数字电路逻辑设计基础课件

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1、1第一章 数制与编码 要求：要求： 会数制转换；会数制转换； 符号数的代码表示及应用；符号数的代码表示及应用； 8421BCD8421BCD码码、5421BCD5421BCD码、余三码、格雷码；码、余三码、格雷码；2第二章逻辑代数基础要求：要求：概念：概念： 基本逻辑关系；基本逻辑关系； 逻辑函数的几种表示方法；逻辑函数的几种表示方法； 最小项及标准式；最小项及标准式； 无关项。无关项。函数化简：函数化简：3第三章逻辑门电路要求：要求： 概念；概念； 接口应用；接口应用； 特殊门及应用；特殊门及应用； 波形图。波形图。概念：概念： 基础门基础门； 集成门功能及电气特性及相应参数；集成门功能及电

2、气特性及相应参数； 特殊门的特点及应用。特殊门的特点及应用。主要参数：主要参数：集成门使用接口：集成门使用接口：No,tNo,t , ,输入、输出特性；输入、输出特性；输入负载特性；输入负载特性；传输特性。传输特性。4第四章组合逻辑电路集成组合电路的应用：集成组合电路的应用： 概念；概念； 分析设计方法；分析设计方法； 集成电路应用；集成电路应用；概念：概念： 组合电路特点；组合电路特点； 半加与全加、编码、半加与全加、编码、译码译码、选择选择、比较；、比较； 竞争与险象。竞争与险象。组合电路的分析与设计方法：组合电路的分析与设计方法：要求：要求： SSI SSI一般分析设计方法由门实现；一般

3、分析设计方法由门实现； MSI MSI真值表、表达式及变换为相应（逻辑部件）的形式。真值表、表达式及变换为相应（逻辑部件）的形式。注意使能端（控制端）的正确使用：注意使能端（控制端）的正确使用：50.2 数字电路数字电路0.2.1. 基本概念电信号：指随时间变化的电压和电流。模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。数字电路：处理和传输数字信号的电路。60.2.2 模拟电路 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

4、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。70.2.3 数字电路数字信号： 时间上离散：只在某些时刻有定义。 数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。 8数字信号取值：数字信号位数：例：0和1不表示数值的大小，没有数值的概念，仅表示两种截然不同的逻辑状态0和1两种。即用二进制表示。1位二进制表示 2 种状态；n位二进制表示 2n种状态,取2n N灯的开关2种取值1位二进制数人的性别2种取值1位学生的籍贯32种取值5位学生的民族56种取值6位 (26 = 64 56)东西南北方位4种取值2位产品

5、的计数N种取值 n位，2nN9数字电路：处理和传输数字信号的电路。即能对数字信号进行算术运算和逻辑运算。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。算术运算对两个(及以上)数字信号进行加、减、 乘、除的算术加工。逻辑运算对数字信号进行与、或、非及其它逻 辑关系的加工处理。单元电路：逻辑设计：把单元电路和逻辑部件组成系统，根据确定的功能要求，设计出相应的数字电路。门电路、触发器由单元电路 构成逻辑部件100.2.4. 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。 （

6、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。110.2.5. 数字电路的分类（1）按功能分类 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。例：表决器 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。例：计数器（2）按结构分类 TTL 双极型（BJT） CMOS 单极型（FET）12（3）按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) 1

7、0个门 10 100个元件中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 10 100个门 100 1000个元件大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) 100 1000个门 1000 10000个元件超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) 1000个门 10000个元件特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）13越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间（例如家电） 越来越低的价格（例如家电） 大量使用计算机辅助设计工具（EDA技术） 多层次的设计

8、表述 大量使用复用技术 IP（Intellectual Property）14从20世纪60年代以来数字集成电路经历了SSI 、MSI到LSI 、VLSI的发展过程,70 年代初1K位存储器标志LSI问世后，微电子技术得到迅猛发展。标志性的芯片主要有三类:一类是CPU的发展.自从晶体管级的CPU问世以来，其集成度几乎1-2年翻一倍，性能提高一个数量级，例如：1971-1972年出现的Intel4004和4040（4位），其集成度为2000晶体管，1976年生产的8085（8位），集成度为9000晶体管/片；而1980年生产的Iapx43201（32位），集成度为100000晶体管/片，目前奔腾

9、芯片的集成度都达到几百万甚至上千万个晶体管。工业用品的单片机也得到迅猛的发展，随着超大规模集成电路的发展，单片机已从4位、8位字长，发展到16位、32位字长。 另一类具有代表性的是专用ASIC的发展.由于EDA技术的发展，改变了传统的设计方式加之制造工艺水平的不断提高，ASIC以其适应面广，体积小，功耗低，而且具有高性能、高可靠性和高保密性等优点得到广大芯片设计者的青睐。 15第三类典型的芯片是可编程器件.包括数字可编程器件和模拟可编程器件。从20世纪70年代出现熔丝编程的PROM和PLA，数字可编程器件获得飞速发展，20世纪70年代末AMD公司在PLA的基础上推出PAL，80年代初期Latt

10、ice公司发明电可擦写的GAL器件。80年代中期Xilinx公司提出现场可编程的概念，于1985生产了世界上第一片FPGA器件。同期Altera公司推出了EPLD器件（Erasable Programmable Logic Device）。80年代末期Lattice公司提出了在系统可编程技术以后，相继推出一系列具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件（CPLD-Complex PLD）。CPLD是在EPLD基础上发展起来的，它采用E2CMOS工艺制作，增加了内部连线，改进了内部结构体系，因而比EPLD的性能更好，设计也更加灵活。 16专用集成电路（ASIC-Application Specif

11、ic Integrated Circuit）是为满足某一应用领域或特定用户需要而设计、制造的LSI或VLSI电路，可以将特定的电路或一个应用系统设计在一个芯片上，构成单片应用系统（SOC）。ASIC可分为模拟ASIC和数字ASIC，数字ASIC又可以分为全定制和半定制两种。 全定制ASIC芯片的各层（掩膜）都是按特定电路功能专门制造的。设计人员从晶体管级的版图尺寸、位置和互连线开始设计，以达到芯片面积利用率高、速度快、功耗低的最优性能。但全定制的ASIC制作费用高，周期长，适用于批量较大的产品。半定制是一种约束性设计方式。约束的目的是简化设计、缩短设计周期以及提高芯片的成品率。半定制的ASIC