数字电路-康华光-03逻辑门电路概要

《数字电路》课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Digital Circuit 课程代码PHYS2017课程性质专业选修课程授课对象物理学学分3学分学时54学时主讲教师修订日期2021.9指定教材康华光，《电子技术基础.数字部分》，高等教育出版社，2013年二、课程目标（一）总体目标知识目标：使学生掌握数字逻辑的基本知识及数字逻辑电路的分析方法和设计方法，以及若干典型的中、小规模集成电路的功能及应用，具备一定的数字电路分析和设计能力。

能力目标：培养学生分析电路问题和解决电路问题的能力，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容，以及为电子技术在专业中的应用打好基础。

素质目标：掌握辩证唯物主义基本原理，建立科学的世界观和方法论，培养学生在电子技术方面的工程素养为目标。

（二）课程目标：课程目标1：掌握逻辑代数和数字逻辑电路的基础知识，能将其用于实际工程问题的分析课程目标2：具备对数字逻辑器件的特性和功能进行分析的能力，能够对组合逻辑电路和时序逻辑电路进行描述和分析。

课程目标3：具备对数字逻辑电路进行初步设计的能力，能运用基本原理和方法，根据设计要求完成数字逻辑电路（组合逻辑电路、时序逻辑电路）的设计。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1 第一章数字逻辑概论第二章逻辑代数与硬件描述语言第三章逻辑门电路第五章锁存器和触发器毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。

毕业要求8：具有自主学习和终身学习意识和社会适应能力。

课程目标2 第四章组合逻辑电路第六章时序逻辑电路毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。

毕业要求8：具有自主学习和终身学习意识和社会适应能力。

课程目标3 第四章组合逻辑电路第九章脉冲波形的变化与产生第十章时序逻辑电路毕业要求3：了解物理学与其他学科、社会实践的联系。

毕业要求7：具有课题调研、设计、数据处理和学术交流能力。

逻辑门电路3 逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路3.2TTL逻辑门电路*3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路3.5逻辑描述中的几个问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题*3.7用VerilogHDL描述逻辑门电路3.逻辑门电路教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。

2、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能。

3、学会门电路逻辑功能分析方法。

4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。

3.1 MOS逻辑门数字集成电路简介3.1.1 数字集成电路简介3.1.2 逻辑门的一般特性逻辑门的一般特性及其等效电路3.1.3MOS开关开关及其等效电路3.1.4CMOS反相器3.1.5CMOS逻辑门电路门电路3.1.6CMOS漏极开路门和三态输出漏极开路门和三态输出门电路3.1.7CMOS传输门3.1.8CMOS逻辑门电路的技术参数1 、逻辑门逻辑门::实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。

2、 逻辑门电路的分类二极管门电路三极管门电路TTL 门电路MOS 门电路PMOS 门CMOS 门逻辑门电路分立门电路集成门电路NMOS 门3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介1.CMOS 集成电路集成电路::广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路4000系列74HC 74HCT 74VHC 74VHCT 速度慢与TTL 不兼容抗干扰功耗低74LVC 74VAUC 速度加快与TTL 兼容负载能力强抗干扰功耗低速度两倍于74HC 与TTL 兼容负载能力强抗干扰功耗低低(超低超低))电压速度更加快与TTL 兼容负载能力强抗干扰功耗低74系列74LS 系列74AS 系列74ALS2.TTL 集成电路集成电路::广泛应用于中大规模集成电路3.1.1 数字集成电路简介3.1.2 逻辑门电路的一般特性1. 1. 输入和输出的高、低电平输入和输出的高、低电平 v O v I 驱动门G 1负载门G 2 11输出高电平的下限值 V OH(min OH(min))输入低电平的上限值输入低电平的上限值V IL(max IL(max))输入高电平的下限值输入高电平的下限值 V IL(min IL(min))输出低电平的上限值 V OH(max OH(max))输出高电平+V DD DDV OH OH((min )V OLOL((max max)) 0G 1门v O 范围v O输出低电平输入高电平V IH IH((min ) V IL IL((max max)) +V DD DD 0G 2门v I 范围输入低电平v IV NH —当前级门输出高电平的最小值时值时允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值。

第1章 数字逻辑概论1.1 复习笔记一、模拟信号与数字信号 1．模拟信号和数字信号 （1）模拟信号在时间上连续变化，幅值上也连续取值的物理量称为模拟量，表示模拟量的信号称为模拟信号，处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。

（2）数字信号 与模拟量相对应，在一系列离散的时刻取值，取值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍，即时间离散、数值也离散的信号。

表示数字量的信号称为数字信号，工作于数字信号下的电子电路称为数字电路。

（3）模拟量的数字表示①对模拟信号取样，通过取样电路后变成时间离散、幅值连续的取样信号； ②对取样信号进行量化即数字化；③对得到的数字量进行编码，生成用0和1表示的数字信号。

2．数字信号的描述方法（1）二值数字逻辑和逻辑电平在数字电路中，可以用0和1组成的二进制数表示数量的大小，也可以用0和1表示两种不同的逻辑状态。

在电路中，当信号电压在3.5～5 V 范围内表示高电平；在0～1.5 V 范围内表示低电平。

以高、低电平分别表示逻辑1和0两种状态。

（2）数字波形①数字波形的两种类型非归零码：在一个时间拍内用高电平代表1，低电平代表0。

归零码：在一个时间拍内有脉冲代表1，无脉冲代表0。

②周期性和非周期性周期性数字波形常用周期T 和频率f 来描述。

脉冲波形的脉冲宽度用W t 表示，所以占空比100%t q T=⨯W③实际数字信号波形在实际的数字系统中，数字信号并不理想。

当从低电平跳变到高电平，或从高电平跳到低电平时，边沿没有那么陡峭，而要经历一个过渡过程。

图1-1为非理想脉冲波形。

图1-1 非理想脉冲波形④时序图：表示各信号之间时序关系的波形图称为时序图。

二、数制 1．十进制以10为基数的计数体制称为十进制，其计数规律为“逢十进一”。

任意十进制可表示为：()10iDii N K ∞=-∞=⨯∑式中，i K 可以是0～9中任何一个数字。

如果将上式中的10用字母R 代替，则可以得到任意进制数的表达式：()iR ii N K R ∞=-∞=⨯∑2．二进制（1）二进制的表示方法以2为基数的计数体制称为二进制，其只有0和1两个数码，计数规律为“逢二进一”。

第三章 MOS 逻辑门电路场效应管的英文缩写是FET场效应管又称为单极型晶体管，三极管又称为双极型晶体管。

（为什么三极管又叫做双极型三极管？答：因为载流子有电子和空穴两种载流子）所以，晶体管包括三极管和场效应管。

场效应管分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(IGFET)，其中采用SiO2为绝缘层的绝缘栅型场效应管称为：金属—氧化物—半导体场效应管（MOS FET ）增强型N 沟道MOS FET 简称为（E-NMOS FET ），有三个极：源极S 、漏极D 、栅极GE-NMOS FET 的栅极不加电压时，由于P 型衬底与两个N 区形成两个背靠背的PN 结，因此，不管漏极与源极之间外加电压DS V 的极性如何，总有一个PN 结反偏，所以漏极与源极之间没有导电沟道，漏极电流0=D i 。

MOS FET 的输出特性是D i 与DS V 之间的关系，输出特性曲线分成3个区：可变电阻区、恒流区（饱和区）、截止区（夹断区）。

其中：可变电阻区与恒流区的分界线是：DS V =)(th GS GS V V -时，此时，FET 刚好处在预夹断状态，预夹断以后，FET 工作在恒流区。

增强型N 沟道场效应管电流从漏极D 流入，源极S 流出，增强型P 沟道场效应管电流从源极S 流入，从漏极D 流出。

场效应管电路的分析要比三极管简单，因为：场效应管的漏极电流=源极电流。

根据场效应管的输出特性曲线，采用非线性电路的图解分析方法，我们得出：要使FET 工作在可变电阻区，在漏极外接电阻和电源不变的情况下，只要增大栅极电压GS V即可。

另外，在GS V不变、漏极外接电源不变的情况下，漏极外接电阻变大，也能够使得FET进入可变电阻区。

CMOS门电路的系列：扇入系数：门电路输入端的个数，例如一个三输入端的与非门，其扇入系数为3。

扇出系数：门电路能够驱动同类型门电路的数目。

拉电流：当驱动门的输出端为高电平时，将有电流OH I 从驱动门流出(称为拉电流)而流入负载门，负载门的输入电流为IH I ，当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起驱动门输出高电压的降低，但不得低于驱动门输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。

第3章逻辑门电路3.1复习笔记一、MOS逻辑门电路1．逻辑电路的一般特性（1）输入和输出的高、低电平数字电路中的高、低电压常用高、低电平来描述，并规定在正逻辑体制中，用逻辑1和0分别表示高、低电平。

当逻辑电路的输入信号在一定范围内变化时，输出电压并不会改变，因此逻辑1和0对应一定的电压范围。

（2）噪声容限噪声容限表示门电路的抗干扰能力。

在数字系统中，各逻辑电路之间的连线可能会受到各种噪声的干扰，这些噪声会叠加在工作信号上，只要其幅度不超过逻辑电平允许的最小值或最大值，则输出逻辑状态不会受影响。

通常将这个最大噪声幅度称为噪声容限。

（3）传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间。

（4）功耗①静态功耗当电路的输出没有状态转换时的功耗。

静态时，CMOS电路的电流非常小，使得静态功耗非常低。

②动态功耗CMOS电路在输出发生状态转换时的功耗，它主要由两部分组成：a ．由于电路输出状态转换的瞬间，其等效电阻比较小，从而导致有较大的电流从电源VDD 经CMOS 电路流入地；b ．由于CMOS 管的负载通常是电容性的，因此当输出由高电平到低电平，或者由低电平到高电平转换时，会对电容进行充、放电，这个过程将增加电路的损耗。

（5）延时-功耗积理想的数字电路或系统，要求它既速度高，同时功耗低。

用符号DP 表示延时-功耗积：pd DDP t P 式中，pd t 为传输延迟时间，D P 为门电路功耗。

DP 值越小，特性越理想。

（6）扇入数和扇出数门电路的扇入数取决于它的输入端的个数。

门电路的扇出数指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。

考虑如下两种情况：①拉电流工作情况负载电流从驱动门流向外电路，输出为高电平的扇出数表示：②灌电流工作情况负载电流从外电路流入驱动门，驱动门所能驱动同类门的个数：2．MOS 开关及等效电路（1）MOS 管开关特性图3-1（a ）为N 沟道增强型MOS 管构成的开关电路。

理论类课程大纲
课程名称:数字电子技术
一、课程概况
所属专业: 自动化开课单位：物理与电子信息学院
课程类型: 专业基础课程课程代码: 0845180
开课学期: 3 学分： 3.5
学时：58 核心课程: 是
拟使用教材：
康华光《电子技术基础：数字部分》（第六版）.高等教育出版社.2015
国内(外)现有教材：
王毓银《数字电路逻辑设计》（第三版）．高等教育出版社，1999．
（美）John F. Wakerly《数字设计原理与实践》.机械工业出版社，2003.
（瑞士）Niklaus Wirth《数字电路设计》.高等教育出版社，2002.
学习参考资料
康华光《电子技术基础》数字部分（第四版）．高等教育出版社，2000.
阎石《数字电子技术基础》（第四版）．高等教育出版社，1999．
二、课程描述（300字以内）
数字电路是工程学院电类专业的一门专业基础课程，阐述数字系统的基本原理和设计方法。

通过本课程的学习，使使学生熟练掌握数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有运用数字逻辑电路初步解决数字逻辑问题的能力。

同时也为以后专业课程的学习以及从事数字电子技术领域的工作打下扎实的理论基础。

三、课程目标。