《哈工程数字电子技术课件赵旦峰老师讲诉》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工程数字电子技术课件赵旦峰老师讲诉（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字电子技术 课程,学习方法 赵旦峰,课程的特点和学习方法,特点: 1.电子技术专业基础课程； 2.有自身完整的理论体系，是许多后续课程的公共基础； 3.具有很强的实践性； 4.要结合工程实际，进行分析和设计,学习方法: 1.要抓住重点； 2.要学会处理工程实际问题的方法； 3.要努力提高实践工程能力； 4.要掌握EDA技术的应用； 5.要提高自学能力，注意读书的方法。,各章基本要求和重点,一数制和码制 1）掌握二进制、十六进制数及其与十进制数的相互转换。 2）掌握8421编码，了解其他常用编码。 3）能够转换各种常用编码。,表1-1 二、八、十、十六进制的对照关系,表1-3 常用BCD代码,
2、二逻辑代数基础 1）掌握逻辑代数中的基本定律和定理。 2）掌握逻辑关系的描述方法及其相互转换。 3）掌握逻辑函数的化简方法。,逻辑符号描述法,现行国家标准,过去适用的符号,国外常用的符号,能实现基本逻辑关系的基本单元电路称为逻辑门电路。如与门、或门、非门（反相器）等。,(1) 关于变量和常量关系的公式,逻辑代数的基本定律,(2) 交换律、结合律、分配律,A ( B C ) = AB AC,分配律：,A ( B + C ) = AB + AC,+,A + BC = ( A + B )( A + C ),A + ( BC ) = (A + B ) (A + C ),+,(3) 特殊规律,三个规则,
3、代入规则,任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现变量A的地方都代之以一个逻辑函数F，则等式仍然成立。,例2-3 已知等式A(B+E)=AB+AE，试证明将所有出现E的地方代之以(C+D) ，等式仍成立。,解 原式左边AB+ (C+D) AB+A(C+D) AB+AC +AD 原式右边 AB+A(C+D) AB+AC +AD 所以等式仍然成立。,反演规则,解 由反演规则，可得,若用反演律求解，则,解 由反演规则，可得,对偶规则,设F是一个逻辑函数表达式，如果将F中所有的与运算和或运算互换；常量0和常量1互换，则可得到一个新函数式F。F称为F的对偶式。,推论：等式的对偶式也是等式，即：,逻辑函数
4、的标准形式,最小项表达式,(1) 最小项,设有n个变量的逻辑函数，在由此n个变量组成的乘积项（与项）中，若每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次，而且仅出现一次，则这样的乘积项称为n变量逻辑函数的最小项。 最小项可用符号mi 表示，下标 i 的确定方法是：对于最小项中的各变量，用1代替其中的原变量，用0代替其中的反变量，得到一个二进制数，下标 i 就是与此二进制数等值的十进制数。例如三变量逻辑函数的最小项：,最小项表达式的书写形式：,(2) 最小项表达式 全部由最小项相加而构成的与或表达式称为最小项表达式，又称为标准与或式，或标准积之和式。,最大项表达式,(1) 最大项,设有n个变量的逻辑函
5、数，在由此n个变量组成的和项（或项）中，若每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次，而且仅出现一次，则这样的和项称为n变量逻辑函数的最大项。 最大项可用符号Mi 表示，下标 i 的确定方法是：对于最大项中的各变量，用0代替其中的原变量，用1代替其中的反变量，得到一个二进制数，下标 i 就是与此二进制数等值的十进制数。例如三变量逻辑函数的最大项：,最大项表达式的书写形式：,(2) 最大项表达式 全部由最大项相与而构成的或与表达式称为最大项表达式，又称为标准或与式，或标准和之积式。,解 填写卡诺图，画包围圈，化简。,三门电路 1）了解半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性。 2）了解TTL、CM
6、OS门电路的组成和工作原理。 3）掌握典型TTL、CMOS门电路的逻辑功能、特性、主要参数和使用方法。 4）了解特殊逻辑门电路的特点和使用方法。,R4,A,VCC,T4,T3,D4,R2,T2,R3,T1,B,C,R1,Y,图3-2-2 CT54/74系列与非门,晶体管晶体管逻辑门电路（TTL）,TTL与非门由三部分组成：多发射极晶体管T1和电阻R1构成电路的输入级，输入信号通过T1的发射结实现与逻辑；T2和电阻R2、R3组成中间级，从T2的集电结和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为T3和T4输出级的驱动信号；T3、D4、T4和R4构成推拉式的输出级。,图3-2-17 集电极开路的与非门
7、及其逻辑符号,VCC,T4,Y,B,A,T1,T2,Y,B,A,&,(a),(b),OC门电路取消了典型TTL门电路中T3、D4的输出电路，在使用时外接一个电阻RL和外接电源V。,只要电阻RL和电源V的数值选择恰当，就能保证输出的高、低电平符合要求，输出三极管T4的负载电流又不过大。,图3-2-18表示了n个OC门并联使用的情况，其输出,VCC,T4,T3,D4,T2,Y,图3-2-19 三态门电路及逻辑符号,T1,D,P,G1,G2,A,B,EN,EN,A,&,B,EN,A,&,B,Y,Y,(a),(c),(b),三态输出门（三态门）,三态门是在普通门电路基础上，增加控制端和控制电路构成的。
8、,若EN为有效电平，三态门与普通门电路一致；否则，输出呈现高阻抗状态，输入与输出之间相当于断开。,高电平有效,低电平有效,MOS晶体管,MOS（Metal Oxide Semiconductor）集成电路的基本元件是MOS晶体管。MOS管有三个电极：源极S、漏极D和栅极G。它是用栅极电压来控制漏源电流。,MOS管有P型沟道和N型沟道两种，按其工作特性又分为增强型和耗尽型两类。下面以N沟道增强型MOS管为例进行讨论。,图3-5-1 CMOS反相器,D,G,S,S,G,D,vO,VDD,TL,T0,vI,CMOS反相器工作原理,CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联
9、组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。,两个MOS管的开启电压VGS(th)P0，通常为了保证正常工作，要求VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N。,若输入vI为低电平(如0V)，则负载管导通，输入管截止，输出电压接近VDD。,若输入vI为高电平(如VDD)，则输入管导通，负载管截止，输出电压接近0V。,表3-5-3 各类数字集成电路主要性能参数比较表,各类数字集成电路主要性能参数的比较,四组合逻辑电路 1）掌握组合电路的特点、分析方法和设计方法。 2）掌握编码器、译码器、加法器、数据选择器和数值比较器等常用组合电路的逻辑功能及使用方法。 3）了解组合电路的竞争冒险现象及其消
10、除方法。,组合逻辑电路分析方法,分析：根据给定的逻辑电路图，归纳出该逻辑电路的逻辑功能。,组合逻辑电路的分析通常采用代数法，一般按照以下步骤进行： (1) 根据给定组合逻辑电路的逻辑图，从输入端开始，逐级推导出输出端的逻辑函数表达式； (2) 由输出函数表达式，列出它的真值表； (3) 从逻辑函数表达式或真值表，概括出给定组合逻辑电路的逻辑功能。,全加器,A,B,CO,图4-1-2 1位全加器,F,CI,位全加器,根据F及CO的表达式，列出真值表。,按照组合逻辑电路的分析步骤，首先写出各级逻辑门的输出表达式：,由真值表可见，若A、B为两个输入的1位二进制数，CI为低位二进制数相加的进位输出到本
11、位的输入，则F为三者之和，CO为三者相加向高位的进位输出。 因此，该电路可完成1位二进制数全加的功能，称为全加器。,全加器是常用的算术运算电路，图4-1-3为全加器的逻辑符号。,串行进位加法器,CO,CO,B3,A3,CI,图4-1-4 4位逐位进位加法器,由于每一位相加结果，必须等到低一位的进位产生以后才能建立，因此这种结构也叫做逐位进位加法器。 串行进位加法器的特点是结构简单，最大缺点是运算速度慢。为了提高运算速度，必须减小或消除由于进位信号逐位传递所消耗的时间，采用超前进位加法器。,B2,A2,B1,A1,B0,A0,CO,CI,CO,CI,CO,CI,F3,F2,F1,F0,在位全加器
12、的基础上，可以构成多位加法电路。,超前进位加法器,由位超前进位全加器逻辑电路可知，各位进位信号Y2、Y3、Y4只与两个加数有关，是并行产生的，都只需要经历一级与非门和一级与或非门的延迟时间。超前进位加法器大大提高了运算速度。,位超前进位全加器集成电路有：CT54 283/CT74 283、CT54 S 283/CT74 S 283、CT54 LS 283/ CT74 LS 283、CC4008等。,概念：能完成比较两个数字的大小或是否相等的各种逻辑功能电路统称为数值比较器。,数值比较器,位数值比较器,COMP,图4-1-22 数值比较器通用逻辑符号,根据电路写表达式：,根据表达式列写数值比较器
13、的真值表：,表4-1-9 图4-1-23所示电路真值表,集成位数值比较器,多位数值比较器是由高位开始比较，逐位进行。对于集成数值比较器，设置有级联信号输入端，接收来自低位比较器的输出结果。若比较器的各位比较结果都相等，最终结果取决于级联信号输入。,图4-1-25 4位数值比较器逻辑符号,COMP,A0,A1,A2,AB,AB,AB,0,3,P,FAB,FAB,A3,B0,B1,B2,0,3,Q,B3,PQ,PQ,PQ,FAB,在单独使用或作为最低位片使用时，为了不影响比较结果，低位片级联输入AB、AB应置，A=B置。,双4选1数据选择器,根据逻辑图及传输门的工作特点，写出函数表达式：,可见，通
14、过A1A0的种组合，可以从D3D0路输入数据中选择路送到输出端，从而实现了数据选择的功能。,TG 1,TG 2,TG 5,TG 3,TG 4,TG 6,1,A1,A0,D10,D11,D12,D13,ST1,Y1,TG 1,TG 2,TG 5,TG 3,TG 6,1,D20,D21,D22,D23,ST2,Y2,TG 4,图4-1-28 双4选1数据选择器,返回,MUX,ST1,A0,A1,D10,D11,D12,D13,0,1,0,1,2,3,G,0,3,Y1,Y2,EN,五触发器 1）掌握典型触发器的逻辑功能及其描述方法。 2）理解基本RS触发器的电路结构、工作原理及动态特性。 3）了解典型触发器的电路结构特点及触发方式。,1,1,&,&,G2,G1,Q,Q,Q,Q,SD,RD,(a),(b),图5-1-1 基本触发器电路,基本触发器电路组成和工作原理,基本触发器电路由两个与非门（或非门）交叉耦合组成。有两个输出端和两个输入端。,综上所述：基本触发器具有置0（复位）、置1（置位）和保持的功能。基本触发器又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。,此时如果两个输入信号同时发生由0到1的变化，则会出现所谓竞争现象。由于两个与非门的延迟时间无法确定，使得触发器最终稳
