数字电路复习课件.ppt

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1、数字电路与逻辑设计,数字电路与逻辑设计考试复习数字电路与逻辑设计学习要求,复习及考试1,总复习： 按各章小结要求，掌握每章的基本概念、 电路的基本形式、功能和表示方法， 主要的参数计算。成绩：考试成绩、作业考试题型：选择、填空、 分析、计算、设计期末考试：闭卷、笔试,下一页,复习及考试2,选择、填空 各章基本概念、基本知识点 分析： 门电路、组合电路、触发器及波形、 时序电路（方程、状态转换表/图、功能） 脉冲波形中的典型电路（施密特、单稳态、多谐） ROM/RAM, PLA/PAL/GAL（逻辑宏单元OLMC）计算 数制转换、函数化简、门电路中驱动,负载(N0,RL) 脉冲波形 (典型电路，

2、5553种电路、主要参数及波形特点) D/A、A/D (综合分析计数器,ROM)设计 门电路(构成逻辑函数-用与非门等) 组合（重点：选择器、译码器） 时序电路（置数端LD、清零端R-构成任意进制计数器） ROM/RAM, PLA,PAL,返回,下一页,复习及考试3,第一、二章： 基本逻辑关系、数制的转换、基本公式、 公式化简、卡诺图化简第三章：门电路门电路的逻辑符号、功能、特殊的门电路（三态门、OC门、传输门）的逻辑符号、功能、 简单的分析（写逻辑表达式，判断电阻大小对输入的影响），画波形图，计算（驱动,负载(N0,RL)）第四章：组合电路特点、一般分析与设计方法、 常用组合电路分类及功能*

3、 分析-由图写表达式 设计-由功能要求（或表达式）画电路图* 加法器、数据比较器、编码器的功能* 译码器（3线8线）的分析与设计* 数据选择器（4选1、8选1）的分析,下一页,上一页,复习及考试4,第五章：触发器功能和结构的概念 RS/JK/D/T：* 特性方程（次态逻辑表达式） * 画状态波形图第六章：时序电路特点、分类 * 分析 写方程（时钟、驱动、状态、输出） 状态转换图/表 分析功能（N进制、环型、扭环型、移位） * 集成进制（161/160）写状态转换图、功能（N进制） * 分析与设计集成进制（161/160）构成的任意进制 （置数端和清零端） * 设计时序电路 * 由功能表分析器件

4、功能,下一页,上一页,复习及考试5,第七、八章：存储器和可编程逻辑器件* 理解和掌握半导体存储器概念、分类和构成特点 分类：ROM：固定ROM、PROM、EPROM、E2PROM RAM：SRAM、DRAM 结构：ROM：地址译码器 + 存储阵列 + 输出缓冲器 (与阵列) + (或阵列) RAM：地址译码器 + 存储阵列 + 读/写控制电路* 了解和掌握可编程逻辑器件的分类和结构特点 主要分类：PROM、PLA、PAL、GAL 结构特点： 输出结构形式: 固定输出、I/O输出、异或门输出、寄存器输出、OLMC* 用ROM分析和设计逻辑电路* RAM的字、位扩展（分析与设计）* 分析PLA、P

5、AL构成的逻辑电路* 分析GAL输出逻辑宏单元(OLMC),上一页,下一页,复习及考试6,第十章：脉冲电路* 基本概念（施密特、单稳态、多谐）、特点和功能* 计算：（555电路构成-施密特、单稳态、多谐）* 画输出波形（555电路构成-施密特、单稳态、多谐 输入与输出对应波形）第十一章：D/A和A/D* 功能和分类、转换精度与转换速度* 主要参数计算 （分辨率、最小分辨电压、求DAC的输出VO、 求ADC的输出D， 转换速度的比较）* 综合(含：计数器、ROM（数据表）,上一页,返回,数字电路与逻辑设计学习要点及要求,第一、二章 数字电路基础和逻辑代数基础第三章 门电路第四章 组合逻辑电路第五

6、章 触发器第六章 时序逻辑电路第七、八章 半导体存储器及可编程逻辑器件第十章 脉冲电路第十一章 数-模和模数转换综合练习,返回,第一章 逻辑代数基础（数制与码制）,1 学习要点: * 数制及数制转换 * 码制和常用码制2 要求： * 掌握数制之间的转换 二进制-十进制 二进制八进制 二进制-十六进制 八进制、十六进制-十进制 * 常用码制（8421码、余3码、循环码）例题：,返回,进行下列数字的转换:（ 74 ）10 = （ ）2 （ 72 ）8 = （ ）2 ( 1001101101 ）2 = ( ) 16 = ( ) 10 （ D5 ）16 = （ ）2,第二章 逻辑代数基础（逻辑代数）,

7、学习要点: * 基本逻辑运算(与、或、非）和八种逻辑运算 * 基本公式、常用公式和基本定理 * 逻辑函数表示方法 * 逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法要求：* 逻辑描述（真值表、表达式、逻辑符号）* 逻辑函数的表示方法 （真值表、逻辑表达式（与或式和或与式）、逻辑图、波形图）* 公式化简法（基本公式、常用公式和基本定理）* 卡诺图化简法（画图、填图、圈图、读图）* 含约束项的化简方法逻辑函数的化简:其它:,返回,第二章 逻辑函数的化简,返回,化简:公式法和卡诺图法 公式法: (常用的公式) 卡诺图法: (3/4变量_画图、填图、圈图、读图） * 最小项填图 * 与或式填图,公式法化简：,例题

8、：将下列函数化简成最简与或式,返回,方法1：由公式,方法2：由公式,卡诺图化简法：,例题1：用卡诺图法将下列函数化简成最简与或式,例题2：用卡诺图法将下列函数化简成最简与或式,返回,解：最小项填图、圈图 最简与或式,解：表达式填图、圈图 最简与或式,例题:,第二章 逻辑代数基础-例题,例题1:给出真值表如下,写出其输出的逻辑表达式.并画出逻辑图。,返回,第三章 逻辑门电路,学习要点: 分立元件门电路 TTL门电路及其电气特性 MOS门电路 几种特殊功能的门电路要求：* 二极管与门、二极管或门、三极管反相器的基本电路形式和原理* TTL门电路的特性曲线及主要参数* CMOS反相器、CMOS与非门

9、、 CMOS或非门* 特殊功能门电路（三态门、OC门、传输门）功能描述、逻辑符号、作用* 计算：驱动、RL、逻辑符号、表达式特殊的门电路分析1 分析2（波形图） 分析3（波形图）,返回,常用逻辑运算、逻辑符号及逻辑表达式,八种常用逻辑运算、逻辑符号及逻辑表达式,返回,特殊门电路、逻辑功能及逻辑表达式,返回,特殊的门电路、逻辑符号及功能,三态门： （1）高电平有效,（2）低电平有效,OC门：输出端可并接使用 作总线传输、电平转换、,传输门：可传输数字和模拟信号 作双向开关和模拟开关,门电路_输出逻辑表达式及输出波形图(1),例:分析电路的输出、写输出逻辑表达式（TTL和CMOS）,返回,解:对T

10、TL电路:,对CMOS电路:,门电路_输出逻辑表达式及输出波形图(2),返回,例:写出如图电路的输出逻辑表达式，画输出波形图,第三章 习题及练习（波形图练习）,例题:写出其输出的逻辑表达式。若给出输入A、B、C波形如下，画输出波形。解：逻辑表达式：,返回,第四章 组合逻辑电路,学习要点: * 组合逻辑电路的概念 (特点、各种常用组合电路的特点） * 组合逻辑电路的一般分析和设计方法 * 常用的组合逻辑电路的逻辑功能和表达式 （编码器、译码器、加法器、数据选择器、数值比较器） * 分析组合电路的功能 （由图写表达式） * 用组合器件设计逻辑功能 * 分析竞争冒险现象要求：例题：,返回,第四章 组

11、合逻辑电路,要求： * 组合逻辑电路的特点（定义） * 常用组合逻辑电路的逻辑功能和表达式 （编码器、译码器、加法器、数据选择器、数值比较器） * 分析门电路逻辑图，写输出的逻辑表达式 * 组合逻辑器件分析，写逻辑表达式（译码器、数据选择器）； * 组合逻辑器件设计逻辑电路（译码器、数据选择器） * 分析竞争冒险现象 (竞争冒险现象、产生的原因,判断方法、消除方法)例题：,返回,组合电路的分析-门电路,例题:如图所示电路,写输出的逻辑表达式,返回,组合电路的分析-组合逻辑器件,例题：分析4选1数据选择器的电路,写输出表达式.解：1.4选1数据选择器的标准输出形式 2.将电路图中的各输入信号代入

12、上式中:,返回,组合电路_译码器,译码器： 表达式:,例题:分析如图电路,写输出的逻辑表达式,返回,第三章 习题及练习(1),例题_设计一个满足表中所示功能要求的组合逻辑电路。 表:解：1.由表写表达式 2.方法1_用门电路设计_化简得: 3.方法3_用3线_8线译码器设计得:,下一页,(用与非门设计得：,第四章 习题及练习(1_续),例题1：设计一个满足表中所示功能要求的组合逻辑电路。解：2.1 方法1_用门电路设计_化简得: 2.2 方法2_用3线_8线译码器设计得: 3.画逻辑图 图1(门电路-略): 图2(与非门-略): 图3(译码器):,(用与非门设计得：,返回,第四章 习题及练习(

13、2),例题：用3线-8线译码器和门电路设计如下多输出函数解：1.整理表达式: 2.画电路连接图:,例题：用3线-8线译码器和门电路设计如下输出函数,返回,例题：用4选1数据选择器实现逻辑函数 解：1.按4选1数据选择器标准形式整理表达式:,令:A1=A; A0=B D0=1 D1=0 D2= D3=C2.画电路连接图(略):,组合电路的设计-组合逻辑器件,返回,组合电路中的竞争冒险现象,竞争冒险现象 组合电路中，当输入信号经过门电路发生延迟，使输出端可能产生干扰脉冲，这种现象称为：竞争冒险现象竞争冒险现象的分析判断竞争冒险现象的方法消除竞争冒险现象的方法,返回,1. 竞争冒险现象的分析,竞争冒

14、险现象例1*如图电路*表达式*波形图（实际有延迟,出现 干扰现象）,竞争冒险现象例2*如图电路*表达式*波形图（实际有延迟,出现 干扰现象）,返回,2. 判断竞争冒险现象的方法,代数法 在表达式中出现：卡诺图法卡诺图圈图中，2个卡诺图圈“相交”处， 可能产生冒险现象。 例：判断函数,解：*公式法： 当B=1，C=1时， 产生 “0”的冒险,*卡诺图法： （2圈交界处有B=1，C=1）,返回,3. 消除竞争冒险的方法,选择循环码 输入信号只有1个发生变化，减少产生竞争冒险的可能性。引入封锁脉冲或选通脉冲在输入端接脉冲控制信号，封锁信号变化的过程（或选通信号稳定的过程）排除竞争冒险。输出端接滤波电

15、容 将干扰脉冲幅度降低到允许范围增加冗余项、修改逻辑设计,返回,消除竞争冒险方法之1增加冗余项,例1: 对函数 有: 当B=1，C=1时， 产生“0”的冒险 增加冗余项 BC, 函数: 当B=1，C=1时， Y=1 消除了“0”的冒险例2：函数 当A=0，C=1时，存在 当A=1，B=0时，存在 当B=1，C=0时，存在 增加冗余项后，函数为：,返回,第四章 组合逻辑电路-例题,返回,1.图为用译码器74LS138和与非门构成的逻辑电路。请写出其逻辑表达式，并将其化简为最简的与或式。,2.设计一个满足所列真值表的逻辑电路。要求：（1）写出逻辑表达式；（2）用最少的门电路画出逻辑电路图。,第五章

16、 触发器,学习要点： * 触发器定义 * 触发器分类：功能（RS/JK/D/T） 结构（基本/同步/主从/边沿） * 触发器的描述方法：功能表、特性方程、逻辑符号、 （驱动表、状态转换图） * 画波形图要求： *触发器功能（RS/JK/D/T）；写功能表、 特性方程 *触发器结构及动作特点 *画波形图（功能和动作特点综合）例题：,返回,触发器_复习,功能和结构 * 功能(四种)： RS JK D T * 结构(四种)： 锁存器 电平触发 脉冲触发 边沿触发 （基本） （同步） （主从） （边沿）结构及动作特点,返回,锁存器（基本）高电平有效 低电平有效,电平触发（同步） CP=1有效,脉冲触发

17、（主从） CP下降沿有效,边沿触发 CP上升沿有效 CP下降沿有效,例题：画波形图：1 （D） 画波形图：2 （JK） 画波形图：3 （D/T/JK-综合练习） 画波形图：4 （T） 练习,触发器_复习,特性表及功能 特性方程,返回,SR触发器 JK触发器 D触发器 T触发器,SR触发器 JK触发器D触发器 T触发器,触发器 例题1,例题2: 写出各触发器的输出状态方程,并画出的输出端Q的波形。设初始状态皆为0。,返回,触发器 例题2,例题3：写出各触发器的输出状态方程,并画出的输出端Q的波形。设初始状态皆为0。,返回,触发器_例题3,写出各触发器的输出状态方程,并画出的输出端Q的波形。设初始

18、状态皆为0。,返回,触发器 例题4,例题：画出对应图中触发器Q1、Q2的波形。设初始状态皆为0。解:,返回,触发器练习1,返回,如图所示电路是边沿T触发器和JK触发器，要求：（1）写出触发器的次态逻辑表达式；（2）给出CP的波形如下，画出触发器的状态波形。 设触发器初始状态为0。,触发器练习2,例题：画出对应图中触发器Q的波形。设初始状态皆为0。,返回,第六章 时序逻辑电路,学习要点： * 时序逻辑电路特点、分类 * 时序逻辑电路的描述方法和分析： *方程组 /*状态转换表、状态转换图/*时序图 /*分析功能 * 集成逻辑器件功能及应用 * 集成计数器（LS160/LS161）功能及应用 /

19、* 集成寄存器要求： * 时序逻辑电路特点、分类(计数器,寄存器) * 时序逻辑电路的分析与设计 （分析：写方程组，列状态转换图,电路功能（N进制、环型、扭环型、移位）) （设计：列状态转换表，次态卡诺图，写状态方程，写驱动方程（D/JK），画触发器电路图） * 用集成计数器设计任意进制计数器（LD端、RD端，含多片） * 由功能表分析器件功能例题：,返回,时序电路的分析,例题1: 分析如图所示电路的逻辑功能。例题2: 三个D触发器构成时序电路如下图所示。要求：写出状态方程，状态转换图，说明该时序电路的逻辑功能。设初态Q1 Q2 Q3 =100 状态转换图：Q1 Q2 Q3,返回,第六章 例题

20、1,例题1: 试分析如图所示电路的逻辑功能。 解:1.驱动方程和状态方程 2.波形图,返回,第六章 例题2,例题2:三个D触发器构成时序电路如下图所示。要求：写出状态方程，状态转换图，说明该时序电路的逻辑功能。设初态Q1Q2Q3 =100 （若设初态Q1Q2Q3 =110） 解:1. 状态方程 状态转换图：,返回,第六章 时序逻辑电路-集成计数器（复习）,集成计数器功能 集成计数器74LS161_十六进制加法计数器 集成计数器74LS160_十进制加法计数器集成计数器构成任意进制计数器 同步置数端（LD） 与 异步清零端（RD）分析与设计(举例),返回,集成计数器_分析与设计,分析:集成计数器

21、74LS161(/74LS160)构成电路如图所示,分析电路的逻辑功能,写出电路的状态转换图.,返回,设计:用74LS161设计一个七进制计数器(分别用同步置数端LD端和异步清零端R端实现),第六章 时序逻辑电路-例题,例题： 2个D触发器构成时序电路如下图所示。要求：写出状态方程，状态转换图，说明该时序电路的逻辑功能。设初态Q1Q2 =10例题：用74LS161设计一个九进制和十二进制计数器(分别用同步置数端LD端和异步清零端RD端实现)例题：设计一个二十九进制的计数器 （串行/并行、整体置数/整体置零法）,返回,第十章 脉冲电路,学习要点 * 脉冲波形的概念、整形和产生电路 * 施密特触发

22、器、单稳态触发器和多谐振荡器的功能和特点 * 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的典型电路、主要参数及计算要求： * 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的功能和特点 * 集成定时器555构成电路及参数计算和波形分析 （施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器）例题：,返回,555施密特触发器_阈值电压,电路原理（详见教材）、阈值电压按图(1) 按图(2)VT+ = 2/3VCC VT- = 1/3VCC VT+ = VC0 VT+ = 1/2VC0,返回,555单稳态触发器计算脉冲宽度,555构成单稳态触发器电路及波形工作原理（详见教材）脉冲宽度的计算,返回,555多谐振荡器计算脉冲周期

23、和占空比,555构成多谐振荡器电路、输出波形（工作原理详见教材）计算脉冲周期T = t1（充电）+ t2（放电）,下一页,555多谐振荡器计算脉冲周期和占空比(续),计算脉冲周期T = T1（充电）+ T2（放电）,占空比q,占空比q可调的555多谐振荡器,返回,占空比可调的555多谐振荡器,555构成多谐振荡器 电路图:计算脉冲周期T = t1（充电）+ t2（放电）,返回,第十章 脉冲电路-例题,返回,例题2：如图所示电路为集成定时器555构成的多谐振荡器，已知VCC = 10V，R1 =20K，R2 =10K，C=0.01uF；请计算电路输出的脉冲周期T和占空比。并定性地画出VC、VO的

24、波形,例题1：如图所示电路为集成555定时器构成的施密特触发器。请计算（1）该电路的正向阈值电压和负向阈值电压；（2）给出输入波形如下（信号幅度为15V），画出输出VO 的波形。设：VCC = 15V。,例题3：集成定时器555构成的单稳态触发器，已知：R =20K，C=0.01uF；请计算电路输出的脉冲宽度，并定性地画出VC、VO的波形,第十一章 数-模和模-数转换,学习要点 * DAC和ADC的功能 * DAC和ADC的主要类型 * DAC和ADC的工作原理 * DAC和ADC的主要技术指标和计算要求 * DAC和ADC的功能、主要类型 * DAC和ADC的主要技术指标和计算 * 双极性、

25、综合分析（计数器、ROM/RAM数据表）例题,返回,第八章 数-模 和 模-数转换,DAC和ADC的基本概念和功能 DAC数模转换器 ADC模数转换器DAC的主要类型和特点 权电阻、倒T型ADC的主要类型和特点 并联比较型、计数型、逐次渐近型、双积分型,返回,数-模转换器的主要参数,模拟输出量UO转换精度： * 分辩率：对输出最小电压的分辨能力 分辨率= （ n - DAC的位数） DAC的位数越多，分辨率越高 * 转换误差：实际输出与理论值之间的偏差。一般由电路的参考电压、电阻的偏差、模拟开关的内阻、和导通压降、运算放大器的零点漂移等多种原因造成。转换速度：指送入数字量经DAC后输出模拟量达

26、到稳态值所需要的时间。一般有：DAC的位数越多，转换时间越长。,返回,模-数转换器的主要参数,分辩率（又称分解度）：ADC对输入信号的分辨能力 常以最低位（LSB）所对应的电压值表示。 分辨率（最小分辨电压） = （n-ADC的位数，V- 输入的满量程电压） 位数越多，分辨率越高转换速度：指ADC从接到转换控制信号起，到输出数字量达 到稳态值所需要的时间。 ADC的转换时间主要取决于转换电路的类型。 转换误差：实际输出与理论值之间的偏差。 常用最低有效位的倍数来表示。 例如：相对误差=LSB/2，表示误差少于最低位1的一半。,返回,主要技术指标,DAC的输出电压 (双极性) 分辨率 最小分辨电

27、压 转换速度: 并联比较型 tFD + 3tPD 计数型 （2n 1）tCP 逐次渐近型 (n+2)tCP 双积分型 2n+1 tCP 转换误差: （由参考电压、电阻、零点漂移等因素构成）,返回,计算举例,例1：权电阻8位DAC，已知：UR =-10V， D=10011100，求：UO ？例2：8位DAC输出满度电压为8V，它的最小 分辨电压ULSB？若改为10位DAC，其分 辨电压ULSB ？例3：8位DAC中，已知满刻度电压为UOM =5V， 求最小分辨电压ULSB和分辨率？例4：8位ADC输入满量程为10V，当输入电压 为3.5V时，求输出D？,返回,计算举例_1,例1：权电阻8位DAC

28、，已知：UR = -10V， D=10011100，求：UO ？ 解:,返回,计算举例_2,例2：8位DAC输出满度电压为8V，它的最小 分辨电压VLSB？若改为10位DAC，其分辨电压VLSB ？ 解:,返回,计算举例_3,例3：8位DAC中，已知满刻度电压为UOM =5V，求最小分辨电压ULSB和分辨率？解:,返回,计算举例_4,例4：8位ADC输入满量程为10V，当输入电压为3.5V 时，求输出D？解:* 求最小分辨电压ULSB和3.5V对应的数值D * 求D对应的二进制数值(不考虑小数位),返回,第九章 数-模和模-数转换-例题,例题： 八位ADC输入满量程为5V，当输入为3.5V电压

29、时，计算其输出的数字量D例题：八位倒T型电阻网络D/A转换器，若取VR = 5V， 试计算:D/A转换器的分辩率；若输入数字量为10011100时，输出电压VO的数值,返回,第七、八章半导体存储器与可编程逻辑器件,学习要点 * 半导体存储器的基本概念 * 只读存储器的功能、主要类型 * 随机存储器的功能、主要类型 * 存储器的存储容量 * 用ROM分析和设计组合逻辑电路 * 可编程逻辑器件的组成原理和常用PLD内部结构的特点要求 * 存储器、可编程逻辑器件功能、主要类型 * 只读存储器、随机存储器的功能、主要类型 * 存储器的存储容量 * RAM的字、位扩展（分析与设计） * 用ROM分析和设

30、计组合逻辑电路 * 分析PLA、PAL逻辑电路例题,返回,功能、分类、主要类型,半导体存储器功能、分类和构成特点功能：分类：ROM：固定ROM、PROM、EPROM、E2PROM RAM：SRAM、DRAM结构：ROM：地址译码器 + 存储矩阵 + 输出缓冲器 （与阵列） （或阵列） RAM：地址译码器 + 存储矩阵 + 读/写控制电路 可编程逻辑器件的分类和结构特点主要分类：PROM、PLA、PAL、GAL（OLMC）结构特点： 输出结构形式: 固定输出、异步I/O输出、带异或门的输出、寄存器,返回,只读存储器的存储容量,存储容量: 字线 X 位线*例1:如图所示ROM的存储容量为:4 X

31、4*例2: 已知某个ROM的存储容量为:16 X 2 则其地址线为: 字线为: 数据线为:* 例3: ROM的存储容量为: 1024 X 8 则其地址线为: 字线为: 数据线为:,4,16,2,10,1024,8,返回,ROM的分析,例题1:分析题( 8分) 如图所示ROM， （1）ROM的存储容量是： （2）ROM的地址线为： 位；位线为： 位 （3）分析如图逻辑电路，写出其逻辑表达式，并化简为最简与或式用ROM设计逻辑函数:,返回,用ROM的设计逻辑函数,例题1:用ROM设计逻辑函数:例题2:用ROM实现多输出函数,返回,ROM的设计例题1,例题1:用ROM设计逻辑函数:解：* 将函数整理成最小项表达式： * 画ROM的连接图,返回,返回,例题：,下一页,返回,例题：,几种常用的BCD代码,返回,其它码,循环码： 任意两个相邻的码之间只有一位数码不同的代码称循环码。2位、3位循环码 四位格雷码 编码表：奇偶校验码：将一位二进制代码配置到被传送的每一组二进制代码中，使配置后的每一组代码中“1”的个数为奇数或偶数。,返回,循环码,循环码： 任意两个相邻的码之间只有一位数码不同的代码称循环码。循环码编码表,返回,