电子科大 数字电路 最好老师的课件1
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电子科大课堂讲义模拟电路1序言-PPT精选
无外加电场时，自由电子、空穴的运动杂乱无章。
外加电场时，自由电子逆电场、空穴顺电场方向 运动，分别形成电子电流和空穴电流。
载流子：运载电荷的粒子。
半导体导电的特点：
半导体中有两种载流子（自由电子、空穴）。
电子-空穴对的复合： 电子、空穴在运动中相遇重新结合而使电子-空穴 对消失的过程。
载流子的产生与复合 本征半导体中同时存在载流子产生与复合过程。 在一定温度下，二者达到动态平衡，使半导体中 的载流子浓度保持一定值；温度变化时，则在新 温度下达到新的浓度。
大规模向超大规模方向发展）。
第一章 晶体二极管及应用电路 1-1 半导体材料及导电特性
物质按导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 用于制造半导体器件的半导体材料主要是硅（Si） 和又锗 称（ 为晶Ge体）管，。它们具有晶体结构，故半导体器件
一、本征半导体 完全纯净、没有结构缺陷的半导体单晶。 Si和Ge原子结构模型
稳压二极管是一种特殊二极管，与普通二极管工 作在正向、反向特性区不同，稳压管是专门工作 于反向击穿区。 工作原理：利用反向击穿后电流在一定范围内变 化时，其端电压几乎不变的特点，在电路中作稳 压使用。
稳压管特点： 1、PN结易击穿，其击穿电压比普通二极管击穿电压
低很多； 2、 PN结面积大，散热条件好，使反向击穿在较大范
（ ）。
（1）增大10﹪
（2）减小10﹪
（3）增大值大于10﹪
（4）不变
二极管V～A特性曲线的几个区域：
Si和Ge二极管伏安特性区别：
正向特性：导通电压UON（UD）不同 Si管0.7V左右，Ge管0.3V左右
反向特性：反向饱和电流IS不同 Si管纳安（10-9A）级， Ge管微安（10-6A）级
外加电场时，自由电子逆电场、空穴顺电场方向 运动，分别形成电子电流和空穴电流。
载流子：运载电荷的粒子。
半导体导电的特点：
半导体中有两种载流子（自由电子、空穴）。
电子-空穴对的复合： 电子、空穴在运动中相遇重新结合而使电子-空穴 对消失的过程。
载流子的产生与复合 本征半导体中同时存在载流子产生与复合过程。 在一定温度下，二者达到动态平衡，使半导体中 的载流子浓度保持一定值；温度变化时，则在新 温度下达到新的浓度。
大规模向超大规模方向发展）。
第一章 晶体二极管及应用电路 1-1 半导体材料及导电特性
物质按导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 用于制造半导体器件的半导体材料主要是硅（Si） 和又锗 称（ 为晶Ge体）管，。它们具有晶体结构，故半导体器件
一、本征半导体 完全纯净、没有结构缺陷的半导体单晶。 Si和Ge原子结构模型
稳压二极管是一种特殊二极管，与普通二极管工 作在正向、反向特性区不同，稳压管是专门工作 于反向击穿区。 工作原理：利用反向击穿后电流在一定范围内变 化时，其端电压几乎不变的特点，在电路中作稳 压使用。
稳压管特点： 1、PN结易击穿，其击穿电压比普通二极管击穿电压
低很多； 2、 PN结面积大，散热条件好，使反向击穿在较大范
（ ）。
（1）增大10﹪
（2）减小10﹪
（3）增大值大于10﹪
（4）不变
二极管V～A特性曲线的几个区域：
Si和Ge二极管伏安特性区别：
正向特性：导通电压UON（UD）不同 Si管0.7V左右，Ge管0.3V左右
反向特性：反向饱和电流IS不同 Si管纳安（10-9A）级， Ge管微安（10-6A）级
《数字电路说课》课件
数字电路设计方法
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GENERAL WORK REPORT FOR FOREIGN
硬件描述语言
硬件描述语言（HDL）是一种用于描述数字电 路和系统的语言，它能够描述电路的结构、行 为和功能。常见的硬件描述语言包括Verilog 和VHDL。
HDL的主要优点是能够在高抽象层次上描述电 路，使得设计者能够更加关注电路的逻辑和行 为，而不是具体的实现细节。这有助于提高设 计的可重用性和可维护性。
数字电路说课
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GENERAL WORK REPORT FOR FOREIGN
CONTENTS
目录
1
WORKREVIEW
数字电路概述
2
UNDERWORK
数字电路基础知识
4
FUTUREOUTLOO K
数字电路的实现与 测试
5
Байду номын сангаас
UNDERWORK
数字电路的故障诊 断与排除
3
WORKHARVEST
数字电路基础知识
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GENERAL WORK REPORT FOR FOREIGN
逻辑门电路
总结词
逻辑门电路是数字电路的基本组成部 分，用于实现逻辑运算。
详细描述
逻辑门电路有与门、或门、非门等基本 类型，它们通过输入和输出的逻辑关系 实现逻辑运算，是构成复杂数字电路的 基础。
03
随着数字电路功能的日益复杂，设计与验证的难度越来越大，
需要更高效的设计与验证方法。
数字电路的未来展望
数字电路将继续在材料、工艺、设计方 法等方面取得创新突破，推动集成电路 技术的不断发展。
《数字电路~》PPT课件
NOL
IOL IIL
1616 1
IOH=－7.5mA,但手册规定 |IOH|<0.4mA,故取|IOH|=0.4mA;
IIL IOL
每个负载门的输入电流为
IIHNO=H 40μAIIOIHH
0.4 10 0.04
综上所述,扇出系数NO=10
IOH IIH
例：为保证G1输出的高低电平 能正确传递到G2,要求vO1=VOH、 vI2≥VIH<min>；vO1=VOL、 vI2≤VIL<max>,试计算RP的最 大允许值.所有参数见前
0 Voff1 Vth 2Von 3 VI/V
③ 输出高、低电平的最小值
输出高电平最小值VOHmin 输出低电平最大值VOLmax
2.4V 0. 4V
VOH VO/V
4 AB
VoHmin
2
C
VOL
DE 0 Voff1 Vth 2Von 3 VI/V
④ 阈值电压<Vth>: 转折区中点对应的输入电压称阈值电压Vth.
A&
B
AB
00 01 10 11
Y
Y
0 0 0 1
Y=AB
A Y
B
继续
2、二极管或门
5V A
D1 0V B
D2
Y
R
3kΩ
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
D1 D2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
A ≥1
Y B
AB Y
00 0 01 1 10 1 11 1
扇出系数=10
<2> 74S20为4输入与非门：
数字电路逻辑设计(第二版) 王毓银 电子科技大学
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
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
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
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ADC
10.3.3 逐次逼近型ADC
10.3.4 双积分型ADC
10.4 集成ADC及其应用举例
双积分型集成ADC
10.4.2 逐次逼近型集成ADC
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
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
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
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
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ADC
10.3.3 逐次逼近型ADC
10.3.4 双积分型ADC
10.4 集成ADC及其应用举例
双积分型集成ADC
10.4.2 逐次逼近型集成ADC
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
电子科大数字电路课件3-1 chenyu
VDD = +5.0V A B Z
VDD = +5.0V
Q2 Q4
Z A B
Q1
Q3
18
NAND VS. NOR(P92)
• CMOS NAND and NOR gates do not have identical performance. • For a given silicon area, an n-channel transistor has lower “on” resistance than a p-channel transistor. • Therefore, when transistors are put in series, k n-channel transistors have lower “on” resistance than do k p-channel ones. As a result, a k-input NAND gate is generally faster than and preferred over a k-input NOR gate.
27
• CMOS逻辑系列（HC）电平规格
vcc
高态 VIHmin 0.7VCC VILmax 0.3VCC
0
VOHmin
VCC－0.1V
不正常状态 低态 VOLmax
地＋0.1V
典型值：VCC=5V+10%,
Figure 3-26 Logic levels and 3noise margins for the HC-series CMOS logic family.
1
classclass-exercises
• 1、Write the 8421 binary- coded decimal ,excessbinary,excess3 ,Gray code representations for the decimal numbers: 586.
VDD = +5.0V
Q2 Q4
Z A B
Q1
Q3
18
NAND VS. NOR(P92)
• CMOS NAND and NOR gates do not have identical performance. • For a given silicon area, an n-channel transistor has lower “on” resistance than a p-channel transistor. • Therefore, when transistors are put in series, k n-channel transistors have lower “on” resistance than do k p-channel ones. As a result, a k-input NAND gate is generally faster than and preferred over a k-input NOR gate.
27
• CMOS逻辑系列（HC）电平规格
vcc
高态 VIHmin 0.7VCC VILmax 0.3VCC
0
VOHmin
VCC－0.1V
不正常状态 低态 VOLmax
地＋0.1V
典型值：VCC=5V+10%,
Figure 3-26 Logic levels and 3noise margins for the HC-series CMOS logic family.
1
classclass-exercises
• 1、Write the 8421 binary- coded decimal ,excessbinary,excess3 ,Gray code representations for the decimal numbers: 586.
数字电子技术基础(数字电路)第一章数字电路概述 ppt课件
来表示1 和 0
数字信号的描述：
高电平 低电平
v(t)
上升沿 下降沿
t
2. 数字集成电路的分类及特点
分类
按功能
组合型；时序型
按器件类型
TTL型； CMOS型
按集成度
小规模；中规模；大规模； 超大规模；甚大规模
分类
晶体管数量 典型器件/电路
小规模(SSI) 中规模(MSI)
几十以内 几百
逻辑门 加法器、计数器
三、补码及其运算
【例】设字长为4，分别写出+6、－6的原码、反码 和补码。
原码
反码
补码
＋6 0 110 －6 1 110
0 110 1 001
0 110 1 010
补码怎么变回原码？
原码、反码、补码对照表
（字长为4）
思考
字长为n时原码、反码和 补码所能表示的数值范 围？
原码 (2n-1 1)~+(2n-1 1) 反码 (2n-1 1)~+(2n-1 1) 补码 2n-1 ~+(2n-1 1)
① (1010110.101)B = ( 86？.625 )D 计权相加
126+124+1 22 +121+121+123
思考
推广到任意进制转换成十进制？
② (37.706)D = ( 100101?.101101 )B
(37)D
(0.706)D
除2取余
乘2取整
(100101)B
(0.101101 )B
分组
代换
( 0101 1100 1011 . 0100 1000 )B
② (1F5. 6)H = ( 1111？10101.011 )B
数字信号的描述：
高电平 低电平
v(t)
上升沿 下降沿
t
2. 数字集成电路的分类及特点
分类
按功能
组合型；时序型
按器件类型
TTL型； CMOS型
按集成度
小规模；中规模；大规模； 超大规模；甚大规模
分类
晶体管数量 典型器件/电路
小规模(SSI) 中规模(MSI)
几十以内 几百
逻辑门 加法器、计数器
三、补码及其运算
【例】设字长为4，分别写出+6、－6的原码、反码 和补码。
原码
反码
补码
＋6 0 110 －6 1 110
0 110 1 001
0 110 1 010
补码怎么变回原码？
原码、反码、补码对照表
（字长为4）
思考
字长为n时原码、反码和 补码所能表示的数值范 围？
原码 (2n-1 1)~+(2n-1 1) 反码 (2n-1 1)~+(2n-1 1) 补码 2n-1 ~+(2n-1 1)
① (1010110.101)B = ( 86？.625 )D 计权相加
126+124+1 22 +121+121+123
思考
推广到任意进制转换成十进制？
② (37.706)D = ( 100101?.101101 )B
(37)D
(0.706)D
除2取余
乘2取整
(100101)B
(0.101101 )B
分组
代换
( 0101 1100 1011 . 0100 1000 )B
② (1F5. 6)H = ( 1111？10101.011 )B
电子科大 数字电路 最好老师的课件第一章
Flip-flops（触发器）： （触发器）：
—— A device that stores either 0 or 1 (一种能存储 0 或 1 的器件 一种能存储 的器件) P7 Figure 1-1
12
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用 数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用
5
3次 次 3次 次 11次 次 2次 次 11次 次 1次 次 1次 次
引言， 引言，数制与编码 数字电路器件基础 组合电路分析与设计 Verilog语言 语言 时序电路分析与设计 存储器和可编程器件 DAC和ADC 和
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital 模拟与数字) (模拟与数字) Digital Circuits over Analog Ones (数字系统及其优越性)
Reproducibility of Results [结果再现性（稳定可靠、精度更高）] 结果再现性（ 结果再现性 稳定可靠、精度更高） Ease of design, Flexibility, and Functionality (易于设计，灵活性和功能性 易于设计， 易于设计 灵活性和功能性) Programmability [可编程性（HDL 硬件描述语言）] 可编程性（ 硬件描述语言） 可编程性 Speed, Economy, and Steadily Advancing Technology (快速、经济性、稳步发展的技术 快速、 快速 经济性、稳步发展的技术)
2
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用) 课程安排： 学时 课程安排：64学时 教材： 教材： 数字设计—原理与实践 原理与实践（ 数字设计 原理与实践（第4版 影印版） 版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2007 参考书： 参考书： 1.数字逻辑设计及应用 姜书艳主编， 1.数字逻辑设计及应用，姜书艳主编，清华大学出版 数字逻辑设计及应用， 社，2007 2. 数字电子技术基础 （第5版），阎石主编，高等教 阎石主编， 版），阎石主编 育出版社， 育出版社，2007 3. 数字设计 原理与实践（第4版）， 数字设计—原理与实践 原理与实践（ 版），John F. Wakerly， ， 林生 等译，机械工业出版社，2007 等译，机械工业出版社， 4. 数字电路与系统 （第2版），刘宝琴等编著，清华大学 刘宝琴等编著， 版），刘宝琴等编著 出版社，2007 出版社， 5. 数字电路逻辑设计（第3版），王毓银主编，高等教育 数字电路逻辑设计（ 王毓银主编， 版），王毓银主编 出版社， 出版社，2006
数字电子技术教学课件-第01章 数字电路基础知识.ppt
入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑
判断，故又称为数字逻辑电路。
2021/1/17
8
1.1.3 数字电路的分类和学习方法
1. 数字电路的分类
（1）按电路结构分类
组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时 的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。
时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当 时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态 有关。
4
模拟信号： 时间上连续：任意时刻有一个相对的值。 数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。 例如：电压、电流、温度、声音等。 真实的世界是模拟的。
缺点：很难度量； 容易受噪声的干扰； 难以保存。
优点：用精确的值表示事物。
模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。
三极管工作在线性放大区。
2021/1/17
2021/1/17
9
（2）按集成电路规模分类
划分集成电路规模的标准
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
数字集成电路
类别
➢小规模集成电路MO(SSmaIlCl
Sca双le极IICC，SS模I拟) 集成电路
➢中规模S集SI成电路＜(M1e0d2ium Sc＜al1e00IC，MSI)＜30
➢大规模M集SI成电路10(2L～a1r0g3e Sc1a0l0e～5I0C0，LSI)30～100
2021/1/17
7
2. 数字电路特点（与模拟电路相比）
（1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的 二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低 电平。
（2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、 精度高。
（3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集 成及系列化生产。
（4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输
《数字电路技术》PPT课件
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（1-2）
模拟信号： 正弦波信号 u
锯齿波信号
u
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t t
（1-3）
研究模拟信号时，我们注重电路 输入、输出信号间的大小、相位关系。 相应的电子电路就是模拟电路，包括 交直流放大器、滤波器、信号发生器 等。
在模拟电路中，晶体管一般工作 在放大状态。
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（1-4）
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（1-11）
每四位2进 十六进制与二进制之间的转换： 制数对应
一位16进 制数
(0101 1001)B= [027+1 26+0 25+1 24
+1 23+0 22+0 21+1 20]D
= [(023+1 22+0 21+1 20) 161
+(1 23+0 22+0 21+1 20) 160]D =(59)H
(10011100101101001000)O=
(10 011 100 101 101 001 000)D =
( 2 3 4 5 5 1 0 )O
=(2345510)O
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（1-14）
（4）十进制与二进制之间的转换：
（N）D Ki 2i i0
两边除二，余第0位K0
（N 2） Di 1Ki 2i1K 20
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（1-19）
在BCD码中，用四位二进制数表示 0~9十个数码。四位二进制数最多可以 表示16个字符，因此0~9十个字符与这 16中组合之间可以有多种情况，不同的 对应便形成了一种编码。这里主要介绍：
8421码 5421码
2421码 余3码
教案11(数字电路)省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件
结论: n个地址变量数据选择器，能够产生任何形 式输入变量数小于n＋1逻辑函数。
第12页
《数字电子技术》多媒体课件
例4.3.5: 用双4选1数据选择器 74HC153实现交通信号灯监视电 路。（ P190、 P165例4.2.2）
电子信息研究室
解: Z RAG RAG RAG RAG RAG R( AG) R( AG) R( AG) 1 ( AG)
令A1=A， A0=G， D0=R′，D1=R，D2=R， D3=1，则实 现电路为:
第13页
《数字电子技术》多媒体课件
电子信息研究室
例: 用8选1数据选择器74LS151实现函数:
L( A, B, C, D) m(0,3,4,5,9,10,11,12,13)
解: ①数据选择器三个地址端为A2，A1，A0，其输出表示 式为:
解: 首先将给定逻辑函数化为最小项之和形式:
Z1 ABC ABC ABC ABC m3 m4 m5 m6
Z
2
ABC
ABC
ABC
m1
m3
m7
Z3
ABC
ABC
ABC
m2
m3
m5
Z4 ABC ABC ABC ABC m0 m2 m4 m7
∵题目给定3/8线译码器为低电平有效
第16页
《数字电子技术》多媒体课件
电子信息研究室
4.3.5 数值比较器 （学习思绪: 定义及逻辑功效表）
一、定义 二、分类及实例介绍 三、扩展及应用
一、定义: 比较两个二进制数值大小逻辑电路。 二、分类及实例介绍:
类型: 1位数值比较器和多位数值比较器。
第17页
《数字电子技术》多媒体课件
数字电路全部PPT课件
（10、11、12、13、14、15）
. 位置表示法：(N)16 = (Hn-1Hn-2...H0 H-1H-2..) 16
按权展开式：
(N)2=Hn-116n-1+Hn-216n-2+...+H0160+H-116-1+H-216-2+...
（C07.A4)16= （C07.A4)H= C07.A4H= 12×162+0×161+7×160+10×16-1+4×16-2
小数部分
二、常用计数体制
1、十进制（Decimal）
. （N）10= (Dn-1Dn-2...D0 D-1D-2.. ) 10
(271．59)10＝ 2×102十7×101十1×100十5×10-1十9×10-2
2020年10月2日
5
2、二进制（Binary）
基数 ： 2
位权：2i
数符Bi: 0、1 (可以用低、高电平表示)
正数的三种代码相同，都是数值码最高位加符号位 “0”。
即X≥0时,真值与码值相等,且:X=[X]原= [X]反= [X]补例： 4位二进制数X=1101和Y=0.1101
[X]原= [X]反= [X]补= 01101, [Y]原= [Y]反= [Y]补= 0.1101
2020年10月2日
20
三、二——十进制编码（Binary Code Decimal码）
2020年10月2日
12
二、十六进制与二进制转换
1、十六进制转换为二进制 根据数值关系表用四位二进制数码逐位替代各位
十六进制数码。 （52.4)16=(01010010.0100)2 =(1010010.01)2 2、二进制转换为十六进制 将二进制数从小数点起，分别按整数部分和小数
电子科大数字电路完整4-1定理 chenyuppt课件
chapter 4
Combinational
Logic Design Principles
精选PPT课件
1
4 v c h a p t e r
v
❖ Switching Algebra ❖ Combinational Circuit Analysis ❖ Combinational Circuit Synthesis
We stated these axioms as a pair, with the only difference between
A1 and A1being the interchange of the symbols 0 and 1. This is a
characteristic of all the axioms精o选f sPwPiTt课ch件ing algebra . P（185）
精选PPT课件
3
4.1 Switching Algebra
4.1.1 Axioms（公理 ） P185
❖ （A1）X = 0 if X 1, （A1’） X = 1 if X 0
❖ （A2）If X = 0,then X’ = 1（A2’）If X = 1,then X’ =0
❖ （A3）0·0 = 0 ❖ （A4） 1·1 = 1
❖ Timing Hazards
v
精选PPT课件
2
Basic Concept (基本概念)
Logic circuits are classified into two types（逻辑电路分为两大类） ❖ combinational logic circuit（组合逻辑电路）
A combinational logic circuit is one whose outputs depend only on its current inputs.（任何时刻的输出仅取决与当时的输入）
Combinational
Logic Design Principles
精选PPT课件
1
4 v c h a p t e r
v
❖ Switching Algebra ❖ Combinational Circuit Analysis ❖ Combinational Circuit Synthesis
We stated these axioms as a pair, with the only difference between
A1 and A1being the interchange of the symbols 0 and 1. This is a
characteristic of all the axioms精o选f sPwPiTt课ch件ing algebra . P（185）
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3
4.1 Switching Algebra
4.1.1 Axioms（公理 ） P185
❖ （A1）X = 0 if X 1, （A1’） X = 1 if X 0
❖ （A2）If X = 0,then X’ = 1（A2’）If X = 1,then X’ =0
❖ （A3）0·0 = 0 ❖ （A4） 1·1 = 1
❖ Timing Hazards
v
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2
Basic Concept (基本概念)
Logic circuits are classified into two types（逻辑电路分为两大类） ❖ combinational logic circuit（组合逻辑电路）
A combinational logic circuit is one whose outputs depend only on its current inputs.（任何时刻的输出仅取决与当时的输入）
电子科大ppt课件
数字集成电路的结构特点( CMOS电路)
MOS晶体管模型 组合逻辑基本结构
逻辑单元的优化设计 组合单元的规模约束问题 时序逻辑的时间关系问题
1
MOS晶体管模型
典型尺度参数为： 沟道宽度W、沟道长度L，逻辑面积A；
2
MOS晶体管电学模型
典型参数为：
导通电阻、栅极电容、漏极电容和源极电容 3
电学参数与尺度参数的关系
在电路单元设计时，为了提高集成度，通常沟 道长度总是希望保持最小值，而沟道宽度却可
以进行加长；
4
CMOS基本电路结构
通常采用N网络与P网络互补连接构成：
N网络实现逻辑，并联为“与”，串联为“或” 5
典型CMOS基本电路
CMOS反相器
6
典型CMOS基本电路
与非门和或非门
7
典型CMOS基本电路
与或非结构(AOI)
18
面积优化的特点
逻辑单元的输出电阻取决于导通支路上串联晶 体管的数量。 对于N管，导通电阻为1； 对于P管，导通电阻为2。 根据逻辑的不同以及输出电平的不同，输出电 阻会有较大差异。
19
面积优化的特点
INV：
逻辑面积 2
NAND(n):
2n
NOR(n):
2n
AOI(2,2): 8
AOI(3,3): 12
性能优化的要点是保持所有逻辑单元的输出 电阻为最小(都等于1)，上升时间和下降时 间能够保持一致，在此情况下，延迟时间单纯 取决于逻辑单元的电容。
这一方案可以简化电路性能的设计，同时提 高电路的速度。
22
性能优化的规则
沟道长度设置为最小尺度，通过调整沟道宽 度使电阻一致。
P管的宽度大于N管(=2)； 当n个晶体管串联时，宽度应该增加为n倍； 沟道宽度增加时，相关电容和逻辑面积成比
MOS晶体管模型 组合逻辑基本结构
逻辑单元的优化设计 组合单元的规模约束问题 时序逻辑的时间关系问题
1
MOS晶体管模型
典型尺度参数为： 沟道宽度W、沟道长度L，逻辑面积A；
2
MOS晶体管电学模型
典型参数为：
导通电阻、栅极电容、漏极电容和源极电容 3
电学参数与尺度参数的关系
在电路单元设计时，为了提高集成度，通常沟 道长度总是希望保持最小值，而沟道宽度却可
以进行加长；
4
CMOS基本电路结构
通常采用N网络与P网络互补连接构成：
N网络实现逻辑，并联为“与”，串联为“或” 5
典型CMOS基本电路
CMOS反相器
6
典型CMOS基本电路
与非门和或非门
7
典型CMOS基本电路
与或非结构(AOI)
18
面积优化的特点
逻辑单元的输出电阻取决于导通支路上串联晶 体管的数量。 对于N管，导通电阻为1； 对于P管，导通电阻为2。 根据逻辑的不同以及输出电平的不同，输出电 阻会有较大差异。
19
面积优化的特点
INV：
逻辑面积 2
NAND(n):
2n
NOR(n):
2n
AOI(2,2): 8
AOI(3,3): 12
性能优化的要点是保持所有逻辑单元的输出 电阻为最小(都等于1)，上升时间和下降时 间能够保持一致，在此情况下，延迟时间单纯 取决于逻辑单元的电容。
这一方案可以简化电路性能的设计，同时提 高电路的速度。
22
性能优化的规则
沟道长度设置为最小尺度，通过调整沟道宽 度使电阻一致。
P管的宽度大于N管(=2)； 当n个晶体管串联时，宽度应该增加为n倍； 沟道宽度增加时，相关电容和逻辑面积成比
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Programmability [可编程性（具有“智能”）]
Speed, Economy, and Steadily Advancing Technology (快速、经济性、稳步发展的技术)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital
综合性考查，组合电路和时序电路各一 次，要求两周内完成后上交；
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
教学考核方式
平时作业及随堂考核成绩：10分 (6/4) 课程设计：15分 期中考试：15分 期末考试：60分
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基 本理论和基本分析方法，为学习后续课程准备必要的电 路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维 能力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法 和基本的系统设计技巧；培养同学综合运用知识分析解 决问题的能力和在工程性设计方面的基本素养。通过实 验和课外上机实验的方式，使同学深入了解和掌握数字 逻辑电路的设计分析方法和电路的运用过程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
内容安排：32次课 内容讲解27次，习题讲解3次，单元测验2次
第1，2章 第3章 第4，6章 第7，8章 第9章 补充内容
3次 引言，数制与编码 3次 数字电路器件基础 12次 组合电路分析与设计 12次 时序电路分析与设计 1次 存储器和可编程器件 1次 DAC和ADC
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
数字逻辑设计及应用
任课教师：兰京川
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程简介
“数字逻辑设计及应用”课程历来是我校的重要专业 基础课程之一，是研究数字系统设计的入门课程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital (模拟与数字)
模拟量： 其变化在时间或数值 上是连续的 数字量： 其变化在时间和数量 上都是离散的 数值大小是某一个最 小数量单位的整数倍
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程安排：64学时 教材：
数字设计—原理与实践（第4版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2007
参考书： 1. 数字设计—原理与实践（第4版） John F. Wakerly 林生 等译 机械工业出版社 2007 2.数字电子技术基础 （第4版） 阎石 等编 高等教育出版社
1.2 Analog versus号
衰减
放大
模拟信号在传输过程中失真 数字信号仍然可以保持 0、1
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital (模拟与数字)
Chapter 1 Introduction (引言)
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
(模拟与数字)
Development of Digital Electronic Aspects (数字电子技术的发展)
Vacuum Tube, Transistor, and Integrated Circuit [电子管、晶体管、集成电路（ IC ）]
Large-Scale/Very Large-Scale Integration [ 大∕ 超大规模集成电路（ LSI / VLSI ）]
Digital Circuits over Analog Ones
(数字系统及其优越性)
Reproducibility of Results [结果再现性（稳定可靠、精度更高）]
Ease of design, Flexibility, and Functionality (易于设计，灵活性和功能性)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
习题 每次课 2—4题（基本采用教材习题）； 每章结束上交，批改后将进行针对性讲
解，并给出参考解答； 每课一题
每次内容讲解的课上布置，自备一页纸 完成，要求当堂完成上交；
只检查，不返回； 课程设计
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)
Applications of Digital Electronic Aspects (数字电子技术的应用)(P3- 4)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.3 Digital Devices (数字器件)
Gates（门电路）：
—— The most basic digital devices (AND Gate, OR Gate, and NOT Gate or Inverter)
Speed, Economy, and Steadily Advancing Technology (快速、经济性、稳步发展的技术)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital
综合性考查，组合电路和时序电路各一 次，要求两周内完成后上交；
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教学考核方式
平时作业及随堂考核成绩：10分 (6/4) 课程设计：15分 期中考试：15分 期末考试：60分
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通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基 本理论和基本分析方法，为学习后续课程准备必要的电 路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维 能力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法 和基本的系统设计技巧；培养同学综合运用知识分析解 决问题的能力和在工程性设计方面的基本素养。通过实 验和课外上机实验的方式，使同学深入了解和掌握数字 逻辑电路的设计分析方法和电路的运用过程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
内容安排：32次课 内容讲解27次，习题讲解3次，单元测验2次
第1，2章 第3章 第4，6章 第7，8章 第9章 补充内容
3次 引言，数制与编码 3次 数字电路器件基础 12次 组合电路分析与设计 12次 时序电路分析与设计 1次 存储器和可编程器件 1次 DAC和ADC
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
数字逻辑设计及应用
任课教师：兰京川
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课程简介
“数字逻辑设计及应用”课程历来是我校的重要专业 基础课程之一，是研究数字系统设计的入门课程。
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital (模拟与数字)
模拟量： 其变化在时间或数值 上是连续的 数字量： 其变化在时间和数量 上都是离散的 数值大小是某一个最 小数量单位的整数倍
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
课程安排：64学时 教材：
数字设计—原理与实践（第4版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2007
参考书： 1. 数字设计—原理与实践（第4版） John F. Wakerly 林生 等译 机械工业出版社 2007 2.数字电子技术基础 （第4版） 阎石 等编 高等教育出版社
1.2 Analog versus号
衰减
放大
模拟信号在传输过程中失真 数字信号仍然可以保持 0、1
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital (模拟与数字)
Chapter 1 Introduction (引言)
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
(模拟与数字)
Development of Digital Electronic Aspects (数字电子技术的发展)
Vacuum Tube, Transistor, and Integrated Circuit [电子管、晶体管、集成电路（ IC ）]
Large-Scale/Very Large-Scale Integration [ 大∕ 超大规模集成电路（ LSI / VLSI ）]
Digital Circuits over Analog Ones
(数字系统及其优越性)
Reproducibility of Results [结果再现性（稳定可靠、精度更高）]
Ease of design, Flexibility, and Functionality (易于设计，灵活性和功能性)
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
习题 每次课 2—4题（基本采用教材习题）； 每章结束上交，批改后将进行针对性讲
解，并给出参考解答； 每课一题
每次内容讲解的课上布置，自备一页纸 完成，要求当堂完成上交；
只检查，不返回； 课程设计
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)
Applications of Digital Electronic Aspects (数字电子技术的应用)(P3- 4)
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1.3 Digital Devices (数字器件)
Gates（门电路）：
—— The most basic digital devices (AND Gate, OR Gate, and NOT Gate or Inverter)