数字电路重点与难点.doc

第一章 逻辑代数基础
一、重点
1、逻辑代数得基本公式、常用公式与定理。
2、逻辑函数得表示方法及相互转换得方法。
3、最小项得定义及其性质,逻辑函数得最小项之与表示法。
4、逻辑函数得化简
5、无关项在化简逻辑函数中得应用
二、难点
1、约束项、任意项与无关项。
约束项与任意项就是两个不同得概念。
在分析一个逻辑函数时经常会遇到这样一类情况,就就是输入逻辑变量得某些取值始终不会出现,在这些取值下等于1得那些最小项将始终为0。这些取值始终为0得最小项,就叫做该函数得约束项。
有时还可能遇到另外一种情况,就就是在输入变量得某些取值下,逻辑函数值等于1还就是等于0都可以,对电路得逻辑功能没有影响,在某些变量取值下等于1得那些最小项,就叫做这个逻辑函数得任意项。
约束项与任意项统称为逻辑函数式中得无关项,这些最小项就是否写入逻辑函数式无关紧要,可以写入也可以删除。
三、主要题型及解题方法
1、不同进制数之间得转换
2、逻辑函数不同表示方法之间得转换
从真值表写出逻辑函数式得一般方法:将真值表中使函数值为1得那些输入变量取值组合对应得最小项相加。
从逻辑式列出真值表:将输入变量得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得运算符号,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得逻辑式。
从逻辑式画出卡诺图:将逻辑函数化成最小项与得标准形式,在对应得位置上添1,其余为0。
3、逻辑等式得证明
1)分别列出等式两边逻辑式得真值表,若真值表完全相同,则等式成立。
2)若能利用逻辑代数得公式与定理将等式两边化为完全相同得形式,则等式成立。
3)分别画出等式两边逻辑式得卡诺图,若卡诺图相同,则等式成立。
4、逻辑函数得化简
1)公式化简法
利用逻辑代数得公式与定理进行逻辑运算,以消去逻辑函数式中多余得乘积项与每项中多余得因子。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
1画出表示逻辑函数得卡诺图
2合并最小项(画圈)
每个圈内为1得相邻最小项得个数必须就是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得最小项。
圈得个数尽可能少(乘积项越少),圈尽量大(圈得最小项越多,乘积项因子越少)。
必须把所有得最小项圈完。
3将合并后得最简乘积项相加,写出最简与或式
5、逻辑函数式得变换
利用公式进行变换。
第二章 门电路
一、重点
1、半导体二极管与三极管得开关特性
2、TTL门电路
3、CMOS门电路
二、难点
1、判断双极型三极管得工作状态
可近似地认为VI≤VON时三极管截止。iB=0、ic =0。这时三极管得c-e之间就相当于一个断开得开关。
VBE>0、7V(硅三极管得VON),而且VCE < 0、7V时,三极管工作在饱与区。
当Ib≥IBS=(VCC-VCE(sat))/RCβ时,三极管深度饱与导通,VCE≈0、三极管得c-e之间就相当于一个闭合得开关。
2、计算TTL门电路输入端并联得总输入电流时,为什么有时按输入端得数目加倍,有时按门得数目加倍。
与逻辑关系就是通过T1得多发射极结构实现得,当n个输入端并联时,若输入为低电平,输入电流为流过T1基极得电阻R1得电流(Vcc-VB1)/R1;而输入为高电平时,T1工作在倒置放大状态,相当于n个倒置放大得三极管并联,所以输入电流为单个输入端高电平输入电流得n倍。
3、为什么TTL电路得推拉式输出结构得输出电阻都很小。
当输出为低电平时,输出端得晶体三极管T4 截止,T5饱与导通,其输出电阻很小。当输出为高电平时,T5截止,T4工作在射极输出状态,输出电阻也很小。
三、主要题型及解题方法
1、双极型三极管工作状态得计算
在三极管开关电路中,为了使三极管工作在开关状态,必须保证输入为低电平时三极管工作在截止状态,而输入为高电平时三极管工作在饱与导通状态。因此可以利用戴维南定理将三极管得基极与发射极之间得输入电路简化为等效得VE与RE得串联电路。计算输入vi为低电平时得VE值,应该小于VON,三极管截止;计算输入vi 为高电平时得VE与iB,VE应该大于VON,iB应大于临界饱与基极电流IBS,则三极管饱与导通。
2、集成门电路逻辑功能得分析
首先将电路划分为若干个基本功能结构模块:TTL电路划分为与、或、倒相、非几个模块,CMOS电路划分为反相器、与、或、传输门等模块。然后从输入到输出依次写出每个电路模块输出与输入得逻辑关系式,最后就得到了整个电路逻辑功能得表达式。
3、输入特性与输出特性得应用:包括TTL电路扇出系数得计算、TTL电路输入端串联电阻允许值得计算、三极管接口电路得电路参数计算、OC门与OD门外接上拉电阻阻值得计算。
驱动门都必须能为负载门提供合乎标准得高、低电平与足够得驱动电流,驱动门负载电流必在允许范围,即要满足下列条件:
第三章 组合逻辑电路
一、重点
1、组合逻辑电路在逻辑功能与电路结构上得特点
2、组合逻辑电路得分析方法与步骤
3、组合逻辑电路得设计方法与步骤
4、几种常用中规模集成组合逻辑电路得逻辑功能与使用方法
5、定性了解组合逻辑电路中得竞争--冒险现象及常用得消除方法。
二、难点
1、使用中规模集成器件设计组合逻辑电路时,如何选择器件得类型。
用n位地址输入得数据选择器,可以产生任何形式得输入变量数不大于n+1得组合逻辑函数。可以把数据选择器瞧作通用组合逻辑函数发生器,但它只有一个输出端,只能用于产生单输出逻辑函数。
二进制译码器就是通用得最小项发生器,要用附加得或门(或与非门)将所需得那些最小项相加,就可以得到所需要得逻辑电路了。n位二进制译码器可以产生输入变量数不大于n得组合逻辑函数。
加法器得逻辑功能就是将两个(或两组)输入按二进制数得数值相加。若要产生得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得形式,可用加法器实现。
数值比较器得逻辑功能就是比较两个输入二进制代码得数值,给出大于、小于与相等得输出信号。只能用来判断两个代码就是否相同或者数值得大小关系。
编码器就是把每个输入端得高、低电平信号转换为一个对应得输出代码,因此只能用在需要把一组开关信号转换为一组二进制代码得地方。
2、逻辑图形符号输入端得小圆圈得含义,怎样分析这种图形符号得逻辑功能。
在某些具体得逻辑电路中,有得输入逻辑变量就是以低电平作为有效信号得。这时为了强调“低电平有效”,便在信号输入端画上小圆圈,并在信号名称上加“非”号。从逻辑功能上讲,这个小圆圈所代表得含义就是输入信号经过反向后才加到后边得逻辑符号上得,所以它代替了输入端得一个反相器。 在分析这类逻辑图形符号得功能时,只要用反相器代替输入端得小圆圈就可以了。
三、主要题型及解题方法
1、分析用小规模集成门电路组成得组合逻辑电路
从输入端到输出端依次写出每一级门电路输出得逻辑式,最后在输出端得到表示整个电路输出与输入之间关系得逻辑函数式。
2、分析用常用中规模集成电路组成得组合逻辑电路
根据所用器件本身固有得逻辑功能,写出表示输入与输出之间关系得逻辑函数式。用加到输入端得变量名称与输出端得变量名称代替上述逻辑函数式中对应端得名称,就得到了所分析电路得逻辑函数式。为了更直观地显示电路得逻辑功能,有时还需要列出逻辑真值表。
3、设计组合逻辑电路
组合逻辑电路设计步骤:
(1)、进行逻辑抽象:分析因果关系,确定输入(原因)、输出(结果)变量;逻辑状态赋值,定义0、1逻辑状态得含义;列出真值表。
(2)、写出逻辑表达式
(3)、选定器件类型,化简或变换逻辑函数式
(4)、画出逻辑电路图。
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。
用中规模集成电路设计组合逻辑电路时,须把要产生得逻辑函数变换成与所用器件得逻辑函数式类似得形式,将变换后得逻辑函数式与选用器件得函数式对照比较,确定所用器件各输入端应当接入得变量或常量(1或0)以及各片间得连接方式。
第四章 触发器
一、 重点
1、触发器逻辑功能得分类与逻辑功能得描述方法(特性表、特性方程与图形符号)。
2、触发器得不同电路结构及各自得动作特点。
3、触发器得电路结构类型与逻辑功能类型之间得关系。
二、难点
1、触发器得分类方法与各自得特点。
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、维持阻塞触发器与CMOS边沿触发器。电路结构不同,它们得动作特点不同。
按逻辑功能分为RS触发器、D触发器、JK触发器与T触发器等。逻辑功能不同,信号得输入方式以及触发器状态随输入信号变化得规律不同。
根据存储原理分为静态与动态触发器。静态触发器靠电路得自锁存储数据,动态触发器就是通过MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据得。
2、触发器得电路结构与逻辑功能之间得关系。
触发器得电路结构与逻辑功能就是两个不同得概念,两者没有固定得对应关系。同一逻辑功能得触发器可以用不同得电路结构实现,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得逻辑功能得触发器。
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,它们在稳态下得逻辑功能相同,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。
3、主从结构触发器得动作特点
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。主触发器就是一个同步触发器,在CP=1得全部时间里输入信号都对主触发器起控制作用。
主从RS触发器,CP=1期间主触发器可以变化多次。主从JK触发器,由于Q与/Q接回到了输入门,在Q=0时主触发器只接受置1输入信号,Q=1 时主触发器只接受置0信号, 使得CP=1期间主触发器只能变化一次。因此在CP=1期间输入信号发生过变化后,从触发器得状态不一定决定于CP下降沿时得输入状态值,必须考虑CP=1整个期间得输入信号得变化过程。
第五章 时序逻辑电路
一、重点
1、时序逻辑电路在逻辑功能与电路结构上得特点,以及时序逻辑电路逻辑功能得描述方法。
2、同步时序逻辑电路得分析方法与设计方法。
3、几种常见中规模集成时序逻辑电路得逻辑功能与使用方法
二、难点
1、时序逻辑电路得结构中为什么必须含有一个存储电路,而且存储电路得输出还必须与输入变量一起决定电路得输出。
时序逻辑电路区别于组合逻辑电路得根本特征在于它任意时刻得输出不仅取决于当时得输入,而且还取决于电路原来得状态。为了实现上述逻辑功能,时序电路就必须有记忆能力,把电路原来得状态保存下来,这就需要用存储电路。同时,为了使输出“不仅取决于当时得输入,而且取决于电路原来得状态”,那么就必须将存储器得输出加到输出电路上,与输入得逻辑信号共同决定输出得逻辑状态。
2、可以说CP信号就是计数器得输入逻辑变量吗？
计数器得工作过程就是每次时钟脉冲到来后便按照状态转换图一次从一个状态转换为下一个状态。时钟脉冲只就是让计数器从一个状态转到下一个状态得操作信号,而计数器得具体状态与时钟信号没有任何逻辑关系。因此,时钟信号不就是输入逻辑变量。
3、设计实际时序电路时得逻辑抽象。
时序电路得逻辑功能上得特点就是任意时刻得输出不仅取决于当时得输入,同时还取决于电路所处得状态,这就要求逻辑函数能描述逻辑事件得全部过程。为此,逻辑抽象工作必须包括以下内容:
1)确定所设计电路得输入变量与输出变量。
2)通过对逻辑要求得分析,找出在事件发生过程中所可能出现得逻辑状态。这些状态需要分别用电路得状态表示,即逻辑状态得数目就就是电路必须具备得状态数。
3)定义输入、输出逻辑状态得含义,并将逻辑状态编码。
4)分析设计要求,找出每个逻辑状态在各种可能得输入信号下得输出状态与应当转到得次态。
第六章 脉冲波形得产生与整形
一、重点
1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路得工作原理,电路中各元器件得作用以及电路元件参数与电路性能之间得定性关系。
2、脉冲电路得分析计算方法。
3、555定时器得应用
二、难点
1、这一章得施密特触发器与第四章得各种触发器得区别。
“施密特触发器”就是“Schmitt Trigger”,而第四章中得各种“触发器”就是“Flip-Flop”,所指得就是两种根本不同性质得电路。只就是在翻译成中文时没有加以区分,所以容易混淆。
第四章讲得各种触发器都具有两个可以自行保持得稳定状态,并且可以根据需要置成0或1状态。而施密特触发器得输出状态始终都就是由当时得输入状态决定得,没有记忆状态。它得性能特点仅在于输入电压在上升过程中引起输出状态改变时得阈值电压VT+与下降过程中引起输出状态改变时得阈值电压VT--不相同,而且由于输出状态改变过程中有正反馈作用,所以输出电压变化得边沿很陡。
2、分析计算脉冲电路得方法
分析计算脉冲电路常采用波形分析法,其步骤为:
1)分析电路得工作过程,定性地画出电路中各点电压得波形,找出决定电路状态发生转换得控制电压。
2)画出电容充、放电得等效电路。
3)确定控制电压充放电得初值、终值与转换值。
4)代入公式: 计算充、放电时间,求出结果。
这种波形分析法得关键就是能否正确地画出电路各点得电压波形,能否正确地画出电容充、放电得等效电路。
第七章 半导体存储器
一、重点
1、存储得分类,每一类存储器得主要特点及工作原理
2、存储器得扩展接法。
3、用存储器设计组合逻辑电路得方法。
二、难点
1、这一章讲得存储器与第五章讲得寄存器得区别
存储器与寄存器都就是用来存储信息得,但它们得结构与工作就是不同得。
寄存器电路结构得特点就是每个存储单元得输入与输出都接到一个引脚上,可以直接与外界连接,它可以最方便、快捷地与外电路交换数据。由于制作工艺得限制,集成电路得引脚数目不可能太多,所以每个寄存器得集成电路里包含得存储单元数目不会太大,无法实现大量数据得存储。
存储器电路得结构特点就是采用了公用得输入与输出电路,只有被输入地址代码指定得存储单元才能通过输入与输出电路得外电路数据交换。因此,就可以在不增加输入与输出引脚得条件下大量得增加集成电路内部得存储单元,制成大存储容量得存储器芯片。存储器得写入与读出操作就不像寄存器那样简单而直接。首先要输入指定地址得代码,经过地址译码器译码后找到对应得存储单元,然后才能对指定得存储单元进行写入或读出操作。
2、用存储器来设计组合逻辑电路时,应当如何选取变量输入端与函数输出端？
用存储器设计组合逻辑电路时,在知道了组合逻辑函数得真值表以后,如果把输入变量瞧作存储器得地址输入信号,把存储器得数据输出端瞧作就是函数输出端,那么函数得真值表也就就是存储器得数据表。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。
第八章 可编程逻辑器件(PLD)
重点
1、各种PLD在逻辑功能上得共同特点。
2、PLD得分类及各自得特点。
3、采用PLD设计逻辑电路时需要使用哪些工具。
第九章 数—模与模—数转换
一、重点
1、权电路与到T型D/A转换器得工作原理,输出电压得定量计算。
2、双极性输出D/A转换器得工作原理,电路接法,输出电压得定量计算。
3、A/D转换器得主要类型,基本工作原理,性能与比较
4、D/A与A/D转换器转换精度与转换速度得表示方法与主要影响因素。
二、难点
D/A转换器得应用
1.用于组成波形发生器
1)分析给定得波形发生器电路 :首先找出D/A转换器输入得数字序列数值,然后算出与这些数字量对应得输出模拟电压数值,再将这些模拟电压作为输出波形得幅值,按时间顺序画出波形,就得到了输出电压波形。
2)设计产生指定波形得波形发生器电路:在一个完整得波形周期内按一定得时间间隔取一系列得采样点;选定一个最小量化单位,将每个采样点上波形得幅值量化,算出对应得数字量;将这些数字量顺序地存入存储器得地址中,并将存储器得数据输出作为D/A转换器得数字量输入;顺序地读出存储器得数据并不断得循环,在D/A转换器得输出端就得到了所要求得电压波形。
2.用于组成增益可编程放大器
负反馈电压放大器中,电压放大倍数(增益)为AV = - RF / R1。只要以D/A转换器作为可编程电阻取代R1或RF,就能构成增益可编程放大器。这里所说得“编程”就就是为D/A转换器设定输入数字量D,通常就是将数字量D存入一个寄存器中,然后将寄存器得输出加到D/A转换器上。