数字电子技术基础总结.ppt

单击此处编辑母版标题样式abcd,单击此处编辑母版文本样式abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式abcd,单击此处编辑母版文本样式abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,总 结,组合逻辑电路,时序逻辑电路,1.,特点,分析,设计,2.,常用功能器件,:,定义,功能,集成芯片应用,编码器,译码器,数据选择器,数据分配器,比较器,加法器,1.,特点,分析,设计,2.,常用功能器件,:,定义,功能,集成芯片应用,计数器,寄存器,门电路构成,触发器电路构成,简化,:,逻辑代数,第一章 数字电路基础,基本要求,1.,正确理解以下基本概念：正逻辑、负逻辑、数制与码制、二极管与三极管的开关作用和开关特性、逻辑变量、逻辑函数、“与、或、非”基本逻辑关系。,2.,熟练掌握三极管三种工作状态的特点及判别方法。,3.,熟练掌握逻辑函数的几种表示方法（真值表、表达式、逻辑图），并会相互转换。,(1)(54),D,=(0101,0100),8421,=(1011,0100),2421,(2)(87.15),D,=(1000,0111.0001,0101),8421,=(1110,1101.0001,1011),2421,(3)(239.03),D,=(0010,0011,1001.0000,0011),8421,=(0010,0011,1111.0000,0011),2421,基本定律和恒等式,第二章 逻辑门电路,基本要求,1.,正确理解以下基本概念：,推拉式输出、线与、高阻态。,2.,熟练掌握各种门电路的逻辑功能。,3.,熟悉各种门电路的结构、工作原理、主要参数及应用中注意的问题。,电路如图所示，试用表格方式列出各门电路的名称，输出逻辑表达式以及当,ABCD,=1001,时，各输出函数的值。,第三章 组合逻辑电路的分析与设计,基本要求,1.,正确理解以下基本概念：逻辑变量、逻辑函数、“与、或、非”基本逻辑关系、竞争冒险。,2.,熟练掌握逻辑函数的几种常用的表示方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、卡诺图。并能熟练的相互转换。,3.,熟练掌握逻辑代数基本定律、基本运算规则，能够熟练用其对逻辑函数进行代数化简及表达式转换。,4.,熟练掌握卡诺图化简法。,5.,熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。,基本逻辑关系小结,逻辑 符号 表示式,与,&,A,B,Y,A,B,Y,1,或,非,1,Y,A,Y=AB,Y=A+B,与非,&,A,B,Y,或非,A,B,Y,1,异或,=1,A,B,Y,Y=A,B,组合逻辑电路的分析步骤：,组合逻辑电路分析方法,1,、由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；,2,、化简和变换逻辑表达式；,3,、列出真值表；,4,、根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。,根据已知逻辑电路，经分析确定电路的的逻辑功能。,1,、逻辑抽象（约定）：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义；,2,、,根据逻辑描述列出真值表；,3,、,由真值表写出逻辑表达式,;,5,、,画出逻辑图。,4,、,根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式,一、组合逻辑电路的设计步骤,根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑功能的最简单逻辑电路。,组合逻辑电路的设计,设计一个故障指示电路，具体要求为：,（,1,）两台电动机同时工作时，绿灯亮；,（,2,）一台电动机发生故障时，黄灯亮；,（,3,）两台电动机同时发生故障时，红灯亮。,解,1.,设定,A,、,B,分别表示两台电动机这两个逻辑变量，,F,绿、,F,黄、,F,红分别表示绿灯、黄灯、红灯；且用,0,表示电动机正常工作，,1,表示电动机发生故障；,1,表示灯亮，,0,表示灯灭。,2.,建立真值表,按设计要求可得真值表,A,B,F,绿,F,黄,F,红,0,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,3.,根据真值表求得输出逻辑函数的表达式,4.,化简上述逻辑函数表达式，并转换成适当的形式。由于上述逻辑函数的表达式都是最简了，所以不用再化简。,5.,根据逻辑函数表达式画出逻辑电路图。,第三章 组合逻辑模块及其应用,基本要求,1.,熟练掌握译码器、编码器、数据选择器、数值比较器的逻辑功能及常用中规模集成电路的应用。,2.,熟练掌握半加器、全加器的逻辑功能，设计方法。,3.,正确理解以下基本概念：,编码、译码、组合逻辑电路、时序逻辑电路。,用译码器实现逻辑函数的步骤,1.,写出逻辑函数的最小项和的形式；,2.,将逻辑函数的最小项和的表达式变换成与非与非式；,3.,画出接线图。,4.,如果函数为,4,变量函数，用,3/8,线译码器实现，则需先用两片,3/8,线译码器扩展成,4/16,线译码器，在此基础上进行以上步骤。,例,1,试用译码器和门电路实现逻辑函数：,解：,将逻辑函数转换成最小项表达式，,再转换成与非,与非形式。,=,m,3,+,m,5,+,m,6,+,m,7,=,用一片,74138,加一个与非门,就可实现该逻辑函数。,利用,8,选,1,数据选择器组成函数产生器的一般步骤,a,、将函数变换成最小项表达式,b,、使器件处于使能状态,c,、地址,信号,S,2,、,S,1,、,S,0,作为函数的输入变量,d,、处理数据输入,D,0,D,7,信号电平。逻辑表达式中有,m,i,则相应,D,i,=1,，其他的数据输入端均为,0,。,要实现的逻辑函数中的变量个数与数据选择器的地址输入端,的个数相同，将变量与数据选择器的地址输入端一一对应即可。,如果要实现的逻辑函数中的变量个数与数据选择器的地址输入端的个数不同，不能用前述的简单办法。应分离出多余的变量，把它们加到适当的数据输入端。,例,2,试用,8,选,1,数据选择器,74X151,实现单输出组合逻辑函数,解法一,：,其中：,S,2,=A,S,1,=B,S,0,=C,比较,Y,与,L,，当,D,5,=,D,7,=1,D,0,=,D,1,=,D,2,=,D,4,=0,时,Y,=,L,由译码器,74138,和,8,选,1,数据选择器,74151,组成如图所示的逻辑电路。,X,2,X,1,X,0,及,Z,2,Z,1,Z,0,为两个三位二进制数。试分析电路的逻辑功能。,试用,8,选,1,数据选择器,74151,和门电路设计一个四位二进制码奇偶校验器。要求当输入的四位二进制码中有奇数个,1,时，输出为,1,，否则为,0,。,解 设四位二进制码,ABCD,为输入逻辑变量，校验结果,L,为输出逻辑变量。所对应的奇偶校验器的逻辑关系真值表。,A B C D,L,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,1 0 1 0,1 0 1 1,1 1 0 0,1 1 0 1,1 1 1 0,1 1 1 1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0,第四章 触发器,基本要求,1.,熟练掌握各类触发器的逻辑功能（功能表、特性方程、状态转换图、驱动表）。,2.,熟练掌握各种不同结构的触发器的触发特点，并能够熟练画出工作波形。,3.,熟悉触发器的主要参数。,4.,熟悉各类触发器间的相互转换。,5.,了解各类触发器的结构和工作原理。,1,写出图示各电路的状态方程。,2,触发器的状态转换图如图所示，写出该触发器的特性方程，如用,JK,触发器实现同样的功能，写出相应的逻辑关系表达式，并画出电路图。,第五章 时序逻辑电路,基本要求,1.,正确理解以下基本概念：组合逻辑电路、时序逻辑电路、同步和异步、计数和分频。,2.,熟练掌握二进制、十进制计数器的工作原理、逻辑功能；二进制计数器的设计方法。,3.,了解时序逻辑电路的分析方法和设计方法。,时序逻辑电路,分析,的一般步骤,:,1.,观察电路的结构，,确定电路是同步时序逻辑电路还是异步时序逻辑电路，是米里型电路还是莫尔型电路。,.,确定电路的逻辑功能,.,3.,列出状态转换表或画出状态图和波形图；,2.,根据给定的时序电路图,写出下列各逻辑方程式：,(1),写出各触发器的时钟方程。,(2),写出时序逻辑电路的输出方程。,(3),写出各触发器的驱动方程。,(4),将各触发器的驱动方程代入其特性方程，求得各触发器的次态方程,.,设计同步时序逻辑电路的一般步骤,同步时序电路的设计过程,(1,),根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表,(2),状态化简,-,求出最简状态图,；,合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简,等价状态,：,在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。,明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量,和输出变量的数目和符号。,找出所有可能的状态和状态转换之间的关系。,根据原始状态图建立原始状态表。,(3),状态编码（状态分配）；,(4),选择触发器的类型,(6),画出逻辑图并检查自启动能力。,给每个状态赋以二进制代码的过程。,根据状态数确定触发器的个数，,(5),求出电路的激励方程和输出方程,；,（,M:,状态数,;n:,触发器的个数）,2,n,-1,M,2,n,选取编码方案的原则应有利于所选触发器的驱动方程及电路输出方程的简化和电路的稳定,例,设计一个串行数据检测器。对它的要求是：连续输入,3,个或,3,个以上的,1,时输出为,1,其它情况下输出为,0.,解：设输入数据为输入变量，用,X,表示；检测结果为输出变量，用,Y,表示，其状态转换表为,其中,S,0,为没有,1,输入的以前状态，,S,1,为输入一个,1,以后的状态，,S,2,为输入两个,1,以后的状态，,S,3,为连续输入,3,个或,3,个以上,1,的状态。,由状态表可以看出，,S,2,和,S,3,为等价状态，可以合并成一个。,其化简后状态图为,由于电路的状态为,3,个，故,M,3,应取触发器的数目为,n,2.,取,00,、,01,和,10,分别对应,S,0,、,S,1,和,S,3,若选定的触发器为,JK,触发器，则其输出端的卡诺图为,分开的卡诺图为,化简后电路的状态方程为,可得驱动方程为,输出方程为,其对应的逻辑电路如图,5.4.3,所示,其状态转换图为,由状态转换图可知，此电路可以自启动。,时序逻辑电路的自启动设计,前一节的时序电路设计中，电路的自启动检查是在最后一步进行的，如果不能自启动，还要返回来从新修改设计。如果在设计过程中能够考虑自启动的问题，就可以省略检查自启动这一步骤了。,例,设计一七进制计数器，要求它能够自启动。已知该计数器的状态转换图及状态编码如图,5.4.4,所示。,解：,由所给的状态图得出电路次态的卡诺图为,各个输出端的卡诺图为,则输出端的状态方程为,由于进位信号是在,011,状态译出，故输出方程为,注意：,在上述合并,1,中，如果将,项圈入，则当作,1,处理；否则作,0,处理。这就是无形中给无效状态（,）指定了次态。如果想电路自启动，必须是无效状态的次态应改为有效状态。,前面所得的电路状态方程都是没包含,，也就是将它取成,000,仍是无效状态，电路则不会自启动。如果将,取成有效状态则电路就会自启动。若修改,Q,2,n,1,的卡诺图如下,那么电路的状态方程改为,若由,JK,触发器构成，则应将上述状态方程改写成,JK,触发器特性方程的标准形式，即,则驱动方程为,根据驱动方程和输出方程可画出七进制计数器的逻辑电路如图,5.4.5,所示。,它的状态转换图为,故电路可以自启动。,注：修改输出端逻辑式时，也可以修改其它两端，这视得到的状态方程最简而定。,注意：在无效状态不止一个的情况下，为保证电路能够自启动，必须使每个无效状态都能直接或间接地转为某一有效状态。,第五章 时序逻辑电路,基本要求,1.,熟悉常用中规模集成计数器的逻辑功能及应用。,2.,熟练掌握计数器的分析方法。,3.,熟悉寄存器的工作原理、逻辑功能。,带引脚名的逻辑符号,带引脚名的逻辑符号,带引脚名的逻辑符号,用,RCO,端来实现,完整状态转换图,试分别用以下方法设计一个七进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74163,的同步清零功能；（,3,）利用,74161,的同步置数功能。,试分别用以下方法设计一个七进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74163,的同步清零功能；（,3,）利用,74161,的同步置数功能。,试分别用以下方法设计一个七进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74163,的同步清零功能；（,3,）利用,74161,的同步置数功能。,74161,试分别用以下方法设计一个,82,进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74160,的异步清零功能；（,3,）利用,74160,的同步置数功能。,试分别用以下方法设计一个,82,进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74160,的异步清零功能；（,3,）利用,74160,的同步置数功能。,试分别用以下方法设计一个,82,进制计数器：,（,1,）利用,74290,的异步清零功能；（,2,）利用,74160,的异步清零功能；（,3,）利用,74160,的同步置数功能。,第六章 脉冲波形的产生与整形,基本要求,1.,熟练掌握,555,定时器的结构及功能。,2.,熟练掌握,555,定时器构成的三种基本脉冲电路（单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器）的结构、工作原理、主要参数的计算。会分析,555,定时器应用电路的工作原理。,R,1,R,2,（,3,）电路振荡周期,T,T,=,T,1,+,T,2,=0.7(,R,1,+2,R,2,),C,（,4,）电路振荡频率,f,振荡频率,占空比,第七章 半导体存储器,基本要求,1.,熟悉随机存取存储器（,RAM,）的工作原理。,2.,熟悉典型,RAM,的功能及容量扩展的方法。,3.,熟悉只读存储器（,ROM,）的结构、工作原理。,4.,熟悉常用,EPROM,的的功能及应用。,1.,指出下列存储系统各具有多少个存储单元，至少需要几条地址线和数据线。,（,1,）,64K1;,（,2,）,256K4;,（,3,）,1M1;,（,4,）,128K8,解（,1,）,2,16,1,个存储单元，至少需要,16,条地址线和,1,条数据线。,（,2,）,2,18,4,个存储单元，至少需要,18,条地址线和,4,条数据线。,（,3,）,2,20,1,个存储单元，至少需要,20,条地址线和,1,条数据线。,（,4,）,2,17,8,个存储单元，至少需要,17,条地址线和,8,条数据线。,2.,设存储器的起始地址全为,0,，试指出下列存储系统的最高地址为多少？（,1,）,2K1,（,2,）,16K4,（,3,）,256K32,解 （,1,）,(7FF)H,（,2,）,(3FFF)H,（,3,）,(3FFFF)H,第九章 数模与模数转换电路,基本要求,1.,了解,D/A,转换器的电路结构及工作原理。,2.,了解,D/A,转换器的主要技术指标。,3.,了解,A/D,转换器的电路结构和工作原理。,4.,了解,A/D,转换器的主要技术指标。,