首页 理论教育信息技术二类专业总复习：第16章数字电路小结与实验

信息技术二类专业总复习：第16章数字电路小结与实验

2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】：日常生活中常采用十进制,而数字电路中常采用二进制、八进制、十六进制。③二进制数与十六进制数的转换将二进制数的整数部分自右向左每四位分为一组,最后不足四位的,高位用0补足;小数部分自左向右每四位分为一组,最后不足四位在右面补0。

一、数字电路的分类

二、数字电路基础

1.数字电路概述

(1)数字电路的特点

电路结构简单,抗干扰能力强,能完成数值运算和逻辑运算,元器件工作在开关状态,功耗小。

(2)脉冲信号

脉冲信号是指作用时间极短的电压或电流信号,常见的脉冲波形如矩形波、锯齿波、尖脉冲、阶梯波等。

(3)数字信号

脉冲的出现或消失用1和0来表示,这样一串脉冲就变成由一串1和0组成的数码,这种信号称为数字信号,需要注意的是数字信号的0和1并不表示数量的大小,而是代表电路的工作状态。

2.RC电路的应用

(1)RC微分电路

RC微分电路是一种常用的波形变换电路,能够将矩形脉冲波变换成尖脉冲波。

(2)RC积分电路

RC积分电路是一种常用的波形变换电路,能够将矩形波变换成三角波。

3.数制与码制

(1)数制

选取一定的进位规则,用多位数码来表示某个数的值,这就是所谓的数制。日常生活中常采用十进制,而数字电路中常采用二进制、八进制、十六进制。

①十进制数与二进制数的转换

把十进制数逐次地用2除取余数,一直除到商数为0,然后将先取出的余数作为二进制数的低位数码,后取出的余数作为二进制数的高位数码,排列好后即为所求的二进制数。

②二进制数与十进制数的转换

把二进制数按权展开,再把每一位的位值相加,即可得到相应的十进制数。

③二进制数与十六进制数的转换

将二进制数的整数部分自右向左每四位分为一组,最后不足四位的,高位用0补足;小数部分自左向右每四位分为一组,最后不足四位在右面补0。再把每四位二进制数对应的十六进制数写出即可。

(2)码制

用四位二进制数来表示一位十进制数的方法叫BCD码。通常按需要可分为8421、5421、2421以及余3码,其中8、4、2、1中的每一位叫权,而二进制数中的每一位数叫位,故它们二者相乘再相加即为十进制数。如:(0101)8421BCD=0×8+1×4+0×2+1×1=(5)10。

4.逻辑门电路基础

(1)基本逻辑门

基本逻辑门电路有与门、或门和非门。

与逻辑:A、B、C都具备时,事件Y才发生。

或逻辑:A、B、C有一个具备时,事件Y就发生。

非逻辑:A具备时,事件Y不发生;A不具备时,事件Y发生。

“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系,任何其他的逻辑关系都可以以它们为基础表示。

(2)复合逻辑门

复合逻辑门有与非门、或非门、异或门、同或门等。

与非:条件A、B、C都具备,则Y不发生。

或非:条件A、B、C任一具备,则Y发生。

异或:条件A、B有一个具备,另一个不具备,则Y发生。

5.逻辑代数

表示逻辑函数的方法,归纳起来有真值表、函数表达式、卡诺图、逻辑图及波形图等几种。

(1)逻辑代数的基本公式和常用公式

①常量与变量的关系

A+0=A与A·1=A

A+1=1与A·0=0

A+=1与A·=0

②与普通代数相运算规律

交换律:A+B=B+A A·B=B·A

结合律:(A+B)+C=A+(B+C) (A·B)·C=A·(B·C)

分配律:A·(B+C)=A·B+A·C A+B·C=(A+B)(A+C)

③逻辑函数的特殊规律

同一律:A+A=A__

摩根定律:

关于否定的性质:A=A

6.逻辑函数的公式化简法

公式化简法就是利用逻辑函数的基本公式和常用公式化简逻辑函数,通常,我们将逻辑函数化简为最简的与-或表达式。

(1)合并项__法

利用A+=1或A_·B+A·=A,将二项合并为一项,合并时可消去一个变量。

例如:。

(2)吸收法

利用公式A+A·B=A,消去多余的积项,根据代入规则B可以是任何一个复杂的逻辑式。

例如:化简函数。

解:先用摩根定理__展开:,再用吸收法。

(3)消去法__

利用消去多_余的因子。

例如,化简函数。

(4)配项法

利用公式将某一项乘以,即乘以1,然后将其折成几项,再与其他项合并。

例如:化简函数。

7.逻辑函数的化简——卡诺图化简法

卡诺图是由真值表转换而来的,在变量卡诺图中,变量的取值顺序是按循环码进行排列的,在与-或表达式的基础上,画卡诺图的步骤如下:

(1)画出给定逻辑函数的卡诺图,若给定函数有n个变量,表示卡诺图矩形小方块有2n个;

(2)在图中标出给定逻辑函数所包含的全部最小项,并在最小项内填1,剩余小方块填0。

用卡诺图化简逻辑函数的基本步骤如下:

(1)画出给定逻辑函数的卡诺图;

(2)合并逻辑函数的最小项;

(3)选择乘积项,写出最简与-或表达式。

选择乘积项的原则:

①它们在卡诺图的位置必须包括函数的所有最小项;

②选择的乘积项总数应该最少;

③每个乘积项所包含的因子也应该是最少的。

三、组合逻辑电路

1.组合逻辑电路的分析

根据已知的逻辑电路图,分析其逻辑功能,一般按如下步骤进行。

(1)由逻辑电路逐级写逻辑函数表达式,并化简。

(2)由化简后的函数表达式列出真值表。

(3)再由真值表分析其逻辑功能。

2.组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路设计的主要任务是根据提出的逻辑要求设计出最简单的逻辑电路,一般按如下步骤进行。(www.chuimin.cn)

(1)根据实际问题的逻辑关系建立真值表。

(2)由真值表写出逻辑函数表达式并化简

(3)由化简后的表达式画逻辑电路图。

3.编码器

(1)二进制编码

将一系列信号状态编制成二进制代码。

n个二进制代码(n位二进制数)有2n种不同的组合,可以表示2n个信号。

(2)二-十进制编码

将十个状态(对应于十进制的十个代码)编制成BCD码(二-十进制码)。输入是0～9十个数字,输出的是对应的二进制代码。

(3)优先编码

若多个输入端同时有信号的情况如何处理呢?(比如,计算机系统的中断请求)

要求主机能自动识别这些请求信号的优先级别,按次序进行编码,即优先编码器。

4.译码器

译码是编码的逆过程,即将某二进制翻译成电路的某种状态。

(1)通用译码器

通用译码器常用的有二进制译码器、二-十进制译码器。

(2)译码显示器

译码显示器通常由译码器、驱动器和显示器三部分组成。

四、触发器

1.触发器分类

触发器分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从RS触发器、主从JK触发器、边沿触发器等。

基本RS触发器有两个互补的输出端,有两个稳定的状态。有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原状态三种功能。R为复位输入端,S为置位输入端,可以是低电平有效,也可以是高电平有效,取决于触发器的结构。

主从触发器的触发翻转分为两个节拍。当CP=1时,CP′=0,从触发器被封锁,保持原状态不变:主触发器工作,接收R和S端的输入信号。当CP由1跃变到0时,即CP=0,CP′=1。主触发器被封锁,输入信号R、S不再影响主触发器的状态;从触发器工作,接收主触发器输出端的状态。

主从JK触发器防止了空翻,其工作特点是:①输出状态变化的时刻在时钟的下降沿;②输出状态如何变化,由时钟CP下降沿到来前一瞬间的J、K值按JK触发器的特征方程来决定。

2.触发器逻辑功能的表示方法

触发器逻辑功能的表示方法,常用的有特性表、卡诺图、特性方程、状态图及时序图。

3.各种触发器的逻辑符号、功能及真值表

五、时序逻辑电路

1.时序逻辑电路分类

时序逻辑电路分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路,时序逻辑电路通常由组合逻辑电路和存储电路两部分组成。

2.寄存器

(1)双拍接收式寄存器

双拍接收式寄存器工作时分两步进行:第一步,存前先清零;第二步,收脉冲输入到CP端,控制数据寄存。

(2)单拍接收寄存器

单拍接收寄存器工作时不需要先清零,当接收脉冲CP到来时,即可将数码存入。

3.计数器

(1)同、异步计数器

①同步计数器:计数、脉冲同时作用在所有触发器的触发端。

②异步计数器:计数、脉冲不是同时作用在所有触发器的触发端而有先后之分。

(2)加、减法计数器

①加法计数器:每输入一个脉冲就进行加“1”运算(计数)称为加法计数器或递增计数器。

②减法计数器:每输入一个脉冲就进行减“1”运算(计数)称为减法计数器或递减计数器。

六、脉冲波形产生与变换

1.多谐振荡器

多谐振荡器是一种矩形脉冲波产生电路,这种电路不需要外加触发信号,便能产生一定频率和一定宽度的矩形脉冲,常用作脉冲信号源。

2.单稳态触发器

单稳态触发器是指有一个稳态和一个暂稳态的波形变换电路。

3.施密特触发器

施密特触发器由第一稳态翻转到第二稳态的上限阈值电压VTH与第二稳态翻转至第一稳态的下限阈值电压VTL是不同的,故形成了回差。回差电压的计算如下:

ΔVT=VTH-VTL

七、数模转换与模数转换

1.数模转换

(1)数模转换的概念

DAC是将输入二进制码的每一位先转换成与其数值成正比的电压或电流模拟量.然后把这些模拟量相加,即得到与输入的数字量成正比的模拟量。

(2)数模转换的组成

DAC组成框图,它由输入寄存器、电子模拟开关、电阻译码网络、基准电压源及求和放大器等部分组成。

(3)DAC的主要参数指标

①转换精度

转换精度指实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差。

②分辨率

分辨率是指输入数字量只有最低有效位为1时输出的最小电压值与输入数字量所有有效位均为1时输出的最大值之比。

③转换速度

转换速度是指输入数字量到输出模拟量所需的时间。

(4)集成DAC

DAC0832是一种8位的CMOS型D/A电路,DAC0832芯片内主要包括一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器组成。

2.模数转换

(1)模数转换原理

模数转换器ADC的功能是把模拟信号转换为数字信号。模数转换的方法很多,有并行比较型、逐次逼近型和双积分型等。

(2)集成ADC

ADC0809是一种逐次逼近集成ADC,属于CMOS器件,芯片主要由8通道多路模拟开关、8位的逐次逼近模数转换器、三态输出寄存器等组成。

一、单项选择题

1.如果一个寄存器的数码是“同时输入,同时输出”的,则该寄存器是采用( )

A.串行输入和输出 B.并行输入、串行输出

C.串行输入、并行输出 D.并行输入和输出

2.D/A转换器的主要参数有________、转换精度和转换速度。( )

A.分辨率 B.输入电阻 C.输出电阻 D.参考电压

二、填空题

1.就实质而言,________类似于译码器,________类似于编码器。

2.电压比较器相当于1位________。

3.时序电路由门电路和_________组成。

4.JK触发器具有置0、置1、_________和________四项逻辑功能。

5.A/D转换器的两个最重要指标是_________和转换速度。

三、分析计算题

分析如图所示各开关的逻辑关系式(设开关闭合和灯亮为0,否则为1),并画出相对应的逻辑图。

四、综合题

在倒T形电阻网络DAC中,若UR=10 V,输入10位二进制数字量为1011010101,试求其输出模拟电压。(已知RF=R=10 kΩ)

有关对口升学　信息技术二类专业总复习的文章