数字电路与逻辑设计笔记
數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)筆記
根據(jù)真值表寫表達(dá)式
以真值表內(nèi)輸出端“1”為準(zhǔn)
第一步:從真值表內(nèi)找輸出端為“1”的各行,把每行的輸入變量寫成乘積形式;遇到“0”的輸入變量上加非號(hào)。 第二步:把各乘積項(xiàng)相加,即得邏輯函數(shù)的表達(dá)式。
完備集
最小項(xiàng):n個(gè)變量X1、X2、···、Xn的最小項(xiàng)是n個(gè)因子的乘積,每個(gè)變量都以它的原變量或非變量的形式在乘積中出現(xiàn),且僅出現(xiàn)一次。
例如:A, B, C 三個(gè)邏輯變量的最小項(xiàng)有23=8個(gè),分別為:A‘B’C’, A’B’C, A’BC’, A’BC, AB’C’, AB’C, ABC’, ABC 其中A’表示A的非 其余類推。
卡羅圖化簡:格雷碼;用盡量大的圈,去圈盡量多的1;
表達(dá)式->卡羅圖
第一步:寫出最小項(xiàng)
第二步:畫圖
第三步:填圖
卡羅圖->表達(dá)式
第一步:畫圖
第二步:填圖
第三步:合并最小項(xiàng)(想左和向上看:找相同;框住2的n次方時(shí),消去n個(gè)元素)
譯碼器的應(yīng)用
1,地址譯碼器
2實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式
3譯碼器的擴(kuò)展:輸入接口連接在一起,使能信號(hào)作為擴(kuò)展的高位信號(hào)。(注意:必須有使能端)
數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用
1做數(shù)據(jù)選擇,以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)分時(shí)傳送
2 實(shí)現(xiàn)邏輯方程
3 在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換
4 產(chǎn)生序列信號(hào)(循環(huán)產(chǎn)生一組信號(hào)比如:1101 1101 1101)
計(jì)數(shù)器+選擇器 = 序列產(chǎn)生器
競爭與冒險(xiǎn)
組合邏輯電路中,同一信號(hào)經(jīng)不同的路徑傳輸后,到達(dá)電路中某一會(huì)合點(diǎn)的時(shí)間有先有后,這種現(xiàn)象稱為邏輯競爭,而因此產(chǎn)生輸出干擾脈沖的現(xiàn)象稱為冒險(xiǎn)。
競爭與冒險(xiǎn)的識(shí)別
1 代數(shù)法
2 K圖法
3 實(shí)驗(yàn)法
競爭與冒險(xiǎn)的消除:加濾波電路
基本的RS觸發(fā)器
鐘控RS觸發(fā)器
鐘控的D觸發(fā)器(寄存器)Delay 最大的特點(diǎn)就是有延遲一拍(延遲一個(gè)周期) 輸出值=邊沿采樣的是邊沿前的一個(gè)微時(shí)刻的輸入值
鐘控T觸發(fā)器 Toggle(轉(zhuǎn)換鍵)
鐘控JK觸發(fā)器
1 按照時(shí)鐘分類
同步電路:存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端都接同一個(gè)時(shí)鐘脈沖源,因而所有觸發(fā)器的狀態(tài)的變化都與所加的時(shí)鐘脈沖信號(hào)同步。
異步電路:電路沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘,有些觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端與時(shí)鐘脈沖源相連,這有這些觸發(fā)器的狀態(tài)變化與時(shí)鐘脈沖同步,而其他的觸發(fā)器的狀態(tài)變化不與時(shí)鐘脈沖同步。
2 按照輸出分類
輸出與輸入變量直接相關(guān)的時(shí)序邏輯電路稱為米里型電路。
輸出與輸入變量無直接關(guān)系的時(shí)序邏輯電路稱為摩爾型電路。
工作原理
在下面的分析中假設(shè)輸入高、低電平分別為3.6V和0.3V,PN結(jié)導(dǎo)通壓降為0.7V。
①輸入全為高電平3.6V(邏輯1)
如果不考慮T2的存在,則應(yīng)有UB1=UA+0.7=4.3V。顯然,在存在T2和T3的情況下,T2和T3的發(fā)射結(jié)必然同時(shí)導(dǎo)通。而一旦T2和T3導(dǎo)通之后,UB1便被鉗在了2.1V(UB1=0.7×3=2.1V),所以T1的發(fā)射結(jié)反偏,而集電結(jié)正偏,稱為倒置放大工作狀態(tài)。由于電源通過RB1和T1的集電結(jié)向T2提供足夠的基極電位,使T2飽和,T2的發(fā)射極電流在RE2上產(chǎn)生的壓降又為T3提供足夠的基極電位,使T3也飽和,所以輸出端的電位為UY=UCES=0.3V, UCES為T3飽和壓降。
可見實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能之一:輸入全為高電平時(shí),輸出為低電平。
②輸入低電平0.3V(邏輯0)
當(dāng)輸入端中有一個(gè)或幾個(gè)為低電平0.3V(邏輯0)時(shí),T1的基極與發(fā)射級(jí)之間處于正向偏置,該發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,T1的基極電位被鉗位到UB1=0.3+0.7=1V。T2和T3都截止。由于T2截止,由工作電源VCC流過RC2的電流僅為T4的基極電流,這個(gè)電流較小,在RC2上產(chǎn)生的壓降也小,可以忽略,所以UB4≈VCC=5v,使T4和D導(dǎo)通,則有:UY=VCC-UBE4-UD=5-0.7-0.7=3.6V。
可見實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能的另一方面:輸入有低電平時(shí),輸出為高電平。
綜合上述兩種情況,該電路滿足與非的邏輯功能,是一個(gè)與非門。
TTL與非門電路基本結(jié)構(gòu)由3部分構(gòu)成:輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。因?yàn)殡娐返妮斎攵撕洼敵龆硕际侨龢O管結(jié)構(gòu),所以稱這種結(jié)構(gòu)的電路為三極管—三極管邏輯電路。
輸入級(jí):輸入級(jí)是一個(gè)與門電路結(jié)構(gòu)。T1是多發(fā)射極晶體管,可以把它的集電結(jié)看成一個(gè)二極管,把發(fā)射結(jié)(三個(gè)發(fā)射結(jié))看成是與前者背靠背的3個(gè)二極管
中間級(jí):由三極管T2和電阻RC1、RE2組成。在電路的開通過程中利用T2的放大作用,為輸出管T3提供較大的基極電流,加速了輸出管的導(dǎo)通。所以,中間級(jí)的作用是提高輸出管的開通速度,改善電路的性能。
輸出級(jí):由三極管T3、T4、二極管D和電阻RC4組成。如圖3所示,圖3(a)是前面講過的三極管非門電路,圖3(b)是TTL與非門電路中的輸出級(jí)。從圖中可以看出,輸出級(jí)由三極管T3實(shí)現(xiàn)邏輯非的運(yùn)算。但在輸出級(jí)電路中用三極管T4、二極管D和RC4組成的有源負(fù)載替代了三極管非門電路中的RC,目的是使輸出級(jí)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。
OC門
OC(open collector)門,又稱 集電極開路門。
OD門(Open Drain, 漏極開路門,對(duì)場效應(yīng)管而言)。實(shí)際使用中,有時(shí)需要 兩個(gè)或兩個(gè)以上與非門的輸出端連接在同一條導(dǎo)線上,將這些與非門上的數(shù)據(jù)(狀態(tài)電平)用同一條導(dǎo)線輸送出去。因此,需要一種新的與非門電路–OC門來實(shí)現(xiàn) “線與邏輯”
1: 實(shí)現(xiàn)與或非邏輯,用做電平轉(zhuǎn)換,用做驅(qū)動(dòng)器。由于OC門電路的輸出管的集電極懸空,使用時(shí)需外接一個(gè) 上拉電阻Rp到電源VCC。OC門使用上拉電阻以輸出高電平,此外為了加大輸出引腳的 驅(qū)動(dòng)能力,上拉電阻阻值的選擇原則,從降低功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠
2: 線與邏輯,即兩個(gè)輸出端(包括兩個(gè)以上)直接互連就可以實(shí)現(xiàn)“AND”的邏輯功能。在總線傳輸?shù)葘?shí)際應(yīng)用中需要多個(gè)門的輸出端并聯(lián)連接使用,而一般TTL門輸出端并不能直接并接使用,否則這些門的輸出管之間由于低阻抗形成很大的短路電流(灌電流),而燒壞器件。在硬件上,可用OC門或三態(tài)門(ST門)來實(shí)現(xiàn)。 用OC門實(shí)現(xiàn)線與,應(yīng)同時(shí)在輸出端口應(yīng)加一個(gè)上拉電阻。
3: 三態(tài)門(TS門)主要用在應(yīng)用于多個(gè)門輸出共享數(shù)據(jù)總線,為避免多個(gè)門輸出同時(shí)占用數(shù)據(jù)總線,這些門的使能信號(hào)(EN)中只允許有一個(gè)為有效電平(如高電平),由于三態(tài)門的輸出是推拉式的低阻輸出,且不需接上拉(負(fù)載)電阻,所以開關(guān)速度比OC門快,常用三態(tài)門作為輸出緩沖器。
虛線框內(nèi)就是OC門的電路圖
可以看出T3管集電級(jí)沒有接任何東西所以叫集電級(jí)開路,也就是OC門
正常工作時(shí)必須外接電阻R,電源可以是和電源一樣,也可以不一樣
工作原理和TTL電路分析一樣AB只要有一個(gè)為低電平,T2和T3都不會(huì)導(dǎo)通
只有A和B都為高電平T2和T3才會(huì)同時(shí)導(dǎo)通
OC門邏輯表達(dá)式
Y = AB的反 這個(gè)電路必須外接電阻Rl
三態(tài)門
三態(tài)門是指邏輯門的輸出有三種狀態(tài):高電平狀態(tài)、低電平狀態(tài)、高阻狀態(tài)。
其中,高阻狀態(tài)相當(dāng)于隔離狀態(tài)(因?yàn)楦咦锠顟B(tài)電阻很大,相當(dāng)于開路)
通常三態(tài)門有一個(gè)EN使能控制端,用于控制門電路的通斷(即通過EN使能控制,處于高阻態(tài)就是電路斷開,非高阻態(tài)就是電路導(dǎo)通)
現(xiàn)如假設(shè)EN高電平有效,
當(dāng)EN=1時(shí),門電路導(dǎo)通,三態(tài)門電路呈現(xiàn)正常的 0 或 1 的輸出;(電路導(dǎo)通)
當(dāng)EN=0時(shí),門電路斷開,三態(tài)門電路給出高阻狀態(tài)的輸出;(電路斷開)
高電平,低電平可以由內(nèi)部電平拉高或者拉低;高阻態(tài)時(shí)引腳對(duì)地的電阻無窮大。
高阻態(tài)相當(dāng)于該門和它連接的電路處于斷開的狀態(tài)。(因?yàn)閷?shí)際電路中你不可能去斷開它,所以設(shè)置這樣一個(gè)狀態(tài)使它處于斷開狀態(tài))。
三態(tài)門是一種擴(kuò)展邏輯功能的輸出級(jí);三態(tài)門同樣也是一種控制開關(guān)。(通過控制三態(tài)門是高阻態(tài)還是非高阻態(tài),來表示三態(tài)門是導(dǎo)通還是斷開)
三態(tài)門主要是用于總線的連接,因?yàn)榭偩€在同一個(gè)時(shí)間內(nèi),只有一個(gè)設(shè)備有效;
通常在數(shù)據(jù)總線上接有多個(gè)器件,每個(gè)器件通過OE/CE之類的信號(hào)選通。同一時(shí)刻只有一個(gè)設(shè)備選通,用于數(shù)據(jù)傳輸;其他設(shè)備處于高阻態(tài),相當(dāng)于沒有接在總線上,不影響其它器件的工作。
因此,如果設(shè)備端口需要掛在一個(gè)總線上,必須通過三態(tài)緩沖器,因?yàn)樵谝粋€(gè)總線上同時(shí)只能有一個(gè)端口作輸出,這時(shí)其他端口必須在高阻態(tài)。
這兩個(gè)三態(tài)門是相反的,而且一個(gè)是低電平有效,另外一個(gè)是高電平有效
脈沖波形的產(chǎn)生和整型
555定時(shí)器
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的数字电路与逻辑设计笔记的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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