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第5讲 数字逻辑电路 Digital Logic Circuit CH5: 数字逻辑电路 5.1 半导体基础知识 5.2 逻辑门电路 5.3 组合逻辑电路 5.4 时序逻辑电路 5.1 半导体基础知识 PN结 PN结正向导通，反向截止 二极管 三极管 三极管 三极管的电流放大作用 三极管的开关作用 MOS管 金属-氧化物-半导体场效应管 NMOS和PMOS CMOS 互补式金属氧化物半导体场效应管 NMOS与PMOS互补使用 5.2 逻辑门电路 在数字系统中，各种功能部件都是由基本逻辑电路实现的。 这些基本电路控制着系统中信息的流通，它们的作用和门的开关作用极为相似，故称为逻辑门电路，简称逻辑门或门电路。 逻辑门是数字电路逻辑设计中的基本元件。 逻辑门电路 逻辑门电路 逻辑门电路 逻辑门电路符号 5.3 组合逻辑电路 利用门电路可以构建各种逻辑电路。 计算机内部的逻辑电路分：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 在组合逻辑电路中，任一时刻的输出仅取决于当时的输入，与电路原来的状态无关。 在时序逻辑电路中，输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路原来的状态。 组合逻辑电路 组合逻辑电路 译码器 多路复用器 加法器 加法器 5.4 时序逻辑电路 时序逻辑电路在任何时刻产生的输出信号不仅与该电路的输入信号有关，还与电路过去的输入信号有关。 RS触发器工作原理 D触发器 寄存器 存储器 4004微处理器 Intel 4004微处理器是世界上第一款商用计算机微处理器，就像当时的广告说的一样，它是“一件划时代的作品”。它片内集成了2250个晶体管，晶体管之间的距离是10微米（也就是10000纳米，和现在的22纳米相差甚远），能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，主频0.74MHz，运行的频率为108KHz，成本不到100美元。英特尔公司的首席执行官戈登.摩尔将4004称之为“人类历史上最具革新性的产品之一”。 Intel 4004微处理器最初是Intel专门为日本一家名为Busicom的公司设计制造，用于该公司的计算器产品。但由于技术原因，Intel的延期交货让Busicom公司颇为恼怒。与此同时，计算器领域的竞争日益激烈，当Intel彻底完成4004芯片的设计和样品的生产时，Busicom公司要求Intel打折扣，Intel同意了，但是它附加了一个条件：允许Intel在除计算器芯片市场之外的其它市场上自由出售4004芯片----至此，Intel公司完成了从单一的存储器制造商向微处理器制造商的转型。 Intel还曾开发出4001（动态随机存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory））、4002（只读存储器ROM（Read Only Memory））、4003（寄存器（Register）），三者再加上4004，就可架构出一台微型计算机系统。 探索4004 4004电路图 4004模拟器 / 小结 了解PN结、二极管、三极管、MOS管及其特性。 了解常见的CMOS逻辑门电路，熟悉常见逻辑门电路的记号。 了解常见的组合逻辑电路。 了解常见的时序逻辑电路。 作业 1. 设计一个3-8译码器，根据3位输入000~111选中8个输出信号中的一个，画出电路图。 2. 画出基本R-S触发器的电路图，并简要解释其工作原理。 * * NPN型三极管 PNP型三极管 0.2V 0.1V 3V 0V Vout Vin 栅极（G） 源极（S） 漏极（D） N型MOS管 P型MOS管 CMOS反相器 0 1 1 0 Q A CMOS与非门 CMOS与门 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 Y B A CMOS或非门 CMOS或门 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 Y B A 举重比赛规则规定：在一名主裁判和两名副裁判中，必须有两人以上（必须包括主裁判）认为运动员的动作合格，试举才算成功。比赛时主裁判掌握着开关C、两名副裁判分别掌握开关A和B，当裁判认为运动员动作合格时就合上相应的开关，否则不合。 1 1 0 0 B 1 0 1 0 C 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 Y A Y C B A 逻辑函数 逻辑电路 真值表 译码器 多路复用器 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 CO S B A CI 输出 输入