学
专业大类: 电子信息大类
开课专业: 数字媒体技术

本系列中徐惠民老师主要讲述了电路的输出与输入之间的逻辑关系,以及在数字电路中不能采用模拟电路的分析方法。例如,小信号模型分析法。还有数字电路中的器件主要工作在开关状态采用的分析工具。

讲师简介

数字电路

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。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二进制数据的数字电路。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。




数字电路以二值数字逻辑为基础,其工作信号是离散的数字信号。电路中的电子晶体管工作于开关状态,时而导通,时而截止。

数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件;70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

数字集成器件所用的材料以硅材料为主,在高速电路中,也使用化合物半导体材料,例如砷化镓等。

逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路 。TTL逻辑门电路问世较早,其工艺经过不断改进,至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇,有被CMOS器件所取代的趋势。

      数字电路或数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路。与模拟电路相比,它主要进行数字信号的处理(即信号以0与1两个状态表示),因此抗干扰能力较强。数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成,在时脉的驱动下,控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。通过模拟数字转换器、数字模拟转换器,数字电路可以和模拟电路互相连接。




按功能来分:

简称组合电路,它由最基本的逻辑门电路组合而成。特点是:输出值只与当时的输入值有关,即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能,输出状态随着输入状态的变化而变化,类似于电阻性电路,如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

简称时序电路,它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路(输出到输入)或器件组合而成的电路,与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是:输出不仅取决于当时的输入值,而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路,如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

      按电路有无集成元器件来分,可分为分立元件数字电路和集成数字电路。

按集成电路的集成度进行分类,可分为小规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、大规模集成数字电路(LSI)和超大规模集成数字电路(VLSI)。

      按构成电路的半导体器件来分类,可分为双极型数字电路和单极型数字电路。




数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础,使用二进制数字信号,既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等),因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。

以二进制作为基础的数字逻辑电路,可靠性较强。电源电压的小的波动对其没有影响,温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。

集成度高,体积小,功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便,随着集成电路技术的高速发展,数字逻辑电路的集成度越来越高,集成电路块的功能随着小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路,通过编程的方法实现任意的逻辑功能。




数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。

数字电路的分类:

包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。

前者研究脉冲的产生、变换和测量;后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。

数字电路的划分:

    1.按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

      前者在任何时刻的输出,仅取决于电路此刻的输入状态,而与电路过去的状态无关,它们不具有记忆功能。常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。

      后者在任何时候的输出,不仅取决于电路此刻的输入状态,而且与电路过去的状态有关,它们具有记忆功能。

    2.按结构分为分立元件电路和集成电路。

      前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。

      后者将元器件及导线制作在半导体硅片上,封装在一个壳体内,并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。


参考教材

课程评价

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课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 十进制数的二进制编码
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1.1.1 有权码和无权码
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1.2 格雷码
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1.2.1 8421BCD码的运算
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1.3 用补码表示负数
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2.1 逻辑变量和逻辑系统
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2.1.1 基本逻辑运算
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2.1.2 布尔代数公理及其他常用逻辑运算
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2.1.3 真值表
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2.2 逻辑代数的基本定律
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2.2.1 布尔代数的常用公式
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2.2.2 布尔代数的三个规则
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2.3 逻辑函数的标准表达式
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2.3.1 逻辑函数的最小项表达式
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2.3.2 逻辑函数的最大项表达式
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2.3.3 最小项表达式和最大项表达式的关系
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2.3.4 非标准表达式到标准表达式的转换
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2.3.5 任意项及其表示
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2.4 代数法化简逻辑函数
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2.5 卡诺图法化简逻辑函数
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2.5.1 逻辑函数的卡诺图表示
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2.5.2 卡诺图化简的步骤及举例
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2.5.3 多输出函数的化简
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3.1 数字集成电路的发展
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3.2 二极管与门电路
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3.3 三极管反相器
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3.4 TTL集成逻辑门电路
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3.4.1 TTL逻辑门的特性参数
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3.5 其他TTL集成门电路
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3.5.1 典型TTL特性参数
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3.6 CMOS集成电路
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3.6.2 其他CMOS逻辑电路
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3.6.3 CMOS集成电路的使用
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3.7.1 基本ECL门的组成
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3.7.2 ECL电路的特点
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4.1 组合逻辑电路的特点
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4.2.1 组合逻辑电路的分析步骤
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4.2.2 组合逻辑电路分析举例
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4.3.1 组合逻辑电路的设计步骤
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4.3.2 组合逻辑电路的实现方式
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4.3.3 组合逻辑电路设计举例
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4.4.1 加法器和减法器
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4.4.2 编码器
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4.4.3 译码器
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4.4.4 数据选择器
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4.4.5 数值比较器
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4.5.1 译码电路用作函数发生器
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4.5.2 用数据选择器作函数发生器
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4.5.3 用全加器作为数码转化器
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4.6 组合逻辑电路的竞争与冒险
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4.6.1 冒险的分类
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4.6.2 冒险的识别和消除
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5.1 时序逻辑电路的特点
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5.2 触发器的基本特性
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5.3 触发器的记忆作用
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5.4.1 基本RS触发器
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5.4.2 可控RS触发器
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5.4.3 其他可控触发器
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5.4.4 可控电位型触发器的局限性
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5.4.5 电位型触发器的应用:锁存器
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5.5 钟控型触发器
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5.5.1 主从触发器
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5.5.2 边沿触发器
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5.6 触发器的逻辑符号
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5.7.1 带使能端D触发器
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5.7.2 CMOS主从D触发器
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5.7.3 CMOS JK触发器
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5.8 触发器的转换
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5.9 集成触发器的时间参数
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5.10.1 寄存器
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5.10.2 移位寄存器
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6.1.1 时序电路的分类
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6.1.2 时序电路的描述
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6.2 同步时序电路的分析
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6.2.1 同步时序电路的一般框图
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6.2.2 序列信号发生器
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2014-02-21 116.98MB
 
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6.3 移位寄存器构成的时序电路
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6.3.1 环形计数器
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6.3.2 扭环形计数器
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6.4.1 计数器的设计
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6.4.2 序列信号发生器的设计
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2014-02-21 186.60MB
 
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6.4.3 M序列发生器
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2014-02-20 55.74MB
6.5 异步计数器
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6.6 中规模时序集成电路
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6.6.1 中规模同步计数器
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6.6.2 中规模计数器的应用
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6.6.3 中规模计数器的级联
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6.6.4 中规模移位寄存器
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6.7 计数器用于逻辑设计
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6.8 一般时序电路的分析
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6.8.1 一般时序电路的分析过程和特点举例
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6.9 一般时序电路的设计
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6.9.1 状态表的建立
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6.9.2 状态表的简化
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6.9.3 状态分配
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7.1 大规模数字集成电路的概述
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2014-02-24 221.92MB
 
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2014-02-24 223.73MB
7.2.1 存储器的分类
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7.2.2 ROM作为逻辑器件
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7.3 可编程逻辑阵列
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7.4 可编程阵列逻辑
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7.5 通用阵列逻辑
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7.6 复杂可编程逻辑器件
视频
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7.7 现场可编程门阵列
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7.8 CPLD和FPGA的比较
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8.1.1 数模转换器的基本要求
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2014-02-24 123.08MB
 
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8.1.2 数模转换器的主要参数
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2014-02-21 115.27MB
 
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8.1.3 数模转换器的一般框图
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8.1.4 权电阻网络数模转换器
视频
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2014-02-24 104.40MB
 
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8.1.5 三种较为复杂的数模转换器
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2014-02-25 234.65MB
 
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2014-02-27 234.65MB
8.1.6 数模转换器的选用
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2014-02-24 120.03MB
 
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8.2.1 模数转换器的一般过程与主要参数
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8.2.2 一些典型的模数转换器
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8.2.3 模数转换器的选用
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2014-02-24 45.64MB
 
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9.1 基于硬件描述语言的设计过程
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2014-02-25 132.46MB
 
视频
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9.2 VHDL描述的基本结构
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9.3.1 枚举类型与数组类型
视频
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9.3.2 VHDL运算符和表达式
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2014-02-25 205.03MB
9.4.1 并行赋值语句
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2014-02-24 66.86MB
 
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2014-02-27 66.86MB
9.4.2 条件赋值语句
视频
.mp4
2014-02-24 41.17MB
 
视频
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2014-02-27 41.17MB
9.4.3 选择信号赋值语句
视频
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2014-02-24 75.51MB
 
视频
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2014-02-27 75.51MB
9.5.1 PROCESS语句
视频
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2014-02-24 42.20MB
9.5.2 信号和变量赋值语句
视频
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2014-02-24 20.71MB
 
视频
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2014-02-27 20.71MB
9.5.3 分支语句和循环语句
视频
.mp4
2014-02-25 77.06MB
9.6.1 部件声明语句
视频
.mp4
2014-02-24 62.63MB
9.6.2 部件描述语句
视频
.mp4
2014-02-27 157.23MB
9.7.1 译码电路的描述
视频
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2014-02-24 107.95MB
 
视频
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2014-02-27 107.95MB
9.7.2 编码器的描述
视频
.mp4
2014-02-24 35.94MB
9.8.1 电位型触发器的VHDL描述
视频
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2014-02-24 53.35MB
9.8.2 钟控型触发器的VHDL描述
视频
.mp4
2014-02-24 94.26MB
9.9.1 计数器的VHDL描述
视频
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2014-02-24 87.18MB
9.9.2 移位寄存器的VHDL描述
视频
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2014-02-24 9.45MB
9.9.3 时序机的VHDL描述
视频
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2014-02-24 149.62MB
 
视频
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2014-02-27 149.62MB
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