《數(shù)字電子技術(shù)》知識點

數(shù)字電子技術(shù)知識點第1章 數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1數(shù)字信號、模擬信號的定義2數(shù)字電路的分類3數(shù)制、編碼其及轉(zhuǎn)換要求：能熟練在10進制、2進制、8進制、16進制、8421BCD之間進行相互轉(zhuǎn)換。舉例1：（37.25）10= ( )2= ( )16= ( )8421BCD解：（37.25）10= (100101.01)2= ( 25.4)16= (00110111.00100101)8421BCD4基本邏輯運算的特點與運算：見零為零，全1為1；或運算：見1為1，全零為零；與非運算：見零為1，全1為零；或非運算：見1為零，全零為1；異或運算：相異為1，相同為零；同或運算：相同為1，相異為零；非運算：零變 1， 1變零；要求：熟練應(yīng)用上述邏輯運算。5數(shù)字電路邏輯功能的幾種表示方法及相互轉(zhuǎn)換。真值表（組合邏輯電路）或狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表（時序邏輯電路）：是由變量的所有可能取值組合及其對應(yīng)的函數(shù)值所構(gòu)成的表格。邏輯表達式：是由邏輯變量和與、或、非3種運算符連接起來所構(gòu)成的式子?？ㄖZ圖：是由表示變量的所有可能取值組合的小方格所構(gòu)成的圖形。邏輯圖：是由表示邏輯運算的邏輯符號所構(gòu)成的圖形。波形圖或時序圖：是由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對應(yīng)的輸出函數(shù)值的高、低電平所構(gòu)成的圖形。狀態(tài)圖（只有時序電路才有）：描述時序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖。要求：掌握這五種（對組合邏輯電路）或六種（對時序邏輯電路）方法之間的相互轉(zhuǎn)換。6邏輯代數(shù)運算的基本規(guī)則反演規(guī)則：對于任何一個邏輯表達式Y(jié)，如果將表達式中的所有“”換成“”，“”換成“”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，原變量換成反變量，反變量換成原變量，那么所得到的表達式就是函數(shù)Y的反函數(shù)Y（或稱補函數(shù)）。這個規(guī)則稱為反演規(guī)則。對偶規(guī)則：對于任何一個邏輯表達式Y(jié)，如果將表達式中的所有“”換成“”，“”換成“”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，而變量保持不變，則可得到的一個新的函數(shù)表達式Y(jié)，Y稱為函Y的對偶函數(shù)。這個規(guī)則稱為對偶規(guī)則。要求：熟練應(yīng)用反演規(guī)則和對偶規(guī)則求邏輯函數(shù)的反函數(shù)和對偶函數(shù)。舉例3：求下列邏輯函數(shù)的反函數(shù)和對偶函數(shù)：解：反函數(shù)：對偶函數(shù)：7邏輯函數(shù)化簡（1）最小項的定義及應(yīng)用；（2）二、三、四變量的卡諾圖。要求：熟練掌握邏輯函數(shù)的兩種化簡方法。公式法化簡：邏輯函數(shù)的公式化簡法就是運用邏輯代數(shù)的基本公式、定理和規(guī)則來化簡邏輯函數(shù)。舉例4：用公式化簡邏輯函數(shù)：解：舉例5：用公式法化簡邏輯函數(shù)為最簡與或式：解：舉例6：用公式法化簡邏輯函數(shù)為最簡與或式：解： =0 圖形化簡：邏輯函數(shù)的圖形化簡法是將邏輯函數(shù)用卡諾圖來表示，利用卡諾圖來化簡邏輯函數(shù)。（主要適合于3個或4個變量的化簡）舉例7：用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)： 解：畫出卡諾圖為則舉例8：已知邏輯函數(shù)，約束條件為。用卡諾圖化簡。00最簡邏輯表達式為第2章 邏輯門電路(1)基本概念1）數(shù)字電路中晶體管作為開關(guān)使用時，是指它的工作狀態(tài)處于飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)。2）TTL門電路典型高電平為3.6 V，典型低電平為0.3 V。3）OC門和OD門具有線與功能。4）三態(tài)門電路的特點、邏輯功能和應(yīng)用。高阻態(tài)、高電平、低電平。5）門電路參數(shù)：噪聲容限VNH或VNL、扇出系數(shù)No、平均傳輸時間tpd。6）OC門（集電極開路門）的主要應(yīng)用。7）三態(tài)門的主要應(yīng)用。8）門電路多余輸入端的處理。要求：掌握八種邏輯門電路的邏輯功能；掌握OC門和OD門，三態(tài)門電路的邏輯功能；能根據(jù)輸入信號畫出各種邏輯門電路的輸出波形。舉例9：畫出下列電路的輸出波形。解：由邏輯圖寫出表達式為：，則輸出Y見上。舉例10：P91，作業(yè)2.7、2.8.第3章 組合邏輯電路1常用組合邏輯部件的作用和特點2會用組合邏輯部件設(shè)計邏輯函數(shù)要求：掌握編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、半加器、全加器的定義，功能和特點，以及應(yīng)用。舉例11：能對兩個1位二進制數(shù)進行相加而求得和及進位的邏輯電路稱為半加器。第4章 觸發(fā)器1）觸發(fā)器的的概念和特點：觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元。其具有如下特點：它有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)，即兩個穩(wěn)態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換；當輸入信號消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。具有記憶功能2）不同邏輯功能的觸發(fā)器的特性方程為：RS觸發(fā)器：，約束條件為：RS0，具有置0、置1、保持功能。JK觸發(fā)器：，具有置0、置1、保持、翻轉(zhuǎn)功能。D觸發(fā)器： ，具有置0、置1功能。T觸發(fā)器： ，具有保持、翻轉(zhuǎn)功能。T觸發(fā)器： (計數(shù)工作狀態(tài))，具有翻轉(zhuǎn)功能。要求：能根據(jù)觸發(fā)器（重點是JK-FF和D-FF）的特性方程熟練地畫出輸出波形。舉例12：已知J，K-FF電路和其輸入波形，試畫出第5章 時序邏輯電路1常用時序邏輯部件的作用和特點時序邏輯部件：計數(shù)器、寄存器。2同步時序邏輯電路的設(shè)計方法3用中規(guī)模集成電路設(shè)計時序邏輯電路要求：掌握編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、半加器、全加器的定義，功能和特點，以及應(yīng)用。第6章 半導(dǎo)體存儲器與可編程邏輯器件1.半導(dǎo)體存儲器的分類、基本結(jié)構(gòu)、工作原理；2半導(dǎo)體存儲器的使用方法，半導(dǎo)體存儲器擴展存儲容量的方法，可編程邏輯器件PLD、PAL、GAL的分類、基本結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法，可編程邏輯器件的編程方法和在系統(tǒng)可編程技術(shù)。要求：掌握半導(dǎo)體存儲器的分類、基本結(jié)構(gòu)、工作原理，掌握可編程邏輯器件PLD、PAL、GAL的分類、基本結(jié)構(gòu)、基本功能；掌握半導(dǎo)體存儲器和可編程邏輯器件的編程方法。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形1)施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。要求：會根據(jù)輸入波形畫輸出波形。特點：具有滯回特性，有兩個穩(wěn)態(tài)，輸出僅由輸入決定，即在輸入信號達到對應(yīng)門限電壓時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，沒有記憶功能。2)多諧振蕩器是一種不需要輸入信號控制，就能自動產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路。特點：沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，且兩個暫穩(wěn)態(tài)能自動轉(zhuǎn)換。3)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入負脈沖作用下，產(chǎn)生定時、延時脈沖信號，或?qū)斎氩ㄐ握?。特點：電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。要求：熟練掌握555定時器構(gòu)成的上述電路，并會求有關(guān)參數(shù)（脈寬、周期、頻率）和畫輸出波形。舉例7：已知施密特電路具有逆時針的滯回特性，試畫出輸出波形。解：第8章 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器1）A/D和D/A轉(zhuǎn)換器概念：模數(shù)轉(zhuǎn)換器：能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。由采樣、保持、量化、編碼四部分構(gòu)成。數(shù)模轉(zhuǎn)換器：能將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。由基準電壓、變換網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、反向求和構(gòu)成。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。2）D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率分辨率用輸入二進制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進制代碼狀態(tài)，能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示。舉例8：10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：3）A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。舉例9：輸入模擬電壓的變化范圍為05V，輸出8位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2820mV；而輸出12位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2121.22mV。典型題型總結(jié)及要求（一）分析題型1組合邏輯電路分析：分析思路：由邏輯圖寫出輸出邏輯表達式； 將邏輯表達式化簡為最簡與或表達式；由最簡與或表達式列出真值表；分析真值表，說明電路邏輯功能。要求：熟練掌握由門電路和組合邏輯器件74LS138、74LS153、74LS151構(gòu)成的各種組合邏輯電路的分析。舉例11：分析如圖邏輯電路的邏輯功能。解：由邏輯圖寫出輸出邏輯表達式將邏輯表達式化簡為最簡與或表達式由最簡與或表達式列出真值表分析真值表，說明電路邏輯功能當輸入A、B、C中有2個或3個為1時，輸出Y為1，否則輸出Y為0。所以這個電路實際上是一種3人表決用的組合邏輯電路：只要有2票或3票同意，表決就通過。2時序邏輯電路分析：分析思路： 由電路圖寫出時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程； 將驅(qū)動方程代入觸發(fā)器的特征方程，確定電路狀態(tài)方程；分析計算狀態(tài)方程，列出電路狀態(tài)表；由電路狀態(tài)表畫出狀態(tài)圖或時序圖；分析狀態(tài)圖或時序圖，說明電路邏輯功能。要求：熟練掌握同步時序電路，比如同步加法計數(shù)器、減法計數(shù)器、環(huán)形計數(shù)器、扭環(huán)形計數(shù)器的分析。舉例12：如圖所示時序邏輯電路，試分析它的邏輯功能，驗證是否能自啟動，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖。解：時鐘方程為：CP0=CP1=CP激勵方程為： 將激勵方程代入J-K-FF的特性方程可得狀態(tài)方程為由狀態(tài)方程做出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為：0 0010 1101 0001 100則狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖為： 可見電路具有自啟動特性，這是一個三進制計數(shù)器。 （二）設(shè)計題型1組合邏輯電路設(shè)計：設(shè)計思路： 由電路功能描述列出真值表； 由真值表寫出邏輯表達式或卡若圖；將表達式化簡為最簡與或表達式；實現(xiàn)邏輯變換，畫出邏輯電路圖。要求：熟練掌握用常用門電路和組合邏輯器件74LS138、74LS153、74LS151設(shè)計實現(xiàn)各種組合邏輯電路。舉例13：某汽車駕駛員培訓(xùn)班進行結(jié)業(yè)考試，有三名評判員，其中A為主評判員，B和C為副評判員，在評判時按照服從多數(shù)原則通過，但主評判員認為合格也通過，試用與非門實現(xiàn)該邏輯電路。（或用74138、74151、74153實現(xiàn)）解：由題意可作出真值表為：用卡諾圖化簡為A B CY0 0 000 0 100 1 000 1 111 0 011 0 111 1 011 1 11則輸出邏輯表達式為 用與非門實現(xiàn)邏輯電路圖為：2時序邏輯電路設(shè)計：設(shè)計思路：由設(shè)計要求畫出原始狀態(tài)圖或時序圖；簡化狀態(tài)圖，并分配狀態(tài)；選擇觸發(fā)器類型，求時鐘方程、輸出方程、驅(qū)動方程；畫出邏輯電路圖；檢查電路能否自啟動。要求：熟練掌握同步時序電路，比如同步加法計數(shù)器、減法計數(shù)器的設(shè)計實現(xiàn)。舉例14：設(shè)計一個按自然態(tài)序變化的7進制同步加法計數(shù)器，計數(shù)規(guī)則為逢七進1，產(chǎn)生一個進位輸出。解：建立原始狀態(tài)圖：簡化狀態(tài)圖，并分配狀態(tài)：已經(jīng)是最簡，已是二進制狀態(tài)；選擇觸發(fā)器類型，求時鐘方程、輸出方程、驅(qū)動方程：因需用3位二進制代碼，選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。由于要求采用同步方案，故時鐘方程為：輸出方程：狀態(tài)方程：畫出電路圖檢查電路能否自啟動：將無效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計算：可見111的次態(tài)為有效狀態(tài)000，電路能夠自啟動。3集成計數(shù)器和寄存器的應(yīng)用：構(gòu)成N進制計數(shù)器，構(gòu)成環(huán)形計數(shù)器和扭環(huán)形計數(shù)器。要求：熟練掌握74LS160、74LS161、74LS162、74LS163四種集成計數(shù)器應(yīng)用，比如分析或設(shè)計N進制計數(shù)器；熟練掌握74LS194應(yīng)用，比如分析或設(shè)計環(huán)形計數(shù)器和扭環(huán)形計數(shù)器。1.用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進置計數(shù)器（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進制代碼。（2）求歸零邏輯，即求同步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達式。（3）畫連線圖。2.用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進置計數(shù)器（1）寫出狀態(tài)SN的二進制代碼。（2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達式。（3）畫連線圖。舉例15：用74LS161來構(gòu)成一個十二進制計數(shù)器。解：(1)用異步清零端歸零：SNS121100則電路為：注：這里D0D3可隨意處理。(2)用同步置數(shù)端歸零：SNS111011則電路為：注：這里D0D3必須都接0。舉例16：用74LS160來構(gòu)成一個48進制同步加法計數(shù)器。解：因74LS160為同步十進制計數(shù)器，要構(gòu)成48進制同步加法計數(shù)器須用二片74LS160來實現(xiàn)，現(xiàn)采用異步清零實現(xiàn)： S48=01001000，取高位片的QC和低位片的QD作歸零反饋信號。即清零端歸零信號為：，則電路連線圖為：（三）計算和畫圖題型：要求：會分析電路工作原理，說明電路功能；會根據(jù)題意計算電路參數(shù)，或正確畫出電路波形。舉例17：如圖電路，完成下列問題：1)說明這是什么電路？2)求電路的輸出信號頻率f3)畫出VC及VO的波形。解：1) 這是一個由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。2) 其振蕩周期為則其頻率為 3)VC及VO的波形的波形為：三、基本概念練習(xí)一、判斷題1CMOS門電路為雙極型電路，而TTL門電路則為單極型電路。（ ）2.能夠?qū)崿F(xiàn)“線與”功能的門電路是OC門或OD門。（ ）3施密特觸發(fā)器的特點是只有一個穩(wěn)態(tài)，需在外加信號作用下才能由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。（ ）4在時鐘脈沖的控制下，根據(jù)輸入信號T不同情況，凡是具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，稱為T觸發(fā)器。（ ）5.某電路任意時刻的輸出不僅取決于當時的輸入信號，而且與電路的原狀態(tài)有關(guān)，該電路為時序邏輯電路。( )6.若集成555定時器的第4腳接低電平時，不管輸入信號為任意值，定時器始終輸出高電平。( )二、填空題：1（44375）10= 2 = 8 = 16 = 8421BCD。2Y=AB（C+D），它的反函數(shù)= ；對偶函數(shù)= 。3或非邏輯運算特點是 ，異或邏輯運算特點為 。4.n-2 n線譯碼器的輸入代碼為 個，輸出代碼為 個。5.就單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器而言，若要實現(xiàn)延時、定時的功能，應(yīng)選用 ；若要實現(xiàn)波形變換、整形的功能，應(yīng)選用 。6.一位二進制計數(shù)器可實現(xiàn) 分頻；n位二進制計數(shù)器，最后一個觸發(fā)器輸出的脈沖頻率是輸入頻率的 倍。三、選擇題1.八位二進制數(shù)所能表示的最大十進制數(shù)為( )。(a) 255 (b) 88 (c) 99 (d) 128 2.下圖中能實現(xiàn)邏輯運算的電路是( )。3.8421BCD十進制譯碼器，數(shù)字輸入信號端和數(shù)字輸出信號端分別有（ ）個。(a)4和16 (b) 3和8 (c) 3和10 (d) 4和10 4四個觸發(fā)器構(gòu)成十進制加法計數(shù)器，若觸發(fā)器輸出從低位至高位分別為Q0、Q1、Q2、Q3，則輸出進位信號C為( )(a) Q3Q1 (b) Q3Q2Q1Q0 (c) Q2Q1Q0 (d) Q3Q05能將輸入三角波信號轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號輸出的電路是( )。 (a) 多諧振蕩器 (b) AD轉(zhuǎn)換器(c) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (d) 施密特觸發(fā)器 6.若A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的變化范圍為05V，則輸出10位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為( ) (a)1.5mV (b)2.4mV (c)4.9mV (d)6.5mV