数字逻辑与数字集成电路(版)

数字集成电路设计基础
1. 数字逻辑
•布尔代数
•组合逻辑电路
•时序逻辑电路
•状态机
2. CMOS 技术
•CMOS 器件的结构和特性•MOS 晶体管的开关特性•CMOS 逻辑门
•CMOS 存储器
3. 数字集成电路设计流程
•系统规范
•架构设计
•逻辑设计
•物理设计
•验证和测试
4. 组合逻辑电路设计
•门级优化
•多级逻辑优化
•可编程逻辑器件 (FPGA)
5. 时序逻辑电路设计
•时钟和复位电路
•触发器和锁存器
•同步和异步时序电路
6. 存储器设计
•静态随机存取存储器 (SRAM) •动态随机存取存储器 (DRAM) •只读存储器 (ROM)
•闪存
7. 芯片设计中的布局和布线
•布局约束和规则•布线算法
•时序和功耗优化8. 验证和测试
•功能验证
•时序验证
•制造测试
9. 数字集成电路应用•微处理器和单片机•数字信号处理•通信系统
•嵌入式系统
其他重要概念：
•数制转换
•可靠性和容错性•EDA 工具
•低功耗设计
•可制造性设计。

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。

数字逻辑与集成电路设计教案课程名称：数字逻辑与集成电路设计一、课程目标本课程的目标是让学生掌握数字逻辑和集成电路设计的基本原理和方法，理解集成电路的应用和设计流程，培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力。

二、课程内容1.数字逻辑基础：包括逻辑代数、布尔代数、门电路等基本概念和原理。

2.组合逻辑电路：介绍组合逻辑电路的基本类型和设计方法，如加法器、比较器、多路复用器等。

3.时序逻辑电路：介绍时序逻辑电路的基本类型和设计方法，如寄存器、计数器、移位器等。

4.集成电路设计：介绍集成电路的基本结构和设计流程，包括电路分析、电路设计、版图绘制等。

5.数字系统设计：介绍数字系统的基本概念和设计方法，如微处理器、微控制器、数字信号处理器等。

三、教学方法本课程采用理论和实践相结合的教学方法。

在课堂上，通过讲解、讨论、演示等方式，使学生了解和掌握数字逻辑和集成电路设计的基本概念和原理。

在实验室中，通过实验、设计和制作等方式，使学生能够将理论知识应用到实践中，培养学生的实践能力和解决问题的能力。

四、教学资源本课程需要以下教学资源：1.教材：选用《数字逻辑与集成电路设计》等适宜的教材。

2.实验设备：包括数字逻辑实验箱、集成电路设计软件等。

3.教学视频：可以制作一些有关数字逻辑和集成电路设计的视频，供学生学习。

4.网络资源：提供一些有关数字逻辑和集成电路设计的网络资源，如网站、论坛等。

五、评估方式本课程的评估方式可以采用以下方式：1.平时成绩：根据学生的出勤率、课堂表现、作业完成情况等平时表现进行评估。

2.实验成绩：根据学生在实验中的表现和实验报告的完成情况进行评估。

3.期末考试：通过笔试或机考等方式，考核学生对数字逻辑和集成电路设计的基本概念和原理的掌握情况。

六、课程安排本课程的课程安排可以根据不同的学校和专业的实际情况进行设置，但应该包括以下内容：1.课程简介：介绍本课程的目标、内容、教学方法和评估方式等。

2.数字逻辑基础：讲解逻辑代数、布尔代数、门电路等基本概念和原理。

数字逻辑IC集成电路的分类随着半导体材料和工艺技术的发展，标准数字逻辑IC集成电路的种类和性能有了很大的发展和提高。

数字逻辑IC集成电路有各种系列，种类齐全，可以方便地选择和搭配。

这里正芯网将从工艺上为大家介绍数字逻辑IC集成电路的分类。

数字逻辑IC根据根据工艺不同可分为双极性数字逻辑IC、CMOS数字逻辑IC以及双极性—CMOS逻辑IC（也可称为BiCMOS数字逻辑IC）三大类，每一大类又可分为若干种，见图1。

图1数字逻辑集成电路系列一、双极性数字逻辑IC双极性数字逻辑IC是以晶体管工艺为基础的。

按工作原理，又可分为TTL 电路即晶体管一晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic)及ECL电路即发射极耦合逻辑(Emitter Coupled Logic)电路。

1、TTL电路TTL电路是目前应用最广的数字逻辑IC，它由DTL演变而来。

DTL即二极管一晶体管逻辑(Diode Transistor Logic)，输入为二极管，输出为一个三极管。

DTL的缺点，第一是晶体管由导通变截止时基极电荷放电时间长，影响了tph,其次是晶体管截止时无输出电流通路。

标准TTL电路(例如7400)正是为克服DTL 的缺点而产生的。

在集成电路中使用了肖特基二极管，产生了速度更快的STTL 电路，为减小负载功耗，增大集成电阻值，出现了LSTTI电路。

LSTTL电路以其功耗低、速度快得到了广泛的使用。

进而，选择氧化技术、离子注入技术和溅射扩散技术的应用，现了先进的肖特基TTL电路即ASTTL和FAST电路，并有相应的低功耗的ALSTTL电路。

ALSTTL电路和FAST电路，可能成为使用最多的数字逻辑集成电路之一。

TTL电路的基本特征是晶体管的饱和和截止，正是依赖晶体管的这两个截然不同的状态才构成TTL电路TTL电路的主要特点是速度较快，驱动能力强，输入输出电压曲线比较接近，因而电路的耦合方便。

在要求速度更高的应用中，应首推ECL电路。

《数字逻辑与数字电路》习题案例（计算机科学与技术专业）2011年7月计算机与信息学院计算机科学技术系一、选择题1．十进制数33的余3码为 。

A. B. C. D.2．二进制小数-0.0110的补码表示为 。

A ．0.1010B ．1.1001C ．1.0110D ．1.10103．两输入与非门输出为0时，输入应满足 。

A ．两个同时为1B ．两个同时为0C ．两个互为相反D ．两个中至少有一个为04．某4变量卡诺图中有9个“0”方格7个“1”方格，则相应的标准与或表达式中共有多少个与项 ？A ． 9B ．7C ．16D ．不能确定5. 下列逻辑函数中，与A F =相等的是 。

)(A 11⊕=A F )(B A F =2⊙1 )(C 13⋅=A F )(D 04+=A F6. 设计一个6进制的同步计数器，需要 个触发器。

)(A 3 )(B 4 )(C 5 )(D 67. 下列电路中，属于时序逻辑电路的是 。

)(A 编码器 )(B 半加器 )(C 寄存器 )(D 译码器8. 列电路中，实现逻辑功能n n Q Q =+1的是 。

)(A )(B9. 的输出端可直接相连，实现线与逻辑功能。

)(A 与非门 )(B 一般TTL 门)(C 集电极开路OC 门 )(D 一般CMOS 门10．以下代码中为无权码的为 。

A . 8421BCD 码B . 5421BCD 码C . 余三码D . 格雷码11．以下代码中为恒权码的为 。

A .8421BCD 码B . 5421BCD 码C . 余三码D . 格雷码12．一位十六进制数可以用 位二进制数来表示。

A . １B . ２C . ４D . 16CP QCP QCPQ 0 CP13．十进制数25用8421BCD码表示为。

A.10 101B.0010 0101C.D.1010114．在一个8位的存储单元中，能够存储的最大无符号整数是。

A.（256）10B.（127）10C.（FF）16D.（255）1015．与十进制数（53.5）10等值的数或代码为。

数字电路数字逻辑
数字电路是一种用来处理数字信号的电子电路，也称为数字系统或数字逻辑电路。

它是现代电子设备的基础，如计算机、通信设备和各种控制系统等。

数字电路以二值数字逻辑为基础，其工作信号是离散的数字信号，反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。

数字电路中的基本单元是逻辑门，它实现基本的逻辑运算，如与、或、非等。

逻辑门由半导体工艺制成的数字集成器件构造而成，常见的有与门、或门、非门、异或门等。

存储器是用来存储二进制数据的数字电路，它对数据的存储和读取都是以二进制的形式进行的。

从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

组合逻辑电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关，它不具有记忆功能。

而时序逻辑电路则具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。

常见的时序逻辑电路有触发器和寄存器等。

数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成，具有体积小、功耗低、可靠性高、速度快、功能强等特点。

总的来说，数字电路是数字系统的基础，它的设计和应用涉及到计算机科学、电子工程、通信工程等多个领域。

数字逻辑Digital Logic最小项Minterm卡诺图Karnaugh Map逻辑门Logic Gate数字量和模拟量Digital & Analog集成电路（IC，Integrated Circuit）SSI（12以下个门）Small-Scale Integrated CircuitMSI（12~99个门）Medium-Scale Integrated CircuitLSI （100 ~9999个门）Large-Scale Integrated Circuit VLSI（>104个以上门）Very-large-Scale Integrated Circuit ULSI（>105个以上门）Ultra-Large-Scale Integrated Circuit 组合逻辑电路Combinatorial Logic Circuits数据选择器Multiplexer进位链Carry-generation logic并行加法器Parallel Adder串行进位Serial Carry超前进位Carry -lookahead奇偶校验码Parity Check Code奇数Odd偶数Even数制Number System基数Radix权Weight二进制数的运算Binary Arithmetic编码Code码制Code SystemBCD码Binary Coded Decimal有权码Weighted Code余三码Excess-3 Code格雷码Gray Code奇偶校验码Parity Check Code逻辑代数/ 布尔代数Boolean Algebra真值表Truth table与门AND Gate或门OR Gate非门NOT Gate非门/ 反相器Inverter与非NAND或非NOR与或非AND-OR-Invert复合逻辑电路Compound logic gates异或Exclusive-or编码器Encoder优先编码器Priority Encoder译码器Decoder发光二极管LED Light Emitting Diode液晶显示器LCD Liquid Crystal Display触发器和寄存器Flip-flops and Registers锁存器Latch脉冲触发的触发器pulse-triggered主从JK触发器Master–slave JK flip-flop协作/合作Collaborate不敏感的Insensitive毛刺Spike变迁Transition异步的Asynchronous边沿触发的触发器Edge-triggered flip-flop寄存器Register移位寄存器shift register翻转Toggle综合synthesize导致Derive根据in terms ofD触发器 D flip-flopsJK触发器JK flip-flops4位串行移位寄存器4-bit serial-in, serial-out (SISO) shift register时序逻辑电路Sequential logic Circuits计数器Counter按时钟分，同步计数器synchronous Counter异步计数器asynchronous Counter按计数过程中数字增减分，加法计数器Up Counter减法计数器Down Counter和可逆计数器Up/ Down Counter（按计数器中的数字编码分，二进制、二-十进制和循环码…，六十进制）计数器的模：Module同步二进制计数器Synchronous Binary Counter半导体存储器和可编程逻辑器件Memory and Programmable logic device只读存储器( ROM，Read-Only-Memory )随机读/写存储器( RAM，Random-Access-Memory )双极型( Bipolar Transistor )MOS型( Metal-Oxide-Semiconductor )半导体存储器芯片Memory Chip行地址Row Address列地址Column Address片选Chip Select只读存储器ROMTo convert from decimal to binary, the integer and fractional parts are handled separately. 十进制转换成二进制数，整数部分与小数部分要分开处理A parity bit is an error detection mechanism that can only detect an odd number of errors. 一个奇偶校验法是一个错误检测机制,只能检测到一个奇数数量的错误Many applications of digital computers require the handling of data that consists not only of numbers, but also of the letters of the alphabet and certain special characters, such as $, +, and =.许多应用程序的数字计算机需要处理的数据,不仅仅包括数字,也包括字母和某些特殊字符,例如$,+,=。