《數(shù)字電子技術(shù)》總結(jié)復(fù)習(xí).doc

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《數(shù)字電子技術(shù)》復(fù)習(xí) 一、主要知識(shí)點(diǎn)總結(jié)和要求 1．?dāng)?shù)制、編碼其及轉(zhuǎn)換：要求：能熟練在10進(jìn)制、2進(jìn)制、8進(jìn)制、16進(jìn)制、8421BCD、格雷碼之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。 舉例1：（37.25）10= ( )2= ( )16= ( )8421BCD 解：（37.25）10= ( 100101.01 )2= ( 25.4 )16= ( 00110111.00100101 )8421BCD 2．邏輯門(mén)電路： (1)基本概念 1）數(shù)字電路中晶體管作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，是指它的工作狀態(tài)處于飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。 2）TTL門(mén)電路典型高電平為3.6 V，典型低電平為0.3 V。 3）OC門(mén)和OD門(mén)具有線(xiàn)與功能。 4）三態(tài)門(mén)電路的特點(diǎn)、邏輯功能和應(yīng)用。高阻態(tài)、高電平、低電平。 5）門(mén)電路參數(shù)：噪聲容限VNH或VNL、扇出系數(shù)No、平均傳輸時(shí)間tpd。 要求：掌握八種邏輯門(mén)電路的邏輯功能；掌握OC門(mén)和OD門(mén)，三態(tài)門(mén)電路的邏輯功能；能根據(jù)輸入信號(hào)畫(huà)出各種邏輯門(mén)電路的輸出波形。 舉例2：畫(huà)出下列電路的輸出波形。 解：由邏輯圖寫(xiě)出表達(dá)式為：，則輸出Y見(jiàn)上。 3．基本邏輯運(yùn)算的特點(diǎn)： 與 運(yùn) 算：見(jiàn)零為零，全1為1；或 運(yùn) 算：見(jiàn)1為1，全零為零； 與非運(yùn)算：見(jiàn)零為1，全1為零；或非運(yùn)算：見(jiàn)1為零，全零為1； 異或運(yùn)算：相異為1，相同為零；同或運(yùn)算：相同為1，相異為零； 非 運(yùn) 算：零 變 1， 1 變 零； 要求：熟練應(yīng)用上述邏輯運(yùn)算。 4. 數(shù)字電路邏輯功能的幾種表示方法及相互轉(zhuǎn)換。 ①真值表（組合邏輯電路）或狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表（時(shí)序邏輯電路）：是由變量的所有可能取值組合及其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值所構(gòu)成的表格。 ②邏輯表達(dá)式：是由邏輯變量和與、或、非3種運(yùn)算符連接起來(lái)所構(gòu)成的式子。 ③卡諾圖：是由表示變量的所有可能取值組合的小方格所構(gòu)成的圖形。 ④邏輯圖：是由表示邏輯運(yùn)算的邏輯符號(hào)所構(gòu)成的圖形。 ⑤波形圖或時(shí)序圖：是由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對(duì)應(yīng)的輸出函數(shù)值的高、低電平所構(gòu)成的圖形。 ⑥狀態(tài)圖（只有時(shí)序電路才有）：描述時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱(chēng)為狀態(tài)圖。 要求：掌握這五種（對(duì)組合邏輯電路）或六種（對(duì)時(shí)序邏輯電路）方法之間的相互轉(zhuǎn)換。 5．邏輯代數(shù)運(yùn)算的基本規(guī)則 ① 反演規(guī)則：對(duì)于任何一個(gè)邏輯表達(dá)式Y(jié)，如果將表達(dá)式中的所有“”換成“＋”，“＋”換成“”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，原變量換成反變量，反變量換成原變量，那么所得到的表達(dá)式就是函數(shù)Y的反函數(shù)Y（或稱(chēng)補(bǔ)函數(shù)）。這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為反演規(guī)則。 ②對(duì)偶規(guī)則：對(duì)于任何一個(gè)邏輯表達(dá)式Y(jié)，如果將表達(dá)式中的所有“”換成“＋”，“＋”換成“”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，而變量保持不變，則可得到的一個(gè)新的函數(shù)表達(dá)式Y(jié)＇，Y＇稱(chēng)為函Y的對(duì)偶函數(shù)。這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為對(duì)偶規(guī)則。 要求：熟練應(yīng)用反演規(guī)則和對(duì)偶規(guī)則求邏輯函數(shù)的反函數(shù)和對(duì)偶函數(shù)。 舉例3：求下列邏輯函數(shù)的反函數(shù)和對(duì)偶函數(shù) 解：反函數(shù)： ；對(duì)偶函數(shù)： 6．邏輯函數(shù)化簡(jiǎn) 要求：熟練掌握邏輯函數(shù)的兩種化簡(jiǎn)方法。 ①公式法化簡(jiǎn)：邏輯函數(shù)的公式化簡(jiǎn)法就是運(yùn)用邏輯代數(shù)的基本公式、定理和規(guī)則來(lái)化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。 舉例4：用公式化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)： 解： ②圖形化簡(jiǎn)：邏輯函數(shù)的圖形化簡(jiǎn)法是將邏輯函數(shù)用卡諾圖來(lái)表示，利用卡諾圖來(lái)化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。（主要適合于3個(gè)或4個(gè)變量的化簡(jiǎn)） 舉例5：用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)： 解：畫(huà)出卡諾圖為 則 7．觸發(fā)器及其特性方程 1）觸發(fā)器的的概念和特點(diǎn)： 觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯單元。其具有如下特點(diǎn)： ①它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)； ②在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)，即兩個(gè)穩(wěn)態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換； ③當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。具有記憶功能 2）不同邏輯功能的觸發(fā)器的特性方程為： RS觸發(fā)器：，約束條件為：RS＝0，具有置0、置1、保持功能。 JK觸發(fā)器：，具有置0、置1、保持、翻轉(zhuǎn)功能。 D觸發(fā)器： ，具有置0、置1功能。 T觸發(fā)器： ，具有保持、翻轉(zhuǎn)功能。 T′觸發(fā)器： (計(jì)數(shù)工作狀態(tài))，具有翻轉(zhuǎn)功能。 要求：能根據(jù)觸發(fā)器（重點(diǎn)是JK-FF和D-FF）的特性方程熟練地畫(huà)出輸出波形。 舉例6：已知J，K-FF電路和其輸入波形，試畫(huà)出 8．脈沖產(chǎn)生和整形電路 1)施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。要求：會(huì)根據(jù)輸入波形畫(huà)輸出波形。 特點(diǎn)：具有滯回特性，有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，輸出僅由輸入決定，即在輸入信號(hào)達(dá)到對(duì)應(yīng)門(mén)限電壓時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，沒(méi)有記憶功能。 2)多諧振蕩器是一種不需要輸入信號(hào)控制，就能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路。 特點(diǎn)：沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，且兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)能自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 3)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入負(fù)脈沖作用下，產(chǎn)生定時(shí)、延時(shí)脈沖信號(hào)，或?qū)斎氩ㄐ握巍? 特點(diǎn)：①電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 ②在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。 ③暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。 要求：熟練掌握555定時(shí)器構(gòu)成的上述電路，并會(huì)求有關(guān)參數(shù)（脈寬、周期、頻率）和畫(huà)輸出波形。 舉例7：已知施密特電路具有逆時(shí)針的滯回特性，試畫(huà)出輸出波形。 解： 9．A/D和D/A轉(zhuǎn)換器 1）A/D和D/A轉(zhuǎn)換器概念： 模數(shù)轉(zhuǎn)換器：能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。由采樣、保持、量化、編碼四部分構(gòu)成。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器：能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。由基準(zhǔn)電壓、變換網(wǎng)絡(luò)、電子開(kāi)關(guān)、反向求和構(gòu)成。 ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱(chēng)之為兩者之間的接口。 2）D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率 分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。 分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。 舉例8：10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為： 3）A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。 舉例9：輸入模擬電壓的變化范圍為0～5V，輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2－8＝20mV；而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2－12≈1.22mV。 10．常用組合和時(shí)序邏輯部件的作用和特點(diǎn) 組合邏輯部件：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器、半加器、全加器。 時(shí)序邏輯部件：計(jì)數(shù)器、寄存器。 要求：掌握編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器、半加器、全加器、計(jì)數(shù)器、寄存器的定義，功能和特點(diǎn)。 舉例10：能對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加而求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱(chēng)為半加器。 二、典型題型總結(jié)及要求 （一）分析題型 1．組合邏輯電路分析： 分析思路： ①由邏輯圖寫(xiě)出輸出邏輯表達(dá)式； ② 將邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)與或表達(dá)式； ③由最簡(jiǎn)與或表達(dá)式列出真值表； ④分析真值表，說(shuō)明電路邏輯功能。 要求：熟練掌握由門(mén)電路和組合邏輯器件74LS138、74LS153、74LS151構(gòu)成的各種組合邏輯電路的分析。 舉例11：分析如圖邏輯電路的邏輯功能。 解： ①由邏輯圖寫(xiě)出輸出邏輯表達(dá)式 ②將邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)與或表達(dá)式 ③由最簡(jiǎn)與或表達(dá)式列出真值表 ④分析真值表，說(shuō)明電路邏輯功能 當(dāng)輸入A、B、C中有2個(gè)或3個(gè)為1時(shí)，輸出Y為1，否則輸出Y為0。所以這個(gè)電路實(shí)際上是一種3人表決用的組合邏輯電路：只要有2票或3票同意，表決就通過(guò)。 2．時(shí)序邏輯電路分析： 分析思路： ① 由電路圖寫(xiě)出時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程； ② 將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特征方程，確定電路狀態(tài)方程； ③分析計(jì)算狀態(tài)方程，列出電路狀態(tài)表； ④由電路狀態(tài)表畫(huà)出狀態(tài)圖或時(shí)序圖； ⑤分析狀態(tài)圖或時(shí)序圖，說(shuō)明電路邏輯功能。 要求：熟練掌握同步時(shí)序電路，比如同步加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、環(huán)形計(jì)數(shù)器、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的分析。 舉例12：如圖所示時(shí)序邏輯電路，試分析它的邏輯功能，驗(yàn)證是否能自啟動(dòng)，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。 解： 時(shí)鐘方程為：CP0=CP1=CP 激勵(lì)方程為： 將激勵(lì)方程代入J-K-FF的特性方程可得狀態(tài)方程為 由狀態(tài)方程做出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為： 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 則狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖為： 可見(jiàn)電路具有自啟動(dòng)特性，這是一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 （二）設(shè)計(jì)題型 1．組合邏輯電路設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)思路： ① 由電路功能描述列出真值表； ② 由真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式或卡若圖； ③將表達(dá)式化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)與或表達(dá)式； ④實(shí)現(xiàn)邏輯變換，畫(huà)出邏輯電路圖。 要求：熟練掌握用常用門(mén)電路和組合邏輯器件74LS138、74LS153、74LS151設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各種組合邏輯電路。 舉例13：某汽車(chē)駕駛員培訓(xùn)班進(jìn)行結(jié)業(yè)考試，有三名評(píng)判員，其中A為主評(píng)判員，B和C為副評(píng)判員，在評(píng)判時(shí)按照服從多數(shù)原則通過(guò)，但主評(píng)判員認(rèn)為合格也通過(guò)，試用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)該邏輯電路。（或用74138、74151、74153實(shí)現(xiàn)） 解：由題意可作出真值表為：用卡諾圖化簡(jiǎn)為 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 則輸出邏輯表達(dá)式為 用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)邏輯電路圖為： 2．時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)思路： ①由設(shè)計(jì)要求畫(huà)出原始狀態(tài)圖或時(shí)序圖； ②簡(jiǎn)化狀態(tài)圖，并分配狀態(tài)； ③選擇觸發(fā)器類(lèi)型，求時(shí)鐘方程、輸出方程、驅(qū)動(dòng)方程； ④畫(huà)出邏輯電路圖； ⑤檢查電路能否自啟動(dòng)。 要求：熟練掌握同步時(shí)序電路，比如同步加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 舉例14：設(shè)計(jì)一個(gè)按自然態(tài)序變化的7進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)則為逢七進(jìn)1，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出。 解： ①建立原始狀態(tài)圖： ②簡(jiǎn)化狀態(tài)圖，并分配狀態(tài)：已經(jīng)是最簡(jiǎn)，已是二進(jìn)制狀態(tài)； ③選擇觸發(fā)器類(lèi)型，求時(shí)鐘方程、輸出方程、驅(qū)動(dòng)方程： 因需用3位二進(jìn)制代碼，選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。 由于要求采用同步方案，故時(shí)鐘方程為： 輸出方程： 狀態(tài)方程： ④畫(huà)出電路圖 ⑤檢查電路能否自啟動(dòng)： 將無(wú)效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計(jì)算： 可見(jiàn)111的次態(tài)為有效狀態(tài)000，電路能夠自啟動(dòng)。 3．集成計(jì)數(shù)器和寄存器的應(yīng)用：構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器和扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。 要求：熟練掌握74LS160、74LS161、74LS162、74LS163四種集成計(jì)數(shù)器應(yīng)用，比如分析或設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器；熟練掌握74LS194應(yīng)用，比如分析或設(shè)計(jì)環(huán)形計(jì)數(shù)器和扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。 1.用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)數(shù)器 （1）寫(xiě)出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。 （2）求歸零邏輯，即求同步清零端或置數(shù)控制端信號(hào)的邏輯表達(dá)式。 （3）畫(huà)連線(xiàn)圖。 2.用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)數(shù)器 （1）寫(xiě)出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。 （2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號(hào)的邏輯表達(dá)式。 （3）畫(huà)連線(xiàn)圖。 舉例15：用74LS161來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 解： (1)用異步清零端歸零： SN＝S12＝1100 則電路為： 注：這里D0～D3可隨意處理。 (2)用同步置數(shù)端歸零： SN＝S11＝1011 則電路為：注：這里D0～D3必須都接0。 舉例16：用74LS160來(lái)構(gòu)成一個(gè)48進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。 解：因74LS160為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要構(gòu)成48進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器須用二片74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)采用異步清零實(shí)現(xiàn)： S48=01001000，取高位片的QC和低位片的QD作歸零反饋信號(hào)。即清零端歸零信號(hào)為：，則電路連線(xiàn)圖為： （三）計(jì)算和畫(huà)圖題型：要求：會(huì)分析電路工作原理，說(shuō)明電路功能；會(huì)根據(jù)題意計(jì)算電路參數(shù)，或正確畫(huà)出電路波形。 舉例17：如圖電路，完成下列問(wèn)題： 1)說(shuō)明這是什么電路？ 2)求電路的輸出信號(hào)頻率f 3)畫(huà)出VC及VO的波形。 解： 1) 這是一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。 2) 其振蕩周期為 則其頻率為 3)VC及VO的波形的波形為： 三、基本概念練習(xí) 一、判斷題 1．CMOS門(mén)電路為雙極型電路，而TTL門(mén)電路則為單極型電路。（ ） 2.能夠?qū)崿F(xiàn)“線(xiàn)與”功能的門(mén)電路是OC門(mén)或OD門(mén)。（ ） 3．施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)是只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，需在外加信號(hào)作用下才能由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。（ ） 4．在時(shí)鐘脈沖的控制下，根據(jù)輸入信號(hào)T不同情況，凡是具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，稱(chēng)為T(mén)觸發(fā)器。（ ） 5.某電路任意時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且與電路的原狀態(tài)有關(guān)，該電路為時(shí)序邏輯電路。( ) 6.若集成555定時(shí)器的第4腳接低電平時(shí)，不管輸入信號(hào)為任意值，定時(shí)器始終輸出高電平。( ) 二、填空題： 1．（44．375）10= 2 = 8 = 16 = 8421BCD。 2．Y=AB（C+D），它的反函數(shù)= ；對(duì)偶函數(shù)= 。 3．或非邏輯運(yùn)算特點(diǎn)是 ，異或邏輯運(yùn)算特點(diǎn)為 。 4.n-2 n線(xiàn)譯碼器的輸入代碼為 個(gè)，輸出代碼為 個(gè)。 5.就單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器而言，若要實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)的功能，應(yīng)選用 ；若要實(shí)現(xiàn)波形變換、整形的功能，應(yīng)選用 。 6.一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn) 分頻；n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，最后一個(gè)觸發(fā)器輸出的脈沖頻率是輸入頻率的 倍。 三、選擇題 1.八位二進(jìn)制數(shù)所能表示的最大十進(jìn)制數(shù)為( )。 (a) 255 (b) 88 (c) 99 (d) 128 2.下圖中能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的電路是( )。 3.8421BCD十進(jìn)制譯碼器，數(shù)字輸入信號(hào)端和數(shù)字輸出信號(hào)端分別有（ ）個(gè)。 (a)4和16 (b) 3和8 (c) 3和10 (d) 4和10 4．四個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，若觸發(fā)器輸出從低位至高位分別為Q0、Q1、Q2、Q3，則輸出進(jìn)位信號(hào)C為( ) (a) Q3Q1 (b) Q3Q2Q1Q0 (c) Q2Q1Q0 (d) Q3Q0 5．能將輸入三角波信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號(hào)輸出的電路是( )。 (a) 多諧振蕩器 (b) A／D轉(zhuǎn)換器 (c) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (d) 施密特觸發(fā)器 6.若A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的變化范圍為0～5V，則輸出10位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為( ) (a)1.5mV (b)2.4mV (c)4.9mV (d)6.5mV