文档介绍：数字逻辑
北航计算机学院
艾明晶牛建伟
******@buaa.
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第3章门电路
本章补充常用半导体器件基础知识;介绍晶体二极管、三极管的稳态开关特性;分立元件门;TTL与非门,OC门,三态门;MOS管,MOS门等内容。介绍门电路的电路结构、工作原理及逻辑功能,以及基于Verilog HDL的门电路设计。
概述
常用半导体器件(补充)
晶体二极管和三极管的开关特性
分立元件门
数字集成电路的主要性能参数(补充)
TTL集成门
MOS集成门
基于Verilog HDL的门电路设计
共7学时
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本章重点
晶体管的稳态开关特性;
门电路的逻辑功能;
数字集成电路的主要性能参数及其含义;
基于Verilog HDL设计门电路的方法。
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概述
“门电路”是能实现某种逻辑关系的电路,它是数字电路的基本逻辑单元电路。基本的逻辑门有与门、或门、非门,复合逻辑门有与非门、或非门、与或非门、异或门等。
逻辑门主要分为两类
分立元件门:由电阻、二极管、三极管等分立元件构成;
集成门:把构成门电路的基本元件制作在一小片半导体芯片上。
集成反相器、缓冲器,集成与门、与非门,集成或门、或非门,集成异或门,集成三态门
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集成电路
集成电路(Integrated Circuit,IC):把若干个有源器件和无源器件及其连线,按照一定的功能要求,制作在一块半导体基片上,这样的电路称为集成电路。
集成电路相比分立元件电路的优点
体积小、耗电省、重量轻、可靠性高
数字电路:对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路
数字集成电路:在一块半导体基片上,把众多的数字电路基本单元制作在一起形成的数字电路。
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有源器件和无源器件
电子元器件分为有源器件和无源器件两大类
有源器件:如果电子元器件工作时,其内部有电源存在,则这种器件叫做有源器件。简单地讲就是需能(电)源的器件。依赖电源作为基本工作条件来完成自身正常工作的器件均为有源器件。
常见的有源器件:电子管,晶体二极管、双极型晶体三极管、场效应晶体管、晶闸管(可控硅),模拟集成电路器件(如集成运算放大器、集成稳压器、功率放大器),数字集成电路器件(如基本逻辑门、触发器、寄存器、译码器、微处理器等)
无源器件:如果电子元器件工作时,其内部没有任何形式的电源,则这种器件叫做无源器件。无需能(电)源的器件。
常见的无源器件:电阻、电容、电感
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数字集成电路的分类
早期的划分方法——单位芯片面积上集成门电路的个数
(1)小规模IC——SSI(Small Scale Integration),
含1~ 10门
(2)中规模IC——MSI(Medium Scale Integration),
含10~ 100门
(3)大规模IC——LSI(Large Scale Integration),
含100~ 1000门
(4)超大规模IC——VLSI(Very Large Scale Integration),
含1000门以上
1、按集成度分类
这种划分方法现在已过时!
现在小规模IC——上千个逻辑门,超大规模IC——千万个逻辑门。
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2、按制造工艺分类
(1)双极型IC:晶体三极管中两种载流子(空穴和自由电子)参与导电
基本开关元件:晶体三极管
常见双极型IC:TTL(Transister- Transister Logic,晶体管-晶体管逻辑) 、ECL(Emitter Coupled Logic,发射极耦合逻辑)、 HTL(High Threshold Logic,高阈值逻辑)、I2L(Integrated Injection Logic,集成注入逻辑)集成电路
特点:速度快,但集成度较单极型IC低
(2)单极型IC: MOS晶体管中只有一种载流子(空穴或自由电子)参与导电
基本开关元件:MOS晶体管
常见单极型IC:PMOS、NMOS、plementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor,互补对称金属氧化物半导体)集成电路
特点:功耗低,集成度高,但速度较双极型IC低
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我们为什么要学****门电路?
门电路是组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储器的理论基础
要学好后面的电路,必须先了解门电路的电路结构、工作原理及逻辑功能
组合逻辑电路是由各种逻辑门以一定的方式组合在一起构成的数字典路。
触发器是由多个逻辑门(大多是与非门)交叉耦合构成的。
时序逻辑电路是由组合逻辑电路和触发器构成的。
存储器主要由地址译码器、存储矩阵和输出控制电路构成。
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门电路与后续电路的关系示意图
组合逻辑电路
逻辑门组合
触发器