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备战秋招之数电知识查漏补缺

数电知识查漏补缺

  • 一 数电基础知识
    • 1 数制和码制
      • 1.2.2 真值表
      • 1.3.1 进制转换
      • 1.3.2 二进制 十进制
        • 1.3.3 原码 反码 补码
      • 1.4.2 BCD码
      • 1.4.3 可靠性代码
    • 2 基本逻辑操作和常用复合逻辑
      • 2.2 基本逻辑操作
      • 2.3.4 异或 同或
    • 3 逻辑代数基础
      • 3.2.3 逻辑函数简化公式
      • 3.2.4 摩根定律
      • 3.2.5 逻辑操作的优先级
    • 3.4 逻辑函数的五种基本形式
    • 4 逻辑门电路
      • 4.1 概述
      • 4.二分立元件门路
      • 4.3 TTL集成逻辑门
      • 4.4 集电极开路门(OC门)和TTL三态门
  • 二 组合逻辑电路
    • 5 表示和简化逻辑函数
      • 5.1 概述
      • 5.2 公式法化简
      • 5.3 图形法化简
    • 6 组合逻辑电路
      • 6.2 加法器
        • 6.2.1 半加器
        • 6.2.2 全加器
        • 多位全加器
          • 串行进位加法器
          • 前进位加法器
      • 6.3 数值比较器
      • 6.4 编码器
        • 8-3优先编码器
      • 6.5 译码器
      • 6.6 数据选择器
      • 6.7 竞争与冒险
        • 消除竞争性冒险
  • 三 时序逻辑电路
    • 7 触发器
      • 7.1 基本RS触发器(0置1触发器)
        • 7.1.1 以非门为基础RS触发器
        • 7.1.2 或由非门组成的基础RS触发器
      • 7.2 同步触发器
        • 7.2.1 同步RS触发器
        • 7.2.2 同步D触发器
        • 7.2.3 同步JK触发器
        • 7.2.4 同步T触发器
      • 7.3 主触发器和边缘触发器
        • 7.3.1 主从触发器
        • 7.3.2 边沿触发器
      • 7.4 其他特点
    • 8 时序逻辑电路
      • 8.1 分析和设计时序逻辑电路
      • 8.2 计数器
        • 8.2.1 三位二进制加法计数器
        • 8.2.2 三位可逆计数器
      • 8.三计数器的应用
        • 8.3.1 小模数计数器实现小模数计数器
        • 8.3.2 小模数计数器实现大模数计数器
      • 8.4 寄存器和移位寄存器
B站视频 老师杨聪坤 说得很透彻。 B站链接

一 数电基础知识

1 数制和码制

1.2.2 真值表

真值表:真值表是想出来的,不是算出来的。个人理解意味着要尽量用逻辑思维去思考,而不是简单的计算结果。

1.3.1 进制转换

进制转换就不说了,C语言或其他计算机基础已经说过,不知道可以百度,多写几个问题。

1.3.2 二进制 十进制

重点是理解:二进制、八进制、十六进制本质上是一种数制,十进制和后面要讲的

1.3.3 原码 反码 补码

正数符号位为0;负数符号位为1; 正数的 原码 反码 补码 一样; 负数的 原码是符号位加值的绝对值;反码是除符号位取反;补码是反码加一;

1.4.2 BCD码

用四位二进制数表示十进制0 ~ 九、四位二进制数为16,0~9只有十个数字,所以表达方式不是唯一的; 常见的有8421码、余三码、2421码、5421码、格雷码;

  1. 8421码:是传统的权值码,从高到低的权值分别为8421;
  2. 余三码:在8421码的基础上加三;
  3. 2421码:权值码,0~表达方法不是唯一的;
  4. 5421码:权值码,在表示6和5时不是唯一的,但人为规定,什么是5和6;
  5. 格雷码:相邻的两个码元,包括两个码元的首尾,只有一个不同,可以减少传输过程中的信号的产生;

1.4.3 可靠性代码

奇偶校验码:奇偶校验的内容是信息中的1个数,加上相应的奇偶校验位,使其中1个数变成奇数或偶数; 其实奇偶校验是常用的 同样或实现,以后再谈; 缺陷:只能检查一个错误,如果多个错误很难检查错误;

2 基本逻辑操作和常用复合逻辑

2.2 基本逻辑操作

记住

2.3.4 异或 同或

记住它的表达式和逻辑符号: 在这里插入图片描述 n输入异或输入奇数1,输出1;偶数1,输出0; n输入同或,n与异或功能相同的奇数,n为偶数时,;相反,具体的功能是什么?; 其实我自己也忘了什么是互为非关系,但这并不重要。

3 逻辑代数基础

3.2.3 逻辑函数简化公式

本章设计了许多逻辑简化公式,理解后需要更多的练习,否则下面的第五章涉及卡诺图简化仍然会遇到困难。

  1. 吸收定律1: A B + A B ˉ = A AB+A\bar{B} =A AB+ABˉ=A
  2. 吸收定律2: A + A B = A A+AB =A A+AB=A
  3. 吸收定律3: A + A ˉ B = A + B A+\bar{A}B =A + B A+AˉB=A+B
  4. 多余项定律: A B + A ˉ C + B C = A B + A ˉ C AB +\bar{A}C +BC = AB +\bar{A}C AB+AˉC+BC=AB+AˉC

我自己是这么记的,首先分为单因子还是多因子,先看单因子, 如果另一个多因子中含有这个单因子,消去多因子; 如果另一个多因子中含有这个单因子的非,则消去非; 再看多因子, 如果两个多因子,同时含有一个单因子和他的非,且另一个因子相同,消去该单因子,只剩相同因子; 如果两个多个多因子,同时含有一个单因子和他的非,则消去由其余因子组成的项; 理解是这么理解,写两道题就明白了,唯手熟而!

3.2.4 摩根定律

就是求反函数的例题,做几道就会了。

3.2.5 逻辑运算的优先级

只要记住运算在之前就行了。

3.4 逻辑函数的5类基本形式

基本面试不会考,其实就是记忆型的知识,记住然后去算就可以了。 基本是,其他都是在最简与或式的基础上进行变化; 10. 与非-与非式:与或式两次取反后展开下面一层; 11. 与或非式:先求反函数的与或式,再取反; 12. 或与:与或非的基础上展开两层; 13. 或非或非:或与两次取反,展开一层;

4 逻辑门电路

4.1 概述

数字集成电路: 14. TTL:TTL晶体管 功耗较大 15. CMOS:功耗较低 主流

4.2分立元件门路

:都是1威震,0为假,区别在于用哪个来表示高低电平。一般都是正逻辑。 :我们所说的高低电平一般都是指一段电压范围,而不是具体的数值。 :定义的高电平和低电平之间的电压差值,越大高低电平的区别越明显,越可靠。 :当正向电压大于0.7V时导通,小于0.5V时截止,反向截止。 晶体管:集成电路常用多为NPN型晶体管,

  1. 晶体管:发射极正偏,集电极反偏,导通放大,且发射极电压为0.7V;
  2. 晶体管:发射极正偏,集电极正偏,饱和导通,且集电极,发射极之间压降为0.3V
  3. 晶体管:发射极反偏。

4.3 TTL集成逻辑门

开门状态:输出低电平;关门状态:输出高电平; 传输延迟时间:输出信号波形滞后与输入信号波形的时间。 噪声容限:输入端允许的电压波动。

4.4 集电极开路门(OC门)和TTL三态门

OC门特点:输出部分开路,接入电阻。 三态门:在普通TTL逻辑门上添加控制信号和控制电路。

二 组合逻辑电路

5 逻辑函数的表示及化简

5.1 概述

描述组合逻辑的工具:真值表,公式,卡诺图,逻辑电路图,波形图。 化简方法:公式法以及卡诺图法。

5.2 公式法化简

  1. 第一步:利用化简公式,化简成最简与或式;
  2. 第二步:标准化变形,转换成其他形式(与非式,或与式等); 这一部分多写题目。

5.3 图形法化简

我个人的方法一般是通过卡诺图得到最简与或式,其他通过标准变形来得到。 画圈的时候可以将约束项直接当做一来处理。 画波形图时要用逻辑思维,而不是单纯的数学代换。

6 组合逻辑电路

6.2 加法器

6.2.1 半加器

半加器是指,只有和与输出进位的加法器,具体见真值表:

A B S Co
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 1 1

S = A + B ; C o = A B S=A+B;Co=AB S=A+B;Co=AB

6.2.2 全加器

全加器既有输入进位,也有输出进位;具体同样见真值表:

A B Ci S Co
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1

S = A ∧ B ∧ C i S=A^{\wedge} \mathrm{B}^{\wedge} \mathrm{Ci} S=A∧B∧Ci C o = ( A ∧ B ) C i + A B Co= (A^{\wedge} \mathrm{B})Ci+AB Co=(A∧B)Ci+AB

多位全加器

串行进位加法器

逐个串联前一级的输出进位是后一级的输入,串行进位的速度受加法的位数影响较大,位数较大时,速度慢,后一级必须等待前一级算完才会运算。

超前进位加法器

很简单就是只保留Ci AB这有限的未知量,直接全部带入到公式之中去,其实就相当于电路进行并行的工作,但是电路结构复杂化,是一种利用面积来换速度的方法。

6.3 数值比较器

6.4 编码器

8-3优先编码器

6.5 译码器

概念以及级联拓展的方法比较简单,比较重要的还是用二进制译码器来表示任意逻辑函数。 因为三输入的二进制译码器的输出刚好是m0到m7的最小项,是三输入逻辑函数的全排列,可以表示任何三输入的逻辑函数。 这里需要注意的是74LS138输出的是地有效信号,,所以需要采用两层非号,展开一层变成与非形式。

6.6 数据选择器

数据选择器扩展的方法: 先片选,再片内选:将芯片的控制端反向共接,作为最高位输入; 先片内选,再片选:如下图

6.7 竞争与冒险

竞争:某个逻辑输入,有两条以上路径达到输出端,而每条路径上的延迟时间不同,这种输入变量就称为具有竞争能力的变量。 冒险:如果具有竞争能力的变量状态改变时,输出端产生了不应有的脉冲,就说产生了冒险现象。 冒险可以分为两种: F = A ∗ A ‾ ; F = A + A ‾ F = A*\overline{A};F=A+\overline{A} F=A∗A;F=A+A 竞争的判别:

  1. 根据逻辑表达式或电路图,分析有没有哪个变量存在多条路径到达输出端;
  2. 根据逻辑表达式分析有没有输入变量同时以原变量,反变量同时存在;

竞争冒险的消除

  1. :在输出端增加控制选通信号,当电路(确保选通时间大于传输延迟时间)稳定时(可以理解为输入变量不载发生变化)再输出; 这样也导致了输出信号的宽度和选通信号的宽度保持一致;
  2. : 利用电容的充放电滤波作用削弱脉冲。使其小于逻辑电路的阈值电平,从而避免逻辑错误的发生;
  3. 消除原变量 反变量的同时存在;

三 时序逻辑电路

7 触发器

:输出由输入和现态共同决定; :输出只和现态有关; 由此衍生出Mealy型状态机和Moore型状态机,其原理就是以上原理。

7.1 基本RS触发器(置0置1触发器)

7.1.1 与非门构成的基本RS触发器

由两个与非门构成的基本RS触发器: S d ‾ \overline{Sd} Sd和 R d ‾ \overline{Rd} Rd低电平有效,其实就是Set和Reset信号,Set置1,Q输出1, Q ‾ \overline{Q} Q​输出0;Reset置0,Q输出0, Q ‾ \overline{Q} Q​输出1;

S d ‾ \overline{Sd} Sd R d ‾ \overline{Rd} Rd Qn+1
0 0 禁止
0 1 置0
1 0 置1
1 1 保持

特征方程: { Q n + 1 = S d + R ˉ d Q n R d S d = 0  约束条件  \left\{\begin{array}{l} Q^{n+1}=S_{\mathrm{d}}+\bar{R}_{\mathrm{d}} Q^{n} \\ R_{\mathrm{d}} S_{\mathrm{d}}=\mathbf{0} \text { 约束条件 } \end{array}\right. { Qn+1=Sd​+Rˉd​QnRd​Sd​=0 约束条件 ​

7.1.2 或非门构成的基本RS触发器

和上面的与非门原理相同,只不过输入改为高有效,与非门改为或非门,不再赘述。需要注意的是他们的特征方程是一样的,区别在于输入的有效方式。

7.2 同步触发器

7.2.1 同步RS触发器

由于基本机构触发器,输入信号的抗干扰能力不强,容易输出逻辑产生混乱,所以产生了同步触发器等多种改进的触发器。 在基本结构的触发器上增加了CLK时钟信号。 不看内部结构的情况下,其功能就是在的基本RS触发器上怎加了一个高有效的clk信号,clk为低电平时,输出保持不变。 而其具体的结构是在与非结构的基本RS触发器的输入端分别接入了一个与非门,CLK为高电平时G3,G4就等效为 S ‾ \overline{S} S和 R ‾ \overline{R} R;而与非结构的基本RS触发器是低有效,在经过两个反相器后变成了高有效。

7.2.2 同步D触发器

在同步RS触发器的基础上将S和R反向共接变成输入D, 6. D=1时,S=1,R=0,置1; 7. D=0时,S=0,R=1,置0; 当然,上面的输出都是在CLK为高电平时,CLK为低电平时,输出保持不变。

7.2.3 同步JK触发器

特征方程: Q n + 1 = J Q ˉ n + K ˉ Q n Q^{n+1}=J \bar{Q}^{n}+\bar{K} Q^{n} Qn+1=JQˉ​n+KˉQn

J K 功能
1 0 置1
0 1 置0
0 0 保持
1 1 翻转

在同步RS触发器的基础上将禁止的同时为高电平的输入,变成了翻转。

7.2.4 同步T触发器

就是在同步JK触发器的基础上,将JK共接为输入T, 8. T=0, J=K=0,状态保持; 9. T=1,J=K=1,状态翻转; Q n + 1 = J Q ˉ n + K ˉ Q n = T Q ˉ n + T ˉ Q n = T ⊕ Q n Q^{n+1}=J \bar{Q}^{n}+\bar{K} Q^{n}=T \bar{Q}^{n}+\bar{T} Q^{n}=T \oplus Q^{n} Qn+1=JQˉ​n+KˉQn=TQˉ​n+TˉQn=T⊕Qn

7.3 主从触发器和边沿触发器

7.3.1 主从触发器

同步触发器的现象:即同步触发器在时钟CLK有效期间,输入激励信号不稳定多次变化,则触发器的状态也会产生多次变化,通俗的讲就是在时钟有效时,输入端的干扰仍然存在。 将两级同步触发器“串联”起来,主触发器时钟信号经过一个非门输入到从触发器。时钟高电平时,主触发器工作,但因为非门的原因此时从触发器不工作,当时钟变为低电平时,从触发器工作。

7.3.2 边沿触发器

主从触发器的问题:主触发器在输入信号发生一次状态变换后,状态就会一直保持不变,即使输入发生变化。

7.4 其他特点

直接置位端、直接复位端:优先于时钟和输入信号。 多输入激励:输入不是单纯的一位信号,可能是前级的输出。

8 时序逻辑电路

8.1 时序逻辑电路的分析与设计

主要分为;分析方法不同。 概念简单,多做例题。

8.2 计数器

分类: 10. 进制分类:二进制,十进制,N进制;几个状态循环就是几进制; 11. 计数增减:加法计数器,减法计数器,可逆计数器; 12. 时钟脉冲方式:同步计数,异步计数;

8.2.1 三位二进制加法计数器

Step1:状态转换图 Step2:逻辑表达式 { Q 2 n + 1 = Q ˉ 2 n Q 1 n Q 0 n + Q 2 n Q ˉ 1 n + Q 2 n Q ˉ 0 n Q 1 n + 1 = Q ˉ 1 n Q 0 n + Q 1 n Q ˉ 0 n Q 0 n + 1 = Q ˉ 0 n C = Q 2 n Q 1 n Q 0 n \left\{\begin{array}{l} Q_{2}^{n+1}=\bar{Q}_{2}^{n} Q_{1}^{n} Q_{0}^{n}+Q_{2}^{n} \bar{Q}_{1}^{n}+Q_{2}^{n} \bar{Q}_{0}^{n} \\ Q_{1}^{n+1}=\bar{Q}_{1}^{n} Q_{0}^{n}+Q_{1}^{n} \bar{Q}_{0}^{n} \\ Q_{0}^{n+1}=\bar{Q}_{0}^{n} \\ C=Q_{2}^{n} Q_{1}^{n} Q_{0}^{n} \end{array}\right. ⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧​ 标签: 二极管g4m7的二极管电容222代换2212sd965晶体管

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