1、數(shù)字電子電路期末復(fù)習(xí)資料一、數(shù)字電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字集成電路根據(jù)所用晶體管結(jié)構(gòu)和工藝的不同，可以分為雙極型集成電路和金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）集成電路兩大類。前者的主要器件是雙極型晶體管；后者使用的主要器件是 MOS 場效應(yīng)管。循環(huán)碼又稱格雷碼。循環(huán)碼的構(gòu)成原則是：相鄰兩個(gè)代碼之間僅有一位取值不同。循環(huán)碼的特點(diǎn)是，在代碼傳輸?shù)倪^程中引起的誤差小。在數(shù)字電路中,1 位二進(jìn)制數(shù)碼0 和 1 不僅可以表示數(shù)值的大小,也可以表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。二、邏輯變量與邏輯代數(shù)反映事物邏輯關(guān)系的變量稱為邏輯變量。與非運(yùn)算是將變量A、 B 先進(jìn)行與運(yùn)算，再將與運(yùn)算的結(jié)果求反得到。同或運(yùn)算表示的邏輯關(guān)系是：

2、當(dāng)兩個(gè)輸入變量A、 B 取值相同時(shí)，輸出為1 ；取值相異時(shí)，輸出為0。邏輯代數(shù)與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算。代入規(guī)則代入規(guī)則：在任何一個(gè)邏輯等式中，如果將等式兩邊出現(xiàn)的所有同一變量都用一個(gè)函數(shù)代替之，則等式依然成立。利用代入規(guī)則可以把基本公式推廣為多變量的形式。反演規(guī)則反演規(guī)則：對于任意一個(gè)函數(shù)Y,如果將式中所有的與、或運(yùn)算對換，0、1對換，原變量、反變量對換，就得到函數(shù)Y的反函數(shù) Y。利用反演規(guī)則可以直接得到一個(gè)函數(shù)的反函數(shù)。對偶規(guī)則對偶規(guī)則：若兩個(gè)函數(shù)式相等，則它們的對偶式也相等。對于任意一個(gè)函數(shù) Y,如果將式中所有的與、或運(yùn)算對換，0、1對換，就得到一個(gè)新的表達(dá)式Y(jié)', 丫和Y&#

3、39;互為對偶式。一個(gè)邏輯函數(shù)可以用邏輯表達(dá)式、真值表、邏輯圖、波形圖、卡諾圖以及硬件描述語言來描述。邏輯圖是用邏輯符號(hào)表示邏輯關(guān)系的圖形表示方法。真值表轉(zhuǎn)換成邏輯表達(dá)式真值表轉(zhuǎn)換成邏輯表達(dá)式的一般步驟如下：（ 1）找出函數(shù)值為1 的變量取值組合，如表1-8 中的第行和第行。（ 2）將這些變量取值組合分別寫成乘積項(xiàng)：變量取值為1 的寫成原變量、為0 的寫成反變量。第 行可寫成 AB、第 行可寫成A Bo（ 3）將各乘積項(xiàng)相加，即為表示該真值表功能的邏輯表達(dá)式Y(jié)= AB+A B。最簡的與或式應(yīng)該是包含的 “與” 項(xiàng)個(gè)數(shù)最少，且每個(gè) “與” 項(xiàng)中所含的變量個(gè)數(shù)最少。最小項(xiàng)及其性質(zhì)在一個(gè)邏輯函數(shù) Y

4、=f （A, B, C）中，如果一個(gè)乘積項(xiàng)含有全部的變量A、B、C,且每個(gè)變量在乘積項(xiàng)中以原變量或以反變量的形式僅出現(xiàn)一次，那么，稱這個(gè)乘積項(xiàng)是函數(shù)Y 的最小項(xiàng)最小項(xiàng)有如下性質(zhì)：（ 1） 每個(gè)最小項(xiàng)只有一組變量取值使它的值為1 。 如最小項(xiàng)A BC 只有當(dāng) ABC 取值為001 時(shí)，最小項(xiàng) A BC 的值為 1 ，其它變量取值情況下，其值均為0。（ 2）任意兩個(gè)最小項(xiàng)的乘積為0。（ 3）全部最小項(xiàng)之和為1。（ 4）兩個(gè)相鄰的最小項(xiàng)之和可以合并成一項(xiàng)，并消去一對因子。卡諾圖是一種最小項(xiàng)方格圖，每一個(gè)小方格對應(yīng)一個(gè)最小項(xiàng)，n 變量的邏輯函數(shù)有2n 個(gè)最小項(xiàng)。卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的一般步驟是：（ 1

5、）根據(jù)變量數(shù)畫出變量卡諾圖。（ 2）作出函數(shù)卡諾圖。（ 3）合并相鄰項(xiàng)。（ 4）寫出最簡與-或表達(dá)式。在邏輯函數(shù)的卡諾圖中，約束項(xiàng)用“ ”表示，可根據(jù)化簡的需要，將其當(dāng)“1 ”處理，或?qū)⑵洚?dāng)“0”處理。卡諾圖化簡法直觀方便，便于判斷化簡結(jié)果的準(zhǔn)確性，但大于 4 變量邏輯函數(shù)的化簡不太直觀。三、電路硬件門電路的基礎(chǔ)知識(shí)門電路中的半導(dǎo)體器件一般工作在開關(guān)狀態(tài)。雙極型以晶體二極管和三極管作為開關(guān)元件，單極型以MOS 管作為開關(guān)元件。兩者相比，雙極型晶體管集成電路工作速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、但功耗大、集成度低；MOS 集成電路集 成度高、功耗低。三極管輸入高電平時(shí)三極管飽和導(dǎo)通，輸入低電平時(shí)三極管截止。T

6、TL ( Transistor Transistor Logic )是晶體管晶體管邏輯電路，它是由雙極型三極管組成的集成電路。TTL 與非門的電氣特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性包括電壓傳輸特性、輸入特性和輸出特性：輸入特性中包含輸入伏安特性和輸入負(fù)載特性，輸出特性分輸出高電平和低電平兩種情況。TTL與非門靜態(tài)特性包括電壓傳輸特性三個(gè)參數(shù)：輸出高電平Udh,輸出低電平UOl和閾值電壓UTH 。噪聲容限指在保證輸出高低電平在允許的變化范圍內(nèi)，輸入電平允許的波動(dòng)范圍。TTL 與非門輸出特性輸入負(fù)載特性描述反相器輸入電壓隨輸入端外接電阻變化的關(guān)系。門電路的扇出系數(shù)表明門電路驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)。集電

7、極開路門又稱 OC門，與典型的TTL與非門相比，輸出級(jí)三極管的集電極開路了，故有集電極開路門之稱。一般 TTL 門的輸出只有兩種狀態(tài)：邏輯高電位和邏輯低電位。三態(tài)TTL 門除了輸出邏輯高電位和邏輯低電位以外，還有第三種輸出狀態(tài)高阻(禁止)態(tài)。CMOS 電路功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、電源電壓適用范圍寬、扇出能力強(qiáng)；TTL 電路延遲時(shí)間短、工作頻率高。CMOS 電路多余輸入端的處理：1)CMOS 電路多余輸入端不能懸空；（ 2） 與門和與非門的多余輸入端應(yīng)接高電平；（ 3） 或門和或非門的多余輸入端應(yīng)接低（地）電平。TTL 電路多余輸入端的處理：（1） TTL電路的輸入負(fù)載特性說明輸入端通過大電阻接地

8、或懸空相當(dāng)于邏輯高電平；（2） 與門和與非門的多余輸入端可通過大電阻接地、接高電平或懸空；（3） 或門和或非門的多余輸入端應(yīng)接低電平或接地。四、組合電路的基礎(chǔ)知識(shí)組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路是組成數(shù)字電路的兩大類電路。組合電路特點(diǎn)、功能及應(yīng)用組合電路任何時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。組合電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（4） 包含具有記憶（存儲(chǔ)）功能的元件或電路。（5） 存在反饋回路。組合電路的分析就是根據(jù)給定的組合電路邏輯圖，分析求解電路，找出在輸入信號(hào)作用下電路輸出信號(hào)的變化規(guī)律，進(jìn)而說明組合電路的邏輯功能。編碼器在數(shù)字電路中，用二進(jìn)制代碼表示某一信息的過程稱為編碼，實(shí)現(xiàn)編碼功

9、能的電路稱為編碼器。根據(jù)n個(gè)變量可以組成2n個(gè)狀態(tài)的原理，若對 N個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼，則N 2n十進(jìn)制編碼器是將十個(gè)輸入信號(hào)編成對應(yīng)的8421BCD碼的電路。十進(jìn)制編碼器有十個(gè)輸入信號(hào)I 0 I 9，四位二進(jìn)制代碼輸出Y0 Y 3，因?yàn)樗奈欢M(jìn)制代碼可以表示十六種狀態(tài)。譯碼 是將二進(jìn)制代碼所表示的信息翻譯出來，實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。譯碼是編碼的逆過程。二進(jìn)制譯碼器是將二進(jìn)制代碼翻譯成對應(yīng)輸出信號(hào)的電路。根據(jù)n 個(gè)變量可以組成2n個(gè)狀態(tài)的原理，若有n 個(gè)輸入信號(hào)，N 個(gè)輸出信號(hào)，則N 2n 。為了人們觀察數(shù)字的需要，被翻譯出來的信號(hào)需要直觀地用數(shù)字顯示出來。將譯碼器和顯示器配合使用或直接

10、驅(qū)動(dòng)顯示器的譯碼器稱為顯示譯碼器。目前采用較多的是七段字符顯示器或稱七段數(shù)碼管。數(shù)據(jù)選擇器指能按需要從多個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)送到輸出端的電路。加法器 是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加運(yùn)算的基本單元電路。半加器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加的電路，全加器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)和來自低位的進(jìn)位信號(hào)三數(shù)相加的運(yùn)算電路。全加器也稱1 位加法器。設(shè)兩個(gè)相同位的加數(shù)分別為Ai 和 Bi， 低位的進(jìn)位信號(hào)為Ci-1，Si 為本位和，ci 為 進(jìn)位。串行進(jìn)位加法器：該電路結(jié)構(gòu)簡單，因?yàn)槭谴羞B接，逐級(jí)完成運(yùn)算，但工作速度較慢。超前進(jìn)位加法器除了含有求和電路之外，在內(nèi)部增加了超前進(jìn)位的電路，目的是提高工作速度。五、時(shí)序邏輯電

11、路的基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)是：在任何時(shí)刻，電路的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，而且還 取決于電路原來的狀態(tài)。時(shí)序邏輯電路通常包含兩大部分：存儲(chǔ)電路和組合邏輯電路。或非門組成的基本RS觸發(fā)器簡化特性表SRQn+1功能00Qn保持010置0101置111*0不允許注：0*表示觸發(fā)器處于非定義狀態(tài)與非門組成的基本RS觸發(fā)器簡化特性表SRQn+1功能00*1不允許011置1100置011Qn保持注：1*表示觸發(fā)器處于非定義狀態(tài)通常將有CP信號(hào)控制的觸發(fā)器稱作日鐘觸發(fā)器。同步RS觸發(fā)器屬于時(shí)鐘觸發(fā)器。同步RS觸發(fā)器的簡化特性表CPSRQn+1功能0XXQn保持100Qn保持1010置01101置111

12、1*1不允許注：1*表示觸發(fā)器輸出狀態(tài)不確定主從JK觸發(fā)器簡化特性表CPJKQn+1功能XXXQn保持00Qn保持010置0101置111Qn翻轉(zhuǎn)注：表示CP下降沿，x表示任意值邊沿觸發(fā)器又稱作邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器的種類較多，有維持阻塞型邊沿觸發(fā)器，有利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器，還有利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器等。它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘脈沖觸發(fā)沿到達(dá)時(shí)刻的輸入狀態(tài)。時(shí)鐘脈沖觸發(fā)沿可以是上升沿或是下降沿。與主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器相比，抗干擾能力強(qiáng)是邊沿觸發(fā)器的顯著優(yōu)點(diǎn)。察特性表可以看出 Qn+1是S、R和Qn的邏輯函數(shù)，同時(shí)也是具有約束項(xiàng)的函數(shù)。利用 卡諾圖法或

13、公式法，不難求出相應(yīng)的邏輯函數(shù)式Qn+1 = S + RQnSR=0（約束條件）上式稱為RS觸發(fā)器的特性方程。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖比如說觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)是 0,如果希望次態(tài)是1,那么只要滿足轉(zhuǎn)換條件 S=1, R=0,在 時(shí)鐘脈沖的作用下將能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如果希望次態(tài)是0,那么只要滿足轉(zhuǎn)換條件 S=0, R=x,即R可以是0也可以是1,在時(shí)鐘脈沖的作用下將能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。JK觸發(fā)器特性表JKQnQn+1功能0000保持00110100置001101001置110111101翻轉(zhuǎn)1110觀察特性表可以看出 Qn+1是J、K和Qn的邏輯函數(shù)。利用卡諾圖法或公式法不難求出相應(yīng)的邏輯函數(shù)式，即 JK觸

14、發(fā)器的特性方程Qn+1 = JQn + KQn卜圖是JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D觸發(fā)器特性表DQnQn+1功能000置0010101置1111觀察特性表可以看出 Qn+1是D和Qn的邏輯函數(shù)。不難求出相應(yīng)的邏輯函數(shù)式，即 D觸發(fā)器的特性方程Qn+1 =D卜圖是D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖T觸發(fā)器。T觸發(fā)器凡在時(shí)鐘脈沖作用下，邏輯功能符合下表所示特性表的觸發(fā)器稱T觸發(fā)器特性表TQnQn+1功能000保持011101翻轉(zhuǎn)110從特性表可以看出，T觸發(fā)器只有一個(gè)輸入端 T,當(dāng)T=0,觸發(fā)器保持原狀態(tài)，當(dāng) T=1,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。根據(jù)特性表可以寫出T觸發(fā)器的特性方程Qn+

15、1 = TQn + T QnT觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示。T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖從邏輯功能的角度將觸發(fā)器分為 RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等四種類型， 并且介紹了邏輯功能的三種描述方法： 特性表、特性方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 其中任一方法都能 全面的反映觸發(fā)器的邏輯功能。同步時(shí)序電路的分析步驟一般如下：1 .寫驅(qū)動(dòng)方程。即根據(jù)給定的邏輯圖，寫出各觸發(fā)器的輸入函數(shù)式。2 .寫狀態(tài)方程。將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程就可得到狀態(tài)方程。3 .寫輸出方程。即根據(jù)給定的邏輯圖，寫出輸出函數(shù)式。計(jì)數(shù)器和寄存器是典型的時(shí)序邏輯器件，應(yīng)用非常廣泛。寄存器的功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 移位寄存器除了可以存儲(chǔ)數(shù)

16、據(jù)外，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行/并行轉(zhuǎn)換或并行/串行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算，也可以構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器除了可以統(tǒng)計(jì)輸入時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)分頻、定時(shí)、 產(chǎn)生順序脈沖或序列脈沖。對于計(jì)數(shù)器和移位寄存器的中規(guī)模集成器件，應(yīng)重點(diǎn)掌握其邏輯功能和應(yīng)用。序列信號(hào)發(fā)生器的功能是能夠在時(shí)鐘脈沖CP 作用下， 周期性地產(chǎn)生一組串行數(shù)字信號(hào)。它既可以由計(jì)數(shù)器加組合電路實(shí)現(xiàn)，也可以由移位寄存器加組合電路實(shí)現(xiàn)。用已有的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器可以構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，構(gòu)成方法主要采用清零法，置數(shù)法，有時(shí)需要采用級(jí)聯(lián)法。六、存儲(chǔ)器及可編程器件的基礎(chǔ)知識(shí)只讀存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是內(nèi)部存放的數(shù)據(jù)是永久性的，或是半永久性的，在正

17、常工作狀態(tài)下， 只能將存儲(chǔ)器中存放的數(shù)據(jù)讀出，而不能隨意地修改其中的內(nèi)容。只讀存儲(chǔ)器屬于非易失性存儲(chǔ)器，即在電源斷電的情況下，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的內(nèi)容也不會(huì)丟失。可擦可編程只讀存儲(chǔ)器可以分為紫外線可擦可編程ROM （簡稱UVEPROM ） ，電可擦可編程ROM （簡稱EEPROM或E2PROM）和快閃存儲(chǔ)器（Flash Memory）幾種。它們的共 同特點(diǎn)是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是由用戶編程，而且可以將由用戶存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擦除，重新編程。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器又稱隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器，簡稱RAM 。 RAM 在工作時(shí)，可以隨時(shí)對任何一個(gè)指定地址進(jìn)行讀操作或?qū)懖僮鳌Ｏ騌AM 中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的操作稱為寫操作，從RAM 中調(diào)出數(shù)據(jù)的操

18、作稱為讀操作。從RAM 中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，其中的內(nèi)容不會(huì)被破壞。但是RAM 屬于易失性存儲(chǔ)器，即當(dāng)電源關(guān)斷后，RAM 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就會(huì)立即丟失。RAM 可以分為靜態(tài)RAM （ SRAM ）和動(dòng)態(tài)RAM （ DRAM ）兩大類。靜態(tài)RAM 用觸發(fā)器作為存儲(chǔ)元件，只要不斷電，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就能一直保存。動(dòng)態(tài)RAM 用電容作為存儲(chǔ)元件，由于電容存在漏電流，因此存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不能保持長久，需要附加的刷新電路定時(shí)給電容補(bǔ)充泄漏的電荷，以保證不丟失存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。靜態(tài)RAM 的優(yōu)點(diǎn)是速度快，動(dòng)態(tài)RAM 的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，兩者適用于不同的場合。七、555定時(shí)器的基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)模混合集成電路，利用555定時(shí)器可以構(gòu)成各種脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和整形電路。555定時(shí)器的功能表輸入輸出Rd高觸發(fā)端TH(川1)低觸發(fā)端TR (ui2