第 1 章:數制與碼制
數制的概念:介紹數字信號與數字電路,包括模擬信號和數字信號的區(qū)別(如幅度和時間上的連續(xù)性與離散性),以及模擬電路和數字電路的工作特點。講解常用的數制,如十進制、二進制、八進制和十六進制,包括它們的計數規(guī)則、基數、位權等。
數制間的轉換:詳細說明二進制與十進制之間的相互轉換方法,包括整數部分和小數部分的轉換步驟。例如,十進制轉二進制時,整數部分除以 2 取余,小數部分乘以 2 取整;二進制轉十進制則按位權展開相加。還介紹二進制與十六進制的轉換,如二進制數每 4 位一組對應十六進制的一位進行轉換。
第 2 章:邏輯代數基礎
邏輯代數的基本運算:講解與、或、非等基本邏輯運算的定義、邏輯符號和運算規(guī)則。
邏輯代數的基本公式和常用公式:列舉并解釋邏輯代數中的各種公式,如交換律、結合律、分配律等基本公式,以及吸收律、反演律等常用公式,通過實例幫助理解公式的應用。
邏輯代數的基本定理:包括代入定理、反演定理和對偶定理等,闡述這些定理的內容和在邏輯函數化簡、變換中的作用。
邏輯函數的描述方法:介紹邏輯函數的幾種常見描述方法,如真值表、邏輯表達式、邏輯圖等,以及它們之間的相互轉換。
邏輯函數的標準形式:講解最大項和最小項的概念,以及邏輯函數的兩種標準形式 —— 最小項之和與最大項之積的表示方法。
邏輯函數的化簡方法:重點講解公式化簡法和卡諾圖化簡法。公式化簡法通過運用邏輯代數的公式和定理對邏輯函數進行化簡;卡諾圖化簡法則是利用卡諾圖的圖形特性,通過合并相鄰的最小項來實現化簡,包括如何繪制卡諾圖、找出可合并的最小項等。
第 3 章:門電路
門電路概述:介紹門電路的作用和基本類型,如與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門等的邏輯功能和符號表示。
半導體二極管門電路:分析基于半導體二極管的門電路工作原理,如二極管與門、二極管或門的電路結構和邏輯關系。
MOS 管門電路:講解 MOS 管(金屬 - 氧化物 - 半導體場效應管)的結構和工作原理,包括 NMOS 管和 CMOS 管,以及由它們構成的各種門電路,如 CMOS 反相器、CMOS 與非門、CMOS 或非門等的電路結構、工作特性(如傳輸特性、噪聲容限、輸入輸出特性等)和邏輯功能。
TTL 門電路:介紹 TTL(晶體管 - 晶體管邏輯)門電路的組成和工作原理,如 TTL 反相器的電路結構、靜態(tài)特性(電壓傳輸特性、輸入輸出特性等)和動態(tài)特性(傳輸延遲時間等),以及其他各種 TTL 門電路(如與非門、或非門、集電極開路門 OC 門、三態(tài)門等)的特點和應用。
第 4 章:組合邏輯電路
組合邏輯電路概述:定義組合邏輯電路的概念,即輸出僅取決于當前輸入的邏輯電路,沒有記憶功能。介紹組合邏輯電路的分析方法和設計方法。
組合邏輯電路的分析:通過實例詳細說明如何根據給定的組合邏輯電路圖,寫出邏輯表達式,列出真值表,從而確定電路的邏輯功能。
組合邏輯電路的基本設計方法:講解從邏輯功能要求出發(fā),設計組合邏輯電路的步驟,包括確定輸入輸出變量、列出真值表、寫出邏輯表達式、化簡邏輯表達式(可采用公式法或卡諾圖法)、根據化簡后的邏輯表達式畫出邏輯電路圖等。
常用的組合邏輯電路模塊:介紹編碼器、譯碼器、數據選擇器、加法器、數值比較器等常見的組合邏輯電路模塊的工作原理、邏輯功能和應用。例如,編碼器用于將輸入的信號轉換為二進制編碼輸出;譯碼器則是將二進制編碼轉換為特定的輸出信號;數據選擇器根據選擇控制信號從多個輸入數據中選擇一個輸出;加法器用于實現二進制數的加法運算;數值比較器用于比較兩個數字的大小關系等。
組合邏輯電路中的競爭 - 冒險現象:解釋競爭 - 冒險現象的產生原因,即在組合邏輯電路中,由于信號通過不同路徑到達輸出端的時間有差異,可能導致輸出端出現短暫的錯誤信號。介紹判斷競爭 - 冒險現象的方法以及消除競爭 - 冒險現象的措施,如增加冗余項、引入濾波電容、修改邏輯設計等。
第 5 章:觸發(fā)器
觸發(fā)器的基本概念:定義觸發(fā)器,說明它是一種具有記憶功能的邏輯電路,能夠存儲一位二進制信息。介紹觸發(fā)器的分類,如按邏輯功能分為 RS 觸發(fā)器、JK 觸發(fā)器、D 觸發(fā)器、T 觸發(fā)器等;按觸發(fā)方式分為電平觸發(fā)、邊沿觸發(fā)、脈沖觸發(fā)等。
不同類型觸發(fā)器的工作原理和邏輯功能:分別詳細講解各種類型觸發(fā)器的電路結構、工作原理和邏輯功能。例如,RS 觸發(fā)器的基本特性和約束條件;JK 觸發(fā)器的觸發(fā)特點和狀態(tài)轉換規(guī)律;D 觸發(fā)器的數據鎖存功能;T 觸發(fā)器的計數功能等。對于邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器,重點講解其在時鐘脈沖邊沿(上升沿或下降沿)觸發(fā)的特性。
觸發(fā)器的觸發(fā)方式:深入分析不同觸發(fā)方式的特點和區(qū)別,以及在實際應用中如何根據需求選擇合適的觸發(fā)方式。例如,電平觸發(fā)方式在輸入信號有效電平期間觸發(fā)器狀態(tài)可能發(fā)生多次變化,而邊沿觸發(fā)方式只在時鐘脈沖的邊沿時刻才根據輸入信號改變狀態(tài),抗干擾能力相對較強。
觸發(fā)器的邏輯功能轉換:介紹如何將一種邏輯功能的觸發(fā)器轉換為另一種邏輯功能的觸發(fā)器,例如將 JK 觸發(fā)器轉換為 D 觸發(fā)器、將 T 觸發(fā)器轉換為 JK 觸發(fā)器等,通過改變觸發(fā)器的外部連接方式來實現功能轉換。
第 6 章:時序邏輯電路
時序邏輯電路概述:定義時序邏輯電路,強調其輸出不僅取決于當前輸入,還與電路過去的狀態(tài)有關,具有記憶功能。介紹時序邏輯電路的分類,如同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路,以及它們的特點和區(qū)別。
時序邏輯電路的分析方法:以具體的同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路為例,詳細講解分析時序邏輯電路的步驟,包括寫出驅動方程、狀態(tài)方程、輸出方程,列出狀態(tài)轉換表,畫出狀態(tài)轉換圖,從而確定電路的邏輯功能和工作特性。例如,對于同步時序邏輯電路,根據時鐘信號同步觸發(fā)各觸發(fā)器的狀態(tài)變化;對于異步時序邏輯電路,要考慮各觸發(fā)器的時鐘信號之間的異步關系以及狀態(tài)變化的順序。
常用的時序邏輯電路模塊:介紹寄存器、計數器等常見的時序邏輯電路模塊。寄存器用于存儲一組二進制數據,可分為并行寄存器和移位寄存器,講解它們的工作原理和應用;計數器用于對時鐘脈沖進行計數,可分為二進制計數器、十進制計數器等,分析其電路結構、計數規(guī)律和功能擴展方法。
時序邏輯電路的設計方法:講解從給定的邏輯功能要求出發(fā),設計同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路的一般步驟,包括確定電路的狀態(tài)數、狀態(tài)編碼、畫出狀態(tài)轉換圖、寫出狀態(tài)方程、驅動方程和輸出方程,選擇合適的觸發(fā)器并畫出邏輯電路圖等。通過實例說明設計過程中需要考慮的因素和注意事項。
第 7 章:脈沖波形的產生和整形
脈沖波形的產生與整形電路概述:介紹脈沖波形產生和整形電路的作用和分類,如施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩電路等的基本功能。
施密特觸發(fā)電路:講解施密特觸發(fā)電路的工作原理、電壓傳輸特性(滯回特性),以及用門電路組成施密特觸發(fā)電路的方法。分析施密特觸發(fā)電路的應用,如用于波形變換、脈沖整形、信號幅度鑒別等。
單穩(wěn)態(tài)電路:介紹單穩(wěn)態(tài)電路的工作原理和主要參數(如輸出脈沖寬度、恢復時間等),包括微分型單穩(wěn)態(tài)電路和積分型單穩(wěn)態(tài)電路的電路結構和工作特點。講解單穩(wěn)態(tài)電路的應用,如定時、延時、脈沖寬度調制等。
多諧振蕩電路:分析對稱式多諧振蕩電路、非對稱式多諧振蕩電路、環(huán)形振蕩電路等的工作原理和振蕩頻率的計算方法。闡述多諧振蕩電路的應用,如產生矩形脈沖信號作為時鐘信號等。
555 定時器:詳細介紹 555 定時器的電路結構和工作原理,以及它在施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩電路中的應用,通過實例說明如何利用 555 定時器構成各種脈沖波形產生和整形電路。
第 8 章:數 - 模和模 - 數轉換
數 - 模和模 - 數轉換概述:講解數 - 模(D/A)轉換和模 - 數(A/D)轉換的概念、作用和基本原理,以及它們在數字系統(tǒng)中的重要性。
D/A 轉換器:介紹常見的 D/A 轉換器類型,如權電阻型 D/A 轉換器、倒 T 形電阻網絡 D/A 轉換器、權電流型 D/A 轉換器等的電路結構和工作原理。分析 D/A 轉換器的主要性能指標,如轉換精度(分辨率、絕對精度、相對精度等)、轉換速度等。
A/D 轉換的基本原理:講解 A/D 轉換的一般過程,包括取樣、保持、量化和編碼等步驟。介紹常見的 A/D 轉換器類型,如并聯(lián)比較型 A/D 轉換器、逐次逼近型 A/D 轉換器、雙積分型 A/D 轉換器、V - F 變換型 A/D 轉換器等的工作原理和特點。分析 A/D 轉換器的主要性能指標,如轉換精度、轉換速度等,并比較不同類型 A/D 轉換器的優(yōu)缺點和適用場景。
在學習過程中,要注重理解基本概念和原理,掌握各種電路的分析和設計方法,多做練習題和實驗,以加深對知識的理解和掌握。同時,可以參考相關的輔導資料、教學視頻等資源,幫助更好地學習和理解閻石《數字電子技術基礎》教材中的內容。