數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子信息工程學(xué)院：楊君玲電自專09級（10-11-1學(xué)期）1/28數(shù)字電子技術(shù)知識結(jié)構(gòu)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)制、碼制邏輯代數(shù)基本邏輯電路門電路觸發(fā)器數(shù)字邏輯電路組合邏輯電路←（門電路）小規(guī)模中規(guī)模（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、算術(shù)運算電路）大規(guī)模（PLD）時序邏輯電路←（觸發(fā)器+門電路）小規(guī)模、中規(guī)模（存放器、計數(shù)器）大規(guī)模（PLD）脈沖波形變換與產(chǎn)生存放器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換2/281數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1、基本概念和基礎(chǔ)知識模擬信號與數(shù)字信號在時間和取值上連續(xù)改變信號是模擬信號，而數(shù)字信號在時間和取值上則是離散。數(shù)字信號是脈沖信號，它只需用高電平和低電平來表示。數(shù)字信號描述方法：0或1數(shù)制與碼制數(shù)制(B/O/D/H)碼制(8421BCD)數(shù)制與碼制之間相互轉(zhuǎn)換余3碼和格雷碼定義、特點余3碼：=8421BCD+“0011”3/28基本邏輯運算（與、或、非）復(fù)合邏輯運算：異或等邏輯函數(shù)表示方法：邏輯函數(shù)表示式、真值表、波形圖、邏輯圖、卡諾圖等。（其中真值表和卡諾圖含有唯一性。）邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)基本定律和基本規(guī)則例：已知X+Y=X+Z,則Y=Z。（Ｘ）最小項定義及其性質(zhì)、邏輯相鄰最小項定義例：在4變量函數(shù)F（W，X，Y，Z）中，和最小項相鄰項是（）例：邏輯函數(shù)證實和化簡（代數(shù)法、卡諾圖法）4/282基本邏輯電路門電路⑴TTL邏輯門電路←三極管三極管（符號?）：雙極型流控型器件。輸入端取電流。電路功耗大。三極管工作狀態(tài)：截止、放大、飽和。數(shù)字電路是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)下（即截止和飽和），放大狀態(tài)是模擬電子線路研究問題。一個理想開關(guān)元件,在接通狀態(tài)時,接通電阻（即ce之間電阻）為0,在斷開狀態(tài)下,其電阻（即ce之間電阻）為無窮大，斷開與接通之間轉(zhuǎn)換時間為0。①TTL邏輯門電路電平標稱值：高電平VH3.6V；低電平VL0.3V；電源電壓VCC+5V；閾值電壓VTH1.4V。5/28TTL邏輯門電路②、TTL門電路輸入負載特征和輸出特征。輸入負載特征：輸入大電阻（>3K），相當于接入高電平。懸空就相當于接高電平。此時用萬用表測得大約值應(yīng)為1.4V。輸出帶負載特征：TTL與非門帶負載后,負載電流流向有兩種情況,一個是從外電路流入與非門,稱為灌負載;另一個是從與非門流向外電路,稱為拉負載,其中TTL與非門帶灌負載能力較強。

③、OC門電路（邏輯符號?）TTL門電路不能直接線與，OC門電路（也稱集電極開路門電路）能夠把多個輸入端直接并聯(lián)使用，實現(xiàn)“線與”邏輯功效。④、三態(tài)門（邏輯符號?）輸出高電平、低電平、高阻態(tài)。三態(tài)門輸出端能夠直接線與，但同一時刻各三態(tài)門使能端只能有一個有效。所以可用作多路數(shù)據(jù)分時傳送。利用三態(tài)門能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。

6/28門電路⑵COMS邏輯門電路←場效應(yīng)管⑶門電路輸入特征⑷、門電路多出輸入端處理辦法（對于TTL和CMOS是不一樣）7/283觸發(fā)器觸發(fā)器特征方程依據(jù)觸發(fā)器驅(qū)動方程和特征方程，會寫出觸發(fā)器狀態(tài)方程，并進行簡單分析和畫波形圖。觸發(fā)器含有記憶功效，是最簡單時序邏輯電路器件。觸發(fā)器特點觸發(fā)器有2個穩(wěn)態(tài)（即0態(tài)和1態(tài)），它可統(tǒng)計1位二進制碼。若存放一個字節(jié)二進制信息，需要8個觸發(fā)器。

8/28例１、已知D觸發(fā)器初始狀態(tài)為0態(tài)，當D＝0時，CP脈沖作用后，Q端狀態(tài)應(yīng)為（0）。例２、R-S觸發(fā)器有______個穩(wěn)態(tài)，它可統(tǒng)計______位二進制碼。若存放一個字節(jié)二進制信息，需要________個觸發(fā)器。例3、RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器均含有狀態(tài)翻轉(zhuǎn)功效。（√）例4、JK觸發(fā)器在CP作用下，若J=K=1，其狀態(tài)保持不變。（×）例5：電路以下列圖所表示，已知CP和A、B波形，試寫出Q1和Q2狀態(tài)方程，并畫出Q1和Q2波形。設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)均為0。Q Q 9/282組合邏輯電路1數(shù)字電路特點及分類：分類按邏輯功效分為：組合邏輯電路，時序邏輯電路。它們特點各是什么？組合邏輯電路特點：電路輸出只取決于輸入，與電路原狀態(tài)無關(guān)。電路無記憶功效，由門電路組成。時序邏輯電路特點：電路輸出不但取決于輸入，還與電路原狀態(tài)相關(guān)。電路有記憶功效，由觸發(fā)器組成。例1:組合邏輯電路t時刻狀態(tài)和t-1時刻該電路狀態(tài)相關(guān).（×）例2:時序邏輯電路t時刻狀態(tài)和t-1時刻該電路狀態(tài)相關(guān).（√）例3:組合邏輯電路在任意時刻穩(wěn)定輸出信號取決于

。例4:時序邏輯電路在任意時刻穩(wěn)定輸出信號取決于

。

按集成器件分：TTL、CMOS按集成度分：小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模10/28

2小規(guī)模邏輯電路：門電路組成邏輯電路分析與設(shè)計。3中規(guī)模邏輯電路：經(jīng)典器件及型號：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器（半加器、全加器）、減法器（全減器、半減器）、數(shù)值比較器。⑴編碼器編碼器功效？二進制編碼：2n→n例：欲對全班86個學(xué)生以二進制代碼表示，最少需要二進制碼位數(shù)是(？)二—十進制編碼：10→4優(yōu)先編碼器。⑵譯碼器：譯碼器功效？二進制譯碼：n→2n（重點芯片：74LS138）二—十進制譯碼：4→10七段顯示譯碼器：輸入4位數(shù)據(jù)，輸出7段abcdefg會用138譯碼器分析或設(shè)計邏輯電路（后面有例題）11/28例４：試用一片3/8線譯碼器（如圖）和最少門設(shè)計一個奇偶校驗器，要求當三個變量中有偶數(shù)個1時，輸出為1，不然為0。已知譯碼器輸出為低電平有效。12/282組合邏輯電路⑶數(shù)據(jù)分配器輸入輸出是一對多關(guān)系。譯碼器使能端作為分配器地址輸入端。提醒：廠家不直接生產(chǎn)數(shù)據(jù)分配器，是用帶有使能端譯碼器代替。⑷數(shù)據(jù)選擇器：數(shù)據(jù)輸入輸出是多對一關(guān)系。有地址輸入端。例1：若數(shù)據(jù)輸入端有2n個，對應(yīng)地址輸入端應(yīng)為n個。例2：一個含有N個地址端數(shù)據(jù)選擇器功效是（2N選1）。數(shù)據(jù)選擇器表示式（4選1）：

13/28⑸加法器：半加器：不考慮低位向高位進位信號。全加器：考慮低位向高位進位信號。寫出真值表。邏輯符號。超前進位加法器比串行進位加法器快。

⑹減法器半減器：不考慮低位向高位進位信號。全減器：考慮低位向高位進位信號。寫出真值表。⑺數(shù)值比較器比較方法。一位數(shù)值比較器表示式。14/284組合邏輯電路分析（1）SSI（小規(guī)模集成電路）分析：即給定門電路組成邏輯圖，分析該邏輯圖邏輯功效。（2）MSI（中規(guī)模集成電路）分析：給出組合邏輯電路中規(guī)模器件（即上述中一個）和慣用邏輯門電路組成邏輯圖，分析其邏輯功效。5組合邏輯電路設(shè)計（1）SSI設(shè)計：依據(jù)所描述要求，用門電路實現(xiàn)該邏輯功效；（2）MSI設(shè)計：依據(jù)所描述要求，用譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等器件設(shè)計該邏輯功效；（用138譯碼器實現(xiàn)某一邏輯函數(shù)。）6組合邏輯電路中競爭冒險組合邏輯電路中競爭冒險消除方法有發(fā)覺并消掉互補變量、增加乘積項和輸出端并聯(lián)電容等方法。15/283時序邏輯電路1時序邏輯電路定義和主要特點。時序邏輯電路特點：電路輸出不但取決于輸入，還與電路原狀態(tài)相關(guān)。電路有記憶功效，由觸發(fā)器組成。例：時序邏輯電路在任意時刻穩(wěn)定輸出信號取決于

。時序邏輯電路在結(jié)構(gòu)上包含組合邏輯電路和存放電路兩部分。時序邏輯電路從觸發(fā)方式能夠分為同時時序邏輯電路和異步時序邏輯電路，主要是依據(jù)電路所接CP脈沖來分。2時序邏輯電路定義時序邏輯電路分析方法。（書上例題，后面例題）例２：分析下列圖所表示時序電路邏輯功效，寫出電路驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和輸出方程，畫出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并說明該電路是否能自開啟?！瘛瘛馜QCPFF1

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DQCPFF3&CPY16/282時序邏輯電路有哪些經(jīng)典器件？時序邏輯電路經(jīng)典器件（存放器、計數(shù)器）（1）存放器（a）存放器：只能暫存數(shù)碼，不能移位。n位存放器需要n個觸發(fā)器組成。（b）移位存放器：能夠暫存數(shù)碼，也能夠移位，而且還能夠進行數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換。n位移位存放器需要n個觸發(fā)器組成。經(jīng)典器件194。會分析194電路接成任意電路邏輯功效。會用移位存放器設(shè)計電路。17/28

（2）計數(shù)器：(a)計脈沖個數(shù)。n個觸發(fā)器最多能夠組成2n進制計數(shù)器。有效狀態(tài)、無效狀態(tài)、自開啟等概念。當初序電路存在無效循環(huán)時該電路不能自開啟。例1：組成一個2n進制計數(shù)器需n個觸發(fā)器。用n個觸發(fā)器組成計數(shù)器,計數(shù)容量最多可為

。例2：要組成5進制計數(shù)器，最少需要

個觸發(fā)器，其無效狀態(tài)有

個。例3：十進制計數(shù)器最高位輸出周期是輸入CP脈沖周期10倍。（√）（b）環(huán)形計數(shù)器：n個觸發(fā)器組成環(huán)形計數(shù)器有效狀態(tài)n個，無效狀態(tài)2n-n個。（c）扭環(huán)形計數(shù)器：n個觸發(fā)器組成環(huán)形計數(shù)器有效狀態(tài)2n個，無效狀態(tài)2n-2n個。18/283中規(guī)模計數(shù)器分析和設(shè)計（經(jīng)典器件161、160等）（1）給定電路會分析該電路是多少進制計數(shù)器。（2）會用給定中規(guī)模計數(shù)器采取反饋清零法或反饋置數(shù)法設(shè)計任意進制計數(shù)器。經(jīng)典器件161。例３：試分析下列圖所表示電路，畫出它狀態(tài)圖，說明它是幾進制計數(shù)器？（74160是十進制計數(shù)器，異步清零且低電平有效。）。19/284存放器可編程邏輯器件知識關(guān)鍵點1ROMROM分類：PROM、EPROM、E2PROM。它們各自特點，它們之間相同和不一樣點？

ROM字線、位線、存放容量計算；比如：一個容量為256×4位ROM有8條地址線，4條數(shù)據(jù)線，256根字線，總存放容量為1K。ROM是一個固定存放器，它能長久存放固定數(shù)據(jù)，工作時只能讀出而不能寫入，斷電數(shù)據(jù)不丟失。數(shù)據(jù)寫入是在工作前寫入。2RAMRAM用于數(shù)據(jù)暫存，可隨時對它進行讀寫工作，一旦斷電，數(shù)據(jù)馬上丟失。工作過程中可隨時寫入和讀出數(shù)據(jù)。20/283可編程邏輯電路（PLD）結(jié)構(gòu)（與或陣列）分類：PROM、PLA、PALPROM（可編程只讀存放器）：與陣列固定，或陣列可編程；PLA（可編程邏輯陣列）：與陣列和或陣列都可編程；還包含觸發(fā)器組。PAL（可編程陣列邏輯）：與陣列可編程，或陣列固定；GAL（通用陣列邏輯）：有與陣列或陣列，還有輸出邏輯宏單元（OLMC）。CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）可編程邏輯器件PLD是用戶經(jīng)過對器件編程來確定其器件內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)所需要邏輯功效。它們編程設(shè)計均需要借助于計算機來完成。對于我們介紹幾個器件（PROM、PLA、PAL和GAL）還需要借助于專用編程器來完成。21/28555定時器：能夠接成以下3種中任一個。1、用555定時器組成施密特觸發(fā)器：2、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：例：由555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,其輸出脈沖寬度取決于()；3、用555定時器組成多諧振蕩器：對于各種電路接法和參數(shù)計算以及相對應(yīng)輸出波形都要求熟練掌握。5脈沖波形變換與產(chǎn)生22/28單穩(wěn)態(tài)電路：特點：1、只有一個穩(wěn)態(tài)2、當觸發(fā)信號到來時，從穩(wěn)態(tài)→暫穩(wěn)態(tài)3、可從暫穩(wěn)態(tài)自動地回到穩(wěn)態(tài)（其中暫穩(wěn)態(tài)地維持時間取決于外接外接定時元件R、C數(shù)值）

應(yīng)用：用于定時（產(chǎn)生一定寬度脈沖）、整形（把不規(guī)則波形轉(zhuǎn)換成等寬、等幅脈沖）、延時（將輸入信號延遲一定時間之后輸出）等。分類：可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路、不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路23/28多諧振蕩器：（是一個自激振蕩電路，脈沖產(chǎn)生電路）特點：1、電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)2、能夠從一個暫穩(wěn)態(tài)自動地向另一個暫穩(wěn)態(tài)過渡3、沒有外加任何輸入信號，在輸出端能觀察到一個幅值、頻率波形作用：脈沖產(chǎn)生電路R1R224/28施密特觸發(fā)器：特點：1、有兩個穩(wěn)態(tài)（廣義上說也是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）2、屬于電平觸發(fā)，對于遲緩改變信號依然適用，當輸入信號到某一定電壓值時，輸出電壓會產(chǎn)生突變。3、輸入信號增加和降低時，電路有不一樣閾值電壓，其傳輸特征為：作用：脈沖波形變換