数字电路基础和测试

1数字电路2第一部分：基本要求和基本概念第一章半导体器件的基本知识一，基本要求1，了解半导体PN结的形成及特性，了解半导体二极管的开关特性及钳位作用。2，了解半导体三极管的输入特性和输出特性，熟悉半导体三极管共发射极电路的三个工作区的条件及特点，掌握三极管开关电路分析的基本方法。3，了解绝缘栅场效应管（MOS）的结构、符号、工作原理及特性。二，基本概念1，按导电率可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。2，半导体中有空穴和自由电子两种载流子。3，纯净半导体称为本征半导体。4，P型半导体中的多数载流子是空穴；少数载流子是自由电子。5，N型半导体中的多数载流子是自由电子；少数载流子是空穴。6，PN结是一个二极管，它具有单项导电性。7，二极管电容由结电容和扩散电容构成。8，二极管的截止条件是VD＜0.5V，导通条件是VD≥0.7V。9，三极管的截止条件是VBE＜0.5V，截止的特点是Ib=Ic≈0；饱和条件是Ib≥（EC-Vces）/（β·RC），饱和的特点是VBE≈0.7V，VCE=VCES≤0.3V。第二章门电路一，基本要求1，熟悉分立元件“与”“或”“非”“与非”“或非”门电路的工作原理、逻辑符号和功能。2，熟悉TTL集成与非门的结构、工作原理及外部特性，熟悉OC门三态门和异或门的功能及主要用途，掌握各种门电路输出波形的画法。2，熟悉PMOS门NMOS门和CMOS门的结构和工作原理，熟悉CMOS门的外部特性及主要特点，掌握MOS门电路的逻辑功能的分析方法。二，基本概念1，门是实现一些基本逻辑关系的电路。2，三种基本逻辑是与、或、非。3，与门是实现与逻辑关系的电路；或门是实现或逻辑关系的电路；非门是实现非逻辑关系的电路。4，按集成度可以把集成电路分为小规模（SSI）中规模（MSI）大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路。5，仅有一种载流子参与导电的器件叫单极型器件；有两种载流子参与导电的器件叫双极型器件。单极型集成电路主要有PMOS、NMOS和CMOS器件；双极型集成电路主要有TTL、HTL、ECL和IIL器件。6，TTL门电路的低电平噪声容限为VNL=VOFF-VIL；高电平噪声容限为VNH=VIH-VON。7，直接把两个门的输出连在一起实现“与”逻辑关系的接法叫线与；集电极开路门可以3实现线与；普通TTL门不能实现线与。8，三态输出门的输出端可以出现高电平、底电平和高阻三种状态。9，三态门的主要用途是可以实现用一条导线（总线）轮流传送几个不同的数据或控制信号。10，用工作速度来评价集成电路，速度快的集成电路依次为ECL→TTL→CMOS。11，用抗干扰能力来评价集成电路，抗干扰强的集成电路依次为CMOS→TTL→ECL。12，CMOS门电路的输入阻抗很高，所以静态功耗很小，但由于存在输入电容，所以随着输入信号频率的增加，功耗也会增加。第三章逻辑代数基础一，基本要求1，熟悉逻辑代数的基本运算、基本公式和常用公式，掌握逻辑函数的表示方法—真值表、逻辑函数表达式、卡诺图和逻辑图。公式简化时常用的的基本公式和常用公式有（要记住）：1）CABABCA2）BAABBABA(德.摩根定律）3）BABAA4）BAABBCBAAB5）ABBABABABABAABBA2，掌握逻辑函数的公式简化法和卡诺图简化法，掌握具有约束的逻辑函数的化简方法。二，基本概念1，逻辑代数的四种表示方法是真值表、函数表达式、卡诺图和逻辑图。2，逻辑变量和函数只有0和1两种取值，而且它们只是表示两种不同的逻辑状态。3，逻辑代数只有“与”“或”“非”三种基本逻辑运算。4，描述逻辑函数各个变量取值组合和函数值对应关系的表格叫真值表。5，用与、或、非等运算表示函数中各个变量之间描述逻辑关系的代数式叫函数表达式。6，逻辑函数表达式的标准形式有标准与或式即最小项表达式和标准或与式即最大项表达式。7，逻辑函数的简化方法有代数法即公式法和图形法即卡诺图法。8，最简与或式是指乘积项数最少，乘积项中的变量个数最少的与或式。9，约束项是不会出现的变量取值组合，其值总是等于0。10，约束条件是由约束项加起来构成的逻辑表达式，是一个值恒为0的条件等式。第四章组合逻辑电路一，基本要求41，了解组合逻辑电路的特点，掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2，熟悉编码器、译码器、比较器、全加器、多路选择器等数字集成电路的功能和用途，重点掌握全加器电路的分析和设计。3，掌握译码器和多路选择器的扩展方法及用它们实现组合逻辑电路的方法。4，了解只读存储器（ROM）和可编程逻辑阵列（PLA）的结构，工作原理及用途。二，基本概念1，按逻辑功能的特点，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。2，组合逻辑电路的特点是任何时刻输出信号的稳态值仅决定于该时刻各个输入信号取值组合。3，用文字、符号或者数码表示特定对象的过程，叫做编码。4，用二进制代码表示有关对象的过程叫二进制编码；n位二进制编码器有2n个输入，有n个输出。5，将十进制数的十个数字编成二进制代码的过程叫二—十进制编码，简称为BCD编码。6，在几个信号同时输入时，只对优先级别最高的进行编码叫优先编码。7，把代码的特定含义“翻译”出来的过程叫译码；n位二进制译码器有n个输入，有2n个输出，工作时译码器只有一个输出有效。8，两个一位二进制数相加叫做半加。两个同位的加和来自底位的进位三者相加叫做全加。9，从若干输入数据中选择一路作为输出叫多路选择器。10，当输入信号改变状态时，输出端可能出现虚假过渡干扰脉冲的现象叫竞争冒险。第五章触发器一，基本要求1，熟悉触发器的结构特点及主要用途，熟悉基本RS触发器、钟控RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器、T’触发器的基本结构和基本功能，掌握触发器时序图的画法。2，熟悉主从JK触发器、维持阻塞和边沿JK触发器等集成触发器时钟特性，了解触发器的转换方法，了解触发器的主要技术指标。二，基本概念1，具有两个稳定状态并能接收、保持和输出送来的信号的电路叫触发器。2，一级触发器可以记忆一位二进制信息，一位二进制信息有0和1两种状态。3，主从结构的触发器主要用来解决直接控制问题。4，集成触发器有主从结构、边沿结构和维持阻塞三种结构。5，触发器功能的表示方法有特性表、特性方程、状态图和时序图。6，主从结构的JK触发器存在一次变化问题。第六章时序逻辑电路一，基本要求1，了解时序逻辑电路的结构和特点，掌握时序逻辑电路的分析方法。2，熟悉计数器的分类，掌握计数器的分析方法，熟悉常用集成计数器的功能和使用方法。3，熟悉寄存器和移存器的结构、工作原理和主要用途。4，了解顺序脉冲发生器电路的结构和工作原理。55，了解随机存储器（RAM）的结构、工作原理及主要用途。6，了解一般同步时序电路的设计方法，掌握同步计数器电路的设计方法。二，基本概念1，任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还与电路原来状态有关的电路叫时序逻辑电路。2，时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成。3，时序逻辑电路的功能表示方法有逻辑方程式、状态表、状态图和时序图。4，时序逻辑电路按触发器时钟端的连接方式不同可以分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两类。5，用来暂时存放数据和指令的器件叫寄存器。6，N级环形计数器的计数长度是N；N级扭环形计数器的计数长度是2×N；N级最大长度移存型计数器的计数长度是2n-1。7，随机存储器（RAM）的典型结构包括地址译码器、存储矩阵和读写控制器。第八章脉冲波形的产生和整形一，基本要求1，了解TTL与非门震荡器、RC环行振荡器和石英晶体振荡器的电路结构、工作原理和主要技术参数。2，解TTL和CMOS施密特触发器的电路结构、工作原理和主要技术参数。3，了解TTL和CMOS单稳态触发器的电路结构、工作原理和主要技术参数。4，熟悉555集成定时器的电路结构和工作原理，掌握用555定时器构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器电路的方法及其主要技术参数的估算方法。二，基本概念1，脉冲电路主要有多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。2，多谐振荡器是脉冲产生电路；施密特触发器和单稳态触发器是脉冲整形电路。3，石英晶体多谐振荡器可以产生频率稳定度很高的时钟脉冲。4，施密特触发器的回差的功能是抗干扰。5，单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态。第八章数模和模数转换一，基本要求1，了解D/A转换器的结构、工作原理和主要技术指标。2，了解A/D转换器的结构、工作原理和主要技术指标。3，了解D/A和A/D的主要应用。二，基本概念1，数模转换电路是由数码寄存器、电子开关、电阻网路和求和电路构成。2，常用的数模转换电路是T型转换电路。3，D/A和A/D转换器的主要技术指标是转换精度和转换速度。4，D/A转换器的分辨率是1/（2n-1），n是输入信号的有效位数。5，A/D转换器电路是由取样保持电路、量化和编码电路构成。66，取样保持定理是fS≥fimax，式中fS是取样频率，fimax是输入信号的最大频率。7，A/D转换器电路的分解度是1/（2n），n是输出信号的有效位数。8，常用的A/D转换电路是逐次逼近型A/D转换器。第二部分复习题一、填空题：1、二极管的正向接法是电源的正极接负极接。2、数字电路中的晶体三极管常工作在状态。3、三极管的截止条件是，截止时特点是。4、三极管的饱和条件是，饱和时特点是。5、逻辑电路中最基本的门电路有、、。6、写出左图逻辑电路的输出表达式。F=。7、分别画出下列各门电路的逻辑符号：与门或门非门与非门或非门OC门三态门异或门8、TTL与非门的两个状态通常称为“关态”和“开态”，当输入有一为低电平时，对应的是态；当输入全为高电平时对应的是态。9、TTL与非门的额定高电平VOH伏，额定低电平VOL伏。（设电源电压EC=+5V）10、正逻辑的与门是负逻辑的；正逻辑或门是负逻辑的。11、正逻辑的或非门是负逻辑的；正逻辑的与非门是负逻辑的。12、在TTL三态门、OC门、与非门|异或门和或非门电路中，能实现“线与”逻辑功能的门为，能实现总线系统的门为。13、TTL与非门的关门电平为0.7V，开门电平为1.9V，当其输入低电平为0.4V，高电平为3.2V时，其低电平输入噪声容限VNL为，输入高电平噪声容限为。14、如果某TTL与非门的输入低电平噪声容量VNL=0.7V，输出低电平VOL=0.2V，那么它的关门电平VOFF为。VCCABF715、对于或非门，只要有一个输入为高电平，则输出就为电平，所以对或非门多余输入端的处理不能接电平。16、TTL与非门中，多余输入端的处理办法是。17、对于TTL与非门，只要有一个输入为低电平，则输出就为电平，所以对与非门多余输入端的处理不能接电平。18、NMCS门电路中，负载管跨导工作管跨导。19、在TTL类电路中。输入端悬空等效于电平。20、一般TTL集成门电路的平均传输延迟时间比CMOS集成门电路功耗比CMOS门电路的。21、所谓三态门，其输出有状态，状态和状态。22、CMOS类门中，对未使用的输入端应当或者，而不允许。23、CMOS场效管工作于饱和区时，由于，从而抵消了漏极电压增加的影响，使漏极电流基本不变。24、CMOS门的标称高电平VOH=伏，标称低电平VOL=伏。（电源Ebb=+5伏）。25、写出左图所示的NMOS逻辑电路的输出函数表达式F=。26、在P型半导体中，主要靠导电，在N型半导体中，主要靠导电。27、所谓MOS管的开启电压，即是开始形成导电沟道所需要的。28、左图开关电路中，设元件参数能满足可靠地饱和与截止的要求，则其逻辑表达式F=。29、MOS管的饱和区与非饱和区的界线满足。30、十进制数（65）10=（）2=（）8=（）16。31、把十六进制数5FE转换成二进制数为。32、二进制数1101011.011转换为十进制数为，十六进制数为，8421BCD码为。33、任意两个最小项之积恒为，全体最小项之和恒为。34、逻辑函数F的卡诺图若全为1格，对应F=。35、通常逻辑函数的表示方法有、、和四种。+EcF