数字电子技术基础备课笔记

精品文档 1欢迎下载 数字电子技术基础复习 使用教材 数字电子技术基础 第四版 高等教育出版社 总 学 时 68 班 级 14 电子 2 班 1 2 课时 精品文档 2欢迎下载 2101 103106108104 第一章 逻辑代数基础第一章 逻辑代数基础 本章的教学目的与要求 1 了解常用的数制及其转换方法 2 理解常用码制的编码方法 3 理解三种最基本的逻辑关系 4 了解逻代的三条法则 5 掌握逻函的公式化简法和卡诺图化简法 6 深入理解逻辑功能的逻辑函数表达式 真值表 逻辑图 卡诺图四种描述方法 并 掌握它们间的转换方法 本章的教学重点 1 逻函的两种化简方法 2 逻辑功能的四种描述方法和转换方式 本阐的教学难点 逻代公式化简法的技巧 1 11 1 概概 述述 1 1 11 1 1 数字量和模拟量数字量和模拟量 模拟量 随时间是连续变化的物理量 特点 具有连续性 表示模拟量的信号叫做模拟信号 工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路 数字量 时间 幅值上不连续的物理量 特点 具有离散性 表示数字量的信号叫做数字信号 工作在数字信号下的电子电路称为数字电路 1 1 21 1 2 数制和码制数制和码制 一 数制一 数制 1 1 十进制 十进制 Decimal Decimal 有十个数码 0 1 9 逢十进一 基数为十 可展开为以 10 为底的多项式 如 48 63 通式 n oi i i m m n n n nD a aaaaaD 10 1010101010 1 1 0 0 1 1 2 2 二进制 二进制 Binary Binary 有两个数码 0 1 逢二一 基数为 2 可展为以 2 为底的多项式 如 精品文档 3欢迎下载 式中 2i 称为位权 同理 用同样方法可分析十六进制数 此处不再说明 下面说明十进制与二进制间的对应关系 二 数制转换 1 二 十 方法 按位权展开再求和即可 2 十 二 整数部分 除 2 取余法 19 D 10011 B 19 18 1 9 8 4 4 1 0 2 2 1 0 演算过程 小数部分 乘 2 取整法 例 0 625 D 0 101 B 0 625 2 1 25 2 0 5 2 1 0 3 二 十六 方法 从小数点开始左右四位一组 然后按二 十进制的对应关系直接写出即可 如 110110010 11011 B 1B2 D8 H 二 码制二 码制 用不同的数码表示不同事物的方法 就称为编码 为便于记忆和处理 在编码时必须 十进制二进制十进制二进制 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 10 11 100 101 110 111 8 9 10 11 12 13 14 15 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 DDB 375 5 2120212021 01 101 21012 精品文档 4欢迎下载 遵循一定的规则 这些规则就称为码制 例如 一位十进制数 0 9 十个数码 用四位二进制数表示时 其代码称为二 十进 制代码 简称 BCD 代码 BCD 代码有多种不同的码制 8421BCD 码 2421BCD 码 余 3 码等 十进制8421 码 2421 码 A 2421 码 B 5211 码余 3 码 余 3 循环 码 0000000000000000000110010 1000100010001000101000110 2001000100010001001010111 3001100110011010101100101 4010001000100011101110100 5010101011011100010001100 6011001101100100110011101 7011101111101110010101111 8100011101110110110111110 9100111111111111111001010 权 8421242124215211 3 4 课时 精品文档 5欢迎下载 1 21 2 逻辑代数中的三种基本运算逻辑代数中的三种基本运算 逻辑代数 布尔代数 用来解决数字逻辑电路的分析与设计问题 0 1 的含义 在逻辑代数及逻辑电路中 0 和 1 已不再具有值的概念 仅是借来表示事物的两种 状态或电路的两种逻辑状态而已 如 真 1 合 1 高 1 取值 开关 电平 假 0 分 0 低 0 参与逻辑运算的变量叫逻辑变量 用字母 A B 表示 每个变量的取值非 0 即 1 逻 辑变量的运算结果用逻辑函数来表示 其取值也为 0 和 1 一 与逻辑运算一 与逻辑运算 1 1 与逻辑定义 与逻辑定义 某一事件能否发生 有若干个条件 当所有条件都满足时 事件才能发生 只要一个 或一个以上的条件不满足 事件就不发生 这种决定事件的因果关系 与逻辑关系 2 与逻辑真值表 3 与逻辑函数式 4 与逻辑符号 Y A B CPD 减计数脉冲输入端 异步方式接收预置数 2 同步十进制计数器 加法 驱动方程 次态方程 输出方程 状态转换图 Q QQ 3 3 3 Q QQ 2 2 2 Q QQ 1 1 1 Q QQ 0 0 0 COCOCO BOBOBO LDLDLD 741937419374193 R R R D DD D DD 3 3 3 D DD 2 2 2 D DD 1 1 1 D DD 0 0 0 CPCPCPU U U CPCPCPD D D Q QQ Q QQ 1J1J1J CPCPCP 1K1K1K Q QQ Q QQ 1J1J1J CPCPCP 1K1K1K Q QQ Q QQ 1J1J1J CPCPCP 1K1K1K Q QQ Q QQ 1J1J1J CPCPCP 1K1K1K 1 1 1 31 0 0 K QJ K J n 1 1 1 3 123 2 2 K QQJ K J nn n n n nnnn nn nnn nn QCP QCP QCP CPCP QQQQ QQ QQQ QQ 03 12 01 0 123 1 3 2 1 2 13 1 1 0 1 0 000000000000000100010001001000100010 001100110011010001000100 010101010101 011001100110011101110111100010001000100110011001 101010101010 101110111011 110011001100110111011101 111011101110 111111111111 精品文档 62欢迎下载 43 44 课时 3 二 五 十进制异步计数器 74LS290 FF0 构成一位二进制计数器 计数脉冲为 CP0 FF3 FF1 构成一位五进制计数器 计数脉冲为 CP1 11 1 1 3 213 2 2 1 31 K QQJ K J K QJ nn n 13 12 11 123 1 3 22 131 CPCP QCP CPCP nnnn nn nnn QQQQ QQ QQQ 将 CP1接 Q0 在 CP0端加计数脉冲就构成了异步十进制计数器 将 CP1接 Q0 在 CP0 端加计数脉冲就构成了异步十进制计数器 S91 S92 为异步置 9 端 R01 R02 为异步置 0 端 三 任意进制计数器三 任意进制计数器 1 大模构建小模 反馈置 0 法 适用于具有置零功能的计数器 例 1 用同步十进制加法计数器 000000000001001001010010010 011011011 100100100 000000000000000100010001001000100010001100110011 010101010101 010001000100 011001100110011101110111100010001000100110011001 取反馈信取反馈信取反馈信 号号号 精品文档 63欢迎下载 74LS160 异步清零 同步预置数 构建六进制计数器 存在的问题 0110 状态虽很短暂 但对后续电路仍会产生 一定的干扰 由于各触发器复位时间可能不等 如 Q1先于 Q2复位 则 Q1复位后 立即 1 造成 Q2不能有效复位 导致计数错误 DR 改进型电路 反馈置数法 适用于具有预置数功能的计数器 例 2 要求同例 1 000000000000 000100010001001000100010001100110011 01000100010001010101 0101 Q QQ 3 3 3 Q QQ 2 2 2 Q QQ 1 1 1 Q QQ 0 0 0 C C C R R R D DD LDLDLD 741607416074160 EPEPEP D DD 3 3 3 D DD 2 2 2 D DD 1 1 1 D DD 0 0 0 ETETET CPCPCP 0 10 1 01 K QXJ XK XQJ n n 据此可画出逻辑电路图 并画出状态转换图以检查能否自启动 例 1 分析图 P5 1 时序电路的逻辑功能 写出电路的驱动方程 状态方程和输出方程 画 出电路的状态转换图 说明电路能否自启动 Q QQ i i i n 1n 1n 1 Y Y Y Q QQ 1 1 1n n n Q QQ 0 0 0n n n X X X 000000 010101 111111 101010 0 0 0 1 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 01 1 10 0 0 0 0 0 1 1 10 0 0 1 1 1 3 123 1 3 122121 1 2 13 1 1 33213 122 311 13 QY QQQQ QQQQQQQ QQQQQ QKQQJ QKJ QKJ n n n 精品文档 70欢迎下载 Q3 Q1 49 50 课时 第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 6 16 1 概述概述 实际中常需要连续不断的矩形脉冲或单个的矩形脉冲 获取矩形脉冲的方法不外乎由 电路直接产生或经整形产生 本章主要介绍满足这些要求的单元电路 6 26 2 施密特触发器施密特触发器 6 2 16 2 1 用门电路组成用门电路组成 精品文档 71欢迎下载 由 CMOS 构成 电路条件 R12 3V 2 3V 2 3VCC CCCC 2 3V 2 3V1 3V 1 3V 1 3VCC CCCC 1 3V 1 3V 1 3VCC CCCC 1 3V 1 3V 1 3VCC CCCC 1 3V 1 3V2 3V 2 3V 2 3VCC CCCC 2 3V 2 3VC1 C1 C1 OEOEOE CLKCLKCLK Q QQ I I I 1 1 1 I I I 2 2 2 1DQ1DQ1DQ Q QQ C1 C1 C1 OEOEOE CLKCLKCLK 精品文档 87欢迎下载 第九章第九章 数数 模及模模及模 数转换器数转换器 9 19 1 概述概述 DAC 数字量转换成模拟量 ADC 模拟量转换成数字量 主要性能参数 转换精度和转换速度 9 29 2 数数 模转换器模转换器 D AD A 9 2 19 2 1 权电阻网络权电阻网络 DACDAC 0 Si投向右侧 di 1 Si投向左侧 vO R 2 If R 2 I3 I2 I1 I0 R 2 VRef 23R d3 VRef 22R d2 VRef 21R d1 VRef 20R d0 VRef 24 23d3 22d2 21d1 20d0 当 d3d2d1d0 0000 时 vO 0 当 d3d2d1d0 1111 时 vO 24 1 24 VRef 优缺点 结构简单 所用元件数少 缺点是位数越多 电阻值差异越大 很难保证精度 9 2 29 2 2 倒倒 T T 形电阻网络形电阻网络 DACDAC v0 IfR VRef 24 23d3 22d2 21d1 20d0 A AA d d d3 3 3 d d d2 2 2 d d d1 1 1 d d d0 0 0 V V V RefRefRef v v v O OO R 2R 2R 2 2 2 23 3 3R R R 2 2 22 2 2R R R 2 2 21 1 1R R R 2 2 20 0 0R R R I I I 1 1 1 I I I 0 0 0 I I I 2 2 2 I I I 3 3 3 I I If f f A AA d d d3 3 3 d d d2 2 2 d d d1 1 1 d d d0 0 0 V V V RefRefRef v v v O OO R R R I 2I 2I 2 4 4 4 I 2I 2I 2 3 3 3 I 2I 2I 2 2 2 2 I 2I 2I 2 1 1 1 I I I I 2I 2I 2 1 1 1 I 2I 2I 2 2 2 2 I 2I 2I 2 3 3 3 I 2I 2I 2 4 4 4 2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R 2R2R2R R R R R R R R R R I I If f f 精品文档 88欢迎下载 集成 DAC AD7520 输入为 10 位二进制数 其运放需外接 精品文档 89欢迎下载 61 62 课时 9 2 39 2 3 权电流型权电流型 DACDAC vO IfRF IRF 1 24 d0 1 23 d1 1 22 d2 1 2 d3 VRefRF 24 RR 23d3 22d2 21d1 20d0 集成 DAC0808 当 VRef 10V RR RF 5k 时 若 d7 d0 00000000 则 VOmin 0V 若 d7 d0 11111111 则 VOmax 9 96V 9 2 49 2 4 双极性双极性 DACDAC V V V RefRefRef A A A d d d0 0 0d d d1 1 1 d d d2 2 2d d d3 3 3 v v v O OO R R RF F F I 2I 2I 2 4 4 4 I 2I 2I 2 1 1 1 I I I I 2I 2I 2 2 2 2 I 2I 2I 2 3 3 3 I I I BOBOBO 2R2R2R 2R2R2R 2R2R2R2R2R2R2R2R 2R R R R R R R R R R I I If f f A AA V V VEE EEEE R R R R R RR R R I 2I 2I 2 4 4 4 I I I RefRefRef DAC0808DAC0808DAC0808 A AA 5k5k5k R R RR R R V V V RefRefRef V V V CCCCCC v v v O OO R R RF F F 0 010 010 01 F F F V V VEE EEEE d d d1 1 1 d d d0 0 0 d d d7 7 7 141414 131313 151515 2 2 2 4 4 4 161616 3 3 3 5 5 5 6 6 6 121212 A AA d d d2 2 2 d d d1 1 1 d d d0 0 0 V V VRef RefRef 8V 8V 8V v v v O OO R R R I I I I 2I 2I 2 V V VB B B I I I B B B 2R2R2R2R2R2R2R2R2R 2R2R2R R R R R R R I I If f f 精品文档 90欢迎下载 原原原 码码码 d d d 2 2 2 d d d 1 1 1 d d d0 0 0 输出电压输出电压输出电压加偏移加偏移加偏移 4V 4V 4V后的输出电压后的输出电压后的输出电压 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 0 0 0 3V 3V 3V 2V 2V 2V 1V 1V 1V 0V0V0V 1V 1V 1V 2V 2V 2V 3V 3V 3V 4V 4V 4V 而对于 3 位单极性 DAC 有 加偏移电压后可输出双极性电压 因为要求 d2d1d0 100 时 VO 0V 所以 VB RB VRef 2R I 2 综上所述 采用单极性 DAC 构成双极性 DAC 时 只要将最高位 MSB 取反 并加上适 当的偏移电压即可 9 2 59 2 5 DACDAC 的转换精度与转换速度的转换精度与转换速度 一 转换精度 1 分辨率 用二进制代码的位数来表示 如 8 位 10 位等 用二进制代码的的最低位为 1 与所有位全为 1 的比值来表示 如对于 10 补补补 码码码 d d d 2 2 2 d d d 1 1 1 d d d0 0 0 十进制数十进制数十进制数输出电压输出电压输出电压 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 1 1 1 0 0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 3V 3V 3V 2V 2V 2V 1V 1V 1V 0V0V0V 1V 1V 1V 2V 2V 2V 3V 3V 3V 4V 4V 4V 001 0 12 1 4 精品文档 91欢迎下载 2 转换误差 用最低有效位的倍数表示 如 1 2 LSB 表示最大误差的绝对值小于等于对应 输入为 00 01 时输出模拟电压的 1 2 用输出电压满度值的百分数表示 即 vOmax vOmax 100 产生误差的原因 VRef 的波动 运放本身的零漂 模拟开关的导通压降 网络电阻的偏差 二 转换速度 影响 tset的主要因素是运放的转换速 率 v v v OmaxOmaxOmax 000000000000 111111111111 0 0 0 v v v OmaxOmaxOmax LSB 2 1 v v v O OO t t t 0 0 0 稳态值稳态值稳态值 t t t setsetset 精品文档 92欢迎下载 63 64 课时 9 39 3 模模 数转换器数转换器 A DA D 9 3 19 3 1 ADCADC 的基本原理的基本原理 一 取样一 取样 采样采样 与保持与保持 Ts 采样间隔时间 fs 采样频率 fs 1 Ts 采样定理 fs 2 fi max 一般 fs 3 5 fi max 二 量化与编码二 量化与编码 量化 就是把采样点的值用最小数量单位 量化单位 的整数倍表示 一般取量化单位 为 1LSB 编码 就是把采样值的量化结果用一组代码来表示 量化方法1 量化方法 2 量化单位 1 8 V 量化单位 2 15 V 量化误差 1 8 V 量化误差 1 2 1 15V 9 3 29 3 2 采样采样 保持电路保持电路 S H S H 基本电路 VL 1 时 S 闭合 CH被充电 取 RF R1 则 Vo VI VL 1 时 S 断开 CH上电压基本保持不变 重要指标 获取时间和 VO T 9 3 39 3 3 直接直接 ADCADC 一 并联比较型 ADC 电路见 P481 FIG9 3 7 分压器 将 VRef分压为 15 等分 量化单位为 2 15 为比较器提供比较的基准电压 T T T s s s v v v I I I t t t 0 0 0 0V0V0V 1V1V1V 1 8V1 8V1 8V 3 8V3 8V3 8V 2 8V2 8V2 8V 4 8V4 8V4 8V 5 8V5 8V5 8V 6 8V6 8V6 8V 7 8V7 8V7 8V 000000000 010010010 001001001 011011011 100100100 101101101 110110110 111111111 0V0V0V 1V1V1V 1 15V1 15V1 15V 5 15V5 15V5 15V 3 15V3 15V3 15V 7 15V7 15V7 15V 9 15V9 15V9 15V 11 15V11 15V11 15V 13 15V13 15V13 15V 111111111 110110110 101101101 100100100 011011011 010010010 001001001 000000000 A AA v v v I I I v v v O OO v v vL L L S S S R R R1 1 1 R R RF F F C C C HHH 精品文档 93欢迎下载 比较器 将输入电压与基准电压进行比较 比较结果送寄存器寄存 寄存器 寄存比较结果 代码转换器 将寄存器的状态转化为三位二进制代码 工作原理 当 vI 1 15 VRef时 C1 C7 0 CP 作用后 Q1 Q7 0 d2d1d0 000 当 3 15 VRef vI 5 15 VRef时 C1 C2 1 C3 C7 0 CP 作用后 Q1 Q2 0 Q3 Q7 0 d2d1d0 010 依 此类推 优缺点 转换速度快 50ns 以下 S H 电路可有可无 量化电平划分越细 电路结构 越复杂 二 反馈比较型二 反馈比较型 ADCADC 1 计数器型 特点 结构简单 转换速度慢 2 逐次逼近式 3 位逐次逼近式 ADC 电路见 P485 FIG9 3 10 FF1 FF5 组成环形计数器 FFA FFC 组成寄存器 SA Q1 RA Q2vB SB Q2 RB Q1 Q3vB SC Q3 RC Q1 Q4vB G6 G8 组成输出控制电路 d2 QAQ5 d1 QBQ5 d0 QCQ5 工作原理 转换前 先将 QA QB QC置 0 将 Q1 Q5置成 10000 当 vL由 0 1 时 由于 SA 1 RA 0 SB 0 RB 1 SC 0 RC 1 所以在第一个 CP 到来时 QAQBQC 100 同时 Q1 Q5 01000 此时 若 vIvo 则 vB 0 SA RA 0 SB 1 RB 0 SC RC 0 Q