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中职学校骨干教师教案 课程名称 逻辑代数基础 姓 名 朱三航 专 业 电子电器应用与维修 学 校 河南省周口市职业中等专业学校 2008 年 11 月 逻辑代数基础目的与要求：熟练掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。重点与难点：重点：三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。难点：将真值表转换为逻辑式。 所谓数字电路，就是用0和1数字编码来表示和传输信息的系统，即信息数字化（时代）。数字电路与传统的模拟电路比较，其突出的优点是：（如数字通信系统）抗干扰能力强、保密性好、计算机自动控制、（数字测量仪表）精度高、智能化、（集成电路）可靠性高、体积小等。数字电子技术基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课。1、1概述一、模拟量（时间、温度、压力、速度、流量）：时间上和幅值上连续变化的物理量； 模拟信号（正弦交流信号）：表示模拟量的信号。 数字量：时间上和幅值上都不连续变化的物理量（工厂中生产的产品个数）； 数字信号、数字电路。 数字电路中的数字信号 采用0、1两种数值（便于实现）（位bit、拍） 0、1表示方法：电位型：电位高低（不归零型数字信号） 脉冲型：有无脉冲（归零型数字信号）二、数制及其转换 由0、1数值引入二进制及其相关问题。 常用数制：举例：十进制、二进制（双）、七进制（星期）、十二进制（打）等。 特点：基数：数制中所用数码的个数； 位权。 十进制数基数：10位权： 表达式：=（P2 式1-1）= （1-1） 推广到任意进制R：基数：R位权： 表达式：=（P2 式1-2）= （1-2）二进制数 表达式：=（P3 式1-3）= （1-3） 位权：以K为单位；按二进制思维（如1000个苹果问题）； 例如：（1101.01）2= 0-16对应的二进制数特点：信息密度低，引入八、十六进制。八进制、十六进制 八进制： 基数：8（0-7） 位权： 表达式：= （ 1-4） 十六进制： 基数：16（0-9，A，B，C，D，E，F） 位权： 表达式：= 特点：和二进制有简单对应关系；信息密度高，便于书写。不同进制数的转换 R十：按位权展开，再按十进制运算规则运算。 例1-1、1-2、1-3（P4） 十R：分两步 整数部分：除R取余，注意结束及结果； 小数部分：乘R取整，注意精度及结果； 结果合并： R=2k 进制之间的转换 二八：3位1位， 二十六：4位1位， 八十六：以二进制为过度， 进制的另一种表示方法：B（inary）-二； H(exadecimal)-十六；D(ecimal)-十； O-八三、二十进制代码（BCD代码） 引入：在计算机和数字电路中，会遇到大量十进制与二进制的转换问题。这项工作必需设法让机器去做，为了能使机器识别十进制数，需要将十进制的每一位写成二进制码形式，然后输入机器。代码：用数码作为某一特定信息的代号。例如：车次、学号、门牌号、邮编等；二进制代码：用二进制数码0、1作代码。注意区分二进制数及数码；BCD代码：用二进制码表示十进制数。表示方法：四位二进制码一位十进制数 方案上亿； 常用BCD见表1-3（P7）； 分类：有权BCD 无权BCD 多组BCD码多位十进制数 有权BCD： 每位二进制码有确定的位权值； 可用位权展开得到对应的十进制数； 特点：8421BCD（自然权码）；自补性 无权BCD： 每位二进制码无确定的位权值； 不可用位权展开得到对应的十进制数； 特点：余3BCD、循环码、移存码。 用BCD代码表示十进制数：P8例；体会其意义。四、算术运算与逻辑运算二进制数的算术运算：基本同十进制数，只是“逢二进一”、“借一当二”； 加、减、乘、除运算举例。 2. 二进制0、1表示两种不同的状态，如：电位的高低、脉冲的有无、开关的通断，即逻辑状态，可以根据逻辑关系进行逻辑运算，是数字逻辑电路的重要部分，在下一章介绍。五、数字电路数字电路：对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路。特点： 简单：只有0、1； 集成化：SSIC、MSIC、LSIC、VLSIC数字逻辑电路设计方法随着逻辑器件的发展划分成三大类： 中、小规模的硬件逻辑设计（本课程的主要内容）； 大、超大规模的软件逻辑设计（如微处理器、单片机等）； 兼有二者优点的专用集成电路设计（ASIC）。第8章简单介绍，将在后续课程中学1.2、逻辑代数中的三种基本运算描述二值逻辑关系的数学方法，称布尔代数，开关代数，逻辑代数。一、 基本逻辑在二值逻辑中，最基本的逻辑关系有：与、或、非三种。实例、因果关系、状态表逻辑代数描述： 真值表： 状态表真值表：引入输入、输出变量因、果； 0、1状态 （真值表：输入变量的各种可能值和相应的输出变量值排列而成的表格） 表达式：引入三种运算符，逻辑符号逻辑门：实现基本逻辑关系的基本单元电路。二、 （基本）逻辑运算1.三种基本逻辑运算：逻辑加、逻辑乘、逻辑非：表达式 运算规则（P14）2.复合逻辑运算：复合：基本逻辑的组合逻辑函数的运算顺序：非、与、（异或、同或）、或常见复合逻辑运算：与非、或非、与或非（表达式、真值符号）同或、异或（真值表、表达式、运算规则、关系、符号）3 真值表与逻辑函数（逻辑函数建立）步骤：列写真值表：输入、输出及其对应关系 写表达式 与或、“积之和”（1乘积项：1原变量、0反变量） 或与、“和之积”（0和项：0原变量、1反变量） 举例：（同或异或）思考题：多个开关控制的灯。1.3、逻辑代数的基本公式和常用公式代入规则：定义、证明、应用反演规则：反演：从原函数求反函数的过程。 反演式（反函数、补函数）： 规则：三个变换：运算符、变量、常量。 应用及注意：运算顺序不变，长非号不变。对偶规则 对偶式 (两个变换) 对偶规则:F=G 举例（分配律）及注意 意义1.4、基本定理公式、证明、意义、对偶式应用：简化1.5、逻辑函数及其表示方法1. 逻辑函数的标准形式 逻辑函数表达式的不唯一：例如P25两种与或表示。2.最小项、最大项：三变量最小项、最大项（表达式、真值表） 定义 性质 取值为1、0的机会； 对应一组变量任意两个最小项之积=0、最大项之和=1； 对应一组变量全体最小项之和=1、最大项之积=0。 编号： 最小项、最大项关系：互补 逻辑函数最小项、最大项表达式： 形式： 方法：表达式配项法、观察法，；真值表卡诺图 两种表达式关系； 1.6、逻辑函数的公式化简法 简化意义：电路简单； 表达式形式： “与或式” “或与式” “与非与非式” “或非或非式” “与或非”以“与或式”为基础；最简“与或式”：乘积项最少；因子最少；简化方法：公式法、图解法等。合并项法： 吸收法： 消去法： 配项法：，2-11综合：或与：对偶规则，总结：熟练公式、掌握技巧、结果不唯一、是否最简不易掌握。1.7、逻辑函数的卡诺图化简法卡诺图循环码排列：以表达式为例引入 真值表结构：个最小项按顺序排列。 逻辑相邻及合并意义，如： 循环码排列： 几何相邻：逻辑相邻的直观表示。（相接、相对、相重）定义：按循环码排列的真值表，又叫真值图。二五变量卡诺图：及相邻项的寻找逻辑函数的卡诺图表示由函数真值表和表达式可以直接画出逻辑函数的卡诺图。真值表：真值表一行一个最小项卡诺图中的一个方格，将函数的取值填入对应的方格中（1格、0格）；表达式：最小项表达式： 非标准表达式： 变成最小项表达式： 直接观察法：利用卡诺图合并最小项的规律 2、4、8个相邻项的合并； 总结：个相邻项合并，可以消去n个变量。 5变量卡诺图利用卡诺图化简逻辑函数（1）化简原则： 圈少、圈大； 重复使用多余圈 （2）化简步骤： 画出卡诺图； 画卡诺圈：孤立项一条合并途径项（由小到大、尽可能大）保证圈最少； 合并最小项，写出最简式。 （3）举例： （4）最简或-与式（5）5变量：例： 1.8、具有无关项的逻辑函数及其化简任意项的使用 任意项（无关项、约束项）定义：逻辑函数中，变量取值的某些组合不允许或不会出现，这些组合对应的最小项称为约束项，如8421BCD码中的10101111所对应的六个最小项；在另外一些逻辑函数中，变量取值的某些组合所对应的最小项可以是1，也可以是0，这些最小项称为任意项。约束项和任意项统称为无关项。 表示： 真值表、图，用“”或“”表示； 表达式：或等于0的条件等式表示 处理：可以为1，也可以为0，以化简结果最简为原则。 集成逻辑门目的与要求：理解二、三极管和MOS管的开关特性，了解集成电路的内部结构和工作原理；掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，即电压传输特性、输入特性、输出特性等；了解从工艺结构、输出结构等方面的分类、CMOS器件的正确使用方法和各种系列门电路的性能比较。重点与难点：重点是门电路的逻辑功能和电气特性。难点是根据各种系列门电路的性能合理选择器件的类型以及正确使用。2.1概述利用半导体器件的导通和截止、电平的高、低分别表示逻辑1、0,即器件工作在开关状态。2.2半导体二极管和三极管的开关特性开关特性：静（稳）态和动（瞬）态特性。一、晶体二极管开关特性 二极管：由PN结组成，具有单向导电性，可以近似作开关使用。 理想开关特性 开关类型：触点开关（静特性较好）、无触点（电子）开关（动特性较好），广泛使用。二极管稳态开关特性二极管的伏安特性、简化、理想： 特性： 导通： 条件（ 0.7V，0.3V），压降，即导通且钳位； 截止： 条件（），电流，即反向截止。 与理想开关差异：，正向、反向、温度特性。二极管瞬态开关特性理想特性：实际波形：过程及时间总结： 瞬态过程即PN结电容的充放电过程； 过程时间 反向比正向恢复时间长，是影响速度的主要原因； 提高速度措施：（结面积；正向电流小，存储电荷少；反向电流大，存储电荷消失快）二极管开关应用电路 常见的有波形的限幅和钳位电路。 限幅电路(削波电路) 分类： 串联上限、下限、双向限幅器；并联上限、下限、双向限幅器。 钳位电路二、晶体三极管开关特性三极管稳态开关特性三极管开关电路：传输特性：三个工作区：截止区：发射结、集电结均反偏； 放大区：发射结正偏集电结反偏； 饱和区：发射结、集电结均正偏。开关状态：对应于饱和、截止区；等效电路。稳态特性： ，三极管工作在截止区，； ，三极管工作在饱和区， 参数：饱和系数 P57三极管瞬态开关特性开关特性，开关时间；影响因素：三极管结构（结电容）；饱和、截止深度等。 3三极管开关应用电路最基本的反向器电路。2.3最简单的与、或、非门电路 1： 2类型、系列：两大类型/四大系列2.4.TTL门电路（与非门）电路组成：工作原理： 输入有低（0.3V）： 输入全高（3.6V）：设，故此假设不成立； ； 逻辑关系总结：为与非电路特点 ：多发射极三极管：提高开关速度、实现与逻辑；推拉输出：提高带负载能力和开关速度；钳位二极管：抑止负脉冲干扰，保护输入极。TTL与非门的主要外部特性、主要参数 外部特性：电路的外部所表现出来的电压和电流关系； 传输特性：输出电压和输入电压之间的关系； 输入特性：输入电压和输入电流之间的关系； 输出特性：输出电压和输出电流之间的关系。电压传输特性 传输曲线：四段 主要参数：输出电平 ，器件制造中差异，故额定值为3.0V、0.35V 输入电平 P65定义 噪声容限（抗干扰能力） 影响因素：环境温度T和电源电压Vcc对输出低点平影响不大。输入特性输入特性曲线：两部分主要参数：输入短路电流（前级灌流）、输入高电平电流（输入漏电流）（前级拉流）； 输入负载特性：图3-2-5， ， 注意悬空为高 多余输入端处理：输出特性 特性曲线： 参数： 平均延迟时间 电源特性平均功耗和动态尖峰电流负载特性扇入、扇出：输入端个数；：应用举例：【例1】已知，求扇出系数。【例2】写TTL逻辑门的输出表达式。【例3】已知，使，确定的取值范围。BA&图1&100F1ABC&10KABDF2（a）（b）图2TBY+5VRCRBA&图3G2.5其他类型的MOS集成电路TTL 1或非门： 2异或门： 3集电极开路门 线与及举例 TTL输出端不能直接相连， C门：结构符号，使用电路，；线与功能4三态输出门 三态 电路、原理、符号， 应用：总线，双向传输 ECL、I2L门 双极型逻辑门； ECL：非饱和型，速度高、功耗大、；逻辑摆幅小，抗干扰能力差。 I2L：功耗小，集成度高、速度低、逻辑摆幅小。 CMOS门电路2.7、其他类型的MOS集成电路 单极型逻辑门电路1 MOS晶体管 1NMOS管特性 结构：，三个电极，一种导电离子； 转移特性：，原理：电压控制器件，用栅极电压控制漏源电流； 符号：2开关特性开关电路开关条件及等效电路2 MOS门电路（略）1NMOS非门电路：分析：特点：P862NMOS门电路3总结结构：负载、工作管；逻辑规律：工作管串、并与、或；负载、工作管相连非；特点：除了非门的有比电路、电源损失、工耗大外，工作管串联使得输出低电平升高，故一般不超过三个。2.6 CMOS逻辑门电路 CMOS：NMOS和PMOS互补。2.6.1 CMOS反相器（串联互补） 电路： 分析：输入为0、1对应的输出； 总结：一管导通、一管截止，静态功耗小； 导通电阻较小，非有比电路，比MOS电路速度快，但比TTL慢（大）2.6.2 CMOS反相器的外部特性电压、电流传输特性 电压：曲线、参数； 电流：曲线、特点； 综合特点输入、输出特性 电源特性2.6.3 CMOS传输门（并联互补） 电路：图3-5-10； 原理；符号：图3-5-10 特点：双向模拟开关：可以传输1Vdd的模拟信号，输入输出可以互换。2.6.4 CMOS逻辑门电路CMOS与非门、或非门 与非门、或非门电路：图3-5-12、3-5-13； 一般规律； 例图3-5-14CMOS三态门、漏极开路门原理同TTL门2.6.5 CMOS电路的锁定效应及正确使用方法（略）输入端的保护第3章 组合逻辑电路目的与要求：1掌握组合逻辑电路的定义、特点和研究重点、功能描述。2掌握组合电路的分析方法和设计方法。重点与难点：组合电路的分析方法和设计方法。3.1、概述 逻辑电路按功能特点可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路：功能特点； 电路结构； 无记忆 框图； 描述方法：表达式、真值表、卡诺图、逻辑图中规模组合电路概念3.2、组合逻辑电路的分析方法和设计方法分析： 含义； 设计 含义：要求电路 步骤； 设计 方法：小规模、中规模例图设计步骤：注意：三种表达式转换方法总结：三级结构第一级：对应尾部因子个数；第二级：与项级；第三级：输出或项级。 合并且减少尾部因子数最少与非门设计步骤： 3.3、若干常用的组合逻辑电路一、编码器定义（优先，解决同时按下问题）图分析符号：扩展应用：二、译码器 译码含义：编码的反过程，将二进制代码赋予的含义翻译过来。 译码器分类：变量译码器、码制译码器、显示译码器。变量译码器 24译码器 电路图 分析：表达式、真值表、符号、表达式转化 扩展：（分析：图真值表） 38译码器 符号图真值表 集成芯片：139、138、154（4-16线）码制译码器二-十进制译码器（4线10线）： 真值表 符号图 扩展图分析 地址低接，接2-4输出 4-103-8； 输出（对应A3=0）； 译码对应（按高两位A4A3分成四组）3. 显示译码器在数字系统中，经常需要将用二进制代码表示的数字、符号、和文字等直观地显示出来。数字显示通常由数码显示器和译码器完成。 数码显示器 分类：显示方式：分段式、点阵式、重叠式； 发光材料：半导体、荧光、液晶显示器； 介绍：分段式半导体显示器（七段发光二极管显示器）。 七段字形： 显示译码器（数字七段）电路图真值表符号图控制信号及应用 3 驱动电路输出低电平有效的译码器247驱动共阳极显示器（通过限流电阻连接）；输出高电平有效译码器248驱动共阴极显示器（直接驱动）。4.应用举例分析由3-8译码器组成的一位全加器电路。三、 全加器 1一位全加器： 图 表达式； 真值表 功能总结； 符号图 2. 多位全加器： 逐位进位（串行）加法器：；缺点（速度慢）； 超前进位全加器：；推导；符号图；扩展四、数值比较器 比较器：比较数值大小的逻辑电路。1一位比较器 电路图 表达式真值表功能归纳2四位数值比较器 比较方法：从高位比起；功能真值表； 逻辑符号：； 扩展应用：五、数据选择器 数据选择器：在多路数据中选择一路送到输出端。 14选1： 电路图 工作状态表（功能说明）表达式符号： 28选1： 符号： 真值表 表达式3扩展图分析 4应用举例8选1数据选择器组成的电路，G1 G0 为功能选择输入信号，X、Z为输入逻辑变量，Y为输出信号。分析此电路在不同选择信号时获得哪几种功能。 G1 A2 Y G0 A1 S X A0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 0 Z 中规模组合逻辑设计选择器（1）用具有n个地址输入端的选择器实现n变量逻辑函数原理：选择器表达式及卡诺图；函数的最小项表达式及卡诺图；对比方法 方法1：最小项表达式比较； 方法2：卡诺图比较注意：用具有n个地址输入端的选择器实现m变量逻辑函数且（） 方法：（地址）扩展法；（变量）降维法 扩展法： 降维法 降维图：维：卡诺图变量个数； 记图变量：降维图小方格中的变量； 例图降维图法： 代数降维法： 总结 ：适宜于单变量函数；降维方案不同，繁简不同。 3.用译码器 原理： 例子： 总结：适宜于多输出函数利用全加器：3.4、组合逻辑电路中的竞争-冒险现象 冒险现象：在输入信号变化的瞬间，在输出端出现一些不正确的尖峰信号（毛刺）； 原因：门电路的延迟时间；信号变化有过渡时间（快慢）。 分类：静态：输入信号变化前后稳定输出相同，在转换瞬间出现的毛刺： 0冒险 1冒险 动态：前后稳态值不同，在多级电路中出现，不讨论。.1静态逻辑冒险例对应卡诺图及简化表达式，总结规律.2冒险判断原因有二及判别方法2代数、卡诺图法： n个输入变量，p个发生变化，（n-p）个不变量组成的乘积项不是函数的乘积项（图中不变量组成的 个最小项不是卡诺圈）时有冒险。 3消除冒险冗余项法：增加多余项法，可以消除是多余项造成的冒险；取样脉冲（原理、极性及位置要求、输出有电位型变成脉冲型）滤波电容（加在输出端，可导致输出波形边沿变坏）第4章 集成触发器目的与要求：1 掌握时序电路的定义、分类、触发器的特点。2 掌握基本RS触发器的电路结构、工作原理、逻辑功能3 掌握同步RS触发器的工作原理、逻辑功能。4 掌握触发器逻辑功能的表示方法。5 掌握时序电路的一些基本概念。重点与难点：1 基本概念要正确建立。难点：现态、次态、不定状态的正确理解。2 基本RS触发器的逻辑功能、触发方式。4.1、概述定义：有记忆功能、能存储数字信息的基本单元电路；性质： 有两个稳定的工作状态（1态：；0态：），在没有外在信号作用时，触发器维持原来的稳定状态不变； 在一定的外界信号作用下，触发器可以从一个稳态翻转为另一个稳态。 稳态：指没有外界信号作用时，触发器电路中的电流和电压均维持恒定的数值。分类：逻辑功能和结构（工作特性）4.1基本触发器4.1.1电路组成和工作原理电路组成：图4-1-1工作原理：输入输出分析、波形图总结：基本触发器有置1、0、维持功能； 问题：有约束、直接控制4.1.2触发器功能描述状态转移真值表：现态、次态特征方程（状态方程）状态转移图、激励表逻辑符号：4.2钟控触发器4.2.1钟控RS触发器电路：工作原理波形图符号总结：CP控制、约束条件4.2.2钟控D触发器（解决约束）电路图工作原理：特征方程、功能（置0和置1两种功能）符号4.2.3钟控JK触发器电路图工作分析：方程、功能（置0、置1、保持、翻转四种功能）符号4.2.4钟控T触发器电路连接：J=K=T；方程、功能（保持和翻转功能）T=1：触发器4.2.5电位触发方式的特点电位触发方式：CP=1（0）部分解决直接控制空翻现象（特殊触发器的连续翻转问题）4.3主从触发器（彻底解决直接控制）4.3.1主从触发器基本原理主从RS ： 电路组成：工作原理：两步 期间，主接收输入（）、从不变； 期间，主不变，从接收主状态（从的输入互补），而主此时状态不再改变，所以从只有一次改变机会，无困翻 波形：（必须分两步画出）4.3.2主从JK 主从JK电路图及方程一次变化：CP=1期间，主触发器能且仅能翻转一次的现象；原因：CP=1期间，互补输出反馈到输入，且在CP=1期间不会改变，使两个输入门总有一个被封住，即只有一个信号有效，对于RS 触发器，状态图，从一个输入端加信号，其状态最多只能改变一次。（如果）（如果）波形图5-3-4问题：状态和输入无对应关系（不是下降沿触发器，共性）；抗干扰能力下降解决方法：CP=1期间JK不发生变化（即：上升沿接收，下降沿翻转）符号4.3.3集成主从JK触发器电路图；符号图；功能表4.3.4主从JK触发器的脉冲工作特性（略）4.4边沿触发器（无空翻、无一次变化）分类：上升沿（前沿）；下降沿（后沿）4.4.1维持阻塞基本原理：增加了四条线； 4条线使得触发器只在CP发生变化，其余时间状态不变。2维持阻塞D触发器：图 符号图，功能表 波形图脉冲工作特性：工作分两个阶段：输入准备；状态的转移 时间：（输入）建立时间、保持时间；（输出）延迟时间（CP=1的维持时间） 工作频率：4.4.2下降沿触发器：4.4.3CMOS边沿触发器工作特点同TTL；不同之处：异步置位信号：CMOS：CP高电平有效；TTL：CP低电平有效； 钟控：CMOS：CP低电平有效；TTL：CP高电平有效； 边沿 ：CMOS：CP；TTL：CP主从：CMOS：CP采样、CP转换；TTL：CP采样、CP转换例：钟控、主从、边沿JK波形对比。第5章 时序逻辑电路目的与要求：1掌握时序电路的概念、电路构成与组合电路的区别、分类2掌握同步时序电路的分析方法（通过举例说明）3 了解异步时序逻辑电路的分析方法重点与难点：1 同步时序电路的分析方法2 从状态方程填状态转换真值表的方法。3 基本概念正确掌握：时序电路、同步、异步、现态、次态驱动方程、状态方程、状态转换真值表、状态图、时序图、自启动5.1时序逻辑电路概述时序电路定义；结构框图：图； 信号； 方程分类：同步和异步；摩尔和米里型；5.2时序逻辑电路分析分析含义：根据时序电路结构，找出该时序电路在输入信号以及时钟信号作用下，存储电路状态变化规律及电路的输出，从而了解该时序电路所完成的逻辑功能。5.2.1分析步骤1步骤：写方程（驱动、输出）； 求状态方程； 计算状态转移表，画状态转移图； 画出工作波形（可选）； 总结逻辑功能。 2例1（有效状态、偏离状态、状态图组成、自启动概念）注意三点：一是状态转换是由现态到次态，不是现态到现态，或次态到次态；二是输出是现态的函数，不是次态的函数；三是画时序图时，只有当时钟脉冲到来时，相应触发器才会更新状态。3常用时序逻辑电路：寄存器、移位寄存器、计数器等。5.2.2寄存器、移位寄存器1数码寄存器定义：存放二进制数码的电路。由有记忆功能的触发器组成（一般用D触发器）。1位寄存器：4位寄存器：。2移位寄存器定义：具有移位功能的寄存器。所谓移位功能就是寄存器中所存数据，可以在移位脉冲作用下逐次左移或右移。单向移位寄存器：，其中每个触发器的输出依次接到下一个触发器的D端，只有第一个触发器的D端接收数据；方程；工作过程及功能。双向移位寄存器：定义：同时具有左移和右移功能，需要一个方向控制信号M；分析：M=1，打开与或非的左与门，实现右移；M=1，左移。应用实现数码串并行转换数字系统中，通常是串行通信，并行处理，因此需要串并行转换。串并：电路图，串入并出；原理：串入并出状态表；波形；注意：移存脉冲与代码码元同步；并行输出脉冲在5个移存脉冲后出现，且和其出现时间错开。并-串：电路图，并入串出；工作过程：清0：-； M=1取样：一级与非门打开，数据送到触发器输入端，在移存脉冲CP作用下，数据存入触发器，且串出； M=0关闭输入：CP作用下右移，4个脉冲后全部串出；同时串入0（实现清0）； M=1再取样状态转移表，及波形图；注意：移存脉冲和取样脉冲关系：频率；节拍延迟： 电路工作方式：串入串出； 延迟时间： 移位寄存器工作方式总结：串入串出延迟；串入并出串并转换；并入串出并串转换；并入并出数码寄存器。其它：计数器、序列发生器等。综合方式及反馈利用，后续章节中介绍。3集成移位寄存器分类：位数，4位、8位等；方向，单向、双向；输入输出方式。4位右移移位寄存器195：电路图；分析：，异步清1； ，同步并入； SH=1，状态方程功能表；符号；应用：分析串并行转换电路图4位双向移位寄存器194：功能表；加例：奇数计数器电路分析5.2.3同步计数器计数器概念：对时钟脉冲计数；计数器分类：同步、异步； 加法、减法、可逆； 二进制、非二进制；同步二进制计数器电路分析；二进制加、减计数规律：（用状态转移表分析）最低位：一个CP，翻转一次；其它位：当其所有低位为1（0）时，CP来了翻转一次。二进制计数器电路连接规律：T触发器；，其它T=低位（非）的与。可逆计数器电路图。同步二十进制计数器电路分析；工作波形图集成同步计数器4位二进制同步计数器161电路图；功能表；符号图；扩展图：分片分析，画状态表。其它的同步计数器 异步清零 同步清零加法计数器：二进制 161 163 十进制 160 162可逆计数器：193，1915.2.4异步计数器时钟不唯一，注意时钟方程的有效时间。二进制异步计数器电路图；分析：注意状态方程的时钟条件，只有在相应的时钟脉冲触发沿到来时，触发器才会按方程式规定的次态转换，否则维持原状态。特点：电路简单；速度慢，依次触发，时延长。规律：最低位：有CP翻转一次；触发器。其它位：相邻低位1变0（0变1）时翻转； （对下降沿触发器）集成非二进制异步计数器290图分析；功能表；两种接法及状态表196：功能表5.3时序逻辑电路设计主要介绍计数器设计。6.3.1同步时序逻辑电路设计的一般步骤步骤建立简化原始状态转移图；状态分配、存储器选择；求状态方程、输出方程、驱动方程；检查自启动；画图举例分析：一个输入； 需要记忆3位连续输入； 其中有效状态有：A（无1）；B（1个1）；C（2个1）；D（3个1）；状态图：状态分配：以相邻码为最简。次态卡诺图、输出卡诺图；求状态方程、输出方程；求驱动方程；画图。5.3.2同步计数器设计注意自启动修改注意用JK触发器时表达式的处理。5.3.3异步计数器设计设计步骤：原始状态图；状态分配；选择时钟脉冲；求状态方程、输出方程、检查自启动；求驱动方程；画图。设计举例注意：时钟脉冲选择：状态翻转处必须为其提供时钟；在满足上述条件下，时钟脉冲越少越好（因为，无时钟时输入无需控制，驱动方程简单）。无时钟脉冲时，电路的状态做约束项处理。见表6-3-10简化状态转移表（或直接标在卡诺图中）。5.3.4中规模器件设计计数器即用计数器、移位寄存器设计计数器。利用清除端复位法原理：利用Sn产生一个清零信号，状态回到S0，实现M=n的计数器；例5-9：161功能分析； 归零逻辑：十进制状态转移+异步复位用S10清零； 波形图：过渡状态；归零可靠性差，加基本RS触发器暂存归零信号，使其维持CP=1时间。 推广：Sn复位法（对异步复位计数器）； 例图利用置入控制端的置位法某一状态产生一置位信号，置入任一状态，从而改变计数模值。注意一般是同步置位。：，注意是同步置数；置0，与复位1不同； 置数，；方波分频信号产生电路：，置数；最简电路，不用逻辑门：；异步置位：290接成6置9，M=7。移位寄存器型计数器将移位寄存器输出按一定逻辑反馈到串行输入端，可以构成许多特殊编码的移位寄存器型计数器。环形计数器接法：串出接串入；启动：置入含一个0或一个1的数据；移位状态表，M=n；特点：不能自启动，需外加启动信号； 状态利用率低； 译码型输出，不需再加译码器。扭环计数器接法：串出的非接串入；状态转移表，M=2n；特点： 状态利用率不高； 状态变化具有相邻性。任意进制计数器分析。序列信号发生器串行周期性信号，称为序列信号。一般有两种结构形式：一是移存型；二是计数型。移存型 计数型第6章 脉冲产生与整形电路目的与要求：1掌握施密特触发器的工作原理特点、电压传输特性、回差的概念、应用。2 掌握多谐振荡器的常用电路形式、工作原理、参数计算。3了解石英晶体振荡器的特点。4掌握单稳态触发器的常用电路形式、工作特点，集成单稳态触发器的参数计算、应用。重点与难点：三种电路的特点、重要参数、应用。6.1 概述一、获得脉冲波形的方法主要有两种：1利用多谐振荡器直接产生符合要求的矩形脉冲；2是通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之符合系统的要求。二、施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲。三、单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲。6.2 施密特触发器一、工作原理1特点： 施密特触发器有两个稳定状态，其维持和转换完全取决于输入电压的大小。 电压传输特性特殊，有两个不同的阈值电压（正向阈值电压 和负向阈值电压 ） 状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。2电压传输特性有两种情况：左图中输入与输出为反相关系， 右图中输入与输出为同相关系， 3回差可见：施密特触发器的电压传输特性具有滞后特性。4逻辑符号左图中输入与输出为反相关系，又称作施密特触发器与非门右图中输入与输出为同相关系，又称作施密特触发器与门5工作波形为施密特触发器与门的波形， 为施密特触发器与非门的波形二、施密特触发器的应用1用于波形变换三角波、正弦波及其它不规则信号矩形脉冲。所示为用施密特触发器将正弦波变换成同周期的矩形脉冲。2用于脉冲整形当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较好的矩形脉冲，如图5.2.7所示。3用于脉冲幅度鉴别如输入信号为一组幅度不等的脉冲，可将输入幅度大于 的脉冲信号选出来，而幅度小于 的脉冲信号则去掉了。6.3 多谐振荡器特点：1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。6.3.1 对称多谐振荡器一、电路结构提问：TTL门电路的输入电阻特性？二、工作原理该电路是利用RC电路的充、放电分别控制G1和G2的开通与关闭来实现自激振荡的。电路进入第二暂稳态。宽度与间隔时间相等。6.3.4 石英晶体多谐振荡器前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率 相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。6.5 555定时器目的与要求：1掌握555定时器的结构框图和工作原理。2掌握555定时器的应用电路及其工作原理。重点与难点：555定时器的结构框图、工作原理和应用电路。教学过程：6.5.1 555定时器的电路结构及其功能 一、结构框图（图5.5.1 双极型）1模拟功能部件： 电阻分压器）、Vcc经3个5 k电阻分压后提供基准电压： 表5.5.1 定时器5G555的功能表3.5.2 用555定时器组成施密特触发器一、电路结构二、工作原理 上升过程4UI 再增大时，对电路的输出状态没有影响。 下降过程 电压传输特性由该特性可看出，该电路具有反相输出特性。3.5.3 555定时器组成单稳态触发器一、电路结构思路：外触发自动返回1外触发（高触发置0端 TH）置0得到正脉冲二、工作原理 1稳定状态 3自动返回稳定状态5.5.4 用555定时器组成多谐振荡器一、电路结构设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管V作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变UC 或，二、工作原理从而使电路产生了振荡，输出矩