数电课件康华光电子技术基础—数字部分(第五)完全配套PPT课件

3.6.1 各种门电路之间的接口问题
在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和CMOS两种器件
混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种 器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时
，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：
1) 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范
围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。
A B A B & ≥1 & L
A B A B
& ≥1 & L
A B A B
& & & L
A B
&
L = A B
逻辑门等效符号强调低电平有效
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
AL
IC
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
EN
AL RE = L
L=0
AL = 0 RE = 1
2. 正负逻辑等效变换
某电路输入与输出电平表 A L L H H B L H L H L H H H L
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
采用负逻辑
___或非门
L
0 0 0
A
1 1 0
B
1 0 1
正逻辑 负逻辑 与非 或非 与 或 非 非
0
0
1
3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用
（4）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力 a)带负载能力
当O=0.2V时 当输出为低电平时，T4截止， T3饱和导通，其饱和电流全 部用来驱动负载
当O=3.6V时 T3截止，T4组成的电压跟随 器的输出电阻很小，输出高 电平稳定，带负载能力也较 强。 b)输出级对提高开关速度的作用 输出端接负载电容CL时， O由低到高电平跳变的瞬间， CL充电，其时间常数很小使 输出波形上升沿陡直。而当 O由高变低后， CL很快放电， 输出波形的下降沿也很好。

③ 状将态数表码1101右移串行输入给寄存器（串行输入是 指逐位依次输入）。
在接收数码表前5-2，从4位输右入移端位输寄入存器一状个态负表脉冲把各触
发器置为0状态（称为清零）。
CP顺序
输 入DSR
输出 Q0 Q1 Q2 Q3
0
1
0000
1
1
1000
2
0
1100
3
1
0110
4
0
1011
5
0
0101
6
0
19
表5-4 74LS194功能表
结论：清零功能最优先（异步方式）。 计数、移位、并行输入都需CP的↑到来（同步方式）
2019/10/13
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工作方式控制端
M1 M0
功能
M1M0区分四种功能。
00
01
保持 右移
10
左移
2019/10/13
1 1 并行置数 21
5.1.3 寄存器的应用实例
1．数数据据显显示示锁锁存存器器； 数显示值序构数在。通列成码许常脉的计多以串冲数设84／信器备21并号…中B与发…C常D并生需码／器要计串；显数转示，换计并；数以器七的段计数数码值显，示计器
单拍工作方式：不需清除原有数据，只要CP↑一 到达，新的数据就会存入。
常用4D型触发器74LS175、6D型触发器74LS174、 8D型触发器74LS374或MSI器件等实现。
2019/10/13
8
2．由D型锁存器构成的数码寄存器 （1）锁存器的工作原理
送数脉冲CP为锁存 控制信号输入端， 即使能信号（电平
问题：如果计数器的计数速度高，人眼则无法 辨认显示的字符。
措施：在计数器和译码器之间加入锁存器，就 可控制数据显示的时间。

D Qn Qn+1 功能 0 0 0 置0 01 0
1 1
0 1
1 置1 1
简化的功能表
D
Qn+1
00
11
（1-30）
②逻辑式
Q n+1 = D
③状态转换图
D=0
D=1
0
1
D=1
2021/3/12
D=0
D Qn Qn+1 功能
0 0
0 1
0 0
置0
1 1
0 1
1 1
置1
④驱动表
Qn →Qn+1
00 01 10 11
基本R-S触发器 SD
Q & G1
导引电路
反 馈
—
Q,Q
为输出端
线
D为输入端
CP为时钟脉冲控制端
—
RD
,2—0S21D/3/分12 别为直接置0,1端
& G3 & G5
Q
& G2 RD
& G4 CP
& G6
D
（1-39）
2.逻辑功能 (1)D＝0
当CP＝0时
触发器状态不变
Q0
& G1
SD
1
1Q
& G2 10 RD
000 0 0 0 000 0 1 1
条件：SR＝0
000 1 0 0 000 1 1 0
注意：CP=1期间Qn+1随Qn、 S、R的变化按真值表变化。 CP=0时Qn+1维持原态。
001 0 0 001 0 1
001 1 0 001 1 1
1 1
不 定
R=S=1,CP=1时: Q= —Q= 0

由上得 (37)D=(100101)B
当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化?
例1.2.3 将(133)D转换为二进制数 解：由于27为128，而133－128=5=22＋20， 所以对应二进制数b7=1，b2=1，b0=1，其余各 系数均为0，所以得 (133)D=(10000101)B
b. 小数的转换: 对于二进制的小数部分可写成
3、模拟信号的数字表示
由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.
模数转换的实现
3 V
模拟信号
模数转换器 00000011 数字输出
1.1.4 数字信号的描述方法
1、二值数字逻辑和逻辑电平 二值数字逻辑 0、1数码---表示数量时称二进制数
---表示事物状态时称二值逻辑 表示方式 a 、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
q 6ms 16ms 100% 37.5%
(3)实际脉冲波形及主要参数 非理想脉冲波形
几个主要参数:
周期 (T)
----
表示两个相邻脉冲之间的时间间隔
脉冲宽度 (tw )---- 脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间
占空比 Q ----表示脉冲宽度占整个周期的百分比
上升时间tr 和下降时间tf ----从脉冲幅值的10%到90% 上升 下降所经历的时间( 典型值ns )
( N ) D b 1 2 1 b 2 2 2 b (n 1) 2 (n 1) b n 2 n
将上式两边分别乘以2，得
2 ( N ) D b 1 2 0 b 2 2 1 b (n 1) 2 (n 2) b n 2 (n 1)

A0 A0 1 A1 A1 1
& Y1 Y1 & Y2 Y2 & Y3 Y3
7
4.4.2 译码器/数据分配器 (b) 74HC138(74LS138)集成译码器
E3
Y0
E2
Y1
E1
Y2
74HC138 Y3
Y4
A0
Y5
A1
Y6
A2
Y7
示意框图
A0 1 A1 2 A2 3
E1 4
E2 5 E3 6
Y7 7 GND 8
译码器的应用
1、已知下图所示电路的输入 信号的波形试画出译码器输E
出的波形。
A
+5V
E3
Y0
E
E2
Y1
E1
Y2
74HC138 Y3
Y4
A B C
A0 A1 A2
Y5 Y6 Y7
B
Y0 C
Y1 Y0
Y2 Y1
Y3 Y4
Y5
Y2 Y3
Y6 Y4
Y7 Y5
Y6
Y7 12
4.4.2 译码器/数据分配器
3、用译码器实现逻辑函数。 当E3 =1 ，E2 = E1 = 0时
&
Y6
&
&
Y7
8个译码 输出端
9
4.4.2 译码器/数据分配器
74HC138集成译码器功能表
输
入
输
出
E3 E 2 E 1 A2 A1 A0 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7
×H××××HHHHHHHH ×XH×××HHHHHHHH L×××××HHHHHHHH HL L L L L LHHHHHHH HL L L LHHLHHHHHH HL L LHLHHLHHHHH HL L LHHHHHLHHHH HL LHL LHHHHLHHH HL LHLHHHHHHLHH HL LHHLHHHHHHLH HL LHHHHHHHHHHL

康华光电子技术基础数字部分第五版
2. 反演规则：
对于任意一个逻辑表达式L，若将其中所有的与（• ）换成或（+），或（+）换 成与（•）；原变量换为反变量，反变量换为原变量；将1换成0，0换成1；则得 到的结果就是原函数的反函数。
例2.1.1 试求
LABCD 0 的非函数
解：按照反演规则，得
L ( A B (C ) D )1 (A B )C ( D )
2、基本公式的证明
(真值表证明法)
例 证明 A B A B ， AB A B
列出等式、右边的函数值的真值表
A B A B A+B
00 01 10 11
11 10 01 00
0+0=1 0+1=0 1+0=0 1+1=0
A B AB A+B
1 0·0 = 1 1 0 0·1 = 1 1 0 1·0 = 1 1 0 1·1 = 0 0
康华光电子技术基础数字部分第五版
2.1.3 逻辑函数的代数法化简
1、逻辑函数的最简与-或表达式
在若干个逻辑关系相同的与-或表达式中，将其中包含的与项数 最少，且每个与项中变量数最少的表达式称为最简与-或表达式。
LACCD = A CC D
(AC)(CD)
“与-或” 表达式 “与非-与非”表达式 “或-与”表达式
康华光电子技术基础数字部分第五版
3. 对偶规则：
对于任何逻辑函数式，若将其中的与（• ）换成或（+），或（+）换成与（•）；并将1
换成0，0换成1；那么，所得的新的函数式就是L的对偶式，记作 L。
例: 逻辑函数 L ( A B)( A C) 的对偶式为
L AB AC

只读存储器是一种只能写入一次数据的存储器，写入后数据无法修改或删除。
ROM的优点是可靠性高、集成度高、功耗低等。
ROM的分类：根据编程方式的不同，可以分为掩膜编程ROM和紫外线擦除编程ROM。
RAM的分类
根据存储单元的连接方式不同，可以分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
门电路的定义
门电路的分类
门电路的作用
根据工作原理和应用领域，门电路可分为与门、或门、非门、与非门、或非门等。
门电路在数字电路中起到信号传输、逻辑控制和状态转换等作用。
03
02
01
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）门电路采用互补晶体管实现逻辑运算，具有低功耗和高可靠性的特点。
发展趋势
随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数字电路正朝着高速、高可靠性、低功耗、微型化的方向发展。同时，随着物联网、云计算、大数据等新兴技术的兴起，数字电路的应用领域将进一步拓展。
PART
02
数字逻辑基础
REPORTING
逻辑变量只有0和1两种取值，表示真和假、开和关等对立的概念。
逻辑变量
包括逻辑与、逻辑或、逻辑非等基本逻辑运算，以及与非、或非、异或等常用逻辑运算。
详细描述
THANKS
感谢观看
REPORTING
公式化简法
利用卡诺图的特点，通过圈0和填1的方式对逻辑函数进行化简。
卡诺图化简法
利用吸收律对逻辑函数进行化简，如A+A↛B=A+B。
吸收法
将多个相同或相似的项合并为一个项，如A+AB=A。
合并法
PART
03

2019/3/23
11
例如，需要在一段时间内多次测量恒温室的 温度误差是否在规定的范围内。 若从计数器清0开始到7个时钟脉冲过后，一直 有DA>DB，计数器做加法，从0001计到0111状态， 则计数器输出Q3 Q2Q1Q0为0111； 反之，若一直有DA<DB，计数器做减法，从 1111计到1001状态，则计数器输出为1001( 1001状 态是－7的补码)。 7个脉冲过后，CR信号使计数器清0，准备下 一次比较。 在7个脉冲的作用期间，计数器输出的正常值 应在一7～＋7之间变化。
CC4516为 可逆4位二 进制计数器
当高、低位计数器均减为0时
0
0
1
2019/3/23
改变预置数的值，可以改变分频比。 图5-40 程序分频器（分频比N为1~256 ）
5
2．组成数字钟计数显示电路 通常数字钟需要一个精确的时钟信号，一般采用 石英晶体振荡器产生，经分频后得到周期为1秒的脉 冲信号CP。 仿真 进 位 信 个位十进制×十位六进制＝六十进制加法计数器 号 BCD-七段显示译码器7448，输出为高电平有效 。
2019/3/23
图5-44 例5-2电路的工作波形
9
Байду номын сангаас
双时钟输入4 4位二进制数 例5-3 分析图5-45所示电路的逻辑功能。 位二进制可逆 值比较器 门级组 计数器 合电路
电路Ⅱ：时钟输入控制电路。 若YA<B =0，CP→CPU，加法计数； 若YA<B =1，CP→CPD，减法计数； 电路Ⅲ：可逆计数器。在CR脉冲的作用下每7 若 Y =1，CP被封锁，停止计数。 A=B 个 CP 计数器复零。 电路 I ：把输入的二进制数 D （ ⑵ 1 分析各功能块电路的逻辑功能 ）将电路按功能划分成 3个功能块 2019/3/23 10 A与标准值DB比较

4
4V
2
vGS＝3V
截止区 0
5 10 15 20
rdso是一个受vGS控制的可变电阻 , vGS越大rdso越小
vDS/V
（2）转移特性
iD f (vGS) vDS const.
iD /mA
可 4变
电 3阻
区 2 1
vGS = 6V
饱和区 5V 4V 3V
iD /mA
4
vDS = 6V
3
2 1 VTN
2
150
1.2 2.2 3.5
15
0.4 0.5 3.5
HTL
＋15 85
30
2550
7 7.5 13
CE10K系列 －5.2 2
25
ECL
CE100K系列 －4.5 0.75
40
50
0.155 0.125 0.8
30
0.135 0.130 0.8
VDD=5V
＋5
45 5×10－3 225 ×10－3 2.2 3.4
1 1 0 电流方向? 1 1
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
N OL

I OL (驱动门) I IL (负载门)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
(b)带拉电流负载 驱动门
负载门
0 1 1 电流方向? 1 0
IOH= nIIH
IIH …
拉电流
1
IIH
n个
N OH

IOH (驱 动 门 ） I IH（ 负 载 门 ）
如NOH= NOL则取两者的最小值为门的扇出系数
3.1.2 逻辑门电路的一般特性

自顶向下设计方法
从整体到局部，逐层细化，将复 杂系统分解为简单子系统。
自底向上设计方法
从局部到整体，先设计好底层模块， 再逐步向上集成。
IP核复用技术
利用已有的IP核（知识产权核）进 行系统设计，提高设计效率。
数字系统应用举例：交通信号灯控制系统
交通信号灯控制逻辑
01
根据交通规则和车流量情况，设计信号灯的控制逻辑。
硬件电路设计
02
包括信号灯驱动电路、传感器接口电路等。
软件编程实现
03
使用VHDL或Verilog等硬件描述语言进行编程实现。
数字系统应用举例：电子密码锁控制系统
密码锁控制逻辑
根据密码输入情况，控制锁的开 启或关闭。
硬件电路设计
包括键盘输入电路、显示电路、 锁控电路等。
软件编程实现
使用嵌入式C语言或汇编语言进 行编程实现。
课件按照教材的章节结构进行编排，包括数字电路基 础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器、
可编程逻辑器件、数字系统等章节。
输标02入题
每章包括本章导读、知识点讲解、例题解析、习题练 习等部分，内容丰富、详实。
01

课件还提供了丰富的实验和实践内容，帮助学生更好 地掌握数字电路的知识和技能。
04
非易失性，即断电后数据不会丢失。
02 03
ROM的工作原理
ROM在制造过程中将信息以掩膜方式写入，用户只能读取不能修改。 根据写入方式的不同，ROM可分为掩膜ROM、可编程ROM （PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）等。
ROM的应用领域
ROM广泛应用于计算机启动程序、设备驱动程序、嵌入式系统等领域， 用于存储固定不变的信息。