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数字逻辑电路的重点与难点分析

【摘要】:半导体二极管、晶体管的开关特性,有利于读者理解逻辑门电路、数字逻辑电路及系统的工作速度。最后根据ASM图或RTL画出数字系统的逻辑电路图。

1.数字逻辑基础

本节介绍的是数字逻辑的基本知识,包括数字信号数字电路及其特点、数制与码制、基本逻辑运算等内容。通过本节的学习,要让学生正确理解一些常用术语或定义,如二进数字逻辑、逻辑电平、脉冲波形和数字波形等;掌握二进制十六进制十进制等不同数制之间的关系及相互转换规律;掌握数字系统中常用的几种BCD码(8421码、2421码和余3码)及可靠性编码,如格雷码等。

2.逻辑门电路

逻辑门电路是组成各种数字电路及数字系统的基本逻辑单元,是数字逻辑电路的重点之一。

半导体二极管、晶体管的开关特性,有利于读者理解逻辑门电路、数字逻辑电路及系统的工作速度。介绍TTL和CMOS两类集成门电路时,重点应放在它们的外部特性上,即它们的逻辑功能和外部电气特性(包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等)。

为便于合理选择和正确使用数字集成器件,必须熟悉它们的主要参数,如输入、输出高低电平时的电压、电流范围、噪声容限、扇入数、扇出数、平均传输延迟时间及功耗等,以及逻辑门电路使用中的接口问题及其他一些实际应用问题。

3.组合逻辑电路的分析与设计

逻辑代数是本课程的基础理论,是分析和设计逻辑电路的数学工具,要求熟练掌握其基本定律和基本规则。

难点:组合逻辑电路的分析与设计方法。应使学生掌握组合电路在电路结构和逻辑功能上的特点,掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。不管是用小规模、中规模,还是用大规模集成电路设计组合电路,在多数情况下,将提出的设计要求进行逻辑抽象,再写出逻辑函数表达式,这关键的两步是必不可少的。

4.常用组合逻辑功能

器件的逻辑功能是重点,只有了解逻辑器件上附加控制端(如使能端、选通输入端、片选端及禁止端等)的功能,才能够根据器件的功能表正确合理地运用这些控制端,最大限度地发挥所用器件的潜力,设计出任何其他逻辑功能的组合电路。

5.触发器

触发器是时序逻辑电路的基本逻辑单元,能够存储1位二进制数据。

触发器的电路结构形式和触发方式与逻辑功能是两个不同的概念,它们之间没有固定的对应关系。常用的触发器有基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。由于电路结构不同,则触发方式不同。基本RS触发器用电平触发,同步触发器和主从触发器用脉冲触发,边沿触发器用脉冲边沿触发。从逻辑功能分为RS触发器、JK触发器、T触发器、D触发器。同一种电路结构的触发器可以构成不同的逻辑功能,而同一种逻辑功能的触发器也可以用不同的电路结构实现。

6.时序逻辑电路的分析与设计

根据时序逻辑电路在逻辑功能及其描述方法和电路结构上的特点,在设计过程中,正确拟定原始状态表或原始状态图是最关键的、不可缺少的一步,也是较困难的一步。必须仔细分析题意,弄清所要实现的逻辑功能,并把注意力集中在确保其正确性上,而不要刻意追求最少的状态数目。

7.常用时序逻辑功能器件

在计数器、寄存器及移位寄存器等逻辑功能的基础上,重点掌握这些逻辑器件上的附加控制端的功能。根据器件的功能表,正确合理地运用这些控制端,最大限度地发挥所用器件的潜力,设计出任何其他逻辑功能的时序电路

8.半导体存储器可编程逻辑器件

半导体存储器是数字系统的重要组成部分。了解静态RAM和动态RAM的存储原理,以及存储器的一般结构和工作原理,重点掌握“存储单元”“字”“位”“地址”“地址单元”等基本概念,存储器的读/写控制及存储器容量扩展的一般方法。

可编程逻辑器件属大规模集成器件,应用非常广泛。通过对GAL器件的介绍使读者正确理解用可编程逻辑阵列实现各种逻辑功能电路的基本原理。

作为GAL功能扩展的CPLD,了解其结构和各部分的工作原理,突出“在线编程”的特点。

9.波形产生与变换

多谐振荡器是直接产生矩形脉冲波形的基本单元电路,单稳态触发器和施密特触发器是最常用的两种波形变换电路。对于这几种电路,应重点掌握其工作原理、特点、波形分析法、参数计算及基本应用。

用波形分析法分析多谐振荡器及单稳态触发器时,关键在于通过对电路工作过程的分析正确地画出电路各点的电压波形,找出决定电路状态发生转换的控制电压。

555定时器是一种应用广泛的集成电路,要求在熟悉其工作原理的基础上,重点要熟练掌握由它组成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器电路的工作原理、指标参数及电路元器件参数的计算。

10.数/模与模/数转换器

数/模转换以倒T形电阻网络D/A转换器为主,在熟练掌握其工作原理的基础上,了解其他类型的D/A转换器(如权电流型、权电阻型D/A转换器等)的工作原理。掌握单极性和双极性的输出方式和相应电路的组成。掌握D/A转换器的典型应用。

掌握A/D转换的一般工作过程,并行比较A/D转换器,逐次比较A/D转换器和双积分型A/D转换器的工作原理及特点。

11.数字系统设计基础

数字系统的设计主要掌握数字系统自上而下设计方法中常用的两种工具:算法状态机(ASM)图和寄存器传输语言(RTL)。

用ASM图设计数字系统,首先要确定系统的逻辑功能,即划分出控制器和处理器,再根据控制器的状态转换画出其ASM图。用RTL设计数字系统的关键是确定系统的工作状态,每个状态对应寄存器传输语言中的一步。最后根据ASM图或RTL画出数字系统的逻辑电路图