数字集成电路课件 第三章 电子控制系统的信息处理
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《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
《数字集成电路设计》PPT课件
② x和z值 在数字电路中，x代表不定值，z代表高阻值。 例如： 8’b1001xxxx 表示位宽8的二进制数第四位为不定值。
ⅱ. Parameter常数
在Verilog中，用parameter定义一个标识符代表一个常量，称为符 号常量。采用标识符代表一个常量可提高程序的可读性和可维护 性。其定义结构如下：
Verilog HDL程序模块包括模块名、输入输出端口说明、 内部信号说明、逻辑功能定义等几部分。
程序模板如下：
module <模块名>(<输入、输出模块列表>); /*端口描述*/ input <输入端口列表>; output <输出端口列表>;
/*内部信号说明*/ wire //nets型变量 reg //register变量 integer //常数
位运算是对两个操作数相应位进行运算操作数的位数是不变的而缩减运算时针对单个操作数先将操作数的第一位于第二位进行运算再将结果与第三位进行运算以此类推直到最后一位其结果是一个一位二进制数
数字集成电路设计
FPGA结构与设计流程
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵 列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即 解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
wire[n:1] 变量名1，变量名2，……，变量名n；
ⅱ. register型变量
register型变量对应于具有状态保持作用的电路元件，如触发器，锁 存器等。它只有明确地赋值后才能对其他变量赋值，重新赋值前一 直保持原值。在设计中，此类变量必须放在块语句(always语句)中， 通过过程语句赋值。同一个register型变量只能在一个块语句中重复 赋值，而不能同时在多个块语句中重复赋值使用。register型变量包 括reg型和integer型。
《数字集成电路设计》课件
加法器和减法器
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
3.3.2与非门或非门课件-高中通用技术选择性必修1《电子控制技术》
与非门
真值表
A
B
F
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
有0出1，全1出0
F = A·B
A F
B
与非门波形图
或非门
真值表
A
B
F
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
有1出0，全0出1
F =A+B
A F
B
或非门波形图
练习
下列是实现与非逻辑关系的门电路 符号是
练习
1、与非门的逻辑功能是 A、有0出1，全1出1 B、有0出1，全0出0 C、有0出1，全1出0 D、全0出1，有1出0
2、能实现输入都为0，输出才为1的门电路是 A、与门 B、或门 C、与非门 D、或非门
练习
与非门输出为低电平时，需满足 A、只要有一个输入端为低电平 B、只要有一个输入端为高电平 C、所有输入端都是低电平 D、所有输入端都是高电平
逻辑代数基本定律
数学中的加法交换律、结合律 和乘法交换律、结合律、分配
R
UCC S U。
R A
F
UCC
U。
晶体三极管的开关特性
晶体三极管存在截止和饱和两种状态: 饱和——开关闭合。 截止——开关断开;
饱和：条件—— 输入信号足够大(高电平)； 现象—— 三极管流过的电流较大，集电极与发射极 之间的电压只有左右(低电平)。
截止：条件—— 输入信号足够小(低电平)； 现象—— 三极管没有电流流过，集电极与发射极 之间的电压与电源电压接近(高电平)。
谢 谢！
德·摩根定理(反演律）
第三节 数字集成电路PPT课件
10．分析如图所示电路的逻辑功能，要求写出逻辑式并化简，列 出真值表，画出用与非门实现的简化逻辑图。
17
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
【答案】 C
13
基础能力训练
8．TTL集成电路的优点( ) A．速度快 B．允许负载流过的电流较大 C．抗静电能力强 D．以上都是
【答案】 D
14
基础能力训练
9．分析下面的电路并回答问题
(1)写出Y的输出表达式 (2)列出输出Y的真值表 (3)说明电路的逻辑功能
15
基础能力训练
【答案】
16
基础能力训练
三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压相近
高电平 (_________________________)
2
知识精要
2.常用数字集成电路的类型 集成门电路属于小规模集成电路。由若干个_门__电_路____组 成，能完成某个逻辑功能，如编码、译码等的集成电路通常属于 ____中__规_模_集__成_电_路________。 数字集成电路有多种类型，最常用的有 TTL(_____晶_体_管__-晶__体_管_逻__辑_____)和 CMOS(_____互_不__M_O_S_电_路______)两种。
第三节 数字集成电路
※案例导引
视频 观看视频《pcb板焊锡》
印制电路板(PCB线路板)，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提 供者。它大大减少了布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。
17
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
【答案】 C
13
基础能力训练
8．TTL集成电路的优点( ) A．速度快 B．允许负载流过的电流较大 C．抗静电能力强 D．以上都是
【答案】 D
14
基础能力训练
9．分析下面的电路并回答问题
(1)写出Y的输出表达式 (2)列出输出Y的真值表 (3)说明电路的逻辑功能
15
基础能力训练
【答案】
16
基础能力训练
三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压相近
高电平 (_________________________)
2
知识精要
2.常用数字集成电路的类型 集成门电路属于小规模集成电路。由若干个_门__电_路____组 成，能完成某个逻辑功能，如编码、译码等的集成电路通常属于 ____中__规_模_集__成_电_路________。 数字集成电路有多种类型，最常用的有 TTL(_____晶_体_管__-晶__体_管_逻__辑_____)和 CMOS(_____互_不__M_O_S_电_路______)两种。
第三节 数字集成电路
※案例导引
视频 观看视频《pcb板焊锡》
印制电路板(PCB线路板)，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提 供者。它大大减少了布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。
数字集成电路第3章
1
集成电容器
双极集成电路中常用的集成电容器
反偏PN结电容器 MOS电容器
MOS集成电路中常用的MOS电容器
感应沟道的单层多晶硅MOS电容 双层多晶硅MOS电容
反偏PN结电容器
工艺与NPN兼容 发射结零偏单位面积电容CjA0较大，击穿电压 低 集电结零偏单位面积电容CjA0较小，击穿电压 高 利用并联方式可提高结零偏单位面积电容CjA0
金属膜连线
SI-AL互溶问题：在共熔点温度（577C）， 1µm厚的AL可以吃掉 0.12µm的硅层，而使很薄 的双极晶体管的发射区扩散层和MOS管的源漏 扩散层变的更薄。 SI-AL共熔体中吸出的SI原子，会向附近的纯 铝中扩散，所以在小接触孔附近有大块铝的情 况下，虽然合金温度不太高，也会从接触孔边 沿把PN结熔穿
集成电阻器分类
基区扩散电阻 发射区扩散电阻 基区沟道电阻 离子注入电阻 多晶硅电阻和MOSFET形成电阻
基区扩散电阻
L R RS W RS 为基区扩散薄层电阻,L\W分别电阻器的长和宽 ,1:端头修正, 2:拐角修正因子, 3:横向扩散因子 修正, 4:薄层电阻值的修正 WS W 2 0.8 x jc ;Weff W 0.55 x jc , L R RS ( 2k1 nk2 ) W 0.55 x jc L R RS ( 0.5n), Rsa K a RS W
感应沟道的单层多晶硅MOS电容
以栅氧化层为介质,多晶硅为上电极,衬底为下 电极;通常C区下衬底表面感应沟道与扩散区S 相连 特点:电容值是所加电压的函数,是个非线性电 容,常用自举电路.
集成电容器
双极集成电路中常用的集成电容器
反偏PN结电容器 MOS电容器
MOS集成电路中常用的MOS电容器
感应沟道的单层多晶硅MOS电容 双层多晶硅MOS电容
反偏PN结电容器
工艺与NPN兼容 发射结零偏单位面积电容CjA0较大，击穿电压 低 集电结零偏单位面积电容CjA0较小，击穿电压 高 利用并联方式可提高结零偏单位面积电容CjA0
金属膜连线
SI-AL互溶问题：在共熔点温度（577C）， 1µm厚的AL可以吃掉 0.12µm的硅层，而使很薄 的双极晶体管的发射区扩散层和MOS管的源漏 扩散层变的更薄。 SI-AL共熔体中吸出的SI原子，会向附近的纯 铝中扩散，所以在小接触孔附近有大块铝的情 况下，虽然合金温度不太高，也会从接触孔边 沿把PN结熔穿
集成电阻器分类
基区扩散电阻 发射区扩散电阻 基区沟道电阻 离子注入电阻 多晶硅电阻和MOSFET形成电阻
基区扩散电阻
L R RS W RS 为基区扩散薄层电阻,L\W分别电阻器的长和宽 ,1:端头修正, 2:拐角修正因子, 3:横向扩散因子 修正, 4:薄层电阻值的修正 WS W 2 0.8 x jc ;Weff W 0.55 x jc , L R RS ( 2k1 nk2 ) W 0.55 x jc L R RS ( 0.5n), Rsa K a RS W
感应沟道的单层多晶硅MOS电容
以栅氧化层为介质,多晶硅为上电极,衬底为下 电极;通常C区下衬底表面感应沟道与扩散区S 相连 特点:电容值是所加电压的函数,是个非线性电 容,常用自举电路.
第三章集成运算放大电路梁明理高等教育出版社电子线路PPT通用课件
显然不能将两输入端真正断路。
u- i- -
uu+
--
u+id
Auo
+
uo
ro
ri +
uo
u+ i+ + - A(u+-u-)
一、理想运放工作在线性区时的特点
输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关
系，即
u i
uO
u O
Auo (u
u )
u
+ Auo
i
理想运放工作在线性区特点：
1. 理想运放的差模输入电压等于零
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高
KCMRR , 输入阻抗 Ri 尽可能大。
输入级一般采用差分放大器。 对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
常采用复合三极管共e放大电路。
对输出级的要求：尽可能提高带负载能力，给出
足够的输出电流io 。即输出阻抗 Ro小。
输出级采用互补对称式射极跟随器—功率放大
从净输入端(u+-u-)之间看进去运放等效为ri ，从输出(uo~⊥)
之间看进去运放用戴维宁定理等效为一个受控电压源A(u+-u-)和
一个内阻ro相串联。
1、运算放大器的电路模型 2、实际运算放大器的特点
开环电压放大倍数
u- i- -
ro ri +
uo
A=106~108 差摸输入电阻
——很大
u+ i+ + - A(u+-u-)
-
-
+
+
LM324
+
+
-
-
+12V 1 2 34 5 67
电子控制系统的信号处理ppt
信号转换
将采集到的电信号转换为数字信号，以便于处理和控制。信号转换的精度和速度对控制系统的性能有着重要影响。
将检测到的物理量（如温度、压力、位移等）转换为电信号，以便于后续处理和控制。
信号处理在检测系统中的应用
信号转换
将微弱的电信号进行放大，使其能够被后续电路正确处理。
信号放大
去除噪声和干扰，提取有用的信号，以便于后续电路进行处理和控制。
信号滤波
信号处理在通信系统中的应用
要点三
信号调制
将原始的基带信号调制到高频载波上，以便于传输。调制技术是通信系统的核心技术之一。
要点一
要点二
信号解调
将调制后的高频信号解调为原始的基带信号，以便于后续处理和控制。
信号编码
将原始的基带信号进行编码，以便于传输和存储。编码技术是通信系统中不可或缺的一部分。
网络安全与隐私保护
物联网时代的信号传输和处理将面临更多的安全和隐私挑战，信号处理技术将需要加强安全性和隐私保护能力。
01
02
03
特征提取与分类
人工智能和机器学习在信号处理中将扮演更加重要的角色，能够对信号进行自动分类、识别和理解，提取出关键特征，提高信号处理的效率和准确性。
自动化与智能化
人工智能和机器学习的应用将促进信号处理的自动化和智能化发展，能够实现对信号的实时监测、预测和控制，提高电子控制系统的性能和稳定性。
适应性和灵活性
嵌入式系统中的信号处理技术发展
物联网时代的信号处理技术应用前景
大数据处理和分析
物联网时代的到来将产生海量的数据，信号处理技术将负责对这些数据进行实时处理和分析，提取出有价值的信息，为决策提供支持。
异构信息融合
物联网涉及的设备种类繁多，其信息格式和标准可能存在差异，信号处理技术将负责对这些异构信息进行融合，实现信息的互通和共享。
数字集成电路课件
Introduction
EE141 Integrated Circuits2nd © Digital
介绍大纲
什么是IC
将来会如何发
展？
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
7
第一台自动计算机
Babbage DifferenceEngine I （1832） 25,000个机械部件 总成本 17,470
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
30
功率密度
10000 功率密度(W/cm2) 1000
Rocket Nozzle Nhomakorabea100
Nuclear Reactor
8086 10 4004 Hot Plate P6 8008 8085 Pentium® proc 386 286 486 8080 1 1970 1980 1990 2000 2010 年
Introduction
19
2007年英特尔推出45nm正式量 产工艺，45nm技术是全新的技 术，可以让摩尔定律至少再服 役10年。
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
20
集成电路的应用领域
军事国防 工业控制
工控设备 智能仪表 汽车电子 网络设备 电子商务 集成电路
8086
Source: Intel
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
i486 i386 80286
EE141 Integrated Circuits2nd © Digital
介绍大纲
什么是IC
将来会如何发
展？
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
7
第一台自动计算机
Babbage DifferenceEngine I （1832） 25,000个机械部件 总成本 17,470
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
30
功率密度
10000 功率密度(W/cm2) 1000
Rocket Nozzle Nhomakorabea100
Nuclear Reactor
8086 10 4004 Hot Plate P6 8008 8085 Pentium® proc 386 286 486 8080 1 1970 1980 1990 2000 2010 年
Introduction
19
2007年英特尔推出45nm正式量 产工艺，45nm技术是全新的技 术，可以让摩尔定律至少再服 役10年。
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
20
集成电路的应用领域
军事国防 工业控制
工控设备 智能仪表 汽车电子 网络设备 电子商务 集成电路
8086
Source: Intel
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
i486 i386 80286
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74LS00
电路连线
思维拓展
思考：若只能选择一块集成门电路，可以选择哪种门电路实 现电路功能？
1、数字集成电路的类型及结构
TTL: 特点：工作电源5V
总结
CMOS: 特点：工作电源3-18V
2、数字逻辑电路的设计步骤
明确设计要求 列逻辑真值表
列逻辑表达式 简化逻辑表达式
逻辑电路图设计并安装 测试
第三章 电子控制系统的信息处理
第三节 数字集成电路（第二课时）
用所学电控知识设计一个表决器电路。 是数字电路还是模拟电路？
1、基本逻辑门 2、数字集成电路
逻辑门
TTL类型：工作电源5V CMOS类型：工作电源3-18V
任务要求
设主评委1人，副评委2人 评判规则：主评委具有一票否决权
任务一：根据设计要求，将问题逻辑化。
3、电路设计的模块化思维
输入模块
控制模块
输出模块
ห้องสมุดไป่ตู้
作业和评价
1、完成课中提到的思考题作业并课后完成电路拼搭。 2、完成数字集成电路习题，下节课讲评。 3、完成实践活动评价单，要求做到公正合理，
实事求是。
列逻辑真值表
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
任务三：根据逻辑真值表， 列逻辑表达式，并化简。
Multism仿真软件验证
电路设计探究
Multism 仿真验证
任务四：根据逻辑表达式选择合适的逻辑门进行电路设计
数字集成电路的选择
74LS32
74LS08
任务五：选择合适的数字集 成门电路完成电路的连线及 拼搭。
A（B，C）:开关按下输入为1（输入高 电平），开关断开为0（低电平）。
Y: 灯亮为1（输出高电平），灯灭为0 （低电平）。 请用开关和发光二极管等电子元件分 别画出输入部分和输出部分电路。
输入和输出电路呈现
任务二：根据能使输出为1的条 件，分析输入与输出的逻辑关 系，列逻辑真值表。
分析输入和输出之间逻辑关系
电路连线
思维拓展
思考：若只能选择一块集成门电路，可以选择哪种门电路实 现电路功能？
1、数字集成电路的类型及结构
TTL: 特点：工作电源5V
总结
CMOS: 特点：工作电源3-18V
2、数字逻辑电路的设计步骤
明确设计要求 列逻辑真值表
列逻辑表达式 简化逻辑表达式
逻辑电路图设计并安装 测试
第三章 电子控制系统的信息处理
第三节 数字集成电路（第二课时）
用所学电控知识设计一个表决器电路。 是数字电路还是模拟电路？
1、基本逻辑门 2、数字集成电路
逻辑门
TTL类型：工作电源5V CMOS类型：工作电源3-18V
任务要求
设主评委1人，副评委2人 评判规则：主评委具有一票否决权
任务一：根据设计要求，将问题逻辑化。
3、电路设计的模块化思维
输入模块
控制模块
输出模块
ห้องสมุดไป่ตู้
作业和评价
1、完成课中提到的思考题作业并课后完成电路拼搭。 2、完成数字集成电路习题，下节课讲评。 3、完成实践活动评价单，要求做到公正合理，
实事求是。
列逻辑真值表
A
B
C
Y
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任务三：根据逻辑真值表， 列逻辑表达式，并化简。
Multism仿真软件验证
电路设计探究
Multism 仿真验证
任务四：根据逻辑表达式选择合适的逻辑门进行电路设计
数字集成电路的选择
74LS32
74LS08
任务五：选择合适的数字集 成门电路完成电路的连线及 拼搭。
A（B，C）:开关按下输入为1（输入高 电平），开关断开为0（低电平）。
Y: 灯亮为1（输出高电平），灯灭为0 （低电平）。 请用开关和发光二极管等电子元件分 别画出输入部分和输出部分电路。
输入和输出电路呈现
任务二：根据能使输出为1的条 件，分析输入与输出的逻辑关 系，列逻辑真值表。
分析输入和输出之间逻辑关系