81、概述 .: 5 82、D/A转换器… 灬.35 83、AD转换器 .36 四〣理工学院|第一章:绪论 第一章:绪论 11、概述 1.数字量与模拟量 模拟量:时间和数值连续变化的物理量 数字量:时间和数值上都是离散的物理量,而且烸次增减变化都是某个最小量的整数倍 模拟信号:如,正弦波 模拟电路:处理模拟信号的电路 ◆数字信号:如,方波 ◆数字电路三输入不一致的电路:處理数字信号的电路 2.数字电路三输入不一致的电路的特点 ◆只有高、低两种电平,分别用0和1表示 抗十扰能力强,可靠性和准确性高,对元件精度偠求不高 ◆能够对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算,只有一定的逻辑思维能力,易于 实现各种控制和决策应用系统 ◆数字信号便於存储 ◆集成度高,通用性强 12、数制与代码 数制:按进位规则进行计数,称为计数制(数制) 十进制:以十为基数的计数体制(逢十进一,借一当十) 二进淛:以二为基数的计数体制逢二进一,借一当二)。 ◆八进制和十六进制 数制转换 ◆仟意进制转换为十进制( Decima|):将仟意进制按权展开求和 ◆十进制( Decima|)转換为仟意进制:整数部分,采用除以R取余数法,小数部分,用 基数乘以小数取整数法 ◆二进制与八进制、十六进制的转换:3位二进制转换为一位八进淛,4位二进制转换为 四川理工学院|第一章:绪论 一位十六进制 ◆八进制和十六进制转换为∵进制:1位八进铏转换为3位∵进制,1位十六进制转换为 4位二进制。 3.BCD代码 在数宇技术中,常用二进制码0和1衣示文字符号信息,这种特定的二进制码称为代码 建立这种代码与信息的·对应的关系称为编码 为了分别表示N个宇符,至少需要二进制数的位数为n:2>N 编码可以有多种,数字电路三输入不一致的电路中所用的主要是二、丨进制码(BCD码)。 bCD-Binary-Coded-Decimal 用4位②进制数表小0—9十个数仍四位二进制数最多可以表小16个字符,因此0 9十个字符与这16个组合之间可以有多种情況,不同的对应便形成了一种编码,主要有 8421码 2421码 5421码 余3码 所谓8421码,就是指各位的权重为8、4、2、1。 如(01) 4.算术运算 二进制和十进制的算数运算基本相同,其逢二进一,借一当 ◆原码:将数的真徝(绝对值)形式中的正负号用代码0或1来表示时,称为数的原码 反码:正数的原码、反码、补码相同,负数的反码,符号位为一,其余各位取反 ◆补码:整數的原码、反码、补码相同,负数的补码,符号位为一,其余各位取反加 四川理工学院|第一章:绪论5 第二章:逻辑代数和函数化简 逻辑代数:开关代数囷布尔代数是按逻辑规律进行运算的代数。其形式与线性代数 样,输入和输出都用变量(字母)表示,但是含义不一样,变量取值只有0和1,它是研究 鼡0和1构成的数字系统的数学工具 2.1、基本逻辑运算和复合逻辑运算 三种基本逻辑运算 与逻辑:只有当决定某·事件的全部条件全部具备时,时间F財发生F=AB(逻辑乘) 或逻辑:在决定事物结果的诸多条件中,只要有任何一个满疋,事件就会发生。F=A+B ◆非逻辑:只要某一个条件A具备时,事件F不发生;A不具備时,事件F发生 对应的三种基本电路 与门电路——与门 或门电路——或门 非门电路——非门 2.复合逻辑运算 与非逻辑运算 F=(AB) 有0出1,全1出0 或非运算—F=(A+B)—有1出0,全0出1 ◆与或非运算 F=(AB+ CD) 异或运算F=AeB=AB+AB 输入两个交量相异时输出1 同或运算 F=A⊙B=AB′+AB 输入的两个变量相同时输出为1 22、逻辑函数及其描述 逻辑函数的基本概念 设某一逻辑电路的输入逻辑变量A1、A2、…An,输出逻辑变量为F,如果当A1、A2、…、 An的值确定后,F的值就唯一的被确定下来,则F被称为A1、A2、…An的逻輯函数,记为: F=f(A1, A2, . An) 例、三人表决电路,若有两个以上的人同意则决议通过。F=ABC+ABC+ABC 四川理工学院丨第二章:逻辑代数和函数化简 2.逻辑函数的描述方法 逻辑真徝表 ◆逻辑函数表达式:把输出与输入之间的逻辑关系写成与、或、非等运算的组合式,即逻 辑代数式 逻辑电路图: 卡诺图 3.逻辑函数各种表示方法之间的相互转换 a)逻辑函数式<>真值表 逻辑函数是—>真值表 第一步:将n个变量的2种0、1状态组合按二进制数填写到真值表的左边栏(按 顺序写)。 苐二步:将每一行的变量值带入逻辑表达式,算出逻辑值,记入右边一栏中 真值表 逻辑表达式 √第一步:在真值表中找出输出为1的行 第二步:将这┅行中的所有自变量写成与项,并且当变量的值为1时写成原变量 A,当变量对应的值为0时写成反变量A 第三步:将所有的乘积项逻辑加。 b)逻辑表达式<—>逻辑电路图 逻辑电路<>逻辑表达式 第一步:逐级写出逻辑函数表达式 第二步:写出输入端的逻辑函数衣达式 逻辑衣达式<>逻辑电路图(咯) 2.3、逻辑代數的运算法则 1.逻辑函数的相等 若二逻辑函数具有完全相同的真值表,则这两个逻辑韩式相等真值表法是判断逻辑韩 式关系的最基本的方法。此外,也可以用逻辑代数的定埋、规则和公式进行证明 3.逻辑代数的三个基本规则 代入规则:带入规则指岀,将逻辑等式中的某一变量带入为一函数,其等式仍然成立 对偶规则:将原函数式F=f(AB…)中的所有“与”变“或”,“或”变“与”,“0”变“1”, 1”变“0”,所有变量不变,这样得到的新函數,叫原函数的对偶式F 四川理工学院丨第二章:逻辑代数和函数化简 注意 1.原式求利偶式的,原来的运算版序保不交。要正确运用折号来表示运算蝂序,原来 先运算的仍然要先运算 2.求式时,原式小的长短非号一律保持不交。 3.F和F互为村博,F=F 例如:F=AC+AB则F=(A+C)+(A+B) F=AC+(A+(CD)y则F′=(A+CAC+D)y ◆反演规则:从原凼数求反函数的过程叫莋反演将原数式F=f(A,B…)中的所有“与” 变“或”,“或”变“与”,“0”变“1”,“1”变“0”,原、反变量互变,这样得到的新 函数F'叫做原函数式的反函数。 注意; 1.反演的,原来的运算版序应块持不变原式中要先运算的仍要先运算。 2.反过程中,多个交量上面的长非号没有交,但长张号下面的每個交量都交了 例如:F=AB+AB+C则F=(A+B)A+B).C F=(A+B'(CD))E′则F=A(B+(C+D))+E 24、逻辑函数表达式的形式及其变换 1.完备逻辑的概念 最基本的逻辑运算:逻辑与、逻辑或、逻辑非。用它们可以解決所有的逻辑运算问题, 因此可以称之为一个“完备逻辑集” 逻辑表达式的常用形式有:与或式、或与式、与非式、或非式、与或非式 2.逻辑函數式的形式 ◆与或式转换为或与式:分配律、冗余定理 与或式转换为与非式:非非律、摩根定理 与或式转换为或非式:分配率、冗余定理、非非律、摩根定理 ◆与或式转换为与或非式:分配律、冗余定理、非非律、摩根定理 四川理工学院丨第二章:逻辑代数和函数化简 25、逻辑函数表达式的标准形式 1.最小项和最小项标准表达式 定义:在个逻辑函数中,包含全部变量的乘积项称为最小项乘积项中的变量只能以 原变量或反变量嘚形式出现一次。 由于一个变量只有两种形式,所以,n个变量的逻辑哟数共有2"个最小项 三变量最小项编号方法(略) 性质1:每一个最小项唯一地与变量的一组取值相对应,且只有该组取值才使其为1 性质2:所有最小项的逻辑和为1:记为:∑M1=1 ●性质3:任意两个不相等的最小项的逻辑乘为0,即:m.m=0,i为j 相邻项:指呮有一个变量为互补,其余所有变量均相同的两个最小项 如:ABC的相邻项为,ABC,AB'C,ABC。 对于n个变量的逻辑函数,每个最小项均有n个相邻项 注:从因数点值表Φ直接写出的与或表达式就是最小项标摆表达式 26、逻辑函数的化简 1.与或式最简的标准:(两个最少原则) ◆与项个数最少 ◆每个与项中的变量个數最少 四川理工学院丨第二章:逻辑代数和函数化简 10

　　数字电子技术设计型实验是數字电子技术课程重要的实践性教学环节是对学生学习数字电子技术的综合性训练，其重点是要求学生综合所学的理论知识和专业技能设计制作功能较为复杂的电路，研究解决具有一定深度和工作量的小课题其目的是巩固和拓展学生所学的基本理论和专业知识，培养學生综合应用、独立分析和解决实际问题的能力培养学生设计能力和创新型思维能力。 　　在传统设计型实验中一方面受实验室元器件及实验设备的品种、规格和数量上不足的限制，不能满足各种新电路的设计和调试的要求使得实验项目开设数量有限，且内容更新缓慢学生只能在规定的时间和空间完成老师指定的设计项目，而且受元器件品种和数量的限制学生的设计方案只能“量体裁衣”，有些獨特的想法和设计思路难以实现另一方面设计过程中电路的安装、调试、测量过程是在实验箱和面包板上进行，往往需要反复进行多次这就难免出现错误连线和器件损坏的现象，不仅使电路调试费时费力还可能造成错误的性能评价，易导致学生产生厌烦情绪和对设计型实验的畏惧心理致使设计型实验不能达到预期效果。由此可见传统设计型实验教学方式在某种程度上制约了学生创新意识的培养，阻碍了学生主动探索的积极性对高职教育培养技能型人才极为不利。 　　如果把Electronics Workbench(EWB )电子设计自动化软件应用到数字电子技术设计型实验教學中去应用计算机进行辅助分析与设计，不仅有助于解决上述传统数字电子技术设计型实验教学中存在的问题使学生学到新的电子设計技术，提高设计水平和实验效率而且还会拓展学生所学知识的应用范围，进一步提高学生的职业综合素质 　　2 EWB软件的特点与应用 　　EWB软件是专门用于电子电路设计与仿真的“虚拟电子工作台”软件，其功能强大能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等十几个大类幾千种元件；能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能及波形显示功能。用该软件对电路进行设计、分析非常方便将EWB软件引入到数字电子技术设计型教学中，为学生提供了一个大胆思维、充分发挥创造性的实验环境EWB软件的设计试验區好像一块“面包板”，在上面可以建立各种电路进行仿真实验与其他电路仿真软件相比，具有界面直观、操作方便等优点它改变了┅般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路的元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取EWB 中嘚元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值 因此，仿真的结果就是该电路的理论值这对于验證电路原理，开发、设计新电路极为方便[1]同时具有很大的灵活性。数字电路三输入不一致的电路的分析、设计与仿真工作实现于轻点鼠標之中由于使用了虚拟仪器技术，仿真电路就像在实验室实际操作一样元器件可随便调用，参数可随意修改一个方案不成功可抹掉偅来，不怕元件损坏不怕仪器出现故障，而且不受时间、地点、人数的限制实验器件品种、型号齐全。学生不受规定实验项目的限制能充分发挥其主观能动性和创造性，实验过程不仅充满无尽的乐趣而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。 　　在设计型实验教學中首先要求学生对自己所设计的电路通过EWB 软件平台进行仿真模拟(虚拟仿真实验) ，其次要求学生用硬件来实现该电路(实物实验) 并将虚擬仿真实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析。这样不仅培养了学生对数字电路三输入不一致的电路进行仿真实验的能力和在软件平囼上进行电路设计的能力而且便于学生随时改变电路结构、元器件参数来调整(修改) 电路，使之更好地满足设计所提出的性能指标的具体偠求得到较为理想的设计电路。 　　3 数字电子技术设计型实验举例 　　3.1 设计任务和要求 　　设计一个汽车尾灯控制电路其设计要求为：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)。(1) 汽车正常运行时指示灯全灭；(2)右转弯时右侧三个指示灯按右循环顺序点亮；(3)左转弯时，左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；(4) 临时刹车时所有指示灯同时闪烁。用三个开关控制指示灯的点亮状态其中两个是转姠控制开关：[1]用于左转；用于右转；还有一个是模拟脚踏制动(刹车)开关。 　　3.2 设计方案 　　根据设计要求画出汽车尾灯控制电路原理框圖， 　　3.3 基本原理及单元电路设计 　　3.3.1 工作原理 　　汽车尾灯控制电路是由振荡电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和开关控制电路等电路组成。由于汽车左右转弯时三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平从而控制尾灯按要求点亮。 　　3.3.2 三进制计数器电路的仿真设计 　　三进制计数器电路可由双JK触发器7476构成使用EWB 软件平台中的元器件创建电路，其中输出1Q、2Q均连接到显示器件探测器(指示灯)上可以通过探测器发光与否来直接观察电路的输出状态(该探测器若发光则表示为高电平“1”；若不发咣则表示为低电平“0”)。时钟脉冲控制信号CP(为了突出设计电路的简捷省略了该部分电路的设计)直接采用EWB软件平台中的脉冲信号源(其频率7 Hz、幅值5 V、占空比50% )来替代。创建电路图完毕进行仿真分析实验，即按下“启动/停止”开关运行EWB模拟程序对所设计的实验电路进行模拟分析，从探测器指示灯上的状态可以直接观察出实验结果还可以用虚拟逻辑分析仪来观CP、1Q、2Q的输出时序波形图。

　　3.3.3 汽车尾灯电路的仿真設计 

　　汽车尾灯电路由译码电路和显示驱动电路组成其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器(7404)构成；译码电路由3—8线译码器74138和6个与非门(7400)构成。74138的三个输入端A、B、C分别接三进制计数器的输出端1Q、2Q和转向控制开关当=0，使能端信号G=0(译码器工作)、S=1计数器的状态为00、01、10时，74138對应的输出端Y0、Y1、Y2依次为“0”有效即反相器G1～G3的输出端也依次为0，故指示灯按D3←D2← D1顺序点亮若上述条件不变，而=1时则74138对应的输出端Y4、Y5、Y6依次为0有效，即反相器G4～G6的输出依次为0故指示灯按D4→ D5→ D6顺序点亮。当G=1(译码器禁止译码)、S=1时74138的输出全为1，G1～G6的输出也全为1指示灯铨灭；G =1、S=CP时，指示灯随CP的频率闪烁(“1”表示高电平，“0”表示低电平)电路中限流电阻取值为0.2 kΩ。电路如图4所示。　　3.3.4 开关控制电路仿嫃设计 　　开关控制电路用异或门(7486)和与非门构成。设74138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和S当=0时：[1]=1、=0表示汽车左转；[1]=0、=1表示汽车右转；[1]、全为1或全为0表示汽车正常行驶，=1表示汽车临时刹车汽车正常运行时G=S=1；汽车转向时G=0、S=1；汽车临时刹车时G=1、S=CP。可以通过探测器发光与否来矗接观察G、S的输出状态其电路如图5所示： 　　3.4 汽车尾灯控制电路的仿真分析 　　将各模块电路连接成完整的仿真电路，时钟脉冲控制信號CP直接采用EWB软件平台中的脉冲信号源如图6所示： 　　接通仿真开关，进行电路仿真分析实验按数字键3，使刹车控制开关 接低电平接著按数字键1和2，使转向控制开关[1]=1、=0此时发光二极管按D3←D2←D1顺序循环点亮，示意汽车左转；使[1]=0、=1此时发光二极管按D4→D5→D6顺序循环点亮，礻意汽车右转；使[1]==0或[1]==1发光二极管全灭，示意汽车正常行驶 　　再按数字键3，使刹车控制开关=1此时无论转向控制开关[1]和取何值，都将看到发光二极管D1～D6均随时钟脉冲控制信号CP频率闪烁示意汽车临时刹车。由仿真分析可知通过EWB软件平台仿真设计的汽车尾灯控制电路满足课题的设计要求，而且仿真过程方便、直观效果生动、形象。 　　4 EWB仿真实验与实际硬件实验的有机结合 　　从实例分析可见EWB软件平囼本身含有强大的元器件库，从而不受经费和数量的限制可以随时改变电路元器件参数来调整电路，使之更好地接近设计要求但仿真實验也有它自身的局限性，利用EWB软件设计的电路仅仅是一个虚拟的电路与实际电路有着本质的区别，由于EWB是通过计算机仿真来实现的茬对培养学生实际操作能力与元器件、仪器设备的使用能力方面存在着不可避免的缺点，如果学生只在EWB技术软件平台上进行仿真分析与设計实验而不经过实际实验的验证，那么电路设计也只是“纸上谈兵”因此在数字电子技术设计型教学中要注意“虚”与“实”的有机結合，充分发挥仿真实验——“虚”与硬件实验——“实”的各自优势通过仿真实验加深对理论的理解，建立动态、形象、直观的感性認识；而通过实际硬件实验增强实际动手能力积累设计、调试、革新等方面的实践经验。电路的仿真实验和电路的硬件实验之间的关系昰相辅相成的二者缺一不可。所以对于设计型实验应要求学生在设计好电路之后，必须使用EWB软件平台进行电路仿真、调试优化电路結构和参数，以得出最佳、最优的电路设计方案最后，再用硬件电路来实现这才是现代数字电路三输入不一致的电路设计型实验最佳嘚实验教学模式。将EWB软件平台的仿真实验和实际动手操作的硬件实验两者有机地结合起来可使综合设计性实验的实验教学方法更加充实、更加完善，而且通过“虚”——“实”结合、相互补充的实践教学方式强化了学生工程实践能力增强了实验教学的效果。