数字电子技术基础知识点
一、数字信号与数字电路
数字信号是在时间和数值上都是离散的信号。与模拟信号不同,它只有两个离散的电平值,通常用高电平和低电平表示,例如在正逻辑体制下,高电平表示逻辑1,低电平表示逻辑0。数字电路则是对数字信号进行传输、处理的电路。其具有抗干扰能力强、精度高、便于集成等优点。
二、数制与编码
1.数制
-二进制:是数字电路中最基本的数制,只有0和1两个数码。二进制数的运算规则简单,例如加法规则是0+0=0,0+1=1,1+1=10(逢二进一)。
-十进制:人们日常生活中常用的数制,有0-9十个数码。将十进制数转换为二进制数可以采用除2取余法,反之,将二进制数转换为十进制数可以采用位权展开法。例如,二进制数101转换为十进制数为1×22+0×21+1×2?=5。
-十六进制:由0-9和A-F十六个数码组成,常用于表示多位二进制数,方便书写和阅读。例如,二进制数1111可以用十六进制数F表示。
2.编码
-BCD码(Binary-CodedDecimal):用4位二进制数来表示1位十进制数。例如,十进制数5的8421BCD码为0101。
-格雷码:相邻两个代码之间只有一位不同,常用于减少数字系统中的误差,如在模拟量到数字量转换过程中的编码器中使用。
三、逻辑代数基础
1.基本逻辑运算
-与运算:逻辑与表示只有当所有输入为1时,输出才为1,其逻辑表达式为Y=A·B(在逻辑代数中,“·”也可省略),真值表反映了输入与输出的逻辑关系。
-或运算:只要有一个输入为1,输出就为1,表达式为Y=A+B。
-非运算:输入为1时输出为0,输入为0时输出为1,表达式为Y=\(\overline{A}\)。
2.逻辑代数的基本定律
-交换律:A+B=B+A,A·B=B·A。
-结合律:(A+B)+C=A+(B+C),(A·B)·C=A·(B·C)。
-分配律:A·(B+C)=A·B+A·C,A+(B·C)=(A+B)·(A+C)等。这些定律在化简逻辑函数等方面有重要应用。
四、门电路
1.基本门电路
-与门:实现与逻辑运算的电路,有多个输入和一个输出,输入全为高电平时输出才为高电平。
-或门:实现或逻辑运算的电路,只要有一个输入为高电平,输出就为高电平。
-非门(反相器):实现非逻辑运算的电路,输入高电平输出低电平,输入低电平输出高电平。
2.复合门电路
-与非门:由与门和非门组合而成,先进行与运算再进行非运算,逻辑表达式为Y=\(\overline{A\cdotB}\)。
-或非门:先进行或运算再进行非运算,表达式为Y=\(\overline{A+B}\)。
-异或门:当两个输入不同时输出为1,相同时输出为0,表达式为Y=A\(\overline{B}\)+\(\overline{A}\)B。
五、组合逻辑电路
1.分析方法
-根据给定的组合逻辑电路,从输入到输出逐级写出逻辑表达式,然后化简表达式,列出真值表,最后确定电路的逻辑功能。
2.常见组合逻辑电路
-编码器:将多个输入信号编码为特定的二进制代码,如8-3线编码器,有8个输入,3个输出。
-译码器:与编码器功能相反,将输入的二进制代码还原为特定的输出信号,例如3-8线译码器,输入3位二进制码,输出8个信号。
-数据选择器:根据选择控制信号从多个输入数据中选择一个输出,如4选1数据选择器。
-加法器:实现两个数相加的电路,有半加器(只考虑本位相加)和全加器(考虑本位与低位进位相加)之分。
六、时序逻辑电路
1.特点
-时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入,还取决于电路原来的状态。它包含组合逻辑电路和存储电路两部分。
2.触发器
-RS触发器:是一种基本的触发器,有置0、置1和保持功能,但存在约束条件R·S=0。
-D触发器:在时钟脉冲作用下,输出Q等于输入D。
-JK触发器:功能最齐全的触发器,具有置0、置1、保持和翻转功能。
3.计数器
-同步计数器:所有触发器的时钟脉冲相同,计数速度快。
-异步计数器:各级触发器的时钟脉冲不同,结构简单,但计数速度相对较慢。
-按照计数进制可分为二进制计数器、十进制计数器等。
4.寄存器
-用来暂时存放数据、指令等信息的电路。有并行寄存器(多位数据同时存入和取出)和移位寄存器(数据在时钟脉冲作用下逐位移动)之分。
七、数模与模数转换
1.数模转换(DAC)