目录

一、信号特征

二、组合逻辑电路和时序逻辑电路

1、组合逻辑电路

2、时序逻辑线路

三、信号转换

1、数字集成电路的分类

2、常用电平接口技术

四、可编程逻辑器件

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一、信号特征

根据电路是否具有存储功能，将逻辑电路划分为两种类型：

• 组合逻辑电路

• 不含存储功能，它的输出值仅取决于当前的输入值

• 时序逻辑电路

• 含存储功能，它的输出值不仅取决于当前输入状态，还取决于存储单元中的值

二、组合逻辑电路和时序逻辑电路

1、组合逻辑电路

组合逻辑电路一般由门电路组成，不含记忆元器件，输入与输出之间无反馈。

常用的组合逻辑电路有：

• 译码器

• 多路选择器

真值表

通常真值表能够完全描述任何一种组合逻辑函数。

布尔代数

布尔代数中有三种典型的操作符：

• OR 或 + |

• AND 与 * &

• NOT 非 — !

门电路

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译码器

译码器（Decoder）又称解码器是一种电子设备或电路，它用于将输入的数字信号、编码或模式转换为特定的输出信号、解码或信息。相对的是编码器。

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数据选择器和数据分配器

数据选择器又称多路开关，它是以与或门，与或非门为主的电路。

• 它可以在选择信号的作用下，从多个输入通道中选择某一个通道的数据作为输出。

• 可以实现任意组合逻辑函数，四选一的数据选择器可以实现三个变量的组合逻辑函数，2n个数据输入的多路选择器可以实现n+1个变量的组合逻辑函数

数据分配器又称多路分配器，它有一个输入端和多个输出端，其逻辑功能是将一个输入端的信号送至多个输出端的某一个，简称DMUX，作用与MUX正好相反。

• 数据分配器的核心部分实际上是一个带有是能端的全译码器，可以把数据分配器理解为是输出受X控制的译码器

2、时序逻辑线路

所谓时序逻辑电路，是指电路任一时刻的输出不仅与该时刻的输入有关，而且还与该时刻电路的状态有关。因此，时序逻辑电路中必须含有记忆元器件。触发器是构成时序电路的基础。常用的有寄存器和计数器等。

时钟信号

时钟频率（clock frequency,CF）是时钟周期的倒数。通过高低电平的边沿触发。上升沿/下降沿

同步是时钟控制系统中的主要制约条件。

触发器

按照时钟控制方式分类

• 电位触发

• 边沿触发

• 主从触发

按功能分类

• RS型

• D型

• JK型

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边沿触发器在CP=1期间来到的数据，必须延迟到该CP过后的下一个CP边沿来到时才会被接收，因此又称延迟型触发器，在CP正跳变（对正边沿触发器）意外期间出现在D端的数据和不干扰不会被接收，因此有很强的数据抗干扰能力。

至于电位触发器，只要E为约定电平，数据到之后就立即接收。

触发器开关的特性。描述触发器的参数有很多

• 描述传输延迟的参数

• 描述各输入波形宽度要求的参数

• 描述各输入波形之间时间配合要求的参数

如果在使用中不满足要求，电路就不能正常工作。

寄存器与移位器

寄存器主要用来接受信息、寄存信息、传送信息

通常采用并行输入-并行输出的方式

寄存器中除具有若干触发器以外，还有门电路构成的控制电路，来保证信息的正确接受、发送和清除。

在时钟信号控制下，将所有寄存的信息向左或向右移位的寄存器曾为以为寄存器

三、信号转换

1、数字集成电路的分类

按照开关元件的不同，数字集成电路可以分为两大类：

• 双极型集成电路

• 采用晶体管作为开关元件，管内参与导电的有电子和空穴两种极性的载流子。

• 金属氧化物半导体（Metal-oxide Semiconductor）MOS集成电路

• 采用绝缘栅场效应晶体管做开关元器件，管子内部只有一种载流子，电子或空穴参与导电，因此又称单极型集成电路。

晶体管-晶体逻辑电路（Transistor-Transistor Logic, TTL）是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。

它具有比较快的开关速度、比较强的抗干扰能力以及足够强大的输出幅度，并且带负载能力较强，所以得到了广泛的应用

双极型数字集成电路

• TTL

• 二极管-三极管逻辑（Diode-Transistor Logic,DTL）

• 高阈值逻辑（High Threshold Logic,HTL）

• 发射极耦合逻辑（Emitter Coupled Logic,ECL）

• 优点：工作在非饱和状态，有较高的工作速度，输出阻抗低，带负载能力强，电路内部开关噪声低，使用方便灵活

• 缺点：噪声容限低，电路功耗大，输出电平的稳定性较差

• 主要用于高速、超高速数字系统中。

• 集成注入逻辑（Integrated Injection Logic,IL）

MOS管

• PMOS

• 问世较早，速度低，很少使用。

• NMOS

• 集成电路速度稍高，且直流电源电压较低，在工艺上可以制造出开启电压较低的器件

• CMOS

• 静态功率极低，工作速度较高，抗干扰能力强，使用广泛。

2、常用电平接口技术

ECL的特点是速度快，但抗干扰性能差，功耗也高。

TTL的应用广泛，成本低廉，有多种类型可供选择。

CMOS功耗最低，抗干扰性能优良，不仅适用于中、小规模集成电路，而且在大规模集成组件中应用也很普遍。

电平转换

• TTL与ECL

• TTL->ECL

• ECL->TTL

• TTL与CMOS

• TTL->CMOS

• CMOS->TTL

四、可编程逻辑器件

现场可编程门阵列Field Programmable Gate Array, FPGA

早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器PROM、紫外线可擦除只读存储器EPROM、电可擦除只读存储器EEPROM

其后出现了一类结构上稍微复杂的可编程芯片，可编程器件PLD，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个与门和一个或门阵列组成。

这一阶段的产品主要有可编程阵列逻辑 Programmable Array Logic ,PAL和通用逻辑阵列Generic Array Logic,GAL