数字电子技术基础备课笔记

1、.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12 课时：.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。1.1概述1.1.1数字量和模拟量模拟量：随时间是连续变化的物理量。特

2、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。1.1.2数制和码制一、数制1、十进制 (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） 4 1018 1006 1013 102通式：D Da n10 na n 1 10 n 1a 0 10 0a 1 10 1a m 10 mn10 ia ii o2、二进制（ Binary)有两个数码：0、 1；逢二一（基数为2

3、）；可展为以2 为底的多项式。如：.(101.01) B (1 220 2112002 11 22)D(5.375) D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：十进制二进制十进制二进制008100011910012101010103111110114100121100510113110161101411107111151111二、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演算过程124919248180011小数部分：乘2 取整法例：（ 0.625） D（ 0.10

4、1）B0.625× 21.25×20.5×21.03、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，在编码时必须遵.循一定的规则，这些规则就称为码制。例如，一位十进制数 09 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2421 码5211 码余 3

5、 码余 3循环码（ A ）（ B）0000000000000000000110010100010001000100010100011020010001000100010010101113001100110011010101100101401000100010001110111010050101010110111000100011006011001101100100110011101701110111110111001010111181000111011101101101111109100111111111111111001010权842124212421521134 课时：.1.2逻辑代数中的

6、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1、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

7、辑符号ABYA&Y000B010?BY A1001115、与逻辑运算0?0=00?1=01?0=01?1=1二、 或逻辑运算1、或逻辑定义某一事件能否发生，有若干个条件。只要一个或一个以上的条件满足，事件就能发生；只有当所有条件都不满足时，事件就不发生，这种决定事件的因果关系“或逻辑关系 ”。2、或逻辑真值表3 、 或逻辑函数式4 、或逻辑符号ABYA 1Y000B011Y=A+B1011115、或逻辑运算0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1三、非运算1 、非逻辑定义条件具备时， 事件不能发生； 条件不具备时事件一定发生。 这种决定事件的因果关系称为“非逻辑关系 ”。2、非逻

8、辑真值表3 、非逻辑函数式4、非逻辑符号.AYY AA1Y01105 、非逻辑运算0 = 11 = 0四、几种最常见的复合逻辑运算1、与非2 、或非ABYABY001YAB001Y AB011A&Y010101A1Y100110BB1103、与或非ABCDYAB CD0000Y100110A11000 1BY11110CD1.3逻辑代数的基本公式和常用公式1.3.1基本公式一、变量与常量的运算A0 0；A 0A；A1 A；A 11。二、交换律、结合律、分配律AB BA； ABBA 。（ A B） C A （ B C）；（ AB ） C A（ BC）。A（B C） AB AC ；ABC（

9、 A B）（AC）三、一些特殊定律重叠律： A A A ；AA A。反转律： AA互补律： AA1；A A0。反演律： A BA B； ABAB。1.3.2常用公式吸收律： AAB AABABAAB归纳法.0000010010011111AABAB演绎法证：左边 AABABA(AA)BAB右边冗余律： ABACBCABAC下面证明两个常用的等式：ABABABAB证：右边AB? AB( AB)( AB)AAABBABB AB AB左边Y1ABABA 1B 异或函数。Y2ABABAB A B同或函数。或 1ABACABAC证：右边 ( AB)( AC)ACABBCACAB左边。56 课时：.1.4

10、、逻辑代数的基本定理1.4.1代入定理在逻辑代数中，如将等式两边相同变量都代之以另一逻函，则等式依然成立。如：AABAB则：ACDACDBACDB1.4.2反演定理将逻函中的 “+”变 “ ”， “ ”变 “+”； “0”变 “1”， “1”变“0”；原变量变反变量，反变量变原变量，所得新式即为原函数的反函数。如： Y( ABCD)E则： YA(BCD)E或A(BCD)E1.4.3对偶定理将逻函中的 “+”变 “ ”， “ ”变 “+”； “0”变 “1”， “1”变“0”；变量不变，所得新式即为原函数的对偶式。如： YA(BC)则：Y'ABC1.5逻辑功能的描述方法1.5.1逻辑函数

11、表达式YABCABCABC逻函是以表达式的形式反应逻辑功能。1.5.2真值表上述逻函的真值表如右表所示。真值表是以表格的形式反应逻辑功能。ABCY000000100100011010001011110111111.5.3逻辑图以逻辑符号的形式反应逻辑功能。与上述逻函对应的逻辑电路如下.逻辑功能还有其它描述方法。AB1 1CY11.5.4各种逻辑功能描述方法间的转换关系真值表逻函逻辑图例：已知逻辑图，求其真值表。A&&&YB&解：先由逻辑图写出逻函表达式，再将逻函表达式化为与或式并以此列出真值表。YAAB BAB AAB BAB A(AB) B(A B) AB A

12、BABY0000111011101.6逻函的公式化简法1.6.1化简的意义先看一例：B1& 1A1Y&CYABAC 与或表达式.ABACAB AC 与非与非表达式ABAC 与或非表达式( AB)( AC) 或与表达式A B A C 或非或非表达式可见，同一逻函可以有多种表达方式，自然对应有不同的实现电路。那么哪种实现电路的方案最简单呢？因此，化简就成为最重要、最有实际意义的问题了。1.6.2化简的原则1、表达式中乘积项最少（所用的门最少）；2、乘积项中的因子最少（门的输入端数最少）；3、化为要求的表达形式（便于用不同的门来实现）。78 课时：.1.6.3公式化简法例 1：YAB

13、ABABCABCDABCDAB(1C )ABABCDABCDABAB( ABAB)CDABABABAB CDABABCD例 2：YABCADCDBDBEDABCADCDBDABC( AC)DBDABCACDBDABCACD例 3：YABBCBCABAB(CC)BC( AA)BCABABCABCABCABCBCABBCACAB1.7逻函的卡诺图化简法公式化简法建立在基本公式和常用公式的基础之上，化简方便快捷， 但是它依赖于人们对公式的熟练掌握程度、经验和技巧， 有时化简结果是否为最简还心中无数，而卡诺图化简法具有规律性，易于把握。1.7.1逻函的标准形式逻函有两种标准表达形式，即最小项和最大项表

14、达形式，这里主要介绍最小项表达形式。一、最小项定义：设某逻函有个变量，是个变量的一个乘积项，若中每个变量以原变量或反变量的形式出现一次且只出现一次，则称为这个逻函的一个最小项。如： Y ( A、B、C、D） AB CDA BCDA BC是不是1、最小项性质A B C最小项编号、个变量必有且仅有2最小项约定：原变量用 “1表”示；000ABC 0反变量用 “0表”示。001ABC 1注：用编号表示最小项时，变量数不同， 相010ABC 2同编号所对应的最小项名也不同。011ABC 3如， 6：100ABC 4对三变量逻函为：ABC101ABC 5110ABC 6对四变量逻函为：ABC D111A

15、BC 7、所有最小项之和恒等于1.根据这一性质知，逻函一般不会包含所有最小项。2、最小项的求法Y (ABAB C)AB AB ABCABABCY000( ABAB)C AB ABC ABCAB(CC )0ABC ABC ABC ABC m5m3 m7m60010m(3,5,6,7)0100注：逻函的最小项表达形式是唯一的。0111在真值表中， 逻函所包含的最小项恰是逻函取值为1000“1”所对应的项，如：1011二、最大项自学110111111.7.2逻函的卡诺图表示法一、逻辑相邻项定义：在逻函的两个最小项中，只有一个变量因互补而不同外，其余变量完全相同。如：ABC与A BC 。显然，在真值表

16、中，几何相邻的两个最小项未必满足逻辑相邻。那么，能否将真值表中的最小项重新排列从而使得几何相邻必逻辑相邻呢？答案是：能，那就是真值表！BCBCBCBCBCA00011110A0ABCABCABCABC 13 20A1ABCABCABCABC 4 5 7 6二变量：B01A01四变量：CD00 01 11 10AB00.011110.二、相邻项的合并规则两个相邻项合并可消去一个变量，如：四个相邻项合并可消去两个变量，ABC DABCDABCABCDABCDBCD如： m4m5m12m13ABC DABCDABC DABCDABCABCm0m2m8m10BD八个相邻项合并可消去三个变量，如： m0

17、m2m4m6m8m10m12m14D同理：十六个相邻项合并可湔去四个变量；以此类推。910 课时：.1.7.3逻函的卡诺图化简法化简原则：被圈最小项数应等于2 个；卡诺圈应为矩形且能大不小；最小项可被重复圈但不能遗漏；每圈至少应包含有一个新有最小项。例 1： Y （ 0， 1， 3， 7） ABBCYBC00011110A011111例 2：Y （ 0， 4， 5， 7， 15）AC DABCBCD或：AC DABDBCDYCD00011110AB001例 3：1110111110YBDABC DACDACDABC DYBDABCACDABCACDYABCACDABCAC D例 4：YCD00

18、011110AB0010111111111101Y= m(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14)圈“ 1”法：YADCDBCABYCD00011110AB圈“ 0”法：依据：Y+ Y 1，即（ Y+ Y ）000111包含所有最小项，未被Y 包含的最小项必被 Y011111所包含；又 Y 1 时， Y 0， Y （ 0，111101101111.15）YABC DABCD ， YABC DABCD此例说明：卡诺图不仅可以化简逻函，还可以转换表达形式。1.8约束逻函的化简法1.8.1约束项和约束条件在 8421BCD 码中， m10m 15 这六个最小项是不允许出现的

19、，我们把它们称之为约束项（无关项、任意项） 。（ 10， 11， 12， 13， 14，15） 0称为约束条件。1.8.2约束逻函的化简例：设 A 、 B、 C、D 为一位 8421BCD 码，当 C、D 两变量取值相反时，函数值取值为1，否则取值为0，试写出逻函的最简表达式。解：先列出该逻辑问题的真值表：ABCDYYABCDABC DABCDABC D00000ABCD0011m(10,11,12,13,14,15)0000101Y00110CD01111001000AB0001011001101101011101110100001110011101YCDCD若不利用约束项， 则化简结果为：

20、YACDAC DBC D1112 课时：.第二章：门电路本章的教学目的与要求：1、了解二、三极管的静态开关特性；2、理解 TTL 门电路的工作原理和特性曲线；3、掌握 TTL 门电路的性能参数；4、了解 CMOS 与非门的工作原理，理解其性能参数；5、理解 OC、 TS 门的作用和特点。本章的教学重点：TTL 门电路的性能参数及使用方法。本章的教学难点：TTL 门电路的原理及特性分析。2.1概述一、门电路用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为门电路。二、正、负逻辑1001正逻辑负逻辑2.2二、三极管的开关特性2.2.1二极管的开关特性SDRU1U2截止断开Vi /V闭合导通2.2.

21、2三极管VCC的开0t/ ms关特性RCVO/V.RVOVVT0t/ ms截止区放大区饱和区.截止区： I I 0， V V 相当于饱和区： I V /( Rc)=Ics ，V 0V相当于2.3最简单的与、或、非门电路2.3.1二极管与门5VRD13VAY3.7V0VD 2B0.7V高电平“ 1”约定：电平低电平“ 0”Y=A · B与逻辑功能。2.3.2二极管或门ABY0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3VABY0000101001113VD 1ABY.0V2.3VD2R0V.ABY000011101111Y=A+B 或逻辑功能。VC C(5V )2.3.3三极管非门R

22、C5VR 11kYAY3 .3k01T5V0VA10 =20R20V10kYAVEE(-8V)一、当 0V时vBEVEE R183.3vI02V 。所以 VT 截止， IC=0 ，V O=5V 。R1 R23.310二、当 Vi=5V时VIvBE50.7设： T 导通，则： VBE 0.7V ，所以， I 1R11.3mA ，3.3I 2vBE (VEE )0.7 (8)I 1I 21.3 0.87 0.25mA 。又因R2100.87mA,而 I BS为 IB IBS，所以 T 饱和导通， 0V 。1314 课时：.2.4TTL 门电路2.4.1TTL 反相器V CC一、电路结构及工作原理（

23、5V）R2R4R11301.64T33.4VAT1T2DY20.2VD 1R3T 411、输入 A 0.2V （ V IL ）T 1 导通， V B1 0.9V ， T2、T 4 截止， I B1(V CC V B1)/R 1=1.025 A 。 T1 深度饱和， Y（输出） V CC V R2 V BE3 V D2 3.4V V OH。2、输入 A 3.4V （ V OH）T 1 集电结导通、 T2、T4 饱和， V B1 2.1V ，T 1 发射结反偏，V E2 V B1 V BC1 V BES22.1V0.7V 0.7V 0.7V ，V C2 VE3CES2 0.2V 0.9V32O 0

24、.2V。 V 0.7V，所以 T、D截止，V二、电压传输特性o（ VI ）5V1VVVTH 称为阈电压或门槛电压，约为三、输入噪声容限通常，很难保证输入、输出电平在正常值上始终不变，V OH（） 2.4V ；V OL （） 0.4V 。然后根据电压传输特性曲线由：VO/ VA3.4VBCD0VI/ VV TH1.4V 。V H （）V HN（3V）V H （）V OH（）V IL （）；V L （）V OL （）V IH （）。V L （）VLN（ 0.2V ）一般大约：.V IL （） 0.8V ；V IH（） 2.0V 。1V OV I1定义：V NL V IL（） V OL（） 0.8V

25、 0.4V 0.4V ；V NH V OH（） V IH（） 2.4V 2.0V 0.4V 。噪声容限反应了门电路的抗干扰能VO/ VAB3.4VV OH （）CV OL （）D0VI/ VV OH （）力。V IH （）VO L （）V IL （）2.4.2 TTL 反相器输入、输出特性一、输入特性 I （ I）I / A5V5VI IH （0.04m A ） I1R1v I / V0 II IST 11.4VV BE2 V BE4IIS 称为输入短路电流；IIH 称为高电平输入电流。二、输出特性O（ L ）5V L1 ORL1、 高电平输出特性. O H/ V.5V5 A0 L / AR2

26、R4L OHT 374 系列门电路输出高电平时的L 不能超过0.4 A 。2、 低电平输出特性 OH/ V16 A0.2V0 L / AR31516 课时：D 2RL5V LRL OLT 4.3、 扇出系数 N ON O ：V OH LI IH输出高电平时的11NOH=I OH(max) /I IH =0.4/0.04=10 。V OLI IS输出低电平时的NOL ： L1NOL =I OL(max) /I IS=16/1=16 。三、输入端负载特性I （ RI ）5V I/ V11RI1.45VV I0LRR / 1 I (V CCV BE1)RI/(R I+R1)=(5 T10.7)RI

27、/(R I+4)=4.3R I /(RI+4)V BE2 V BE4RI2.4.3TTL 反相器动态特性自学2.4.4其它类型的 TTL 电路一、与非门、或非门、与或非门等& 1& 1二、 OC(OpenCollectorGate)门和 TS(Three-StateOutput) 门问题的提出：典型TTL 门电路的输出端不能并接使用。5V5VRR4 过4电T 3T 3流DD22V OHVOLT4T 4.1、OC门V CCR1R2YAT 2BT 4R3&Y ABVCC线与RLRL称上拉电阻。VOL ILMILIIL IIHVCCVOH&&V OHRL (m

28、 ax)nI IHI OHmI OHm&1V OHVCCVOL个R L (m in)'门I LMI ILmIOH&&V OH式中：IOH输出三极管截止时的漏电流；ILM 输出三极管允许的最大电流；m 负载门的个数，若负载门输入端为或运算，则m应为输入端数。2、TS 门当 EN=1 时： Y AB当 EN=0 时： T 3、 T4 均截止，输出呈高阻态 (禁态 )。V CCRRR124AT1T 3PT 2DB2YD1T 41 1REN3高电平有效：.n个输入端.A&BYEN低电平有效：A&BYEN虽然 OC 门和 TS 门都能实现线与，但OC 门的

29、优势在于通过外接不同的电源电压可获得不同的输出高电平；而TS 门的优势在于可方便地构成总线结构。如：单总线：双总线：A&&A&&YYENENZ&BB&&ZENENEN以下电路仅作扼要介绍。2.4.5改进型 TTL电路74H 系列、 74S 系列、 74LS 系列等。2.5其它类型的双极型数字集成电路ECL 电路、 I2L 电路。1718 课时：.2.6CMOS 门电路2.6.1CMOS 反相器1、电路结构及工作原理设： VDD>VTH1+ VTH2 ,且 V IL=0V ，VIH=VDD。则：输入与输出间为非逻辑关系。V DDT2VIVOT12、电压