数字电子技术(注册电气工程师考试培训资料).ppt

1、1.数字电路基础知识1.1掌握数字电路的基本概念1.2掌握数制和码制1.3掌握半导体器件的开关特性1.4掌握三种基本逻辑关系及其表达方式2集成逻辑门电路2.1掌握TTL集成逻辑门电路的组成和特性2.2掌握MOS集成逻辑门电路的组成和特性3数字基础及逻辑函数化简3.1掌握逻辑代数基本运算关系3.2了解逻辑代数的基本公式和定理3.3了解逻辑函数的建立和四种表达方法及其相互转换3.4了解逻辑函数的最小项和最大项及标准与或式3.5了解逻辑函数的代数化简方法3.6了解逻辑函数的卡诺图画法、填写及化简方法4集成组合逻辑函数电路4.1掌握组合逻辑电路输入输出的特点4.2了解组合逻辑电路的分析、设计方法及步骤

2、4.3掌握编码器、译码器、数选器、显示器、存储器、可编程逻辑阵列的原理和应用5触发器5.1了解RS、JK、D、T触发器的逻辑功能、电路结构及工作原理5.2了解RS、D、JK、T触发器的触发方式、状态转换图（时序图）5.3了解各种触发器逻辑功能的转换5.4了解CMOS触发器结构和工作原理6时序逻辑电路6.1掌握时序逻辑电路的特点及组成6.2了解时序逻辑电路的分析步骤和方法，计数器的状态转换表、状态转换图和时序图的画法；触发器方式不同时对不同功能计数器的应用连接6.3掌握计数器的基本概念、功能及分类6时序逻辑电路6.4了解二进制计数器（同步和异步）逻辑电路的分析6.5了解寄存器和移位寄存器的结构、

3、功能和简单应用6.6了解计数型和移位寄存器型顺序脉冲发生器的结构、功能和分析应用7脉冲波形的产生7.1了解TTL与非门多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的结构、工作原理、参数计算和应用7.2555定时器结构、原理和应用8数模和模数转换8.1了解逐次逼近和双积分模数转换工作原理；R-2R网络数模转换工作原理；模数和数模转换器的应用场合8.2掌握典型集成数模和模数转换器的结构8.3了解采样工作原理 数制与编码数制与编码数制数制:二进制数B,八进制数O和十六进制数H一位八进制数与三位二进制数,一位十六进制数与四位二进制数一一对应数制间转换编码编码:BCD码有8421BCD码,2421BCD码和余

4、3码等不同BCD码与十进制数关系非BCD码有格雷码等返回不同BCD码与十进制数对应关系几种常用几种常用BCD码码 表表1-2 几种常用几种常用BCD码码十进制数8421码2421码余3码余3循环码5211码00000000000110010000010001000101000110000120010001001010111010030011001101100101010140100010001110100011150101101110001100100060110110010011101100170111110110101111110081000111010111110110191001111

5、1110010101111返回编码返回数字基础半导体开关特性数字电路中半导体器件都作为开关应用,分析电路时用开关状态替代有二极管、三极管和MOS管开关从关断到导通所需时间称为导通时间ton从导通到关断所需时间称为关断时间toffvItOOtiDVF-VRIF-IRtontoffVCCRCRBiBiCvI+-vOTiCICSvIOOVIHVILtttontoffiD+-vIRD返回二极管开关特性ton加正向电压到电流上升到0.9IFtoff加反向电压到电流回到反向饱和电流开关时间=ton+toff主要是toff(ns)vItOOtiDVF-VRIF-IRtontoff+-vIRD返回三极管开关特

6、性Vbe小于等于零时ToffIb大于等于IbS时TonTon:VI由VIL变为VIH,IC上升到0.9ICSToff:VI由VIH变为VIL,IC下降到0.1ICSVCCRCRBiBiCvI+-vOTiCICSvIOOVIHVILtttontoff返回开关特性三种基本逻辑关系(与、或、非)“与”逻辑L=ABC=ABC见0为0,全1为1ABCL00000010010001101000101011001111&ABCLABCL返回或逻辑关系“或”逻辑L=A+B+C见1为1,全0为0ABCL00000011010101111001101111011111返回基本逻辑关系ABCL1ABCL非逻辑关系“

7、非”逻辑输入输出互补返回基本逻辑关系AL01101ALA“0”L“1”TTL集成逻辑门电路的组成和特性T1多发射极输入级输出级不同形式(OC,TS)特性参数各种逻辑功能门ABCT1T2T3T4R1R2R3R4DVCC（+5V）L输入级中间级输出级返回&ABCL与非门功能及表达式与非门功能及表达式见0为1,全1为0&ABCL=ABCABCL00010011010101111001101111011110返回TTL集成门集电极开路(OC)门OC门输出通过上拉电阻RL接电源以实现逻辑电平的转换线与功能返回TTL集成门ABCT1T2T3R1R2R3VCC（+5V）L输入级中间级输出级&ABCL三态(T

8、S)门多个门共享输出数据总线使能端EN(enable)有效时实现规定功能,无效时输出高阻抗(Z)ABENLVCCT1T2T3T4T5D&ENABENLENABL00010011010101101z返回&ENABENLTTL集成门电路参数电压传输特性（高、低电平等）输入特性负载特性动态特性&vIvO悬空或接VCCvI/VvO/VOVOHVSHVSLVOFFVONVOLVSHVSLVNHVNL逻辑“1”逻辑“0”返回TTL集成门电路传输特性电压传输特性：输出高电平VOH输出低电平VOL标准高电平VSH标准低电平VSL开门电平VON关门电平VOFF抗干扰能力（VNL和VNH）&vIvO悬空或接VCC

9、vI/VvO/VOVOHVSHVSLVOFFVONVOLVSHVSLVNHVNL逻辑“1”逻辑“0”返回TTL集成门电路输入特性电压传输特性：高电平输入电流IIH低电平输入电流VIL短路输入电流VIS注意：正方向&vIvO悬空或接VCC返回iI/mAvI/VIIH-IISO1.4TTL集成门电路负载特性负载特性：高电平负载特性低电平负载特性&vIvO悬空或接VCC返回VSHvO/VIOHmaxO-iO/mAVOHiO/mAvO/VIOLmaxVSLOTTL集成门电路动态特性tPHL表示输出电压由高变低，输出脉冲的延迟时间；tPLH表示输出电压由低变高，输出脉冲的延迟时间。这两个延迟时间的平均值

10、称为平均传输延迟时间tpd（=（tPHL+tPHL）/2），TTL门电路的平均传输延迟时间tpd一般在20nS左右，即门电路的最高工作频率fmax在2030MHz。&vIvO悬空或接VCC返回VIHVILVOLVOHtPHLtPLH50%50%50%50%各种逻辑功能门与、或、非与非、或非与或非异或1ABL=A+BABL001010100110或非逻辑见1为0，全0为1返回与或非门与或非逻辑AB或CD中至少有一组全为1输出为0ABCDL11XX0XX1100X0X1X00X1返回ABCDL=AB+CD1&异或门异或逻辑相同为0相异为1ABL000011101110返回=1ABL=ABCMOS集

11、成门电路的组成和特性工作管为NMOS管,负载管为PMOS管NMOS和PMOS管工作状态互补传输特性各种逻辑功能门返回TPsdTNgsA（vI）L（vO）VDDCMOS集成门电路传输特性vO/VvI/VVOL0VVOHVDDVTNVDD-VTPVthOABCDEF返回CMOS传输门除前述外CMOS特有门可传送模拟信号可双向传输信号TPTNVI/VOVDDCVEECVO/VITGVO/VIVI/VOCCSWVI/VOVO/VITGVO/VIVI/VOC1返回逻辑代数基本运算关系三种逻辑代数基本运算：与运算、或运算、非运算（和门电路对应）逻辑函数是由基本逻辑运算构成的逻辑（代数）关系，与逻辑变量一样

12、只有和二值返回基本公式和定理0-1律：A+0=A,A0=0,A+1=1,A1=A同一律：AA=A，AA=A互补律：非非律：反演律（摩根定律）交换律、结合律、分配律返回逻辑函数的四种表达方法真值表真值表：是将一个逻辑电路输入变量的所有各种取值和其对是将一个逻辑电路输入变量的所有各种取值和其对应的输出值用列表的方式来表示，是直观地描述逻辑变量之间的应的输出值用列表的方式来表示，是直观地描述逻辑变量之间的逻辑关系的有效方法逻辑关系的有效方法 逻辑表达式：逻辑表达式：由逻辑变量和基本逻辑运算符所组成的表达式。由逻辑变量和基本逻辑运算符所组成的表达式。逻辑式有多种表示形式：与逻辑式有多种表示形式：与-或

13、式、或或式、或-与式、与非与式、与非-与非式、或非与非式、或非-或非式和与或非式或非式和与或非式 逻辑图：逻辑图：用逻辑符号及其相互连线来表示一定逻辑关系的电用逻辑符号及其相互连线来表示一定逻辑关系的电路图路图 卡诺图：卡诺图：卡诺图是真值表的图形化表示方式。它是将输入变卡诺图是真值表的图形化表示方式。它是将输入变量分成两组而构成的平面图表，共有量分成两组而构成的平面图表，共有2 2n n个小方格，每一个小方格个小方格，每一个小方格都与一个最小项相对应，各小方格之间按邻接原则布列都与一个最小项相对应，各小方格之间按邻接原则布列四种表达方法之间可以之间可以互相转换互相转换，知道其中的一个就可以推

14、出，知道其中的一个就可以推出另外三个另外三个 返回最小项和最大项及标准与或式最小项：每个变量或以原变量或以反变量的形式出现，且仅每个变量或以原变量或以反变量的形式出现，且仅出现一次的乘积项，记为出现一次的乘积项，记为m mi i。原变量用原变量用“1 1”代替，反变量用代替，反变量用“0 0”代替，这个二进制代码所对应的十进制数码就是最小项的下代替，这个二进制代码所对应的十进制数码就是最小项的下标标i i最大项：每个变量或以原变量或以反变量的形式出现，且仅每个变量或以原变量或以反变量的形式出现，且仅出现一次出现一次的或项，记为记为M Mi i。下标下标i i是或项中原变量为，反变量是或项中原变

15、量为，反变量为对应的二进制数为对应的二进制数 标准与或式：最小项标准与或表达式最小项标准与或表达式返回代数化简方法代数化简方法是利用基本公式、定律、规则简化逻辑表达式最简与或式是乘积项最少、乘积项变量因子最少的与或式合并法：利用公式吸收法：利用公式消去法：利用公式配项法：将逻辑函数乘以1返回卡诺图画法卡诺图画法2n个方格按邻接关系排列，相邻两个方格的变量取值只有一个不同，即任何两个相邻的最小项中只有一个变量是互补的，其余变量都是相同的。循环邻接特性卡诺图中变量取值只有一个不同的两方格是相邻的方格，可简单描述为卡诺图的“上（边）下（边）相邻；左（边）右（边）相邻”AB01100123ABAB A

16、BAB ABABC0100011011m0m1m3m2m4m5m7m6ABABCCABCABCABCABCABCABCABCABCD00000111100111100123457689101112131415ACABCDBDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD返回逻辑函数卡诺图表示逻辑函数真值表卡诺图在那些使F=1的输入组合所对应的小方格中填“1”，其余的填“0”。例1逻辑函数标准式卡诺图对于标准式中出现了的最小项（或最大项），在所对应的小方格中填“1”（或“0”），其余填“0”（或“1”）。例2返回已知真值表画卡诺图表决逻辑（3变量）多数个1为1ABC000001010011100101110111F0 0 0 1 0 1 1 1ABC0100011011m0m1m3m2m4m5m7m6m3m5m6m7ABC010001101100100111F返回已知函数表达式画卡诺图表达式与或式最小项表达式卡诺图ABC010001101100100111F返回卡诺图化简法卡诺图化简依据2n个两两相邻的最小项合并可