情境六24鍵電子琴制作與調(diào)試第一頁，共78頁。

項目描述

通過“24鍵電子琴的制作與調(diào)試”來介紹數(shù)字電子技術(shù)的基礎知識。通過鍵盤編碼控制器的制作與調(diào)試，鍵盤譯碼、顯示控制電路的制作與調(diào)試，時鐘發(fā)生器的制作與調(diào)試，數(shù)字分頻電路的制作與調(diào)試，預置數(shù)存儲電路的制作與調(diào)試，D/A轉(zhuǎn)換和音頻輸出電路的制作與調(diào)試6個單元任務來體現(xiàn)。第二頁，共78頁。

學習目標

一、知識目標1.掌握基本邏輯運算及常用邏輯門電路。2.掌握組合邏輯電路的分析方法。3.了解編碼器的概念。4.掌握常用編碼器的應用。第三頁，共78頁。二、技能目標能夠獨立對部分電路進行安裝、調(diào)試、檢測，并分析、解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。第四頁，共78頁。知識準備（理論部分的教學）第五頁，共78頁。任務6.1

鍵盤編碼器的制作與調(diào)試讓電子琴發(fā)聲，首先要把每個按鍵的動作信息通過編碼電路轉(zhuǎn)變成電信號。然后把每個帶有特定信息的電信號變成不同的二進制代碼加以區(qū)分，接著再送入到后續(xù)電路中傳送并處理。本任務學習知識的重點是掌握編碼器電路的應用。第六頁，共78頁。6.1.1數(shù)制與碼制一、數(shù)字電路與模擬電路1.數(shù)字信號和模擬信號第七頁，共78頁。在時間上和幅度上連續(xù)變化的信號是模擬信號，傳輸、加工和處理模擬信號的電路就是模擬電路。已經(jīng)學完的放大器、正弦波振蕩器是典型的模擬電路。在時間上和幅度上不連續(xù)變化的信號是數(shù)字信號，傳輸、加工和處理數(shù)字信號的電路就是數(shù)字電路。第八頁，共78頁。2.數(shù)字電路的優(yōu)點1）工作可靠性高，抗干擾能力強。2）易于處理、易于存儲。3）容易加密，保密性好。4）便于高度集成化。5）數(shù)字集成電路產(chǎn)品系列多，通用型強，成本低。第九頁，共78頁。二、常用數(shù)制表示數(shù)的符號稱為數(shù)碼，多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進位規(guī)則稱為數(shù)制。數(shù)制是一種計數(shù)方法，是計數(shù)進位制的簡稱。在數(shù)字電路中，常用的數(shù)字進位制有十進制、二進制、八進制和十六進制。第十頁，共78頁。1.十進制10個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。計數(shù)規(guī)則：基數(shù)為10，位權(quán)為10的冪。滿10進1，借1當10。例：第十一頁，共78頁。2.二進制2個數(shù)碼：0、1。計數(shù)規(guī)則：基數(shù)為2，位權(quán)為2的冪。滿2進1，借1當2。例：第十二頁，共78頁。3.八進制8個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7。計數(shù)規(guī)則：基數(shù)為8，位權(quán)為8的冪。滿8進1，借1當8。例：第十三頁，共78頁。4.十六進制十六個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。計數(shù)規(guī)則：基數(shù)為16，位權(quán)為16的冪。滿16進1，借1當16。例：第十四頁，共78頁。各計數(shù)制之間可以相互轉(zhuǎn)換。以上已經(jīng)展示了二進制、八進制、十六進制轉(zhuǎn)換為十進制的例子，稱為“按權(quán)展開求和”法。把十進制轉(zhuǎn)換為其他進位制的方法，整數(shù)部分常用“除基取余倒”法。二進制與八進制，二進制與十六進制之間還有較簡單的特殊方法。第十五頁，共78頁。三、常用碼制數(shù)碼也稱為代碼，編制代碼的規(guī)則就是碼制。在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制碼不僅可以表示數(shù)值的大小，而且還常用來表示特定的信息。將若干個二進制數(shù)碼按一定的規(guī)則排列起來表示某種特定含義的代碼，稱為二進制編碼。第十六頁，共78頁。將“0～9”這十個十進制數(shù)字用一組二進制數(shù)來表示的代碼，稱為二-十進制編碼，又稱BCD碼。（B—二進制，D—十進制）（1）8421BCD碼。一種應用非常廣泛的碼。這種代碼每位的權(quán)值是固定不變的，為恒權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)值分別為8、4、2、1，每組代碼各位加權(quán)系數(shù)的和為其表示的十進制數(shù)。第十七頁，共78頁。（2）2421BCD碼和5421BCD碼。它們也是恒權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)值分別為2、4、2、1和5、4、2、1，用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，每組代碼各位加權(quán)系數(shù)的和為其表示的十進制數(shù)。（3）余3碼。余3碼沒有固定的權(quán)值，為無權(quán)碼。它是由8421BCD碼加3（0011）形成的，故稱為余3碼，也是用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)。第十八頁，共78頁。（4）格雷碼。格雷碼也是無權(quán)碼。每一位的狀態(tài)變化都按一定的順序循環(huán)，相鄰代碼只有一位數(shù)碼改變狀態(tài)，而且0和9兩組代碼之間，也只有一位代碼不同。第十九頁，共78頁。十進制數(shù)有權(quán)碼無權(quán)碼8421碼5421碼2421A碼2421B碼余3碼

格雷碼0123456789常用二-十進制編碼第二十頁，共78頁。6.1.2邏輯代數(shù)概述邏輯代數(shù)又叫布爾代數(shù)，是描述客觀事物邏輯關系的數(shù)學方法，是進行邏輯分析與綜合的數(shù)學工具。邏輯代數(shù)與普通代數(shù)一樣都用字母表示變量，但與普通代數(shù)不同的是，①邏輯函數(shù)表達式中邏輯變量的取值及邏輯函數(shù)值都只有兩個數(shù)值：0和1；②這兩個值不具有數(shù)量大小的意義，僅表示客觀事物兩種相對（或相反）的狀態(tài)；再③邏輯代數(shù)有自身獨立的規(guī)律和運算法則，不同于普通代數(shù)。第二十一頁，共78頁。用0和1表示兩種相對（或者相反）的狀態(tài)用正邏輯和負邏輯兩種相對的方法。與常人思維習慣相同的邏輯表示方法為正邏輯，反之則為負邏輯。如二極管的導通與截止、電位的高與低，分別用“1”、“0”表示的是正邏輯，分別用“0”、“1”表示的是負邏輯。第二十二頁，共78頁。6.1.3基本邏輯函數(shù)及表示方法一、基本邏輯函數(shù)及運算基本的邏輯關系有與邏輯、或邏輯、非邏輯三種，與之對應的邏輯運算為與運算、或運算、非運算。1.與邏輯與邏輯是指“決定某一事件的所有條件都具備時，該事件才會發(fā)生”的一種邏輯關系。與之對應的是“用多只開關串聯(lián)控制一盞燈亮滅”的開關電路。第二十三頁，共78頁。表示與邏輯關系的方法有真值表、波形圖、表達式（邏輯函數(shù)）、邏輯電路圖（符號）等多種方法。上述用兩只串聯(lián)開關控制一盞燈亮滅電路的邏輯表示如下：ABEY第二十四頁，共78頁。（1）真值表（2）波形圖輸入變量輸出變量ABY000110110001

（a）輸入A波形；(b)輸入B波形；(c)輸出Y波形有0出0全1才1第二十五頁，共78頁。（3）表達式（邏輯函數(shù)）Y=AxB=AB

稱為邏輯乘。（4）邏輯電路圖（符號）A＆BY與邏輯符號第二十六頁，共78頁。2.或邏輯或邏輯是指“決定某一事件的所有條件中，只要有一個具備，該事件就會發(fā)生”的一種邏輯關系。與之對應的是“用多只開關并聯(lián)控制一盞燈亮滅”的開關電路。ABE并聯(lián)開關電路Y第二十七頁，共78頁。（1）真值表（2）波形圖輸入變量輸出變量

ABY000110110111(a)輸入A波形；(b)輸入B波形；(c)輸出Y波形（圖中B第一個由低跳高時對應的Y出錯?。┯?出1全0才0第二十八頁，共78頁。（3）表達式（邏輯函數(shù)）Y=A+B

邏輯加（4）邏輯電路圖（符號）A≥1BY或邏輯符號第二十九頁，共78頁。3.非邏輯非邏輯是指“當某一條件具備了，該事件不會發(fā)生；而當此條件不具備時，事件反而發(fā)生了”的一種邏輯關系。與之對應的是“用一只開關與一盞燈從而控制燈亮滅”的開關電路。注意R存在的重要性EAYR（非）

第三十頁，共78頁。（1）真值表（2）波形圖輸入變量輸出變量AY0110

非門輸入和輸出波形0出11出0第三十一頁，共78頁。（3）表達式（邏輯函數(shù)）即：求反。（4）邏輯電路圖（符號）A1Y“非”門圖形符號第三十二頁，共78頁。基本邏輯運算中，非運算優(yōu)先級別最高，其次是與運算，或運算最低。加括號可以改變運算優(yōu)先順序。第三十三頁，共78頁。二、幾種導出的邏輯運算（1）與非“與”&ABCY&ABC“與非”1Y“非”00010011101111011001011101011110ABYC“與非”邏輯真值表Y=ABC第三十四頁，共78頁。（2）或非Y=A+B+C1Y“非”“或”ABC>1“或非”YABC>100010010101011001000011001001110ABYC“或非”邏輯真值表第三十五頁，共78頁。（3）與或非（4）同或（5）異或Y=AB+CD第三十六頁，共78頁。6.1.4邏輯代數(shù)的公式和運算法則邏輯代數(shù)的公式和運算法則是分析、設計邏輯電路，化簡和變換邏輯函數(shù)式的重要工具。一、基本公式1.邏輯常量運算公式。邏輯常量只有兩個：0和1。對于常量間的與、或、非3種基本邏輯運算的公式是最基本的公式。第三十七頁，共78頁。與運算或運算非運算0?0=00?1=01?0=01?1=10+0=00+1=11+0=11+1=1邏輯常量運算公式第三十八頁，共78頁。2.邏輯變量、常量運算公式設A為邏輯變量邏輯常量與變量的運算公式

0-1律重疊律互補律還原律

注意公式中的對偶關系第三十九頁，共78頁。二、邏輯代數(shù)的基本定律（1）交換律、結(jié)合律、分配律這是與普通代數(shù)相似的定律。

交換律

結(jié)合律

分配律

A+B=B+AA?B=B?AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA?(B?C)=(A?B)?CA(B+C)=A?B+A?CA+B?C=(A+B)(A+C)第四十頁，共78頁。（2）吸收律可以利用上面的一些基本公式推導出來，是邏輯函數(shù)化簡中常用的基本定律。

吸收律

推廣公式

A＋AB=AA(A＋B)=A

吸收律第四十一頁，共78頁。（3）摩根定律摩根定律又稱反演定律，有下面兩種形式兩種形式有對偶關系。摩根定律可以推廣到多個變量第四十二頁，共78頁。三、邏輯代數(shù)基本規(guī)則1.代入規(guī)則任何一個含有變量A的等式，如果將所有出現(xiàn)A的位置都用同一個邏輯代數(shù)代替，則等式仍然成立。這個規(guī)則稱為代入規(guī)則。例，已知等式，用函數(shù)Y=AC代替等式中的A，根據(jù)代入規(guī)則，等式仍然成立，即第四十三頁，共78頁。2.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)（或補函數(shù)——其實可以把兩函數(shù)的關系看做是“對偶關系”）。這個規(guī)則稱為反演規(guī)則。其表達式如第四十四頁，共78頁。四、邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)描述了某種邏輯關系，常采用真值表、邏輯函數(shù)式、卡諾圖和邏輯圖等表示。1.真值表將輸入邏輯變量的所有可能取值與相應的輸出變量函數(shù)值排列在一起而組成的表格就是真值表。一個輸入變量有0和1兩個取值，那么n個輸入變量就有個不同的取值組合。第四十五頁，共78頁。例邏輯函數(shù)的真值表如下：這是一個三人表決電路的邏輯函數(shù)！第四十六頁，共78頁。2.邏輯函數(shù)式用“與”、“或”、“非”等基本邏輯運算來表示輸出函數(shù)和輸入變量因果關系的邏輯表達式就是邏輯函數(shù)式，簡稱邏輯式。

從真值表可轉(zhuǎn)換到標準的與-或函數(shù)式，做法就是從真值表中找出函數(shù)值（即Y）為1的項，把對應的輸入變量取值為1的用原變量代替，取值為0的用反變量代替，由此得到變量的與組合，然后將這些與項邏輯相加即得邏輯式。第四十七頁，共78頁。如對應項為對應項為第四十八頁，共78頁。3.邏輯圖由邏輯符號及相應連線構(gòu)成的電路圖就是邏輯圖。邏輯函數(shù)式對應的邏輯圖如下所示。&&11.BAY≥1.第四十九頁，共78頁。6.1.5邏輯函數(shù)式的化簡法比較簡單的表達式，不僅使運算簡化而且能使相應的電路節(jié)省元件，降低成本，還能減少故障產(chǎn)生的幾率。因此，邏輯函數(shù)的化簡在實踐上有主要意義。不同形式的邏輯函數(shù)有不同的最簡形式，而這些邏輯表達式的繁簡程度又相差很大，但大多可以根據(jù)最簡與或式得到。第五十頁，共78頁。最簡與或式的標準是：（1）邏輯函數(shù)式中乘積項（與項）的個數(shù)最少。（2）每個乘積項中的變量最少。第五十一頁，共78頁。邏輯函數(shù)的化簡方法一般采用邏輯函數(shù)代數(shù)（即公式）化簡法和卡諾圖化簡法。一、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡法（1）并項法運用，將兩項合并為一項，并消去一個變量。如（2）吸收法第五十二頁，共78頁。應用吸收律和，消去多余項。如（3）消去法利用公式進行化簡，消去多余項。如（4）配項法

第五十三頁，共78頁。在不能直接運用公式、定律化簡時，在適當?shù)捻椛贤ㄟ^乘以或加進行化簡。第五十四頁，共78頁。二、用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)化簡時依據(jù)的基本原理就是具有相鄰性的最小項可以合并，并消去不同的因子。它克服了代數(shù)化簡法結(jié)果是否最簡形式難以確定的缺點。1.最小項的定義及編號（1）最小項的定義N個變量有種組合，可對應寫出個乘積項，這些乘積項均具有下列特點：第五十五頁，共78頁。①包括全部變量，②每個變量在該乘積項中（以原變量或反變量的形式）值出現(xiàn)一次。這樣的乘積項稱為這n個變量的最小項，也稱為n變量邏輯函數(shù)的最小項。如三變量A、B、C共有個最小項，、

、、、、、、。（2）最小項的編號為了書寫方便，用m表示最小項，其下標為最小項的編碼。編號的方法是最小項的原變量取1，反變量取0，則最小項取值為一組二進制數(shù)，其對應的十進制數(shù)便是該最小項的編號。第五十六頁，共78頁。三變量全體最小項的編號如下表所示。ABC對應的十進制數(shù)最小項最小項編號00000011010201131004101511061117第五十七頁，共78頁。

2.用卡諾圖表示邏輯函數(shù)式（1）相鄰最小項如果兩個最小項中只有一個變量互為反變量，其余變量均相同，稱為相鄰最小項，簡稱相鄰項。相鄰最小項的重要特點是兩個相鄰最小項相加可合并為一項，消去互反變量，化簡為相同變量相與。第五十八頁，共78頁。（2）卡諾圖將n個變量的個最小項用個小方格表示，并且使相鄰最小項在幾何位置上也相鄰且循環(huán)相鄰，這樣排列得到的方格圖稱為n變量最小項卡諾圖，簡稱變量卡諾圖。如下圖所示的二變量、三變量、四變量卡諾圖。第五十九頁，共78頁。AB0101ABC01000111100001111000011011ABCDa二變量卡諾圖b三變量卡諾圖c四變量卡諾圖第六十頁，共78頁?！纠?-2】3.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)（1）用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的規(guī)則2個相鄰最小項有1個變量相異，相加可以消去這1個變量，化簡結(jié)果為相同變量的與；4個相鄰最小項有2個變量相異，相加可以消去這2個變量，化簡結(jié)果為相同變量的與；8個相鄰最小項有3個變量相異，相加可以消去這3個變量，化簡結(jié)果為相同變量的與；……

個相鄰最小項有n個變量相異，相加可以消去這n個變量，化簡結(jié)果為相同變量的與。第六十一頁，共78頁。（2）卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟1）畫函數(shù)卡諾圖。2）對填1的方格畫包圍圈。3）將各包圍圈分別化簡。4）將各圈化簡結(jié)果邏輯加。（3）畫圈規(guī)則包圍圈必須包含個相鄰方格，且必須成方形。先圈小再圈大，圈越大越好，圈越少越好。1個方格可以重復圈，但須每圈有1個新的；每個方格必須圈到，孤立項也不能掉?！纠?-3】第六十二頁，共78頁。4.具有無關項的邏輯函數(shù)及其化簡（1）無關項的定義對應于輸入變量的某些取值下，輸出函數(shù)的值可以是任意的（隨意項、任意項），或者這些輸入變量的取值根本不會（也不允許）出現(xiàn)（約束項），通常把這些輸入變量取值對應的最小項稱為無關項或任意項，在卡諾圖中用符號“×”表示。如當8421BCD碼作為輸入變量時，禁止碼1010~1111這六種狀態(tài)所對應的最小項就是無關項。第六十三頁，共78頁。（2）具有無關項的邏輯函數(shù)及其化簡因為無關項的值可以根據(jù)需要取0獲取1，所以在用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)時充分利用無關項，可以使邏輯函數(shù)進一步得到簡化?！纠?-4】第六十四頁，共78頁。6.1.6組合邏輯電路根據(jù)邏輯功能的不同特點，可以把數(shù)字電路分成兩大類，一類稱為組合邏輯電路，另一類稱為時序邏輯電路。在組合邏輯電路中，任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關。如下為組合邏輯電路的框圖。組合邏輯電路框圖X1XnX2Y2Y1Yn......組合邏輯電路輸入輸出第六十五頁，共78頁。一、組合邏輯電路的分析方法1.組合邏輯電路分析的任務2.組合邏輯電路的分析步驟1）根據(jù)給定的邏輯電路圖寫出邏輯函數(shù)式。2）對邏輯函數(shù)式化簡，寫出最簡邏輯函數(shù)式。3）列出邏輯函數(shù)的真值表。4）根據(jù)真值表分析電路的邏輯功能。已知邏輯電路確定邏輯功能第六十六頁，共78頁。3.組合邏輯電路分析舉例【例6-5】分析下圖電路的邏輯功能1）寫出函數(shù)式并化簡AB..AB.A..ABBY1.AB&&&&YY3Y2..Y=Y2Y3=AABBAB...第六十七頁，共78頁。應用邏輯代數(shù)化簡Y=AABBAB...=AAB+BAB..=AB+AB反演律=A(A+B)+B(A+B)..反演律=AAB+BAB..第六十八頁，共78頁。(3)列出真值表ABY001100111001Y=AB+AB=AB邏輯式(4)分析邏輯功能輸入相同輸出為“0”，輸入相異輸出為“1”，稱為“異或”邏輯關系。這種電路稱“異或”門。

=1ABY邏輯符號第六十九頁，共78頁。二、組