数字电路与系统设计(第二版) 第1章
数字电路与逻辑设计教程-第1章
1.2 数制和码制
【例1-4】求十进制数(26)10所对应的二进制数。
因此(26)10=(11010)2。
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1.2 数制和码制
【例1-5】求十进制数(357 ) 10所对应的八进制数。 解
因此(357 )10=(545)8。
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1.2 数制和码制
上一节介绍了数字信号的两种取值，实际生活中的数字表示 大多采用进位计数制。
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1.2 数制和码制
1.2.1 进位计数制与常用计数制
用数字量表示物理量大小时，仅用一位数码往往不够用，经 常需要用进位计数的方法组成多位数码表示。把多位数码中 每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为计数制 。在生产实践中除了人们最熟悉的十进制以外，还大量使用 各种不同的进位计数制，如八进制、十六进制等。在数字设 备中，机器只认识二进制代码，由于二进制代码书写长，所 以在数字设备中又常采用八进制代码或十六进制代码。
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1.2 数制和码制
任何进制数的值都可以表示为该进制数中各位数字符号值与 相应权乘积的累加和形式，该形式称为按权展开的多项式之 和。一个J进制数(N为按权展开的多项式的普遍形式可表示为 :
式中，K为任意进制数中第i位的系数，可以为0~ (J-1)数码中 的任何一个;i是数字符号所处位置的序号;m和n为整数，m为 小数部分位数(取负整数)，n为整数部分位数(取正整数);.J为 进位基数，Ji为第i位的权值。例如，十进制数(123.75 )10表示 为:
第1章 微型计算机系统概述
1.1 数字电路概述 1.2 数制和码制 1.3 逻辑代数基础 本章小结
1.1 数字电路概述
数字电路与逻辑设计(第二版)章图文 (2)
第2章 组合逻辑电路
2.1 集成门电路 2.2 组合逻辑电路的分析和设计 2.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险
第2章 组合逻辑电路
2.1 集成门电路
2.1.1 TTL门电路 TTL门电路由双极型三极管构成,它的特点是速度
快、抗静电能力强、集成度低、功耗大,目前广泛应用 于中、小规模集成电路中。TTL门电路有74（商用） 和54（军用）两大系列,每个系列中又有若干子系列,例 如，74系列包含如下基本子系列：
4)传输延时tP 传输延时tP指输入变化引起输出变化所需的时间,它 是衡量逻辑电路工作速度的重要指标。传输延时越短, 工作速度越快,工作频率越高。tPHL指输出由高电平变 为低电平时,输入脉冲的指定参考点（一般为中点）到 输出脉冲的相应指定参考点的时间。tPLH指输出由低电 平变为高电平时,输入脉冲的指定参考点到输出脉冲的 相应指定参考点的时间。标准TTL系列门电路典型的 传输延时为11ns;高速TTL系列门电路典型的传输延时 为3.3ns。HCT系列CMOS门电路的传输延时为7ns;AC 系列CMOS门电路的传输延时为5ns;ALVC系列CMOS 门电路的传输延时为3ns。
第2章 组合逻辑电路
图2―2和图2―3分别给出了TTL电路和CMOS电 路的输入/输出逻辑电平。
当输入电平在UIL(max)和UIH(min)之间时,逻辑电路可 能把它当作0,也可能把它当作1，而当逻辑电路因所接 负载过多等原因不能正常工作时,高电平输出可能低于 UOH(min),低电平输出可能高于UOL(max)。
第2章 组合逻辑电路
74AC和74ACT:先进CMOS(Advanced CMOS)。 74AHC和74AHCT:先进高速CMOS(Advanced High speed
(整理)集成电路原理学习指南-第二版
沟道等效电阻
（1）与W/L反比，
（2）与电压有关，
（3）VDD大的时候较小（饱和工作区）
（4）VDD接近Vt的时候急剧增大
（5）一般使用工作区平均电阻
掌握
3.18
电阻的近似
平均电阻，并估算其误差（保守估计还是过估计）
掌握
3.19
结构电容
栅电容，覆盖电容
掌握
3.20
沟道电容
在不同工作区域的变化和原因，在阈值附近最小
f=Cext/Cint=Cext/γCg，尺寸决定电容，所以也是扇出尺寸，为工艺决定的系数，代表自电容与栅电容的关系
掌握
5.13
反相器链的最优尺寸设计
每一级为前后级的几何平均
扇出系数公式（5.35），公式（5.36）
掌握
5.14
最佳等效扇出
图5.21（pp 152），一般取4
掌握
5.15
上升下降时间对延时的影响
了解
3.26
电容估算
（1）栅电容，扩散电容大致相当（定义单位NMOS和PMOS的栅电容为C）
（2）它们随沟道宽度等比增加（kC）
（3）最小晶体管C值可初略估计为1fF/um宽度（65nm工艺，宽0.1um晶体管的C值约为0.1fF）
[Weste，4.3.2]
掌握
第四章导线
序号
概念
知识点和关键词
掌握程度
掌握
3.13
MOS IV特性
画出IV图，标出工作区，图3.24（pp 74）
掌握并会定性画图
3.14
手工分析的局限
在电阻区和过度区之间的区域偏差较大
了解
3.15
设计测试点验证IV
知道晶体管几个端口的电压，固定哪个，量哪个电流，可以提取以上列出的某个参数。
数字电路逻辑设计(第二版) 王毓银 电子科技大学
3.5.4 CMOS逻辑门电路
3.5.5 BiCMOS门电路
3.5.6 CMOS电路的正确使用方法
3.6 VHDL描述逻辑门电路
3.6.1 VHDL描述电路的基本方法
3.6.2 VHDL描述逻辑门电路
习题
第4章 组合逻辑电路
4.1 组合逻辑电路分析
6.4.1 设计给定序列信号的产生电路
6.4.2 根据序列循环长度M的要求设计发生器电路
6.5 时序逻辑电路的VHDL描述
6.5.1 移位寄存器的VHDL描述
6.5.2 计数器的VHDL描述
习题
第7章 半导体存储器
7.1 概述
7.1.1 半导体存储器的特点与应用
5.3 主从触发器
5.3.1 主从触发器基本原理
5.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象
5.3.3 主从J-K触发器集成单元
5.3.4 集成主从J-K触发器的脉冲工作特性
5.4 边沿触发器
5.4.1 维持一阻塞触发器
5.4.2 下降沿触发的边沿触发器
10.2.6 DAC的转换精度与转换速度
10.3 模数转换器（ADC）
10.3.1 模数转换基本原理
10.3.2 并联比较型ADC
10.3.3 逐次逼近型ADC
10.3.4 双积分型ADC
10.4 集成ADC及其应用举例
双积分型集成ADC
10.4.2 逐次逼近型集成ADC
2.1.3 真值表与逻辑函数
2.1.4 逻辑函数相等
2.1.5 三个规则
2.1.6 常用公式
2.1.7 逻辑函数的标准形式
数字电路与逻辑设计微课版(第一章数字电路与逻辑设计基础)教案
第一章数字电路与逻辑设计基础本章的主要知识点包括数制及其转换、二进制的算术运算、BCD码和可靠性编码等。
1.参考学时2学时（总学时32课时，课时为48课时可分配4学时）。
2.教学目标（能力要求）●系统梳理半导体与微电子技术发展的历史，激发学生专业热情，结合我国计算机发展面临的卡脖子现状，鼓励学生积极投身信息成业自主可控；●学生可解释数字系统的概念、类型及研究方法；●学生能阐述数制的基本特点，可在不同数制之间进行数字的转换；●学生能理解带符号二进制数的代码表示，能将真值和原码、反码、补码的进行转换；●学生能熟记几种常用的编码（8421码、2421码、5421码、余三码），说明有权码和无权码的区别，能阐述不同编码的特点和特性；●学生能阐述奇偶校验码和格雷码的工作原理与主要特征，并能利用相关原理进行二进制和格雷码的转换，能根据信息码生成校验码，并能根据信息码和校验码辨别数据是否可靠。
3.教学重点●BCD码●奇偶校验码●格雷码4.教学难点●理解不同BCD码的编码方案及相关特征●理解可靠性编码方案、验证的原理以及使用方法。
5.教学主要内容（1）课程概述（15分钟）➢科技革命促生互联网时代➢半导体与微电子技术发展历程➢课程性质、内容与学习方法（2）芯片与数字电路（20分钟）➢数字信号和模拟信号➢数字逻辑电路的特点➢数字逻辑电路的分类➢数字逻辑电路的研究方法（3）数制及其转换（5分钟）➢进位计数值的概念和基本要素➢二进制和十进制的相互转换➢二进制和八进制数的相互转换➢二进制和十六进制数的相互转换（4）二进制数的算术运算（5分钟）➢无符号二进制数的算术运算➢带符号二进制数的机器码表示➢带符号二进制数的算术运算（5）BCD码（20分钟）➢有权码和无权码的区别➢8421码的编码规律及和十进制数的转换➢2421码的编码规律及和十进制数的转换➢5421码的编码规律及和十进制数的转换➢余三码的编码规律及和十进制数的转换（6）奇偶校验码（15分钟）➢奇校验和偶校验的概念➢奇校验和偶校验校验位的生成方法和校验方法➢奇校验和偶校验的特点（7）格雷码（10分钟）➢格雷码的特点和用途➢格雷码和二进制数的相互转换6.教学过程与方法（1）课程概述（15分钟）➢科技革命促生互联网时代以习总书记的讲话作为整个课程的导入，说明科技发展是强国必有之路，穿插不同国家崛起的历史，结合第一次工业革命、第二次工业革命，推出目前进入的互联网时代，结合中美贸易战事件，引导学生积极投身国产IT生态的建设。
数字集成电路--电路、系统与设计（第二版）课后练习题第六.
数字集成电路--电路、系统与设计（第⼆版）课后练习题第六.Digital Integrated Circuits - 2nd Ed 11 DESIGN PROJECT Design, lay out, and simulate a CMOS four-input XOR gate in the standard 0.25 micron CMOS process. You can choose any logic circuit style, and you are free to choose how many stages of logic to use: you could use one large logic gate or a combination of smaller logic gates. The supply voltage is set at 2.5 V! Your circuit must drive an external 20 fF load in addition to whatever internal parasitics are present in your circuit. The primary design objective is to minimize the propagation delay of the worst-case transition for your circuit. The secondary objective is to minimize the area of the layout. At the very worst, your design must have a propagation delay of no more than 0.5 ns and occupy an area of no more than 500 square microns, but the faster and smaller your circuit, the better. Be aware that, when using dynamic logic, the precharge time should be made part of the delay. The design will be graded on themagnitude of A × tp2, the product of the area of your design and the square of the delay for the worst-case transition.。
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
一、课程设计介绍
数字集成电路是现代电路设计中的重要组成部分，也是计算机科学与工程的重要分支。
本课程设计旨在通过对数字集成电路的系统与设计进行探究，并结合具体的案例来设计和实现数字集成电路，使学生能够熟悉数字集成电路的基本原理、设计方法和实现技术。
本课程设计主要包含以下内容：
1.数值系统和编码
2.逻辑功能设计：组合逻辑电路和时序逻辑电路
3.集成电路设计方法和流程
4.VHDL和FPGA实现数字逻辑电路
5.数字信号处理器
通过本次课程设计，学生将掌握数字集成电路的系统性设计思路和实现方法，具备数字电路设计的基本能力和实际操作技术，能够针对具体应用场景提出解决方案，实现数字电路的设计、验证和调试。
二、课程设计要求
1. 课程设计题目
本次课程设计的题目为“4位计数器设计”。
2. 软件工具
VHDL编程软件和EDA工具
1。
【精品】数字集成电路电路、系统与设计第二版课后练习题第六章CMOS组合逻辑门的设计
【精品】数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题第六章CMOS组合逻辑门的设计第六章 CMOS组合逻辑门的设计1.为什么CMOS电路逻辑门的输入端和输出端都要连接到电源电压？CMOS电路采用了MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）作为开关元件，其中N沟道MOSFET（NMOS）和P沟道MOSFET（PMOS）分别用于实现逻辑门的输入和输出。
NMOS和PMOS都需要连接到电源电压，以使其能够正常工作。
输入端连接到电源电压可以确保信号在逻辑门中正常传递，输出端连接到电源电压可以确保输出信号的正确性和稳定性。
2.为什么在CMOS逻辑门中要使用两个互补的MOSFET？CMOS逻辑门中使用两个互补的MOSFET是为了实现高度抗干扰的逻辑功能。
其中，NMOS和PMOS分别用于实现逻辑门的输入和输出。
NMOS和PMOS的工作原理互补，即当NMOS导通时，PMOS截止，当PMOS导通时，NMOS截止。
这样的设计可以在逻辑门的输出上提供高电平和低电平的稳定性，从而提高逻辑门的抗干扰能力。
3.CMOS逻辑门的输入电压范围是多少？CMOS逻辑门的输入电压范围通常是在0V至电源电压之间，即在低电平和高电平之间。
在CMOS逻辑门中，低电平通常定义为输入电压小于0.3Vdd（电源电压的30%），而高电平通常定义为输入电压大于0.7Vdd（电源电压的70%）。
4.如何设计一个基本的CMOS逻辑门？一个基本的CMOS逻辑门可以由一个NMOS和一个PMOS组成。
其中，NMOS的源极连接到地，栅极连接到逻辑门的输入，漏极连接到PMOS的漏极；PMOS的源极连接到电源电压，栅极连接到逻辑门的输入，漏极连接到输出。
这样的设计可以实现逻辑门的基本功能。
5.如何提高CMOS逻辑门的速度？可以采取以下方法来提高CMOS逻辑门的速度：•减小晶体管的尺寸：缩小晶体管的尺寸可以减小晶体管的电容和电阻，从而提高逻辑门的响应速度。
•优化电源电压：增加电源电压可以提高晶体管的驱动能力，从而加快逻辑门的开关速度。
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位置记数法实际上是多项式记数法省略各位权值和运算符号 并增加小数点(小数点也称为基点)后的简记形式。各项式记数法
NR Rn1 rn1 Rn2 rn2 R1 r1 R0 r0
R1 r1 R2 r2 Rm1 rm1 Rm rm
n1
Ri ri im
(1-2)
例如，十进制数(215.12)10的多项式表示式（也称按权展开式）为
表1-1 常用数制及其对应关系
Байду номын сангаас
2. 数制转换
1) 首先写出待转换的R进制数的按权展开式， 然后按十进制数 的运算规则进行计算，即可得到转换后的等值十进制数。这称为 按权展开法。
【例1-1】将二进制数(1011001.101)2和十六进制数(AD5.C) 16 转换为十进制数。
解
(1011001.001)2 26 1 25 0 24 1 23 1 22 0 21 0 20 1 21 0 22 0 23 1 64 0 16 8 0 0 1 0 0 0.125 (89.125)10
十进制(Decimal System)、 二进制(Binary System)和十六进制 (Hexadecimal System)的数符、权、运算规则及其对应关系详见表 1 - 1。需要特别注意的是，在十六进制数中， 用英文字母A、 B、 C、 D、 E、 F分别表示十进制数的10、 11、 12、 13、 14和15。
图 1 - 2 数字电路对接收信号整形 (a) 发送信号波形； (b) 接收信号波形；(c) 整形信号波形
1.1.2 数字集成电路的发展趋势 1. 大规模 2. 低功耗 3. 高速度 4. 可编程 5. 6. 多值化
1.2.1 数 制
1.2 数 制 与 代 码
1.
数制(Number System)是人类表示数值大小的各种方法的统称。 迄今为止，人类都是按照进位方式来实现计数的， 这种计数制 度称为进位计数制， 简称进位制。大家熟悉的十进制， 就是一 种典型的进位计数制。
第1章 数字逻辑基础
1.1 绪论 1.2 数制与代码 1.3 逻辑代数基础 1.4 逻辑函数的描述方法 1.5 逻辑函数的化简
1.1 绪 论
1.1.1
1. 数字量与数字信号
在自然界中，存在着两类物理量：一类称为模拟量(Analog Quantity)，它具有时间上连续变化、 值域内任意取值的特点，例 如温度、压力、交流电压等就是典型的模拟量；另一类称为数字 量(Digital Quantity)，它具有时间上离散变化（离散也就是不连 续）、值域内只能取某些特定值的特点， 例如训练场上运动员 的人数、车间仓库里元器件的个数等就是典型的数字量。
与模拟电路相比，数字电路主要具有以下优点：
① 电路结构简单，制造容易，便于集成和系列化生产，成 本低，使用方便。
② 数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完成逻辑运 算， 具有逻辑推理和逻辑判断的能力，因此被称为数字逻辑电 路或逻辑电路。 计算机也因为这种逻辑思维能力而被称为电脑。
③ 由数字电路组成的数字系统，抗干扰能力强，可靠性高， 精确性和稳定性好，便于使用、维护和进行故障诊断。
(215.12)10 = 102×2 + 101×1 + 100×5 + 10-1×1 + 10-2×2 在计算机等数字设备中，用得最多的是二进制数和十六进制数， 这是因为当前数字设备中所用的数字电路通常只有低电平和高电 平两个状态， 正好可用二进制数的 0和1 来表示。 由于采用二进 制来表示一个数时数位太多， 所以常用与二进制数有简单对应关 系的十六进制数(或八进制数)来表示一个数。
在电子设备中， 无论是数字量还是模拟量都是以电信号形 式出现的。人们常常将表示模拟量的电信号叫作模拟信号 Analog Signal)， 将表示数字量的电信号叫作数字信号(Digital Signal)。 正弦波信号、话音信号就是典型的模拟信号， 矩形波、 方波信号就是典型的数字信号。
数字信号是一种脉冲信号(Pulse Signal)。脉冲信号具有边 沿陡峭、持续时间短的特点。广义讲，凡是非正弦信号都称为 脉冲信号。
在电子电路中，人们将产生、变换、传送、处理模拟信号 的电子电路叫做模拟电路（Analog Circuit)， 将产生、存储、 变换、 处理、 传送数字信号的电子电路叫做数字电路（Digital Circuit)。 “电子电路基础”课程中介绍的各种放大电路就是典 型的模拟电路，而数字表、数字钟的定时电路就是典型的数字 电路。
数字信号有两种传输波形，一种称为电平型，另一种称为 脉冲型。 电平型数字信号是以一个时间节拍内信号是高电平还 是低电平来表示“1”或“0”，而脉冲型数字信号是以一个时间 节拍内有无脉冲来表示“1”或“0”， 如图1 - 1所示。
图1-1 (a) 电平型信号； (b) 脉冲型信号
2. 数字电路及其优点
( AD5.C)16 162 A 161 D 160 5 161 C 256 10 16 13 1 5 161 12 2560 208 5 0.75 (2773.75)10
2)
从表1-1可见，1位十六进制数正好可以用4位二进制数来表 示， 反之亦然。 因此，以小数点为基准，向左或向右将二进制 数按4位1组进行分组(整数部分高位不足4位时，高位添0补足4 位；小数部分低位不足4位时， 低位添0补足4位)， 然后用相应 的十六进制数代替各组的二进制数，即可得到等值的十六进制 数；之，将十六进制数的每个数符用相应的4位二进制数代替， 并去掉整数部分高位无效的0和小数部分末尾无效的0， 即可得 到等值的二进制数。
一种数制中允许使用的数符个数称为这种数制的基数(Radix)
或基(Base)，R进制的基就等于R。设一个R进制数NR包含n位整 数和m位小数，其位置记数法的表示式为
NR = (r n-1 rn-2 … r1 r0 . r-1 r-2…r-m)R
(1-1)
其中，ri为R进制数NR第i位的有效数符，ri为“1”时所表示 的数值大小称为该位的“权(power)”，用Ri表示。 “权”的概 念表明， 处于不同位置上的相同数符所代表的数值大小是不同 的。例如十进制数(215.12)10，最高位和最低位均为2，但它们 所代表的数值却分别为200（102×2）和0.02（10-2×2）；同样， 次高位和次低位都为1，但它们所代表的数值却分别为10 （101×1）和0.1（10-1×1）。