数字电子技术基础简明教程总结

数字电子技术基础简明教程余孟尝主编目录第一章逻辑代数基础与EDA技术的基础知识第二章门电路第三章组合逻辑电路第四章触发器第五章时序逻辑电路第六章脉冲产生与整形电路第七章数模与模数转换电路第一章小结一、数制和码制1.数制：计数方法或计数体制（由基数和位权组成）种类基数位权应用备注十进制0910i日常二进制0，12i数字电路2=21八进制078i计算机程序8=23十六进制09，AF16i计算机程序16=24各种数制之间的相互转换，特别是十进制→二进制的转换，要求熟练掌握。2.码制：常用的BCD码有8421码、2421码、5421码、余3码等，其中以8421码使用最广泛。0十进制数1234567898421码余3码2421(A)码5211码余3循环码00000001001000110100010101100111100010010011010001010110100010011010101111000000000100100011010010111100110111101111011100000001010001000101010101111000100111001101110111111111001001100111110011101010权842124215211几种常见的BCD代码[练习1]完成下列数制和码制之间的相互转换161028)()()()35(.21101018421BCD210)()()151(.41281642100010101000110216)()()DE2(.3BD8421BCD)()()100101(.5011110110110111925121286416842111010013282143168210)()()()37(.1101001324145252B73416841二、常用逻辑关系及运算1.三种基本逻辑运算：与、或、非(书P9)2.四种复合逻辑运算：与非、或非、与或非、异或三、逻辑代数的公式和定理是推演、变换和化简逻辑函数的依据，有些与普通代数相同，有些则完全不同，要认真加以区别。这些定理中，摩根定理最为常用。(书P12)真值表函数式逻辑符号[练习2]求下列函数的反函数（用摩根定理），并化简。DACBAY[解])()(DACBADACBADACBAYDCCADBABDACAABDA四、逻辑函数的化简法化简的目的是为了获得最简逻辑函数式，从而使逻辑电路简单、成本低、可靠性高。化简的方法主要有公式化简法和图形化简法两种。1.公式化简法：可化简任何复杂的逻辑函数，但要求能熟练和灵活运用逻辑代数的各种公式和定理，并要求具有一定的运算技巧和经验。①并项法：利用公式,把两项合并起来，消去一个变量。②吸收法：利用公式,吸收掉多余的乘积项。③消去法：利用公式,消去乘积项中多余的因子。④配项消项法：利用公式，在函数的与或式中，进行配项，消去有关乘积项。ABAABAABABABAACAABBCCAAB2.图形化简法：简单、直观，不易出错，有一定的步骤和方法可循。但是，当函数的变量个数多于六个时，就失去了优点，没有实用价值。约束项：（无关项）可以取0，也可以取1，它的取值对逻辑函数值没有影响，应充分利用这一特点化简逻辑函数，以得到更为满意的化简结果。①画出函数的卡诺图。②合并函数的最小项。a)圈大好b)有新意c)覆盖完③选择乘积项，写出函数的最简与或表达式。B)DA(DEBEABDBCAY)1(BDADEEADCAB1[练习3]用公式法将下列函数化简为最简与或式。DEBADBCACBADCDBCBACY)((2)DEBACBADCDBCBACDCDBCBADBCBADEBAADCDBCBAC[练习4]用图形法将下列函数化简为最简与或式。（1）画函数的卡诺图（2）合并最小项：画包围圈（3）写出最简与或表达式BCDCBDBABADCBAY1.ABCD000111100001111011111111BDDADCDCBDDAY[解]11dmDC,B,A,F)151413,121110()98210()(.2，，，，，，，，[练习4]用图形法将下列函数化简为最简与或式。（1）画函数的卡诺图（2）合并最小项：画包围圈（3）写出最简与或表达式ABCD00011110000111101CBDBDBCBY[解]1111╳╳╳╳╳╳五、逻辑函数常用的表示方法：真值表、卡诺图、函数式、逻辑图和波形图。它们各有特点，但本质相同，可以相互转换。尤其是由真值表→逻辑图和逻辑图→真值表，在逻辑电路的分析和设计中经常用到，必须熟练掌握。第二章小结一、半导体二极管、三极管和MOS管是数字电路中的基本开关元件，一般都工作在开关状态。1.半导体二极管：是不可控的，利用其开关特性可构成二极管与门和或门。2.半导体三极管：是一种用电流控制且具有放大特性的开关元件，利用三极管的饱和导通与截止特性可构成非门和其它TTL集成门电路。3.MOS管：是一种具有放大特性的由电压控制的开关元件，利用N沟道MOS管和P沟道MOS管可构成CMOS反相器和其它CMOS集成门电路。二、分立元件门电路主要介绍了由半导体二极管、三极管和MOS管构成的与门、或门和非门。虽然，分立元件门电路不是本章的重点，但是通过对这些电路的分析，可以体会到与、或、非三种最基本的逻辑运算，是如何用半导体电子电路实现的，这将有助于后面集成门电路的学习。三、集成门电路—本章重点主要介绍了CMOS和TTL集成门电路，重点应放在它们的输出与输入之间的逻辑特性和外部电气特性上。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。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。四、集成门电路使用中应注意的几个问题TTLCMOS分类工作电源VCC=5VVDD=318V输出电平UOL=0.3VUOH=3.6VUOL0VUOHVDDUTH=0.5VDDUTH=1.4V阈值电压输入端串接电阻Ri当RiRon（2.5k）输入由0→1在一定范围内，Ri的改变不会影响输入电平输入端悬空即Ri=输入为“1”不允许多余输入端的处理1.与门、与非门接电源；或门、或非门接地。2.与其它输入端并联。[练习]写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。TTLCMOS&A1Y100100k=1A&A1Y100100k=1=1≥1A1Y100100kA≥1A1Y100100k=0AA[练习]写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。TTLCMOS=1A1Y100100kA=1A1Y100100kAAA&A1Y悬空&A1Y悬空不允许A第三章小结一、组合逻辑电路的特点组合逻辑电路是由各种门电路组成的没有记忆功能的电路。它的特点是任一时刻的输出信号只取决于该时刻的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。逻辑图逻辑表达式化简真值表说明功能二、组合逻辑电路的分析方法三、组合逻辑电路的设计方法逻辑抽象列真值表写表达式化简或变换画逻辑图[练习]写出图中所示电路的逻辑表达式，说明其功能ABY≥1≥1≥1≥1[解]1.逐级写出输出逻辑表达式BABAABABBABBAAY2.化简))((BABBAAYBAAB3.列真值表BAY0001101110014.功能输入信号相同时输出为1，否则为0—同或。四、常用中规模集成组合逻辑电路1.加法器：实现两组多位二进制数相加的电路。根据进位方式不同，可分为串行进位加法器和超前进位加法器。2.数值比较器：比较两组多位二进制数大小的电路。集成芯片：74LS183（TTL）、C661（CMOS）—双全加器两片双全加器（如74LS183）四位串行进位加法器74283、74LS283（TTL）CC4008（CMOS）—四位二进制超前进位加法器集成芯片：7485、74L85（TTL）CC14585、C663（CMOS）—四位数值比较器3.编码器：将输入的电平信号编成二进制代码的电路。主要包括二进制编码器、二–十进制编码器和优先编码器等。4.译码器：将输入的二进制代码译成相应的电平信号。主要包括二进制译码器、二–十进制译码器和显示译码器等。集成芯片：74148、74LS148、74LS348（TTL）—8线–3线优先编码器74147、74LS147（TTL）—10线–4线优先编码器集成芯片：74LS138（TTL）—3线–8线译码器（二进制译码器）7442、74LS42（TTL）—4线–10线译码器74247、74LS247（TTL）—共阳极显示译码器7448、74248、7449、74249等（TTL）—共阴极显示译码器5.数据选择器：在地址码的控制下，在同一时间内从多路输入信号中选择相应的一路信号输出的电路。常用于数据传输中的并-串转换。集成芯片：74151、74LS15174251、74LS251（TTL）—8选1数据选择器6.数据分配器：在地址码的控制下，将一路输入信号传送到多个输出端的任何一个输出端的电路。常用于数据传输中的串-并转换。集成芯片：无专用芯片，可用二进制集成译码器实现。[练习]用二-十进制编码器、译码器、发光二极管七段显示器，组成一个1数码显示电路。当09十个输入端中某一个接地时，显示相应数码。选择合适的器件，画出连线图。YaA3A2A1A0+VCC74LS48显示译码器YbYcYdYeYfYg共阴[解]1111+VCCY3Y2Y1Y074LS14710线-4线编码器I0I1I9+VCCS0S1S9……五、用中规模集成电路实现组合逻辑函数1.数据选择器：为多输入单输出的组合逻辑电路，在输入数据都为1时，它的输出表达式为地址变量的全部最小项之和，适用于实现单输出组合逻辑函数。2.二进制译码器：输出端提供了输入变量的全部最小项，而且每一个输出端对应一个最小项，因此，二进制译码器辅以门电路（与非门）后，适合用于实现单输出或多输出的组合逻辑函数。六、只读存储器（ROM）1.功能：用于存放固定不变的数据，存储内容不能随意改写。工作时，只能根据地址码读出数据。2.特点：工作可靠，断电后，数据不会丢失。3.分类：固定ROM（掩模ROM）和可编程ROM（PROM）—包括EPROM（电写入紫外线擦除）和E2PROM（电写入电擦除）。PROM都要用专用的编程器对芯片进行编程。七、竞争和冒险当门电路的两个输入信号同时向相反方向变化时，输出端可能出现干扰脉冲。消除方法：加封锁脉冲、加选通脉冲、接滤波电容、修改逻辑设计等。第四章小结一、触发器和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑单元。它有两个基本特性：1.有两个稳定的状态（0状态和1状态）。2.在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有外信号作用时，保持原状态不变。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。二、触发器的逻辑功能指触发器输出的次态Qn+1与输出的现态Qn及输入信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图（时序图）。二、触发器的分类1.根据电路结构不同，触发器可分为（1）基本触发器：输入信号电平直接控制。特性方程0RSnnQRSQ1（2）同步触发器：时钟电平直接控制。特性方程0RSnnQRSQ1同步RS触发器CP=1（或0）时有效DQn1同步D触发器（约束条件）二、触发器的分类1.根据电路结构不同，触发器可分为（3）主从触发器：主从控制脉冲触发。CP下降沿（或上升沿）到来时有效特性方程0RSnnQRSQ1主从RS触发器nnnQKQJQ1主从JK触发器（4）边沿触发器：时钟边沿控制。CP上升沿（或下降沿）时刻有效特性方程边沿D触发器nnnQKQJQ