数电余孟尝复习6.docx
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数电余孟尝复习6
数字电子技术基础总复习
第一章逻辑代数基础
一、主要内容
1、基本概念:
数字量、模拟量;数制、码制;补码、算术运算、逻辑运算
2、逻辑代数的基本公式、常用公式和定理。
3、逻辑函数的表示方法及相互转换的方法。
最小项的定义及其性质,逻辑函数的最小项之和表示法。
4、逻辑函数的化简:
公式法、卡诺图法
无关项在化简逻辑函数中的应用。
约束项和任意项统称为逻辑函数式中的无关项,这些最小项是否写入逻辑函数式无关紧要,可以写入也可以删除。
二、主要题型及解题方法
1、不同进制数之间的转换
2、逻辑函数不同表示方法之间的转换
从真值表写出逻辑函数式的一般方法:
将真值表中使函数值为1的那些输入变量取值组合对应的最小项相加。
从逻辑式列出真值表:
将输入变量的所有组合状态逐一代入逻辑式求出函数值,列成表。
从逻辑式画出逻辑图:
用图形符号代替逻辑式中的运算符号,就可以画出逻辑图。
从逻辑图写出逻辑式:
从输入端到输出端逐级写出每个图形符号对应的逻辑式。
从逻辑式画出卡诺图:
将逻辑函数化成最小项和的标准形式,在对应的位置上添1,其余为0。
3、逻辑函数的化简
1)公式化简法
利用逻辑代数的公式和定理进行逻辑运算,以消去逻辑函数式中多余的乘积项和每项中多余的因子。
如果有无关项,则可以将无关项写入逻辑式,也可以从逻辑式中删除,以使化简结果更加简单。
2)卡诺图化简法
画出表示逻辑函数的卡诺图
合并最小项(画圈)
每个圈内为1的相邻最小项的个数必须是2i(i=0,1,2…)。
一个最小项可被多个圈圈,但每个圈至少有一个独有的最小项。
圈的个数尽可能少(乘积项越少),圈尽量大(圈的最小项越多,乘积项因子越少)。
必须把所有的最小项圈完。
将合并后的最简乘积项相加,写出最简与或式
4、逻辑函数式的变换
利用公式进行变换。
第二章门电路
一、半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性
(1)判断双极型三极管的工作状态
可近似地认为VI≤VON时三极管截止。
iB=0、ic=0。
这时三极管的c-e之间就相当于一个断开的开关。
VBE>0.7V(硅三极管的VON),而且VCE<0.7V时,三极管工作在饱和区。
当Ib≥IBS=(VCC-VCE(sat))/RCβ时,三极管深度饱和导通,VCE≈0、三极管的c-e之间就相当于一个闭合的开关。
(2)N沟道增强型MOS管:
一般源极接地,漏极接高电位。
(3)P沟道增强型MOS管:
一般源极接电源,漏极接低电位。
二、分立元件门电路
三、TTL、CMOS集成门电路
重点是:
它们的输出与输入之间的逻辑特性(逻辑功能)和外部电气特性上。
1.逻辑特性(逻辑功能):
普通功能—与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门和异或门。
特殊功能—三态门、OC门、OD门和传输门。
(1)
OC门、OD门
工作时需外接负载和电源,可实现电平转换;
输出连在一起实现线与功能;
有些OC门可承受较大电流和较高电压,用作驱动器。
(2)
三态门
三态:
高电平、低电平、高阻状态
EN=1时,正常逻辑功能;EN=0时,输出端处于高阻状态。
(3)传输门
传输门导通,
传输门截止,
2.电气特性:
静态特性—主要是输入特性、输出特性和传输特性。
动态特性—主要是传输延迟时间的概念。
(1)TTL门电路
●计算TTL门电路输入端并联的总输入电流时,输入为高电平时按输入端的数目加倍,输入为低电平时按门的数目加倍。
(2)CMOS门电路
●输入特性和输出特性的应用:
包括TTL电路扇出系数的计算、TTL电路输入端串联电阻允许值的计算、三极管接口电路的电路参数计算、OC门和OD门外接上拉电阻阻值的计算。
第三章组合逻辑电路
一、主要内容
1、组合逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点
●逻辑功能特点
没有记忆,当前的输出只与当前的输入有关,与以前的历史无关(相比之下,时序电路当前的状态就与现在和过去都有关)。
●电路结构特点
(1)输出、输入之间没有反馈延迟电路
(2)不包含记忆性元件(触发器),仅由门电路构成
2、组合逻辑电路的分析方法和步骤
将逻辑电路图上的连接转化为易于归纳的形式——函数式或真值表,进而了解电路的功能。
3、组合逻辑电路的设计方法和步骤
(1)逻辑抽象:
●搞清功能要求,明确因果关系,设置输入、输出变量(一般原因作为输入,结果为输出)
●定义逻辑状态的含义(逻辑赋值):
以0、1分别代表输入、输出的不同状态。
●列出真值表。
(2)写出逻辑表达式。
(3)选定器件类型
可以用小规模集成的门电路,也可以采用中规模的组合器件或可编程器件构成电路。
(4)将逻辑函数化简或变换成适当的形式
使用小规模IC:
根据使用的门电路化成相应的最简式。
如与或门化成最简与或式。
使用中规模IC:
需要将函数式变换相应的适当的形式,以便用最少的器件和最简单的连线接成所需要的逻辑电路。
(5)根据化简或变换后的逻辑函数式,画出逻辑电路连接图。
4、几种常用中规模集成组合逻辑电路的逻辑功能和使用方法
●数据选择器:
根据输入的地址选择代码从多路输入数据中选出一个送到输出端。
●译码器:
将输入的二进制代码译成对应的高低电平信号。
有:
二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器。
二进制译码器是通用的最小项发生器:
……
●加法器的逻辑功能是将两个(或两组)输入按二进制数的数值相加。
●数值比较器的逻辑功能是比较两个输入二进制代码的数值,给出大于、小于和相等的输出信号。
●编码器是把输入的每一个信号(高电平有效或低电平有效)编成一个对应的二进制代码。
分为:
普通编码器和优先编码器
●只读存储器ROM:
ROM、PROM、EPROM、EEPROM
A.电路结构特点:
采用了公用的输入与输出电路,只有被输入地址代码指定的存储单元才能通过输入与输出电路的外电路数据交换。
B.容量及扩展
5、定性了解组合逻辑电路中的竞争--冒险现象及常用的消除方法。
二、主要题型及解题方法
1、分析用小规模集成门电路组成的组合逻辑电路
从输入端到输出端依次写出每一级门电路输出的逻辑式,最后在输出端得到表示整个电路输出与输入之间关系的逻辑函数式。
2、分析用常用中规模集成电路组成的组合逻辑电路
根据所用器件本身固有的逻辑功能,写出表示输入与输出之间关系的逻辑函数式。
用加到输入端的变量名称和输出端的变量名称代替上述逻辑函数式中对应端的名称,就得到了所分析电路的逻辑函数式。
为了更直观地显示电路的逻辑功能,有时还需要列出逻辑真值表。
3、设计组合逻辑电路
(1)用小规模集成门电路设计组合逻辑电路时,要将逻辑函数式化为最简形式。
(2)用中规模集成电路设计组合逻辑电路时,须把要产生的逻辑函数变换成与所用器件的逻辑函数式类似的形式,将变换后的逻辑函数式与选用器件的函数式对照比较,确定所用器件各输入端应当接入的变量或常量(1或0)以及各片间的连接方式。
●用n位地址输入的数据选择器,可以产生任何形式的输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。
它只有一个输出端,一般用于产生单输出逻辑函数。
●二进制译码器是通用的最小项发生器,要用附加的或门(或与非门)将所需的那些最小项相加,就可以得到所需要的逻辑电路了。
n位二进制译码器可以产生输入变量数不大于n的组合逻辑函数。
●若要产生的函数能化成输入变量与输入变量或输入变量与常量在数值上相加的形式,可用加法器实现。
●数值比较器只能用来判断两个代码是否相同或者数值的大小关系。
●编码器只能用在需要把一组开关信号转换为一组二进制代码的地方。
●用存储器设计组合逻辑电路时,在知道了组合逻辑函数的真值表以后,如果把输入变量看作存储器的地址输入信号,把存储器的数据输出端看作是函数输出端,那么函数的真值表也就是存储器的数据表。
因此选地址输入端作为变量输入端,选数据输出端作为函数输出端。
第四章触发器
具有记忆1位二进制信号的基本单元电路称为触发器,是时序逻辑电路的基本单元电路。
一、主要内容
1、触发器逻辑功能的分类和逻辑功能的描述方法(特性表、特性方程和图形符号)。
按逻辑功能分为RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
逻辑功能不同,信号的输入方式以及触发器状态随输入信号变化的规律不同。
RS触发器
JK型触发器
D型触发器
T型触发器
T’型触发器
2、触发器的不同电路结构及各自的动作特点
按电路结构形式分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、边沿触发器。
电路结构不同,它们的动作特点不同。
●基本RS触发器:
输入电平直接控制输出状态
●同步触发器:
CP=1期间接受输入信号;CP=0期间输出保持不变。
时钟电平控制
●主从触发器:
翻转分两步完成:
CP=1时,主触发器接收输入信号,置成相应状态;CP下降沿从触发器翻转。
主触发器是一个同步触发器,在CP=1的全部时间里输入信号都对主触发器起控制作用。
●边沿触发器:
触发器的次态仅取决于CP的下降沿(上升沿)时刻的信号的状态。
时钟边沿控制
Sd、Rd—异步置位(置1)、复位(置0)端。
受时钟信号控制的输入信号称为同步控制信号。
3、触发器的电路结构类型和逻辑功能类型之间的关系。
触发器的电路结构和逻辑功能是两个不同的概念,两者没有固定的对应关系。
同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现,电路结构不同,动作特点不同;用同一种电路结构形式可以实现不同的逻辑功能的触发器。
例如:
有同步RS触发器、主从RS触发器、维持阻塞结构RS触发器,它们在稳态下的逻辑功能相同,但电路结构不同,动作特点不同。
又如维持阻塞结构可以做成D触发器,也可做成JK触发器。
二、题型:
画波形
第五章时序逻辑电路
主要内容:
1、时序逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点,以及时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。
●逻辑功能的特点:
任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入信号,而且还取决于电路原来的状态
●电路结构特点:
(1)包括组合电路和存储电路,存储电路必不可少,(基本构成单元→触发器)。
(2)存储电路的输出状态反馈到组合电路的输入端,和输入信号一起决定输出
●时序电路逻辑功能的表示方法
逻辑图、逻辑表达式、卡诺图、状态表、状态转换图(简称状态图)和时序图
2、同步时序逻辑电路的分析
分析时序电路的任务就是求出驱动方程、状态方程和输出方程,再进一步求出状态表、状态图或时序图,从而确定电路的逻辑功能和动作特点。
分析步骤:
1).写方程式:
时钟方程、驱动方程、输出方程;
2).求状态方程
3)计算:
把电路的输入和现态的各种可能取值组合代入状态方程和输出方程进行计算;
4)画状态表、状态图或时序图
3、同步时序逻辑电路的设计
设计步骤:
1)逻辑抽象,得出电路的状态图(表);
Ø分析给定的逻辑问题,确定输入、输出变量以及电路的状态数。
Ø定义输入输出的逻辑状态和电路状态的含义。
Ø求出对应的状态转换图(原始状态图)。
2)状态化简;
3)状态分配(状态编码)
Ø确定触发器的个数n:
2n-1 Ø对每一个状态规定对应的触发器状态组合,即指定1个二进制代码。 Ø画出编码形式的状态图及状态表。 4)选择触发器的类型,求电路的状态方程、输出方程及驱动方程。 5)画逻辑电路图。 6)检查自启动功能 4、几种常见中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能和使用方法 (1)计数器: 记录输入脉冲CP个数的电路,是极具典型性和代表性的时序逻辑电路。 中规模集成计数器构成N进制(任意)计数器。 主要方法有两种: ●用同步置0端或置数端归零获得N进制计数器 根据N-1对应的二进制代码写反馈归零函数——置0端或置数端信号的逻辑表达式 ●用异步置0端或置数端归零获得N进制计数器 根据N对应的二进制代码写反馈归零函数——置0端或置数端信号的逻辑表达式 当已有的M进制计数器M v各片的连接方式可分为: 串行进位方式、并行进位方式 v若N可以分解两个小于M的因数相乘,即N=N1N2,则可采用串行进位或并行进位方式,将一个接成N1和一个N2进制计数器连接起来。 (2)寄存器和移位寄存器 ●寄存器—存储二进制数据或者代码。 ●移位寄存器—不但可存放数码,还能对数据进行移位操作。 用移位寄存器可方便地组成环形计数器、扭环形计数器和顺序脉冲发生器。 (3)随机存取存储器RAM: 由地址译码器、读/写控制电路和存储矩阵三部分组成。 (4)顺序脉冲发生器: v可用移位寄存器构成,如环形计数器 v用计数器和译码器构成 (5)序列信号发生器: •用带反馈逻辑的移位寄存器构成 •用计数器和数据选择器构成 5、可编程逻辑器件 (1)PLD在逻辑功能上、电路结构上的共同特点。 (2)PLD的分类及各自的特点。 与或阵列(乘积项)结构、FPGA、ISP 第六章脉冲波形的产生和整形 获得脉冲的方法: 1)自激振荡电路直接产生矩形脉冲。 ——由多谐振荡器来实现 2)将已有周期性波形(正弦波、锯齿波等)整形为矩形脉冲。 ——由施密特触发器和单稳态触发器来实现 重点: 施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的特点、应用。 555定时器的应用 一、施密特触发器 特点: 1.输入信号由低到高变化和由高到低变化时,转换电平不同。 电压传输特性具有滞回特性。 2.电路状态转换时,内部发生正反馈过程,波形陡峭。 参数: UT+、UT–、UT 应用: 接口与波形变换、用于脉冲整形、脉冲鉴幅、多谐振荡器 二、单稳态触发器 特点: 1.有稳态和暂稳态两个工作状态 2.在触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,维持一段时间,再自动返回稳态. 3.暂稳态维持时间的长短决定于电路的参数,与触发器脉冲无关. 参数: tw 用途: 定时: 产生一定宽度的方波。 延时: 将输入信号延迟一定时间后输出。 整形: 把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。 三、多谐振荡器 ●是一种自激振荡电路,不需要外加输入信号,就可以自动地产生出矩形脉冲。 ●没有稳定状态,只有两个暂稳态。 暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。 在振荡频率稳定度要求很高的情况下,可采用石英晶体振荡器。 参数: 周期T、占空比q 四、555定时器的应用 实现以上三种电路的接法及有关参数的计算。 第七章数—模和模—数转换 一、D/A转换器 1.功能: 将输入的二进制数转换成与之成正比的模拟电量。 2.倒T型D/A转换器的工作原理,输出电压的定量计算。 3.分辨率和转换精度: 4.双极性输出D/A转换器的电路接法,输出电压的定量计算。 5.D/A转换器的应用 (1)用于组成波形发生器 (2)用于组成增益可编程放大器 二、A/D转换器 1.功能: 将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数。 2.转换过程: 采样、保持、量化、编码。 采样时必须满足采样定理,即fs≥2fImax。 量化单位: 数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小,用表示(即1)。 量化: 把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。 两种量化方法: 一种取=UREF/2n,一种取’=UREF/(2n+1-1) 最大量化误差分别为、’ 3.A/D转换器的主要类型,基本工作原理,性能和比较 •并联比较型: 转换速度高(8位单片集成A/D转换器转换时间50ns)、转换精度差 •逐次比较型: 分辨率高、误差低、转换速度较快(n+2)TCP •双积分型: 性能稳定、转换精度高、抗干扰能力强、转换速度低2n+1TCP 4.分辨率: (1)用二进制或十进制位数表示 n位二进制数字输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2的n次幂个不同等级大小,能区分输入电压的最小差异为1/2nFSR。 (2)LSB变化一个数码时,对应输入模拟量的变化量 如最大输出电压为5V的8位A/D的分辨率为: ***综合电路的分析和设计: 时序电路组合电路DAC 组合电路的设计: 1、基本步骤 2、采用器件: 门电路、MSI组合器件、ROM、RAM、PLD 时序电路的分析设计: 1、基本步骤 2、采用器件: 触发器、MSI时序器件、PLD
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