1 / 100

第2章 内容回顾

第2章 内容回顾. 常用按位计数制的转换 非十进制的加法和减法 负数的表示 符号－数值（原码） 补码数制：基数补码、基数减1补码 二进制的原码、反码、补码表示. 第2章 内容回顾. 二进制补码的加法和减法 十进制数的二进制编码 BCD 码、2421码、余3码 二五混合码、10中取1码 葛莱码（ Gray code ） 字符编码 动作、条件和状态的编码. 数字逻辑设计及应用. 第3章 数字电路. 介绍数字电路中的电气知识. 思考几个问题. 在模拟的世界中如何表征数字系统？ 如何将物理上的实际值

pascha
Download Presentation

第2章 内容回顾

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第2章 内容回顾 • 常用按位计数制的转换 • 非十进制的加法和减法 • 负数的表示 • 符号－数值（原码） • 补码数制：基数补码、基数减1补码 • 二进制的原码、反码、补码表示 制作：金燕华

  2. 第2章 内容回顾 • 二进制补码的加法和减法 • 十进制数的二进制编码 • BCD码、2421码、余3码 • 二五混合码、10中取1码 • 葛莱码（ Gray code ） • 字符编码 • 动作、条件和状态的编码 制作：金燕华

  3. 数字逻辑设计及应用 第3章 数字电路 介绍数字电路中的电气知识 制作：金燕华

  4. 思考几个问题 • 在模拟的世界中如何表征数字系统？ • 如何将物理上的实际值 映射为逻辑上的 0 和 1 ？ • 什么时候考虑器件的逻辑功能； 什么时候考虑器件的模拟特性？ 制作：金燕华

  5. Vcc 0 1 R VOUT 0 1 VIN 正逻辑 positive 负逻辑 negative 获得高、低电平的基本原理 3.1 逻辑信号和门电路 • 如何获得高、低电平？ • 高电平对应 0 还是 1？ 制作：金燕华

  6. 3.1 逻辑信号和门电路 • 从物理的角度 • 考虑电路如何工作，工作中的电气特性 • 实际物理器件不可避免的时间延迟问题 • 从逻辑角度 • 输入、输出的逻辑关系 三种基本逻辑：与、或、非 制作：金燕华

  7. A B Z 逻辑符号 A B Z A A & Z Z B B 基本逻辑运算：与（AND） 开关：1通、0断 灯：1亮、0不亮 真值表 当且仅当所有输入 全为1时，输出为1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 逻辑表达式 Z = A · B 制作：金燕华

  8. 真值表 A A B Z 逻辑符号 B Z A A ≥1 Z Z B B 基本逻辑运算：或（OR） 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 只要有任何一个输入为1，输出就为1 逻辑表达式：Z = A + B 制作：金燕华

  9. 逻辑符号 真值表 A Z 0 1 1 0 R 1 Z Z A A A Z 逻辑表达式：Y = A = A’ 基本逻辑运算：非（NOT） 产生一个与输入相反的输出 通常称为反相器（inverter） 制作：金燕华

  10. 与非 逻辑表达式： Z = ( A · B ) ’ 逻辑符号： 或非 逻辑表达式： Z = ( A + B ) ’ 逻辑符号： & ≥1 与非 和 或非 制作：金燕华

  11. & ≥1 真 值 表 制作：金燕华

  12. 关于逻辑代数的几个公理 • 若X  1, 则X = 0 若X  0, 则X = 1 • 0’ = 1 1’ = 0 • 0 · 0 = 0 1 + 1 = 1 • 1 · 1 = 1 0 + 0 = 0 • 0·1 = 1·0 = 0 1+0 = 0+1 = 1 制作：金燕华

  13. 3.2 逻辑系列 （Logic Family） • 同一系列的芯片具有类似的输入、输出及内部电路特征，但逻辑功能不同。 • 不同系列的芯片可能不匹配 • TTL逻辑系列 • CMOS系列 制作：金燕华

  14. 5.0V 逻辑1（高态） 逻辑0（低态） 3.5V 1.5V 0.0V 3.2 CMOS逻辑 • CMOS逻辑电平 未定义 典型的5V电源电压 其它电源电压：3.3V 或 2.7V 制作：金燕华

  15. 源极 source 漏极 drain N沟道 Vgs 栅极 gate + 栅极 gate + Vgs 漏极 drain 源极 source P沟道 2、MOS晶体管 • 分为：N沟道 和 P沟道 • 通常：Vgs > = 0 • Vgs = 0 • Rds很高（>106） • 截止状态 • Vgs  Rds  • 导通状态 制作：金燕华

  16. 源极 source Vgs + 栅极 gate 漏极 drain P沟道 MOS晶体管 • 分为：N沟道 和 P沟道 • 通常：Vgs < = 0 • Vgs = 0 • Rds非常高 • 截止状态 • Vgs Rds  • 导通状态 制作：金燕华

  17. MOS晶体管 • MOS晶体管栅极阻抗非常高（>兆欧） • 无论栅电压如何 栅－漏、栅－源之间几乎没有电流 （漏电流 leakage current , A） • 栅极与源和漏极之间有电容耦合 信号转换时，电容充放电，功耗较大 制作：金燕华

  18. + VDD RD D + G iD vO + vI S – – MOS管的基本开关电路 只要电路参数选择合理 输入低，截止，输出高 输入高，导通，输出低 制作：金燕华

  19. VDD = +5.0V Tp S VOUT VIN D Tn G S 3、基本的CMOS反相器 工作原理 1、VIN = 0.0V VGSN = 0.0V，Tn截止 VGSP = VIN –VDD = –5.0V，Tp导通 VOUT  VDD = 5.0V 2、VIN = VDD = 5.0V VGSN = 5.0V，Tn导通 VGSP = VIN –VDD = 0.0V，Tp截止 VOUT  0 制作：金燕华

  20. VDD = +5.0V T2 T4 Z A T1 B T3 4、CMOS与非门 工作原理： 1、A、B至少有一个为低 T1、T3至少有一个截止， T2、T4至少有一个导通；Z为高（  VDD） 2、A、B都为高 T1、T3都导通， T2，T4都截止， Z为低（  0V） 制作：金燕华

  21. VDD = +5.0V A T2 B T4 Z T1 T3 4、CMOS或非门 工作原理： 1、A、B都为低 T1、T3都截止， T2，T4都导通， Z为高（ VDD） 2、A、B至少有一个为高 T1、T3至少有一个导通， T2、T4至少有一个截止； Z为低（ 0V） 制作：金燕华

  22. 5、扇入（fan－in） • 门电路所具有的输入端的数目 • 导通电阻的可加性限制了CMOS门的扇入数 • 可用较少输入门级联得到较多的输入 制作：金燕华

  23. VDD = +5.0V Z A 6、非反相门 非反相缓冲器 制作：金燕华

  24. VDD = +5.0V A B Z C D 7、CMOS与或非门 制作：金燕华

  25. 3.4 CMOS电路的电气特性 • 逻辑电压电平 • 直流噪声容限 • 扇出 • 速度 • 功耗 • 噪声 • 静电放电 • 漏极开路输出、三态输出 物理上的 而不是逻辑上的 制作：金燕华

  26. VDD = +5.0V VOUT Tp 5.0 VOUT VIN Tn VIN 1.5 3.5 5.0 电压传输特性 3.5 CMOS稳态电气特性 • 逻辑电平和噪声容限 制作：金燕华

  27. VCC VOHmin 高态 不正常状态 低态 VIHmin 0.7VCC 0.3VCC VILmax VOLmax 0 • 逻辑电平规格 • VOHmin： • VIHmin ： • VILmax ： • VOLmax ： • 直流噪声容限（DC noise margin） 多大的噪声会使最坏输出电压被破坏得不可识别 制作：金燕华

  28. VCC VOHmin 高态 不正常状态 低态 VIHmin 0.7VCC 0.3VCC VILmax VOLmax 0 制作：金燕华

  29. 制作：金燕华

  30. Vcc R VOUT VIN 获得高、低电平的基本原理 回 顾 • 正逻辑和负逻辑 • 三种基本逻辑：与、或、非 • 三种描述方法： • 真值表 • 逻辑表达式 • 逻辑符号 • 与非和或非 制作：金燕华

  31. 源极 source 漏极 drain N沟道 Vgs 栅极 gate 5.0V + 逻辑1（高态） 逻辑0（低态） 栅极 gate + 3.5V Vgs 漏极 drain 源极 source 1.5V P沟道 0.0V • 逻辑系列：TTL系列 和 CMOS系列 • CMOS逻辑电平 制作：金燕华

  32. VDD = +5.0V VCC Tp VOUT Z VIN Tn A CMOS反相器 制作：金燕华

  33. CMOS与非门 VDD = +5.0V VCC Z Z A A B CMOS反相器 制作：金燕华

  34. CMOS或非门 VDD = +5.0V VCC A B Z Z A CMOS反相器 制作：金燕华

  35. 非反相门 VCC VDD = +5.0V Z Z A A CMOS反相器 制作：金燕华

  36. VDD = +5.0V VDD = +5.0V A B Z A Z B • 导通电阻的可加性限制了CMOS门的扇入数 制作：金燕华

  37. 物理上的 而不是逻辑上的 3.4 CMOS电路的电气特性 • 逻辑电压电平 • 直流噪声容限 • 扇出 • 速度、功耗 • 噪声、静电放电 • 漏极开路输出、三态输出 数据表（data sheet） 规格说明（教材P69） 制作：金燕华

  38. VDD = +5.0V VOUT Tp 1 5.0 VOUT 1 0 VIN Tn 0 VIN 1.5 3.5 5.0 电压传输特性 3.5 CMOS稳态电气特性 • 逻辑电平和噪声容限 制作：金燕华

  39. VOHmin 高态 不正常状态 低态 VIHmin VILmax VOLmax • 逻辑电平规格 VCC－0.1V 0.7VCC 地＋0.1V 0.3VCC 制作：金燕华

  40. VOHmin 高态 不正常状态 低态 VIHmin VILmax VOLmax • 直流噪声容限（DC noise margin） 多大的噪声会使最坏输出电压被破坏得不可识别 30%VCC－0.1V 制作：金燕华

  41. 要求有一定的驱动电流才能工作 VCC VCC Rp RThev VOUT VIN Z + A Rn VThev 带电阻性负载的电路特性 制作：金燕华

  42. VCC = + 5.0V Rp >1M 电阻性 负载 VOLmax IOLmax Rn 输出为低态时 VOUT < = VOLmax 输出端吸收电流 sinking current 能吸收的最大电流 IOLmax （灌电流） 制作：金燕华

  43. VCC = + 5.0V Rp 电阻性 负载 VOHmin IOHmax Rn >1M 输出为高态时 VOUT > = VOHmin 输出端提供电流 sourcing current 能提供的最大电流 IOHmax （拉电流） 制作：金燕华

  44. VCC = + 5.0V VCC = + 5.0V RThev RThev + + VThev VThev 输出为高态时， 估计提供电流： VOUT = 0 VIN = 1 输出为低态时， 估计吸收电流： VOUT = 1 VIN = 0 制作：金燕华

  45. VCC = + 5.0V VCC = + 5.0V 400 4k VOUT 4.31V VOUT 0.24V VIN 1.5V VIN 3.5V 2.5k 200 非理想输入时的电路特性 输出电压变坏（有电阻性负载时更差） 更糟糕的是：输出端电流 ，功耗  制作：金燕华

  46. 在不超出其最坏情况负载规格的条件下， 一个逻辑门能驱动的输入端个数。 扇出需考虑输出高电平和低电平两种状态 总扇出＝min（高态扇出，低态扇出） 直流扇出 和 交流扇出 扇出（fan-out） 制作：金燕华

  47. 负载效应 当输出负载大于它的扇出能力时（P77） • 输出电压变差（不符合逻辑电平的规格） • 传输延迟和转换时间变长 • 温度可能升高，可靠性降低，器件失效 制作：金燕华

  48. X Z +5V X Z 1k Z X 不用的CMOS输入端 • 不用的CMOS输入端绝不能悬空 增加了驱动信号的电容负载，使操作变慢 制作：金燕华

  49. VDD = +5.0V 电流传输特性 iD Tp VOUT VIN Tn vI VDD 1 2 电流尖峰和去耦电容器 current spikea & decoupling capacitors 制作：金燕华

  50. 3.6 CMOS动态电气特性 CMOS器件的速度和功耗在很大程度上取决于器件及其负载的动态特性。 • 速度取决于两个特性： • 转换时间（transition time） • 传播延迟（propagation delay） 逻辑电路的输出从一种状态变为另一种状态所需的时间 从输入信号变化到产生输出信号变化所需的时间 制作：金燕华

More Related