数字逻辑设计
数字逻辑设计实验报告
一、实验目的1. 理解和掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。
2. 熟悉数字电路的基本门电路和组合逻辑电路。
3. 培养动手能力和实验技能，提高逻辑思维和解决问题的能力。
4. 熟悉数字电路实验设备和仪器。
二、实验原理数字逻辑设计是计算机科学与技术、电子工程等领域的基础课程。
本实验旨在通过实际操作，让学生掌握数字逻辑设计的基本原理和方法，熟悉数字电路的基本门电路和组合逻辑电路。
数字逻辑电路主要由逻辑门组成，逻辑门是数字电路的基本单元。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
根据逻辑门的功能，可以将数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合逻辑电路的输出只与当前输入有关，而时序逻辑电路的输出不仅与当前输入有关，还与之前的输入有关。
三、实验内容1. 逻辑门实验（1）实验目的：熟悉逻辑门的功能和特性，掌握逻辑门的测试方法。
（2）实验步骤：① 将实验箱中的逻辑门连接到测试板上。
② 根据实验要求，将输入端分别连接高电平（+5V）和低电平（0V）。
③ 观察输出端的变化，记录实验数据。
④ 分析实验结果，验证逻辑门的功能。
2. 组合逻辑电路实验（1）实验目的：掌握组合逻辑电路的设计方法，熟悉常用组合逻辑电路。
（2）实验步骤：① 根据实验要求，设计组合逻辑电路。
② 将电路连接到实验箱中。
③ 根据输入端的不同组合，观察输出端的变化，记录实验数据。
④ 分析实验结果，验证电路的功能。
3. 时序逻辑电路实验（1）实验目的：掌握时序逻辑电路的设计方法，熟悉常用时序逻辑电路。
（2）实验步骤：① 根据实验要求，设计时序逻辑电路。
② 将电路连接到实验箱中。
③ 观察电路的输出变化，记录实验数据。
④ 分析实验结果，验证电路的功能。
四、实验结果与分析1. 逻辑门实验结果：通过实验，验证了逻辑门的功能和特性，掌握了逻辑门的测试方法。
2. 组合逻辑电路实验结果：通过实验，掌握了组合逻辑电路的设计方法，熟悉了常用组合逻辑电路。
3. 时序逻辑电路实验结果：通过实验，掌握了时序逻辑电路的设计方法，熟悉了常用时序逻辑电路。
数字逻辑简单课程设计
数字逻辑简单课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握数字逻辑的基本概念和基本方法，培养学生分析和解决数字逻辑问题的能力。
具体来说，知识目标包括：掌握数字逻辑的基本概念，如逻辑门、逻辑电路、逻辑函数等；了解数字逻辑的基本运算，如与、或、非、异或等；理解数字逻辑电路的设计方法和步骤。
技能目标包括：能够运用数字逻辑的基本概念和运算方法分析和解决简单的数字逻辑问题；能够设计简单的数字逻辑电路，并进行仿真实验。
情感态度价值观目标包括：培养学生的团队合作意识和科学探究精神，使学生认识到数字逻辑在现代科技领域中的重要地位和作用。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括数字逻辑的基本概念、基本运算和电路设计方法。
具体来说，教学大纲安排如下：第1章：数字逻辑概述，介绍数字逻辑的基本概念和特点，理解数字逻辑与模拟逻辑的区别。
第2章：逻辑门，学习逻辑门的种类和性质，掌握逻辑门的符号表示和真值表。
第3章：逻辑电路，了解逻辑电路的组成和功能，学习逻辑电路的设计方法和步骤。
第4章：逻辑函数，掌握逻辑函数的定义和性质，学习逻辑函数的化简方法。
第5章：数字逻辑电路实例，分析常见的数字逻辑电路，如加法器、译码器、触发器等。
第6章：数字逻辑电路仿真实验，通过仿真软件进行数字逻辑电路的设计和实验。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
在教学过程中，我们将注重理论与实践相结合，通过生动的案例分析和实验操作，激发学生的学习兴趣和主动性。
同时，我们将鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的团队合作意识和科学探究精神。
四、教学资源为了保证本课程的顺利进行，我们将准备丰富的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
教材方面，我们将采用《数字逻辑》作为主教材，同时推荐《数字逻辑电路》等参考书供学生自主学习。
多媒体资料方面，我们将收集与课程相关的视频、动画和图片等，以直观地展示逻辑电路的工作原理和设计过程。
数字逻辑设计及应用
数字逻辑设计及应用
数字逻辑设计是指应用数字电路和逻辑代数等基础理论，设计和实现数字电子系统的过程。
数字电子系统广泛应用于计算机、通信、控制等领域，如微处理器、数字信号处理器、通信芯片、嵌入式系统、自动化控制等。
数字逻辑设计的主要内容包括以下几个方面：
数字电路基础知识：包括数字信号的表示和传输、数字逻辑门电路的设计和应用、触发器、计数器、寄存器、时序电路等基本概念和应用。
组合逻辑电路的设计：根据给定的逻辑功能要求，设计和实现基于逻辑门的组合逻辑电路，如加法器、减法器、比较器、译码器、编码器等。
时序逻辑电路的设计：根据时序要求，设计和实现基于触发器和计数器的时序逻辑电路，如时序器、状态机等。
数字系统的设计：将组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器等模块组合起来，设计和实现具有特定功能的数字系统。
FPGA和ASIC设计：利用FPGA或ASIC实现数字电子系统，掌握HDL 语言（如Verilog、VHDL）的编程和仿真技术，实现数字电路的快速原型设计和硬件实现。
数字逻辑设计在现代电子技术中有着重要的地位，对于掌握电子工程技术、嵌入式系统开发等相关领域具有重要的指导作用。
数字逻辑设计知识点
数字逻辑设计知识点数字逻辑设计是计算机科学中非常重要的一门学科，它主要研究数字电子电路和逻辑电路的设计与实现。
在计算机领域，数字逻辑设计是构建计算机硬件的基础，也是计算机组成与结构的重要组成部分。
本文将从基本原理、逻辑门、化简、时序逻辑等多个方面介绍数字逻辑设计的知识点。
一、基本原理数字逻辑设计的基础是布尔代数和逻辑运算。
布尔代数是由英国数学家乔治·布尔提出的算法，用于描述逻辑关系，是数字逻辑设计的重要数学基础。
逻辑运算包括与、或、非、异或等运算，通过这些运算可以构建逻辑电路。
二、逻辑门逻辑门是构成数字逻辑电路的基本组件，它们通过执行逻辑运算来实现特定的功能。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
例如，与门的输出只有当所有输入都为1时才为1，否则为0；或门的输出只有当至少一个输入为1时才为1，否则为0。
逻辑门的电路图可以使用布尔代数表达式或者真值表来表示，以方便理解和分析逻辑电路的功能。
逻辑门可以通过组合逻辑和时序逻辑的方式进行组合，实现更复杂的功能。
三、化简在数字逻辑设计中，化简是一种常用的方法，用于简化逻辑电路的结构和功能。
通过化简可以减少逻辑门的使用数量，提高电路的运算速度和节省成本。
常用的化简方法包括代数化简、卡诺图和映射方法等。
代数化简通过运用布尔代数的公式和规则，将复杂的逻辑表达式简化为更简单的形式。
卡诺图是一种图形化的工具，通过将逻辑函数转化为一个由矩形方块组成的表格，从而帮助我们直观地找出简化逻辑表达式的方法。
映射方法可以将逻辑电路直接映射为门电路或者转移函数。
四、时序逻辑时序逻辑是数字逻辑设计中的重要概念，它描述了电路的状态和信号随时间变化的关系。
时序逻辑是处理时钟信号和状态转移的电路，广泛用于计算机的处理器和存储器设计中。
时序逻辑电路通常包括寄存器、触发器、计数器等。
寄存器是一种用于存储数据的电路，以二进制形式存储；触发器是一种用于存储和稳定电平信号的电路；计数器是一种用于计数和控制信号电路状态转移的电路。
数字逻辑课程设计
数字逻辑课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握数字逻辑的基本知识和技能，培养学生的逻辑思维能力和创新意识，提高学生在计算机科学、电子工程等领域的应用能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解数字逻辑的基本概念、原理和符号表示，掌握逻辑门、逻辑函数、逻辑电路的设计和分析方法。
2.技能目标：学生能够运用数字逻辑知识解决实际问题，具备使用逻辑电路图设计简单数字系统的能力，熟练使用数字逻辑仿真工具进行电路模拟。
3.情感态度价值观目标：学生通过学习数字逻辑，培养对计算机科学和电子工程等领域的兴趣和热情，增强创新意识，提高团队合作能力和口头表达能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.数字逻辑基本概念：数字逻辑的发展史、数字逻辑电路的基本元素、逻辑门的分类和特点。
2.逻辑函数：逻辑函数的定义、逻辑函数的表示方法、逻辑函数的性质和运算。
3.逻辑电路：逻辑电路的设计方法、逻辑电路的分类、逻辑电路的优化。
4.数字系统：数字系统的组成、数字系统的特点、数字系统的设计方法和步骤。
5.数字逻辑仿真：数字逻辑仿真工具的使用、数字电路的仿真分析。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解使学生掌握数字逻辑的基本概念和原理。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解数字逻辑在实际应用中的作用。
3.实验法：通过实验操作，培养学生动手能力和实际问题解决能力。
4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的创新思维和团队合作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：《数字逻辑》教材，为学生提供系统的数字逻辑知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，生动形象地展示数字逻辑的知识点。
4.实验设备：计算机、逻辑电路仿真器等，为学生提供实践操作的平台。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化的评价方式，以全面、客观、公正地评估学生的学习成果。
数字逻辑设计
数字逻辑设计数字逻辑设计是一门探讨数字系统设计和数字电路实现的学科。
数字逻辑设计是计算机工程师的基础知识之一，它涉及数字电路中的逻辑门、触发器、寄存器以及计数器等组件的设计和实现。
在现代科技高度发达的背景下，数字逻辑设计的重要性日益凸显。
数字逻辑设计的基本原理是利用二进制数制来表达数字信息，通过逻辑门的组合和连接，实现对数字信号的处理和控制。
在数字系统中，逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等，它们是数字电路的基本构建模块。
通过逻辑门的组合，可以实现各种逻辑功能，例如加法、减法、乘法、除法等。
数字逻辑设计也包括时序逻辑的设计，如触发器、寄存器、计数器等，它们能够存储和处理数字信号，并实现诸如时序逻辑、状态机等功能。
数字逻辑设计的应用广泛，涵盖了各个领域。
在计算机领域，数字逻辑设计是计算机硬件系统的基础，包括中央处理器、存储器、输入输出接口等的设计和实现。
在通信领域，数字逻辑设计被应用于数字通信系统中，包括调制解调器、编解码器等的设计。
在工业控制领域，数字逻辑设计可以实现自动控制系统，提高生产效率。
在消费电子产品中，数字逻辑设计也被广泛应用，如手机、平板电脑、数码相机等设备，都离不开数字逻辑设计的支持。
在数字逻辑设计中，要注重设计的效率和可靠性。
设计过程中需要考虑系统的性能、功耗、面积等方面的要求，以及系统的稳定性和可靠性。
数字逻辑设计师需要具备扎实的逻辑思维能力和数学功底，熟悉常用的数字逻辑设计工具和技术，能够灵活运用各种逻辑门和触发器设计复杂的数字系统。
总的来说，数字逻辑设计是一门重要的学科，它在现代科技发展中起着关键作用。
掌握数字逻辑设计的基本原理和方法，有助于培养学生的逻辑思维能力和创新能力，为他们未来的学习和工作打下良好的基础。
希望本文能够帮助读者更好地了解数字逻辑设计的基本概念和应用领域。
数字逻辑电路asic设计
数字逻辑电路asic设计数字逻辑电路ASIC设计是一个复杂的过程，涉及多个阶段。
以下是设计的基本步骤：1. 功能指标：明确设计的目的和功能需求，这通常涉及到详细的功能描述和接口定义。
2. 系统级设计：使用高级语言（如Matlab、C等）对各个模块进行描述，并进行方案的可行性验证。
3. 前端流程：RTL寄存器传输级设计：使用硬件描述语言（如Verilog）对电路进行描述，重点是寄存器之间的传输。
功能验证（动态验证）：对设计的功能进行仿真验证，需要激励驱动，是动态仿真。
常用的仿真验证工具包括Mentor公司的Modelsim、Synopsys的VCS和Cadence的NC-Verilog。
逻辑综合（Design Compile）：指定特定的综合库，添加约束文件。
逻辑综合得到门级网表（Netlist）。
4. 后端流程：物理设计（Layout）：基于逻辑综合后的网表进行物理设计，包括布局、布线和时钟树综合等。
DRC/LVS 检查：进行设计规则检查和布局与电路图一致性检查，确保设计的正确性和工艺的可行性。
5. 形式验证（静态验证）：对综合后的网表进行功能上的验证。
6. 版图生成：根据设计要求和工艺参数，生成用于制造的版图。
7. 投片制造：将生成的版图送至半导体制造工厂进行制造。
8. 测试与验证：制造完成后，对芯片进行测试和验证，确保其功能和性能满足设计要求。
9. 封装与上市：如果芯片通过所有测试和验证，则进行封装，并推向市场。
在进行ASIC设计时，需要权衡多个因素，如速度、面积、功耗和上市时间等。
另外，ASIC设计是一项复杂且技术性很强的工作，通常需要由经验丰富的工程师团队来完成。
数字逻辑课程设计
深入探讨了时序逻辑电路的分析与设计，涉及触发器、寄存器、计数 器等关键元件的工作原理和设计方法。
课程设计实践
通过具体的课程设计项目，学生将理论知识应用于实际，提高了分析 问题和解决问题的能力。
对未来数字逻辑技术的展望
新型逻辑器件的发展
智能化设计工具的应用
随着科技的进步，新型逻辑器件如生物逻 辑门、量子逻辑门等不断涌现，为数字逻 辑技术的发展带来新的机遇和挑战。
介绍可编程逻辑器件的原理和 应用，如FPGA、CPLD等。
数字逻辑基本概念
介绍数、二进制数、逻辑代数 等基本概念和原理。
时序逻辑电路
介绍时序逻辑电路的分析和设 计方法，包括触发器、寄存器 、计数器等。
课程实验与课程设计
通过实验和课程设计，使学生 掌握数字逻辑电路的分析、设 计和实现方法。
02
数字电路基础知识
比较器
对两个输入信号进行比较，根 据比较结果输出相应的逻辑电
平。
组合逻辑电路中的竞争与冒险现象
竞争现象
由于门电路延迟时间的存在，当多个输入信号同时变化时 ，输出端可能出现短暂的过渡状态，称为竞争现象。
冒险现象
在组合逻辑电路中，由于竞争现象的存在，可能导致输出 端出现意外的逻辑电平跳变，称为冒险现象。冒险现象可 能导致电路工作不稳定或产生错误输出。
集成电路技术的不断发展，使得数字逻辑电路的设计和实现更加便 捷和高效。
人工智能和物联网的推动
人工智能和物联网的快速发展，对数字逻辑提出了更高的要求，也 为其提供了新的应用场景和发展空间。
课程内容与结构安排
组合逻辑电路
讲解组合逻辑电路的分析和设 计方法，包括门电路、编码器 、译码器、数据选择器等。
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3.2.2 三极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路
在数字电路中，三极管作为开关元件，主要 工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极 短暂的过渡状态。
2020/6/15
三极管的三种工作状态 （a）电路 （b）输出特性曲线
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3.3 分立元件门电路
门电路的概念：
实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑
门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或
门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。
分立元件门电路和集成门电路:
分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起
来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。
集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都
制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了
集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门
2电020路/6/1。5
18
3.3.1 二极管与门电路
1. 电路
2. 工作原理
A、B为输入信号 （+5V或0V）
Y 为输出信号 VCC＝+5V
电路输入与输出电压的关系
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6
1. 静态特性及开关等效电路
正向导通时 UD(ON)≈0.7V（硅）
0.3V（锗） RD≈几Ω ～几十Ω 相当于开关闭合
二极管的伏安特性曲线
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7
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
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二极管的伏安特性曲线
8
2. 动态特性：
范围。
3.6V U SH
2.4V
标准高电平USH常取
U SL
0.8V 0V
3.6V；低电平USL常 取0.3V。
高低电平示意图
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2
关于正逻辑和负逻辑的概念
1. 正负逻辑的规定
正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。 负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。
2. 正负逻辑的转换 对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采
A、B全1， Y才为1。
可见实现了与逻辑
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5. 逻辑符号
A
&
Y
B
6. 逻辑表达式 Y＝A B
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3.3.2 二极
A、B为输入信号（+5V或0V） Y 为输出信号
电路输入与输出电压的关系
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A
B
Y
0V
0V
0V
0V
5V 4.3V
5V
NMOS管电路图
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截止状态
导通状态
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3.2.4 抗饱和三极管
它是在三极管基极和集电极之间并接一个肖特基二极管（简 称SBD）构成的。肖特基二极管的正向压降小，约为0.4V， 容易导通，可分流三极管的一部分基极电流，使三极管工作 在浅饱和状态，从而大大缩短三极管的开关时间，提高工作 速度。在集成电路中肖特基二极管和三极管制作在一起。
3.1 概述
集成逻辑门电路主要有TTL门电路和COMS门 电路。TTL门由双极型晶体管组成，CMOS门电 路由单极型MOS管组成。
TTL门电路的工作速度高，但功耗也较大， 集成度不高；CMOS门电路功耗小，集成度高， 但工作速度较低。
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1
各种门电路的输入和输出，只有高电平和低电
平两种不同的状态。高电平和低电平都有一定的
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A
B
Y
0V
0V
0V
0V
5V
0V
5V
0V
0V
5V
5V
5V
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3. 逻辑赋值并规定高低电平
用逻辑1表示高电平（此例为≥+3.6V）
用逻辑0表示低电平（此例为≤0.3V）
4. 真值表
二极管与门的真值表
A
B
Y
0V
0V
0V
0V
5V
0V
5V
0V
0V
5V
5V
5V
A
BY
0
00
0
10
1
00
1
11
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(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止所需的时间。
toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
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3.2.3 MOS管的开关特性
一般采用增强型MOS组成开关电路，并由栅源电 压uGS控制MOS管的截止或导通。
逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
2020/6/15
4
半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这 种电子开关的基本开关元件。
理想开关的开关特性：
(1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等
效电阻ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。
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(1) 截止条件 条件：发射结反偏 特点：电流约为0
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开关等效电路
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(2)饱和条件
条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅
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ICSVCCR C UCESVRCCC
I BS
I CS
I BS
VCC
RC
三极管的饱和条件：
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻 RON = 0，电压UAK = 0。
2020/6/15
5
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。 半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用 时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
0V 4.3V
5V
5V 4.3V
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3. 逻辑赋值并规定高低电平 用逻辑1表示高电平（此例为≥+3.6V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0.3V）
用负逻辑。 本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。 同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能
是不同的。
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3
3.2 半导体二极管和三极管的开关特性
3.2.1 二极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作 在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合 截止状态：相当于开关断开。
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三极管开关等效电路 饱和时
iB
IBS
VCC
RC
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2. 三极管的开关时间（动态特性）
延迟时间td
上升时间tr 开启时间ton
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三极管的开关时间
存储时间 ts
下降时间tf
关闭时间 toff 14
(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。
ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间