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1、第01章数字电路引言本讲稿第一页，共三十二页About uso教师:孙卫强n区域光纤通信与先进光通信系统国家重点实验室，电子工程系n讲师n电信楼群5号楼223室，34205359o助教:瞿科锋n区域光纤通信与先进光通信系统国家重点实验室，电子工程系n硕士研究生n电信楼群5号楼501室2本讲稿第二页，共三十二页o课本Digital Fundamentals,Thomas L.Floyd,7th Edition,Prentice Hallo参考书nDigital Logic Applications and Design,John M.Yarbrough,3th Edition,China Mac
2、hine PressnDigital design Principles and Practices,John F.Wakerly,China Machine Pressn数字电子技术基础数字电子技术基础,阎石,第四版,高等教育出版社o课程网站nhttp:/ 引言孙卫强本讲稿第五页，共三十二页内容提要o数字逻辑的发展历史o基本的逻辑运算o逻辑电路的分析和表示方法6本讲稿第六页，共三十二页数字和数字电路o模拟和数字o数字逻辑的本质：将物理量实际值的无穷集映射到两个子集，对应于2个可能的数或者逻辑值：0和1n开/关，是/否，有/无，高/低n更加复杂的状态能否用0和1来表示？o电路中如何得到“0”和
3、“1”o数字电路：以”0”和”1”为输入和输出的电路7本讲稿第七页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）8本讲稿第八页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）o得到8位数的商需要30秒9本讲稿第九页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Rel
4、ay Logic）o得到8位数的商需要30秒10本讲稿第十页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）o得到8位数的商需要30秒输入A输入B输出高高高高低低低低低低高低11本讲稿第十一页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪40年代，宾夕法尼亚大学，第一部电子数字计算机（Eniac），采用真空管o使用了17468个真空管o占地457平米o重30吨o耗电160KWo每秒可以完成5000次+，或385次*，或40次/，或3次开方运算o开始用来计算导弹的弹道，后也用于天气
5、预测、原子能计算等12本讲稿第十二页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪50年代（1947年），双极型晶体管（BJT）出现；60年代，TTL逻辑出现TTL:Transistor-Transistor Logic13本讲稿第十三页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪60年代，集成电路（Integrated Circuit：IC）出现n小规模集成电路SSIn中规模集成电路MSIn大规模集成电路LSIn超大规模集成电路VLSIo平板照相技术(photolithography)o低功耗，高密度o稳定可靠14本讲稿第十四页，共三十二页数字逻辑电路的发展历史o20世纪60年代(1960)，
6、MOSFET出现；nMOSFET:Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistoro从20世纪80年代开始，MOS电路开始逐步取代由BJT构成的TTL电路，现在CMOS占领了世界IC市场的绝大部分nCMOS:Complementary MOSo2000年Pentium-4：42,000,000 个晶体管！More readings:http:/nobelprize.org/physics/educational/transistor/function/index.html15本讲稿第十五页，共三十二页数字逻辑电路的发展的关键词o继电器逻辑（20
7、世纪30年代）o真空管、Eniac（20世纪40年代）oBJT，MOS晶体管（20世纪50年代）o集成电路（20世纪60年代）oCMOS（20世纪60年代）16本讲稿第十六页，共三十二页内容提要o数字逻辑的发展历史o基本的逻辑运算基本的逻辑运算o逻辑电路的分析和表示方法17本讲稿第十七页，共三十二页数字逻辑-基本的逻辑运算o最基本的逻辑运算与(AND)或(OR)非(NOT)18本讲稿第十八页，共三十二页更加复杂的逻辑运算与非NAND或非NOR异或(XOR)同或(NXOR)19本讲稿第十九页，共三十二页逻辑运算符(逻辑门)的另一种表示o中国国家标准20本讲稿第二十页，共三十二页内容提要o数字逻辑
8、的发展历史o基本的逻辑运算o逻辑电路的分析和表示方法逻辑电路的分析和表示方法21本讲稿第二十一页，共三十二页逻辑电路的表示方法o晶体管级电路图 o逻辑框图 o真值表 o逻辑表达式（方程）o已封装的功能模块 o硬件描述语言 复用器ABSZ22本讲稿第二十二页，共三十二页逻辑电路的晶体管级电路图23本讲稿第二十三页，共三十二页逻辑电路的逻辑框图表示24本讲稿第二十四页，共三十二页逻辑电路的真值表表示25本讲稿第二十五页，共三十二页逻辑电路的逻辑方程描述Z=S A+S B26本讲稿第二十六页，共三十二页已封装的逻辑功能模块描述27本讲稿第二十七页，共三十二页逻辑电路的硬件描述语言表示ABEL语言描述
9、VHDL语言描述28本讲稿第二十八页，共三十二页逻辑电路的分析和表示方法o晶体管级电路图 o逻辑框图o真值表o逻辑方程o已封装的功能模块o高级描述语言oZ=S A+S B29本讲稿第二十九页，共三十二页本课程主要涉及的内容o数制和编码o布尔代数o布尔函数的化简o门电路和基本的电气特性o组合逻辑设计和分析o时序逻辑设计和分析o半导体存储器和可编程逻辑器件数学准备电子工程准备逻辑设计实践30本讲稿第三十页，共三十二页本部分小结o数字逻辑设计的历史n继电器逻辑真空管双极型晶体管单极型晶体管nCMOS技术在现代集成电路市场上占大多数o基本的门电路n与（AND）、或（OR）、非（NOT）门及其功能n与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）等等o逻辑电路的不同的表示方法n门级表示、逻辑框图表示、真值表、高级描述语言等31本讲稿第三十一页，共三十二页作业o2，6，10，12，16，20阅读课本第一章阅读课本第一章o掌握数字波形的周期、频率、占空比(Duty Cycle)o了解数字芯片的封装几种基本的逻辑功能模块：比较器、运算器、编码/解码器、数据选择器、存储器、计数器32本讲稿第三十二页，共三十二页