數字系統(tǒng)與邏輯設計期末復習2007

1、注意1. 17、10和11章中沒有帶*號，且課堂上講過的內容都有可能考到；2. 復習課所講的題目不等于考試內容；3. 作業(yè)和平時成績占10%30%；4. 12.26日前補齊作業(yè)；5. 遵守考場紀律，杜絕舞弊；6. 考試日期：12.31日，下午2：304：307. 考試地點：待定8. 考試時間：120分鐘考試題型1. 填空題，10題1分/題，共10分；2. 單項選擇題，8題2分/題，共16分；3. 化簡與計算，4題，共19分；4. 分析，5題6分/題，共30分；5. 分析與計算，1題10分/題，共10分；6. 設計， 1題15分/題，共15分。章節(jié)提綱章節(jié)提綱1. 數制和碼制數制和碼制2. 邏輯

2、代數基礎邏輯代數基礎3. 門電路門電路4. 組合邏輯電路組合邏輯電路5. 觸發(fā)器觸發(fā)器6. 時序邏輯電路時序邏輯電路7. 半導體存儲器半導體存儲器10. 脈沖波形的產生和整形脈沖波形的產生和整形11. 數數-模和模模和模-數轉換數轉換p 幾種常用的數制幾種常用的數制p 不同數制間的轉換不同數制間的轉換p 二進制算術運算二進制算術運算p 特點特點p 反碼、補碼和補碼運算反碼、補碼和補碼運算p 幾種常用的編碼幾種常用的編碼p 習題類型與解題方法習題類型與解題方法第一章第一章 數制和碼制數制和碼制 數制數制多位數碼中每一位的構成；從低位到高位多位數碼中每一位的構成；從低位到高位的進位規(guī)則的進位規(guī)則1

3、.2 幾種常用的數制幾種常用的數制10110110. (. .): :i0-1:innmnnmniinnmNimiiDk NkNk NNk NkNk Nk kkkNkNDN計數基數第 位的系數，為 的整數第進制數 ：位的權 常用的數制常用的數制 十進制，二進制，八進制，十六進十進制，二進制，八進制，十六進制制逢逢N進一進一 二進制，八進制，十進制，十六進制二進制，八進制，十進制，十六進制逢二進一逢二進一逢八進一逢八進一逢十進一逢十進一逢十六進一逢十六進一十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制000000000010001011020010022030011033040100044

4、05010105506011006607011107708100010809100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F不同進制數的對照表不同進制數的對照表1.3 1.3 不同數制間的轉換不同數制間的轉換 二二-十轉換十轉換例：例：321012210(1011.01)1 2021 21 2021 211.25) （2(0,1)iiDkk 十十-二轉換二轉換整數部分整數部分:例：例：1231212110121100112211102222222222222kkkkkkkkkkkkkkkkSnnnnnnnnnnnnnnn

5、nnn)()()(同理01102215201021212143208621173276543210kkkkkkkk余數余數余數余數余數余數余數余數21010101101173)()(故 十十-二轉換二轉換小數部分小數部分:例：例：12101212110231211223312( )2222( )(222)2(222)(22)mmmmmmmmSkkkSkkkkkkkkkk2101101081250).().(故432110001250000050000225000125001262500162501281250kkkk整數部分整數部分整數部分整數部分. 二二-十六轉換十六轉換例：將例：將(010

6、11110.10110010)2化為十六進制化為十六進制216 (0101 1110 1011 0010) 5 E. B 2 十六十六-二轉換二轉換162 8 F A. C 6 1000 1111 1010. 11 00 0 10 1 八進制數與二進制數的轉換八進制數與二進制數的轉換例：將例：將(011110.010111)2化為八進制化為八進制2111010110011).(87263).(83425).(2011100010101).( 十六進制數與十進制數的轉換十六進制數與十進制數的轉換),(151016KKDiip 十六進制轉換為十進制十六進制轉換為十進制p 十進制轉換為十六進制：十進

7、制轉換為十六進制：p p 十進制十進制 二進制二進制 十六進制十六進制p 1.4 1.4 二進制算術運算二進制算術運算p 和十進制算數運算的規(guī)則相同，逢二進一和十進制算數運算的規(guī)則相同，逢二進一p 乘法運算：通過若干次的乘法運算：通過若干次的“被乘數（或零）左移被乘數（或零）左移1位位”和和“被乘數（或零）與部分積相加被乘數（或零）與部分積相加”這兩種操作完成這兩種操作完成p 除法運算：通過若干次的除法運算：通過若干次的“除數右移除數右移1位位”和和“從被除數或從被除數或余數中減去除數余數中減去除數”這兩種操作完成這兩種操作完成p 加、減、乘、除加、減、乘、除 全部可以用全部可以用“移位移位”

8、和和“相加相加”兩種操作兩種操作實現。實現。p 簡化了電路結構簡化了電路結構 1001+ 0101 1110 1001- 0101 0100 1001 0101 1001 0000 1001 0000 01011011.11010110010101 1000 0101 0110 0101 0010 特點特點數字電路中普遍采用二進制算術運算數字電路中普遍采用二進制算術運算COMP()()2()nNNNNN當 為正數當 為負數 反碼、補碼和補碼運算反碼、補碼和補碼運算p 補碼：對于有效數字為補碼：對于有效數字為n位的二進制數位的二進制數N，其補碼為，其補碼為需要做減需要做減法運算法運算p 反碼：反

9、碼：INV()()21()nNNNNN當 為正數當 為負數p 當當N為負數時：將為負數時：將N的數值位逐位求反得到反碼的數值位逐位求反得到反碼COMPINV()()1NNINV()N補碼運算：補碼運算： +5 = (0 0101) -5 = (1 1011) 3位二進制數原碼、反碼和補碼的對照表位二進制數原碼、反碼和補碼的對照表+7011101110111+6011001100110+5010101010101+4010001000100+3001100110011+2001000100010+1000100010001+0000000000000-1100111101111-21010110

10、11110-3101111001101-4110010111100-5110110101011-6111010011010-7111110001001-8100011111000 補碼表示的二進制數相加時的符號位補碼表示的二進制數相加時的符號位例：用二進制補碼運算求出例：用二進制補碼運算求出 13 1310 10 、131310 10 、131310 10 01101130 01101100 0101010 1 10110230 1011130001113 1 1001113 1 10011100 0101010 1 1011031 11101230101001結論：

11、將兩個加數的符號位和來自最高有效數字結論：將兩個加數的符號位和來自最高有效數字位的進位相加，結果就是和的符號位的進位相加，結果就是和的符號 解：1.5 1.5 幾種常用的編碼幾種常用的編碼表 幾種常見的十進制代碼00000001100000000001010001010000010001011020010010100100100011130011011000110101010140100011101000111010050101100010111000110060110100111001001110170111101011011100111181000101111101101111091001

12、1100111111111010一、十進制代碼一、十進制代碼p 8421碼：每一位二值代碼的碼：每一位二值代碼的1都代表一個固定數值。都代表一個固定數值。p 恒權代碼。恒權代碼。00000100012001030011401005010160110701118100091001p 余余3碼：將其看作二進制數，則它的數值比它所表示的十進制碼：將其看作二進制數，則它的數值比它所表示的十進制p 數碼多數碼多3。進位。進位。0和和9、1和和8、2和和7、3和和6、4和和5p 的余的余3碼互為反碼。非恒權代碼。碼互為反碼。非恒權代碼。 0001110100201013011040111510006100

13、1710108101191100p 2421碼：恒權代碼，碼：恒權代碼， 0和和9、1和和8、2和和7、3和和6、4和和5p 互為反碼?；榉创a。 00000100012001030011401005101161100711018111091111 5211碼：恒權代碼，每一位的權正好與碼：恒權代碼，每一位的權正好與8421碼十進制計數器碼十進制計數器4 個觸發(fā)器輸出脈沖的分頻比相對應。個觸發(fā)器輸出脈沖的分頻比相對應。 00000100012010030101401115100061001711008110191111p余余3循環(huán)碼：變權碼，相鄰的兩個代碼之間僅有循環(huán)碼：變權碼，相鄰的兩個代碼

14、之間僅有1位的狀態(tài)不同。位的狀態(tài)不同。p 00010101102011130101401005110061101711118111091010特點：特點： 每一位的狀態(tài)變化都按一定的順序循環(huán)。每一位的狀態(tài)變化都按一定的順序循環(huán)。 按照上表的編碼順序依次變化時，相鄰代碼只有一按照上表的編碼順序依次變化時，相鄰代碼只有一 位發(fā)生變化。位發(fā)生變化。 0000000008100011001000100019100111012001000111010101111300110010111011111040100011012110010105010101111311011011601100101141110

15、10017011101001511111000二、格雷碼二、格雷碼應用：應用： 減少過渡噪聲減少過渡噪聲三、美國信息交換標準代碼三、美國信息交換標準代碼 (ASCII)p 由由ISO認定為國際通用的標準代碼認定為國際通用的標準代碼p 7位二進制代碼位二進制代碼 ，共，共128個。個。7 6 5 4 3 2 1b b b b b b bb4b3b2b1b7b6b50000010100111001011101110000NULDLESP0P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EU

16、eu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFSNn1111SIUS/?O-oDEL一、不同數制間的轉換，例如：題1.4、題1.5、題1.9二、原碼、反碼、補碼之間的轉換，例如：題1.10三、二進制數的補碼運算，例如：題1.15習題類型與解題方法p 介紹分析數字電路邏輯功能的數學方法介紹分析數字電路邏輯功能的數學方法p 內容提要內容提要p 邏輯代數的三種基本運算邏輯代數的三種基本運算p 基本公式和常用公式基本公式和常用公式p 邏輯代數的基本

17、定理；邏輯代數的基本定理；p 邏輯函數及其表示方法；邏輯函數及其表示方法；p 化簡邏輯函數（公式化簡邏輯函數（公式/ /卡諾圖卡諾圖/ /無關項）。無關項）。p 習題類型與解題方法習題類型與解題方法2.2 2.2 邏輯代數的三種基本運算：與、或、非邏輯代數的三種基本運算：與、或、非1.1.與運算與運算Y=AB =AB =A and B = A&B2.2.或運算或運算Y = A+B = A or B3.3.非運算非運算notY = A=A4.4.一些常用的復合邏輯運算一些常用的復合邏輯運算p 復合邏輯運算：用兩個以上基本運算構成的邏輯運算，復合邏輯運算：用兩個以上基本運算構成的邏輯運算，

18、 p 包括與非、或非、與或非、異或和同或運包括與非、或非、與或非、異或和同或運算。算。p 與非與非p 或非或非()Y = AB+CDp 與或非與或非Y = AB = AB +A BA B0 0010 1101 0101 101AB Y = AB = A B + AB AB p 異或異或p 同或同或AB = AB2.3 2.3 邏輯代數的基本公式和常用公式邏輯代數的基本公式和常用公式2.3.1 2.3.1 基本公式基本公式序號序號公公 式式序號序號公公 式式求反求反10 1= 0; 0= 1變量與變量與常量常量10A = 0111 + A= 121A = A120 + A = A重疊律重疊律3A

19、A = A13A + A = A互補律互補律4AA= 014A + A= 1交換律交換律5AB = BA15A +B = B + A結合律結合律6A (BC) = (AB) C16A + (B +C) = (A + B) + C分配律分配律7A (B +C) = A B + A C17A + B C = (A +B) (A +C)反演律反演律8(A B)= A+ B18(A+ B)= AB還原律還原律9(A)= A2.3.2 2.3.2 若干常用公式若干常用公式序序 號號公公 式式21A + A B = A22A +AB = A + B23A B + A B = A24A ( A + B) =

20、 A25A B+AC + BC = AB + ACA B+AC + BCD = AB + AC26A (AB) = A B; A(AB) = A p 應用舉例應用舉例p 式式(17)： A+BC = (A+B)(A+C) pA+B(CD) = (A+B)(A+CD)=(A+B)(A+C)(A+D)p 德德.摩根定理：摩根定理：2.4 2.4 邏輯代數的基本定理邏輯代數的基本定理2.4.1 代入定理代入定理定理：在任何一個包含變量定理：在任何一個包含變量A的邏輯等式中，若以另外一個的邏輯等式中，若以另外一個邏輯式代入式中所有邏輯式代入式中所有A的位置，則等式仍然成立。的位置，則等式仍然成立。()

21、()() A BABA B CABCABCB CB以代入2.4.2 反演定理反演定理Y=A(B+C)+CDY=(A+BC)(C+D) =AC+AD +BCC +BCD = AC+AD + BCD 01 10YY，原變量反變量反變量原變量 p 優(yōu)先次序：先括號、然后乘、最后加優(yōu)先次序：先括號、然后乘、最后加p 不屬于單個變量上的反號應保留不變不屬于單個變量上的反號應保留不變u 應用舉例應用舉例2.4.3 2.4.3 對偶定理對偶定理例如：例如： 證明式（證明式（1717） A+BC=(A+B)(A+C) A+BC=(A+B)(A+C) A+BC A+BC 的對偶式：的對偶式：A(B+C)A(B+

22、C) (A+B)(A+C) (A+B)(A+C) 的對偶式：的對偶式： AB+ACAB+AC 因為：因為： A(B+C)= A(B+C)= AB+ACAB+AC 所以：式（所以：式（1717）得證。得證。 對偶式對偶式: :將邏輯式將邏輯式Y Y中的中的”+”+”換成換成”，”換成換成”+”+”，0 0換成換成1 1，1 1換成換成0 0，得到，得到Y Y的對偶式，記做的對偶式，記做YDYD對偶定理：若兩邏輯式相等，則它們的對偶式也相等。對偶定理：若兩邏輯式相等，則它們的對偶式也相等。2.5 2.5 邏輯函數及其表示方法邏輯函數及其表示方法2.5.1 2.5.1 邏輯函數邏輯函數2.5.2 2

23、.5.2 邏輯函數的表示方法邏輯函數的表示方法p 常用的有五種：常用的有五種：p 真值表；邏輯函數式；邏輯圖；波形圖；卡諾圖；真值表；邏輯函數式；邏輯圖；波形圖；卡諾圖；“最小項之和 ”及“最大項之積”最小項取值對應編號A B C 十進制數0 0 0 0m00 0 1 1m10 1 0 2m20 1 1 3m31 0 0 4m41 0 1 5m51 1 0 6m61 1 1 7m72.5.3 2.5.3 邏輯函數的兩種標準形式邏輯函數的兩種標準形式ABCCABCBACBABCACBACBACBA邏輯函數的最小項之和形式： 例：( , ,)Y A B CABCBC1 AA1. 將給定的邏輯函數式

24、化為若干乘積項之和的形式；2. 再利用基本公式 將每個乘積項中缺少的因子補全。()ABCBC AA(3,6,7)ABCABCA BCm最大項的編號：CBACBACBACBACBACBACBACBA(5,6,7)(0,1,2,3,4)(0,1,2,3,4)()()()()()YmYmYMABCABCABCABCABC三、邏輯函數的最大項之積形式三、邏輯函數的最大項之積形式()ikk ikk ikk ikk iYmYmYmYmM根據反演定理根據反演定理,得得A B C Y0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 12.6 2.6

25、邏輯函數的化簡方法邏輯函數的化簡方法2.6.1 2.6.1 公式化簡法公式化簡法邏輯函數式有多種形式，如與或式，或與式，與非與非式等等。邏輯函數式有多種形式，如與或式，或與式，與非與非式等等。 AB+AC 與或式與或式=(AB) (AC) 與非與非式與非與非式=(A+B)(A+C) 或與式或與式=(A+B) + (A+C) 或非或非式或非或非式=(AB +AC) 與或非式與或非式先與門后或門先與門后或門用與非門實現電路用與非門實現電路先或門后與門先或門后與門用或非門實現電路用或非門實現電路用與或非門實現電路用與或非門實現電路p 公式化簡法的原理：反復使用邏輯代數的基本公式和常用公式消去函數式中

26、多余的乘積項和多余的因子 p 常用方法： 并項法：ABABA 吸收法：AABA 消項法：ABA CBCABA CABA CBCDABA C 消因子法：AA BAB 配項法：AAA1AA()A BYACB CBDCDA BCDAB DECp 化簡邏輯函數：根據 A+AB=A，消去ABCD根據 A+AB=A+B，消去A(BC)中的(BC)因子根據 A+AB=A，消去AC和ABDE根據 AB+AC+BC=AB+AC，消去CD()ACBDCDAAB DB CB CEACAAB DB CBDDECB CBDDACAB CBD 原理：具有相鄰性的最小項可合并，消去不同因原理：具有相鄰性的最小項可合并，消去

27、不同因子。子。 在卡諾圖中，最小項的相鄰性可以從圖形中直觀在卡諾圖中，最小項的相鄰性可以從圖形中直觀地反映出來。地反映出來。二、用卡諾圖化簡邏輯函數（卡諾圖化簡法或圖形化簡法） 合并最小項的原則：合并最小項的原則： 兩個相鄰最小項可合并為一項，消去一對因子兩個相鄰最小項可合并為一項，消去一對因子 四個排成矩形的相鄰最小項可合并為一項，消去四個排成矩形的相鄰最小項可合并為一項，消去兩對因子兩對因子 八個相鄰最小項可合并為一項，消去三對因子八個相鄰最小項可合并為一項，消去三對因子例：CBCBCACACBAY),( 00 01 1 1 1 00011111101ABCl 卡諾圖化簡法的步驟卡諾圖化簡

28、法的步驟1. 用卡諾圖表示邏輯函數用卡諾圖表示邏輯函數 00 01 1 1 1 00011111101ABCCBCBCACACBAY),(l 卡諾圖化簡法的步驟（續(xù)）卡諾圖化簡法的步驟（續(xù)）2. 找出可以合并的最小項找出可以合并的最小項例： 00 01 1 1 1 00011111101ABC 00 01 1 1 1 00011111101CBCABACBBACAABCCBCBCACACBAY),(l 卡諾圖化簡法的步驟（續(xù)）卡諾圖化簡法的步驟（續(xù)）3. 選取化簡后的乘積項選取化簡后的乘積項例： 00 01 1 1 1 00011111101ABC2.7 2.7 具有無關項的邏輯函數及其化簡具

29、有無關項的邏輯函數及其化簡2.7.1 2.7.1 無關項無關項無關項：約束項和任意項的總稱。無關項：約束項和任意項的總稱。1.1.約束項約束項: :恒等于恒等于0 0的最小項的最小項例如，用例如，用A,B,CA,B,C分別表示一臺電動機的分別表示一臺電動機的正轉、反轉和停止的命令，正轉、反轉和停止的命令，A=1A=1表示正表示正轉，轉，B=1B=1表示反轉，表示反轉，C=1C=1表示停止。則，表示停止。則，表示正轉、反轉和停止工作狀態(tài)的邏表示正轉、反轉和停止工作狀態(tài)的邏輯函數可寫成：輯函數可寫成：000,011,101,110,111000,011,101,110,111五個值不可能出現，五個

30、值不可能出現，則稱則稱ABC,ABC,ABC,ABC,ABCABC,ABC,ABC,ABC,ABC為約束項；在真值表和卡諾圖中都用為約束項；在真值表和卡諾圖中都用X X表表示。示。Y1=ABC (Y1=ABC (正正轉轉) )Y2=ABC (Y2=ABC (反反轉轉) )Y3=ABC (Y3=ABC (停停止止) )0A B CA BCAB CABCABC p 約束條件：ABCY1Y2Y3000XXX001001010010011XXX100100101XXX110XXX111XXX2.2.任意項任意項: :是最小項是最小項, ,若使其值為若使其值為1 1時時, ,函數值可為函數值可為0 0也

31、可為也可為1,1,并并不影響電路的功能不影響電路的功能, ,則稱該為任意項。則稱該為任意項。令令Y4Y4表示電路自動切斷供電，表示電路自動切斷供電，那么這時那么這時Y1,Y2Y1,Y2和和Y3Y3等于等于1 1還是還是0 0已無關緊要。已無關緊要。000,011,101,110,111000,011,101,110,111五個值出五個值出現與否對現與否對Y1,Y2Y1,Y2和和Y3Y3沒有影響，沒有影響，則稱則稱ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABCABC為為Y1,Y2Y1,Y2和和Y3Y3的任意項；在的任意項；在真值表和卡諾圖中都用真值表和卡諾圖中都用X X表

32、示。表示。一、邏輯等式的證明，例如：題2.2習題類型與解題方法方法一，分別列出等式兩邊邏輯式的真值表，若真值表完全相同，則等式成立。方法二，利用邏輯代數的基本公式和定理，將等式兩邊化為完全相同的形式。方法三，分別畫出等式兩邊邏輯式的卡諾圖，若卡諾圖相等，則等式成立。二、邏輯函數不同表示方法之間的轉換，例如：題2.3，題2.7 真值表邏輯式 邏輯式邏輯圖 邏輯式卡諾圖 波形圖真值表 邏輯式真值表 邏輯圖邏輯式三、邏輯函數式的變換，例如：題2.11，題2.12，題2.13 與或形式與非-與非形式 與或形式與或非形式四、邏輯函數的化簡，例如：題2.14，題2.15，題2.18，題2.19， 題2.2

33、2，題2.23公式化簡法卡諾圖化簡法p 熟練掌握邏輯代數的基本公式和常用公式熟練掌握邏輯代數的基本公式和常用公式p 掌握無關項掌握無關項p 題題2.11 2.11 將下列各式化為最大項之積的形式將下列各式化為最大項之積的形式12503467034670346703467Y( , ,)11YA BCB CAB CY A B CmmmYYYmmmmmYYmmmmmm m m m mM M M M M 首先將 展開為最小項之和形式，得到根據以及全部最小項之和為 可知p 題題2.12 2.12 畫出全部由與非邏輯單元組成的邏輯電畫出全部由與非邏輯單元組成的邏輯電路圖路圖YA BCp 介紹數字電路的基本

34、邏輯單元電路介紹數字電路的基本邏輯單元電路門電路門電路p 內容提要內容提要p 二極管門電路二極管門電路p CMOS CMOS門電路門電路p TTL TTL門電路門電路p 習題類型與解題方法習題類型與解題方法p 各種門電路的工作原理，只要求一般掌握；外部各種門電路的工作原理，只要求一般掌握；外部特性和應用是學習的重點特性和應用是學習的重點3.1 3.1 概述概述p門電路：實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路，如門電路：實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路，如 與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門。與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門。正邏輯：高電平代表正邏輯：

35、高電平代表1 1；低電平代表；低電平代表0 0。負邏輯：高電平代表負邏輯：高電平代表0 0；低電平代表；低電平代表1 1。5V0 V高電平高電平低電平低電平2V0.8V3.2.1 3.2.1 二極管的開關特性二極管的開關特性p 二極管二極管D為理想開關元件為理想開關元件正向導通內阻為正向導通內阻為0 0；反向內阻為無窮大反向內阻為無窮大3.2.2 3.2.2 二極管與門二極管與門規(guī)定規(guī)定3V以上為以上為10.7V以下為以下為0電路的邏輯電平電路的邏輯電平電路的真值表電路的真值表設設VCC = 5 V加到加到A,B的的 VIH=3 V VIL=0 VVDF=0.7 V缺點：缺點：1.1.電平偏移

36、大；電平偏移大； 2. 2.負載能力差。負載能力差。一般用作集成電路內部的邏一般用作集成電路內部的邏輯單元輯單元3.2.3 3.2.3 二極管或門二極管或門規(guī)定規(guī)定2.3V以上為以上為10V以下為以下為0加到加到A,B的的 VIH=3 V VIL=0 VVDF=0.7 V電路的邏輯電平電路的邏輯電平電路的真值表電路的真值表缺點：缺點：1.1.電平偏移大；電平偏移大； 2. 2.負載能力差。負載能力差。3.3 CMOS門電路門電路一、一、 MOS管的結構和工作原理管的結構和工作原理3.3.1 MOS管開關特性管開關特性S (Source):源極源極G (Gate):柵極柵極D (Drain):漏

37、極漏極B (Substrate):襯底襯底二、輸入特性和二、輸入特性和輸出特性輸出特性漏極特性曲線漏極特性曲線p 漏極特性曲線（分三個區(qū)域）漏極特性曲線（分三個區(qū)域） 截止區(qū)截止區(qū) VGS 109 恒流區(qū)恒流區(qū) vGS 一定時，一定時， iD與與vDS之比近似之比近似地等于一個常數。等效電阻的大小和地等于一個常數。等效電阻的大小和vGS 有關有關 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) iD 基本上由基本上由vGS決定，與決定，與vDS 關系不大關系不大截止區(qū)截止區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)可變電可變電阻區(qū)阻區(qū)三、三、MOSMOS管的基本管的基本開關電路開關電路IMOSDSV所以管間相當于一個受控制的開關。910,1OFFO

38、NRRK因為,ONDOFFRRR只要則：()IILGS thOOHDDVVVTVVV 當截止()0IIHGS thOOLVVVTVV 當導通開關斷開開關斷開開關閉合開關閉合3.3.2 CMOS反相器的電路結構和工作原理一、電路結構一、電路結構PthGSNthGSVV)()()()DDGS th NGS th PVVV1()112()2 ()T0=0TIIGSDDGS th PGSGSGS th NOODLHDvVVvvVvvVVV為負 ， 導通，截止時：1()12(1)220T=T0GSGS th PGSDDGS thIIHDDNOOLvvVvVVVVVvTT時：輸出和輸入之間為邏輯， 截止，

39、非的關系和工導通作在互補狀態(tài)CMOS反向器的靜態(tài)功耗極小反向器的靜態(tài)功耗極小二、電壓、電流二、電壓、電流傳輸特性傳輸特性()()()12211212()0,11,22OOHDDOOLIGS TH NIDDGIDDOS TH PGS TH NIDDGPDHDS TTTVVVTTVABVVCDVVVBCVVVT TT TVVVVVV導通，截止導通， 截止同時導通若參數完全對稱，時段：，段：段：電壓傳輸特性電壓傳輸特性()()DDGS th NGS th PVVVPthGSNthGSVV)()(二、電壓、電流傳輸二、電壓、電流傳輸特性特性(續(xù)續(xù))電流傳輸特性電流傳輸特性漏極電漏極電流為流為0 0T1

40、T1和和T2T2同時導同時導通通3.3.5 3.3.5 其他類型的其他類型的CMOSCMOS門電路門電路一、其他邏輯功能的一、其他邏輯功能的CMOSCMOS門電路門電路()YA B ()YA B ()YAB 二、漏極開路輸出門電路二、漏極開路輸出門電路（OD門）門）OFFLONRRR2OOHDDvVV0OOLvV12() ()()YY YABCDABCD()DDOHIHLOHVnImIRV(max)DDOHLLOHIHVVRnIIRm(max)()DDOLLILOLVVRm II(min)(max)DDOLLLOLILVVRRIm I(min)(max)LLLRRR三、CMOS傳輸門及雙向模擬

41、開關電路結構電路結構邏輯符號邏輯符號(1) 0,(2) 1,CC截止 當傳輸門傳 當輸門導通四、三態(tài)輸出的四、三態(tài)輸出的CMOS門電路門電路)(高阻時，時，ZYNEAYNE10電路結構電路結構邏輯符號邏輯符號總線結構總線結構數據雙向傳輸數據雙向傳輸不用的輸入端不應懸空。不用的輸入端不應懸空。3.3.6 CMOS3.3.6 CMOS電路的正確使用電路的正確使用NPNNPN型型PNPPNP型型二、雙極型三極管的輸入特性和二、雙極型三極管的輸入特性和輸出特性輸出特性bBEBBBRVVi()CCEif v三、雙極型三極管的基本開關電三、雙極型三極管的基本開關電路路開關電路開關電路3.5.2 TTL反相

42、器的電路結構和工作原理反相器的電路結構和工作原理一、電路結構一、電路結構設設 VVPNVVVVVVONILIHCC7020435.結導通壓降)()(.1020YVVAVVVOHOILI)()(.0143YVVAVVVOLOIHI二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性112542422540.6 ,1.3,3.40.71.3,IBOHCCRBEDIIOVVVVTT TTVVABBCVVVVVVVTTTVV截止區(qū)導通，截止，導通線性區(qū)導通且工作在放大區(qū)截段，導通，：止段：二、電壓傳輸特性（續(xù)）二、電壓傳輸特性（續(xù)）12541.4 ,2.1,0ITHBOOLIOOOLCDDVVVVVT TTVVVVVVE

43、轉折區(qū)所以同時導通，截止，所以迅速飽和區(qū)繼續(xù)，而不變：，段：段例例3.5.2：扇出系數（：扇出系數（Fan-out），），試計算門試計算門G1能驅動多少個同樣的門電路負載。能驅動多少個同樣的門電路負載。）（查得時，）（查得時，要求保證mAiVVVVmAiVVVVOLOLIHIOHOHILI16204023.;.ILIHII：并聯后與僅一個接地時相同：每個值相同輸入電，并流計算：聯后加倍3.5.5 其他類型的其他類型的TTL門電路門電路一、其他邏輯功能的門電路一、其他邏輯功能的門電路1. 與非門與非門15414250.9 ,12.1 ,00.2BOOHBOOLABABVABVVTTVVVVTTT

44、VV 由多發(fā)射極三極管實現當 和 有一個為時，當 和 同截止，導通，截止，和導通為高，電平時，2.2.或非或非門門均加倍和輸入電流計算時，導通截止，才有同為、只有截止導通，均使任何一個為、所以的輸出并聯和因為路兩個完全一樣的輸入電ILIHOHOOLOIIVVTTBAVVTTBATT454522013.3.與或非門與或非門二、集電極開路輸出的門電路二、集電極開路輸出的門電路（OC門）門） 輸出電阻低輸出電阻低 不能將輸出端接成線與結構不能將輸出端接成線與結構 輸出電平不可調輸出電平不可調 不能驅動較大電流及較高電不能驅動較大電流及較高電壓負載壓負載推拉式輸出級并聯推拉式輸出級并聯)()()( C

45、DABCDABYYYYYYY2121所以才為高，即為低，只有兩者同高有一個低，、因為21OHCCCCVVV與非門與非門或非門或非門例例 3.5.5 IOH=200uA, IOL(max)=16mA, IIL=1mA, IIH=40uA, VCC=5V, VOH3V（意味著（意味著VOH（min）=3V）, VOL0.4V。(max) OLCCOHL(max)OHIHCCOLL(min)ILV-V5-3R=nI+mI2 0.2+9 0.04= 2.63 kV-V5-0.4R= 0.35kI-mI16-3 1三、三態(tài)輸出門三、三態(tài)輸出門)(,ZVVOHOL，高阻輸出有三個狀態(tài)：ZYDPENABYD

46、PEN導通，為“高阻狀態(tài)”截止，為“工作狀態(tài)”,)()(,)(012101一、雙極型三極管工作狀態(tài)的計算，例如：題3.11和例3.5.1習題類型與解題方法p計算輸入為高計算輸入為高/低電平下三極管的工作狀態(tài)，判斷電路低電平下三極管的工作狀態(tài)，判斷電路參數的選擇是否合理。參數的選擇是否合理。1. 利用戴維寧定理將輸入電路簡化為等效的VE與RE串聯電路。2. 計算vI為低電平時的VE值。若VE VON ，則三極管導通，參數設計不合理。3. 計算vI為高電平時的VE值和iB，并和IBS比較。若iB IBS ，則三極管飽和導通，參數設計合理；若iB IBS ，則三極管不飽和導通，參數設計不合理。p解題

47、方法和步驟解題方法和步驟二、集成門電路邏輯功能的分析 COMS電路，題電路，題3.15p給出門電路輸入的電壓波形或邏輯狀態(tài)，求輸出的電壓波形或邏輯給出門電路輸入的電壓波形或邏輯狀態(tài)，求輸出的電壓波形或邏輯狀態(tài)。狀態(tài)。p給出集成門電路的內部電路結構圖，求邏輯功能，題給出集成門電路的內部電路結構圖，求邏輯功能，題3.7，3.131. 不允許輸入端懸空2. 輸入端經電阻接地=接低電平3. 輸入端經電阻接高電平=接高電平 TTL電路，題電路，題3.141. 輸入端懸空=接高電平2. 經幾十歐姆電阻接地=接低電平3. 經幾千歐電阻接地=接高電平三、輸入特性和輸出特性的應用 扇出系數扇出系數p TTL電路

48、扇出系數的計算，題電路扇出系數的計算，題3.16，例，例3.5.2l 一個門電路可以同時驅動某一種門電路的最大數目 解題方法和步驟解題方法和步驟1. 查IOL(max) /IOH(max) /IIL(max) /IIH(max)2. IOL =N1|k IIL(max) | =IOL(max) 負載為或/或非門：k等于每個門的并聯輸入端數 負載為與/與非門：k=13. IOH =pN2IIH(max) M原理：計數循環(huán)過程中設法跳過原理：計數循環(huán)過程中設法跳過NM個狀態(tài)。個狀態(tài)。具體方法：置零法具體方法：置零法 置數法置數法同步置零法異步置零法同步預置數法異步預置數法異步置異步置0 0信號信號

49、同步置同步置0 0信號信號同步置同步置數信號數信號異步置異步置數信號數信號例：將十進制的例：將十進制的74160接成六進制計數器接成六進制計數器CLKDRLDEP ET例：將十進制的例：將十進制的74160接成六進制計數器接成六進制計數器1. 置零信號持續(xù)時間短；置零信號持續(xù)時間短；2. 觸發(fā)器的復位速度有快有慢；觸發(fā)器的復位速度有快有慢；3. 電路可靠性不高；電路可靠性不高；2. N M原理：計數循環(huán)過程中設法跳過原理：計數循環(huán)過程中設法跳過NM個狀態(tài)。個狀態(tài)。具體方法：置零法具體方法：置零法 置數法置數法同步置零法異步置零法同步預置數法異步預置數法2. N VT+VT+變換結果：同頻率的矩

50、形脈沖信號變換結果：同頻率的矩形脈沖信號二、用于脈沖整形二、用于脈沖整形三、用于脈沖鑒幅三、用于脈沖鑒幅10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(Monostable Multivibrator)特點：特點： 有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)。有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)。 在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時間后自動返回穩(wěn)態(tài)。態(tài)，維持一段時間后自動返回穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)維持的時間長短取決于電路內部參暫穩(wěn)態(tài)維持的時間長短取決于電路內部參數，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關數，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關應用：應用： 脈沖整形；脈沖整形； 延時（產生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）

51、；延時（產生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）； 定時（產生固定時間寬度的脈沖信號）。定時（產生固定時間寬度的脈沖信號）。10.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)：靠暫穩(wěn)態(tài)：靠RC電路的充、放電過程維持電路的充、放電過程維持一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1和和G2為為CMOS門門DDTHOLDDOHVVVVV210,2、性能參數計算、性能參數計算()(0)()0lnln0.69DDwTHDDTHVVVtRCRCRCVVVV電容電容C C充電的等效電路充電的等效電路2、性能參數計算（續(xù)）、性能參數計算（續(xù)）1(3 5)(/ /)(3 5)reDONONtR

52、rRCRCmOHOLDDVVVV電容電容C C放電的等效電路放電的等效電路dwrettt G1G1和和G2G2為為TTLTTL門門 1 1、原理分析、原理分析正脈沖正脈沖觸發(fā)觸發(fā)0()lnOLOHwOLTHVVtRR CVV10.4 多諧振蕩器多諧振蕩器(Astable Multivibrator)特點：特點： 沒有穩(wěn)定狀態(tài)；沒有穩(wěn)定狀態(tài)； 一種自激振蕩器；一種自激振蕩器； 接通電源后，無需觸發(fā)信號，自動產生矩接通電源后，無需觸發(fā)信號，自動產生矩形脈沖。形脈沖。矩形波含有豐富的高次諧波分量：矩形波含有豐富的高次諧波分量：將矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器；將矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器；根據電路結構分

53、類：根據電路結構分類： 對稱式多諧振蕩器；對稱式多諧振蕩器； 非對稱式多諧振蕩器；非對稱式多諧振蕩器；10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器 工作原理（工作原理（TTL）(1) 靜態(tài)（未振蕩）靜態(tài)（未振蕩） 不穩(wěn)定不穩(wěn)定對稱式多諧振蕩器電路對稱式多諧振蕩器電路TTLTTL反相器的電壓傳輸特性反相器的電壓傳輸特性轉折區(qū)轉折區(qū)10.4.2 非對稱式多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器 靜態(tài)工作點（靜態(tài)工作點（CMOS）保護保護電阻電阻10.4.3 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器一、最簡單的環(huán)形振蕩器一、最簡單的環(huán)形振蕩器2pdTnt二、實用的環(huán)形振蕩器二、實用的環(huán)形振蕩器2 pdRCt第一步：增加積分環(huán)節(jié)，

54、加大。輸輸出出。的的接接地地端端改改至至遲遲，將將第第二二步步：為為獲獲取取更更大大延延1GCtpd2小小，不實用不實用保護電保護電阻阻10.4.4 10.4.4 用施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器滯回區(qū)滯回區(qū)RCRC積分積分電路電路充電充電放電放電12 lnlnDDTDDTDDTDDTTTTVVVVRCRCVVVVTDDTDDTDDTDDVVVVCRVVVVCRTTTlnln1221充電充電放電放電10.4.5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體的電抗頻石英晶體的電抗頻率特性和符號率特性和符號石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器10.5 55510.5 5

55、55定時器及其應用定時器及其應用10.5.1 55510.5.1 555定時器的電路結構與功能定時器的電路結構與功能一、電路結構一、電路結構控制電壓輸入端控制電壓輸入端置零輸入端置零輸入端引腳引腳編號編號閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端電壓電壓比較比較器器SRSR鎖鎖存器存器 0 0 導通導通1 2/3VCC 1/3VCC 0 1 0 導通導通1 1/3VCC 1 1 保持保持 不變不變 1 2/3VCC 2/3VCC 1/3VCC 0 0 1 截止截止VC1 VC2 QVC1 = R VC2 = S VO = Q10.5.2 用用555定時器接成施密特觸發(fā)器定時器接成施密特觸發(fā)器濾波濾波電容電容VI

56、 = VI1=VI21 1/3VCCVI2/3VCC 0 1 0 導通導通 1 VI V , 0dV導數大于零，單調遞增，所以導數大于零，單調遞增，所以VI增加，周期增加，周期T也隨之增大，頻率則減小。也隨之增大，頻率則減小。10.24 PNP三極管共集電極組態(tài)三極管共集電極組態(tài),即射極跟隨器即射極跟隨器, VE - VB=0.3 V（鍺管導通電壓低（鍺管導通電壓低, 硅管為硅管為0.7V）。）。1. 當所有按鍵斷開時當所有按鍵斷開時,VE0 V,多諧振蕩器不振多諧振蕩器不振, 即不發(fā)聲即不發(fā)聲2. 當按鍵按下時當按鍵按下時,VB數值改變數值改變,VE隨之改變隨之改變,振蕩器振蕩振蕩器振蕩,V

57、COVE如如S1按下時，基極電流很小，可忽略按下時，基極電流很小，可忽略, 有有: BBCC1BEBCOR20V =V=12 = 8VR +R10+20V = V +0.3 = 8.3V = V最后求出振蕩頻率為最后求出振蕩頻率為457 Hz457 Hz( (如用硅管，振蕩頻率為如用硅管，振蕩頻率為416 Hz)416 Hz)電子琴原型電路電子琴原型電路音符對應頻率(Hz)：262、294、330、349、392、440、494 (乘2高音，除2低音)10.25 直接計算，延遲直接計算，延遲11s，發(fā)聲頻率，發(fā)聲頻率9.66 kHzCCDCC6-6CCCCCC3-612v ( )-v (0)T

58、 = RClnv ( )-V (t)V-012= RCln=10 10 10 F ln11S212-8V-V311f =9.66kHz(R +2R )Cln215 100.01 100.6910.26 哎呦電路哎呦電路計算計算VO1高電平持續(xù)時間高電平持續(xù)時間TH=1.11s，低電平，低電平TL=1.04 s；VOH=11 V，據等效電路圖可以算出，據等效電路圖可以算出VCO=8.75 VVOL=0.2 V，據等效電路圖可以算出，據等效電路圖可以算出VCO=6 V 計算得到低音計算得到低音611 Hz和高音和高音877.8 Hz，分別持續(xù)，分別持續(xù)1.1 s和和1.04 s可以按照電路學中的節(jié)

59、點法、網孔電流法、回路法和等效電路求可以按照電路學中的節(jié)點法、網孔電流法、回路法和等效電路求VCO，如節(jié)點法有：如節(jié)點法有：CCCOO1COCO1313CC1O1CO31V-VV-VV+=RR2R2R V+2R VV=3R +2R10.26等效電路圖等效電路圖R3數值中應該包括數值中應該包括VO1的輸出電阻，由于比較小，所以忽略了的輸出電阻，由于比較小，所以忽略了D/A轉轉換換器器權電阻網絡權電阻網絡D/A轉換器轉換器倒倒T型電阻網絡型電阻網絡D/A轉換器轉換器開關樹型開關樹型D/A轉換器轉換器具有雙極性輸出的具有雙極性輸出的D/A轉換器轉換器權電流型、權電容網絡權電流型、權電容網絡D/A轉換

60、器轉換器A/D轉轉換換器器直接轉換型直接轉換型并聯比較型并聯比較型反饋比較型反饋比較型間接轉換型間接轉換型雙積分型雙積分型(VT變換型變換型)VF變換型變換型計數型計數型逐次漸進型逐次漸進型性能參數：性能參數：轉換精度轉換精度和和轉換速度轉換速度轉換精度轉換精度和和轉換速度轉換速度本章重點：數模和模數轉換的原理，以及數模轉換器的應用本章重點：數模和模數轉換的原理，以及數模轉換器的應用第十一章第十一章 數數- -模和模模和模- -數轉換數轉換p 習題類型與解題方法習題類型與解題方法11.2.1 權電阻網絡權電阻網絡D/A轉換器轉換器 121012102,2,2 ,2nnnnnnDddd d位二進制數：每一位的權