数字电子技术基础第五版

数字电子技术基础第五版2024-01-28目录数字电路基础概念门电路与组合逻辑电路时序逻辑电路分析与设计半导体存储器与可编程逻辑器件数字电子技术应用举例脉冲波形的产生与整形数字电路基础概念0101数字信号时间和幅度上均离散的信号，常用二进制代码表示。02模拟信号时间和幅度上均连续的信号，常用正弦波表示。03数字信号与模拟信号的转换通过模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）实现。数字信号与模拟信号分类按功能可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路；按制造工艺可分为分立元件电路和集成电路。特点工作信号为数字信号，具有抗干扰能力强、易于集成化、便于存储和处理等优点。数字电路特点及分类编码方法原码、反码、补码等，用于表示有符号数的编码方式。BCD码和ASCII码BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数的方法；ASCII码是用7位或8位二进制数表示字符的编码方式。数制二进制、八进制、十进制和十六进制等，其中二进制是计算机内部采用的数制。数制与编码方法逻辑变量只有0和1两种取值；逻辑函数描述输入与输出之间的逻辑关系。逻辑变量与逻辑函数基本逻辑运算复合逻辑运算逻辑代数的基本定律和规则与（AND）、或（OR）、非（NOT）是三种基本逻辑运算。由基本逻辑运算组合而成的复杂逻辑运算，如与非（NAND）、或非（NOR）、异或（XOR）等。包括代入定律、反演定律、对合定律、吸收定律等，以及代入法、反演法、对合法等化简方法。逻辑代数基础门电路与组合逻辑电路020102与门（ANDgate）实现逻辑与运算，当所有输入都为1时，输出才为1。或门（ORgate）实现逻辑或运算，只要有一个输入为1，输出就为1。非门（NOTgate）实现逻辑非运算，输入为1时输出为0，输入为0时输出为1。与非门（NANDga…实现逻辑与非运算，当所有输入都为1时，输出为0；否则输出为1。或非门（NORgat…实现逻辑或非运算，只要有一个输入为1，输出就为0；只有当所有输入都为0时，输出才为1。030405基本门电路类型及功能逻辑代数法01利用逻辑代数的基本定律和公式，对组合逻辑电路进行分析和化简。02卡诺图法利用卡诺图化简逻辑函数，将相邻的项合并以简化逻辑表达式。03列表法列出输入变量的所有可能取值组合及对应的输出值，形成真值表。组合逻辑电路分析方法根据实际需求，分析并确定输入、输出变量及逻辑关系，然后选择合适的逻辑门电路实现所需功能。将复杂的组合逻辑电路划分为若干个简单的功能模块，分别进行设计，最后将各模块连接起来实现整体功能。分析设计法模块化设计法组合逻辑电路设计方法0102编码器（Encoder）将多个输入信号转换为一个二进制代码输出。译码器（Decoder）将一个二进制代码转换为多个输出信号。数据选择器（Data…从多路输入信号中选择一路输出。数据分配器（Data…将一路输入信号分配到多路输出。比较器（Compara…比较两个输入信号的大小关系，并输出相应的比较结果。030405常见组合逻辑功能模块时序逻辑电路分析与设计03在任何时刻，输出状态不仅取决于同一时刻的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。时序逻辑电路定义描述时序逻辑电路状态转换的图表，用于直观地表示电路在不同输入和当前状态下的输出及下一状态。状态表和状态图在时序逻辑电路中，用于同步操作的周期性信号。时钟信号时序逻辑电路基本概念基本RS触发器由两个与非门或两个或非门交叉耦合而成，具有置0、置1和保持功能。同步RS触发器在时钟信号作用下，根据输入信号进行状态转换的触发器。主从触发器由主触发器和从触发器组成，主触发器在时钟上升沿或下降沿接收输入信号，从触发器在相反边沿进行状态更新。边沿触发器在时钟边沿进行状态转换的触发器，分为正边沿触发和负边沿触发两种。触发器类型及工作原理写出给定时序逻辑电路的激励方程和输出方程。列出状态表和状态图，分析电路在不同输入和当前状态下的输出及下一状态。根据状态表或状态图，分析电路的逻辑功能及时序特性。利用卡诺图化简激励方程和输出方程，得到最简逻辑表达式。同步时序逻辑电路分析方法分析电路结构，确定各触发器的输入信号及时钟信号。列出各触发器的特性方程，包括激励方程、状态方程和输出方程。根据特性方程，分析电路在给定输入序列下的状态转换过程及输出结果。注意异步时序逻辑电路可能出现的竞争冒险现象，并进行消除或抑制。异步时序逻辑电路分析方法根据设计要求，确定所需触发器的类型和数量。设计并优化组合逻辑电路，实现触发器的激励条件和输出逻辑。根据状态转换图或状态表，确定各触发器的激励条件和输出逻辑。进行时序仿真和测试，验证电路功能的正确性和可靠性。时序逻辑电路设计方法半导体存储器与可编程逻辑器件0401RAM（随机存取存储器）02可读写，数据可随机存取03断电后数据丢失半导体存储器类型及特点01分为SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM）02ROM（只读存储器）只读不写，数据预先设置半导体存储器类型及特点02断电后数据保留分为MROM（掩模ROM）、PROM（可编程ROM）、EPROM（可擦除可编程ROM）和EEPROM（电可擦除可编程ROM）半导体存储器类型及特点01020304FlashMemory（闪存）可读写，数据可随机存取断电后数据保留可按块擦除和编程半导体存储器类型及特点存储容量和存取速度指标存储容量常见单位有KB、MB、GB、TB等以纳秒（ns）或微秒（μs）为单位以位（bit）或字节（Byte）为单位存取速度常见指标有存取时间、读写周期、数据传输率等01可编程逻辑器件（PLD）是一种数字逻辑电路，可通过编程实现不同的逻辑功能。02PLD具有设计灵活、开发周期短、成本低等优点，广泛应用于数字系统设计中。03常见的PLD有PAL（可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程门阵列）等。可编程逻辑器件概述由可编程逻辑单元、输入/输出单元和互连资源等组成PLD结构原理可编程逻辑单元实现基本逻辑功能，如与、或、非等PLD和FPGA结构原理输入/输出单元实现与外部电路的接口互连资源实现逻辑单元之间的连接FPGA结构原理PLD和FPGA结构原理由可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）和可编程互连资源等组成CLB实现复杂的组合和时序逻辑功能IOB实现与外部电路的接口，支持多种I/O标准可编程互连资源实现CLB和IOB之间的灵活连接PLD和FPGA结构原理数字电子技术应用举例05LED显示技术通过控制LED灯的亮灭来显示文字、图像等信息。具有亮度高、寿命长、节能环保等优点，被广泛应用于室内外广告牌、交通信号灯等领域。液晶显示技术利用液晶分子的光学特性，通过控制液晶分子的排列来实现图像的显示。广泛应用于手机、电视、电脑等电子产品。等离子显示技术利用气体放电产生的紫外线激发荧光物质发光，实现图像的显示。具有色彩鲜艳、视角大等优点，曾应用于大屏幕电视等领域。数字显示技术应用移动通信技术01利用数字信号处理技术，实现语音、数据、图像等信息的无线传输。包括2G、3G、4G和5G等移动通信标准，广泛应用于手机、平板电脑等移动设备。光纤通信技术02利用光波作为信息载体，以光纤为传输媒介的通信方式。具有传输容量大、传输距离远、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于固定电话网、宽带接入网等领域。卫星通信技术03利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。具有覆盖范围广、通信容量大、不受地面条件限制等优点，被广泛应用于军事、民用等领域。数字通信技术应用利用计算机对生产过程进行自动控制，实现生产过程的自动化和智能化。广泛应用于工业生产线、机器人等领域。利用数字化信息对机床进行控制的一种技术，通过加工编程软件将加工信息数字化并传输到数控装置中，由数控装置发出控制指令控制机床的动作。广泛应用于机械加工、模具制造等领域。一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。广泛应用于工业自动化控制领域。计算机控制技术数控技术可编程控制器（PLC）技术数字控制技术应用对音频信号进行数字化处理，包括采样、量化、编码等过程，实现音频信号的压缩、降噪、增强等功能。广泛应用于音乐播放、语音识别等领域。音频信号处理技术对图像信号进行数字化处理，包括图像的采集、预处理、特征提取等过程，实现图像的增强、压缩、识别等功能。广泛应用于数码相机、安防监控等领域。图像信号处理技术对视频信号进行数字化处理，包括视频的采集、压缩编码等过程，实现视频的传输、存储和播放等功能。广泛应用于视频会议、网络直播等领域。视频信号处理技术数字信号处理技术应用脉冲波形的产生与整形06多谐振荡器无需外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲的电路，也称为无稳态电路。单稳态触发器具有一个稳定状态和一个暂稳态的电路，在外加触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态停留一段时间后，又能自动返回原来的稳态。施密特触发器具有两个稳定状态，但它是靠输入信号幅值的大小来控制的，当输入信号幅值大于正向阈值电压时，触发器翻转到另一状态；当输入信号幅值小于负向阈值电压时，触发器又翻转到原来状态。脉冲波形产生电路类型0102555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，一般用双极型工艺制作成芯片。555定时器应用举例：构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。555定时器及其应用举例施密特触发器具有两个稳定状态，但它是靠输入信号幅值的大小来控制的。施密特触发器应用举例：波形变换、幅度鉴别、