数电基础知识学习笔记

news2024/11/18 13:21:43

文章目录:

一:逻辑门

1.逻辑门电路的分类

1.1 按逻辑(逻辑门)

1.1.1 逻辑定义 

1.1.2 常见数字电路相关符号 

1.1.3 电路图表示 

1.1.4 逻辑门电路图像符号

1.2 按电路结构

1.3 按功能特点

2.高低电平的含义

3.常见的门

3.1 逻辑门 

3.2 OC门

3.3 OD门

3.4 三态输出门

3.5 CMOS传输门

4.闲置输出端的处理

5.集成逻辑门电路的选用

二:组合逻辑门电路

三:编码器、译码器

1.编码器 

1.1 二进制编码器

​编辑

1.2 二~十进制编码器 CT74LS147

1.3 优先编码器 74LS148

2.译码器(编码的逆过程)

2.1 二进制编码器

2.2 二~十进制编码器 CT74LS148

2.3 数码显示译码器

四:触发器(基本元件 存储数据)

1.基本RS触发器

2.时钟控制R-S触发器

3.JK触发器

4.T型触发器

JK触发器转T型触发器

5.D型触发器

 JK触发器转D型触发器

五:计数器(高级元件 统计脉冲信号)

1.同步计数器和异步计数器的区别

2.同步二进制计数器(74LS161) 

3.十进制计数器(74LS192)  

利用74LS192实现100进制计数器

​编辑

4.任意进制计数器

用74LS160反馈法构成6进制计数器 ( 反馈置0法、直接清零法)

六:数电电路设计

1.简易秒表设计        

2.简易密码锁

 3.简易测频仪                              

4.抢答器设计


一:逻辑门

1.逻辑门电路的分类

1.1 按逻辑(逻辑门)

1.1.1 逻辑定义 

与门 &:只有当输入全为‘1’时,输出才为‘1’,否则为‘0’
        表达式:Y=AB

或门 ||:只要一个输入为1,输出为1,全0输出为0
        表达式:Y=A+B

非门 !:0和1对换,输入输出相反
        表达式:ā




异或门 ⊕:输入相异,输出为1

同或门 ▯:输入相同,输出为1





与非门:有“0”出“1”,全“1”出“O”

或非门:有“1”出“0”,全“0”出“1”



与或非门:相互组合

1.1.2 常见数字电路相关符号 

1.1.3 电路图表示 

 

 

 

1.1.4 逻辑门电路图像符号

1.2 按电路结构

TTL集成门电路:输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路
    对于一般情况下,TTL门比COMS门电平翻转快一些



CMOS集成门电路:用互补对称MOS管构成的逻辑门电路
    功耗极低、抗干扰能力强、电源电压范围宽、输出信号摆幅大、扇出系数大(带负载能力强)

1.3 按功能特点

普通门(推拉式输出)

输出开路门

三态门

CMOS传输门

2.高低电平的含义

高电平和低电平为某规定范围的电位值,而非一固定值


正逻辑:看1(0011=3)
        一般高电平为3.5~5V,低电平为0~0.3V
负逻辑:看0(0011=12)
        一般高电平为0~0.3V,低电平为3.5~5V

3.常见的门

3.1 逻辑门 

3.2 OC门

介绍::集电极开路的门电路

OC作用
    1、自己加上拉电阻和电源,可增加驱动能力(但注意灌电流,即流入芯片所能承受的最大电流)
    2、实现“线与逻辑”

3.3 OD门

介绍:为漏极开路的门电路,功能和OC门差不多

区别
    OC门:对应TTL电路 
    OC门:对应MOS电路

3.4 三态输出门

介绍:具有三种状态的门电路,分别为高电平,低电平高阻态

3.5 CMOS传输门

MOS管的漏极和源极结构对称,可互换使用,因此CMOS传输门的输出端和输入端也可互换
C、ˉC为互补控制信号


工作原理:
    开通:当C=V_DD,u=0~V_DD时,V_N、V_P中至少有一管导通,输出与输入u_0=u_1,称传输门开通
    断开:当C= 0V,u,=0~V_DD时,V_N、V_P均截止,输出与输入之间呈现高电阻,相当于开关断开
                u_1不能传输到输出端,称传输门关闭

    C=1,ˉC=0时,传输门开通,u_0=u_1
    C-0,ˉC=1时,传输门关闭,信号不能传输

4.闲置输出端的处理

与门和与非门:多余输入端接正电源,或与有用输入端并接
或门和或非门:多余输入端接地,或与有用输入端并接


TTL电路:输入端悬空时相当于输入高电平
CMOS电路:多余输入端不允许悬空

5.集成逻辑门电路的选用

1、工作频率要求(高低电平翻转所需时间)

2、输入电源电压要求

3、功耗问题

4、电平翻转对输入电压的要求

5、注意灌申流和村申流

二:组合逻辑门电路

定义:它就是有一些逻辑门电路搭建,为实现某种功能而组合的电路

特点:在任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关




根据图分析组合逻辑的方法:
    第一步:组合逻辑电路图(在右边 逻辑转换器XLCI)
    第二步:逻辑表达式
    第三步:最简表达式
    第四步:真值表
    第五步:确切电路功能


根据题目要求设计逻辑电路:
    第一步:问题的提出
    第二步:真值表
    第三步:逻辑表达式
    第四步:最简表达式
    第五步:逻辑电路(点击自动生成,之后添加上相应组件就是)

三:编码器、译码器

1.编码器 

1.1 二进制编码器

用n位二进制数码对2^n个输入信号进行编码的电路

1.2 二~十进制编码器 CT74LS147

将0~9十个十进制数转换为二进制代码的电路。又称十进制编码器

1.3 优先编码器 74LS148

允许同时输入数个编码信号,并只对其中优先权最高的信号进行编码输出的电路

2.译码器(编码的逆过程)

2.1 二进制编码器

定义:将输入二进制代码译成相应输出信号的电路

2.2 二~十进制编码器 CT74LS148

将BCD码的十组代码译成0~9十个对应输出信号的电路,又称4线-10线译码器

2.3 数码显示译码器

四:触发器(基本元件 存储数据)

数字电路
    组合逻辑电路:基本单元是门电路
    时序逻辑电路:基本单元是触发器

    触发器与门电路的区别
        门电路:某一时刻的输出信号完全取决于该时刻的输入信号,无记忆功能
        触发器:具有记忆功能,能够在无信号的情况下,保持上一次的信号



触发器的现态和次态
    现态O^n———触发器接收输入信号之前的状态
    次态O^(n+l)———触发器接收输入信号之后的状态



触发器的分类
    从电路结构不同分
        基本触发器:输入信号直接加到输入端,是触发器的基本电路结构,是构成其他类型触发器的基础
        同步触发器:输入信号经过控制门输入,控制门受时钟信号CP控制
        边沿触发器:只在时钟信号CP的上升沿或下降沿时刻,输入信号才能被接收

    从逻辑功能不同分
        RS触发器
        JK触发器
        D触发器
        T触发器  
        T'触发器

1.基本RS触发器

2.时钟控制R-S触发器

3.JK触发器

4.T型触发器

JK触发器转T型触发器

对比公式进行替换 

5.D型触发器

 JK触发器转D型触发器

五:计数器(高级元件 统计脉冲信号)

定义:用以统计输入计数脉冲(CP)个数的电路


原理:计数器内部由触发器构成,触发器具有记忆功能,1个触发器单元能存储1位二进制数


应用:计数、定时和分频


分类
    CP脉冲引入的方式:同步、异步计数器
    计数值的增减趋势:加法、减法、循环计数器
    计数容量:二进制、十进制、任意进制计数器

1.同步计数器和异步计数器的区别

1、同步计数器的外部时钟端都连在一起,而异步计数器没有

2、同步计数器在外部信号到来时触发器同时翻转,而异步计数器的触发器为串行连接。工作频率较低

3、异步计数器输出状态的建立,要比CP慢一个传输时间,容易存在竞争冒险

2.同步二进制计数器(74LS161) 

3.十进制计数器(74LS192)  

逻辑分析仪XLAI    

利用74LS192实现100进制计数器

利用两个相连:通关进位,实现0~99计数

4.任意进制计数器

(1)直接选用已有的计数器。
    例如,欲构成十进制计数器,可直接选用十进制异步计数器74LS192。


(2)用两个计数器串接
    可以构成模为两者之积的计数器。例如,用模6和模10计数器串接起来,可以构成模60计数器。


(3)利用反馈法改变原有计数长度
    这种方法是,当计数器计数到某一数值时,由电路产生的置位脉冲或复位脉冲
    加到计数器预置数控制端或各个触发器清零端,使计数器恢复到起始状态,从而达到改变计数器模的目的

用74LS160反馈法构成6进制计数器 ( 反馈置0法、直接清零法

六:数电电路设计

1.简易秒表设计        

要求:
    1、具有时钟源产生1S的信号
    2、能够通过数码管显示,显示最大值为59,具有时间暂停功能
    3、能够通过按键清除上次计数时间值

2.简易密码锁

要求
    1、设定三位密码锁
    2、能够通过数码管显示当前所输入的密码
    3、密码正确时,用LED灯点亮指示

 3.简易测频仪                              

要求:用数字电路搭建一个简易测频仪,能够测出范围为10HZ~9KHZ的频率

4.抢答器设计

要求:
    1、抢答器同时提供6名选手或6个代表队赛,分别用6个按钮S1~S6表示
    2、设置一个系统清除开关,该开关由主持人控制
    3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示
       选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止

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