电子技术基础 数字部分(第六版) 康华光ch01-1
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电子技术基础—数字部分康光华主编课件
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
20
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。
电子技术基础(数字)康华光课后解答
VNLA(max) =VIL(max) —VOL(max) =0.8V—0.4V=0.4V
2.4
0.4
2
0.8
逻辑门 B
3.5
0.2
2.5
0.6
逻辑门 C
4.2
0.2
3.2
0.8
解：根据表题 3.1.1 所示逻辑门的参数，以及式（3.1.1）和式（3.1.2），计算出逻 辑门 A 的高电平和低电平噪声容限分别为：
VNHA =VOH (min) —VIH (min) =2.4V—2V=0.4V
(2) L D(A C)
(3) L (A B)(C D)
2.2.2 已知函数 L（A，B，C，D）的卡诺图如图所示，试写出函数 L 的最简与 或表达式
解： L(A, B,C, D) BCD BCD BCD ABD 2.2.3 用卡诺图化简下列个式 （1） ABCD ABCD AB AD ABC 解： ABCD ABCD AB AD ABC ABCD ABCD AB(C C)(D D) AD(B B)(C C) ABC(D D) ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD
解： A ABC ACD (C D)E
A( 1 B C) A C D C D E
A A C D C D E
AB +AB
1 0 0 1
A CD CDE A CD E 2.1.4 用代数法化简下列各式 (3) ABC(B C) 解： ABC(B C) (A B C)(B C)
（4）（2.718）D=(10.1011)B=(2.54)O=(2.B)H 1.4 二进制代码 1.4.1 将下列十进制数转换为 8421BCD 码： （1）43 （3）254.25 解：（43）D=（01000011）BCD 1.4.3 试用十六进制写书下列字符繁荣 ASCⅡ码的表示：P28 （1）+ （2）@ （3）you (4)43 解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的 ASCⅡ码，然后将二进制码转换 为十六进制数表示。 （1）“+”的 ASCⅡ码为 0101011，则（00101011）B=（2B）H （2）@的 ASCⅡ码为 1000000,(01000000)B=(40)H (3)you 的 ASCⅡ码为本 1111001,1101111,1110101,对应的十六进制数分别为
电子技术基础数字部分(第六版)康华光第3章逻辑门电路共9节教材
C
0V
TP +5V
GSN=5V (0V~+3V)=(5~2)V
GSN>VTN, TN导通
vO / vI
vI / vO
0V
b、I=2V~5V
GSP= 0V (2V~+5V) =2V ~ 5V GSP > |VT|, TP导通 C、I=2V~3V TN导通，TP导通
TN C
+5V
VDD
vi
基本逻辑 功能电路
vo
输入保护缓冲电路
基本逻辑功能电路
输出缓冲电路
1. 输入端保护电路:
二极管导通电压：vDF
D2 ---分布式二极管(iD大)
(1) 0 < vI < VDD + vDF
VDD
D1、D2截止
(2) vI > VDD + vDF
D1 vI D2 CP Rs TP vO CN TN
Y C TG2 X TG1 L
VDD
3.3 CMOS逻辑门电路的不同输出结构及参数 3.3.1 3.3.2 CMOS逻辑门电路的保护和缓冲电路 CMOS漏极开路和三态门电路
3.3.3 CMOS逻辑门电路的重要参数
3.3.1 输入保护电路和缓冲电路
采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路 具有相同的输入和输出特性。
L
T N1 TN2
1 0
1 1
0
0
导通 截止 导通 截止
N输入的或非门的电路的结构?
或非门
L A B
输入端增加有什么问题?
A B
例：分析CMOS电路，说明其逻辑功能。
A B
L A B X A B A B
0V
TP +5V
GSN=5V (0V~+3V)=(5~2)V
GSN>VTN, TN导通
vO / vI
vI / vO
0V
b、I=2V~5V
GSP= 0V (2V~+5V) =2V ~ 5V GSP > |VT|, TP导通 C、I=2V~3V TN导通，TP导通
TN C
+5V
VDD
vi
基本逻辑 功能电路
vo
输入保护缓冲电路
基本逻辑功能电路
输出缓冲电路
1. 输入端保护电路:
二极管导通电压：vDF
D2 ---分布式二极管(iD大)
(1) 0 < vI < VDD + vDF
VDD
D1、D2截止
(2) vI > VDD + vDF
D1 vI D2 CP Rs TP vO CN TN
Y C TG2 X TG1 L
VDD
3.3 CMOS逻辑门电路的不同输出结构及参数 3.3.1 3.3.2 CMOS逻辑门电路的保护和缓冲电路 CMOS漏极开路和三态门电路
3.3.3 CMOS逻辑门电路的重要参数
3.3.1 输入保护电路和缓冲电路
采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路 具有相同的输入和输出特性。
L
T N1 TN2
1 0
1 1
0
0
导通 截止 导通 截止
N输入的或非门的电路的结构?
或非门
L A B
输入端增加有什么问题?
A B
例：分析CMOS电路，说明其逻辑功能。
A B
L A B X A B A B
电子技术基础数字部分第六版
0
VILmax VIHmin 5
VIN /V
输出低电 平
输入高电平的下限值
VIL(min)
输出低电平的上限值
VOH(max)
21
4.CMOS反相器的工作速度 带电容负载
在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关 闭时间是相等的。平均延迟时间小于10 ns。
22
3.2.3 其他基本CMOS 逻辑门电路
漏极 VDD
开路输出
VV DD DD
V DD
RR PP
RP
LL
A
A
BB
L
TP1
AA
L
A TN1 B 1
L BB
A
L
B
C 与与 非非 门门 GG 11
与非门 G1
C
D
(a)工作时必须外接电源和电阻;
D
(b)与非逻辑不变
与 非 门 G2
(c) 可以实现线与功能;
LABCD
ABCD 36
(2) 上拉电阻对OD门动态性能的影响
电路 C
v I /v O
TP
+5V 0V
v O /v I
TN
C
逻辑符号
C
v I /v O
TG
C
C
v O /v I
等效电路
υI / υO
υo/ υI
26
1、传输门的结构及工作原理
v I /v O
0V到+5V
C
+5V
TP +5V
0V TN
0V
C
v O /v I
设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V，
Rp的值愈小，负载电容的充电时间
电子技术基础数字部分第六版
4000系列
速度慢 与TTL不兼容 抗干扰 功耗低
74HC 74HCT
速度加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74VHC 74VHCT
速度两倍于74HC 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74LVC 74AUC
低(超低)电压 速度更加快 负载能力强 抗干扰 功耗低
2.TTL 集成电路: 广泛应用于中大规模集成电路
(1) VGS 控制沟道的导电性 vGS=0, vDS0, 等效背靠背连接的两个二极管, iD0。
vGS>0, 建立电场 反型层 vDS>0, iD 0。
沟道建立的最小 vGS 值称为开启电压 VT.
V DS
S
V GS G
D
N
N
P
n-沟 道
B 10
1. N沟道增强型MOS管的结构和工作原理
1. CMOS漏极开路门
1.）CMOS漏极开路门的提出 A
B
输出短接，在一定情况下会产
生低阻通路，大电流有可能导 致器件的损毁，并且无法确定 C
D
输出是高电平还是低电平。
VDD
T P1
TN1
1
与非门 G1
VDD
T P2
0
TN2
与非门 G2
35
（2）漏极开路门的结构与逻辑符号
漏极开路门输出连接
电路
逻辑符号
31
3.3.1 输入保护电路和缓冲电路
采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路 具有相同的输入和输出特性。
VDD
vi
基本逻辑
vo
功能电路
输入保护缓冲电路 基本逻辑功能电路 输出缓冲电路
32
康华光《电子技术基础-数字部分》配套题库-名校考研真题(逻辑代数与硬件描述语言基础)
【 解 析 】 ABC ABC A BC BC A 利 用 换 元 法 ， 令 D ＝ BC ， 则
A B C A B C A D 。A D A
4．若 F（A，B，C，D）＝ ∏M（3，6，7，10，12）·∏φ（2，4，11，13），则它的 最简“与或”式是（ ）[北京理工大学 2008 研]
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第 2 章 逻辑代数与硬件描述语言基础
一、填空题 1．函数 F(A，B，C)＝∑m(0，2，4，5，7)，则其最大项表达式是 F(A，B，C)＝( )(必 须写出标准形式，不能用简写形式)。[北京邮电大学 2010 研] 【答案】 (A B C)(A B C)(A B C)
【答案】 【解析】画卡诺图如图 2-1 所示。
1/6
圣才电子书
CD
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00
01
11
10
AB
00
1
0
1
1
01
1
1
0
1
11
1
×
×
×
10
×
×
1
×
图 2-1 卡诺图
4．逻辑函数 F=∑W，X，Y，Z（1，3，6，7，9，12，13，14）+d（4，5，11，15）的 最小积为（ ）。[电子科技大学 2009 研]
【解析】
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三、分析计算题 1．用代数化简法求下列函数的最简与-或表达式。[中国科技大学 2008 研]
解：
2．将下列逻辑函数化为最简与或式。[北京科技大学 2011 研]
解：
F A B BD CD A C ACD
电子技术基础数字部分第六版康华光
模数转换的实现
模拟信号 3V
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
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
a 、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) 二值逻辑
3、数字电路的分析、设计与测试
(1)数字电路的分析方法 数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。 分析工具：逻辑代数。 电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。
(2) 数字电路的设计方法 数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的 逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。 设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.8万个电子管
保存80个字节
晶体管时代
器件
电流控制器件 —半导体技术
半导体二极管、三极管
半导体集成电路
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代
a)传统的设计方法： 采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、 修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。
b)现代的设计方法： 现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方 法，电路设计、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成。
--数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
从集成度不同 --数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超
大规模和甚大规模五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模 中规模 大规模 超大规模
甚大规模
门的个数
典型集成电路
模拟信号 3V
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
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
a 、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) 二值逻辑
3、数字电路的分析、设计与测试
(1)数字电路的分析方法 数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。 分析工具：逻辑代数。 电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。
(2) 数字电路的设计方法 数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的 逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。 设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.8万个电子管
保存80个字节
晶体管时代
器件
电流控制器件 —半导体技术
半导体二极管、三极管
半导体集成电路
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代
a)传统的设计方法： 采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、 修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。
b)现代的设计方法： 现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方 法，电路设计、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成。
--数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
从集成度不同 --数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超
大规模和甚大规模五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模 中规模 大规模 超大规模
甚大规模
门的个数
典型集成电路
模电 康华光 第六版
＋
vs
－
vn －
Rsi
vp ＋
100k ip
信号
＋
RL 1k
vo
－
负载
有电压跟随器时 根据虚短和虚断 ip≈0，vp＝vs vo＝vn≈ vp＝ vs
2.3.2 反相放大电路
1. 基本电路
i2= i1 R2
vi
R1
ii=0 vn＋ －
ii
vp
＋
i1 R1
N i2
R2 O
虚短
＋
＋
vn≈vp＝0
vo
vi －
2.3.1 同相放大电路
1. 基本电路
vp ＋
＋
＋
v－id －
vi －
R2
vn
R1
vo
＋
vi
vp
ip →
＋
vid=0
－
→in
＋ －
－
Avo(vp－vn)
＋
vo
－
iR R2
vn= vi R1
iR
vn R1
vi R1
（a）电路图
（b）小信号电路模型
2.3.1 同相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算
N
i1
i4
vo
2.4.1 求差电路
一种高输入电阻的差分电路 如何提高输入电阻？
vi2
＋
A2
vi2
R2 P
R3
－
i2 vp
i3 +
vo
A3
vn
-
vi1
＋
R1
R4
A1
vi1
－
N
i1
i4
2.4.2 仪用放大器
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例1.1.2 设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，
求占空比q。
解：因数字波形的脉冲宽度tw=6ms，周期T=6ms+10ms=16ms。
6ms q 100% 37.5% 16ms
(3)实际脉冲波形及主要参数
理想脉冲波形
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 )
5.0V 4.5V 4.5V
幅值 =5.0V 2.5V 0.0V
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
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) +5 二值逻辑 1 电 平 H(高电平)
EDA（Electronics Design Automation)技术
EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自
动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下
载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。 1、设计：
在计算机上利用软件平台进行设计
原理图设计
设计方法
VerlogHDL语言设计 状态机设计
(1)数字电路的分析方法
数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。 分析工具：逻辑代数。 电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。 (2) 数字电路的设计方法 数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的 逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。
设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.数字逻辑概论
1.1 数字信号与数字电路 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 1.4 二进制代码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算
1.6 逻辑函数及其表示方法
1.数字逻辑基础
教学基本要求
1、了解数字信号与数字电路的基本概念 2、了解数字信号的特点及表示方法 3、掌握常用二～十、二～一十六进制数的转换 4、了解常用二进制码，熟悉8421 BCD码 5、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法
从集成度不同 --数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、 超大规模和甚大规模五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模 中规模
门的个数
最多12个 12~99
典型集成电路
逻辑门、触发器 计数器、加法器
大规模
超大规模 甚大规模
100~9999
10,000~99,999 106以上
小型存储器、门阵列
大型存储器、微处理器 可编程逻辑器件、多功能专用集成电 路
2、数字集成电路的特点
1) 稳定性高,抗干扰能力强 2) 易于设计-对0和1表示的信号进行逻辑运算和处理 3) 体积小,通用性好,成本低，便于集成. 4)具可编程性,可实现硬件设计软件化 5)高速度 低功耗 6)便于存储、传输和处理
3、数字电路的分析、设计与测试
1.8万个电子管
保存80个字节
晶体管时代
器件
电流控制器件 —半导体技术 半导体二极管、三极管
半导体集成电路
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代
a)传统的设计方法： 采用自下而上的设计方法；由人工组装 ,经反复调试、验证、 修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。
b)现代的设计方法： 现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方 法，电路设计、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成。
1.1 数字电路与数字信号 1.1.1 数字技术的发展及其应用 1.1.2 数字集成电路的分类及特点 1.1.3 模拟信号与数字信号 1.1.4 数字信号的描述方法
1.1数字电路与数字信号
1.1.1数字技术的发展及其应用
60~70代- IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10万个晶体管/片。 80年代后- ULSI ，1 0 亿个晶体管/片、ASIC 制作技术成熟 90年代后- 97年一片集成电路上有40亿个晶体管。 目前-- 芯片内部的布线细微到纳米量级(0.05m以下) 微处理器的时钟频率超过3GHz(109Hz)，高达6.8GHz 将来- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路
(2)周期性和非周期性
周期性数字波形
tW T (a)
(b)
非周期性数字波形 q(%)
tw 100% T
例1.1.1
某通信系统每秒钟传输1544000位(1.544兆位)数
据，求每位数据的时间。 解：按题意，每位数据的时间为
1.544 10 s
6
1
647.67 10 9 s 648ns
1.1.3 模拟信号与数字信号
1. 模拟信号 ---时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等
u
O t
u
O
t
2、数字信号 ---在时间上和数值上均是离散的信号。
数字信号波形 •数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同， 分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同
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
0
0
L(低电平)
2、数字波形
数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示.
(a) 用逻辑电平描述的数字波形
v/V
5 0 逻辑 0 50 100 150 200 逻辑 1
t/ms
(b) 数字波形的常规表示
(1)数字波形的两种类型:
*非归零型 *归零型
高电平
低电平
有脉冲
无脉冲 比特率 -------- 每秒钟转输数据的位数
tw
脉冲宽度
2.5V
0.5V
0.5V
tr
tf
(4)定时图----表明多个输入信号的先后顺序。
由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同 步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时 差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关 系用时序图表达。
某微处理器应用的定时图-“地址”要先于“读信号”有效一定时间
地址总线 地址有效 读信号 设备响应 数据总线
地址 1
地址 2
2、仿真
3、下载
下载线
4、验证结果
实验板
数字技术的应用
计算机
智能仪器
数码相机Βιβλιοθήκη 1.1.2、数字集成电路的分类及特点
1、数字集成电路的分类 根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同， --数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
从电路的形式不同， --数字电路可分为集成电路和分立电路 从器件不同 --数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
发展特点:以电子器件的发展为基础
电子管时代 电压控制器件 电真空技术
1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管
体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在 一些大功率发射装置中使用。
电子管时代
电子数字积分计算机
1946年2月由宾州大 学研制成功ENIAC
重达30吨 占地160m2
启动工耗 150000瓦