数字电路重点与难点电子教案.docx

数字电路重点与难点电子教案.docx

《数字电路重点与难点电子教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路重点与难点电子教案.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字电路重点与难点电子教案

数字电路重点与难点

第一章逻辑代数基础

一、重点

1、逻辑代数的基本公式、常用公式和定理。

2、逻辑函数的表示方法及相互转换的方法。

3、最小项的定义及其性质，逻辑函数的最小项之和表示法。

4、逻辑函数的化简

5、无关项在化简逻辑函数中的应用

二、难点

1、约束项、任意项和无关项。

约束项和任意项是两个不同的概念。

在分析一个逻辑函数时经常会遇到这样一类情况，就是输入逻辑变量的某些取值始终不会出现，在这些取值下等于1的那些最小项将始终为0。

这些取值始终为0的最小项，就叫做该函数的约束项。

有时还可能遇到另外一种情况，就是在输入变量的某些取值下，逻辑函数值等于1还是等于0都可以，对电路的逻辑功能没有影响，在某些变量取值下等于1的那些最小项，就叫做这个逻辑函数的任意项。

约束项和任意项统称为逻辑函数式中的无关项，这些最小项是否写入逻辑函数式无关紧要，可以写入也可以删除。

三、主要题型及解题方法

1、不同进制数之间的转换

2、逻辑函数不同表示方法之间的转换

从真值表写出逻辑函数式的一般方法：

将真值表中使函数值为1的那些输入变量取值组合对应的最小项相加。

从逻辑式列出真值表：

将输入变量的所有组合状态逐一代入逻辑式求出函数值,列成表。

从逻辑式画出逻辑图：

用图形符号代替逻辑式中的运算符号，就可以画出逻辑图。

从逻辑图写出逻辑式：

从输入端到输出端逐级写出每个图形符号对应的逻辑式。

从逻辑式画出卡诺图：

将逻辑函数化成最小项和的标准形式，在对应的位置上添1,其余为0。

3、逻辑等式的证明

1）分别列出等式两边逻辑式的真值表，若真值表完全相同，则等式成立。

2）若能利用逻辑代数的公式和定理将等式两边化为完全相同的形式，则等式成立。

3）分别画出等式两边逻辑式的卡诺图，若卡诺图相同，则等式成立。

4、逻辑函数的化简

1）公式化简法

利用逻辑代数的公式和定理进行逻辑运算，以消去逻辑函数式中多余的乘积项和每项中多余的因子。

如果有无关项，则可以将无关项写入逻辑式，也可以从逻辑式中删除，以使化简结果更加简单。

2）卡诺图化简法

1画出表示逻辑函数的卡诺图

2合并最小项（画圈）

每个圈内为1的相邻最小项的个数必须是2i（i=0,1,2…）。

一个最小项可被多个圈圈，但每个圈至少有一个独有的最小项。

圈的个数尽可能少（乘积项越少），圈尽量大（圈的最小项越多，乘积项因子越少）。

必须把所有的最小项圈完。

3将合并后的最简乘积项相加，写出最简与或式

5、逻辑函数式的变换

利用公式进行变换。

第二章门电路

一、重点

1、半导体二极管和三极管的开关特性

2、TTL门电路

3、CMOS门电路

二、难点

1、判断双极型三极管的工作状态

可近似地认为VI≤VON时三极管截止。

iB=0、ic=0。

这时三极管的c-e之间就相当于一个断开的开关。

VBE>0.7V（硅三极管的VON）,而且VCE<0.7V时，三极管工作在饱和区。

当Ib≥IBS=（VCC-VCE（sat））/RCβ时，三极管深度饱和导通，VCE≈0、三极管的c-e之间就相当于一个闭合的开关。

2、计算TTL门电路输入端并联的总输入电流时，为什么有时按输入端的数目加倍，有时按门的数目加倍。

与逻辑关系是通过T1的多发射极结构实现的，当n个输入端并联时，若输入为低电平，输入电流为流过T1基极的电阻R1的电流（Vcc-VB1）/R1；而输入为高电平时，T1工作在倒置放大状态，相当于n个倒置放大的三极管并联，所以输入电流为单个输入端高电平输入电流的n倍。

3、为什么TTL电路的推拉式输出结构的输出电阻都很小。

当输出为低电平时，输出端的晶体三极管T4截止，T5饱和导通，其输出电阻很小。

当输出为高电平时，T5截止，T4工作在射极输出状态，输出电阻也很小。

三、主要题型及解题方法

1、双极型三极管工作状态的计算

在三极管开关电路中，为了使三极管工作在开关状态，必须保证输入为低电平时三极管工作在截止状态，而输入为高电平时三极管工作在饱和导通状态。

因此可以利用戴维南定理将三极管的基极和发射极之间的输入电路简化为等效的VE与RE的串联电路。

计算输入vi为低电平时的VE值，应该小于VON，三极管截止；计算输入vi为高电平时的VE和iB，VE应该大于VON，iB应大于临界饱和基极电流IBS，则三极管饱和导通。

2、集成门电路逻辑功能的分析

首先将电路划分为若干个基本功能结构模块：

TTL电路划分为与、或、倒相、非几个模块，CMOS电路划分为反相器、与、或、传输门等模块。

然后从输入到输出依次写出每个电路模块输出与输入的逻辑关系式，最后就得到了整个电路逻辑功能的表达式。

3、输入特性和输出特性的应用：

包括TTL电路扇出系数的计算、TTL电路输入端串联电阻允许值的计算、三极管接口电路的电路参数计算、OC门和OD门外接上拉电阻阻值的计算。

驱动门都必须能为负载门提供合乎标准的高、低电平和足够的驱动电流，驱动门负载电流必在允许范围，即要满足下列条件：

第三章组合逻辑电路

一、重点

1、组合逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点

2、组合逻辑电路的分析方法和步骤

3、组合逻辑电路的设计方法和步骤

4、几种常用中规模集成组合逻辑电路的逻辑功能和使用方法

5、定性了解组合逻辑电路中的竞争--冒险现象及常用的消除方法。

二、难点

1、使用中规模集成器件设计组合逻辑电路时，如何选择器件的类型。

用n位地址输入的数据选择器，可以产生任何形式的输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。

可以把数据选择器看作通用组合逻辑函数发生器，但它只有一个输出端，只能用于产生单输出逻辑函数。

二进制译码器是通用的最小项发生器，要用附加的或门（或与非门）将所需的那些最小项相加，就可以得到所需要的逻辑电路了。

n位二进制译码器可以产生输入变量数不大于n的组合逻辑函数。

加法器的逻辑功能是将两个（或两组）输入按二进制数的数值相加。

若要产生的函数能化成输入变量与输入变量或输入变量与常量在数值上相加的形式，可用加法器实现。

数值比较器的逻辑功能是比较两个输入二进制代码的数值，给出大于、小于和相等的输出信号。

只能用来判断两个代码是否相同或者数值的大小关系。

编码器是把每个输入端的高、低电平信号转换为一个对应的输出代码，因此只能用在需要把一组开关信号转换为一组二进制代码的地方。

2、逻辑图形符号输入端的小圆圈的含义，怎样分析这种图形符号的逻辑功能。

在某些具体的逻辑电路中，有的输入逻辑变量是以低电平作为有效信号的。

这时为了强调“低电平有效”，便在信号输入端画上小圆圈，并在信号名称上加“非”号。

从逻辑功能上讲，这个小圆圈所代表的含义是输入信号经过反向后才加到后边的逻辑符号上的，所以它代替了输入端的一个反相器。

在分析这类逻辑图形符号的功能时，只要用反相器代替输入端的小圆圈就可以了。

三、主要题型及解题方法

1、分析用小规模集成门电路组成的组合逻辑电路

从输入端到输出端依次写出每一级门电路输出的逻辑式，最后在输出端得到表示整个电路输出与输入之间关系的逻辑函数式。

2、分析用常用中规模集成电路组成的组合逻辑电路

根据所用器件本身固有的逻辑功能，写出表示输入与输出之间关系的逻辑函数式。

用加到输入端的变量名称和输出端的变量名称代替上述逻辑函数式中对应端的名称，就得到了所分析电路的逻辑函数式。

为了更直观地显示电路的逻辑功能，有时还需要列出逻辑真值表。

3、设计组合逻辑电路

组合逻辑电路设计步骤：

（1）、进行逻辑抽象：

分析因果关系，确定输入（原因）、输出（结果）变量；逻辑状态赋值，定义0、1逻辑状态的含义；列出真值表。

（2）、写出逻辑表达式

（3）、选定器件类型，化简或变换逻辑函数式

（4）、画出逻辑电路图。

用小规模集成门电路设计组合逻辑电路时，要将逻辑函数式化为最简形式。

用中规模集成电路设计组合逻辑电路时，须把要产生的逻辑函数变换成与所用器件的逻辑函数式类似的形式，将变换后的逻辑函数式与选用器件的函数式对照比较，确定所用器件各输入端应当接入的变量或常量（1或0）以及各片间的连接方式。

第四章触发器

一、重点

1、触发器逻辑功能的分类和逻辑功能的描述方法（特性表、特性方程和图形符号）。

2、触发器的不同电路结构及各自的动作特点。

3、触发器的电路结构类型和逻辑功能类型之间的关系。

二、难点

1、触发器的分类方法和各自的特点。

按电路结构形式分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、维持阻塞触发器和CMOS边沿触发器。

电路结构不同，它们的动作特点不同。

按逻辑功能分为RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。

逻辑功能不同，信号的输入方式以及触发器状态随输入信号变化的规律不同。

根据存储原理分为静态和动态触发器。

静态触发器靠电路的自锁存储数据，动态触发器是通过MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据的。

2、触发器的电路结构和逻辑功能之间的关系。

触发器的电路结构和逻辑功能是两个不同的概念，两者没有固定的对应关系。

同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现，电路结构不同，动作特点不同；用同一种电路结构形式可以实现不同的逻辑功能的触发器。

例如：

有同步RS触发器、主从RS触发器、维持阻塞结构RS触发器，它们在稳态下的逻辑功能相同，但电路结构不同，动作特点不同。

又如维持阻塞结构可以做成D触发器,也可做成JK触发器。

3、主从结构触发器的动作特点

主从触发器翻转分两步完成：

CP=1时，主触发器接收输入信号，置成相应状态；CP下降沿从触发器翻转。

主触发器是一个同步触发器，在CP=1的全部时间里输入信号都对主触发器起控制作用。

主从RS触发器，CP=1期间主触发器可以变化多次。

主从JK触发器，由于Q和/Q接回到了输入门，在Q=0时主触发器只接受置1输入信号，Q=1时主触发器只接受置0信号，使得CP=1期间主触发器只能变化一次。

因此在CP=1期间输入信号发生过变化后，从触发器的状态不一定决定于CP下降沿时的输入状态值，必须考虑CP=1整个期间的输入信号的变化过程。

第五章时序逻辑电路

一、重点

1、时序逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点，以及时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。

2、同步时序逻辑电路的分析方法和设计方法。

3、几种常见中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能和使用方法

二、难点

1、时序逻辑电路的结构中为什么必须含有一个存储电路，而且存储电路的输出还必须与输入变量一起决定电路的输出。

时序逻辑电路区别于组合逻辑电路的根本特征在于它任意时刻的输出不仅取决于当时的输入，而且还取决于电路原来的状态。

为了实现上述逻辑功能，时序电路就必须有记忆能力，把电路原来的状态保存下来，这就需要用存储电路。

同时，为了使输出“不仅取决于当时的输入，而且取决于电路原来的状态”，那么就必须将存储器的输出加到输出电路上，与输入的逻辑信号共同决定输出的逻辑状态。

2、可以说CP信号是计数器的输入逻辑变量吗？

计数器的工作过程是每次时钟脉冲到来后便按照状态转换图一次从一个状态转换为下一个状态。

时钟脉冲只是让计数器从一个状态转到下一个状态的操作信号，而计数器的具体状态与时钟信号没有任何逻辑关系。

因此，时钟信号不是输入逻辑变量。

3、设计实际时序电路时的逻辑抽象。

时序电路的逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入，同时还取决于电路所处的状态，这就要求逻辑函数能描述逻辑事件的全部过程。

为此，逻辑抽象工作必须包括以下内容：

1）确定所设计电路的输入变量和输出变量。

2）通过对逻辑要求的分析，找出在事件发生过程中所可能出现的逻辑状态。

这些状态需要分别用电路的状态表示，即逻辑状态的数目就是电路必须具备的状态数。

3）定义输入、输出逻辑状态的含义，并将逻辑状态编码。

4）分析设计要求，找出每个逻辑状态在各种可能的输入信号下的输出状态和应当转到的次态。

第六章脉冲波形的产生和整形

一、重点

1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路的工作原理，电路中各元器件的作用以及电路元件参数与电路性能之间的定性关系。

2、脉冲电路的分析计算方法。

3、555定时器的应用

二、难点

1、这一章的施密特触发器和第四章的各种触发器的区别。

“施密特触发器”是“SchmittTrigger”，而第四章中的各种“触发器”是“Flip-Flop”,所指的是两种根本不同性质的电路。

只是在翻译成中文时没有加以区分，所以容易混淆。

第四章讲的各种触发器都具有两个可以自行保持的稳定状态，并且可以根据需要置成0或1状态。

而施密特触发器的输出状态始终都是由当时的输入状态决定的，没有记忆状态。

它的性能特点仅在于输入电压在上升过程中引起输出状态改变时的阈值电压VT+和下降过程中引起输出状态改变时的阈值电压VT--不相同，而且由于输出状态改变过程中有正反馈作用，所以输出电压变化的边沿很陡。

2、分析计算脉冲电路的方法

分析计算脉冲电路常采用波形分析法，其步骤为：

1）分析电路的工作过程，定性地画出电路中各点电压的波形，找出决定电路状态发生转换的控制电压。

2）画出电容充、放电的等效电路。

3）确定控制电压充放电的初值、终值和转换值。

4）代入公式：

计算充、放电时间，求出结果。

这种波形分析法的关键是能否正确地画出电路各点的电压波形，能否正确地画出电容充、放电的等效电路。

第七章半导体存储器

一、重点

1、存储的分类，每一类存储器的主要特点及工作原理

2、存储器的扩展接法。

3、用存储器设计组合逻辑电路的方法。

二、难点

1、这一章讲的存储器和第五章讲的寄存器的区别

存储器和寄存器都是用来存储信息的，但它们的结构和工作是不同的。

寄存器电路结构的特点是每个存储单元的输入和输出都接到一个引脚上，可以直接与外界连接，它可以最方便、快捷地与外电路交换数据。

由于制作工艺的限制，集成电路的引脚数目不可能太多，所以每个寄存器的集成电路里包含的存储单元数目不会太大，无法实现大量数据的存储。

存储器电路的结构特点是采用了公用的输入与输出电路，只有被输入地址代码指定的存储单元才能通过输入与输出电路的外电路数据交换。

因此，就可以在不增加输入与输出引脚的条件下大量的增加集成电路内部的存储单元，制成大存储容量的存储器芯片。

存储器的写入和读出操作就不像寄存器那样简单而直接。

首先要输入指定地址的代码，经过地址译码器译码后找到对应的存储单元，然后才能对指定的存储单元进行写入或读出操作。

2、用存储器来设计组合逻辑电路时，应当如何选取变量输入端和函数输出端？

用存储器设计组合逻辑电路时，在知道了组合逻辑函数的真值表以后，如果把输入变量看作存储器的地址输入信号，把存储器的数据输出端看作是函数输出端，那么函数的真值表也就是存储器的数据表。

因此选地址输入端作为变量输入端，选数据输出端作为函数输出端。

第八章可编程逻辑器件（PLD）

重点

1、各种PLD在逻辑功能上的共同特点。

2、PLD的分类及各自的特点。

3、采用PLD设计逻辑电路时需要使用哪些工具。

第九章数—模和模—数转换

一、重点

1、权电路和到T型D/A转换器的工作原理，输出电压的定量计算。

2、双极性输出D/A转换器的工作原理，电路接法，输出电压的定量计算。

3、A/D转换器的主要类型，基本工作原理，性能和比较

4、D/A和A/D转换器转换精度和转换速度的表示方法和主要影响因素。

二、难点

D/A转换器的应用

1．用于组成波形发生器

1）分析给定的波形发生器电路：

首先找出D/A转换器输入的数字序列数值，然后算出与这些数字量对应的输出模拟电压数值，再将这些模拟电压作为输出波形的幅值，按时间顺序画出波形，就得到了输出电压波形。

2）设计产生指定波形的波形发生器电路：

在一个完整的波形周期内按一定的时间间隔取一系列的采样点；选定一个最小量化单位，将每个采样点上波形的幅值量化，算出对应的数字量；将这些数字量顺序地存入存储器的地址中，并将存储器的数据输出作为D/A转换器的数字量输入；顺序地读出存储器的数据并不断的循环，在D/A转换器的输出端就得到了所要求的电压波形。

2．用于组成增益可编程放大器

负反馈电压放大器中，电压放大倍数（增益）为AV=-RF/R1。

只要以D/A转换器作为可编程电阻取代R1或RF，就能构成增益可编程放大器。

这里所说的“编程”就是为D/A转换器设定输入数字量D，通常是将数字量D存入一个寄存器中，然后将寄存器的输出加到D/A转换器上。