数电专升本辅导材料

1 数数字字电电子子技技术术辅辅导导材材料料 数字电子技术数字电子技术 课程教学的主要内容和基本要求课程教学的主要内容和基本要求 课程结构课程结构 主要内容和基本要求主要内容和基本要求 一 一 数字逻辑基础数字逻辑基础 1 掌握常用数制及其互相转换 二 八 十 十六进制 8421BCD 2 熟练掌握逻辑代数的三种基本运算及其常用公式 定律和三大规则 五种复合 逻辑函数 3 熟练掌握逻辑函数的最小项表示法及逻辑函数五种表示方法之间的形式转换 4 熟练掌握逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法 二 二 逻辑门电路逻辑门电路 1 了解二极管 三极管 MOS 管的开关特性 熟悉二极管与门和或门 三极管 非门的电路结构及工作原理 2 熟悉典型 TTL 与非门的工作原理 掌握其电压传输特性 输入 输出特性 解 决门电路多余输入端的处理问题 3 熟悉 OC 门 三态门 传输门的工作原理 掌握其逻辑功能 逻辑符号 熟悉 各种门电路的特点及使用方法 基础 数字逻辑基础 门电路基础 数字逻辑基础 门电路 组组 合合 电电 路路 时时 序序 电电 路路 脉脉 冲冲 电电 路路 数数 模模 模模 数数 工具 触发器工具 触发器 2 三 三 组合逻辑电路组合逻辑电路 1 熟悉组合逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点 理解组合逻辑电路的描述 方法 熟练掌握组合电路的分析和设计的方法和步骤 2 熟悉编码器 数据分配器 半加器 全加器 数值比较器的逻辑功能与应用 3 熟练掌握译码器 数据选择器的功能及其中规模电路的应用 四 四 触发器及其应用触发器及其应用 1 熟练掌握四种触发器的逻辑功能 逻辑符号 特性方程 特性表和状态转换图 掌握不同类型触发器之间的转换方法 2 熟练掌握根据触发器的功能 绘制时序图 五 五 时序逻辑电路时序逻辑电路 1 熟悉时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点 分类 理解时序逻辑电路 逻辑功能的描述方法 2 熟练掌握同步时序电路 异步时序电路的分析方法 3 熟练掌握计数器中规模电路的应用 标准计数器构成任意进制计数器 六 六 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 了解三种脉冲波形的产生和整形电路 施密特 单稳态 多谐振荡器 的工 作原理与应用 掌握其功能及参数 掌握 555 定时器的应用及对应参数 七 七 存储器 模数与数模转换存储器 模数与数模转换 1 了解 RAM ROM 的工作原理及其应用 掌握存储单元 字 位 地址 地址单 元等基本概念 2 了解 A D D A 的工作原理 掌握其主要技术指标及其应用 3 能够进行简单的 A D 和 D A 的计算 3 第一讲第一讲 数字逻辑基础数字逻辑基础 一 数制与编码一 数制与编码 1 数制 数制 即数的进制 任意 r 进制 n 为整数 N 的表达式 按权展开式按权展开式 其中 ai为第 i 为上的数码 ri为第 i 为上的权 对 r 进制数 数码 0 r 1 r 个 位权 ri 进制 逢 r 进 1 减 1 退 r 常用数制 2 8 10 16 2 数制间的转换 数制间的转换 10 进制转换为 2 进制 除除 2 取余 乘取余 乘 2 取整法取整法 其它进制转换为 10 进制 按权展开法按权展开法 2 8 16 进制相互转换 10 进制 8421BCD 码相互转换 分组对位分组对位 法法 3 矩形脉冲信号的性能参数 矩形脉冲信号的性能参数 为了使数字电路正常可靠的工作 要求矩形脉冲波形有稳定的频率 一定的 幅值且边沿陡峭 wt T rt m U9 0 m U5 0 m U1 0 tf m U 图图 7 17 1 矩形脉冲的性能参数矩形脉冲的性能参数 1 脉冲周期 T 在周期性重复的脉冲信号中 相邻两个脉冲之间的时间间 隔称为脉冲周期 单位为秒 毫秒 微秒 纳秒 频率sms sns Tf 1 2 脉冲幅度 脉冲信号的最大变化幅度 单位为伏 mUV m m i i n n i n mi iR rararararara raN 1 1 0 0 1 1 1 1 1 4 3 脉冲宽度 脉冲前沿上升到 0 5到脉冲后沿下降到 0 5所需的wtmUmU 时间 4 上升时间 脉冲前沿从 0 1上升到 0 9所需的时间 rtmUmU 5 下降时间 脉冲后沿从 0 90 1所需的时间 f tmUmU 6 占空比q 脉冲宽度与脉冲周期T的比值 即 wtT w tq 4 题型 题型 不同进制数之间的转换 比较不同进制数之间的大小 概念题 练习题 练习题 1 1完成下列的数制转换完成下列的数制转换 1 255 10 11111111 2 FF 16 001001010101 8421BCD 2 11010 2 1A 16 26 10 00100110 8421BCD 3 3FF 16 1111111111 2 1023 10 0001000000100011 8421BCD 4 100000110111 8421BCD 837 10 1101000101 2 345 16 1 2选择题选择题 以下代码中为无权码的为 CD 恒权码的为 AB A 8421BCD 码 B 5421BCD 码 C 余三码 D 格雷码 一位十六进制数可以用 C 位二进制数来表示 A B C D 16 在一个 8 位的存储单元中 能够存储的最大无符号整数是 CD A 256 10 B 127 10 C FF 16 D 255 10 矩形脉冲信号的参数有 ABC A 周期 B 占空比 C 脉宽 D 扫描期 1 3判断题 正确打判断题 正确打 错误的打 错误的打 方波的占空比为 0 5 数字电路中用 1 和 0 分别表示两种状态 二者无大小之分 在时间和幅度上都断续变化的信号是数字信号 语音信号不是数字信号 1 4填空题填空题 描述脉冲波形的主要参数有 数字信号的特点是在 上和 上都是断续变化的 其高电平和低电平 常用 和 来表示 5 填空题答案 1 幅度 周期 频率 脉宽 上升时间 下降时间 占空比 2 时间 幅值 1 0 二 逻辑代数二 逻辑代数 1 基本逻辑运算 基本逻辑运算 复合逻辑运算 复合逻辑运算 表达式 符号 与 或 非与 或 非 与非 或非 与或非 异或 同或与非 或非 与或非 异或 同或 所谓与逻辑 就是欲使某件事成功 必须全部条件齐备 缺一不可 表达式 Y A B AB 所谓或逻辑 就是可使某件事成功的诸条件中 有一即可 多也无妨 表达式 Y A B 所谓非逻辑 就是表示某因素不出现 事件成立 若出现 反而不成 表达式 门电路的几种表示方法 门电路的几种表示方法 2 逻辑代数的运算法则 逻辑代数的运算法则 公式 基本规则 公式 基本规则 代入 对偶 反演 1 公式 公式 1 基本公式 不需证明的 直观的 可以看出的恒等式 01 律 逻辑变量 A 与常量 0 和 1 之间的关系 与运算或运算 Y A 6 A 0 0 A 1 A A 0 A A 1 1 与普通代数相似的定律 A B B A 交换律 A B B A A B C A B C A B C 结合律 A B C A B C A B C A B A C 分配律 A B C A B A C 逻辑代数的特殊定律 0 AA 互补律 1 AA AAA 重叠律 AAA BABA 反演律 又称摩根定律 BABA 还原律 AA 2 常用公式 常用公式 1 公式一 ABAAB 2 公式二 AABA 3 公式三 BABAA 4 公式四 CAABBCCAAB 推论 CAABBCDCAAB 5 公式五 ABABABAB 3 三个规则 三个规则 1 代入规则 指在一个逻辑等式中 如将其中某个变量 X 都代之以另一 个逻辑函数 则该等式依然成立 2 对偶规则对偶规则 对于一个逻辑函数 Y 如将其中的与换成或 或换成与 0 换成 1 1 换成 0 而原变量及反变量本身保持不变 经这样置换后的新函数 Y 便是原函数 Y 的对偶函数 3 反演规则反演规则 如将某逻辑函数 Y 中的与和或对换 0 和 1 对换 原变量和 反变量也同时对换 这样对换后的新函数 便是原函数的反函数 反演规则其实就是反演律的推广 注意 注意 运算时保持原来的运算顺序 不是单个变量上的反号保持不变 7 3 逻辑函数的最小项表示法逻辑函数的最小项表示法 最小项最小项 在 n 个变量组成的乘积项中 若每个变量都以原变量或反变量的形式 作为一个因子出现一次 那么该乘积项称做 n 变量的一个最小项 常用 mi来表示 最小项的性质 最小项的性质 1 对于任一组变量取值 只有一个最小项的值能为 1 2 对于任一组变量取值 任意两个不同最小项的乘积恒等于 0 3 对于任一组变量取值 全部最小项之代数和恒等于 1 即 mi 1 任何一个逻辑函数都可以通过配项的方法写成最小项的形式 任何一个逻辑函数都可以通过配项的方法写成最小项的形式 4 逻辑函数的描述 五种方法 逻辑函数的描述 五种方法 真值表 真值表 用逻辑变量的真正取值来表示逻辑函数的表格 它表示逻辑函数 和逻辑变量之间的一一对应关系 函数表达式 函数表达式 用有限个基本逻辑运算表示逻辑函数的代数式 可由真值 表写表达式 直接写出的为最小项表达式 与或式 与非 与非式 逻辑图 逻辑图 将表达式中的逻辑运算关系用对应的逻辑符号表示出来 可由表 交换律交换律AB BA 2 1a A B B A 2 1b 结合律结合律A BC AB C 2 2a A B C A B C 2 2b 分配律分配律A B C AB AC 2 3a A BC A B A C 2 3b 吸收律吸收律A A B A 2 4a A AB A 2 4b 重叠律重叠律AA A 2 5a A A A 2 5b 互补律互补律AA 0 2 6a A A 1 2 6b 还原律还原律A A 2 7a 反演律反演律AB A B 2 8a A B A1 B 2 8b 0 1 律律 A 1 A 2 9a A 0 A 2 9b A 0 0 2 10a A 1 1 2 10b 8 达式画逻辑图 波形图 波形图 已知输入变量的波形 根据真值表画输出波形图 卡诺图 卡诺图 用方格图的形式表示逻辑函数和逻辑变量之间的一一对应关系 常用的有二变量 三变量 四变量的卡诺图 画逻辑函数卡诺图的方法 方格 行 列变量 循环码 1 方格 5 逻辑函数的化简 逻辑函数的化简 对逻辑函数的化简 意味着用较少的逻辑器件完成同样的功能 1 公式化简法 2 卡诺图化简法 含有约束项的化简 6 题型 题型 求逻辑函数的对偶函数 反函数 并表示所要求的形式 将逻辑函数表示成最小项表达式 逻辑函数不同表示形式之间的转换 公式法化简逻辑函数 卡诺图法化简逻辑函数 含有约束项的化简 练习题 练习题 1 51 5 设 ABY1 BAY1 BAY1 已知 A B 的波形如图题 1 5 所示 试画出 Y1 Y2 Y3对应 A B 的波形 图题 1 5 1 61 6 试写出图题 1 6 各逻辑图的表达式 9 图题 1 6 1 71 7 已知真值表如表题 1 6 a b 试写出对应的逻辑表达式 表题 1 6 a 表题 1 6 b ABCYABCDY 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 1 0 1 0 0 1 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 81 8 用公式化简下列逻辑函数 1 CBACBAY 2 CBACBAY 3 DCAABDCDBAY 4 CDDACABCCAY 5 CBACBAY 10 6 CEFGBFECABADAADY 7 7 6 5 4 3 2 1 0 C B A Ym 8 7 6 4 3 2 1 0 C B A Ym 9 7 6 5 4 0 2 3 4 6 C B A Ymm 1 91 9 用卡诺图化简下列逻辑函数 1 Y A B C m 0 2 4 7 2 Y A B C m 1 3 4 5 7 1 10 选择题 1 以下表达式中符合逻辑运算法则的是 A C C C2 B 1 1 10 C 0 223 Rb 应 17 4k 17 例例 2 4 试用 74 系列门电路驱动发光二极管的电路 设发光二极管的导通电流为 10mA 要求 UI UIH时 发光二极管 D 导通并发光 试问图题 2 6 a b 两个哪 一个合理 解 a 更合理 例例 2 5 已知下面电路和输入信号波形 试画出 F 的波形 例例 2 6 画出下图电路输出 F 的波形 答 答 CBAF 0001 0011 0100 0110 1001 1011 1100 1111 Vo1 EN B F G2 G1 C A F A B C F F C 1 A1 EN B1 EN A B C 18 练习题练习题 一 选择题一 选择题 1 三态门输出高阻状态时 ABD 是正确的说法 A 用电压表测量指针不动 B 相当于悬空 C 电压不高不低 D 测量电阻指针不 动 2 以下电路中可以实现 线与 功能的有 CD A 与非门 B 三态输出门 C 集电极开路门 D 漏极开路门 3 以下电路中常用于总线应用的有 A A TSL 门 B OC 门 C 漏极开路门 D CMOS 与非门 4 CMOS 数字集成电路与 TTL 数字集成电路相比突出的优点是 ACD A 微功耗 B 高速度 C 高抗干扰能力 D 电源范围宽 5 TTL 电路在正逻辑系统中 以下各种输入中 ABC 相当于输入逻辑 1 A 悬空 B 通过电阻 2 7k 接电源 C 通过电阻 2 7k 接地 D 通过电阻 510 接地 6 对于 TTL 与非门闲置输入端的处理 可以 ABD A 接电源 B 通过电阻 3k 接电源 C 接地 D 与有用输入端并联 7 要使 TTL 与非门工作在转折区 可使输入端对地外接电阻 RI C A RON B ROFF C ROFF RI RON D ROFF 8 三极管作为开关使用时 要提高开关速度 可 ACD A 降低饱和深度 B 增加饱和深度 C 采用有源泄放回路 D 采用抗饱和三极管 二 判断题 正确打二 判断题 正确打 错误的打 错误的打 1 TTL 与非门的多余输入端可以接固定高电平 2 当 TTL 与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑 1 3 普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起 否则可能会损坏器件 4 TTL OC 门 集电极开路门 的输出端可以直接相连 实现线与 5 CMOS 或非门与 TTL 或非门的逻辑功能完全相同 6 三态门的三种状态分别为 高电平 低电平 不高不低的电压 7 TTL 集电极开路门输出为 时由外接电源和电阻提供输出电流 8 一般 TTL 门电路的输出端可以直接相连 实现线与 19 9 CMOS OD 门 漏极开路门 的输出端可以直接相连 实现线与 三 填空题三 填空题 1 集电极开路门的英文缩写为 门 工作时必须外加 和 2 OC 门称为 门 多个 OC 门输出端并联到一起可实现 功能 练习题答案练习题答案 一 选择题 1 ABD 2 CD3 A4 ACD5 ABC6 ABD7 C8 ACD 二 判断题 7 8 9 三 填空题 OC 电源 负载 集电极开路门 线与 20 第三讲第三讲 组合电路组合电路 一 组合电路组合电路 定义 定义 任意时刻的输出只与该时刻的输入有关 而与其历史状态无关的电 路 1 组合电路的分析组合电路的分析 给定组合电路的逻辑图 求其逻辑功能的过程 称为组合电路的分析 组合电路的分析一般分为以下几步 1 根据给定逻辑图写出输出函数的表达式 采用逐级写出的方法 2 对逻辑表达式进行必要的化简和变换 求出最简表达式 3 列出逻辑函数对应的真值表 4 根据真值表或表达式 说明电路的逻辑功能 2 组合电路的设计组合电路的设计 根据给定的逻辑要求 求出实现该功能的最简逻辑电路图的过程 称为组合 电路的设计 主要设计步骤是 1 根据给定的逻辑功能要求 列出输入和输出变量的真值表 2 由真值表写出逻辑函数表达式 3 对函数表达式进行化简或变换 得到所需的最简函数表达式 4 根据最简表达式画出该电路的逻辑电路图 逻辑功能 真值表 化简 最简表达式 逻辑电路图 3 常用组合电路器件常用组合电路器件 1 编码器 将若干个 0 1 按一定的顺序排列起来表示具有特定含义信息的过程 称为编 码 实现编码功能的电路 称为编码器 普通编码器 按照编码方式不同 编码器 优先编码器 二进制编码器 给定电路函数表达式真值表逻辑功能描述 化简 21 按输出代码种类的不同 编码器 二 十进制编码器 二进制编码器 用 n 位二进制代码对 2n个输入信息进行编码的电路 常用的 有 4 2 线编码器 8 3 线编码器 二 十进制编码器 将 0 9 十个十进制数编成对应 BCD 码的电路 优先级编码器 给全部输入端规定一个优先级别 工作时允许多个输入端信 号同时有效 但编码器仅对优先级高的输入信号进行编码 而对级别低的输入信 号不予理睬 这样的编码器称为优先级编码器 2 译码器 将二进制代码所表示的信息的翻译出来 称为译码 实现译码功能的电路 称为译码器 译码器输入的是二进制代码 输出的是与输入代码相对应的特定信息 常用 的有二进制译码器 2 4 线 3 8 线译码器 二 十进制译码器 4 10 线译码器 和显示译码器 将输入的二进制代码翻译成对应输出信号的电路 称为二进制译码器 将 4 位 BCD 码的十组代码翻译成 0 9 十个对应输出信号的电路 称为二 十进制译码器 显示译码器 能够直接驱动显示器的译码器 显示电路通常由显示译码器和 显示器配合构成 最常用的显示电路是由七段显示译码器来驱动七段数码显示器 七段数码显示器分为 半导体数码显示器 LED n 位 二进制代 码 2n 位位 译码输译码输 出出 二进制二进制 译码器译码器 22 按照高低电平驱动方式的不 同 半导体七段数码管内部接法 分为 共阴 共阳 优点 工作电压较低 体积 小 亮度高 寿命长 可靠性高 响应速度快 缺点 工作电流大 液晶数码显示器 LCD 液晶即液态晶体 具有液体的流动性 又具有晶体的某些光学特性 可做成 电场控制的七段液晶数码显示器 在没有外加电场作用时 液晶分子排列整齐 入射的光线绝大部分被反射回来 液晶呈透明透明状态 不显示数字 当在相应字段 的电极上加电压时 液晶中的导电正离子作定向运动 在运动过程中不断撞击液 晶分子 从而破坏了液晶分子的整齐排列 液晶对入射光产生散射 由透明变成 了暗灰色暗灰色 于是显示出相应的数字 当外加电压断开后 液晶分子又将恢复到整 齐排列状态 显示的字形也随之消失 液晶在外加电场的作用下 对光的散射形成明暗对比 从而显示数码 因此 须有光时才能使用 在无外界光的场合 如夜间 可利用背光灯的作用来使用 优点 耗电小 工作电压低 缺点 响应速度慢 显示不够清晰 3 数据分配器 常用的 分 分 将一路输入信号中分配到多路输出的电路 称为数据分配器 4 数据选择器 常用的 选 选 从多路输入信号中选择其中一路输出的电路 称为数据选择器 D0 Y Y D1 D2 D3 4 选 1 数据选择器工作示意图 A1 A A0 0 23 5 加法器 半加器 只考虑两个一位二进制数的相加 而不考虑来自低位进位数的运算 电路 全加器 不仅考虑两个一位二进制数相加 还考虑来自低位进位数相加的运 算电路 6 数值比较器 用于比较两个数大小 或相等的电路 二 题型题型 4 组合电路分析 例 3 1 5 组合电路设计 例 3 2 3 6 6 译码器 数据选择器构成逻辑函数 例 3 3 3 4 3 5 3 7 3 8 3 9 译码器实现逻辑函数的原理 译码器实现逻辑函数的原理 由于二进制译码器的输出为输入变量的全部最小项 即每一个输出对应一个 最小项 而任何一个逻辑函数都可以变换为最小项之和的形式 因此 用译码器 和门电路可实现任何组合逻辑函数 译码器实现逻辑函数的步骤 译码器实现逻辑函数的步骤 根据逻辑要求确定输入变量和输出变量 列出所求函数的真值表 根据真值表 写出所求函数的最小项表达式 根据所求函数的变量数目 选用合适的 MSI 器件 并写出该器件的输出函 数表达式 将所求函数的最小项表达式和 MSI 器件的输出函数表达式两相对照 确定 变量取值 根据变量取值 画连线图 24 数据选择器实现逻辑函数的原理 数据选择器实现逻辑函数的原理 由于数据选择器在输入数据全部为 1 时 输出为地址变量的全部最小项之和 而任何一个逻辑函数都可写成最小项之和的形式 因此 用数据选择器可以实现 逻辑函数 数据选择器实现逻辑函数的方法 数据选择器实现逻辑函数的方法 当逻辑函数中的变量数与数据选择器的地址端数相等时 若数据选择器输 出表达式中包含了逻辑函数的最小项 则相应的数据取 1 而对于逻辑函数中没有 的最小项 数据选择器输出表达式中相应的数据取 这时 数据选择器输出的 就是要实现的逻辑函数 当逻辑函数中的变量数比数据选择器的地址端数多 1 时 则数据选择器输 出表达式中的地址变量对应逻辑函数中的高位变量 输出表达式中的数据对应逻 辑函数中的低位变量 用数据选择器实现逻辑函数的步骤与译码器实现逻辑函数相同 例例 3 1 分析如图电路 解 列表达式 化简 略 列真值表 结论 三变量判异电路 例例 3 2 设有 A B C 三个输入信号通过排队线路 分别由 FA FB FC输出 在同一 时间内 只有一个信号通过 如果同时有两个以上信号出现 则以 A B C 的优先顺序通过 写出 FA FB FC的逻辑表达式 试用与非门画出逻辑图 解 解 列真值表 F A ABC B ABC C ABC A ABC B ABC C ABC ABCF 0000 0011 0101 0111 1001 1011 1101 1110 F A B C ABCFAFBFC 000000 001001 010010 011010 100100 101100 110100 111100 25 化简得 与非门实现 例例 3 3 试分别用八选一数据选择器设计下列函数 10 分 例例 3 4 写出下图电路输出 F 的逻辑函数 解解 例例 3 5 由 8 选 1 数据选择器 CT4151 构成的电路如下图所示 请写出该电路输出 函数 Y 的逻辑表达式 以最小项之和 m 形式表示 如果要实现逻 辑函数 Y m 1 2 5 7 8 10 14 15 则图中接线应怎样改动 12 分 E S1S y 1xx0 000D0 001D1 010D2 011D3 F 14 13 11 9 7 6 5 4 3 4 m D0 0 D1 D D2 1 D3 1 D4 D D5 D D6 D D7 D 由D0 1 D1 D3 C D2 C 则 F AB 1 AB C AB C AB C 化简 F AB BC BC 或 F AC BC BC A B C D FA A FB A B FC A B C 26 答 答 Y m 1 2 3 6 8 11 14 实现 Y m 1 2 5 7 8 10 14 15 则令 例例 3 6 试用双四选一数据选择器设计一个一位全加器 8 分 关键 一位全加器设计 功能表 令 Si W1 Ci W2 例例 3 7 某大厅有一盏灯和分布在不同位置的四个开关 A B C D 试为大厅 设计一个电灯开关控制逻辑电路 使得人们可以在大厅的任何一个位置控制灯的 亮或灭 例如 可以用 A 开关打开 然后用 B 或 C A D 开关熄灭 ABW1W2 00I10I20 01I11I21 10I12I22 11I13I23 ABCi 1SiCi 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 W1 W2 S1 S0 I10 I11 I12 I13 I20 I21 I22 I23 A B D1 D4 D5 D D0 D2 D3 D D6 0 D7 1 27 例例 3 8 试用 74LS138 实现下列逻辑函数 允许附加门电路 CAY1 CACABY2 答 例例 3 9 由双四选一数据选择器 74153 构成的电路如图所示 请写出 F 的表达式 用最小项之和 m 的形式表示 74153 功能表 真值表 ABCDF 00000 00011 00101 00110 01001 01010 01100 01111 10001 10010 10100 10111 11000 11011 11101 答 设 F 1 时 电灯亮 根据题义的真值表 其输出逻辑函数为 F A B C D 11110 W1 W2 A1 1E A0 2E 1D01D11D21D3 2D02D12D22D3 1 1 1 B C D A 1 F A B C D F 28 EA1A0W 1 0 00 0D0 00 1D1 01 0D2 01 1D3 练习题练习题 3 1 分析图题 3 1 所示逻辑电路的逻辑功能 图题 3 1 3 2 用与非门设计一个四变量表决电路 当变量 A B C D 有 3 个或 3 个以上 为 1 时 输出为 Y 1 输入为其它状态时输出 Y 0 3 33 3 选择题选择题 1 101 键盘的编码器输出 位二进制代码 A 2 B 6 C 7 D 8 2 若在编码器中有 50 个编码对象 则要求输出二进制代码位数为 位 A 5 B 6 C 10 D 50 3 一个 16 选一的数据选择器 其地址输入 选择控制输入 端有 个 A 1 B 2 C 4 D 16 4 八路数据分配器 其地址输入端有 个 F A W1 A W2 m 0 2 5 6 8 10 15 29 A 1 B 2 C 3 D 4 E 8 5 在下列逻辑电路中 不是组合逻辑电路的有 A 译码器 B 编码器 C 全加器 D 寄存器 6 四选一数据选择器的数据输出 Y 与数据输入 Xi 和地址码 Ai 之间的逻辑表达式 为 Y A B C D 3 XAAXAAXAAXAA 012 0 110 1 0 01 0 01XAA 10 1XAA 3 XAA 01 7 一个 8 选一数据选择器的数据输入端有 个 A 1 B 2 C 3 D 4 E 8 8 用四选一数据选择器实现函数 Y 应使 0101 AAAA A D0 D2 0 D1 D3 1 B D0 D2 1 D1 D3 0 C D0 D1 0 D2 D3 1 D D0 D1 1 D2 D3 0 9 用三线 八线译码器 74LS138 和辅助门电路实现逻辑函数 Y 应 122 AAA A 用与非门 Y B 用与门 Y 765410 YYYYYY 32Y Y C 用或门 Y D 用或门 Y 32 YY 765410 YYYYYY 10 用三线 八线译码器 74LS138 实现原码输出的 8 路数据分配器 应 A 1 D 0 B 1 D D A ST B ST C ST A ST B ST C ST C 1 0 D D D 0 0 A ST B ST C ST A ST B ST C ST 11 以下电路中 加以适当辅助门电路 适于实现单输出组合逻辑电路 A 二进制译码器 B 数据选择器 C 数值比较器 D 七段显示译码器 3 43 4 判断题 正确打判断题 正确打 错误的打 错误的打 1 优先编码器的编码信号是相互排斥的 不允许多个编码信号同时有效 2 编码与译码是互逆的过程 3 二进制译码器相当于是一个最小项发生器 便于实现组合逻辑电路 4 液晶显示器的优点是功耗极小 工作电压低 5 液晶显示器可以在完全黑暗的工作环境中使用 6 半导体数码显示器的工作电流大 约 10mA 左右 因此 需要考虑电流驱动能 力问题 30 7 共阴接法发光二极管数码显示器需选用有效输出为高电平的七段显示译码器来 驱动 8 数据选择器和数据分配器的功能正好相反 互为逆过程 9 用数据选择器可实现时序逻辑电路 3 53 5 填空题填空题 1 半导体数码显示器的内部接法有两种形式 共 接法和共 接法 2 对于共阳接法的发光二极管数码显示器 应采用 电平驱动的七段显示译 码器 部分练习题答案部分练习题答案 3 3 选择题 1 C2 B3 C4 C5 D6 A7 E8 A9 AB 10 ABC 11 AB 3 4 判断题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 5 填空题 1 阴 阳 2 低电平 31 第四讲第四讲 时序逻辑电路时序逻辑电路 一 触发器一 触发器 触发器 能够记忆一位二值信号的基本逻辑单元 两个名词 现态 触发器输入信号变化前的状态 也称为初态或原态 用 Qn表示 次态 触发器输入信号变化后的状态称为次态 用 Qn 1表示 分类 触发器按逻辑功能可分为 RS 触发器 JK 触发器 D 触发器 T 触发器 1 RS 触发器触发器 在有效时钟作用下能完成如下功能的触发器 功能表 特性表 状态转换真值表 特性方程 0 1 RS QRSQ nn 约束条件 状态转换图 RSQ n 1说明 00 n Q 保持 011 置 1 100 置 0 11 不定 Q Q S CP R SdRd Q Q S Cl R SdRd S CP R 01 R S 0 R 0 S R 0 S 1 R 1 S 0 32 2 D 触发器触发器 在有效时钟作用下能完成如下功能的触发器 功能表 特性方程 DQn 1 状态转换图 状态 转换真值 表 激励表 QnDQn 1QnQn 1D 000000 011011 100100 111111 3 JK 触发器触发器 在有效时钟作用下能完成如下功能的触发器 特性方程 nnn QKQJQ 1 状态转换图 DQ n 1说明 00 保持 11 置 0 JKQ n 1 说明 00 n Q 保持 010 置 0 101 置 1 11 n Q 翻转 Q Q Q Q D D ClCl SdRd D D CPCP 01D 0 D 0 D 1 D 1 01 J 0 K J K 0 J 1 K J K 1 33 4 T 触发器触发器 功能表 特性方程如下 nnn QTQTQ 1 状态转换图 5 不同触发器的转换 不同触发器的转换 方法 代数法 对比特性方程 例 4 1 将 D 触发器转换成 JK 触发器 画出逻辑电路图 解 T n Q 1 n Q 功 能 000 011 保 持 101 110 计 数 Q Q J Cl K SdRd J CP K Q Q T Cl SdRd T CP 转换转换 逻辑逻辑 给定给定 触发器触发器 Q Q Q Q 源 Qn 1 D 目的 Qn 1 JQn KQn 求源触发器输入 D JQn KQn 34 二 时序逻辑电路时序逻辑电路 1 定义定义 任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入 而且与电路原来的状态有关 2 电路的一般形式 电路的一般形式 X 0 i 为输入变量 Z 0 k 为输出变量 W 0 m 为驱动变量 Q 0 n 为状态变量 3 时序逻辑电路的表示方法 时序逻辑电路的表示方法 方程组 方程组 驱动方程 触发器输入表达式 状态方程 触发器输出表达式 输出方程 整个时序电路输出表达式 状态表 状态表 反映时序电路输入 输出 现态 次态之间对应关系取值的表格 状态图 状态图 状态转换图是指电路由现态转换到次态的示意图 时序图 时序图 4 时序逻辑电路的分类 时序逻辑电路的分类 按时钟 5 时序电路的分析 时序电路的分析 驱动方程 输出方程 分析的步骤 分析的步骤 1 写出各触发器的输出方程 驱动方程 状态方程 2 列出状态转换真值表或状态转换图 同步时序逻辑电路 异步时序逻辑电路 逻辑 电路 输入函数 输出函数 触发器 状态方程 状态表状态图 功能 描述 35 3 视需要画出电路的输入 输出波形图 4 最后判断电路的逻辑功能 并评述其优缺点 6 题型题型 不同触发器的转换 例 4 1 时序电路分析 例 4 2 4 5 时序电路设计 标准计数器构成任意进制计数器 例 4 6 4 9 例例 4 2 画出下列时序电路的状态转换图和时序图 解 Q2nQ1nQ2n 1Q1n 1Z 00010 01100 10001CP 11101CP 功能 可以自启动的同步的三进制的加法计数器功能 可以自启动的同步的三进制的加法计数器 例例 4 3 画出下图电路中 F 的波形 Q1Q2 的初态都为 0 D1 Q1n Q2n D2 Q1n Z Q2n CP Q1n 1 Q1n Q2n Q2n 1 Q1n 00 01 10 11 1CP 1CP 0 0 CP Q1 Q2 Z J1 Q K1 Q J2 Q K2 Q F A CP CP A 36 例例 4 4 移位寄存器型计数器如图所示 若起始状态为 Q1Q2Q3Q4 0001 请写出从 Q4 输出一个周期的 m 序列 解 解 例例 4 5 画出下图电路 CP 和输出 Q1Q2的波形图 说明 Q1和 Q2的关系 答 Q1 Q2相位相差 90 度 三 时序电路的设计三 时序电路的设计 1 计数器分类 计数器分类 按时钟 进制 计数长度 有效状态数 2 标准计数器 标准计数器 N 构成任意进制计数器设计 构成任意进制计数器设计 计数器计数容量的扩展 NM 复位法 反馈清零法 置数法 复位法是利用芯片的复位端和门电路 跳越 N M 个状态 从而获得 M 进制计 数器 采用具有预置数功能的集成计数器时就可以用反馈置数法 复位法设计计数器的步骤 画出标准计数器的状态转换图 选取译码状态 SM 画图 例例 4 6 分析如下电路 例例 4 7 试用 16 进制计数器 74161 设计模 7 同步加法计数器 74161 功能表 CPCRLDCTTCTP功能 L 异步清零 HL 置数 HHLH保持 HHHL保持 HHHH计数 例例 4 8 试用两片 74161 设计一个模 60 加法计数器 6 分 74161 功能表 CPCR LD CTTCTP功能 L 异步清零 HL 置数 HHLH保持 Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0 CTCTT T COCO CTCTP P 7416174161 CPCP LDLD CRCR D D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0 1 CP 0 0 0 0 Q3 Q2 Q1 Q0 CTT CO CTP 74161 CP LD CR D3 D2 D1 D0 38 HHHL保持 HHHH计数 S SM M 60 111100 60 111100 练习题练习题 4 14 1 选择题选择题 1 N 个触发器可以构成能寄存 位二进制数码的寄存器 A N 1 B N C N 1 D 2N 2 在下列触发器中 有约束条件的是 触发器 A 主从 JK B 主从 D C 同步 RS D 边沿 D 3 一个触发器可记录一位二进制代码 它有 个稳态 A 0 B 1 C 2 D 3 E 4 4 存储 8 位二进制信息要 个触发器 A 2 B 3 C 4 D 8 5 对于 T 触发器 若原态 Qn 0 欲使新态 Qn 1 1 应使输入 T A 0 B 1 C Q D Q 6 对于 T 触发器 若原态 Qn 1 欲使新态 Qn 1 1 应使输入 T A 0 B 1 C Q D Q 7 对于 D 触发器 欲使 Qn 1 Qn 应使输入 D A 0 B 1 C Q D Q 8 对于 JK 触发器 若 J K 则可完成 触发器的逻辑功能 A RS B D C T D T 9 欲使 JK 触发器按 Qn 1 Qn 工作 可使 JK 触发器的输入端 A J K 0 B J Q K C J K Q D J Q K 0 E J 0 K QQQ 10 欲使 JK 触发器按 Qn 1 n 工作 可使 JK 触发器的输入端 Q A J K 1 B J Q K C J K Q D J Q K 1 E J 1 K Q QQ 11 欲使 JK 触发器按 Qn 1 0 工作 可使 JK 触发器的输入端 A J K 1 B J Q K Q C J Q K 1 D J 0 K 1 E J K 1 12 欲使 JK 触发器按 Qn 1 1 工作 可使 JK 触发器的输入端 39 A J K 1 B J 1 K 0 C J K D J K 0 E J K 0 QQ 13 欲使 D 触发器按 Qn 1 n 工作 应使输入 D Q A 0 B 1 C Q D Q 14 下列触发器中 克服了空翻现象的有 A 边沿 D 触发器 B 主从 RS 触发器 C 同步 RS 触发器 D 主从 JK 触发器 15 下列触发器中 没有约束条件的是 A 基本 RS 触发器 B 主从 RS 触发器 C 同步 RS 触发器 D 边沿 D 触发器 16 描述触发器的逻辑功能的方法有 A 状态转换真值表 B 特性方程 C 状态转换图 D 波形图 17 为实现将 JK 触发器转换为 D 触发器 应使 A J D K B K D J C J K D D J K DDD 18 边沿式 D 触发器是一种 稳态电路 A 无 B 单 C 双 D 多 4 2 判断题 正确打判断题 正确打 错误的打 错误的打 1 D 触发器的特性方程为 Qn 1 D 与 Qn 无关 所以它没有记忆功能 2 RS 触发器的约束条件 RS 0 表示不允许出现 R S 1 的输入 3 同步触发器存在空翻现象 而边沿触发器和主从触发器克服了空翻 4 主从 JK 触发器 边沿 JK 触发器和同步 JK 触发器的逻辑功能完全相同 5 若要实现一个可暂停的一位二进制计数器 控制信号 A 0 计数 A 1 保持 可 选用 T 触发器 且令 T A 6 对边沿 JK 触发器 在 CP 为高电平期间 当 J K 1 时 状态会翻转一次 4 3 填空题填空题 1 触发器有 个稳态 存储 8 位二进制信息要 个触发器 2 一个基本 RS 触发器在正常工作时 它的约束条件是 1 则它不允许输 R S 入 且 的信号 SR 3 触发器有两个互补的输出端 Q 定义触发器的 1 状态为 0 状态 Q 为 可见触发器的状态指的是 端的状态 40 4 一个基本 RS 触发器在正常工作时 不允许输入 R S 1 的信号 因此它的约 束条件是 5 在一个 CP 脉冲作用下 引起触发器两次或多次翻转的现象称为触发器的 4 4 同步 RS 触发器如图题 4 4 所示 试画出 Q 对应 R 和 S 的波形 设 Q 的初态为 0 图题 4 4 4 5 已知下降沿有效的 JK 触发器 CP J K 及异步置 1 端 异步置 0 端的波 dSdS 形如图题 4 4 所示 试画出 Q 的波形 设 Q 的初态为 0 图题 4 5 图题 4 6 4 6 已知 CP D 的波形如图题 4 6 试画出高电平有效和上升沿有效 D 触发器 Q 的波形 设 Q 的初态为 0 4 7 设图题 4 7 中的触发器的初态均为 0 试画出 Q 端的波形 41 图题 4 7 4 8 设图题 4 8 中的触发器的初态均为 0 试画出对应 A B 的 X Y 的波形 图题 4 8 4 9 电路如图题 4 9 所示 S 为常开按钮 C 是用来防抖动的 试分析当点击 S 时 发光二极管 LED 的发光情况 图题 4 9 4 10 试分析图题 4 10 所示的时序电路 步骤要齐全 图题 4 10 4 11 试分析图题 4 11 所示的时序电路 步骤要齐全 42 图题 4 11 4 12 试用 74LS161 构成 28 进制计数器 4 13 试分别采用 反馈归零法 和 预置法 用 74LS161 构成 8 进制计数器 要 求 输出 8421BCD 码 4 14 试分别采用 反馈归零法 和 预置法 用 74LS160 构成 8 进制计数器 要 求 输出 8421BCD 码 答案答案 4 14 1 选择题选择题 1 B2 C3 C4 D5 BD6 AD7 C8 C 9 ABDE10 ACE11 BCD12 BCE13 D14 ABD 15 D16 ABCD17 A18 C 4 2 判断题判断题 1 2 3 4 5 6 4 3 填空题填空题 1 2 8 2 0 0 3 Q 1 0 Q 0 1 QQQ 4 RS 0 5 空翻 4 4 波形如图所示 4 5 Q 的波形如图所示 43 4 6 Q 的波形如图所示 4 7 Q1 Q7 的波形如下图所示 4 8 X Y 的波形如下图所示 4 9 假设 LED 初始状态是灭 点击 S 一下 LED 变亮 再点击 S 一下 LED 变灭 4 10 驱动方程 J0 K0 1 状态方程 Q0n 1 n 1 Q n 1 Q n 0 Q 44 J1 Q0n K1 1 Q1n 1 Q0n n 1 Q 状态转换表 状态转换图 11 00 01 10 逻辑功能 能自启动的同步三进制加法计数器 4 11 逻辑功能 异步八进制加法计数器 Q1nQ0nQ1n 1Q0n 1 0001 0110 1000 1100 45 第五讲第五讲 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 一 一 施密特触发器施密特触发器 矩形脉冲的整形电路 1 概念 具有滞后电压传输特性的触发器 2 特点 具有两个阈值电压 正向阈值电压 UT 和负向阈值电压 UT 回差电压 UT UT UT 分立元件构成的施密特触发器参数 正向阈值电压 UT R1 R2 UTH 负向阈值电压 UT R1 R2 UTH 回差电压 UT R1 R2 UDD a 电路图 b 逻辑符号 c 工作波形 d 电压传输特性 二 二 单稳态触发器单稳态触发器 矩形脉冲的整形电路 特点 具有一个稳态 一个暂稳态 在触发信号作用下由稳态进入暂稳 态 暂稳态维持一段时间后 自行进入稳态 暂稳态维持时间取决于电 46 路本身的参数 与触发脉冲的宽度和幅度无关 分立元件构成的单稳态触发器所产生的时钟脉宽 TW 0 69RC 三 三 多谐振荡器多谐振荡器 矩形脉冲产生电路 特点 具有二个暂稳态 无触发信号 通电后 电路在二个暂稳态之间 来回震荡 形成连续的脉冲 信号 分立元件构成的多谐振荡器 所产生的时钟周期 T 1 4RC 四 四 555 定时器及其应用定时器及其应用 a 内部结构电路图 b 外部引脚排列图 47 555 定时器的功能 D R TH TR QTD 0XX0通 1 2 3VDD 1 3VDD0通 1 2 3VDD 1 3VDD1止 11 3VDD不变不变 555 定时器构成分立元件构成施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器 构成施密特触发器 正向阈值电压 UT 2 3VDD 负向阈值电压 UT 1 3VDD 回差电压 UT 1 3VDD 构成单稳态触发器 48 时钟脉宽 TW 1 1RC 构成多谐振荡器 时钟周期 T 0 69 R1 2R2 C 五 五 题型题型 电路及元件参数计算 电路分析及绘制波形 例例 5 1 由 555 定时器组成的施密特触发器具有回差特性 回差电压 UT的大小对 电路有何影响 怎样调节 当 UDD 12V 时 UT UT UT各为多少 当控制端 C U 外接 8V 电压时 UT UT UT各为多少 答 回差电压越大 施密特触发器的抗干扰能