集成电路中的基本逻辑单元

数字集成电路考试知识点一、数字逻辑基础。

1. 数制与编码。

- 二进制、十进制、十六进制的相互转换。

例如，将十进制数转换为二进制数可以使用除2取余法；将二进制数转换为十六进制数，可以每4位二进制数转换为1位十六进制数。

- 常用编码，如BCD码（8421码、余3码等）。

BCD码是用4位二进制数来表示1位十进制数，8421码是一种有权码，各位的权值分别为8、4、2、1。

2. 逻辑代数基础。

- 基本逻辑运算（与、或、非）及其符号表示、真值表和逻辑表达式。

例如，与运算只有当所有输入为1时，输出才为1；或运算只要有一个输入为1，输出就为1；非运算则是输入和输出相反。

- 复合逻辑运算（与非、或非、异或、同或）。

异或运算的特点是当两个输入不同时输出为1，相同时输出为0；同或则相反。

- 逻辑代数的基本定理和规则，如代入规则、反演规则、对偶规则。

利用这些规则可以对逻辑表达式进行化简和变换。

- 逻辑函数的化简，包括公式化简法和卡诺图化简法。

卡诺图化简法是将逻辑函数以最小项的形式表示在卡诺图上，通过合并相邻的最小项来化简逻辑函数。

二、门电路。

1. 基本门电路。

- 与门、或门、非门的电路结构（以CMOS和TTL电路为例）、电气特性（如输入输出电平、噪声容限等）。

CMOS门电路具有功耗低、集成度高的优点；TTL门电路速度较快。

- 门电路的传输延迟时间，它反映了门电路的工作速度，从输入信号变化到输出信号稳定所需要的时间。

2. 复合门电路。

- 与非门、或非门、异或门等复合门电路的逻辑功能和实现方式。

这些复合门电路可以由基本门电路组合而成，也有专门的集成电路芯片实现其功能。

三、组合逻辑电路。

1. 组合逻辑电路的分析与设计。

- 组合逻辑电路的分析方法：根据给定的逻辑电路写出逻辑表达式，化简表达式，列出真值表，分析逻辑功能。

- 组合逻辑电路的设计方法：根据逻辑功能要求列出真值表，写出逻辑表达式，化简表达式，画出逻辑电路图。

2. 常用组合逻辑电路。

fpga基本组成结构FPGA基本组成结构FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种灵活可编程的集成电路，具有可重构的特性。

它由一系列可编程逻辑单元（PLU）、可编程连接资源（PCR）和配置存储器（Configuration Memory）等组成。

本文将详细介绍FPGA的基本组成结构。

一、可编程逻辑单元（PLU）可编程逻辑单元是FPGA的基本组成部分，也是实现FPGA可编程性的关键。

它由逻辑门、触发器、多路选择器等基本逻辑元件组成，并通过可编程的连接资源进行互连。

PLU可以根据用户的需求进行任意逻辑功能的实现和修改，从而实现不同的电路功能。

二、可编程连接资源（PCR）可编程连接资源是FPGA的重要组成部分，它用于实现逻辑单元之间的互连。

PCR通常包括一系列可编程的开关和互连线，可以根据用户的配置将逻辑单元进行连接。

通过可编程连接资源，用户可以根据需要自由地连接逻辑单元，实现不同的电路功能。

三、配置存储器（Configuration Memory）配置存储器是FPGA的另一个重要组成部分，用于存储FPGA的配置信息。

配置存储器中保存了每个逻辑单元的配置位信息，以及逻辑单元之间的连接关系。

在FPGA启动时，配置存储器中的配置信息将被加载到PLU和PCR中，从而实现用户所需的电路功能。

FPGA的基本组成结构可以通过以下步骤进行工作：1. 设计电路功能：用户根据需求设计所需的电路功能，可以使用硬件描述语言（HDL）或图形化的设计工具进行设计。

2. 编译与综合：将用户设计的电路功能进行编译与综合，生成逻辑电路网表。

3. 配置生成：根据逻辑电路网表生成FPGA的配置文件，包括逻辑单元的配置位信息和互连关系。

4. 配置加载：将配置文件加载到FPGA的配置存储器中，配置存储器将配置信息加载到PLU和PCR中。

5. 电路功能实现：FPGA根据配置信息将逻辑单元进行互连，实现用户设计的电路功能。

芯片的逻辑原理及应用1. 什么是芯片芯片，又称集成电路芯片，是在单一的半导体晶片上集成了多个电子器件的微型电路。

它是现代电子技术的基础，广泛应用于各个领域，包括电信、计算机、消费电子、汽车等。

2. 芯片的逻辑原理芯片的逻辑原理主要是基于数字逻辑电路。

数字逻辑电路采用逻辑字节作为信息的表示方式，在芯片中通过晶体管、触发器等元件组成逻辑门电路来实现。

常见的逻辑门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。

芯片的逻辑原理是基于这些逻辑门电路的组合实现的。

通过将不同的逻辑门电路按照一定的方式连接起来，可以实现不同的逻辑功能，例如加法器、减法器、比较器、计数器等。

这些逻辑功能的实现是通过逻辑门电路中的输入信号经过处理后得到的输出信号来实现的。

3. 芯片的应用芯片的应用非常广泛，几乎涵盖了所有电子领域。

下面列举几个常见的芯片应用领域：3.1 通信领域在通信领域中，芯片主要用于实现调制解调器、路由器、交换机等设备。

这些设备通过芯片中的逻辑电路来处理和传输信号，实现数据的传输和通信功能。

3.2 计算机领域在计算机领域中，芯片是计算机的核心组成部分。

芯片中的逻辑电路实现了处理器、存储器、总线等重要组件的功能。

计算机的运算、存储以及数据传输等都依赖于芯片的逻辑原理。

3.3 消费电子领域在消费电子领域中，芯片广泛应用于手机、平板电脑、电视、相机等设备中。

这些设备中的各种功能模块，如处理器、传感器、显示屏等都通过芯片来实现。

3.4 汽车领域在汽车领域中，芯片被用于实现各种自动化和智能化功能。

例如，通过芯片实现的电子控制单元（ECU）可以监控汽车的各种参数，并根据这些参数来控制发动机、刹车系统、驻车系统等。

4. 芯片的发展趋势随着科技的不断进步，芯片技术也在不断发展。

芯片的发展趋势主要体现在以下几个方面：4.1 小型化芯片的发展趋势是朝着更小型化的方向发展。

随着制造工艺的进步，芯片上的元器件越来越小，功耗越来越低，性能越来越强大。

半导体芯片中各部分的名称
半导体芯片是一种集成电路，由多个部分组成，每个部分都有
特定的功能。

以下是半导体芯片中常见的各部分名称：
1. 芯片核心，芯片核心是半导体芯片的主要部分，包括处理器、控制单元等。

处理器是芯片的大脑，负责执行指令和处理数据；控
制单元则负责协调芯片内部各部分的工作。

2. 存储单元，存储单元用于存储数据和程序。

包括静态随机存
取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）等。

3. 输入/输出接口，输入/输出接口用于芯片与外部设备进行通信，包括USB接口、HDMI接口、以太网接口等。

4. 时钟电路，时钟电路用于产生芯片内部各部分的工作时钟信号，保证各部分的协调运行。

5. 电源管理单元，电源管理单元用于管理芯片的供电，包括电
压调节、电池管理等。

6. 信号处理单元，信号处理单元用于处理各种输入信号，包括模拟信号转换为数字信号、数字信号处理等。

7. 逻辑单元，逻辑单元用于执行逻辑运算，包括与门、或门、非门等。

8. 控制单元，控制单元用于控制芯片内部各部分的工作，包括指令译码、时序控制等。

以上是半导体芯片中常见的各部分名称，每个部分都在半导体芯片的功能和性能中发挥着重要作用。

希望这些信息能够帮助你更好地了解半导体芯片的组成。

实验一基本逻辑门逻辑功能测试及应用一、实验目的1. 掌握TTL集成逻辑门的逻辑功能及其测试方法。

2. 掌握TTL器件的使用规则。

3. 熟悉数字电路实验仪的结构、基本功能和使用方法。

4. 练习熟练使用DS1052E型数字示波器。

二、实验原理门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电器特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。

目前应用最广泛的集成电路是TTL和CMOS。

TTL集成逻辑门电路根据其型号的不同，有不同的内部结构和引脚，在本实验中我们只选取了常用的与非门、与或非门来进行测试。

与非门是门电路中应用较多的一种，与非门的逻辑功能为，当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出为高电平；只有当输入全部为高电平时，输出才为低电平。

而与或非门的逻辑功能为，当同一个与门端组的输入端全部为高电平时，输出为低电平；当同一个与门端组中有一个或一个以上的输入端为低电平时，输出即为高电平。

实验前请认真阅读TTL集成电路使用规则。

数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。

对于普通的TTL门电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平还是低点平，输出阻抗都很低。

因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用。

集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用。

三、实验仪器及器件1. DS1052E型示波器2. EL-ELL-Ⅳ型数字电路实验系统3. DT9205数字万用表4.器件：集成电路芯片74LS00 74LS10 74LS51四、实验内容及步骤1.与非门逻辑功能测试（1）选用三输入端与非门74LS10，按图1-1连接实验电路，即将与非门的三个输入端A、B、C分别接至逻辑电平开关的电平输出插口，与非门的输出端Y接至显示逻辑电平的发光二极管的电平输入插口，同时将数字万用表调至直流电压档连接到门电路的输出端，测量输出电压值。

第2章逻辑门内容提要：本章系统地介绍数字电路的基本逻辑单元—门电路，及其对应的逻辑运算与图形描述符号，并针对实际应用介绍了三态逻辑门和集电极开路输出门，最后简要介绍TTL集成门和CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。

2.1 基本逻辑门导读:在这一节中，你将学习：⏹与、或、非三种基本逻辑运算⏹与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能⏹逻辑门真值表的列法⏹画各种逻辑门电路的输出波形在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种。

每种逻辑运算代表一种函数关系，这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述，也可用文字来描述，还可用表格或图形的方式来描述。

最基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。

实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。

例如：实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门；实现“与非”运算的电路称为与非门。

逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。

2.1.1 与门“与”运算是一种二元运算，它定义了两个变量A和B的一种函数关系。

用语句来描述它，这就是：当且仅当变量A和B都为1时，函数F为1；或者可用另一种方式来描述数字电子技术2它，这就是：只要变量A 或B 中有一个为0，则函数F 为0。

“与”运算又称为逻辑乘运算，也叫逻辑积运算。

“与”运算的逻辑表达式为： F A B =⋅ 式中，乘号“．”表示与运算，在不至于引起混淆的前提下，乘号“．”经常被省略。

该式可读作：F 等于A 乘B ，也可读作：F 等于A 与B 。

逻辑与运算可用开关电路中两个开关相串联的例子来说明，如图2-1所示。

开关A 、B 所有可能的动作方式如表2-1a 所示，此表称为功能表。

如果用1表示开关闭合，0表示开关断开，灯亮时F =1，灯灭时F =0。

则上述功能表可表示为表2-1b 。

这种表格叫做真值表。

它将输入变量所有可能的取值组合与其对应的输出变量的值逐个列举出来。

它是描述逻辑功能的一种重要方法。

表2-1a 功能表由“与”运算关系的真值表可知“与”逻辑的运算规律为：00001100111⋅=⋅=⋅=⋅= 表2-1b “与”运算真值表图2-1 与运算电路第二章 逻辑门 3简单地记为：有0出0，全1出1。

芯片计算原理
芯片计算原理是通过电子信号处理和运算，实现数据处理和计算功能的技术。

芯片内部主要由集成电路所组成，包括处理器、内存、输入输出接口等。

在芯片计算原理中，处理器是核心部件，负责执行各种计算指令。

处理器内部包含的算术逻辑单元（ALU）可以执行基本
的算术和逻辑运算，如加法、减法、与门、或门等。

处理器还包含寄存器，用于存储和传输数据。

内存是芯片的存储部件，用于存储指令和数据。

内存可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM可
以读写数据，用于临时存储，而ROM只能读取数据，用于存
储程序和固定数据。

输入输出接口是芯片与外部设备交互的接口。

通过输入输出接口，芯片可以接受外部设备发送的数据，同时将处理结果输出给外部设备。

输入输出接口可以是通用接口，如USB、HDMI 等，也可以是专用接口，如显示器接口、键盘接口等。

在计算过程中，芯片通过将数据从内存中加载到寄存器中，经过处理器进行计算，然后将结果存储回内存。

处理器根据指令集执行各种操作，如加法、乘法、逻辑运算和数据移位等。

计算过程中还涉及到控制单元，用于管理和协调各个部件的工作。

芯片计算原理的关键在于电子信号的处理和运算。

电子信号通过电路的开关控制，实现二进制数据的存储和传输。

根据不同
的电平表示0和1，通过电路的组合与运算，可以实现复杂的逻辑运算和数据处理。

总之，芯片计算原理是通过处理器、内存和输入输出接口等组件进行数据处理和计算的技术。

通过电子信号的传输和处理，实现了计算机的基本功能。

CMOS 逻辑门电路CMOS 是互补对称MOS 电路的简称（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ），其电路结构都采用增强型PMOS 管和增强型NMOS 管按互补对称形式连接而成，由于CMOS 集成电路具有功耗低、工作电流电压范围宽、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出系数大、集成度高，成本低等一系列优点，其应用领域十分广泛，尤其在大规模集成电路中更显示出它的优越性，是目前得到广泛应用的器件。

一、CMOS 反相器CMOS 反相器是CMOS 集成电路最基本的逻辑元件之一，其电路如图11-36所示，它是由一个增强型NMOS 管T N 和一个PMOS 管T P 按互补对称形式连接而成。

两管的栅极相连作为反相器的输入端，漏极相连作为输出端，T P 管的衬底和源极相连接电源U DD ，T N 管的衬底与源极相连后接地，一般地U DD >(U TN +|U TP |)，(U TN和|U TP |是T N 和T P 的开启电压)。

当输入电压u i =“0”（低电平）时，NMOS 管T N 截止，而PMOS 管T P 导通，这时T N 管的阻抗比T P 管的阻抗高的多，（两阻抗比值可高达106以上），电源电压主要降在T N 上，输出电压为“1”（约为U DD ）。

当输入电压u i =“1”（高电平）时，T N 导通，T P 截止，电源电压主要降在T P 上，输出u o =“0”，可见此电路实现了逻辑“非”功能。

通过CMOS 反相器电路原理分析，可发现CMOS 门电路相比NMOS 、PMOS 门电路具有如下优点：①无论输入是高电平还是低电平，T N 和T P 两管中总是一个管子截止，另一个导通，流过电源的电流仅是截止管的沟道泄漏电流，因此，静态功耗很小。

②两管总是一个管子充分导通，这使得输出端的等效电容C L 能通过低阻抗充放电，改善了输出波形，同时提高了工作速度。

③由于输出低电平约为0V ，输出高电平为U DD ，因此，输出的逻辑幅度大。