简单数字逻辑电路的设计

课程名称：数字逻辑电路实验指导书课时：8学时集成电路芯片一、简介数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图1－1所示。

识别方法是：正对集成电路型号（如74LS20）或看标记（左边的缺口或小圆点标记），从左下角开始按逆时针方向以1，2，3，…依次排列到最后一般排在左上端，接地一脚（在左上角）。

在标准形TTL集成电路中，电源端VCC，7脚为GND。

若集端GND一般排在右下端。

如74LS20为14脚芯片，14脚为VCC成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。

二、TTL集成电路使用规则1、接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。

2、电源电压使用范围为＋4.5V～＋5.5V之间，实验中要求使用Vcc＝＋5V。

电源极性绝对不允许接错。

3、闲置输入端处理方法(1)悬空，相当于正逻辑“1”，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处理。

但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。

因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。

（也可以串入一只1～10KΩ的固定电阻）或接至某一固定(2)直接接电源电压VCC电压(＋2.4≤V≤4.5V)的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。

(3)若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。

4、输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。

当R ≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7KΩ时，输入端相当于逻辑“1”。

对于不同系列的器件，要求的阻值不同。

5、输出端不允许并联使用（集电极开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外）。

否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。

6、输出端不允许直接接地或直接接＋5V电源，否则将损坏器件，有时为了使后，一般取R＝3～5.1K 级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至VccΩ。

时间、地点、人物 重要事件 计算的历史伴随着计算机的发展和器件的发展
数字逻辑设计——绪论
13
数字的出现
数字的出现
数字在各个古代文明中都独立的存在 数字都采用十进制数 阿拉伯数字
Digit的词义
人的手指或脚趾 指宽 阿拉伯数字符号从0到9中的任意一个 用于计算系统中的符号
数字逻辑设计——绪论
14
早期的计算用具
数字逻辑设计——绪论
11
构造计算机的装置
电子装置
处理器 存储器
机械装置
用于磁盘读写的寻道手臂
光学装置
CDROM
数字逻辑设计——绪论
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计算的历史
计算机历史只有50年多年？
不对！ 数字电子计算机的历史只有50多年！ 计算机革命发生在过去的50多年中而且还正在进行
计算和计算机的历史源远流长…… 把握历史
数字逻辑设计——绪论
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二进制的早期应用
1844 Samuel Morse 电报
编码和解码
航海信号灯
信号灯的开和关表示信息
1876 Alexander Bell 电话
AT&T公司 电话开关网络的发展 继电器(relay)的应用
数字逻辑设计——绪论
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继电器（机电计算机）
Konrad Zuse’s Z-1 (1935) 1937，Howard Aiken Model-K 1937，George Slibitz of Bell Laboratory
数字逻辑设计——绪论
27
Moore 定律
Dr. Gordon E. Moore is Chairman Emeritus of Intel Corporation. He co-founded Intel in 1968, serving initially as Executive Vice President. He became President and Chief Executive Officer in 1975 and held that post until being elected Chairman and Chief Executive Officer in 1979. He remained CEO until 1987 and served as Chairman until being named Chairman Emeritus in 1997.

在转变的时候会出现一定的延时与竞争‐冒险现象。
④ 器件电源电压 VCC 仍为 5V，将 EC 改为 10V，重复①和②，分析两者的差别。注意，
不要直接将 VCC 改为 10V，避免烧毁器件
控制输入
数据输入
输出 Y
A2
A1
A0
D2
D1
D0
逻辑电平 电压值/V
0
0
1
X
X
0
0
0.307V
0
0
1
X
X
1
1
9.933V
动态验证：
控制输入
数据输入
A2
A1
A0
D2
D1
D0
0
0
1
X
X
输出 Y
0
1
0
X
X
1
0
0
X
X
波形参数如下：
频率/Hz
峰‐峰值/V
高电平/V
低电平/V
输入波形
5V
5V
0
输出波形
100.0
5V
5V
0
波形显示如下：
数据分析： 从输入输出波形图上我们可以看到，控制输入端加高电平时，相应的输出 Y 保持与输入
信号同样规律变化，实现了三路信号分时传送的总线结构。
内容 4．停车场交通控制系统
某停车场有一个交通控制系统，控制入口处的 3 个车道，如图 2.10.1 所示。这三个车 道分别为 “左车道”、“右车道”和“VIP 车道”。每个车道有一个信号灯，红灯禁止通行， 绿灯允许通行，任何时候只能有一个通道是绿灯。每个车道有一个传感器，用来监测是否 有车通过，另外还有一个时间控制信号用于控制车道循环。整个控制规则如下：当 VIP 车 道有车时， 该车道信号灯变为绿灯；当 VIP 车道没有车且右车道也没有车时，左车道信号 灯变为绿灯；当 VIP 车道没有车且左车道也没有车时，右车道信号灯变为绿灯；当 VIP 车 道没有车，但左、右车道都有车时，由时间控制信号控制左右车道轮流通行；

时序逻辑电路
深入探讨了时序逻辑电路的分析与设计，涉及触发器、寄存器、计数 器等关键元件的工作原理和设计方法。
课程设计实践
通过具体的课程设计项目，学生将理论知识应用于实际，提高了分析 问题和解决问题的能力。
对未来数字逻辑技术的展望
新型逻辑器件的发展
智能化设计工具的应用
随着科技的进步，新型逻辑器件如生物逻 辑门、量子逻辑门等不断涌现，为数字逻 辑技术的发展带来新的机遇和挑战。
介绍可编程逻辑器件的原理和 应用，如FPGA、CPLD等。
数字逻辑基本概念
介绍数、二进制数、逻辑代数 等基本概念和原理。
时序逻辑电路
介绍时序逻辑电路的分析和设 计方法，包括触发器、寄存器 、计数器等。
课程实验与课程设计
通过实验和课程设计，使学生 掌握数字逻辑电路的分析、设 计和实现方法。
02
数字电路基础知识
比较器
对两个输入信号进行比较，根 据比较结果输出相应的逻辑电
平。
组合逻辑电路中的竞争与冒险现象
竞争现象
由于门电路延迟时间的存在，当多个输入信号同时变化时 ，输出端可能出现短暂的过渡状态，称为竞争现象。
冒险现象
在组合逻辑电路中，由于竞争现象的存在，可能导致输出 端出现意外的逻辑电平跳变，称为冒险现象。冒险现象可 能导致电路工作不稳定或产生错误输出。
集成电路技术的不断发展，使得数字逻辑电路的设计和实现更加便 捷和高效。
人工智能和物联网的推动
人工智能和物联网的快速发展，对数字逻辑提出了更高的要求，也 为其提供了新的应用场景和发展空间。
课程内容与结构安排
组合逻辑电路
讲解组合逻辑电路的分析和设 计方法，包括门电路、编码器 、译码器、数据选择器等。