数字电路逻辑设计（补充）.ppt

数字电路逻辑设计（含补充内容） 大连理工大学 软件学院 赖晓晨 far.away@ 数字电路逻辑设计 基本逻辑电路 逻辑代数与逻辑函数 组合逻辑网络 触发器 时序逻辑网络 阵列逻辑 计算机硬件系统层次 第一节 基本逻辑电路 集成逻辑电路分类 按组成材料：双极型集成电路、MOS型集成电路 按输入输出信号关系：组合逻辑电路、时序逻辑电路 数字系统的基本单元是逻辑门。早期的逻辑门是由分立元件组成的，随着半导体集成电路的发展，现今的逻辑门均可以集成化。 一、三极管 三极管 三极管特性 放大特性 开关特性 三极管开关特性 三极管 二、逻辑门 基本逻辑关系 或（逻辑加）、与（逻辑乘）、非（取反） 每一种基本逻辑关系都有相应的逻辑门 逻辑门是一种电路，其输入和输出的对应关系符合其代表的相应的逻辑关系，逻辑门由三极管、电阻等电路元件组成，基于三极管的开关特性。 三、真值表 真值表 能够说明电路所有输入输出关系的完备的表格。 逻辑或 或（逻辑加）：F=A+B 真值表 或门逻辑符号 逻辑与 与（逻辑乘）：F=A · B=AB 真值表 与门逻辑符号 逻辑非 非（取反）：F=A 真值表 非门逻辑符号 常用逻辑关系：异或 异或：F=AB+AB 真值表 其他逻辑门 逻辑门的另一种图形符号 四、波形图 波形图 表示逻辑电路输入输出关系的图形 或（逻辑加）：F=A+B 逻辑与 与（逻辑乘）：F=A · B 逻辑非 非（取反）：F=A 练习：画波形图 五、逻辑门的物理特性 以TTL“与非”门为例 电流电压参数 带载能力 抗干扰能力 功耗 传输延迟 1、电流电压参数 VOH——输出高电平：当输入为低电平时，输出得到的高电平值。典型为3.6v，最小值为2.8v。 VOL——输出低电平：当输入全部为高电平时，输出得到的低电平值。典型为0.2v，最大值为0.35v。 2、带载能力 TTL与非门的带载能力用门的扇出系数N0来标志。 扇出系数N0表示一个与非门能够驱动的同类门的最大数目，一般大于等于8，10左右。 3、抗干扰能力 噪声容限：在保证逻辑门完成正常逻辑功能的前提下，逻辑门输入端能够承受的最大干扰电压值。 由于输入端可能处在高电平或低电平两种情况，因此噪声容限分为两种： 低电平噪声容限：0.7v 高电平噪声容限：1.8v 抗干扰能力（续） 动态尖峰电流 三极管导通速度和截至速度不一致，这导致了在TTL与非门在状态切换时会出现一个很大的瞬态电流，这称为动态尖峰电流。 动态尖峰电流造成的影响 使电源平均电流增加，增大电源功耗 尖峰电流形成干扰源 4、功耗 功耗是电路的重要技术指标之一，它是由电压和电流的乘积来决定。 5、传输延迟 理想情况下，TTL与非门的输出会立刻按照逻辑关系响应输入信号的变化，但是实际上输出的变化总是滞后于输入变化。 传输延迟（续） 平均传输延时： 平均传输延时tpd=(导通延时+截至延时)/2 平均传输延时越小说明电路速度越快 第二节 逻辑代数与逻辑函数 逻辑代数又称布尔代数，由十九世纪英国数学家George boole创立，是数字电路（开关电路）的数学基础，又称为开关代数。 一、基本概念 逻辑变量：逻辑代数与普通代数一样，用字母a、b、c、d表示变量，这称为逻辑变量。逻辑变量的取值只有0和1两种可能性。 逻辑函数：由逻辑变量a、b、c、d和算子“.”、“+”、“-”等符号，以及括号、等号等构成的表达式。函数是随着变量的变化而变化的因变量。 二、公理、定理和常用公式 公理： 1=0 0=1 1·1=1 0+0=0 1·0=0·1=0 0+1=1+0=1 0·0=0 1+1=1 如A不为0，则必为1 如A不为1，则必为0 定理 交换律：A+B=B+A A·B=B·A 结合律：A+(B+C)=(A+B)+C A·(B·C)=(A·B)·C 分配律：A+B·C=(A+B)·(A+C) A·(B+C)=A·B+A·C 互补律：A+A=1 A·A=0 0-1律：1+A=1 0·A=0 自等律：0+A=A 1·A=A 公式 公式一（吸收律）：A+AB=A 公式二：AB+AB=A 公式三：A+AB=A+B 公式四（包含律）：AB+AC+BC=AB+AC 公式四推论： AB+AC+BCD=AB+AC 公式五：AB+AB=AB+AB 关于异或运行的一些公式 异或：F=A⊕B 即 F=AB+AB 异或非（同）： F=A⊕B 即 F=AB+AB 即F=A⊙B 交换律：A⊕B=B⊕A 结合律：(A⊕B)⊕C =A⊕(B⊕C) 分配律：A·(B⊕C) =A· B⊕A·C 关于异或运行的一些公式（续） 与常量有关的异或： A⊕1=A A⊕0=A A⊕A=0