數字電路復習大綱四川大學PPT課件

1、主要內容：主要內容：一、數字邏輯基礎（第一、數字邏輯基礎（第1章，第章，第2章章)二、組合邏輯電路（第二、組合邏輯電路（第3、4章）章）三、時序邏輯電路（第三、時序邏輯電路（第5、6章）章）四、半導體存儲器和可編程邏輯器件（第四、半導體存儲器和可編程邏輯器件（第7章）章）五、脈沖波形的產生與變換（第五、脈沖波形的產生與變換（第8章）章）六、六、A/D、D/A轉換（第轉換（第9章）章）第1頁/共48頁一、數字邏輯基礎一、數字邏輯基礎1、數制與碼、數制與碼數制：以數制：以R為基數的計數體制為基數的計數體制 R=2、8、10、16 位權：位權：Rn-1R2R1R0.R-1R-2R-m 一般表達式：一

2、般表達式：1nmiiiDRKNn- 整數位數整數位數m- 小數位數小數位數Ki- 各位系數各位系數R- 基數基數 處于不同位置的數碼處于不同位置的數碼 Ki 所代表的數值是不同的，每所代表的數值是不同的，每一位的權數（位權）是一位的權數（位權）是 Ri 。第2頁/共48頁數制間的轉換數制間的轉換二進制與十六進制數、八進制數之間的轉換24=16，四位二進制數對應一位十六進制數。 23=8， 三位二進制數對應一位八進制數。舉例：3 3AF.2AF.2H H = = 00110011 10101010 11111111. .00100010 = 1110101111.001 = 1110101111

3、.001B B 3 A F 2 3 A F 21111101.111111101.11B B = = 01110111 11011101. .11001100 = 7D.C = 7D.CH H 7 D C7 D C 十六進制和八進制是二進制的另一種表達形式，一一對應，能簡單互換。第3頁/共48頁二進制數（B、O、H）取不同R按展開式展開，然后按照十進制運算法則求和。1011.10101011.1010B B= =（1 12 23 3+1+12 21 1+ +1 12 20 0+1+12 2-1-1+1+12 2-3-3）D D=11.625=11.625D DDFC.8DFC.8H H = =

4、（131316162 2+15+1516161 1+ +121216160 0+8+81616-1-1）D D = 3580.5= 3580.5D D十進制數（D）十進制數（D）二進制數（B、O、H）整數轉換法：小數轉換法：乘2取整，直至，高位到低位第4頁/共48頁碼碼編碼：把若干個0和1按一定規(guī)律編排在一起，組成不同的代碼，并且賦予每個代碼以固定的含義（十進制數值、字母、符號等）。編碼器能自動實現編碼操作。 用n位二進制代碼可以表達2n個不同的信號 需要編碼的信息有N項，則2n NA.每一組代碼都可以看作是一個包含特定含義的符號，各組代碼之間以及每組代碼內部各位之間沒有一定的數值進位關系。B

5、.信息與代碼間的對應關系完全是人為規(guī)定的，可以任意編，但在制定編碼時，應該使編碼順序有一定的規(guī)律可循。第5頁/共48頁幾種常見編碼A.自然二進制碼（8421碼）：在數值上與對應的十進制 恰好相等位數n由N決定。B.二-十進制碼（BCD碼） 固定4位二進制編碼表示十進制的0-9十個數碼。 由于4位二進制碼可以表示24=16種信號，所以在表示0-9這十個數碼時就有不同的組合，即不同的編碼方式： 8421BCD碼 2421BCD碼 5421BCD碼 余3碼：8421BCD碼+0011第6頁/共48頁判斷及填空：判斷及填空：1.四位二進制代碼有四位二進制代碼有16種組合，表示種組合，表示0-9十個十進

6、制數十個十進制數時要去掉其中時要去掉其中6種。種。 2.二進制數二進制數1001和二進制代碼和二進制代碼1001都表示十進制數都表示十進制數9。3.二進制代碼二進制代碼1000和和1001都可以表示十進制數都可以表示十進制數9 。4.（1001 1101 1111 0001）B=（9DF1）H5. 10.10B=（ ）D6. 16D=（ ）8421=（ ）8421BCD7. FFH=（ ）B=（ ）O=（ ）D =（ ）8421BCD2.5100000001011011111111377255001001010101第7頁/共48頁2、基本邏輯運算及表達方式 邏輯代數是研究數字邏輯電路的數學工

7、具。邏輯代數是按一定邏輯規(guī)律進行運算的代數，與普通代數一樣也是用字母表示變量，區(qū)別在于：1.變量值只有0和1，且只表示兩種對立的邏輯狀態(tài)，不表示數量的大小。2.表達方式：真值表-將輸入變量的各種可能取值和相應函數 值排列在一起而組成的表格。 邏輯符號-規(guī)定的圖形符號。 邏輯函數表達式-L=f（A、B） 語句表、梯形圖等。第8頁/共48頁3.邏輯變量有原變量和反變量兩類，普通代數中沒有反變量。4.邏輯代數中的基本運算有邏輯乘、邏輯加、邏輯非，而普通代數有加、減、乘、除四種運算。第9頁/共48頁異或：異或：同或：同或：L=A B=BABABAL+=ABBA+常見邏輯運算：P24基本邏輯運算：與、或

8、、非基本邏輯運算：與、或、非第10頁/共48頁3.邏輯關系表達方式間的轉換邏輯關系表達方式間的轉換：真值表真值表 表達式表達式 邏輯圖邏輯圖真值表 表達式：把真值表中函數值等于1的變量組合挑出來；變量組合中變量是1的寫成原變量，是0的寫成反變量；把組合中各個變量相乘，這樣對應于函數值為1的每個變量組合就可以寫成一個乘積項，然后把這些就的得到相應的邏輯表達式。表達式 真值表 邏輯運算第11頁/共48頁4、邏輯函數的變換和化簡公式法公式法圖形法圖形法變換變換化簡化簡化簡：變量數在化簡：變量數在5以內以內與非與非-與非與非或非或非-或非或非第12頁/共48頁BABAAAABAABAAB吸收律隱含律：

9、CAABBCCAAB 注意公式的擴展應用如：注意公式的擴展應用如：BAABA+=+反演律（摩根定律）：BABABABA .常用公式：常用公式：公式法變換和化簡邏輯函數公式法變換和化簡邏輯函數第13頁/共48頁 邏輯函數的變換邏輯函數的變換 根據邏輯表達式，可以畫出相應的邏輯圖，表達式的形根據邏輯表達式，可以畫出相應的邏輯圖，表達式的形式決定門電路的個數和種類，因此實際中需要對表達式進行式決定門電路的個數和種類，因此實際中需要對表達式進行變換。變換。 常用的表達方式：常用的表達方式：與或、與非與或、與非-與非與非 常見變換：常見變換：與或與或 與非與非-與非與非 與或與或 或非或非-或非或非 方

10、法：方法： 與或表達式與或表達式摩根定律（摩根定律（ 用與非門實現）用與非門實現）與或表達式與或表達式或與表達式或與表達式摩根定律（用或非門實現）摩根定律（用或非門實現）第14頁/共48頁BABABAL&AB&AB1L用與非門實現用與非門實現BABABABABABALAB&BLA=1BAL第15頁/共48頁無反變量輸入BABALBBAABABABABBAAABBABAABBABAL&AB第16頁/共48頁邏輯函數的化簡邏輯函數的化簡邏輯函數化簡的意義：邏輯表達式越簡單，實現它邏輯函數化簡的意義：邏輯表達式越簡單，實現它的電路越簡單，電路工作越穩(wěn)定可靠。的電路越簡

11、單，電路工作越穩(wěn)定可靠。最簡與或表達式最簡與或表達式乘積項最少、并且每個乘積項中的變量也最少的與乘積項最少、并且每個乘積項中的變量也最少的與或表達式。或表達式。第17頁/共48頁（1）卡諾圖：由最小項構成的按相鄰性規(guī)律排列的方格圖。（2）卡諾圖化簡邏輯函數的依據：）卡諾圖化簡邏輯函數的依據：任何2n個標1的相鄰最小項，可以合并為一項，并消去n個變量（消去互為反變量的因子，保留公因子）。 AB C000111100100110110CBACBAABCBCACBBC卡諾圖化簡邏輯函數卡諾圖化簡邏輯函數第18頁/共48頁（3）卡諾圖化簡邏輯函數的步驟：）卡諾圖化簡邏輯函數的步驟：1.用卡諾圖用卡諾圖

12、 表示邏輯函數。表示邏輯函數。2.合并最小項。合并最小項。 包含包含2n個方格：個方格：2、4、8 包圍的方格為矩形塊包圍的方格為矩形塊 包圍圈越大越好，越少越好包圍圈越大越好，越少越好 方格可以被重復包圍，但每個包圍圈內必需有新的方格方格可以被重復包圍，但每個包圍圈內必需有新的方格 所有的所有的1都要被包圍住都要被包圍住 充分考慮隨意項充分考慮隨意項3.合并后的最小項之和即為最簡與或表達式。合并后的最小項之和即為最簡與或表達式。P37 習題習題P64 習題習題第19頁/共48頁TTL和和CMOS邏輯門電路邏輯門電路邏輯功能邏輯功能性能特點性能特點工作速度工作速度帶負載能力帶負載能力灌電流負載

13、灌電流負載拉電流負載拉電流負載半導體器件的開關特性半導體器件的開關特性 二、組合邏輯電路1、邏輯門電路、邏輯門電路門電路負載電流計算參數：門電路負載電流計算參數：IOL、IOH、IIL、IIH第20頁/共48頁其他邏輯門電路：OC門、TSL門、TG門線與：靠線的連接實現線與：靠線的連接實現與與的邏輯功能。普通的邏輯功能。普通TTL輸出端不允許直接相連。輸出端不允許直接相連。CDABYYY21集電極開路門（OC門）第21頁/共48頁三態(tài)與非門（TSL門）電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)。種狀態(tài)。=0,1,EEABY第22頁/共48頁傳輸門TG：傳送模擬

14、信號的模擬開關正負邏輯問題 門電路多余輸入端的處理P122 習題習題3.第23頁/共48頁2、組合邏輯電路的分析和設計分析：已知邏輯電路，通過數字邏輯的方法，推斷電路的邏輯功能。邏輯圖邏輯圖邏輯表邏輯表達式達式（最簡）與（最簡）與或表達式或表達式真值表真值表電路的邏電路的邏輯功能輯功能第24頁/共48頁設計：根據實際邏輯問題（控制要求），設計出滿足要求的最簡的邏輯電路圖。真值表真值表電路功電路功能描述能描述邏輯表達式邏輯表達式或卡諾圖或卡諾圖最簡與或最簡與或表達式表達式邏輯變換邏輯變換邏輯電路圖邏輯電路圖第25頁/共48頁3、常用組合邏輯功能器件實現編碼操作的電路稱為編碼器。編編碼碼器器N個需

15、編碼的信息個需編碼的信息n位二進制碼（位二進制碼（2nN）編碼器編碼器優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器CD4532CD4532 CD4532 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y0 Y1 Y2 EI EO GS 第26頁/共48頁譯碼器譯碼器把代碼狀態(tài)的特定含義翻譯出來的過程稱為譯碼，實現譯碼操作的電路稱為譯碼器。譯譯碼碼器器n位二進制碼位二進制碼N個譯碼出的信息個譯碼出的信息N 2n二進制譯碼器：二進制譯碼器：74LS138（3/8譯碼器）譯碼器）二二-十進制譯碼器：十進制譯碼器：4/10線線顯示譯碼器：驅動顯示器件如數碼管顯示譯碼器：驅動顯示器件如數碼管共陰、共陽？共陰、共陽？應用：實現

16、邏輯函數、作數據分配器應用：實現邏輯函數、作數據分配器第27頁/共48頁數據選擇器數據選擇器按要求從多路輸入中選擇一路輸出。按要求從多路輸入中選擇一路輸出。D0D1D2D2n-1Yn位通道選擇信號位通道選擇信號數據選擇器數據選擇器例如例如74HC151D7YYE7474HC151151D6D5D4D3D2D1D0S2S1S0第28頁/共48頁用數據選擇器實現組合邏輯函數用數據選擇器實現組合邏輯函數實現并行數據到串行數據的轉換實現并行數據到串行數據的轉換 0 1 0 0 1 1 0 1 L 74HC151 E S2 S1 S0 Y S2 S1 S0 第29頁/共48頁比較器算術運算電路：加法器超

17、前進位加法器超前進位加法器第30頁/共48頁P192 習題習題 習題習題第31頁/共48頁三、時序邏輯電路三、時序邏輯電路1、鎖存器和觸發(fā)器、鎖存器和觸發(fā)器觸發(fā)方式、邏輯功能觸發(fā)方式、邏輯功能觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：電平觸發(fā)：電平觸發(fā)：對脈沖電平敏感對脈沖電平敏感(鎖存器鎖存器)脈沖觸發(fā)：脈沖觸發(fā)：對脈沖邊沿敏感對脈沖邊沿敏感(觸發(fā)器觸發(fā)器)第32頁/共48頁邏輯功能：邏輯功能：SR：Qn+1=S+RQn，其約束條件為：SR0JK： Qn+1=JQn+KQnD： Qn+1=DT： Qn+1=TQn+TQnT： Qn+1=Qn 鎖存器和觸發(fā)器的邏輯功能可以用特性方程、特性表（真值表）、激勵表（驅動表

18、）、狀態(tài)圖和時序圖等方式來描述。其邏輯功能可以相互轉換。置0、置1和保持置0、置1、保持、翻轉置0、置1P238 習題習題第33頁/共48頁 時序電路邏輯功能的表示方法時序電路邏輯功能的表示方法時序電路的邏輯功能可用邏輯表達式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖、時序圖和邏輯圖6種方式表示，這些表示方法在本質上是相同的，可以互相轉換。1）邏輯方程組：）邏輯方程組：特性方程：描述觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達式。激勵方程：（驅動方程）觸發(fā)器輸入信號的邏輯表達式。時鐘方程：控制時鐘CP的邏輯表達式。狀態(tài)方程：（次態(tài)方程）次態(tài)輸出的邏輯表達式。 激勵方程代入特性方程得狀態(tài)方程。輸出方程：輸出變量的邏輯表達式。2、時序

19、電路的分析和設計方法、時序電路的分析和設計方法第34頁/共48頁2）狀態(tài)（真值）表：）狀態(tài)（真值）表：表明輸出Y、次態(tài)Qn+1與輸入X、現態(tài)Qn邏輯關系的表格。3）狀態(tài)圖：）狀態(tài)圖：4）時序（波形）圖）時序（波形）圖表明狀態(tài)轉換規(guī)律及相應輸入、輸出取值關系的圖形。第35頁/共48頁 時序電路邏輯功能的分類時序電路邏輯功能的分類同步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖相同，即電路中有一個統(tǒng)一的時鐘脈沖，每來一個時鐘脈沖，電路的狀態(tài)只改變一次。異步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖不同，即電路中沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖來控制電路狀態(tài)的變化，電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器的翻轉有先有后，是異步進行的。

20、在分析時必須注意，觸發(fā)器只有在其CP端的信號有效時，狀態(tài)才可能改變，否則狀態(tài)保持不變，因此必須確定各CP端是否有觸發(fā)信號作用。第36頁/共48頁 時序電路邏輯電路的分析方法時序電路邏輯電路的分析方法電路圖電路圖特性方程、特性方程、時鐘方程、時鐘方程、驅動方程、驅動方程、輸出方程。輸出方程。狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖狀態(tài)圖判斷電路判斷電路邏輯功能邏輯功能12354狀態(tài)表狀態(tài)表或或時序圖時序圖第37頁/共48頁時序電路邏輯電路的設計方法時序電路邏輯電路的設計方法設計設計要求要求原始狀原始狀態(tài)圖態(tài)圖最簡狀最簡狀態(tài)圖態(tài)圖畫電畫電路圖路圖檢查電檢查電路能否路能否自啟動自啟動1246列狀態(tài)真值表、列狀態(tài)真值表

21、、選觸發(fā)器，求時選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、鐘、輸出、狀態(tài)、驅動方程驅動方程5狀態(tài)狀態(tài)分配分配3化簡存在無效狀態(tài)時存在無效狀態(tài)時第38頁/共48頁寄存器在數字電路中，用來存放二進制數據或代碼的電路稱為寄存器。寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制代碼，存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構成。按照功能的不同，可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類?；炯拇嫫髦荒懿⑿兴腿霐祿?，需要時也只能并行輸出。移位寄存器中的數據可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數據既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、

22、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。3、常用時序邏輯功能器件、常用時序邏輯功能器件第39頁/共48頁計數器在數字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數的電路稱為計數器。二進制計數器、非二進制計數器加法計數器、減法計數器、可逆計數器同步計數器、異步計數器按按CP脈沖輸入方式：脈沖輸入方式：按計數規(guī)律：按計數規(guī)律：按計數的進制：按計數的進制：第40頁/共48頁集成計數器集成計數器1.集成計數器：74161、743902.集成計數器構成N進制計數器CP脈沖引入方式：同步、異步計數模式：清零方式：異步、同步預置數方式：異步、同步P319 習題習題 習題習題第41頁/共48頁四、存儲器和可編程邏輯器件四、存儲器和可編程邏輯器件用來存放數據、資料、程序等二進制信息的器件。存取速度：反映存儲器的工作速度。存儲容量：字數位數（字位）1024=1K 1024K=1M 1024M=1G存儲器半導體存儲器的功能及分類。ROM、 PROM、 EPROM的電路結構及工作原理，理解與陣列(譯碼器)和或陣列(存儲陣列)的原理及用存儲器實現組合函數的方法。第42頁/共48頁存儲矩陣地址譯碼器讀/寫控制