数字逻辑电路概述PPT课件
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第5章数字逻辑电路.ppt
（2）逻辑关系式表示：F=A·B·C
（3）真值表表示：如图表5-1所示
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5.4 基本逻辑门电路
2.“或”逻辑关系 当决定事件的各个条件中只要有一个或一个以上具备时事件就
会发生 图5-10所示，F和A、B、C之间就存在“或”逻辑关系 “或”逻辑也有如上三种表示方法： （1）图5-11所示为“或”逻辑图形符号 （2）逻辑表达式：F=A+B+C （3）真值表：见表5-2
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5.2 数制
5.2.2 二进制数
二进制数只有0和1两个符号。只要能区分两种状态的元件即 可实现。
计数的基数为2，各位数的权是2的幂，计数规律是“逢二进 一”
N位二进制整数的表达示为：
例5.1 一个二进制数10101000， 试求对应的十进制数
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5.2 数制
图5-23是利用三态与非门组成的双向传输通路，改变控制端C 的电平，就可控制信号的传输方向。
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5.4 基本逻辑门电路
3. CMOS门电路 CMOS门电路是由PMOS管和NMOS管构成的一种互补对称场效
应管集成门电路。 下面是几种常用的CMOS门电路的结构和工作原理的简要说明 （1）CMOS与非门：如图5-24所示 当A、B全为1时，T1和T2同时导通，T3和T4同时截止，F=0 当输入端由一个或全为0时，串联的T1和T2必有一个或两个全部截
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5.4 基本逻辑门电路
（5）TTL三态输出与非门电路。简称三态门，图5-20是其逻辑 图形符号。A、B是输入端，C是控制端，F为输出端。输出端除 了可以实现高低电平外，还可以出现高阻状态。
数字逻辑课件——门电路概述
其中，i为流过二极管的电流；u为加到二极
管两端的电压；UT
kT q
k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷， 在常温下（即结温为27℃，T = 300K），VT ≈26mV； IS为反相饱和电流。
它和二极管的材料、工艺和尺寸有关，但对每只二 极管而言，它是一个定值。
9
i
二极管的特性也可用图 2-1-4的伏安特性曲线描 述。
5
2.1.2 半导体器件的开关特性
▪ 1. 半导体二极管的开关特性
因为半导体二极管具有单向导
电性，即外加正电压时导通，
+VCC
外加反电压时截止，所以它相
当于一个受外加电压极性控制
D
R
的开关，
uI
uO
S
如果用它取代图2-1-1中的S， 图2-1-3 二极管开关电路 就得到了图2-1-3所示的二极
管开关电路。
•以图2-1-10为例，设图中MOS管为
N沟道增强型，它的开启电压为UTN ， 则当uI = uGS < UTN时，MOS管工作
在截止区，D-S之间没有形成导电 沟道，沟道间电阻为109～1010Ω， 呈高阻状态，因此D-S间的状态就
像开关断开一样。
图2-1-10 MOS管的 开关电路
20
当uI = uGS > UTN时，且uGD > UTN，则
当uI ≤ 0时，uBE ≤ 0，三极管工
作在截止区，其工作特点是基极电
流iB ≈ 0，集电极电流iC = ICE
≈ 0，因此三极管的集-射极之间 相当于一个断开的开关。
输出电压为uo = UOH ≈ VCC 。
图2-1-7 双极型三 极管开关电路
16
数字逻辑电路PPT课件
正负逻辑转换举例 正逻辑(与非门) AB Y 001 011 101 110
负逻辑(或非门) AB Y
11 0 10 0 01 0 00 1
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1.2.4 基本定律和规则 1. 逻辑函数的相等
设有两个逻辑:F1=f1(A1,A2,…,An) F2=f2(A1,A2,…,An)
如果对于A1,A2,…,An 的任何一组取值(共2n组), F1 和 F2均相等,则称F1和 F2相等.
4. 二进制数与十进制数之间的转换 (1)二进制数转换为十进制数(按权展开法)
例：
(1011.101) 1 23 1 21 1 20 1 21 1 23 2
8 2 1 0.5 0.125
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（2）十进制数转换为二进制数(提取2的幂法)
例： (45.5)10 32 8 4 1 0.5 1 25 0 24 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2-1 (101101.1)2
· + 0 1 原变量 反变量
+ · 1 0 反变量 原变量 则所得新的逻辑式即为F的反函数，记为F。
例 已知 F=A B + A B, 根据上述规则可得： F=(A+B)(A+B)
第37页/共97页
例 已知 F=A+B+C+D+E, 则 F=A B C D E
由F求反函数注意： 1）保持原式运算的优先次序； 2）原式中的不属于单变量上的非号不变；
00
0
01
1
10
1
11
1
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A
≥1
B
或门逻辑符号
F=A+B
或门的逻辑功能概括为: 1) 有“1”出“1”; 2) 全“0” 出“0”.
数字逻辑电路 PPT课件
TTL电路具有较快的开关速度，较强的抗 干扰能力以及足够大的输出摆幅，所以是目前 在各个领域包括医学电子设备中使用最广泛的 逻辑电路系统。实际的集成门电路比这里的要 复杂些，在输出端还有放大器和跟随器，用来 保证逻辑电平符合要求，增加负载能力。
在一个实际的数字系统中，往往需要能实现多种
多样逻辑功能的门电路，只有一种与非门作为基本单 元使用起来显然是不方便的。在TTL门电路的系列产 品中，常用的还有或非门、与或非门、与门、或门等 等。虽然门电路的种类很多，但它们或者是由与非门 稍加改动得到的，或者是由与非门中的若干部分组合 成的，有的就是与非门的一部分。如，与非门只有一 个输入端时成了非门；在与非门后再连一个非门成了 与门；在与非门前面对于每个输入端各接一个非门成 了或门。可以说与非门可以完成一切逻辑运算。因此， 只要掌握与非门典型电路的工作原理和分析方法，就 不难对其它形式的门电路进行分析了。
2. 或门电路 上图为简单的具有两个输入端的二极管或门电路、常用
逻辑符号、逻辑表达式及真值表。 其中A、B分别为两个输入端，F为输出端。这种电路之
所以能实现或运算，是因为输出端的电平被最高电平的输入 端钳位，只要输入端有一个高电平时，输出就是高电平。也 就是说输入有一个为1时，输出即为1。输入端全为0时，输 出才为0。
阐述逻辑控制、脉冲计数和数字显示的基本原 理，介绍常用的计数器和A/D、D/A转换器。
主要内容
第一节 基本逻辑电路 第二节 双稳态触发器 第三节 脉冲的计数和显示 第四节 数模和模数转换
第一节 基本逻辑电路
所谓逻辑是指“条件”与“结果”的 关系。逻辑电路(logic circuit)是用电路的 输入信号反映“条件”，用电路的输出信 号反映“结果”。电路的输出与输入之间 构成一定的逻辑关系。
在一个实际的数字系统中，往往需要能实现多种
多样逻辑功能的门电路，只有一种与非门作为基本单 元使用起来显然是不方便的。在TTL门电路的系列产 品中，常用的还有或非门、与或非门、与门、或门等 等。虽然门电路的种类很多，但它们或者是由与非门 稍加改动得到的，或者是由与非门中的若干部分组合 成的，有的就是与非门的一部分。如，与非门只有一 个输入端时成了非门；在与非门后再连一个非门成了 与门；在与非门前面对于每个输入端各接一个非门成 了或门。可以说与非门可以完成一切逻辑运算。因此， 只要掌握与非门典型电路的工作原理和分析方法，就 不难对其它形式的门电路进行分析了。
2. 或门电路 上图为简单的具有两个输入端的二极管或门电路、常用
逻辑符号、逻辑表达式及真值表。 其中A、B分别为两个输入端，F为输出端。这种电路之
所以能实现或运算，是因为输出端的电平被最高电平的输入 端钳位，只要输入端有一个高电平时，输出就是高电平。也 就是说输入有一个为1时，输出即为1。输入端全为0时，输 出才为0。
阐述逻辑控制、脉冲计数和数字显示的基本原 理，介绍常用的计数器和A/D、D/A转换器。
主要内容
第一节 基本逻辑电路 第二节 双稳态触发器 第三节 脉冲的计数和显示 第四节 数模和模数转换
第一节 基本逻辑电路
所谓逻辑是指“条件”与“结果”的 关系。逻辑电路(logic circuit)是用电路的 输入信号反映“条件”，用电路的输出信 号反映“结果”。电路的输出与输入之间 构成一定的逻辑关系。
数字电子技术逻辑门电路课件
F 1 0
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
数字逻辑课件第四章组合逻辑电路
波形图分析
波形图验证
通过对比理论计算和实验测量的波形 图，可以验证组合逻辑电路的功能是 否正确实现。
通过分析波形图，可以了解电路的工 作过程和特性，如信号的延迟时间、 信号的稳定性等。
组合逻辑电路的功能验证
功能验证方法
组合逻辑电路的功能验证可以通 过对比理论计算和实验测量的结 果来进行，常用的方法有仿真测
数据通路
数据通路是计算机中用于传输和处理数据的电路。数据通路中的组合逻辑电路负责将数据 从内存传输到寄存器，或者从寄存器传输到运算器进行运算，再传输回内存或寄存器存储 。
在通信系统中的应用
调制解调器
调制解调器是通信系统中用于将数字信号转换为模拟信号，或者将模拟信号转换为数字信号的电路。调制解调器中的 组合逻辑电路负责处理数字信号的编码与解码，确保数字信息能够在模拟信道中传输。
组合逻辑电路的基本组成
输入门
用于接收外部输入信号。
组合逻辑元件
如AND、OR、NOT等基本逻辑门，用于实现特定的 逻辑功能。
输出门
将逻辑电路的输出传递给外部设备或下一级电路。
组合逻辑电路的功能描述
80%
真值表
描述输入与输出之间逻辑关系的 表格，列出所有可能的输入状态 和对应的输出状态。
100%
表达式
在控制系统中的应用
01
控制器
控制器是控制系统中用于实现控制算法的电路。控制器中的组合逻辑电
路根据输入的控制信号和设定的控制参数，计算出控制输出信号，以实
现对被控对象的精确控制。
02
比较器
比较器是控制系统中用于比较输入信号与设定阈值的电路。比较器中的
组合逻辑电路根据比较结果输出相应的控制信号，以实现对被控对象的
数字逻辑电路教程PPT第5章时序逻辑电路
示意图、功能表
74161功能表
74161符号
波形图
012 34 56 7
VCC QCC Q0 Q1 Q2 Q3 T LD 16 15 14 13 12 11 10 9
74LS161
1 2 34 56 7 8
Cr CP D0 D1 D2 D3 P GND
T4161(74LS161)的外引脚图
例5-5 试用74161构成八位二进制加法计数 器。
状态表 状态图
驱动方程 特性方程
状态方程
CP触发沿 时序图
概括逻辑功能
[例5-1]试分析图5-2所示时序电路的逻 辑功能。
⑴根据图5-2所示逻辑图写出的驱动方程为： 写出的输出方程为：
⑵将上式代入JK触发器的特性方程 ⑶求得状态方程：
求状态转换表和状态转换图，画波形图。 设电路的初始状态
代入状态方程和输出方程得
若无效状态在CP作用下不能进入有效循环，则表明电路 不能自启动。
[例5-2]试分析图5-5所示时序电路的逻辑功能。
图5-5
解：⑴根据图5-5写出的驱动方程如下：
图5-5
状态方程、输出方程如下：
⑵列状态转换表(表5-2)，画出状态转换图(图5-6)
3、确定逻辑功能：X=0，回 到00状态，且F=0；只有连续 输入四个或四个以上个1时， 才使F=1否则F=0。故该电路 称作1111序列检测器。
预置数与CP同步，清零与CP异步。
Q1
Q2
Q3
Q4
Qcc
T Q Cr LD CP
寄存器
➢ 在数字系统和计算机中，经常要把一些数据信 息暂时存放起来，等待处理。
➢ 寄存器就是能暂时寄存数码的逻辑器件。 ➢ 寄存器内部的记忆单元是触发器。 ➢ 一个触发器可以存储一位二进制数，N个触发
数电-数字逻辑基础幻灯片PPT
2.复合逻辑运算 在逻辑代数中，由基本的与、或、非逻辑运算可以实现多种复合逻辑运算。
A
B & Y1 A•B
A
A
B
Y1
B
Y1
A B
≥1
Y2 AB
A B
+ Y2
A B
Y2
A 1 Y3 A
A
Y3
A
Y3
(a)国际符号
(b)曾用符号 (c)美国符号
A B
&
Y4 A • B
A B
A B
≥ 1 Y5 A B
A
&
A
F
F
B
B
(a)
(b)
OC门逻辑符号
(a) 国际符号；
(b) 惯用符号
OC门除了可以“线与”连接外，还可以用来驱动感性负载或实现电平转换。 例如，在图的电路中，EC=10V时，F的输出高电平就从3.6V变成了10V。
＋ EC
& A
F B
& C D
OC门的线与电路
（3）三态门
三态门也称TS门(Three State Gate)， 是在TTL逻辑电路的基础上增加一个 使能端EN而得到的。当EN=0时，TTL与非门不受影响，仍然实现与非门功 能；当EN=1时，TTL与非门的V4、V5将同时截止，使逻辑门输出处于高阻 状态。因此，三态门除了具有普通逻辑门的高电平（逻辑1）和低电平（ 逻辑0）两种状态之外，还有第三种状态——高阻抗状态，也称开路状态 或Z状态。三态门的逻辑符号和真值表分别如图1－6和表1－5所示。国际 符号中的倒三角形“▽”表示逻辑门是三态输出，EN为“使能”限定符 ，输入端的小圆圈表示低电平有效(有的三态门也可能没有小圆圈，说明 EN是高电平有效)。
数字逻辑电路教程PPT第2章逻辑门电路
TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力
CD段（过渡区）：
1始也、.3导都TV5管＜通处有v， 于I＜一T导21、 小通.4V段T状3，、时态TT间，54管管同T开4 时导通，故有很大电流
流TT，电平52管、过T压vO4=T管很RvO054管急电 趋大.3V趋剧阻 于的。于下， 截基饱降止极T2和管到，电导提低输流通供电出，
TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力
AB段（截止区）： vI＜0.6V，输出电压vO不
随输入电压vI变化，保持 在高电平VH。 VC1＜0.7V，T2和T5管截 止，T3、T4管导通，输出 为高电平，VOH=3.6V。 由于这段T2和T5管截止， 故称截止区。
TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力
⒉工作原理
当输入端A、B、C中有任一
个输入信号为低电平 (VIL=0.3V)时，相应的发射结 导通，T1工作在深度负饱和 状态，使T1管的基极电位VB1 被箝制在 VB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1V， 集电极电位 VC1=VCES1+VIL=0.1+0.3=0.4V 使T2管截止，IC2=0， VE2=VB5=0V，故T5管截止。
TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力
CD段（过渡区）： 由于vI的微小变化而
引起输出电压vO的急 剧下降，故此段称为 过渡区或转折区。
TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力
CD段中点对应的输入电压 ，既是T5管截止和导通的分 界线，又是输出高、低电平 的分界线，故此电压称阈值 电压VT（门槛电压）， VT=1.4V。
第二章 集成逻辑门电路
集成逻辑门电路，是把门电路的所 有元器件及连接导线制作在同一块 半导体基片上构成的。
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廖昌俊2012
2
电子科技大学
参考书
数字逻辑设计及应用
数字逻辑设计及应用
姜书艳 林水生 张扬 蔡荣海 刘布民
清华大学出版社 2007
数字电子技术基础 （第5版） 阎石 等编 高等教育出版社 2007
数字逻辑—原理与实践（第4版） John F.Wakerly 林生 等译 机械工业出版社 2007
➢ 课堂练习，也是出勤考核。
➢ 课前，课间及课后可答疑（不能占用上课 时间），疑问尽早解决。
廖昌俊2012
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电子科技大学
考核方式
数字逻辑设计及应用
平时考核（包括平时作业及随堂考核成绩）： 15％
小论文：5％ 课程设计：10％ 期中考核（全校统考）：30％ 期末考核（全校统考）：40％
廖昌俊2012
研究的问题：电路的放大倍数、频率响应、非 线性失ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等。
关注输入与输出信号之间的大小、相位等关系。 电容用于隔直，晶体管工作在放大状态。
廖昌俊2012
10
电子科技大学
数字逻辑设计及应用
Analog Signal(模拟信号)
正弦波信号 u
锯齿波信号
u
廖昌俊2012
t
严格意义上， 任何实际的电 路信号都是模 拟信号！/？
T 效脉宽。
脉冲上下升降时间：脉冲前沿从0.19Um
上 下升降到0.91Um所廖需昌俊要2012的时间
14
电子科技大学
数字逻辑设计及应用
Digital signal ,Digital circuit and Digital system
(数字信号、数字电路和数字系统)
数字信号(Digital signal )：时间、幅度离散变化的信号。 数字信号是脉冲信号的一种特例。
数字逻辑设计及应用
脉冲信号的主要参数
脉冲周期：
脉冲幅度平：脉顶冲电周脉压期冲或性宽重度：
电流由0跳变至最大复从值的脉脉冲冲前沿
Um
序上列升中到，
0.9Um
后两0沿.5个U相m处邻开
0.5Um
tw
脉始冲，间到的脉冲
前沿0.1Um 0 tr
时后间沿间下隔降。到 tf 0.5Um为止
所持续的时
tp
间。也称有
1.2 Analog versus Digital
(模拟与数字)
电
Analog signal (模拟信号)
子
随时间连续变化的信号
电
路 中
Impulse signal (脉冲信号)
的
时间离散、幅度连续
信
号
Digital signal (数字信号)
时间和幅度都是离散的
廖昌俊2012
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电子科技大学
数字逻辑设计及应用
t
11
电子科技大学
数字逻辑设计及应用
Impulse Signal and Impulse Circuit
(脉冲信号、脉冲电路)
脉冲信号(Impulse Signal )：在短暂时间间隔 内作用于电路的电流、电压等信号。
➢ 脉冲信号常常在时间上呈离散状态，在幅度 上仍连续。脉冲信号属于模拟信号。
➢ 其特点是作用时间很短；作用的时间间隔与 电路的暂态过渡历程持续期相比拟。
Chapter 1 Introduction (绪论)
1.1 About Digital Design(关于 “ 数字设计 ”)
Another name “Logic Design”.
The goal of design is to Build System.
Digital Design is engineering, and engineering means “Problem Solving”.
Only 5%-10% is the Creative part of Design. Much of the rest is just “Turning the Crank”.
Important Themes in Digital Design（P2)
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8
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数字逻辑设计及应用
电子科技大学
廖昌俊 欢迎各位同学！
数字逻辑设计及应用
E-MAIL： TEL： Office：科B250房间
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1
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数字逻辑设计及应用
课程安排：64学时
教材：
DIGITAL DESIGN Principles and Practices
《数字设计—原理与实践（第四版）》 John F. Wakerly 高等教育出版社
数字电路与系统（第2版） 刘宝琴等编著 清华大学出版社 2007
……
廖昌俊2012
3
电子科技大学
课程简介
数字逻辑设计及应用
是电子类专业最重要的专业基础课程之一， 是研究数字系统设计的入门课程。
前修课程：电路分析基础，模拟电路（低 频电子线路）。
后修课程：微机系统原理，EDA技术，ASIC 设计，……。
脉冲电路(Impulse Circuit)：产生和处理各种 脉冲信号的电路。
➢ 研究的问题：输入与输出的波形形状、幅度
及重复频率等。
廖昌俊2012
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数字逻辑设计及应用
Impulse Signal(脉冲信号)
u
u
0
尖脉冲
t
u
0 矩形脉冲 t
u
0
方波
t
0
梯形脉冲
t
廖昌俊2012
13
电子科技大学
目的：掌握数字逻辑电路的基本理论、分 析和设计方法，理解数字集成电路的工作 原理和方法，为灵活运用和自行设计数字 集成电路（含处理器、存储器等）打基础。
核心：分析和设计，需要与应用相结合。
廖昌俊2012
4
电子科技大学
期望
数字逻辑设计及应用
不迟到，不早退，不无故旷课；事前请假。
上课认真，积极发表意见。 及时认真完成作业（按章递交）。 说明：
Analog signal ,Analog circuit and Analog system (模拟信号、模拟电路和模拟系统)
模拟信号(Analog signal)：时间、幅度连续变 化的信号，也称为连续（时间）信号。
模拟电路(Analog circuit )：产生和处理模拟信 号的电路。
模拟系统(Analog system )：由模拟电路组成的 系统，也称为连续（时间）系统。
6
电子科技大学
数字逻辑设计及应用
课程目标
熟练掌握基础理论和基本方法
逻辑代数基础 单元电路功能、特性和参数内涵
熟练掌握分析和设计方法，灵活运用于分 析设计之中
组合逻辑电路 时序逻辑电路
课程内容与实践相结合
认真准备和完成实验，仔细验证，举一反三。
廖昌俊2012
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电子科技大学
数字逻辑设计及应用