第三章数字逻辑..教程文件
数字逻辑 第三章 加法器.ppt
四位二进制并行加法器
三、四位二进制并加法器的外部特性和逻辑符号 1．外部特性
图中，A4、A3、A2、A1 ------- 二进制被加数； B4、B3、 B2、B1 ------- 二进制加数； F4、 F3、 F2、 F1 ------相加产生的和数； C0 --------------------来自低位的进位输入； FC4 -------------------向高位的进位输出。
a3b1
+) 乘积 Z5 a3b2 Z4 a2b2 Z3
a2b1
a1b2 Z2
a1b1
Z1
因为： ☆1位二进制数乘法 法则和逻辑“与”运算法 则相同，“积”项aibj(i =1，2，3；j=1，2)可用 两输入与门实现。 ☆对部分积求和可用 并行加法器实现。 所以：该乘法运算电 路可由6个两输入与门和1 b2 个4位二进制并行加法器构 成。逻辑电路图如右图所 示。
四位二进制并行加法器
实现给定功能的逻辑电路图如下图所示。 1) 输入端A4、A3、A2、 A1输入8421码；
2) 而从另一输入端B4、 B3、B2、B1输入二进 制数0011； 3) 进位输入端C0接上“0”；
4) 可从输出端F4、F3、F2、 F1得到与输入8421码对
应的余3码。
四位二进制并行加法器
Z5 Z4 Z3 Z 2 Z1
F4 F3 F2 F 1 FC4 T 693 C0
0
A4 A3 A2 A1
B4 B 3 B2 B1
＆
＆
＆
＆
＆
＆
b1
a3
a2
a1 0 a 3
a2
a1
FA4
F3 C3
FA3
F2
《数字逻辑教案》
《数字逻辑教案》word版第一章：数字逻辑基础1.1 数字逻辑概述介绍数字逻辑的基本概念和特点解释数字逻辑在计算机科学中的应用1.2 逻辑门介绍逻辑门的定义和功能详细介绍与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门1.3 逻辑函数解释逻辑函数的概念和作用介绍逻辑函数的表示方法，如真值表和逻辑表达式第二章：数字逻辑电路2.1 逻辑电路概述介绍逻辑电路的基本概念和组成解释逻辑电路的功能和工作原理2.2 逻辑电路的组合介绍逻辑电路的组合方式和连接方法解释组合逻辑电路的输出特点2.3 逻辑电路的时序介绍逻辑电路的时序概念和重要性详细介绍触发器、计数器等时序逻辑电路第三章：数字逻辑设计3.1 数字逻辑设计概述介绍数字逻辑设计的目标和方法解释数字逻辑设计的重要性和应用3.2 组合逻辑设计介绍组合逻辑设计的基本方法和步骤举例说明组合逻辑电路的设计实例3.3 时序逻辑设计介绍时序逻辑设计的基本方法和步骤举例说明时序逻辑电路的设计实例第四章：数字逻辑仿真4.1 数字逻辑仿真概述介绍数字逻辑仿真的概念和作用解释数字逻辑仿真的方法和工具4.2 组合逻辑仿真介绍组合逻辑仿真的方法和步骤使用仿真工具进行组合逻辑电路的仿真实验4.3 时序逻辑仿真介绍时序逻辑仿真的方法和步骤使用仿真工具进行时序逻辑电路的仿真实验第五章：数字逻辑应用5.1 数字逻辑应用概述介绍数字逻辑应用的领域和实例解释数字逻辑在计算机硬件、通信系统等领域的应用5.2 数字逻辑在计算机硬件中的应用介绍数字逻辑在中央处理器、存储器等计算机硬件部件中的应用解释数字逻辑在计算机指令执行、数据处理等方面的作用5.3 数字逻辑在通信系统中的应用介绍数字逻辑在通信系统中的应用实例，如编码器、解码器、调制器等解释数字逻辑在信号处理、数据传输等方面的作用第六章：数字逻辑与计算机基础6.1 计算机基础概述介绍计算机的基本组成和原理解释计算机硬件和软件的关系6.2 计算机的数字逻辑核心讲解CPU内部的数字逻辑结构详细介绍寄存器、运算器、控制单元等关键部件6.3 计算机的指令系统解释指令系统的作用和组成介绍机器指令和汇编指令的概念第七章：数字逻辑与数字电路设计7.1 数字电路设计基础介绍数字电路设计的基本流程解释数字电路设计中的关键概念，如时钟频率、功耗等7.2 数字电路设计实例分析简单的数字电路设计案例讲解设计过程中的逻辑判断和优化7.3 数字电路设计工具与软件介绍常见的数字电路设计工具和软件解释这些工具和软件在设计过程中的作用第八章：数字逻辑与数字系统测试8.1 数字系统测试概述讲解数字系统测试的目的和方法解释测试在保证数字系统可靠性中的重要性8.2 数字逻辑测试技术介绍逻辑测试的基本方法和策略讲解测试向量和测试结果分析的过程8.3 故障诊断与容错设计解释数字系统中的故障类型和影响介绍故障诊断方法和容错设计策略第九章：数字逻辑在现代技术中的应用9.1 数字逻辑与现代通信技术讲解数字逻辑在现代通信技术中的应用介绍数字调制、信息编码等通信技术9.2 数字逻辑在物联网技术中的应用解释数字逻辑在物联网中的关键作用分析物联网设备中的数字逻辑结构和功能9.3 数字逻辑在领域的应用讲述数字逻辑在领域的应用实例介绍逻辑推理、神经网络等技术中的数字逻辑基础第十章：数字逻辑的未来发展10.1 数字逻辑技术的发展趋势分析数字逻辑技术的未来发展方向讲解新型数字逻辑器件和系统的特点10.2 量子逻辑与量子计算介绍量子逻辑与传统数字逻辑的区别讲解量子计算中的逻辑结构和运算规则10.3 数字逻辑教育的挑战与机遇分析数字逻辑教育面临的挑战讲述数字逻辑教育对培养计算机科学人才的重要性重点和难点解析重点环节一：逻辑门的概念和功能逻辑门是数字逻辑电路的基本构建块，包括与门、或门、非门、异或门等。
数字逻辑第3章 门电路
逻辑式：Y=A + B
逻辑符号： A 1
B
Y
电压关系表
uA uB uY
0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
真值表
ABY
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
三、三极管非门
5V
利用二极管的压降为0.7V， 保证输入电压在1V以下时，
电路可靠地截止。
A(V) Y(V) <0.8 5 >2 0.2
II H &
II L &
… …
NOH
I OH (max) I IH
N MIN ( NOH , NOL )
NOL
IOL(max) I IL
六、CMOS漏极开路门（OD）门电路（Open Drain）
1 . 问题的提出
普通门电路
在工程实践中，往往需要将两个门的输出端 能否“线与”？
并联以实现“与”逻辑功能，称为“ 线与 。
输入 0 10% tr tf
tPHL
输出
tPLH
tr：上升时间
tf：下降时间 tw：脉冲宽度 tPHL：导通传输时间
tPLH：截止传输时间
平均传输延迟时间 （Propagation delay)
tpd= tpHL+ tpLH 2
5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。
PMOS
NMOS
3、增强型MOSFET的开关特性
iD管可变子类型恒
VGS1 击开/关的条（件1）N沟道增强开型/M关O的S等FE效T电：路
数字逻辑-第三章概要PPT课件
开通时间：从反向截止变为正向导通所需要的时间。
反向恢复时间tre：二极管从正向导通到反向截止所需 的时间。
一般反向恢复时间比开通时间大得多。
tre一般为纳秒数量级（通常tre ≤5ns ）。
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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
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(使 保3)输与开非出门门电电输平平出达V为到ON低标：电准开平低门时电电所平平允VSV许L的O的N输是最入指小电在输平额入，定高即负电指载平确下。， 它表示使与非门开通的最小输入高电平。
反 时的映抗V了O干高N的扰电产能平品力抗规愈干范强扰值。能为力V，ONV≤O1N.8愈V。小开，门在电输平入的高大电小平
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图2-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
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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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图2-5 三极管- 的开关时间
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间17toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。
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。
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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。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻 RON = 0，电压UAK = 0。
数字逻辑教案
数字逻辑教案第一章：引言数字逻辑是计算机科学中的重要基础课程。
它涉及到计算机系统中数字电路的设计、分析和优化。
为了帮助学生深入理解数字逻辑的概念和原理，我们编写了一份数字逻辑教案，旨在为教师提供全面、系统的教学内容，并引导学生进行相关实验和练习。
第二章：基本概念2.1 数字逻辑的定义数字逻辑是关于数字电路的设计和分析的学科。
它研究计算机中数字信号的传输、加工和处理。
2.2 逻辑门逻辑门是数字电路的基本组成单元，用于实现逻辑函数的计算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
2.3 布尔代数布尔代数是描述逻辑运算的数学体系，它包括与、或、非等逻辑运算符号，并定义了逻辑运算的规则。
2.4 逻辑函数逻辑函数描述了数字电路的输入和输出之间的关系，它可以用真值表、逻辑表达式或逻辑图来表示。
第三章：数字逻辑设计方法3.1 组合逻辑设计组合逻辑电路的输出只与当前输入有关，不受电路过去状态的影响。
常用的组合逻辑设计方法有真值表法、卡诺图法和奎因—麦克拉斯基法。
3.2 时序逻辑设计时序逻辑电路的输出与当前输入和电路的过去状态有关。
时序逻辑设计方法包括有限状态机设计和流水线设计。
3.3 逻辑门的组合逻辑门的组合可以实现更复杂的逻辑函数，常用的组合方法包括级联、并联和反馈等。
第四章：实验和案例分析4.1 逻辑门的实验通过实验，学生可以亲自搭建数字电路并观察其输入和输出之间的关系，巩固数字逻辑的基本概念和原理。
4.2 组合逻辑电路的设计实例教案提供了一些常见的组合逻辑电路设计实例，例如加法器、译码器和多路选择器等，帮助学生熟悉数字逻辑的应用。
4.3 时序逻辑电路的设计实例教案还包含了一些简单的时序逻辑电路设计实例，如计数器和状态机等，让学生了解时序逻辑的设计方法。
第五章：总结和拓展5.1 数字逻辑的应用领域数字逻辑在计算机科学、电子工程和通信技术等领域有着广泛的应用，教案简要介绍了其中一些应用领域。
5.2 深入学习的建议通过本教案的学习，学生可以初步掌握数字逻辑的基本概念和设计方法，但数字逻辑作为一个庞大的学科，还有很多深入的内容可以继续学习和探索。
数字逻辑教案
数字逻辑教案一、引言数字逻辑是计算机科学和工程中的核心概念之一。
它是关于处理和操作数字信号的一门学科，被广泛应用于电路设计、计算机体系结构和数字信号处理等领域。
本教案将介绍数字逻辑的基本概念和原理，并提供一些实例来帮助学生更好地理解和应用这些概念。
二、教学目标1. 理解数字逻辑的基本概念和原理；2. 掌握数字逻辑电路的设计技巧；3. 能够分析和解决与数字逻辑相关的问题；4. 培养学生的逻辑思维和创新能力。
三、教学内容1. 数制与编码1.1 二进制和八进制表示法1.2 十进制和十六进制表示法1.3 BCD码和ASCII码2. 逻辑运算与逻辑门2.1 逻辑运算符与真值表2.2 基本逻辑门：与门、或门和非门2.3 扩展逻辑门：与非门、异或门和与或非门2.4 逻辑门的应用实例3. 组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的基本概念3.2 真值表和逻辑函数3.3 Karnaugh图和最小项与最大项表示3.4 组合逻辑电路的设计步骤3.5 组合逻辑电路的实例：多路选择器和译码器4. 时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路的基本概念4.2 时钟信号和触发器4.3 同步时序电路和异步时序电路4.4 时序逻辑电路的设计步骤4.5 时序逻辑电路的实例：计数器和状态机四、教学方法本教案将采用多种教学方法，包括但不限于：1. 讲授：通过简明扼要的讲解，向学生介绍数字逻辑的基本概念和原理。
2. 案例分析：通过实际案例的分析，帮助学生理解数字逻辑的应用场景和解决问题的方法。
3. 实验实践：提供实验环节，让学生亲自动手设计和实现数字逻辑电路，巩固所学知识。
4. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，促进学生之间的合作和交流，提高学习效果。
五、教学评估教学评估将采用多种方式进行，包括但不限于：1. 课堂提问：在课堂上通过提问的方式，检查学生对所学内容的掌握情况。
2. 实验报告：要求学生完成相应的实验，并撰写实验报告，评估学生对实验内容的理解和应用能力。
《数字逻辑基础》课件
• 数字逻辑概述 • 数字逻辑基础概念 • 组合逻辑电路 • 时序逻辑电路 • 数字逻辑电路的实现
01
数字逻辑概述
数字逻辑的定义
01
数字逻辑是研究数字电路和数字 系统设计的理论基础，它涉及到 逻辑代数、逻辑门电路、组合逻 辑和时序逻辑等方面的知识。
02
数字逻辑是计算机科学和电子工 程学科的重要分支，为数字系统 的设计和分析提供了基本的理论 和方法。
详细描述
布尔代数是逻辑代数的一个分支，它研究的是逻辑变量和逻辑运算的规律。布尔代数包括基本的逻辑 运算，如与、或、非等，以及一些复合运算，如异或、同或等。布尔代数在数字电路设计中有广泛应 用。
逻辑函数的表示方法
总结词
逻辑函数是指一种特定的函数，它将输 入的逻辑值映射到输出的逻辑值。
VS
详细描述
逻辑函数是指一种特定的函数，它将输入 的逻辑值映射到输出的逻辑值。在数字电 路中，逻辑函数通常用真值表、逻辑表达 式、波形图等形式来表示。理解逻辑函数 的表示方法对于数字电路设计和分析非常 重要。
数字逻辑电路的测试与验证
测试目的
确保电路功能正确、性能稳定。
测试方法
采用仿真测试和实际测试两种方法。
验证手段
逻辑仿真、时序仿真和布局布线仿真等。
谢谢您的聆听
THANKS
逻辑门电路
总结词
逻辑门电路是实现逻辑运算的电路，它是数字电路的基本单 元。
详细描述
逻辑门电路是实现逻辑运算的电路，它是数字电路的基本单 元。常见的逻辑门电路有与门、或门、非门等。这些门电路 可以实现基本的逻辑运算，并能够组合起来实现更复杂的逻 辑功能。
数字逻辑电路教学大纲.doc
西安交通大学《数字逻辑电路》课程教学大纲英文名称：Digital Logic Circuits课程编号：EELC2006课程类型：工程科学学时：80 （讲课64实验16）学分：5适用对象：信息工程专业本科生、教改班、学硕连读班先修课程：大学物理、电路、电子技术基础使用教材及参考书：1.鲍家元等.数字逻辑.高等教育出版社.1997年2.王毓银.数字电路逻辑设计.第三版.高等教育出版社，1999年3.王楚等.数字逻辑电路.高等教育出版社.1999年一、课程的性质、目的和任务“数字逻辑电路”是电子信息类专业本科生必修的重要骨干课程。
其基本目的是要通过逻辑代数和数字电路设计知识的学习，使学生掌握数字系统的理论基础和实现技术，从而为进一步掌握现代信息处理技术和计算机技术打下坚实的基础。
该课程的主要任务有两个方面：系统地介绍数字系统设计的理论知识；培养学生解决数字电路实现问题的实践能力。
二、教学基本要求通过本课程的学习，学生在数字系统的分析、设计和应用知识方面应当达到以下基本要求：1,在掌握逻辑代数运算规则的基础上，深刻理解数字系统的作用、功能和原理。
对数字电路与模拟电路的区别和联系有清晰的概念。
2,熟练掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法，熟悉常用数字器件的功能、原理和使用方法。
3,掌握数字系统EDA的基本概念，能够使用EDA设计工具进行数字系统设计。
熟悉可编程逻辑器件和其它超大规模集成数字器件的结构、工作原理和使用方法。
4,突出数字系统的抽象和描述能力培养，能够根据实际应用需求建立对应的数字系统模型。
强调实践动手解决数字电路实现问题能力的培养。
三、教学内容及要求第一章数制和编码1.数制及其转换；带符号数的代码表示；十进制数的常用代码；可靠性编码；数的定点及浮点表示法。
2.基本要求：理解自然数的表示方法和进位数制，掌握二、十、十六进制的转换方法，掌握带符号数的代码表示方法；掌握常用符号编码的概念和规则；掌握数的定点表示方式和浮点表示方式。
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Rb2
三极管饱和导通，
输出为低电平。
－Vbb
结论：输入与输出反相。
28
二、工作条件
当输入为低电平时，三极管应可靠截止；当输入 为高电平时，三极管应可靠饱和。
三极管的饱和条件、截止条件如前所述。VQ
三、波形改善
C
VCC
RC
(1) 采用加速电容C
Rb1
UO
(2) 采用钳位电路 Ui
Rb2
CO
－Vbb
29
2、饱和状态(等效开关接通)
VCC- Uces 饱和条件: Ib≥Ibs= βRC
=
ICS β
(Ibs称为临界饱和基极电流)
饱和时，Ubes=0.7V，Uces≤0.3V。
23
b
cb
c
Ubes
Uces
Ubes
e
e
c
b e
24
3、截止状态
截止条件：Ube≤0(工程上<0.5V)
结果：IC=0
c
c
Icbo
IS P区
耗尽层
N区
-
内电场
+
外电场
结论：PN结加正向电压时形成较大的正向电流；
而在加反向电压时，反向电流很小，这种特性称
为单向导电性。
6
3.2 晶体管开关特性
3.2.1 半导体二极管（Diode)
一、基本结构 在PN结加上管壳和引线就构成了二极管。
P 阳极
P N
N 阴极
7
二、伏安特性 ID
D
ID
N
E
E
NPN型三极管
C
C
P BN
B
P
E
E
PNP型三极管
19
输入特性
IB与UBE的关系曲线（同二极管）
IB(A) 80
工作压降： 硅管UBE 0.7V
60
UCE1V
40
20 死区电压： 硅管0.5V
0.4 0.8
UBE(V)
20
输出特性(IC与UCE的关系曲线)
IC(mA )
Ibs
4
饱
和 区
3
2
is
A
B
RD
A
B
15
2、动态特性 当外加电压由反向突然变为正向时，须等待PN结 内部建立起足够的电荷浓度梯度才会有扩散电流 形成，因而ID滞后于VD的跳变。
当外加电压突然由正向变成反向时，由于PN结内 部尚有一定数量的存储电荷，因而瞬间有较大的 反向电流，此后以指数规律趋于0。（实际有反 向漏电流is）。
四、反相器的负载能力
1、灌电流负载
C
VCC VQ IRC RC
当T饱和时，
Rb1
ICS= IRC+ IOL。 为了保证T稳定
Ui
Rb2
ICS
的工作在饱和状
态，应满足ICS= IRC+ IOL≤βIb
－Vbb
RL VCC IOL
显然，晶体管饱和越深，允许的灌电流越大，负
载能力也越强。但集电极电流必须满足限制条件：
其中，IS为反向饱和电流，与晶体管材料及制作 工艺有关。UD为外加电压，VT在常温下≈26mV。
当晶体管加正向电压 且VD大于VT几倍时， 式中的1可以忽略， 故流过二极管的电流 与电压呈指数关系。
+Ⅲ
UD
rZ UBR
-
ID K
Ⅱ
Ⅰ
rD
r0
IS
UTH
二极管分区等效电路12
从二极管的伏安特性看实际的二极管并非理想开 关，它的正向导通电阻rD不是0（约为数十欧）， 反向截止电阻r0也不是无穷大（数百千欧），电 压和电流之间是指数关系，而不是线性关系。 但一般在工程上我们都做近似处理，以简化分析。
13
（1）二极管导通时，可以根据使用情况选用以
下的近似特性。
ID
1/rD
A
rD 0.7V
Ⅰ
B
UBR Ⅱ VTH
UD
Ⅲ 1/r0
ID rD=0
A
B
r0=∞ 0
UD
14
（2）二极管反向截止时，仍有反向漏(饱和)电 流is(少数载流子漂移形成的电流，和温度有关。 一般为0.2μA左右。)，但理想化后可忽略is。
放
大Q
区
80A
=IC/IB=3mA/60A=50 60A
=IC/IB=2mA/40A=50 40A
-ICBO
UCES
VCC
截止区
UCE(V)
21
3.2.4 双极型晶体三极管开关特性
一、静态特性 Ib
VCC IC RC
Ui Rb UBE
UCE
晶体管开关电路
22
1、放大状态
放大条件：Ube>0(e结正偏)，Ubc<0(c结反偏)。 Ube≈0.5～0.7V，IC=βIb ，Ie = IC +βIb
16
UD
t
ID
ID=UD/R
t
t1
t2
由图可见，反向恢复时间Δt2 >Δt1，而影响二
极管开关速度的主要是Δt2。
17
3.2.3 半导体三极管(Transistor)
一、基本结构 集电极 C
集电极 C
B
N P
基极
N
B
P
N
基极 P
发射极 E NPN型
发射极 E
PNP型
18
三极管符号
C
C
N BP
B
一、PN结内部载流子的运动
P型半导体（空穴是多子，电子是少子） N型半导体（空穴是少子，电子是多子）
3
负离子 空穴
耗尽层
正离子
P区 空间电荷区 N区
电子
内电场 平衡状态下的PN结
4
二、PN结的单向导电性
1、加正向电压时（正偏）
U
R
I P区
耗尽层
N区
+
内电场
-
外电场
5
2、加反向电压时（反偏）
U
R
b
b
e
e
25
二、动态特性 在动态情况下，由于三极管内部电荷的建立和 消散过程均需要一定的时间，故IC和UO的变化 均滞后于Ui的变化。
26
Ui IC UO
ton
t
t
toff
t
27
3.3 晶体管反相器
一、工作原理
VCC
当输入为低电平时，
三极管截止，输出 为高电平。
Rb1
RC UO
当输入为高电平时，Ui
第三章数字逻辑2012..
工程上： 用“0”表示VL，用“1”表示VH称正逻辑。 用“0”表示VH，用“1”表示VL称负逻辑。
2
3.1 PN结
在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其 一边形成N型（Negative)半导体，另一边形成 P型(Positive)半导体，那么就在两种半导体 的交界面附近形成了PN结。
ICS≤βIb。
30
2、拉电流负载
VCC VQ
C
IRC
RC
Rb1 UiL
Rb2
IQ RL IOH
当T截止时： IRC =IQ+ IOH
9
3.2.2 晶体二极管开关特性
一、理想开关
开关电路见右图
AB
闭合 RAB=0
U
R
静态特性
断开 RAB=∞
动态特性: △t
△t 0 ( 断开 闭合)
10
二、二极管开关
1、静态特性
二极管开关电路及特性曲线如图所示:
ID
UD
AB R
ID
VBR
Ⅱ
1/rD
Ⅰ
VTH
UD
Ⅲ
11
UD
IDIS(e VT 1)
UD
R
反向击穿电压VBR
导通压降: 硅管 0.6～0.7V,锗管 0.2～0.3V。
反向饱和电流 （很小，A级）
UD
死区电压： 硅管 0.5V 锗管 0.2V。
8
硅二极管：死区电压（0.5V） 正向压降（0.7V）
理想二极管：死区电压（0V） 正向压降（0V）
Ui
t
Ui
RL
UO
Uo
t 二极管半波整流