数字逻辑设计第二章

1、1第2章 内容回顾常用按位计数制的转换非十进制的加法和减法负数的表示符号数值（原码）补码数制：基数补码、基数减1补码二进制的原码、反码、补码表示2第2章 内容回顾二进制补码的加法和减法十进制数的二进制编码BCD码、2421码、余3码二五混合码、10中取1码葛莱码（ Gray code ）字符编码动作、条件和状态的编码3第3章 数字电路介绍数字电路中的电气知识数字逻辑设计及应用4思考几个问题在模拟的世界中如何表征数字系统？如何将物理上的实际值 映射为逻辑上的 0 和 1 ？什么时候考虑器件的逻辑功能； 什么时候考虑器件的模拟特性？53.1 逻辑信号和门电路如何获得高、低电平？高电平对应 0 还是

2、 1？VOUTVINVccR获得高、低电平的基本原理正逻辑positive10负逻辑negative1063.1 逻辑信号和门电路从物理的角度考虑电路如何工作，工作中的电气特性实际物理器件不可避免的时间延迟问题从逻辑角度输入、输出的逻辑关系三种基本逻辑：与、或、非7基本逻辑运算：与（AND）0 0 00 1 01 0 01 1 1ABZ逻辑表达式Z = A B开关：1通、0断灯：1亮、0不亮当且仅当所有输入全为1时，输出为1真值表&ABZABZ逻辑符号A B Z8基本逻辑运算：或（OR）逻辑表达式：Z = A + BA B Z真值表ABZ只要有任何一个输入为1，输出就为11ABZABZ逻辑符号

3、0 0 00 1 11 0 11 1 19基本逻辑运算：非（NOT）A Z0 11 0真值表逻辑表达式：Y = A = A AZR产生一个与输入相反的输出通常称为反相器（inverter）1ZAAZ逻辑符号10与非 和 或非与非 逻辑表达式： Z = ( A B ) 逻辑符号：或非 逻辑表达式： Z = ( A + B ) 逻辑符号：&111真值表&112关于逻辑代数的几个公理若X 1, 则X = 0 若X 0, 则X = 1 0 = 1 1 = 0 0 0 = 0 1 + 1 = 1 1 1 = 1 0 + 0 = 0 01 = 10 = 0 1+0 = 0+1 = 1133.2 逻辑系列（

4、Logic Family）同一系列的芯片具有类似的输入、输出及内部电路特征，但逻辑功能不同。不同系列的芯片可能不匹配 TTL逻辑系列 CMOS系列 143.2 CMOS逻辑 CMOS逻辑电平逻辑1（高态）逻辑0（低态）5.0V3.5V1.5V0.0V未定义典型的5V电源电压其它电源电压：3.3V 或 2.7V152、MOS晶体管分为：N沟道 和 P沟道通常：Vgs = 0 Vgs = 0 Rds很高（106） 截止状态 Vgs Rds 导通状态漏极 drain源极 source栅极 gateVgs+N沟道源极 source漏极 drain栅极 gate+VgsP沟道16MOS晶体管分为：N沟道

5、 和 P沟道源极 source漏极 drain栅极 gate+VgsP沟道通常：Vgs 兆欧）无论栅电压如何 栅漏、栅源之间几乎没有电流 （漏电流 leakage current , A）栅极与源和漏极之间有电容耦合 信号转换时，电容充放电，功耗较大18MOS管的基本开关电路vI+vO+iD+ VDDRDDGS只要电路参数选择合理输入低，截止，输出高输入高，导通，输出低193、基本的CMOS反相器工作原理1、VIN = 0.0VVGSN = 0.0V，Tn截止VGSP = VIN VDD = 5.0V，Tp导通VOUT VDD = 5.0V2、VIN = VDD = 5.0VVGSN = 5.

6、0V，Tn导通VGSP = VIN VDD = 0.0V ，Tp截止VOUT 0VDD = +5.0VVOUTVINTpTnGDSS204、CMOS与非门 工作原理：1、A、B至少有一个为低 T1、T3至少有一个截止， T2、T4至少有一个导通；Z为高（ VDD）2、A、B都为高 T1、T3都导通， T2，T4都截止， Z为低（ 0V）VDD = +5.0VZABT1T2T4T3214、CMOS或非门工作原理： 1、A、B都为低 T1、T3都截止， T2，T4都导通， Z为高（ VDD） 2、A、B至少有一个为高 T1、T3至少有一个导通， T2、T4至少有一个截止； Z为低（ 0V）VDD

7、= +5.0VZABT1T2T4T3225、扇入（fanin）门电路所具有的输入端的数目导通电阻的可加性限制了CMOS门的扇入数可用较少输入门级联得到较多的输入236、非反相门VDD = +5.0VAZ非反相缓冲器24VDD = +5.0VABZCD7、CMOS与或非门253.4 CMOS电路的电气特性逻辑电压电平直流噪声容限扇出速度功耗噪声静电放电漏极开路输出、三态输出物理上的而不是逻辑上的263.5 CMOS稳态电气特性逻辑电平和噪声容限VDD = +5.0VVOUTVINTpTnVOUTVIN5.01.53.55.0电压传输特性27逻辑电平规格VOHmin：VIHmin ：VILmax ：VOLmax ：直流噪声容限（DC noise margin）多大的噪声会使最坏输出