電氣類專業(yè)知識(shí)：數(shù)字電路知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

電氣類專業(yè)知識(shí)：數(shù)字電路知識(shí)點(diǎn)整理總結(jié)

精研考綱歸納核心題海訓(xùn)練歸納總結(jié)體驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)梳理復(fù)習(xí)

數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)

1邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

1.1概述

1、什么是模擬信號(hào)？什么是數(shù)字信號(hào)？

用電信號(hào)模擬自然界的物理量，其特征是幅度隨時(shí)間連續(xù)變化，即在時(shí)間和幅度上連續(xù)變化的信號(hào)稱為模擬信

號(hào)。

數(shù)字信號(hào)是用有限個(gè)數(shù)字代表模擬量特征的信號(hào)，其特征是在時(shí)間和幅度上均為離散的信號(hào)。即用一系列的矩形

波來表示一個(gè)數(shù)字。因此數(shù)字信號(hào)有兩種，一是用模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換而來，用數(shù)字表示模擬信號(hào)在不同時(shí)刻的量化值:

二是為控制、處理等目的人為產(chǎn)生的。

2、數(shù)字信號(hào)的表示方法：波形、主要參數(shù)。

用矩形脈沖表示，

計(jì)算參數(shù)：脈沖頻率f=l/T,占空比q=t0/T。

理想矩形波一般用幅度、寬度、周期表示。

數(shù)字波形：?般為二進(jìn)制，固定幅值，以矩形脈沖寬度為單位，正邏輯規(guī)定為高電平表示“I”，低電平表示

“0”。負(fù)邏輯反之。例6位二進(jìn)制數(shù)110100的波形為（先輸出低位）：

3、數(shù)制

1）數(shù)：用來表示物理量的大小。

2）數(shù)制：多位數(shù)中每一位的構(gòu)成方法及進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。

例：十進(jìn)制由0?9十個(gè)數(shù)碼組成，逢十進(jìn)一。二進(jìn)制由0、1兩個(gè)數(shù)碼組成，逢二進(jìn)一。

十六進(jìn)制由0?9、A.F十六個(gè)數(shù)碼組成，逢十六進(jìn)一。

3）表示方法：一個(gè)任意進(jìn)制數(shù)的卜進(jìn)制值是以該進(jìn)制為基數(shù)的加權(quán)系數(shù)之和.

i-表示位數(shù)。

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i--m

k「表示第i位的系數(shù)，可以是該進(jìn)制數(shù)碼中的任意一個(gè)。

表示第i位的權(quán)值，r是該進(jìn)制的基數(shù)。

n-表示整數(shù)位。

nr表示小數(shù)位。

4、常用數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

1)十-二轉(zhuǎn)換、二-十轉(zhuǎn)換

十一二轉(zhuǎn)換：求加權(quán)系數(shù)公式中各位的系數(shù)，對(duì)十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換。

整數(shù)部分的權(quán)是乘2關(guān)系，轉(zhuǎn)換時(shí)需除2.

小數(shù)部分的權(quán)是除2關(guān)系，轉(zhuǎn)換時(shí)需乘2.

例：將25.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

①整數(shù)部分：連續(xù)除2,取余數(shù)，直到商為0。

2]-------1高位

0

②小數(shù)部分：連續(xù)乘2,取整數(shù)，直到要求的精度為至。

0.625

____2_

1.250----------1高位

____2

0.500----------0

2▼

1.000----------1低位

(25.625),0=(11001.101)2

二-十轉(zhuǎn)換：求加權(quán)系數(shù)和。

32|2

例：(1101.11)2=2+2+20+2-+2-=(13.75)10

2)二-十六轉(zhuǎn)換、二-八轉(zhuǎn)換

由于2，=16,4位二進(jìn)制數(shù)正好對(duì)應(yīng)16個(gè)狀態(tài)，將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開始每4位劃分成一組，每組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為一位

十六進(jìn)制數(shù)即可(按8421權(quán)值轉(zhuǎn)換)。

例：(01101110.11011100)2=(6E.DC)16

同理，二-八轉(zhuǎn)換每3位按421權(quán)值相互轉(zhuǎn)換。

5、二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算

1)數(shù)的表示方法：正負(fù)數(shù)、原碼、反碼、補(bǔ)碼.

原碼：最高位為符號(hào)位，“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)，其余各位表示二進(jìn)制值。

反碼：將原碼除符號(hào)外逐位求反，“0”變“1”，“1”變“0”。

補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為反碼加1.

補(bǔ)碼的物理意義就是補(bǔ)齊、補(bǔ)滿，如十進(jìn)制數(shù)，6再補(bǔ)4即夠10,4就是6的補(bǔ)碼。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)x的補(bǔ)碼=10-x。

以4位二進(jìn)制為例，24可表示16個(gè)狀態(tài)，滿值是16,因此一個(gè)二進(jìn)制數(shù)A的補(bǔ)碼=2"-A,n為A的位數(shù)。然而這種運(yùn)算在

電路中的實(shí)現(xiàn)是復(fù)雜而又速度緩慢的，電路求反、加1運(yùn)算是非常簡單的。因此，我們用求反加1來代替復(fù)雜的補(bǔ)碼運(yùn)

算.

2)二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算

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兩數(shù)求補(bǔ)相加，結(jié)果再求補(bǔ)。

5、二進(jìn)制編碼

編碼：用文字、符號(hào)或數(shù)碼表示某種信息的過程叫編碼。

代碼：編碼的結(jié)果稱為代碼。

二進(jìn)制編碼：用一組二進(jìn)制代碼表示數(shù)字、符號(hào)、圖形、圖像、聲音等信息。

1）BCD碼：有權(quán)碼、循環(huán)碼

用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示1位十進(jìn)制數(shù).

有權(quán)碼：對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為加權(quán)系數(shù)和.其中最常用的是8421碼，還有5211碼、2421碼等。

循環(huán)碼：對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制編碼的不同位按不同的規(guī)律循環(huán)，如余3循環(huán)碼、格雷碼等。

8421碼：用二進(jìn)制的十進(jìn)制值代表10個(gè)十進(jìn)制數(shù)。

8421碼與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換是直接進(jìn)行，比二-十轉(zhuǎn)換要容易得多。

十進(jìn)制的二進(jìn)制值是按照十-二轉(zhuǎn)換方法得來的，十進(jìn)制的二進(jìn)制代碼是將十進(jìn)制的每一位用對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼替

換得來的。

例：（29.3）io=（00101001.0011）SZI-BCT

2）其它二進(jìn)制碼：奇偶校驗(yàn)碼、ASCII碼

奇偶校驗(yàn)碼：在一組信息碼的后面增加一奇（偶）校驗(yàn)位，使傳輸碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇（偶）數(shù)，用于數(shù)據(jù)傳輸

中的檢錯(cuò).

ASCH碼：美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼.

用7位二進(jìn)制代碼表示某種常用標(biāo)準(zhǔn)操作、10個(gè)數(shù)字、26個(gè)英文字母及專用符號(hào)，共128個(gè)。

二-十進(jìn)制代碼是進(jìn)行處理或運(yùn)算的，ASCH碼事用來進(jìn)行信息傳輸和交換的。

注：二進(jìn)制代碼與二進(jìn)制值是完全不同的兩回事。

例：十進(jìn)制25的二進(jìn)制值為：11001

8421BCD碼為:00100101

ASCII碼為：01100100110101

1.2基本邏輯函數(shù)及運(yùn)算定律

1、基本邏輯運(yùn)算

與、或、非、與非、或非、與或非、異或、同或；真值表、表達(dá)式、邏輯符號(hào)、運(yùn)算規(guī)則。

與非：Y=ABC

或非：Y=A+B+C

與或非：Y=AB+CD

異或：丫=/5+'8=4十8,AB相同時(shí)輸出為0,不同時(shí)輸出為1.

同或（異或非）：y=N豆+/8=4OB,AB相同時(shí)輸出為1,不同時(shí)輸出為0。

邏輯符號(hào)如下圖所示：

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國標(biāo)

國標(biāo)

慣用

國際慣用

與非或非異或同或

（異或非）與或非

2、邏輯代數(shù)的運(yùn)算定律

基本公式

A+l=l

A?A=A

A+A=A

A?A=O

A+A=]

A(A+B)=A

A+BC=(A+B)(A+C)

AB=A+B

A+B=A?B

J=1

常用公式

A+AB=A+B

AB+AC+BC=AB+AC

1.3邏輯函數(shù)表示方法

1.3.1基本表示方法：真值表、表達(dá)式、邏輯圖

1、真值表：列出輸入變量所有可能取值，根據(jù)要求寫出輸出變量取值.

真值表是邏輯功能的最為直觀的表達(dá)方式，在一些簡單的設(shè)計(jì)中，根據(jù)要求很容易畫出真值表.

2、表達(dá)式：將真值表中結(jié)果為1的變量相與后再相或，1用原變量喪示，0用反變量表示。

3、邏輯圖：將表達(dá)式中各輸入變曷的邏輯關(guān)系用基本邏輯門或組合邏輯門符號(hào)及其連接導(dǎo)線表示，得到邏輯電路

圖。

例、三人表決器，當(dāng)兩人以上同意時(shí)，結(jié)果有效，否則結(jié)果被否決。

設(shè)三個(gè)輸入變量為A、B、C,輸出變量為Y,根據(jù)要求列出真值表。

1）真值表

ABCY

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0000

0010

0100

0111

1000

1011

1101

1111

2)表達(dá)式

由真值表可知，使輸出有效的輸入狀態(tài)共有四種，用反變量表示0,原變量表示1,將它們或起來，就得到邏輯表達(dá)

式。

Y=ABC-}-ABCABCABC

3）邏輯圖

1.3.2最小項(xiàng)：定義、編號(hào)、表達(dá)式(最小項(xiàng)之和，編號(hào)之和，和表達(dá)式乙

1、最小項(xiàng)

1)最小項(xiàng)：在n變量邏輯函數(shù)中，n個(gè)變量的乘積稱為最小項(xiàng)，變量以原變量或反變量的形式出現(xiàn)，且僅出現(xiàn)一

次。n變量邏輯函數(shù)有2n個(gè)最小項(xiàng)。

2)最小項(xiàng)編號(hào)：原變量用1表示，反變量用0表示，得到二進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制值。

3)最小項(xiàng)表達(dá)式：任何一個(gè)邏輯函數(shù)表達(dá)式都可以轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)之和的形式，稱為最小項(xiàng)表達(dá)式。利用配項(xiàng)法把

邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)為最小項(xiàng)表達(dá)式，/+)=L

例：將邏輯函數(shù)丫=/8+而(弓+川轉(zhuǎn)為最小項(xiàng)表達(dá)式。

Y=AB+1C(C+'D)

=AB+BC+CD

=AB(C+C)(D+D)+BC(A+A)(D+D)+CD(A+A)(B+B)

=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+~ABCD

=小+/WI4+/W13+m]2+m7+m6+旭1】+m3

=^/(z=3,6,7,l1,12,13,14,15)

利用公式：AB=A+B.4+B=AB、A+A=1>A+A=A

2、最大項(xiàng)

最大項(xiàng)：在n變量邏輯函數(shù)中，n個(gè)變量的或稱為最大項(xiàng)，變質(zhì)以原變量或反變量的形式出現(xiàn)，且僅出現(xiàn)?次。n

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變量邏輯函數(shù)有2n個(gè)最大項(xiàng)。

最大項(xiàng)編反變量用1表示，原變量用0表示，得到二進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制值.

最大項(xiàng)表達(dá)式：任何一個(gè)邏輯函數(shù)表達(dá)式都可以轉(zhuǎn)換成最大項(xiàng)之積的形式，稱為最大項(xiàng)表達(dá)式。利用配項(xiàng)法把邏輯

函數(shù)轉(zhuǎn)為最大項(xiàng)表達(dá)式，AA=O.

表示方法：

例：將邏輯函數(shù)y=(z+8)(1+豆+3)轉(zhuǎn)換為最大項(xiàng)之積的形式。

Y=(A+B)(A+B+C)

=(A+B+CC)(A+B+C)

=(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)

利用公式A+BC=(A+B)(A+C)

1.4邏輯函數(shù)的公式化簡法

邏輯函數(shù)表達(dá)式越簡單，實(shí)現(xiàn)的邏輯電路就越簡單，所用的元器件越少，可靠性就越高。從實(shí)際命題中抽象出來的

邏輯表達(dá)式不一定是最簡單的，所以要進(jìn)行邏輯化簡，找到最簡表達(dá)式。由于邏輯門電路己經(jīng)模塊化和系列化，有時(shí)最

簡單的表達(dá)式不一定適合現(xiàn)有的邏輯門，所以要進(jìn)行適當(dāng)變換，才能用現(xiàn)有的邏輯門畫出邏輯電路圖.例如，給定的表

達(dá)式是或邏輯，但手中只有與門，就可以變換成與邏輯實(shí)現(xiàn)。

1、邏輯函數(shù)的最簡形式：化簡、變換

化簡：表達(dá)式中所含乘積項(xiàng)(與項(xiàng))最少，每個(gè)乘積項(xiàng)中變量的個(gè)數(shù)最少。

變換：適合給定的邏輯門，門的種類數(shù)最少。

2、常用公式化簡法：合并項(xiàng)法、吸收法、消去法、配項(xiàng)法

1)合并項(xiàng)法：利用力+7=1,合并兩項(xiàng)為?項(xiàng)，消去?個(gè)變量。

2)吸收法：利用A+AB=A,消去多余的乘積項(xiàng).

3)消去法：利用4+78=4+8,消去多余因子

4)配項(xiàng)法：利用力「=0、A+A=\.1+力=力的特點(diǎn)，把一項(xiàng)變成兩項(xiàng)，重新組合后再合并化簡。

1.5邏輯函數(shù)卡諾圖化簡

1、卡諾圖畫法：相鄰規(guī)則、2變量卡諾圖、3變量卡諾圖、4變量卡諾圖。

按最小項(xiàng)相鄰關(guān)系畫出來的方格圖，上卜左右均相鄰，n變量卡諾圖有20個(gè)方格。

1)兩變斑卡諾圖

2)三變量卡諾圖

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Im4m5m7m6

3)四變量卡諾圖

我們注意到卡諾圖中最小項(xiàng)的編號(hào)不是按順序排列的，是按相鄰項(xiàng)的要求排列的。

2、用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)：步驟與規(guī)則

①將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)表達(dá)式，卡諾圖最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)的方格填1,其余填0或不填：

②將為1的相鄰項(xiàng)圈起來，每個(gè)圈內(nèi)1的個(gè)數(shù)為2的整數(shù)倍，即2k(k=l,2.3…)。圈過的I可以重復(fù)圈，但每

個(gè)圈內(nèi)至少有一個(gè)未被圈過的1。每個(gè)圈盡可能大，圈的個(gè)數(shù)盡可能少：

③對(duì)每個(gè)框合并最小項(xiàng)，取其相同變量作為結(jié)果，將每個(gè)框的合并結(jié)果相加，即為化簡結(jié)果。

Y=ACD+'ABD+ACD+ABD+ABC

例：____________________________________________________________

=~ABCD+ABCD+~ABCD+~ABCD+ABCD+~ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD

Y=A+BC

在畫卡諾圖時(shí)，也可不轉(zhuǎn)換為最小項(xiàng)，將邏輯函數(shù)中的每個(gè)乘積項(xiàng)在卡諾圖所包含的方格中均畫1即可。

Y=AB+BC

例：=AB(C+C)+BC(A+A)

=ABC+ABC+ABC+ABC

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也可對(duì)應(yīng)真值表宜接填寫卡諾圖.

3、具有無關(guān)項(xiàng)的邏輯函數(shù)化簡：任意項(xiàng)、約束項(xiàng)、無關(guān)項(xiàng)表示方法

約束項(xiàng)：在函數(shù)中，變量取值的某些組合所對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)不會(huì)出現(xiàn)或不允許出現(xiàn)。

任意項(xiàng)：在一些函數(shù)中，變量取值的某些組合既可以是1,也可以是0,不影響結(jié)果。

約束項(xiàng)和任意項(xiàng)統(tǒng)稱為無關(guān)項(xiàng)。

無關(guān)項(xiàng)在邏輯函數(shù)化簡時(shí)可以取值為1,也可以為0。在卡諾圖中用X表示。

無關(guān)項(xiàng)的表示方法

1)F(A,B,C,D)^2+014+01^+1119+11113+1014

約束項(xiàng)：m()+mi+m3+mu+mi5=0，不表示對(duì)應(yīng)每個(gè)約束最小項(xiàng)的取值該式等于0,

2)F(A,B,C,D)=L(2,4,6,9,13,14)+￡4(0,1,3,11,15)

3)約束條件：AB+CD=0.轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)表達(dá)式。

4)約束條件：ABCD不會(huì)同時(shí)為0,AB也不會(huì)同時(shí)為1,約束項(xiàng)為ABCD同時(shí)為0時(shí)等于1的最小項(xiàng)，AB同時(shí)等于1

的最小項(xiàng)，則ABCD,ABCD,ABCD,ABCD,ABCD

例：用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)

不考慮無關(guān)項(xiàng)考慮無關(guān)項(xiàng)

AB000_10A^_00

0111011110

00XXX：100：?--XX--..X.....X...4LJ

rr.?…■：??>[-4—

oi…"i'j00；I01100\\\

1101X1110：1X：：1

100i1x01001X0

Y=ABD+ACD+ACD+BCDY=^4D+7B+AD+BCD

用無關(guān)項(xiàng)化簡邏輯函數(shù)的物理意義是：若是任意項(xiàng)，其值為。或?yàn)?不影響函數(shù)值。若是約束項(xiàng)，用它進(jìn)行函數(shù)化

簡后，得到的是約束項(xiàng)可以出現(xiàn)的結(jié)果，實(shí)際應(yīng)用時(shí)約束項(xiàng)是不會(huì)出現(xiàn)的，所以化簡后得到的函數(shù)在不出現(xiàn)約束狀態(tài)時(shí)

結(jié)果是正確的。

1.6引入變量卡諾圖化簡邏輯函數(shù)

引入變量卡諾圖：引入變量、相鄰規(guī)則

從邏輯函數(shù)中取出一個(gè)(或多個(gè))輸入變量作為引入變量，函數(shù)值不再是單純的“0”、“1”，而是增加了引入變量

的原變量和反變量，將引入變量填到到卡諾圖中，就稱為引入變量卡諾圖。

例1：四變量邏輯函數(shù)丫=43。+19CO+8C+83方，將D分離出來作為引入變量，真值表和卡諾圖如下

：。+5=1

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ABCY

000

°、BC

001DX00011110

010D00DD+DD

0111

100D1D0D+DD+D

101o

110D+D

111I

例2：用VEM方法化筒邏輯函數(shù)

Y=ABCE+ABCD+ABCD+ABCD+ABCDE

分離出E作引入變僦，畫出卡諾圖如下(可轉(zhuǎn)化為最小項(xiàng)表達(dá)式，也可用所含公用項(xiàng)法畫出，不含E的乘積項(xiàng)填

E+E）：

將相鄰項(xiàng)圈住，E、E與E+E相鄰的同時(shí)，E+E又單獨(dú)相鄰。

Y^ABC+BCE+ABCE+ABCD

是因?yàn)閳D中所填的這些項(xiàng)均為A、B、C、D最小項(xiàng)取值為1的項(xiàng)，具有四變量的邏輯相鄰性，而在填E+E的最

小項(xiàng)中，函數(shù)的取值恒為1,與E無關(guān)，所以又單獨(dú)相鄰。

復(fù)習(xí)題：(27.48)()=()8J2I-BCD=()B=()H

1.2(2)(4),1.3、1.5、1.7(3)⑷、1.10(2)(3)、1.15(1)(5),1.18(1),1.19、1.21(2).

2門電路

2.1半導(dǎo)體管的開關(guān)特性

1、二極管：導(dǎo)通(電壓、特性)、截止、反向恢復(fù)時(shí)間(tre).

導(dǎo)通電壓：硅管0.6-0.7V,楮管0.2-0.3V,導(dǎo)通后保持不變.

截止電壓:硅管W0.5V,楮管W0.IV。

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反向恢復(fù)時(shí)間：tn，

二極管外加正向電壓時(shí)，需要一定時(shí)間才能導(dǎo)通，產(chǎn)生正向電流，稱為正向?qū)〞r(shí)間。當(dāng)電壓突然反向時(shí)，二極

管不會(huì)立即截止，而是產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)反向電流，經(jīng)過tr0時(shí)間后才進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。t?.稱為反向恢復(fù)時(shí)間，為納秒（ns）

數(shù)量級(jí)，越小，開關(guān)速度越快。正向?qū)ū确聪蚧謴?fù)時(shí)間小的多，故小.是反映二極管開關(guān)速度的重要參數(shù)。

2.三極管：導(dǎo)通、截止、飽和、開啟時(shí)間、關(guān)閉時(shí)間

三極管有3個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)?在數(shù)字電路中三極管一般作為開關(guān)元件使用，工作在截止區(qū)和

飽和區(qū)，兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)通過放大區(qū)。

截止電壓：VBE<0.5V

導(dǎo)通電壓：丫時(shí)%0.6-0.7%導(dǎo)通后保持不變。

飽和電壓：VCE=0.1-0.3V

開啟時(shí)間：由截止到飽和所需時(shí)間：

關(guān)閉時(shí)間：由飽和到截山所需時(shí)間：t.n。

3、MOS管開關(guān)特性

開啟電壓VT：VCS>VT導(dǎo)通，VCS<VT截止。V°s為高電平導(dǎo)通，低電平截止》

MOS管是金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，柵極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔開，厚度極薄，大約在0.1um之

內(nèi)。由于極性不同分為N溝道管和P溝道管。

DD

,」於,Jb

13

G—?亡BG—?士

SS

N溝道管P溝道管

G-柵極，D-漏極，S-源極，B-襯底。

MOS管有3個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、可變電阻區(qū)、恒流區(qū)，以N溝道管為例說明。

截止區(qū)：在漏極與源極之間加上電壓，若柵源電壓Vcs為0，ii>=0.相當(dāng)于開關(guān)斷開。

可變電阻區(qū)：當(dāng)Vcs增大到某個(gè)值時(shí)，由于柵極與襯底的電場作用，漏源之間形成導(dǎo)電溝道，有i°流通，該\公值

稱為開啟電壓VGSZM。隨著Vs增加，導(dǎo)電溝道加寬，汨隨之增加，可通過Vcs控制i”所以又叫場效應(yīng)管，類似于在電

路中控制可變電阻.

恒流區(qū)：當(dāng)VGS》Vcss）時(shí)，id只取決于VGS，受V%的影響非常小，處于恒流狀態(tài)，導(dǎo)通電阻非常小。相當(dāng)于開關(guān)

閉合。

2.2TTL集成門電路

1、熟悉TTL與非門電路結(jié)構(gòu)和工作原理。

2、了解TTL與非門的外部特性及參數(shù).（定義、作用）

1）輸入特性：輸入電壓與輸入電流之間的伏安特性。

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輸入低電平時(shí)，該級(jí)電流流向前級(jí)（灌電流），輸入高電平時(shí)，該級(jí)從前級(jí)吸收電流（拉電流）。了解它有助于弄清

后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響。

2）輸出特性：輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線。

高電平輸出特性：輸出電壓隨負(fù)載電流增加而下降，當(dāng)下降到一定值時(shí)，將破壞正常邏輯狀態(tài)。因此，限制輸出高

電平時(shí)的最大負(fù)載電流不能超過0.4mA?

3）輸入負(fù)載特性

描述輸入端外接電阻Ri與Vi之間的關(guān)系曲線，在沒有輸入信號(hào)的情況下，當(dāng)電阻增加時(shí)Vi將上升，上升到1.4V

時(shí)被鉗位。輸出邏輯狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn).因此，Ri的大小可影響邏輯狀態(tài)。

關(guān)門電阻R“r，保證TTL與非門關(guān)閉，輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平時(shí)，所允許的Ri最大值。

開門電阻保證TTL與非門導(dǎo)通，輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電平時(shí)，所允許的Ri最小值.

4）帶負(fù)載能力

TTL與非門帶負(fù)載能力表示一個(gè)與非門所能驅(qū)動(dòng)同類門的最大數(shù)目，用扇出系數(shù)No表示。

輸出高電平時(shí)為拉電流負(fù)載：NH==°'4mA~40

1mA

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一般來講，扇出系數(shù)N。取決于輸出低電平時(shí)所能驅(qū)動(dòng)的同類門的個(gè)數(shù)。

5）電壓傳輸特性：描述輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的曲線。

給出輸入電壓波形，可據(jù)此畫出輸出電壓波形。

例：電路圖（a）中非門的電壓的傳輸特性曲線如圖（b）所示，輸入點(diǎn)壓波形如圖（b）所示，畫出Vo1、V02波形

圖。

6）噪聲容限：是指保證邏輯門完成正常邏輯功能的情況下，輸入端所能承受的最大干擾電壓值。又稱抗干擾能力

關(guān)門：與非門關(guān)閉，T5截止，輸出高電平。

開門：與非門導(dǎo)通，T5包和，輸出低電平.

關(guān)門電平Voff,輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平時(shí)，所允許的最大低電平值。通常Vgr=0.8V.

開門電平Von,輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電平時(shí)，所允許的最小低電平值。通常Von=1.8V。

輸入低電平抗干擾能力：V、產(chǎn)V.rr-Vum，一—輸入低電平最大值0.3V,VM=0.8-0.3=0.5V

輸入高電平抗干擾能力：VMI=V”"i“-Vz，一般輸入高電平最小值2.4V,VMI=2.4-1.8=0.6V

實(shí)際應(yīng)用中取20%余量，可按0.4V取值。輸入輸出之間的關(guān)系見P55。

7）動(dòng)態(tài)特性

傳輸延遲時(shí)間：由于晶體管內(nèi)部的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)和元件及電路的寄生電容作用，輸出電壓V。的波形不僅前后沿變緩

,而且比輸入電壓片的波形滯后，稱為傳輸延遲時(shí)間。

平均傳輸延遲時(shí)間tpd=（tpHi/2,一般為10-20ns.

動(dòng)態(tài)尖峰電流：輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，T4、T5管會(huì)瞬間同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生尖峰電流，又稱浪涌電流?一方面會(huì)使電源

的平均電流增大，增加功耗，另一方面會(huì)在電源和地線上產(chǎn)生壓降，形成內(nèi)部干擾源。應(yīng)采取合理的接地和去偶措施.

2.3其它類型的TTL門電路

1、集電極開路門（0C門）

1）原理與結(jié)構(gòu)

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線與：將門電路的輸出端并聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)邏輯與，如圖所示。

Y=YlY2=ABCD

邏輯符號(hào)輸出并聯(lián)(線與)

oc門在使用時(shí)，必須外接上拉電阻R(_,幾個(gè)oc門輸出端并聯(lián)時(shí)共用一個(gè)上拉電阻。

2)集電極負(fù)載電阻RL的選擇

既要保證輸出高電平不低于規(guī)定的VWtajnffi,又能保證輸出低電平不高于規(guī)定的Va.m值。如圖n個(gè)0C門并聯(lián)使用

.m個(gè)與非門作為負(fù)栽，有P個(gè)輸入端.

IVccIVcc

當(dāng)所有0C門同時(shí)截止，輸出為高電平，為保證高電平不低于?規(guī)定的最小值\%仙3不能選的太大，由圖可知

-+

Vcc(nIoHpIm)R|?V0Hmin

=+

R|.n)Ax(Vcc-V()||Bin)/(nlo?plIH)

IOH：OC門截止時(shí)輸出端漏電流

當(dāng)有0C門導(dǎo)通時(shí)，輸出低電平，極端情況只有一個(gè)0C門導(dǎo)通，負(fù)載電流全部流入導(dǎo)通的0C門，%,不能選擇的太

小，應(yīng)保證灌入0C門的電流不超過最大的允許負(fù)載電流ILM，又保證低電平不高于規(guī)定的最大值VO-)。

VCL(IOLFIQRLWVOL1Mx

=

R|j?in(VcC-Voin^x)/(l0|-niI||)

R|j?in<RL<RLBBX

I1H：輸出高電平負(fù)載輸入端拉電流。

III,：輸出低電平負(fù)載門灌電流。

3)0C門應(yīng)用

線與、電平轉(zhuǎn)換(外接高電源)、用作驅(qū)動(dòng)器。

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2.三態(tài)輸出門（TSL門）

與?般的門電路相比,增加了一個(gè)控制端。三態(tài)即除了高電平和低電平兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)?高阻態(tài)。

力控制端EN有效時(shí)（EN=1）,電路處于正常邏輯功能狀態(tài)，Y=AB

EN無效時(shí)，電路輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，相當(dāng)于輸出端時(shí)外開路。

2.4MOS邏輯門

1.NMOS門電路

開啟電壓當(dāng)VGS>VT時(shí)導(dǎo)通（DS接通），否則截止（DS斷開）。

0_|—B

S

N溝道管

2.CMOS門電路

1)CMOS反相器

PMOS:當(dāng)VCS<VT時(shí)導(dǎo)通（DS接通），否則截止（DS斷開）。

輸入為低電平時(shí)，Vn.<VTI>「截止，T?由于柵源電壓（反向）大于Vw絕對(duì)值，T?導(dǎo)通，輸出高電平。輸入為高電平

時(shí)，「導(dǎo)通，T?截止，輸出低電平.

利用NMOS、PMOS的互補(bǔ)特性，解決MOS電路的速度和功耗問題，工作時(shí)必有一個(gè)截止另一個(gè)導(dǎo)通，電源提供的僅

為納安級(jí)的漏電流，靜態(tài)功耗非常小。

要求電源電壓大于兩個(gè)管子開啟電壓的絕對(duì)值之和VORIVTJ+IVBI.

2）CMOS與非門

A、B有一個(gè)為低電平時(shí)，「或”截止，T3或T,導(dǎo)通，輸出高電平.A、B均為高電平時(shí)，T?Tz導(dǎo)通，T3、北截止

，輸出低電平.

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Y=AB

2.5數(shù)字集成電路接口

1.TTL與CMOS接口

2.TTL與三極管、LED接口

例：寫出下列電路邏輯表達(dá)式。

F=4十B

習(xí)題：2.10,2.11、2.13、2.15、2.14a)b)

3組合邏輯電路

3.1特點(diǎn)

1、任意時(shí)刻的輸出狀態(tài)只取決于該時(shí)刻的輸入狀態(tài)，而與該時(shí)刻前的電路狀態(tài)無關(guān)。

2、不同的邏輯函數(shù)具有相同的邏輯變量（不同輸出具有相同的輸入）。

3.2分析與設(shè)計(jì)

1.分析：步驟、方法

根據(jù)給定的電路找出其邏輯功能。

1）由輸出到輸入逐級(jí)寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式。

2）利用公式或卡諾圖進(jìn)行化簡。

3）列出真值表。

2.設(shè)計(jì)：步驟、方法

按照給定的邏輯命題，設(shè)計(jì)邏輯電路。是分析的逆過程。

1）定義邏輯變量，列出真值表。

2）寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并進(jìn)行化簡和變換。

3）畫出邏輯圖。

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3.3編碼器和譯碼器

1.編碼器

1）二進(jìn)制編碼器原理、真值表、表達(dá)式

二進(jìn)制編碼器：用n位二進(jìn)制代碼對(duì)2n個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編碼的電路稱為二進(jìn)制編碼器。

2）優(yōu)先編碼器：功能、74LS148真值表、邏輯符號(hào)、擴(kuò)展方法

功能：在輸入端同時(shí)加入多個(gè)信號(hào)時(shí)，只對(duì)優(yōu)先級(jí)別最高的信號(hào)編碼。

優(yōu)先編碼器擴(kuò)展；芯片的級(jí)聯(lián)一般應(yīng)考慮一下幾個(gè)問題。

①輸入端接法：一是輸入端與輸入信號(hào)個(gè)數(shù)相等，直接相連；二是輸入端多于輸入信號(hào)個(gè)數(shù)，對(duì)多余端接地或接1

處理：三是輸入信號(hào)多于輸入端，盡量利用控制端（按真值表），實(shí)在不行時(shí)再加芯片.本例16個(gè)輸入端，兩片74148

正好夠用，按優(yōu)先權(quán)順序I。?L接第一片，心?必接笫：片：

②輸出端接法：輸出端一般不夠用，需利用真值表對(duì)控制端或其他信號(hào)進(jìn)行組合后作為輸出高位。本例由于兩片不

可能同時(shí)編碼，被禁止時(shí)輸出又全為1,所以低三位應(yīng)為兩片輸出的與（如需原碼可用與非）。第四位利用控制端，當(dāng)?shù)?/p>

二片正常編碼時(shí)電=0,不正常編碼時(shí)電=1,由真值表可知對(duì)I。?I：編碼時(shí)，高四位輸出應(yīng)為1,對(duì)18?115編碼時(shí)

,高四位輸出應(yīng)為0,與心對(duì)應(yīng)，因此可用心作為第四位。

③允許端的連接：采用第二片的允許端直接對(duì)外，由于第二片不工作且在允許編碼的情況下才允許第一片工作，由

真值表可知，匕正好符合要求，因此，第二片的口■接第一片的片選。

④對(duì)外控制端：與真值表對(duì)應(yīng)，第一片的可符合要求，直接對(duì)外。口要求有效輸出時(shí)為0,無效輸出時(shí)為1,因

此，需用兩片的區(qū);相與完成。

2、譯碼器：功能、邏輯符號(hào)

編碼器的反過程，輸入一組二進(jìn)制代碼，輸出一組高低電平信號(hào)。

1）74LS138真值表、表達(dá)式、擴(kuò)展方法

2）用74138實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)：原理、方法

每項(xiàng)表達(dá)式是一個(gè)邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)，將邏輯函數(shù)化為最小項(xiàng)之和的形式，用74138加或門實(shí)現(xiàn)?利用反演律將

邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)轉(zhuǎn)換為74138輸出端與非的形式，用74138加與非門實(shí)現(xiàn)。

3.4數(shù)據(jù)選擇器和分配器

1、選擇器（八選一、四選一）：真值表、表達(dá)式、擴(kuò)展方法、邏輯符號(hào)

數(shù)據(jù)選擇器也稱多路開關(guān)，是通過控制端從多路輸入中選擇一路送到輸出端。

八選一數(shù)據(jù)選擇器

F=JzAiAoDo+42AIAQDI+/GA：AoD[+^：A|A0D3+AiAoD4+AIA0D5+^2A（AoD6+^2A）AOD7

四選一數(shù)據(jù)選擇器

F=A?A°D0+AiA0D1+A[AoD2+A〔A°D3

2.用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)：步驟、方法

由于數(shù)據(jù)選擇器的邏輯函數(shù)是最小項(xiàng)之和的形式，可以用來實(shí)現(xiàn)任?邏輯函數(shù)。

1）四選一實(shí)現(xiàn)兩變量、八選一實(shí)現(xiàn)三變量邏輯函數(shù)：按照邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式，將數(shù)據(jù)選擇器每個(gè)與之時(shí)應(yīng)

的項(xiàng)以置“1”，其余置“0”即可。

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2）四選一實(shí)現(xiàn)三變量、八選一實(shí)現(xiàn)四變量邏輯函數(shù)：將數(shù)據(jù)位Dj作為最后一個(gè)變量，與邏輯函數(shù)對(duì)比，得出對(duì)應(yīng)

變量的原變量或反變量，原變量直接連接，反變量非門接入。

3.6奇偶檢驗(yàn)：原理、規(guī)則、真值表

原理：奇偶校驗(yàn)是發(fā)送端在有效數(shù)據(jù)位之外再增加一位校驗(yàn)位，形成發(fā)送代碼。接收端按形成規(guī)則檢查校驗(yàn)位,

即可發(fā)現(xiàn)是否有傳輸錯(cuò)誤。

規(guī)則：判斷有效數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)，決定校驗(yàn)位置I或0。奇校驗(yàn)1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，偶校驗(yàn)1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

3.6算術(shù)運(yùn)算電路

1、半加器和全加器：真值表、表達(dá)式、邏輯符號(hào)

半加器：只考慮兩個(gè)?位二進(jìn)制數(shù)相加，不考慮低位進(jìn)位。

按一進(jìn)制加法規(guī)則，列出真值表、表達(dá)式，畫出邏輯圖及邏輯符號(hào)如卜"

AiBiSiCkl

0000

0110

1010

1101

Si=AiBi+AiBi=Ai十Bi

Ci+l=AiBi

全加器：考慮低位進(jìn)位的一位二進(jìn)制加法器。

000，°Si-AiBiCHAiBiCi-AiBiCi+AiBiCi

001=(AieBi)Ci^AieBi)Ci.

010

]=Ai?Bi?Ci.

0110

10010Ci+l=AiBiCi*AiBiCi4-AiBiCi+AiBiCi

10101=(Ai?Bi)Ci+AiBi.

1100I

11111

2、多位加法器

1）串行進(jìn)位并行加法器：原理、特點(diǎn)

每一位帶進(jìn)位相加，必須使用全加器，全加器個(gè)數(shù)等于相加位的位數(shù)。四位串行進(jìn)位加法器如圖。

2CiSiCiSiC:iSi

Bsi22Z

ci-AiBiCi-1AiBiCi-1/UBiCi-1

--L

--UI—

A3B3

A2B2AlB1AOB00

特點(diǎn)：電路簡單，連接方便。

缺點(diǎn)：高位運(yùn)算必須等到低位運(yùn)算完成后才能得到正確結(jié)果，運(yùn)算速度較慢。

2）超前進(jìn)位并行加法器：原理、特點(diǎn)

當(dāng)前位的進(jìn)位與加數(shù)被加數(shù)及卜.級(jí)進(jìn)位有關(guān)，卜.級(jí)的進(jìn)位又與下下級(jí)的AB有關(guān)，最卜.級(jí)的進(jìn)位為0,只與AB有關(guān)

..所以每級(jí)進(jìn)位可以用Ai、B1通過運(yùn)算得到，得到進(jìn)位的電路稱為超前進(jìn)位電路。

提高運(yùn)算速度。

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電氣類專業(yè)知識(shí)：數(shù)字電路知識(shí)點(diǎn)整理總結(jié)

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3.7數(shù)值比較器比較原理、74LS85真值表、

3.8組合邏輯電路中的競爭冒險(xiǎn)：產(chǎn)生、判斷、消除方法

1.競爭-冒險(xiǎn)的產(chǎn)生

1）競爭

圖示與非門電路中，穩(wěn)態(tài)時(shí)無論A=l,B=0還是A=0,B=l,輸出皆為Y=0。但在A、B向相反變化的瞬間，著信

號(hào)邊沿不好，如A從。變到1,B從I變到0,若B的延遲時(shí)間大于A,當(dāng)B上升到高電平范圍時(shí)，B尚未降到低電平

，轉(zhuǎn)換瞬間出現(xiàn)同時(shí)為高的情況，Y會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬間的低電平脈沖，脈沖的寬度視延遲時(shí)間而定，向相反方向同時(shí)轉(zhuǎn)化

的過程叫競爭。

2）冒險(xiǎn)

在上述競爭過程中，若B的延遲時(shí)間小于A,即A在未升到高電平范圍時(shí)，B已降至低電平范圍，則不會(huì)出現(xiàn)輸出

低電平脈沖，反之則會(huì)出現(xiàn)。在這種轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖的情況稱為冒險(xiǎn)?？梢?，有轉(zhuǎn)換就有競爭，但有競爭不一

定出現(xiàn)冒險(xiǎn)。

在如下電路中，從原理上講，不論A怎么變化，Y都應(yīng)當(dāng)?shù)扔?。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于門電路的延遲，都會(huì)出現(xiàn)

冒險(xiǎn)。

「

A

B1

J

Y=AB=AA=OY

2、競爭-冒險(xiǎn)的判斷

1）代數(shù)法

由競爭-冒險(xiǎn)的分析可知，兩只要輸出邏輯在一定條件下能變換成Y=AA,丫=4+力就可能存在競爭-冒險(xiǎn)c

2）卡諾圖法

只要卡諾圖中存在兩個(gè)相切但不相交的圈，就會(huì)產(chǎn)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

3）計(jì)兌機(jī)輔助分析：輸入原理圖，檢查發(fā)雜電路的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象。