數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教材閻石：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）第一章第五章第四章第三章第二章第八章第七章第六章第九章制作：王開全第一章：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)1.1概述1.2邏輯代數(shù)中的三種基本運算1.3邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式1.4邏輯代數(shù)的基本定理1.5邏輯函數(shù)及其表示方式1.6邏輯函數(shù)的公式化簡法1.7邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡法1.8具有無關(guān)項邏函及其化簡1.1概述1.1.1數(shù)字量和模擬量模擬量：隨時間是連續(xù)變化的物理量。特點：具有連續(xù)性。表示模擬量的信號叫做模擬信號。工作在模擬信號下的電子電路稱為模擬電路。數(shù)字量：時間、幅值上不連續(xù)的物理量。特點：具有離散。表示數(shù)字量的信號叫做數(shù)字信號。工作在數(shù)字信號下的電子電路稱為數(shù)字電路。1.1.2數(shù)制和碼制一、數(shù)制通式：1、十進制(Decimal)①有十個數(shù)碼：0、1、┅┉9；②逢十進一（基數(shù)為十）；③可展開為以10為底的多項式。如：（48.63）＝2、二進制（Binary)①有兩個數(shù)碼：0、1；②逢二一（基數(shù)為2）；③可展為以2為底的多項式。如：式中：同理：用同樣方法可分析十六進制數(shù)，此處不再說明。稱為位權(quán)。十進制二進制十進制二進制00000810001000191001200101010103001111101140100121100501011311016011014111070111151111下面說明十進制與二進制間的對應(yīng)關(guān)系：二、數(shù)制轉(zhuǎn)換1、二十方法：按位權(quán)展開再求和即可。2、十二整數(shù)部分：除2取余法

199

18148112024010011演算示例（19）D＝（

）B小數(shù)部分：乘2取整法例：（0.625）D＝（）B0.625＊21.2500.501.00.1013、二十六方法：從小數(shù)點開始左右四位一組，然后按二、十進制的對應(yīng)關(guān)系直接寫出即可。如：（110110010.11011）B＝=（1B2.D8）HB21D8二、碼制內(nèi)容見下表例如，一位十進制數(shù)0~9十個數(shù)碼，用四位二進制數(shù)表示時，其代碼稱為二——十進制代碼，簡稱BCD代碼。用不同的數(shù)碼表示不同事物的方法，就稱為編碼。為便于記憶和處理，在編碼時必須遵循一定的規(guī)則，這些規(guī)則就稱為碼制。BCD代碼有多種不同的碼制：8421BCD碼、2421BCD碼、余3碼等，十進制編碼種類0123456789權(quán)8421碼00000001001000110100010101100111100010018421余3碼00110100010101100111100010011010101111002421碼（A）00000001001000110100010101100111111011112421余3循環(huán)碼00100110011101010100110011011111111010102421碼（B）000000010010001101001011110011011110111124215211碼000000010100010101111000100111001101111152111.2邏邏輯輯代代數(shù)數(shù)中中的的三三種種基基本本運運算算邏輯輯代代數(shù)數(shù)(布布爾爾代代數(shù)數(shù))用來來解解決決數(shù)數(shù)字字邏邏輯輯電電路路的的分分析析與與設(shè)設(shè)計計問問題題。。參與邏輯輯運算的的變量叫叫邏輯變變量，用用字母A，B………表示示。每個個變量的的取值非非0即即1。邏邏輯變量量的運算算結(jié)果用用邏輯函函數(shù)來表表示，其其取值也也為0和和1。0、1的含義義在邏輯代代數(shù)及邏邏輯電路路中，0和1已已不再具具有值的的概念。。僅是借借來表示示事物的的兩種狀狀態(tài)或電電路的兩兩種邏輯輯狀態(tài)而而已。如：

真－1合－1高－1取值；開關(guān)；電平。假－0分－0低－02、與邏邏輯真值值表3、與邏邏輯函數(shù)數(shù)式4、與邏邏輯符號號5、與邏邏輯運算算&ABY00=001=010=011=1Y=ABABY000110110001一、與邏邏輯運算算1、與邏邏輯定義義某一事件件能否發(fā)發(fā)生，有有若干個個條件。。當(dāng)所有有條件都都滿足時時，事件件才能發(fā)發(fā)生。只只要一個個或一個個以上的的條件不不滿足，，事件就就不發(fā)生生，這種種決定事事件的因因果關(guān)系系“與邏邏輯關(guān)系系”。二、或或邏輯輯運算AB011011Y01112、或邏邏輯真值值表3、或或邏邏輯函數(shù)數(shù)式4、或或邏邏輯符號號Y=A+B0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=15、或邏邏輯運算算≥1ABY1、或邏輯定義00某一事件件能否發(fā)發(fā)生，有有若干個個條件。。只要一個個或一個個以上的的條件滿滿足，事事件就能能發(fā)生；只有當(dāng)當(dāng)所有條條件都不不滿足時時，事件件就不發(fā)發(fā)生，這這種決定定事件的的因果關(guān)關(guān)系“或或邏輯關(guān)關(guān)系”。。三、非非運算算條件具備備時，事事件不能能發(fā)生；；條件不不具備時時事件一一定發(fā)生生。這種種決定事事件的因因果關(guān)系系稱為““非邏輯輯關(guān)系””。5、非非邏邏輯運算算4、非非邏輯輯符號3、非非邏輯函函數(shù)式2、非邏邏輯真值值表AY0110Y=A1AY0=11、非非邏輯定義

1=0四、幾幾種最最常見的的復(fù)合邏邏輯運算算1、與與非非Y=AB&ABYAB00011011Y11102、或或非非≥1ABYAB00011011Y1000Y=A+B3、同同或或AB00011011Y1001Y=AB+AB=A⊙BABY4、異異或或AB00011011Y0110ABY1Y=AB+AB=AB1.3邏輯代數(shù)數(shù)的基本本公式和和常用公公式序號公式序號公式910·A=021·A=A3A·A=A45A·B=B·A6A·(B·C)=(A·B)·C7A·(B+C)=A·B+A·C8A·A=0A·B=A+BA=A100=1111213141516171819A+A·B=A+B1=01+A=10+A=AA+A=AA+B=B+AA+(B+C)=(A+B)+CA+B·C=(A+B)·(A+C)A+A=1A+B=A·B1112131415161718試證明：：A+AB=A1)列列真值表表證明2)利利用基本本公式證證明1、A+AB=A+B的推廣A+ABC=A+BCAB+ABC=AB+CA+AB=A+BAB+ABC=AB+C2、AB=A+B的推廣ABC=A+B+C同理：A+B+C=ABC二、推推廣舉例例ABA+AB0+0·0=00+0·1=0

1+1·0=11+1·1=1A0011A+AB=A(1+B)=A·1=A常用公式式的證明明與推廣廣一、證明明舉例000110113、冗余律AB＋AC＋BC＝AB＋AC1.4、、邏輯代代數(shù)的基基本定理理1.4.1代代入定理理在邏輯代代數(shù)中，，如將等等式兩邊邊相同變變量都代代之以另另一邏函函，則等等式依然然成立。。如：A＋AB＝A＋B故：AC+D+AC+DB＝AC+D+B1.4.2反反演定理理將邏函中中的“+”變““＊”，，“＊””變“+”；““0”變變“1””，“1”變““0”；；原變量量變反變變量，反反變量變變原變量量，所得得新式即即為原函函數(shù)的反反函數(shù)。。將邏函中中的“+”變““＊”，，“＊””變“+”；““0”變變“1””，“1”變““0”；；變量不不變，所所得新式式即為原原函數(shù)的的對偶式式。如：Y＝（A+BCD）E，則Y＝A（B+C+D）+E＝A（B+CD）+E1.4.3對對偶定理理如：Y＝A（B+C），則Y‘＝A+BC1.5邏邏輯輯功能的的描述方方法1.5.2真真值表1.5.1邏輯函數(shù)數(shù)表達式式Y(jié)＝ABC+ABC+ABCABCY00000101001110010111011100000111上述邏函函的真值值表如右右表所示示。邏函是以以表達式式的形式式反應(yīng)邏邏輯功能能。真值表是是以表格格的形式式反應(yīng)邏邏輯功能能。1.5.3邏邏輯圖以邏輯符符號的形形式反應(yīng)應(yīng)邏輯功功能。與與上述邏邏函對應(yīng)應(yīng)的邏輯輯電路如如下邏輯功能能還有其其它描述述方法。。&&&≥111ABCY1.5.4各各種邏輯輯功能描描述方法法間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系系邏函真值表邏輯圖例：已知邏輯輯圖，求求其真值值表。解：先由邏輯輯圖寫出出邏函表表達式，，再將邏邏函表達達式化為為與或式式并以此此列出真真值表。。Y＝AAB·BAB＝AAB+BAB＝A（A+B）+B（A+B）＝AB+ABABY0001101100111.6邏邏函的的公式化化簡法1.6.1化化簡的意意義先看一例例：先學(xué)做人人后學(xué)專專業(yè)&&&&ABY11&&≥1BACY——與或或表達式式——與或或非表達達式——與非非與非表表達式——或非非或非表表達式——或與與表達式式=ABAC=(A+B)(A+C)=AB+ACY=AB+AC=AB+AC=A+B+A+C

可見，同一邏函可以有多種表達方式，對應(yīng)有不同的實現(xiàn)電路。那么哪種實現(xiàn)電路的方案最簡單呢？因此，化簡就成為最重要、最有實際意義的問題了?！?.6.2化化簡的的原則1、表達達式中乘乘積項最最少（所所用的門門最少））；2、乘積積項中的的因子最最少（門門的輸入入端數(shù)最最少）；；3、化為為要求的的表達形形式（便便于用不不同的門門來實現(xiàn)現(xiàn)）。1.6.3公式化簡簡法例1：Y＝AB+AB+ABC+ABCD+ABCD＝AB（1+C）+AB+（AB+AB）CD＝AB+AB+AB+ABCD＝AB+AB+CD例2：Y=ABC+AD+CD+BD+BED=ABC+AD+CD+BD=ABC+(A+C)D+BD=ABC+ACD+BD=ABC+ACD例3：Y=AB+BC+BC+AB=AB(C+C)+BC(A+A)+BC+AB=ABC+ABC+ABC+ABC+BC+AB=BC+AC+AB人的核心心競爭力力是“學(xué)學(xué)習(xí)”1.7邏邏函的的卡諾圖圖化簡法法公式化簡簡法建立立在基本本公式和和常用公公式的基基礎(chǔ)之上上，化簡簡方便快快捷，但但是它依依賴于人人們對公公式的熟熟練掌握握程度、、經(jīng)驗和和技巧，，有時化化簡結(jié)果果是否為為最簡還還心中無無數(shù)，而而卡諾圖圖化簡法法具有規(guī)規(guī)律性，，易于把把握。1.7.1邏邏函的的標(biāo)準(zhǔn)形形式邏函有兩兩種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)表達形形式，即即最小項項和最大大項表達達形式，，這里主主要介紹紹最小項項表達形形式。一、最小小項定義：設(shè)設(shè)某邏邏函有ｎｎ個變量量，ｍ是ｎ個變變量的一一個乘積積項項，若ｍｍ中每個個變量以以原變量量或反變變量的形形式出現(xiàn)現(xiàn)一次且且只出現(xiàn)現(xiàn)一次，，則ｍ稱為這個個邏函的的一個最小小項。如：Y（（A、B、C、、D）＝＝ABCD+ABCD+ABC是不是1、最小小項性質(zhì)質(zhì)①、ｎ個變變量必有有且僅有有2ｎ最小項000001010011100101110111ABCABCABCABCABCABCABCABC編號m0m1m2m3m4m5m6m7ABC最小項約定：原原變量用用“1””表示；；反變量用用“0””表示。。注：用編編號表示示最小項項時，變變量量數(shù)不同同，相同同編號所所對應(yīng)的的最小項項名也不不同。如，ｍ6：對三變量邏函為ABC；對四變量邏函為ABCD②、所有最最小項之之和恒等等于1如：Y（A、B、C、D）＝ABCD+ABCD+ABC是不是1、最小小項性質(zhì)質(zhì)①、ｎ個變變量必有有且僅有有2ｎ最小項000001010011100101110111ABCABCABCABCABCABCABCABC編號m0m1m2m3m4m5m6m7ABC最小項約定：原原變量用用“1””表示；；反變量用用“0””表示。。注：用編編號表示示最小項項時，變變量量數(shù)不同同，相同同編號所所對應(yīng)的的最小項項名也不不同。如，ｍ6：對三變量邏函為ABC；對四變量邏函為ABCD②、所有最最小項之之和恒等等于1根據(jù)這一一性質(zhì)知知，邏函函一般不不會包含含屬于它它的所有有最小項項。2、最小小項的求求法注：●在真真值表中中，邏函函所包含含的最小小項恰是是邏函取取值為““1”所所對應(yīng)的的項，如：●邏函的的最小項項表達形形式是唯唯一的。。ABCY00000101001110010111011100010111二、最大大項———自學(xué)1.7.2邏邏函的的卡諾圖圖表示法法一、邏輯輯相鄰項項定義：在在邏函的的兩個最最小項中中，只有有一個變變量因互互補而不不同外，，其余變變量完全全相同。。如：與顯然，在在真值表表中，幾幾何相鄰鄰的兩個個最小項項未必滿滿足邏輯輯相鄰。。那么，，能否將將真值表表中的最最小項重重新排列列從而使使得幾何何相鄰必必邏輯相相鄰呢？？答案是是：能，，那就是是真值表表！ABCABCABCABCABCABCABCABCAAｍ0ｍ4ｍ3ｍ2ｍ1ｍ7ｍ6BCBCBCBC0100011110ｍ5ABC二變量：：0101AB珍愛環(huán)境境就是珍珍愛生命命四變量：：ABCD0001111000011110請同學(xué)們們考慮它它的相鄰鄰關(guān)系。。二、相鄰鄰項的合合并規(guī)則則兩個相鄰鄰項合并并可消去去一個變變量，如如：四個相鄰鄰項合并并可消去去兩個變變量，如：八個相鄰鄰項合并并可消去去三個變變量，如如：同理：十六個相相鄰項合合并可湔湔去四個個變量；；以此類推推。ABCD00011110000111101.7.3邏邏函的的卡諾圖圖化簡法法化簡原則則：●被圈最小小項數(shù)應(yīng)應(yīng)等于2ｎ個；●卡諾圈應(yīng)應(yīng)為矩形形且能大大不??；；●最小項可可被重復(fù)復(fù)圈但不不能遺漏漏；●每圈至少少應(yīng)包含含有一個個新有最最小項。。例1：Y＝Σｍ（0，1，，3，5，7））ABCD0001111000011110Y11111例2：Y＝Σｍ（0，4，，5，7，15）11=ACD+ABC+BCD=ACD+ABD+BCD此例說明明：邏函函化簡的的結(jié)果不不一定是是唯一的的，但最最簡程度度一定是是唯一的的。＝AD+ABC例3：Y＝BD+ABCD+ACD+ACD+ABCD1111Y＝BD+ABC+ACD+ACD+ABCABCD0001111000011110Y1111Y=ABC+ACD+ACD+ABC例3：Y=Σm(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14)1111111111111100圈“1””法：圈“0””法：Y＝BC+AD+AB+CD依據(jù)：∵Y+Y＝1，即（Y+Y）包含所有最小項，∴未被Y包含的最小項必被Y所包含；又∵Y＝1時，Y＝0，∴Y＝Σｍ（0，15）Y＝ABCD+ABCD1.8約約束邏邏函的化化簡法1.8.1約約束項項和約束束條件在8421BCD碼中中，m10~m15這六個最最小項是是不允許許出現(xiàn)的的，我們們把它們們稱之為為約束項項（無關(guān)關(guān)項、任任意項））。Σｍ（10，11，12，13，14，15）＝＝0———稱為約約束條件件。1.8.2約約束邏邏函的化化簡例：設(shè)A、B、C、、D為一一位8421BCD碼碼，當(dāng)C、D兩兩變量取取值相反反時，函函數(shù)值取取值為1，否則則取值為為0，試試寫出邏邏函的最最簡表達達式。解：先列出該該邏輯問問題的真真值表：：此例說明明：卡諾諾圖不僅僅可以化化簡邏函函，還可可以轉(zhuǎn)換換表達形形式。Y＝ABCD+ABCDABCDY00000001001000110100011001010111100010010100001111ABCD0001111000011110Y11111第二章：：門電路路2.1概概述2.2二二、三三極管的的開關(guān)特特性2.3最最簡單單的與、、或、非非門電路路2.4TTL門電路路2.5CMOS門電電路2.2二二、三三極管的的開關(guān)特特性2.2.1二極管的的開關(guān)特特性＋U2－＋U1－SRD截止＋－斷開_+導(dǎo)通閉合2.1概概述用以實現(xiàn)現(xiàn)基本邏邏輯運算算和復(fù)合合邏輯運運算的單單元電路路統(tǒng)稱為門電電路一、門電電路二、正、、負邏輯輯10正邏輯01負邏輯2.2.2三三極極管的開開關(guān)特性性VO/V0t/msVi/V0t/ms截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)：：Iｂ＝Iｃ＝0，Vｃｅ＝Vｃｃ相當(dāng)于飽和區(qū)：：Iｃ＝Vｃｃ/(βRc)=Ics，Vｃｃ＝0V相當(dāng)于VOVｉVCCRCRｂVT2.3最最簡單單的與、、或、非非門電路路2.3.1二二極管管與門ABY0V0V0V3V3V0V3V3V0.7V0.7V0.7V3.7V約定：電電平高電平—“1””低電平—“0””ABY000110110001Y=A·B—與與邏輯功功能5VRABYD2D10V3V0.7V3.7V2.3.2二二極管管或門ABY000110110111Y=A+B—或邏輯輯功能人?自然YABRD1D20V3V0V2.3V2.3.3三三極管管非門AY0110I2I1Y=A一、當(dāng)ｖｖｉ＝0V時Vｂｅ＝ｖｉ－VEER1R1＋R2＝0－8＊3.33.3＋10＝－2V，所以VT截截止，IC=0，VO=5V。＝－2V，，VEE(-8V)R210kVCC(5V)AYR13.3kRC1kTβ=200V5V5V0VIbIC二、當(dāng)Vi=5V時時設(shè)：T導(dǎo)通通，則：VBE＝0.7V，所以，，Vｉ－ｖｂｅR1I1＝5－0.73.3＝1.3ｍA，＝Ｖｂｅ－（－VEE）R2I2＝0.7－（－8）10＝0.87ｍA，＝I1－I2＝Iｂ＝0.43ｍA，，ＶCCβRCIBS＝520＊1＝0.25ｍA＝ICSβRｃ＝而VCC(5V)AYR13.3kRC1kTβ=200V5V5V0VVEE(-8V)R210kI2I1又因為Iｂ＞IBS，所以T飽和和導(dǎo)通，ｖｖｏ＝0V2.4TTL門電電路2.4.1TTL反相器器一、電路結(jié)結(jié)構(gòu)及工作作原理0.2V3.4V1、輸入A＝0.2V（VIL）T1導(dǎo)通，VB1＝0.9V，VIL＝0.2V0.9VT2、T4截止，IB1＝(VCC－VB1)/R1=1.025ｍA。。R21.6ｋR14ｋR31ｋR4130D1T1D2T2T3T4AVCC（5V）YR21.6ｋR14ｋR31ｋR4130D1T1D2T2T3T4AVCC（5V）YVIL＝0.2V0.9VY（輸出））＝VCC－VR2－VBE3－VD2＝3.4V＝VOH。VO＝3.4V2、輸入A＝3.4V（VOH）T1集電結(jié)導(dǎo)通通、T2、T4飽和，VB1＝2.1V，2.1VVIH＝3.4VT1發(fā)射結(jié)反偏偏，T1深度飽和，，0.7V0.9VVE2＝VB1－VBC1－VBES2＝2.1V－0.7V－0.7V＝0.7V，，VC2＝VE3＋VCES2＝0.7V＋0.2V＝0.9V，所以T3、D2截止，VO＝0.2V。VO＝0.2V二、電壓傳傳輸特性ＶＶo＝ｆ（（VI）0VO/VVI/V3.4VABCDR21.6ｋR14ｋR31ｋR4130D1T1D2T2T3T4AVCC（5V）Y15VVV＋－VTHVTH—稱為閾電電壓或門檻檻電壓，約約為1.4V。然后根據(jù)電電壓傳輸特特性曲線由由：三、輸入噪噪聲容限一般大約：：VL（ｍａｘ）VL（ｍｉｎ）VLN（0.2V）VH（ｍｉｎ）VH（ｍａｘ）VHN（3V）VIL（ｍａａｘ）＝0.8V；VIH（ｍｉｉｎ）＝2.0V。VOL（ｍａａｘ）＝0.4V。VOH（ｍｉｉｎ）＝2.4V；VIH（ｍｉｉｎ）。VOH（ｍｉｉｎ）VIL（ｍａａｘ）；VOL（ｍａａｘ）通常，很難難保證輸入入、輸出電電平在正常常值上始終終不變，首先規(guī)定：：0VO/VVI/V3.4VABCDVOH（ｍｉｉｎ）VIH（ｍｉｉｎ）VIL（ｍａａｘ）VOL（ｍａａｘ）VOL（ｍａａｘ）VOH（ｍｉｉｎ）11VOVI定義：VNL＝VIL（ｍａａｘ）－VOL（ｍａａｘ）＝0.8V－0.4V＝0.4V；VNH＝VOH（ｍｉｉｎ）－VIH（ｍｉｉｎ）＝2.4V－2.0V＝0.4V噪聲容限反反應(yīng)了門電電路的抗干干擾能力。。2.4.2TTL反相器輸輸入、輸出出特性一、輸入特特性ｉI＝ｆ（ｖI）1＋－ｖIｉI5V5VR1T1VBE2VBE4vI/VｉI/ｍA0IISIIH（＜0.04mA）1.4VIIS—稱為輸入入短路電流流；IIH—稱為高電電平輸入電電流。二、輸出特特性ｖO＝ｆ（ｉL）ｉLｖO5V1RL1、高電平平輸出特性性5VR2T3ｖOHD2R4RLｉLｉL/ｍAｖOH/V05ｍA74系列門門電路輸出出高電平時時的ｉL不能超過0.4ｍA。2、低電平平輸出特性性5VRLT4ｖOLR3ｉLｉL/ｍAｖOH/V00.2V16ｍA3、扇出系系數(shù)NOIOHｉL輸出高電平平時的NO:NOH=IOH(max)/IIH=0.4/0.04=10。。NOL=IOL(max)/IIS=16/1=16。ｖOH輸出低電平平時的NOL:IISｖOLｉL春1111三、輸入端端負載特性性ｖI＝ｆ（RI）1VｖIRI5V5VR1T1VBE2VBE4RIRL/ｋΩｖI/V01.4ｖI＝(VCC－VBE1)RI/(RI+R1)=(5－－0.7)RI/(RI+4)=4.3RI/(RI+4)2.4.4其它類類型的TTL電路一、與非門門、或非門門、與或非非門等&≥1≥1&2.4.3TTL反相器動動態(tài)特性自自學(xué)學(xué)二、OC(OpenCollectorGate)門和和TS(Three-StateOutput)門門問題的提出出：VOLVOHR4D2T3T45V過電流1、OC門門R2R1R3T2T4BVCCYAY=AB&典型TTL門電路的輸出出端不能并并接使用。。R4D2T3T45V&&&&1&m個門n個輸入端RLVCC線與RL稱上拉電阻阻。選擇方法如如下：VOHVOHVOHIOHILMIOHIIHIL式中：IOH輸出三極管管截止時的的漏電流；；ILM輸出三極管管允許的最最大電流；；m’負載門的個個數(shù)，若負負載門輸入入端為或運運算，則m’應(yīng)為輸輸入端數(shù)。。IILVOL2、TS門門R2R1R3D1T1D2T2R4T3T4BVCCENAP11Y當(dāng)EN=1時：Y=AB當(dāng)EN=0時：T3、T4均截止，，輸出呈高高阻態(tài)(禁態(tài))。。&ENBAY高電平有效效：低電平有效效：&ENBAY雖然OC門門和TS門門都能實現(xiàn)現(xiàn)線與，但但OC門門的優(yōu)勢在在于通過外外接不同的的電源電壓壓可獲得不不同的輸出出高電平；；而TS門門的優(yōu)勢在在于可方便便地構(gòu)成總總線結(jié)構(gòu)。。如：單總線：ENEN&AY&B&Z&ENEN雙總線：ZEN&&&&BYA2.5其其它類型型的雙極型型數(shù)字集成電路以下電路僅僅作扼要介介紹。2.4.5改進進型TTL電路74H系列列、74S系列、74LS系系列等。ECL電路路、I2L電路。靜2.6CMOS門門電路2.6.1CMOS反相器器VOVIVDDT2T11、電路結(jié)結(jié)構(gòu)及工作作原理設(shè)：VDD>VTH1+VTH2,且VIL=0V，VIH=VDD。則：輸入與與輸出間為為非邏輯關(guān)關(guān)系。2、電壓傳傳輸特性和和電流傳輸輸特性0VDDVDDVDD/2VDD/2VIVODCBAVDDVDD/2iDVIVTH1VTH202.6.2CMOS反相器器的輸入、、輸出特性性VOVIVDDT2T1D2DIRSVIiI0VDD+0.7V-0.7VVDDT2RLiD2iOLVIH=VDDVOLVOLiOL0VDD=5V10V15VBAYVDDT4T3T2T1A0101B0011Y1110Y=AB2.6.3CMOS與非門門2.6.4CMOS傳輸門門和雙向開開關(guān)CCVDDO/II/OT2T1VIt010V3V7VT1導(dǎo)通T2導(dǎo)通SWCI/OO/I設(shè)：傳輸信號電壓為10V，C=10V，C=0V，VTH1=VTH2=3V。TGC1O/II/O第三章：組組合邏輯電電路3.1概概述3.2組組合邏輯電電路的分析析方法和設(shè)設(shè)計方法3.3若若干常用的的組合邏輯輯電路3.4組合邏輯電電路中的競競爭冒險現(xiàn)現(xiàn)象3.1概概述電路特點：：功能特點:任意時刻的的輸出信號號只與此時時刻的輸入入信號有關(guān)關(guān)，而與信信號作用前前電路的輸輸出狀態(tài)無無關(guān)。不包含有記記憶功能的的單元電路路，也沒有有反饋電路路。組合邏輯電電路的特點點:數(shù)字電路組合邏輯電電路時序邏輯電電路3.2組組合邏輯電電路的分析析方法和設(shè)設(shè)計方法3.2.1組合邏邏輯電路的的分析方法法已知邏輯電電路分析邏輯功功能?由邏輯輯電路寫出出邏函表達達式；分析步驟：：?化簡邏邏函并變換換為與或式式；?列真值表表，判斷其其功能。例：試分析圖示示電路的邏邏輯功能。。&≥1&CBAY解：ABCY00000101001110010111011111000000功能：?檢測三三位二進制制碼是否相相同；?檢測三三臺設(shè)備的的工作狀態(tài)態(tài)是否相同同；?檢測三三個輸入信信號是否相相同。3.2.2組合邏邏輯電路的的設(shè)計方法法已知邏輯功功能設(shè)計實現(xiàn)電電路設(shè)計步驟：：?畫出邏邏輯圖并選選擇適當(dāng)?shù)牡钠骷崿F(xiàn)現(xiàn)邏函。?列真值值表；?寫出邏邏函表達式式并化簡為為適當(dāng)?shù)男涡问剑?分析邏邏輯功能確確定輸入變變量、輸出出函數(shù)；例：電路設(shè)計一一三人表決決電路。。解：設(shè)：分別用用A、B、、C代表三三人的意見見，取值=1，同意；=0，不同意。Y代表表決決結(jié)果，Y=1，通過；0，未通過。ABCY00000101001110010111011110001101&&&&CBAY3.3幾幾種常用的的組合邏輯輯電路3.3.1編碼器器一、普通編編碼器編碼：用文文字、符號號、數(shù)字表表示特定對對象的過程程。如電話話號碼、運運動員編號號、姓名等等均屬編碼碼。特指：把輸輸入的每一一個高低電電平信號編編成一個對對應(yīng)的二進進制代碼的的電路。3位二進制制編碼器(8線—3線編碼器器)：3位二進制編碼器Y2Y1Y0I7I1I0I0I1I2I3I4I5I6I7Y0Y2Y3100000000100000000000001000001111?任一時時刻僅允許許有一個輸輸入端為高高電平(有有效)—約約束。由真值表寫寫出邏函表表達式并利利用約束項項化簡可得得：≥1≥1≥1I7I6I5I4Y2I3I1I2Y1Y0二、優(yōu)先編編碼器特點：允許許多個輸入入信號同時時有效，但但只對優(yōu)先先權(quán)最高的的一個輸入入信號進行行編碼。?8線—3線線編碼器74LS148：電路見P141：F3.3.3輸入：I0~I7，低電平有效；輸出：Y0~Y3，低電平有效。由電路易得得：S—稱為選通輸入端，S=0，編碼器器工作；1，編碼器器不工作。。低電平有效效。YS—稱為選通輸出端，低電平有效：0，表示編碼器工作且無信號輸入；YS=1，編碼器工作且有輸入信號。YEX—稱為擴展輸出端，低電平有效。YEX=0，表示，編碼器工作且有輸入信號。邏輯符號：：用二片74LS148擴展為為16線——4線編碼碼器：Y2Y1Y0YSYEX74LS148SI0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0YSYEX74LS148SI0I1I2I3I4I5I6I7A15A14Z1A8A3Z2Z3&&&&Z0A12A13A9A10A11A7A6A5A4A2A1A0?10線—4線(8421BCD碼)編編碼器74LS147電路見P144F3.3.5：輸入：I0~I9，代表0~9十個數(shù)碼；輸出：Y3~Y0，代表一位8421BCD碼。節(jié)能型&&3.3.2譯碼器器譯碼是編碼碼的逆過程程，它是將將輸入的代代碼轉(zhuǎn)換成成對應(yīng)的高高低電平輸輸出。一、二進制制譯碼器3位二進制制譯碼器（（3線-8線）：111A0A1A2Y0Y1Y7Y2VCC輸入：A2A1A0代表3位二二進制碼。。輸出：Y7~Y0代表0~7八個數(shù)碼碼。Y0=A2A1A0，Y7=A2A1A0…集成3線——8線譯碼碼器74LS138，電路見見P146、F3.3.8。由電路易得：Y0=A2A1A0S=m0S，Y1=A2A1A0S=m1S，Y7=A2A1A0S=m7S…S=S1S2S3—稱為譯碼控制端(使能端)。S=0，不工作；1，工作。1000S2+S30111S1

1111111111111111011111111011111111111111000001111Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A2A1A0功能表Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

74LS138S1S2S3A2A1A0

二、BCD碼(4線線—10線)譯碼器邏輯符號8421BCD碼譯譯碼器74LS42A3A2A1A0：輸入，表表示8421BCD碼；Y0~Y9：代表0~9十個數(shù)數(shù)碼。Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9

74LS42A3A2A1A0

Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

74LS138S1S2S3A2A1A0

用二片138擴展為為4線—16線譯譯碼器：Z14Z15Z13Z12Z11Z10Z9Z8Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1Z05VD3D1D2D0三、顯示譯碼器顯示器驅(qū)動器代碼常見的顯示示器發(fā)光二極管管LED；；液晶LCD。1、七段字字符顯示器器(數(shù)碼管管)譯碼器bacdefgD.PabgD.PabgD.P2、BCD—七段顯示譯譯碼器111111001100001110011000000011001YaYbYcYdYeYfYgA3A2A1A0據(jù)8421BCD碼碼和數(shù)碼管管工作原理理可列出真真值表：由真值表可可求出各輸輸出端邏函函表達式，，如：A3A2A1A00001111000011110Ya1111111100000000Ya=A3A2A1A0+A2A0+A3A1同理可得：：Ya=A3A2A1A0+A2A0+A3A1Yc=A2A1A0+A3A2Yd=A2A1A0+A2A1A0+A2A1A0Yb=A3A2A1A0+A2A0+A3A1Ye=A2A1+A0Yf=A3A2A0+A2A1+A1A0Yg=A2A1A0+A3A2A1據(jù)此，可畫畫出邏輯電電路圖。?集成BCD碼碼—七段顯示譯譯碼器7448：電路見P155F3.3.15，其邏輯符號號為：YaYbYcYdYeYfYg

74LS48

BI/RBOA3A2A1A0

LT

RBI

電路由兩部分分組成：譯碼部分；控制部分。?燈測試輸入信號LT：輸入，用以檢查數(shù)碼管的好壞。LT=0，七段全亮亮；1，電路正常常譯碼。?滅零輸入信號RBI：輸入，當(dāng)RBI=0時，若輸入A3A2A1A0=0000，則七段全滅，不顯示；若A3A2A1A0≠0000，則照常顯示。?滅零輸出信號RBO：輸出，當(dāng)芯片本身處于滅零狀態(tài)(即RBI=0且A3A2A1A0=0000)時，RBO=0，否則RBO=1。利用RBI、RBO信號，在多位顯示系統(tǒng)中可以熄滅多余的零，如：003.8010RBIRBORBIRBORBORBIRBIRBORBORBIRBORBIRBORBI5V7447介紹紹：其功能與7448完全相相同，僅是輸輸出為低電平平有效，可作作來驅(qū)動共陽陽極組的LED顯示器。。3.3.3數(shù)數(shù)據(jù)選擇器器一、數(shù)據(jù)選擇擇器的工作原理理D1D0D2D3YSA1A0A1A0Y00011011D1D0D2D3Y=A1A0D0+A1A0D1+A1A0D2+A1A0D3&1&&&1≥1A1A0D1D0D2D3Y1ST二、集成數(shù)據(jù)據(jù)選擇器▲雙四選一數(shù)數(shù)據(jù)選擇器74LS153：兩個數(shù)據(jù)選擇擇器公用地址址輸入端和電電源。Y1Y2A1

74LS153A0D10D11D12D13S1D20D21D22D23S2▲八選一數(shù)據(jù)選選擇器CC4512：DIS

YA2INHCC4512A1D0D1D2D3D4D5D6D7A0Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+A2A1A0D7功能表為：正常工作Y=0(不工作)輸出高阻態(tài)00011功能DISINH3.3.4加加法器先看一例：1101+10111110010此例說明：只只有最低位為為兩個數(shù)碼相相加，其余各各位都有可能能是三個數(shù)碼碼。加得的的結(jié)果必須用用二位數(shù)來表表示，一位反反應(yīng)本位和，，一位反應(yīng)進進位。一、1位加法法器?半加器ABSCO00011011

01100001S=AB+ABCO=AB=1＆ABSCOA∑SBCO?全加器ABCISCO0000010100111001011101110010100110010111S∑COABCI二、多位加法法器串行進位：CO∑SABCICO∑SABCICO∑SABCIS1S0C0S2A1A0A2B1B0B23.3.5數(shù)數(shù)值比較器器ABY(A<B)Y(A=B)Y(A>B)00011011010100001010一、1位數(shù)值值比較器≥1&1&1Y(A<B)Y(A>B)Y(A=B)AB二、多位數(shù)值值比較器A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0①②③④A3B3A3B3A3=B3A3=B3A3=B3A3=B3A3=B3A3=B3A3=B3A3B3A2B2A2B2A2=B2A2=B2A2=B2A2=B2A2=B2A2B2A1B1A1B1A1=B1A1=B1A1=B1A1B1100001100001100001100001010A0B0A0B0

A0=B0Y(A<B)Y(A=B)Y(A>B)A0

B0

3.3.6用用集成器件件設(shè)計組合邏邏輯電路一、用譯碼器器設(shè)計例1：用74LS138實現(xiàn)下列一一組邏函解：先將邏函表達達為最小項形形式：Z1＝ｍ4+ｍ6+ｍ3+ｍ5Z3＝ｍ2+ｍ3+ｍ5Z2＝ｍ3+ｍ7+ｍ1若令：A=A2，B=A1，C=A0，則有：Z1＝ｍ4+ｍ6+ｍ3+ｍ5＝ｍ4ｍ6ｍ3ｍ5＝Y(jié)4Y6Y3Y5Z2＝ｍ3+ｍ7+ｍ1＝ｍ3ｍ7ｍ1＝Y(jié)3Y7Y1Z3＝ｍ2+ｍ3+ｍ5＝ｍ2ｍ3ｍ5＝Y(jié)2Y3Y5由74LS138知，在譯碼狀態(tài)下有：Y0=m0，Y1=m1，…Y7=ｍ7。Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

74LS138S1S2S3A2A1A0

&&&Z2Z1Z3ABC10二、用數(shù)據(jù)選選擇器設(shè)計一般說來，4選1數(shù)選器器可實現(xiàn)3變變量以下的邏邏函，8選1數(shù)選器可實實現(xiàn)4變量以以下邏函，在在允許添加門門電路時，可可實現(xiàn)任一邏邏函。例2：用4選1實現(xiàn)Z=AC+ABC+ABC解：ABZY=A1A0D0+A1A0D1+A1A0D2+A1A0D3

Z=ABC+ABC+ABC+ABC=ABC+AB+ABC若令A(yù)1=A，A0=B，Y=Z，則通過比比較對應(yīng)項可可得：D0=C，D1=1，D2=C，D3=0。A1YA0D0D1D2D3SCC100例3：用8選1實現(xiàn)邏函Z=ABC+BD+ABCDE解：若令A(yù)2=A，A1=B，A0=C，Y=Z，則：Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+A2A1A0D7Z=ABC+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCDEDIS

YA2INHCC4512A1D0D1D2D3D4D5D6D7A0ABC00ZD&01E潤3.4組合合邏輯電路中中的競爭_冒險現(xiàn)象?Y=ABAC=AB+AC1&&&BACYG1G2G3G4Y1Y2原因分析：當(dāng)B＝C＝1時，Y＝A+A應(yīng)恒等于1但由于存在延遲時間tpd，使得G2、G3的輸入信號不同時改變，導(dǎo)致G4輸入信號也不同時改變，遭成G4的輸出產(chǎn)生不應(yīng)出現(xiàn)的負脈沖，該負脈沖對后續(xù)電路將產(chǎn)生造成干擾。稱：A+A—0型冒險。B、C1AAY1Y2tpd2tpd1Y1BACYG1G2G3G4Y1Y2≥1≥1≥1?Y=A+B+A+C=AA+AC+AB+BCB、C0AAY1Y2tpd2tpd1Y稱：AA—1型冒險。當(dāng)B＝C＝0時，Y＝AA應(yīng)恒等于于0，但考慮慮tpd后，輸出端出出現(xiàn)了正的干干擾脈沖。?判斷方法：當(dāng)其它變量取常值時，若邏函能化為A+A、AA形式，則存在競爭冒險現(xiàn)象。?消除方法：?在電路輸出端端接入濾波電電容。?在電路輸入端端加選通脈沖沖。?在邏函中增加加冗余項。第四章：觸發(fā)發(fā)器4.1概述述4.2觸發(fā)發(fā)器4.3觸發(fā)發(fā)器的電路結(jié)結(jié)構(gòu)和邏輯功功能間的關(guān)系鍥而不舍舍金石石可鏤4.1概述述具有記憶功能能的邏輯單元元稱為觸發(fā)器器。觸發(fā)器是是構(gòu)成時序電電路的基本單單元。特點：?具有兩個穩(wěn)穩(wěn)定的狀態(tài)““0”和“1”；?根據(jù)需要可可以置“0””、置“1””。分類：功能RSJKD；TT’結(jié)構(gòu)基本RS同步RS主從型。邊沿型4.2觸發(fā)發(fā)器4.2.1基基本RS觸觸發(fā)器&&RDSDQQ一、電路結(jié)構(gòu)構(gòu)?兩與非門交叉叉耦合而成。。?兩輸入端RD、SD，兩互補輸出端Q、Q。?用Q端的狀態(tài)態(tài)表示觸發(fā)器器的狀態(tài)。二、工作原理理維持置00置11約束1*11010Qｎ00功能Qｎ+1RDSD?真值表RD—直接復(fù)位端。SD—直接置位端。0111100011111000100110010011001111≥1≥1QQSDRD或非門?時序圖QQSDRD狀態(tài)不定?動作特點輸入信號時刻刻決定著輸出出狀態(tài)。?邏輯符號QQRDSDQQRDSD與非門或非門?結(jié)構(gòu)簡單。?輸入信號存在在約束。?電路每時每刻刻都接收輸入入信號。三、優(yōu)缺點4.2.2同同步RS觸觸發(fā)器&RSQQ&&&CP一、電路結(jié)構(gòu)構(gòu)由基本RS觸觸發(fā)器和導(dǎo)引引門組成。二、工作原理理11100100Qn+1=00約束1＊Qn+1=11Qn+1=QnQnRS功能Qn+1CP01111100000111100001001011?動作特點在CP＝0時時，不接收輸輸入信號，在在CP＝1時時才接收。輸入信號決定定觸發(fā)器的翻翻轉(zhuǎn)方向（狀狀態(tài)），時鐘鐘脈沖決定觸觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時刻，這是是所有具有CP的觸發(fā)器器的共同特點點。RDSD?時序圖RCPSQ干擾錯誤?邏輯符號三、缺點?輸入仍有約束束?抗干擾能力差差四、觸發(fā)器邏邏輯功能的描描述方法?真值表?時序圖?特性方程Qn+10001111001RSQn111?狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01R=S=0R=0,S=1R=1,S=0R=0S=Qn+1=S+RQnSR=0QQR

S>cp4.2.3主主從型觸發(fā)發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)構(gòu)2、工作原理理1CP&&&&RS&&&&QQ由兩個同步RS觸發(fā)器串串接和一個電電子開關(guān)組成成。從觸發(fā)器從觸發(fā)器cpRSQnQn+10000001110011001101010011111000110011101*1一、主從RS觸發(fā)器?動作特點輸入信號分兩兩步走，在CP＝1時將將輸入信號接收收到主觸發(fā)器器中，在CP＝0時再將將輸入信號存存入到從觸發(fā)發(fā)器內(nèi)。?時序圖CPRSQ’Q干擾，波形會會怎樣？?邏輯符號3、優(yōu)缺點?輸入信號無約約束。?易受干擾。二、主從JK觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)構(gòu)在主從RS觸觸發(fā)器的基礎(chǔ)礎(chǔ)上增加兩根根反饋線就構(gòu)構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。。

1R

1S>C1QQRSCP2、工作原理理1CP&&&&KJ&&&&QQcpJKQnQn+10001101101010101010110功能Qn+1=0Qn+1=QnQn+1=1Qn+1=Qn因為與主從RS基本相同同，所以僅分分析J=K=1，Q=0這一種情況況。0000111111規(guī)律律J≠KJ=KJ=K=0J=K=1Qn+1=J維持持計數(shù)數(shù)?特性性方方程程Qn+1=JKQn+JKQn+JKQn+JKQn

=JQn+KQn?時序序圖圖QKCPJ對輸輸出出狀狀態(tài)態(tài)有有無無影影響響？？?動作作特特點點在CP=1期期間間，，要要求求輸輸入入信信號號應(yīng)應(yīng)穩(wěn)穩(wěn)定定不不變變，，否否則則有有可可能能導(dǎo)導(dǎo)致致觸觸發(fā)發(fā)器器誤誤動動作作。。?邏輯輯符符號號多輸輸入入：：3、、優(yōu)優(yōu)缺缺點點?功能能最最強強。。?易受受干干擾擾。。

>QQRdK1K2K3CP1JC11K＆＆J1J2J3Sd

1J

1K>C1QQJKCPRdSd4.2.4邊邊沿沿型型觸觸發(fā)發(fā)器器一、、COMS傳傳輸輸門門邊邊沿沿型型觸觸發(fā)發(fā)器器TG11TG3TG2TG4111DCPCPCPCPCPCPCPCPQQ?工作作原原理理CPDQn+1Qn00001000011111111000001111100011?動作作特特點點僅在在CP由由0→→1的的瞬瞬間間接接收收輸輸入入信信號號，，其其它它時時間間輸輸入入信信號號的的變變化化對對觸觸發(fā)發(fā)器器狀狀態(tài)態(tài)無無影影響響。。?優(yōu)缺缺點點?抗干干擾擾能能力力強強，，可可靠靠性性高高。。?功能能簡簡單單。。二、、維維持持阻阻塞塞觸觸發(fā)發(fā)器器1、、電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)由基基本本RS觸觸發(fā)發(fā)器器和和維維持持阻阻塞塞電電路路組組成成。。2、、工工作作原原理理&&&&&&4321DCPQQ4321—置““0““維維持持線線—置““1““阻阻塞塞線線—置““0““阻阻塞塞線線—置““1““維維持持線線CPDQn+1Qn0000001111110000011111?特性性方方程程?動作作特特點點在CP由由0→→1時時，，觸觸發(fā)發(fā)器器按按輸輸入入信信號號改改變變狀狀態(tài)態(tài)，，在在CP=1期期間間，，即即使使輸輸入入信信號號改改變變，，由由于于維維持持阻阻塞塞的的作作用用，，觸觸發(fā)發(fā)器器的的狀狀態(tài)態(tài)也也不不會會改改變變，，從從而而有有效效地地提提高高了了工工作作的的可可靠靠性性。