[優(yōu)選文檔]南航考研數(shù)電NPPT

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2、to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,南航考研數(shù)電課件N,門電路,用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。,獲得高、低電平的基本原理,Vi,Vo,Vcc,半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性,二極管的單向?qū)щ娦哉螂妷簩?dǎo)通，反向,電壓截止。,理想二極管：,正向?qū)娮铻?，,反向內(nèi)阻無(wú)窮大。,半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性,雙極型三極管的開(kāi)

3、關(guān)特性,基本開(kāi)關(guān)電路,MOS管的開(kāi)關(guān)特性,3-1 數(shù)字集成器件簡(jiǎn)介,一、集成電路的生產(chǎn)工藝,二、集成電路的主要電氣指標(biāo),三、邏輯電路的輸出結(jié)構(gòu),四、 正邏輯和負(fù)邏輯,五、常用門電路及邏輯符號(hào),一、集成電路的生產(chǎn)工藝,TTL：,晶體管-晶體管邏輯 ，速度快。,(標(biāo)準(zhǔn),S,LS,AS,ALS,F),MOS：,金屬-氧化物-半導(dǎo)體邏輯，功耗低。,(PMOS,NMOS,CMOS),(HC,AHC,AC,HCT,ACT,AHCT,LV,LVC),ECL：,發(fā)射極偶合邏輯，速度更快。,系列：,74系列、54系列、4000系列等。,命名：,如SN74LS00。,SN：生產(chǎn)廠標(biāo)，Texas公司；74：系列號(hào)；

4、LS：生產(chǎn)工藝；00：功能號(hào)，2輸入端與非門。,TTL：74系列 ( 070）,54系列（55125 ）,74S系列：肖特基系列,74LS系列：低功耗肖特基系列,74AS系列：高級(jí)肖特基系列,74ALS系列：高級(jí)低功耗肖特基系列,74H系列：高速型,肖特基：提高電路工作速度的一種電路結(jié)構(gòu)的名稱，74S系列,采用了肖特基抗飽和三極管。,TTL電路,例：SN74LS00,廠標(biāo),系列名,類型,功能號(hào),00：含四個(gè)二輸入與非門的集成電路,02：含四個(gè)二輸入或非門,04：六組反相器,7400外引線排列,TTL,與非門電路,輸出級(jí)的特點(diǎn)：,在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下T,4,和T,5,總是一個(gè)導(dǎo),通另一個(gè)截至，有效

5、地降低了輸出級(jí)的,靜態(tài)功耗，提高了驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。稱,其為推拉式（PUSHPULL)電路。,二、集成電路的主要電氣指標(biāo),輸出高電平V,OH,：輸出高電平時(shí)允許的最低電壓。,輸出低電平V,OL,：輸出低電平時(shí)允許的最高電壓。,輸入高電平V,IH,(V,on,開(kāi)門電平)：,輸入高電平時(shí)允許的最低電壓。,輸入低電平V,IL,(V,OFF,關(guān)門電平)：,輸入低電平時(shí)允許的最高電壓。,1、輸入/輸出電壓,2、噪聲容限,高電平噪聲容限V,NH,：V,NH,=V,OH,-V,IH。,低電平噪聲容限V,NL,：V,NH,=V,IL,-V,OL。,集成電路的電平參數(shù)表,3、輸入/輸出電流,I,IH,：輸入高電平

6、時(shí)，注入到電路的電流最大值；,I,IL,：輸入低電平時(shí)，從電路中流出電流的最大值；,I,OH,：輸出高電平時(shí)，電路可輸出的最大電流；,I,OL,：輸出低電平時(shí)，電路可吸收的最大電流。,扇出系數(shù)：可以驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù),I,OL,/I,IL,74LS00:,I,OH,=400uA I,IH,=20uA,I,OL,=8mA I,IL,=0.4mA,注意： 1. 前級(jí)I,OL,大于后級(jí)I,IL,之和；,2. 關(guān)于未接輸入信號(hào)的引腳,與：多余腳接邏輯高或輸入并聯(lián),或：多余腳接邏輯低或輸入并聯(lián)；,3. TTL電路的輸入端開(kāi)路或接一阻抗較大,的電阻時(shí)，輸入電壓為高電平。,4、平均傳輸延時(shí)時(shí)間-輸出由高變低、

7、由低 變高的平均延時(shí)時(shí)間。,t,r,：上升時(shí)間; t,f,：下降時(shí)間；T,pd,=(t,pdL,+t,pdH,)/2：平均傳輸延遲時(shí)間。 tpdL:輸出由高電平到低電平的傳輸延遲時(shí)間；tpdH:輸出由低電平到高電平的傳輸延遲時(shí)間。,5、功耗,三、邏輯電路的輸出結(jié)構(gòu),輸出端不能并聯(lián)。,1、推拉式結(jié)構(gòu),輸出端要加上拉電阻，可以并聯(lián),并聯(lián)后的邏輯關(guān)系為與（線與）。,2、開(kāi)路輸出（OC）結(jié)構(gòu),開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,3、三態(tài)輸出結(jié)構(gòu),輸出端除0，1狀態(tài)外，還有一種高阻態(tài)，等效于輸出端開(kāi)路。輸出端可以并聯(lián)，但要保證在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)輸出端不是高阻態(tài)。,三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（1）,Y,0,Y,4,在同一時(shí)刻

8、只有一個(gè)為1；,當(dāng)Y,i,=1時(shí)，Y=d,i,。,三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（2）,四、正邏輯和負(fù)邏輯,正邏輯：0 表示低電平，1 表示高電平。,負(fù)邏輯：1 表示低電平，0 表示高電平。,五、常用門電路及邏輯符號(hào),邏輯符號(hào)用來(lái) 表示芯片的邏輯功能。,1、邏輯功能：與、或、非、與非、或非、異或、與或非。,2、正、負(fù)邏輯：輸入、輸出腳上有無(wú)空心箭頭。,3、輸出結(jié)構(gòu)類型：推拉式結(jié)構(gòu)、OC結(jié)構(gòu)、三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)。,4、使能端：低電平有效、高電平有效。,5、管腳編號(hào)：,邏輯符號(hào),74125邏輯符號(hào),幾種芯片的邏輯符號(hào),部分門電路的型號(hào)及名稱,3-1-5 使用邏輯門的幾個(gè)問(wèn)題,1、輸入腳多余：,與：多余腳接邏輯高或輸

9、入并聯(lián)。,或：多余腳接邏輯低或輸入并聯(lián)。,2、輸入腳不足：,改變邏輯或用門電路擴(kuò)展。,3、扇出系數(shù)：,采用功率門電路或改電路。,3-2 常用組合邏輯模塊,一、并行加法器,二、數(shù)值比較器,三、編碼器,四、譯碼器,五、數(shù)據(jù)選擇器,六、常用組合邏輯器件,一個(gè)模塊完成某個(gè)常用的特定的功能，如加法器、數(shù)值比較器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等。,一、并行加法器,1、4位加法器邏輯符號(hào),2、加法器的級(jí)聯(lián),完成二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算。,圖 加法器,圖 2位加法器,3、加法器的應(yīng)用,用4位加法器構(gòu)成余3碼到8421碼的轉(zhuǎn)換器。,余3碼減去3得到8421碼，減3用加-3實(shí)現(xiàn)，-3的補(bǔ)碼為1101。,二、數(shù)值比較器,數(shù)值

10、比較器：能夠比較數(shù)值的大小、是否相等。,例1：設(shè)計(jì)1個(gè)一位數(shù)值比較器,1. 用門電路設(shè)計(jì)數(shù)值比較器,例2：設(shè)計(jì)1個(gè)2位數(shù)值比較器。該比較器可對(duì)兩個(gè)2位二進(jìn)制值A(chǔ)（A,1,A,0,）和B(B,1,B,0,)進(jìn)行比較。當(dāng)A,B時(shí)，F(xiàn),A,B,1，否則為0；當(dāng)A=B時(shí)，F(xiàn),A=B,1，否則為0；當(dāng)AB時(shí)，F(xiàn),AB,1，否則為0。,例3：設(shè)計(jì)四位比較器用SSI設(shè)計(jì)一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)比較器，輸入為A=A,3,A,2,A,1,A,0,，B=B,3,B,2,B,1,B,0,，輸出包括F,AB,，F(xiàn),AB,和 F,A=B,。通過(guò)分析邏輯功能直接導(dǎo)出邏輯表達(dá)式。,例3（續(xù)）,用：,74LS04、,74LS08、,

11、74LS86、,74LS21、,74LS64、,各一片組成。,P64，表3.5,2、4位數(shù)值比較器7485的邏輯符號(hào),級(jí)聯(lián)輸入,3、4位數(shù)值比較器功能表,4、4位數(shù)值比較器擴(kuò)展成8位比較器,4、數(shù)值比較器的應(yīng)用,例1：電路分析。,1,0,1,0,0,0,1,F(A,3,A,2,A,1,A,0,)m(5,1,5),例2：用四位數(shù)值比較器實(shí)現(xiàn),F(A,3,A,2,A,1,A,0,),m(0,1,2,3,4,5),。,問(wèn)題：P9,加法器II： 修正加6，不修正加0。,例3（續(xù)）,C,F9,F,3,F,2,+F,3,F,l,C= CO,3,+ F,3,F,2,+F,3,F,l,3-5 險(xiǎn)象與競(jìng)爭(zhēng),一、

12、險(xiǎn)象的產(chǎn)生,二、邏輯險(xiǎn)象及其消除方法,三、功能險(xiǎn)象和動(dòng)態(tài)險(xiǎn)象,四、險(xiǎn)象的排除,一、險(xiǎn)象的產(chǎn)生,險(xiǎn)象：電路產(chǎn)生的瞬時(shí)錯(cuò)誤又稱為毛刺。,以下情況使電路產(chǎn)生險(xiǎn)象：, 、構(gòu)成電路的各元件均存在傳輸延遲時(shí)間tpd；, 、任何兩個(gè)輸入信號(hào)不可能同時(shí)發(fā)生變化，總有先有后；, 、輸入信號(hào)本身存在上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf。,二、邏輯險(xiǎn)象及其消除方法,邏輯競(jìng)爭(zhēng)：,某一輸入信號(hào)的變化沿不同的路徑到達(dá)輸出端的現(xiàn)象。,邏輯險(xiǎn)象：,由邏輯競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的險(xiǎn)象。,臨界競(jìng)爭(zhēng)：,產(chǎn)生險(xiǎn)象的競(jìng)爭(zhēng)。,非臨界競(jìng)爭(zhēng)：,不產(chǎn)生險(xiǎn)象的競(jìng)爭(zhēng)。,某一輸入變量在表達(dá)式中以原變量和反變量的形式同時(shí)出現(xiàn)，則該變量的變化將引起邏輯競(jìng)爭(zhēng)，否則不會(huì)引起邏輯競(jìng)

13、爭(zhēng)。當(dāng)表達(dá)式中其他變量取某種特定值，使表達(dá)式簡(jiǎn)化為 則X的變化將引起臨界競(jìng)爭(zhēng)。產(chǎn)生0型（1型）險(xiǎn)象。,1、邏輯險(xiǎn)象的表達(dá)式判別,在A=C=0時(shí)，B的變化可能產(chǎn)生0型險(xiǎn)象。,2、邏輯險(xiǎn)象的卡諾圖判別,如果在卡諾圖中有兩個(gè)相臨的最小項(xiàng)分別被兩個(gè)相切的卡諾圈包含而未被同一個(gè)卡諾圈包含，則輸入信號(hào)在與這兩個(gè)最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)的組合間變換時(shí)將出現(xiàn)臨界競(jìng)爭(zhēng)，最大項(xiàng)情況與此類似。,3、增加冗余項(xiàng)消除邏輯險(xiǎn)象,三、功能險(xiǎn)象和動(dòng)態(tài)險(xiǎn)象,功能險(xiǎn)象：,兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入信號(hào)邏輯上同時(shí)變化，實(shí)際電路中，由于延時(shí)不同而不可能同時(shí)變化，當(dāng)變化前和變化后的輸出相同時(shí)，變化過(guò)程中可能產(chǎn)生功能險(xiǎn)象。,動(dòng)態(tài)險(xiǎn)象：,若輸入信號(hào)變化前的輸

14、出與變化后的輸出不同，在信號(hào)變化過(guò)程中，輸出值可能交替地變化產(chǎn)生毛刺。,功能險(xiǎn)象和動(dòng)態(tài)險(xiǎn)象的判別,四、 險(xiǎn)象的排除,3-6 小結(jié),一、集成電路的電器特性,電平參數(shù)、扇出系數(shù)、平均延時(shí)等及三種輸出結(jié)構(gòu)；,二、常用的組合電路模塊,加法器、數(shù)值比較器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器（MUX）；,三、組合電路的分析,逐級(jí)寫出表達(dá)式，求出真值表或功能表，總結(jié)邏輯功能。,小結(jié)（續(xù)）,四、組合電路設(shè)計(jì),門電路：,最簡(jiǎn)與或式對(duì)應(yīng)兩級(jí)與非門電路，最簡(jiǎn)或與式對(duì)應(yīng)兩級(jí)或非門電路。,譯碼器：,譯碼器加與非門對(duì)應(yīng)最小項(xiàng)表達(dá)式、譯碼器加與門對(duì)應(yīng)最大項(xiàng)表達(dá)式、方便實(shí)現(xiàn)多輸出函數(shù)。,MUX：,一片MUX實(shí)現(xiàn)單一邏輯函數(shù)，常用卡洛圖降維法。,五、充分利用現(xiàn)有的功能模塊實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。,六、毛刺產(chǎn)生的原因及消除方法。,感謝觀看,