数字集成电路-电路系统与设计
数字电路设计的抽象层次：器件->电路->门->模块->系统
时钟偏差对全局信号都可能产⽣影响，是⾼性能⼤系统的设计关键。
集成电路的成本：固定成本+可变成本；固定成本可理解为研发成本，⾮重复的成本；可变成本可理解为⽣产制造（芯⽚成本和封测成本）过程中产⽣的成本，与良率也有关，控制芯⽚⾯积能够有效且直接的控制芯⽚成本。
⼀个门电路要想具有再⽣性，其VTC(电压传输特性)应当具有⼀个增益⼤于1的过渡区，以及增益⼩于1的合法区域，如下图：
封装可按照封装材料，互连层数量，散热⽅式进⾏分类：
封装材料：陶瓷封装、塑封（⾼分⼦聚合物） NMOS与PMOS，以增强型为例，NMOS VGS>Vth时导通，PMOS |VGS|>|Vth|时导通，且VGS<0。
CMOS反相器电压传输特性（VTC）推导：
上式为CMOS上下管需要遵守的规则。
结合上式得到，下图为CMOS中上官PMOS部分不同栅极输⼊电压下，下管NMOS电流与输出电压的关系
为了使NMOS和PMOS的传输特性能够符合上式DC成⽴，需要根据⼆者的V-I曲线找到交叉点，使其满⾜DC平衡
找到上图中的DC平衡交叉点，并提取绘制得到CMOS的电压传输特性如下图，可以看出CMOS的电压传输特性具有再⽣性
其中res表⽰呈电阻特性
PMOS和NMOS的电流⽅向问题：
源極的源是指載流⼦的起點；漏極的漏是指載流⼦的終點。載流⼦從源極出發，穿過溝道，到達漏極，從外部看，載流⼦最終從漏極漏出去了。顯然，NMOS和PMOS的載流⼦是不同的，因此導致了令⼈困惑的電流⽅向問題。盯住載流⼦即可，別被電流⽅向迷惑。
可以簡單地認為，柵極和襯底間的電壓超過閾值後，漏極和源極就接通了，⽽電流⼤⼩則是由柵漏源三極間的電壓決定。因為MOS是對稱結構，所以源極和漏極無區別且可互換。
關於D和S，也就是漏和源，其實是從⼯藝⾓度觀察的結果。在MOS中，有兩種載流⼦，⼀種是電⼦，另⼀種是空⽳，標記為N和P。顯然，NMOS的載流⼦是電⼦，PMOS的載流⼦是空⽳。NMOS導通後，電⼦從源極進⼊溝道，從漏極離開。因為電⼦的運動⽅向與電流⽅向相反，所以電流從NMOS的漏極流向源極。相反地，在PMOS中，雖然空⽳也是從源極進⼊溝道，從漏極離開，但空⽳的運動⽅向與電流⽅向⼀致。因此，電流從PMOS的源極流向漏極。CMOS中，通过上拉⽹络和下拉⽹络的互斥来保证静态下⽆直通电流，即上拉⽹络和下拉⽹络的导通状态总是相反。这意味着上拉⽹络和下拉⽹络存在对偶关系---串联对并联。
徐州师范大学
学院： 电气学院
专业： 自动化
班级： 08电51班
姓名： gfd
学号： 082850xx 目录
实验一 ·······································软件使用入门
实验二 ·········································加法器设计
实验三··········································译码器设计
实验四··········································计数器设计
实验五 ·······························阻塞与非阻塞区别设计
实验六 ·········································累加器设计
实验七 ·································数码管扫描显示电路
实验八 ·····································数字频率计设计
实验一
实验名称：软件使用入门
实验目的：
（1）了解《数字系统设计》实验的主要软件以及配套硬件的使用。
（2）学习实验教学次序，提高实验课的教学质量。
（3）顺利地完成各项实验任务，确保人身安全、设备完好。
设计原理图或实验原程序：
·与门原理图
·与门功能仿真波形图
主要实验步骤：
（1）打开MAX+Ⅱ软件，运行，分别浏览主菜单和子菜单，知道软件如何使用。
（2）单击界面，利用软件自带库调用简单门，如与门、与非门，或门、或非门等。
（3）利用连线实现简单门级组合逻辑电路的绘制。
（4）通过设计编译、综合、仿真、适配布局等简单步骤进行系统实验。
分析和小结：
（1）通过本实验可知，可通过MAX+Ⅱ软件实现对数字电路系统的设计，并能使所设计的模块能完成各种功能。
数字电路与逻辑设计实验报告
学 院：
班 级：
姓 名：
学 号：
日 期：
一． 实验名称：
实验一：QuartusII 原理图输入法设计与实现
实验二：用 VHDL 设计与实现组合逻辑电路
实验三：用 VHDL 设计与实现时序逻辑电路
实验四：用 VHDL 设计与实现数码管动态扫描控制器
二． 实验所用器件及仪器：
1.计算机
2.直流稳压电源
3.数字系统与逻辑设计实验开发板
三． 实验要求：
实验一：
（1） 用逻辑门设计实现一个半加器，仿真验证其功能，并生成新的半加器图形模块单元。
（2） 用（1）实现的半加器和逻辑门设计实现一个全加器，仿真并验证其功能，并下载到实验板上测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（3） 用3—8线译码器和逻辑门设计实现函数F=/C/B/A+/CB/A+C/B/A+CBA,仿真验证其功能并下载到实验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
注：实验时将三个元器件放在一个new block diagram中实现。
实验二：
（1） 用VHDL语言设计实现一个共阴极7段数码译码器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，7段数码管显示输出信号。
（2） 用VHDL语言设计实现一个8421码转余三码的代码器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
（3） 用VHDL语言设计实现一个4位二进制奇校验器，输入奇数个‘1’时，输出1，否则出0；仿真验证其功能，并下载到实验板测试。要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号。 实验三：
（1） 用VHDL语言设计实现一个带异步复位的8421 十进制计数器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。要求用按键设定输入信号，发光二极管显示输出信号。
数字电路——三⼈表决器
数电设计实验报告
三
⼈
表
决
器[设计题⽬]
三⼈表决器的设计与装配[设计要求]
1．熟悉各元件的性能和设置元件的参数。
2．对电路图的原理进⾏分析，并对原理图进⾏改良，弄清楚电路的⼯作原理。
3. 元件安装符合⼯艺要求，既考虑其性能⼜应美观整齐。
焊接元件要注意焊点的圆润。4. 对元件的性能进⾏评估和替换、⽤性能和使⽤范围更
好，更常⽤的元件进⾏替换，使⾃⼰实际的元件更接近实际使⽤。5 . 学习数字逻辑电路的设计⽅法。
6. 熟知74LS138和74LS20芯⽚各引脚的功能及内部结构。
7. 学会使⽤74LS138和74LS20芯⽚。
8. 学会真值表与逻辑表达式及卡诺图之间的转换，能根
据化简后的逻辑表达式画出逻辑电路。[电路介绍]
三⼈表决器主要由⼀个3-8位译码器（74LS138）和2个4输⼊与⾮门（74LS20）组成。通过三个按钮接受⽤户
输⼊。按钮按下表⽰同意，不按下表是否决，当没有⼈按下按钮时，或只有⼀个⼈按下按钮时，例如，S1按下，⽽S2和S0未按下，则红灯亮，绿灯灭，蜂鸣器⽆声⾳，表⽰否决，当有两个⼈及以上的⼈按下按钮后，例如，S1和S2按下，则红灯灭，绿灯亮，蜂鸣器发⾳，表⽰通过。[电路原理][元器件清单]
[电路真值表]
注（1表⽰同意、灯亮）
（0表⽰不同意、灯不亮）
[PC板及实物图]
[电路的调试：]
电路的结果分析：在焊接是尽可能避免线路的交叉，不要把焊电焊的过⼤，相邻焊盘绝缘的⼀定不能连接在⼀起。[设计⼼得体会]
通过这次实验，我从中收获了很多，懂得了对电路的进⼀步分析，也从⽽巩固和提⾼电路的设计能⼒、元件的选择及检测的能⼒等，同时也对我们所学的知识的掌握，通过本次实验我学会了逻辑表达式图之间的转换，通过检测电路使我们对电路有了更深的了解.[参考资料]：
[1]阎⽯主编，数字电⼦技术基础(第五版)，⾼等教育出版社.2005
[2]童诗⽩，华成英.模拟电⼦技术基础，⾼等教育出版社.2006
[3]梅丽凤，王艳秋，汪毓铎，等.单⽚机原理及接⼝技术[M].北京：清华⼤学出版社，2004.
