buaa数电汇总

1、,数字电子技术,数字电子技术基础高等教育出版社阎石主编,吕妍红主讲,第一章 逻辑代数基础,第二章 逻辑门电路,第三章 组合逻辑电路,第七章 数模和模数,第四章 触发器,第五章 时序逻辑电路,第六章 脉冲波形的产生和整形,第八章 大规模集成电路,.1概述,1.2数制和码制,1.3逻辑代数的基本概念、公式、 定理、表达式,第一章 逻 辑 代 数 基 础,1.2 数制和编码 一. 数制：进位计数制度，不同进制间可相互转换。 1.十进制：基数为10，逢十进一。 2.二进制：基数为2，逢二进一。 如：1+1=10 3.八进制：基数为8，逢八进一。 8个数码为0-7。 4.十六进制：基数为16，逢十六进一

2、。16个码为0-9，a,b, c,d,e,f 。,二 . 二进制编码:数字系统中信息交换是以二进制的数码进行的。 编码：用一定位数二进制码的特定组合来表示数值、字母、符号。 bcd码：用四位二进制码来表示二进制数码称为二-十进制编码， 简称为bcd码。 1.有权码：每个二进制位都有一个固定的“权”。常用：8421码。 2.无权码：常用：余三码、格雷码。,一基本概念 二逻辑运算,三真值表 四逻辑函数相等,五逻辑代数基本公式，基本规则,六最小项,七卡诺图表示法,1.3 逻辑代数的基本概念、公式、 定理、表达式,1.3 逻辑代数的基本概念、公式、 定理、表达式 一.基本概念: 逻辑变量：描述事物相互

3、对立的状态的变量,具有二值性。 如：电平高低、开关通断。 逻辑关系：变量之间的因果关系。 逻辑函数：描述逻辑关系的函数。取值为“0”或“1”，表示 对立的状态。 二 .逻辑运算 基本逻辑：与、或、非。,逻辑运算,电路图,运算符号,真值表,表达式,运算法则,逻辑符号,备注,与 (逻辑乘),或 (逻辑加),非 (求反运算), (可省略),+,-,l=a.b 或 l=ab,l=a+b,0 . 0=0 0 . 1=0 1 . 0=0 1 . 1=1,0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1,无数量相乘的概念,仅表示“与”逻辑关系.逻辑事件中与事件有关的条件全部具备时,事件才会发生,逻辑问题中,与

4、某事件有关的条件至少有一个具备,事件就发生.,事件的条件与结果是相反的关系.,a b,l l l,a b,a b, （2）变量以原变量出现时，记为“1”，以反变量出现时， 记为“0”。即：对于任意一个最小项，只有一组变 量的取值使其为1，而变量的其它组合都使它为0， 使最小项为1的一组变量构成了一个二进制数。其 对应的十进制数即最小项序号i。,最大项:标准和项.,六.最小项 最小项：标准积项 （1）是积项; （2）含n个变量（n=3）; （3）每个变量以原变量或反变量的形式出现且仅出现一次.,七.卡诺图表示法: 1.卡诺图的结构：卡诺图是真值表的图形化。 例：4变量a、b、c、d,每个最小项占

5、一个方格。 （卡诺图的行、列标按格雷码顺 填写）,(1) 画卡诺图,(2) 画圈,卡诺图的性质：相邻小方格只有一个变量不同，具有逻辑相邻性。 卡诺图上2i个数1的相邻项可合并，并消去i个变量。,又例：l（a、b、c、d）= m(2,3,4,7,10,11,13,15),化简方法：合并最小项 （1）圈中1的方格数是2i; （2）圈尽可以大，乘积项所含因子尽可能少; （3）一个方格可被多个圈包含，且至少被一个圈包含; （4）每个圈必须至少有一个1方格。,例: l(a、b、c、d)=m(0,2,7,13,15)+d(1,3,4,5,6,8,10),例:约束条件ab+ac=0 l(a、b、c、d)=m

6、(0,1,2,5,7,8,9),4.多输出逻辑函数的化简 : 具有相同输入变量的多输出逻辑函数，化简时，要将多个 输出函数当作一个整体来考虑，以求整体最简。 最简标准：表达式中不同的“与项”总数最少；“与项”中 所含变量的总数最少。 充分利用函数之间的公共部分进行化简。,例 ：某逻辑函数，有两个输出有两个输出：,第 一 章 结 束 谢 谢!,请进入第二章的学习 逻辑门电路,第 二 章 逻 辑 门 电 路,2.1 半导体二极管三极管的开关特性,2.2 ttl门电路,2.3 ttl门电路的其他类型,2.4 mos门电路,2.1 半导体二极管三极管的开关特性,2.1.1 半导体、二极管的开关特性,2

7、.1.2 三极管的开关特性,2.1.1 半导体、二极管的开关特性,断：vi=vih(=vcc)时 d截止 vo=voh=vcc 通： vi =vil时 d导通 vo=vol,+vcc,r,d,vi,v0,i,v,2.1 半导体 二极管 三极管的开关特性,二极管具有单向导电性,发射结,集电结均正偏:,2. 动 态 特 性:,2.2 ttl 门 电 路,2.2.1 ttl反向器,2.2.2 电压传输特性,2.2.3 输入端噪声容限,2.2.4 输入端负载特性,2.2.5 传输延迟时间,2.2.6 电源的动态尖峰电流,2.2.7 ttl门改进,2.2.8 与非门,2.2.1 ttl反向器(ttl三极

8、管-三极管逻辑电路),2.2.3 输入端噪声容限,或者: 2)vnh=vih-von(开门电平) vnl=voff-vil (关门电平),表示:1)vnh=v0hmin-vihmin vnl=vilmax-v0lmax,2.2.4 输入端负载特性,2.2.5 传输延迟时间(恒量工作速度的参数),平均传输延迟: tpd=(tphl+tplh)/2,2.2.6 电源的动态尖峰电流,vi由高 低，（vo由低 高）时：,t3: 1)发射结实现电平转移，使t5饱和 时，t4可靠截止。 2)与t4形成合管,使射级输出器的输 出电阻进一步下降，提高带载能力 无回路： vi从0开始变大,则 vb20.7v,t

9、2通,t5击通。 t3,t4通,则vo随之线性变小 , bc段 有回路： vi从0开始变大,则vb2=0.7v，t2无导 通回路。vi变大 ,v0仍高。 当vi=1.4v时,t2,t5，t6同时导通 ,则v0很快下降至低电平。 则：有源泄放回路改善了传输特性（静态特性），使低电平噪声容限变大。,2.2.7 ttl门改进,2.2.8 与 非 门,t1为多发射结三极管,多输入间形成了“与”逻辑关系。,2.3.1 抗饱和ttl门电路(t3000系列),2.3 ttl门电路的其他类型,2.3.2 集电极开路门(oc门),2.3.3 三态输出门(tsl门),oc1门输出管(t5)通 负载电流全部流入oc

10、1门输出管(t5) 其余门输出管(t5)止 rc足够大,1.工作原理分析:,1)设oc1门输入全为高电平时，其余门的输入中均有低电平：,oc1输出管饱和,则z输出低电平。,所有oc门的输入均为高电平,则各oc门输出管均导通,z为低电平。,2)各oc门的输入中均有低电平,则各门输出管均截止,z为高电平。,e=1,则g1工作,do输出,e=0,则g2工作,d1输出,2)数据双向传输总线,2.4 mos 门 电 路,2.4.1 增强型mos场效应管的开关特性,2.4.2 反相器,2.4.3 传输门与模拟开关,总结：静态时，无论为高或为低，和总有一个是截止 的，而且截止内阻极高，流过和的静态电流极小所

11、 以，反相器静态功耗极小这是电路最突出 的一大优点,二反相器电压传输特性和电流传输特性 电压传输特性：,vo,vgs(th)p,0.5vdd,vi,vgs(th)n vdd,0.5vdd,设：（1）vddvgs(th)n+ vgs(th)p （2）vgs(th)n= vgs(th)p （3）t1、t2具有同样的导通 内阻ron和截止内阻roff,2.4.3 传输门与模拟开关 一.传输门: 电路组成: 电路符号:,+vdd,va vb (s) (d),tp (g),e,c,tn (g),c,va tg vb,c c,c,分析:设vtn=3v,vtp=-3v,结论: vc=0(ve=1)时,传输门

12、断开; vc=1(ve=0)时,传输门接通. 传输门可传递模拟,数字两种信号,可以双向传输.,二.模拟开关: 电路组成: 电路符号:,c c vi/vo tg vo/vi,vi/vo vo/vi,sw,c,当c=0时,开关断开;当c=1时,开关闭和。,1,第 二 章 结 束 谢 谢!,请进入第三章的学习 组合逻辑电路,第三章 组合逻辑电路,3.1 概述,3.2 组合逻辑电路的分析及常用电路,3.3 组合逻辑电路的设计,3.4 组合逻辑电路中的竞争与冒险,3.1 概述,组合逻辑电路的特点： 任意时刻的输出状态仅取决于当时输入信号的状态，而与信号作用前所处状态无关无记忆功能。 特点：电路中无反馈环

13、节，无存贮元件。,3.2 组合逻辑电路的分析及 常用电路,3.2.1 组合逻辑电路的分析方法,3.2.2 常见组合电路的分析,3.2.1 组合逻辑电路的分析方法,例1：分析左图的逻辑功能,列真值表：,该逻辑图仅使用了一种类型的“门”，设计合理、最简。,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,l,c,b,a,解：1.写表达式,例2：分析下图的逻辑关系, (2)对输入无约束; (3)下降沿翻转; (4)抗干扰能力差(存在一次变化问题).,例: cp j k q q,要求:cp=1期间,j,k信号不能发生变化,否

14、则会引起误动作. 改进:1.减少占空比,减少cp=1的时间; 2.采用边沿触发器.,4.4.3 边沿触发器 一维持阻塞触发器： 维持触发器电路结构：, , , , （2）电平触发; （3）电压波形很陡; （4）电压传输特性有回差: （5）抗干扰能力强：噪声容限vnh=vt+-vil vnl=vih-vt-,三.用555组成单稳态触发器: 1.工作原理:,3.用施密特触发器组成 单稳态触发器：,2.单稳态触发器的特点： （1）有稳态和暂稳态两个工作状态。 （2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态进入暂稳态，一段时间后又回到稳态。 （3）暂稳态持续时间的长短取决于电路参数，与触发脉冲无关。,(3)延时

15、,四用555组成多谐振荡器：,1.工作原理,1,2.充放电时间：,充电：,放电：,振荡周期：,占空比：,3.改进：占空比可调,多谐振荡器的特点： 无需外加触发信号，电源接通后，就可以产生自激振荡。是无稳态电路。也称矩形脉冲发生器，因含丰富的谐波分量，又称多谐振荡器。,5.例题： 例1：求下列两个多谐振荡器的振荡周期，并指出电路何 时振荡。,例2：分析下面电路的工作原理，并计算门铃的振荡频率。,第 六 章 结 束 谢 谢!,请进入第七章的学习 数模和模数,第七章 数模和模数,7.1 d/a转换器,7.2 a/d转换器,7.1 d/a 转 换 器,一.权电阻网络d/a转换器,二.t型解码（电阻）网

16、络d/a转换器,三.倒t型电阻网络d/a转换器,四.d/a转换器主要指标,7.1 d/a转换器,一.权电阻网络d/a转换器:,i=i3+i2+i1+i0=,= (d323+d222+d121+d020),n位d/a:,i= (dn-12n-1+dn-22n-2+d121+d020),uo：输出的模拟电压。 dn：输入的数字信号。 vo正比于dn，实现d/a转换。 当dn=00时，vo=0;当dn=11时，vo=-（2n-1/2n）vref 优点：结构简单。 缺点：阻值相当大，电阻阻值的误差、模拟（电子）开关的 内阻及温度变化影响d/a转换精度。,四位d/a：,二.t型解码（电阻）网络d/a转换

17、器:,缺点：1.工作速度慢.（动态过程中，t型电阻网络相当于使用 了一根传输线，从 vref加到各级电阻上开始到运放的 输入电压，稳定地建立起来为止，需要一定的传输时 间。位数多，会影响d/a工作速度） 2.各级信号到达运放输入端的时间有先有后，可能产生 尖峰脉冲。,三.倒t型电阻网络d/a转换器:,uo=-iir=-(1/24id0+1/23id1+1/22id2+1/21id3)r =- (d3. 23+d222+d121+d020),当di=1时，开关si将对应的电阻接到运放输入端 当di=0时，开关si将对应的电阻接到地输入端,各支路电流直接流入了运放的输入端，它们之间不存在传输时间差

18、，提高了转换速度，减小了动态过程中可能出现的尖峰脉冲。速度较快，使用广泛。,无论di 为0获1，流过每个支路电阻的电流始终不变。,四.d/a转换器主要指标: 1. 分辨率：表示d/a转换器理论上可以达到的精度。 vlsb:输入数字量只有最低有效位为1时的输出电压。 vm:输入数字量所有有效位均为1时的输出电压。,如：10位dac的分辨率为1/（210-1）=1/1023=0.01,若输入模拟 电压满足量程为10v, 则10位dac能分辨的最小为 10/1023=0.009775v (这里的10位指得是10位二进制数）。,分辨率=vlsb/vm=( ) / ( ) (2n-1+2n-2+21+2

19、0)=,又如:12位bcd码dac,由于12位bcd 码对应3位十进制数,最大值 为999(0-999),则分辨率为(1/999)*100%=0.1%。,2.绝对精度: 对应于满刻度的数字量,dac的实际输出与理论输出值之差 (一般不超过 ).,如: n=8 (00000000-11111111)从0-255共256个数。,对应于满刻度的数字量,理论输出为-vr（ )。 转换电路的实际值不应超过-vr( )。,7.2 a/d 转 换 器,一.采样保持电路,二.量化和编码,三.a/d转换器,四.adc主要指标,tc:开关闭和,c充电；th：开关断开，uo保持；ts=tc+th，采样周期。 采样定

20、理：设采样信号us，频率为fs，模拟信号为ui，频率为fo。 则fs2fimax 即ts1/2fimax=ti/2。,二.量化和编码: 1.量化,采样保持后得到的是一系列阶 梯高度连续可变的电压 若用数字 量表示,需将其化为某个规定的最小 数量单位的整数倍量化。,所取的最小数量单位量化单位。 划分量化电平的两种方法:(如将0-1v电压转换为三位 二进制码)。,只舍不入:,最大量化误差为 v。,2.编码: 对量化后的数值赋值,即用一个代码去表示量化后的值。,1.直接adc,并联比较型adc,三 .a/d转换器:,比较器的电压基准由电阻分压器提供。 量化误差：| |max=s/2=1/15vr （

21、有舍有入）,3,via,量化信 号单位,c7 c6 c5 c4 c3 c2 c1,a2 a1 a0,0- vr,1,15,vr- vr,vr- vr,5,15,vr- vr,7,15,vr- vr,9,15,9,15,vr- vr,11,15,11,15,vr- vr,31,15,13,15,vr- vr,0,vr,vr,vr,vr,10,15,vr,vr,12,15,vr,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

22、,0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1,14,15,代码转换： a2=q7+（q7q6）+（q6q5）+（q5q4） a1=q7+（q7q6）+（q4q3）+（q3q2） a0=q7+（q6q5）+（q4q3）+（q2q1） 特点：（1）转换速度快：只需比较一次即可得到输出。 （2）转换精度：量化电平划分得越细，精度越高。 受分压电阻相对精度和比较器灵敏度的影响。,计数型adc（反馈比较型adc）,若取s=1v,(量化单位),则uo=0.5v。s=1:采样保持结束,计 数器工作。,最终 : adc输出为6v, 误差:6v-5.9v=0.

23、1vs/2=0.5v 。 特点:1.简单,便宜,速度慢。转换时间为(2n-1)tcp , b2b1b0=110 。 2.计数器位数越多, 每个量化单位的电压越少,误差越小。 3.adc的精度取决于dac的精度和比较器的灵敏度。,转换开始前：fa1、fb1、fc1清零，同时将fa2-fe2置成10000。,三位逐次逼近型adc转换完成一次转换须5个脉冲周期。,转换速度介于并联比较型和计数型adc之间。 当输出位数多时,此类型所用器件比并联比较型少得多。 使用最多。,2.间接a/d转换器:,双积分 型adc,特点：1.工作性能稳定：只要积分时间常数不变，则r、c参数的变化不会 影响积分结果。 2.

24、电路中无dac，结构简单。 3.速度低。可用于转换速度要求不高的场合（如数字电压表）。,四.adc主要指标: 1.分辨率:（分解度） adc输出二进制位数越多，量化误差越小，精度越高。以位数表示分辨率。 如：10位adc输入满量程为5v，可分辨的最小电压是5v/210=4.8828mv,2.转换速度:转换时间越短，速度越高。 并联比较型adc，速度最高，逐次逼近型adc次之（两者均为ns数量 级），双积分型最慢（为ms数量级）。,3.相对精度:实际转换偏离标准（理想特性）的误差。 如：相对精度（误差）1/2lsb，表示实际输出的数字量和理想上应得到 的输出数字量之间的误差不大于最低位1的一半。,4.输入模拟电压范围： 单极性（如：0-10v） 双极性（如：-5-+5v）,第 七 章 结 束 谢 谢!,请进入第八章的学习 大规模集成电路,