数字逻辑电路入门:从晶体管到逻辑门

2024-01-06 11:52

本文主要是介绍数字逻辑电路入门:从晶体管到逻辑门,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

数字逻辑电路入门:从晶体管到逻辑门

这是数字逻辑电路中最基础的部分。但是并非那么容易理解。

1、晶体管

  1. mosfet:场效应晶体管,是电压控制元件。
  2. cmos:是指由mos管构成的门级电路通常是互补的。
  3. BJT:一种三极管,是电流控制元件,用来放大电流,功耗大于mos管。
  4. nmos:衬底是p型半导体,源极和漏极是n型掺杂区域。适合用来导通低电压,不适合导通高电压。
  5. pmos:和nmos相反,衬底是n型半导体,源极和漏极是p型掺杂区域。适合用来导通高电压,不适合导通低电压。
  6. pmos用在上拉网络,nmos用在下拉网络。

2、逻辑门

互补传导规则:nmos串联,pmos必须并联;nmos并联,pmos必须串联。保证上拉网络和下拉网络不会同时导通,即不出现短路。

  1. 非门:输入a,输出y,消耗2个晶体管
    1. 一个pmos,栅极接a,源极接vcc,漏极接y
    2. 一个nmos,栅极接a,源级接y,漏极接gnd
    3. 分析,a=1,mos的栅极上表面聚集正电荷,下表面聚集负电荷。pmos衬底是n型半导体,本身有自由电子,因此源极和漏极仍然断开。nmos衬底是p型半导体,本身有自由空穴,聚集负电荷之后,源极和漏极接通,因此y=0。
  2. 与门:消耗6个晶体管
    1. 一个与非门
    2. 级联一个非门
  3. 或门:消耗6个晶体管
    1. 一个或非门
    2. 级联一个非门
  4. 或非门:消耗4个晶体管
    1. 两个pmos串联,栅极接a,b,源极接vcc,漏极接y
    2. 两个nmos并联,栅极接a,b,源极接vcc,漏极接y
    3. 分析,a=0,b=0,pmos均导通,nmos均断开,y=1;a、b有一个为1,下拉网络导通,上拉网络断开,y=0
  5. 与非门:消耗4个晶体管
    1. 两个pmos并联,栅极接a,b,源极接vcc,漏极接y
    2. 两个nmos串联,栅极接a,b,源极接vcc,漏极接y
    3. 分析,a=1,b=1,pmos均断开,nmos均导通,y=0;a、b有一个为0,下拉网络断开,上拉网络导通,y=1
  6. 异或门:
    1. 实现方式两种,一个使用10个晶体管,一个使用12个晶体管
    2. 参考:COMS门电路的设计及其优化–以异或门为例
  7. 同或门
  8. 三态门

3、卡诺图化简

以下图为例:

image-20240104222749508
  1. 画出卡诺图,注意格雷码序;
  2. 画圈:
    1. 从大到小画圈,16格、8格、4格、2格、1格;
    2. 每个圈都要圈住1,最终圈住所有1;
    3. 可环绕画圈。
  3. 写出SOP(sum-of-products)
    1. 每个圈代表一个product,读法是“相异相消”;
    2. 将所有product相加;
    3. Y = b+c+a;(按照红、绿、蓝的顺序写的product)
  4. 补充:“相异相消”
    1. 比如 Y = A B + A B ˉ = A ( B + B ˉ ) = A Y = AB+A \bar B = A(B+\bar B) = A Y=AB+ABˉ=A(B+Bˉ)=A
    2. B + B ˉ = 1 B+\bar B =1 B+Bˉ=1恒成立;
    3. 圈中变量相异的,则无需管,相同的如实记录。
    4. 比如红圈,c相异,a相异,b相同且为1,则记录为b。

另一个例子:

image-20240104224105776
  1. 画圈
  2. 读SOP
    1. 红: b ˉ c ˉ \bar b \bar c bˉcˉ
    2. 绿: a ˉ d ˉ \bar a \bar d aˉdˉ
    3. 粉: a c d a cd acd
    4. 蓝: b c d bcd bcd
    5. Y = b ˉ c ˉ + a ˉ d ˉ + a c d + b c d Y= \bar b \bar c+\bar a \bar d+a cd+bcd Y=bˉcˉ+aˉdˉ+acd+bcd

可以想到:

  1. 圈1则是SOP
  2. 圈0则是POS
  3. 因此,谁少圈谁。
  4. 注意,圈0写出POS之后取反,利用布尔代数则得到圈0的POS。

4、复用器

使用逻辑门可以搭建一个复用器

  1. Y = D 0 S ˉ + D 1 S Y=D_0 \bar S + D_1 S Y=D0Sˉ+D1S
  2. 两个与门、一个非门、一个或门
  3. 优化:减少晶体管, Y = D 0 S ˉ + D 1 S = ( D ˉ 0 + S ) ( D 1 S ) ˉ Y = D_0 \bar S + D_1 S = (\bar D_0+S)\bar {(D_1S)} Y=D0Sˉ+D1S=(Dˉ0+S)(D1S)ˉ
  4. 一个与非门、一个与门、一个或门、一个非门

这篇关于数字逻辑电路入门:从晶体管到逻辑门的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/576270

相关文章

Spring Security 从入门到进阶系列教程

Spring Security 入门系列 《保护 Web 应用的安全》 《Spring-Security-入门(一):登录与退出》 《Spring-Security-入门(二):基于数据库验证》 《Spring-Security-入门(三):密码加密》 《Spring-Security-入门(四):自定义-Filter》 《Spring-Security-入门(五):在 Sprin

从去中心化到智能化:Web3如何与AI共同塑造数字生态

在数字时代的演进中,Web3和人工智能(AI)正成为塑造未来互联网的两大核心力量。Web3的去中心化理念与AI的智能化技术,正相互交织,共同推动数字生态的变革。本文将探讨Web3与AI的融合如何改变数字世界,并展望这一新兴组合如何重塑我们的在线体验。 Web3的去中心化愿景 Web3代表了互联网的第三代发展,它基于去中心化的区块链技术,旨在创建一个开放、透明且用户主导的数字生态。不同于传统

usaco 1.2 Name That Number(数字字母转化)

巧妙的利用code[b[0]-'A'] 将字符ABC...Z转换为数字 需要注意的是重新开一个数组 c [ ] 存储字符串 应人为的在末尾附上 ‘ \ 0 ’ 详见代码: /*ID: who jayLANG: C++TASK: namenum*/#include<stdio.h>#include<string.h>int main(){FILE *fin = fopen (

数论入门整理(updating)

一、gcd lcm 基础中的基础,一般用来处理计算第一步什么的,分数化简之类。 LL gcd(LL a, LL b) { return b ? gcd(b, a % b) : a; } <pre name="code" class="cpp">LL lcm(LL a, LL b){LL c = gcd(a, b);return a / c * b;} 例题:

Java 创建图形用户界面(GUI)入门指南(Swing库 JFrame 类)概述

概述 基本概念 Java Swing 的架构 Java Swing 是一个为 Java 设计的 GUI 工具包,是 JAVA 基础类的一部分,基于 Java AWT 构建,提供了一系列轻量级、可定制的图形用户界面(GUI)组件。 与 AWT 相比,Swing 提供了许多比 AWT 更好的屏幕显示元素,更加灵活和可定制,具有更好的跨平台性能。 组件和容器 Java Swing 提供了许多

【IPV6从入门到起飞】5-1 IPV6+Home Assistant(搭建基本环境)

【IPV6从入门到起飞】5-1 IPV6+Home Assistant #搭建基本环境 1 背景2 docker下载 hass3 创建容器4 浏览器访问 hass5 手机APP远程访问hass6 更多玩法 1 背景 既然电脑可以IPV6入站,手机流量可以访问IPV6网络的服务,为什么不在电脑搭建Home Assistant(hass),来控制你的设备呢?@智能家居 @万物互联

poj 2104 and hdu 2665 划分树模板入门题

题意: 给一个数组n(1e5)个数,给一个范围(fr, to, k),求这个范围中第k大的数。 解析: 划分树入门。 bing神的模板。 坑爹的地方是把-l 看成了-1........ 一直re。 代码: poj 2104: #include <iostream>#include <cstdio>#include <cstdlib>#include <al

MySQL-CRUD入门1

文章目录 认识配置文件client节点mysql节点mysqld节点 数据的添加(Create)添加一行数据添加多行数据两种添加数据的效率对比 数据的查询(Retrieve)全列查询指定列查询查询中带有表达式关于字面量关于as重命名 临时表引入distinct去重order by 排序关于NULL 认识配置文件 在我们的MySQL服务安装好了之后, 会有一个配置文件, 也就

音视频入门基础:WAV专题(10)——FFmpeg源码中计算WAV音频文件每个packet的pts、dts的实现

一、引言 从文章《音视频入门基础:WAV专题(6)——通过FFprobe显示WAV音频文件每个数据包的信息》中我们可以知道,通过FFprobe命令可以打印WAV音频文件每个packet(也称为数据包或多媒体包)的信息,这些信息包含该packet的pts、dts: 打印出来的“pts”实际是AVPacket结构体中的成员变量pts,是以AVStream->time_base为单位的显

C语言指针入门 《C语言非常道》

C语言指针入门 《C语言非常道》 作为一个程序员,我接触 C 语言有十年了。有的朋友让我推荐 C 语言的参考书,我不敢乱推荐,尤其是国内作者写的书,往往七拼八凑,漏洞百出。 但是,李忠老师的《C语言非常道》值得一读。对了,李老师有个官网,网址是: 李忠老师官网 最棒的是,有配套的教学视频,可以试看。 试看点这里 接下来言归正传,讲解指针。以下内容很多都参考了李忠老师的《C语言非