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全国大学生电子设计竞赛培训系列教程《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——基本技能训练与单元电路设计》内容简介本书是全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之一——《基本技能训练与单元电路设计》分册。
全书共7章，主要介绍了“全国大学生电子设计竞赛”的基本情况、设计竞赛命题原则及要求、历届考题的类型、考题所涉及的知识面和知识点、竞赛培训流程，以及赛前、竞赛期间的注意事项等内容；并较详细地讲解了电子竞赛制作的基础训练、单片机最小系统和可编程逻辑器件系统设计制作；最后介绍了单元电路的工作原理、设计与制作。
本书内容丰富实用，叙述简洁清晰，工程性强，可作为高等学校电子信息科学与工程类专业、电气工程及自动控制类专业的大学生参加“全国大学生电子设计制作竞赛”的培训教材，也可作为各类电子制作、详程设计、毕业设计的教学参考书，以及电子工程技术工程师的参考书。
前言全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、信息产业部人事司共同主办的面向大学生、大专生的群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校的信息电子类学科面向21世纪的课程体系和课程内容改革，引导高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，鼓励广大学生踊跃参加课外活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校形成良好的学习风气，同时也为优秀人才脱颖而出创造条件。
全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办了七届。
深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、队和学生逐年递增。
全国大学生电子设计竞赛组委会为了组织好这项竞赛事，编写了电子设计竞赛获奖作品选编，深受参赛队员的喜爱。
有许多参赛队员和辅导教师反映，若能编写一部从基本技能训练、单元电路设计直至综合设计系列教程，那将是锦上添花。
2006年北京理工大学罗伟雄教授在湖南指导工作时也曾提出这个设想。
当时就得到了国防科技大学的领导和教员响应。
立即组建了“全国大学生电子设计竞赛培训系列教程编写委员会”。
《数字电路与逻辑设计》作业教材：《数字电子技术基础》（高等教育出版社，第2版，2012年第7次印刷）第一章：自测题：一、1、小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路5、各位权系数之和，1799、01100101，01100101，01100110；11100101，10011010，10011011二、1、×8、√10、×三、1、A4、B练习题：、解：(1) 十六进制转二进制： 4 5 C0100 0101 1100二进制转八进制：010 001 011 1002 13 4十六进制转十进制：(45C)16=4*162+5*161+12*160=(1116)10(2) 十六进制转二进制： 6 D E . C 80110 1101 1110 . 1100 1000 二进制转八进制：011 011 011 110 . 110 010 0003 3 3 6 . 6 2十六进制转十进制：()16=6*162+13*161+14*160+13*16-1+8*16-2=()10所以：()16=()2=()8=()10(3) 十六进制转二进制：8 F E . F D1000 1111 1110. 1111 1101二进制转八进制：100 011 111 110 . 111 111 0104 3 7 6 . 7 7 2十六进制转十进制：(8FE.FD)16=8*162+15*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(2302.98828125)10 (4) 十六进制转二进制：7 9 E . F D0111 1001 1110 . 1111 1101二进制转八进制：011 110 011 110 . 111 111 0103 6 3 6 . 7 7 2十六进制转十进制：(79E.FD)16=7*162+9*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(1950. 98828125)10 所以：()16.11111101)2=(363)8=(1950.98828125)10、解：(74)10 =(0111 0100)8421BCD=(1010 0111)余3BCD(45.36)10 =(0100 0101.0011 0110)8421BCD=(0111 1000.0110 1001 )余3BCD(136.45)10 =(0001 0011 0110.0100 0101)8421BCD=(0100 0110 1001.0111 1000 )余3BCD (374.51)10 =(0011 0111 0100.0101 0001)8421BCD=(0110 1010 0111.1000 0100)余3BCD、解（1）(+35)=(0 100011)原= (0 100011)补（2）(+56 )=(0 111000)原= (0 111000)补（3）(-26)=(1 11010)原= (1 11101)补（4）(-67)=(1 1000011)原= (1 1000110)补第二章：自测题：一、1、与运算、或运算、非运算3、代入规则、反演规则、对偶规则二、2、×4、×三、1、B3、D5、C练习题：2.2：（4）解：（8）解：2.3：（2）证明：左边=右式所以等式成立（4）证明：左边=右边=左边=右边，所以等式成立（1）（3）2.6：（1）2.7：（1）卡诺图如下：BCA00 01 11 100 1 11 1 1 1所以，2.8：（2）画卡诺图如下：BC A 0001 11 100 1 1 0 11 1 1 1 12.9：如下：CDAB00 01 11 1000 1 1 1 101 1 111 ×××10 1 ××2.10：（3）解：化简最小项式：最大项式：2.13：（3）技能题：2.16 解：设三种不同火灾探测器分别为A、B、C，有信号时值为1，无信号时为0，根据题意，画卡诺图如下：BC00 01 11 10A0 0 0 1 01 0 1 1 1第三章：自测题：一、1、饱和，截止7、接高电平，和有用输入端并接，悬空；二、1、√8、√；三、1、A4、D练习题：、解：(a)Ω，开门电阻3kΩ，R>R on，相当于接入高电平1，所以(e) 因为接地电阻510ΩkΩ，R<R off，相当于接入高电平0，所以、、解：(a)(c)(f)、解： (a)、解：输出高电平时，带负载的个数2020400===IH OH OH I I N G 可带20个同类反相器输出低电平时，带负载的个数78.1745.08===IL OL OL I I NG反相器可带17个同类反相器EN=1时，EN=0时，根据题意，设A为具有否决权的股东，其余两位股东为B、C，画卡诺图如下，BC00 01 11 10A0 0 0 0 01 0 1 1 1则表达结果Y的表达式为：逻辑电路如下：技能题：：解：根据题意，A、B、C、D变量的卡诺图如下：CD00 01 11 10AB00 0 0 0 001 0 0 0 0 11 0 1 1 1 10 0 0 0 0电路图如下：第四章：自测题：一、2、输入信号，优先级别最高的输入信号7、用以比较两组二进制数的大小或相等的电路，A>B 二、 3、√ 4、√ 三、 5、A 7、C练习题：4.1；解：(a)，所以电路为与门。
第二节乘法器（一）乘法器的应用与实现：（1）应用：1. 硬件乘法器可大大提高运算速度，超过软件实现2. 数字信号处理（DSP）相关（Correlation）、滤波（Filtering）卷积（Convolution）、频率（Frequency）3. 与其它运算电路集成，组成功能很强的协处理器（2）实现：1. 求部分积2. 移位3. 相加（3）分类：1. 并行：a）组合阵列b）脉动阵列c ）波茨编码d ）Wallace Tree e ）流水线式2. 串行3. 串并行（4）选择乘法器的原则：1. 速度2. 数据处理量（Throughput ）3. 精度4. 面积（二）组合阵列乘法器（Array Multiplier ）（1）基本原理：称为“部分积”位（点积），共有个，由与门产生。
2)(1010ji j m i n j i y x P +−=−=∑∑=y x j i mn（2）RCA 阵列乘法器结构：RCA 阵列乘法器结构：对位乘法器，共需个半加器（HA ）个全加器（FA ）个与门（AND ）对位乘法器，共需个半加器（HA ）个全加器（FA ）个与门（AND ）n n ×n)2(−n n n 2n m ×nnm mn −−mn（3）设计原则：乘法器存在许多延时几乎相同的关键路径，因此重点放在Adder上，使加法器的Sum和Carry的传输时间相同！传输门实现全加器：“求和”与“进位”时间相同CSA阵列乘法器的实现五种类型单元电路，其中Cell 2、Cell 4、Cell 5 含全加器（FA）Cell 1Cell 2Cell 3Cell 4Cell 5最后求和有可用CPA 故总共有即=n2.结构实现（n=4）（四）改进的波茨编码乘法器（1）原理（基4 波茨编码乘法器）：1. 阵列乘法器的缺点：加法阵列大，运算次数多, 运行速度慢2. 解决关键：减少加法阵列减少部分积的数目每次乘数中取k 位（例如k ＝2）与被乘数相“与”产生部分积（即波茨编码乘数）。
中大规模集成电路及应用第一章↗微电子学✍微电子学是研究固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。
✍作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。
↗集成电路：↗Integrated Circuit，缩写IC✍是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）或陶瓷基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。
↗集成电路设计与制造的主要流程框架设计创意+ 仿真验证集成电路芯片设计过程流程图↗摩尔定律✍基于市场竞争，不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力。
✍在新技术的推动下，集成电路自发明以来，其集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍。
✍是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。
集成电路分类↗集成电路的分类✍按器件结构类型✍按集成电路规模✍按结构形式✍按电路功能✍按应用领域按器件结构类型分类↗双极集成电路：主要由双极晶体管构成(优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低)✍NPN型双极集成电路✍PNP型双极集成电路↗金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成✍NMOS✍PMOS✍CMOS(互补MOS)↗双极-MOS(BiMOS)集成电路(功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高)：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂按集成电路规模分类↗度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目↗小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)↗中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)↗大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)↗超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)↗特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)↗巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）按结构形式的分类↗单片集成电路：✍它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路✍在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有GaAs等↗混合集成电路：✍厚膜集成电路✍薄膜集成电路按电路功能分类↗数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路↗模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路✍线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等✍非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路↗数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等第二章半导体固体材料：超导体: 大于106(Ωcm)-1导 体: 106~104(Ωcm)-1半导体: 104~10-10(Ωcm)-1绝缘体: 小于10-10(Ωcm)-1从导电特性和机制来分：不同电阻特性、不同输运机制1. 半导体的结构原子结合形式：共价键形成的晶体结构： 构 成 一 个正四面体， 具 有 金 刚 石 晶 体 结 构半导体的结合和晶体结构半导体有元素半导体，如：Si 、Ge化合物半导体，如：GaAs 、InP 、ZnS2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子本征半导体：n=p=ni电子：Electron ，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole ，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位4.半导体的掺杂受 主 掺 杂、施 主 掺 杂施主：Donor ，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM 实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。
7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的 重要组成部分。
半导体存储器分类如下：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）按制造工艺分，有双极型和MOS 型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM ）、随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM ）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM ）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
第7章 集成运算放大电路自测题7.1填空题1．集成工艺无法制作 、 和 。
2．电流源电路的特点是输出电流 ，直流等效电阻 ，交流等效电阻 。
由于电流源的 大，若将其作为放大电路的 ，将会提高电路的电压增益。
3．差动放大电路对 信号有放大作用，对 信号有抑制作用。
4．差动放大电路有 个信号输入端和 个信号输出端，因此有 种不同的连接方式。
单端输入和双端输入方式的差模输入电阻 。
双端输出时，差模电压增益等于 ，共模电压增益近似为 ，共模抑制比趋于 。
5．共模抑制比定义为 ，其值 ，表明差动放大电路的质量越好。
6．集成运放由 、 、 和 组成。
对输入级的主要要求是 ；对中间级的主要要求是 ；对输出级的主要要求是 。
7．理想集成运放的放大倍数od A = ，差模输入电阻id r = ，输出电阻o r = 。
8．集成运放是一种直接耦合的多级放大电路，因此其下限截止频率为 。
9．集成运放的产品种类很多，按其特性大致可分为 型和 型两大类。
一般应用时首先考虑选择 型，其价格 ，易于购买。
如果某些性能不能满足特殊要求，可选用 型。
答案：1．大电阻，大电容，电感。
2．恒定，小，大，交流等效电阻，有源负载。
3．差模，共模。
4．两，两，四，相同，半边电路的电压增益，零，无穷大。
5．CMR ud uc |/|K A A =，越大。
6．输入级，中间级，输出级，偏置电路，输入电阻大、失调和零漂小，电压放大倍数大，带负载能力强。
7．∞，∞，0。
8．0。
9．通用，专用，通用，便宜，专用。
7.2选择题1．集成工艺可使半导体管和电阻器的参数 ，因此性能较高。
A ．很准确；B ．一致性较好；C ．范围很广。
2．电流源常用于放大电路的 ，使得电压放大倍数 。
A ．有源负载；B ．电源；C ．信号源；D ．提高；E ．稳定。
3．选用差动放大电路的原因是 。
A ．稳定放大倍数；B ．提高输入电阻；C ．扩展频带；D ．克服温漂。
4．差动放大电路抑制零点漂移的效果取决于 。
