数字逻辑与数字电路知识点整理(Wust)

前言

之前是给自己用的,没想到考试还是翻车了,关键是看了太多遍了,有点麻木,因为占桌面位置,所以决定 u p l o a d upload upload上来,分享给大家,此整理主要用于考试。


1.编码

73 73 73十进制数:

8421 B C D 8421BCD 8421BCD码: 0111   0011 0111\ 0011 0111 0011

余三码: 1010   0110 1010\ 0110 1010 0110

5421 B C D 5421BCD 5421BCD码: 1010   0011 1010\ 0011 1010 0011

2421 B C D 2421BCD 2421BCD码: 1101   0011 1101\ 0011 1101 0011


t i p s : tips: tips: 余三码+3,5421码 > 4 >4 >4的时候 + 3 +3 +3 2421 2421 2421 > 4 >4 >4的时候 + 6 +6 +6

因为构成移位寄存器的触发器应该在一个时钟周期内只翻转一次,所以主从SR可以,基本和同步的不行。

74LS161 4位二进制加法记数器 74LS161

P59 扇出系数 衡量门电路的负载能力,是指驱动同类门的最大数目。

25、在 verilogHDL模块的IO声明中,用来声明端口数据流动方向的关键字包括(input、output、inout)

奇偶校验中 1的个数要为奇数,若发送码中1的个数不为奇数,则监督码为1,否则为0.

环形计数器 P177

题型:

2.填空题。

bcd码

逻辑相邻项:答案为变量个数。

集成电路(双极型:TTL,单极型:CMOS)

verilog:过程内部语句:顺序语句,外部(module中):并行语句,ep:assign语句。

移位寄存器的输出反馈到输入端可构成环形和扭环形计数器。

P73 消除竞争冒险的方法:修改逻辑设计(增加冗余项),引入选通脉冲,增加滤波电容。

最大项等于最小项取反

奇校验,监督码+原数中1的个数要为奇数。

进制转换。

(储存n位二进制信息) 需要 n n n个触发器。

n n n进制扭环形计数器需要 n 2 \dfrac{n}{2} 2n个触发器。

n n n计数器是指该计数器有 n n n个有效记数状态。

数据分配器的功能:将一路数据分时地传输到多路通道中。

奇偶校验只能发现奇数位信号出错。

反演规则,对偶规则。

P59 扇出系数 衡量门电路的负载能力,是指驱动同类门的最大数目。扇出系数:一个门电路地输出端所能连接地下一级门电路输入端的个数。

三态门状态:0,1,高阻态。

n n n个触发器的扭环形计数器模长为: 2 n 2n 2n

按照相加进位方法不同可分为:逐位进位加法器和超前进位加法器。

3.单选

等价逻辑表达式。

CP脉冲频率和输出频率比例:2:1。(不一定,需要画图)

不能构成移位寄存器的触发器:基本和同步触发器。

Mealy时序电路的输出和电路状态和输入有关。

Moore时许电路的只和电路状态有关。

七段字形码 二进制的对应。

最小项表达式。

各种触发器中 只有RS触发器有约束条件 RS=0。

竞争冒险现象 变量的取值。

给图 求出触发器的状态方程。

边沿触发器的抗干扰能力最强。

计数器一定包含存储元件(触发器),存储元件就是存储一位二进制代码。

时序部件一定有储存器(即触发器)

P112 一个完整的时序逻辑电路由存储电路和组合逻辑电路构成,存储电路必不可少,组合逻辑电路是可选。两者都包含的是Mealy型,只包含存储电路的是Moore型。

n n n位二进制的校验器,需要 n − 1 n-1 n1个异或门。

verilog 中判断CLK 上升和下降沿表达式 posedge CLK negedge CLK

若题目问最少需要多少个触发器构成 n n n进制的计数器,则答案为: x , ( 2 x ≥ n ) x,(2^x\ge n) x,(2xn)的最小值。

作为端口数据流向定义的关键字有三个: i n p u t , o u t p u t , i n o u t input,output,inout input,output,inout

TTL多余输入端可接地。

将使能端作为数据输入,带有使能端的译码器就可以作为多路数据分配器。

寄存器是边沿触发方式,锁存器是电平触发方式。

T触发器的 低电平状态保持不变,高电平每个时钟周期翻转一次。

P182 环形计数器作为顺序脉冲发生器 没有译码器,不存在干扰脉冲问题。

标准与或式:最小项相或。标准或与式:最大项相与。

verilog 中被定义为reg类型的变量,不一定会综合出时序逻辑电路。

包含无关项的逻辑函数称为不完全确定的逻辑函数。

竞争冒险产生的主要原因是:时间延迟。

一个模块中可包含多个过程语句,多个过程语句是并行执行的,同时过程语句内部是顺序执行的。

时序逻辑电路任意时刻的输出状态 不只取决于该时刻的输入 还是取决于电路的原有状态

组合逻辑电路任意时刻输出只与当前输入有关


第一个大题:

逻辑公式:

分配律:A+BC=(A+B)(A+C)。

吸收律:A(A+B)=A,A+AB=A

消因子法: A+A‘B=A+B

并项:AB’+AB=A

反演律:(A’+B’)=(AB)’

消项法:AB+A’C+BC=AB+A’C (两个与项包含A,A’,其余因子组成的第三项可消去)

求反函数:(AB+A’C)’=AB’+A’C’ 两与项包含A,A’,则反函数等于其他因子求反。

化简式为了防止式子不是最简,可以用卡诺图再化简一遍。

(AC)’ 不是最简与或式: A’+C’才是。

2.卡诺图化简步骤:

写出原表达式。

画出卡诺图,画圈。

写出最终表达式。

若有无关项:开始的表达式可以写成: ∑ m ( 1 , 2 , …   ) + ∑ d ( 4 , 5 …   ) \sum m(1,2,\dots)+\sum d(4,5\dots) m(1,2,)+d(4,5)


五.分析题。

题型1:

1.写出电路的驱动方程(激励方程),状态方程,输出方程,时钟方程。

一般都是由几个触发器和门组成,所以需要牢记触发器的状态方程。

2.画出波形图。

3.判断是否能自启动:先找到有效状态,若全为有效状态,没有无效状态则可以自启动。只包含一个环也可以自启动。

4.列出状态转换真值表。

左边自变量 从高位到低位,右边因变量,若有CLK,则最左边写CLK(从0开始 单位为1递增)。

4.分析电路实现的逻辑功能:

如果是计数器的话,先判断是同步还是异步:CLK接到一起是同步,否则是异步。

然后再判断是几进制,几个有效状态就是几进制。

然后再按照状态转换图判断是加法器还是减法器。

如果状态方程与输入有关,则说明是可控的计数器,然后分输入的情况来说明每个 的功能。


题型2.分析给定电路的逻辑功能。

先列出对应情况的真值表。

常见的:

3进制输入,1个输出有:1 m 0 + m 7 m_0+m_7 m0+m7一致判定

2 m 3 + m 5 + m 6 + m 7 m_3+m_5+m_6+m_7 m3+m5+m6+m7 多数表决。

3进制输入,2个输出: F 1 , F 2 F_1,F_2 F1,F2,一般是全加器,半加器,全减器,半减器。

全加器: F 1 = m ( 1 , 2 , 4 , 7 ) , F 2 = m ( 3 , 5 , 6 , 7 ) F_1=m(1,2,4,7),F_2=m(3,5,6,7) F1=m(1,2,4,7),F2=m(3,5,6,7)

如:全减器: F 1 F_1 F1为差, F 2 F_2 F2向高位的借位信号。1247 1237 全减器


消除竞争冒险:

1.修改逻辑设计(增即冗余项),可用卡诺图相切但不相交部分画个圈的项,即为需要增加的项。


六.设计题。

1.利用异步2-5-10进制计数器设计 n n n进制计数器(n=60)。

可用两片该计数器第一片表示十位,第二片表示个位。当第二片到达 1001 1001 1001时作为第一片的输入信号,然后第一片到达 0110 0110 0110时,第一片进行异步清零即可。

2.利用 74LS161四位二进制加法计数器设计 n n n进制计数器(n=10)。

方法1:同步预置法,当计数器计到 1001 = 9 1001=9 1001=9就是 L O A D LOAD LOAD置为低电平,具体实现是利用与非门连接 Q 3 , Q 0 Q_3,Q_0 Q3,Q0 L O A D LOAD LOAD端。

画电路图时注意: E N P , E N P ENP,ENP ENP,ENP 接高电平, C L K CLK CLK C L K CLK CLK D 3 , D 2 , D 1 , D 0 D_3,D_2,D_1,D_0 D3,D2,D1,D0默认接0(低电平)。

方法2:设计 n = 14 n=14 n=14,可以使用反馈复位法,达到 1110 1110 1110时可以复位,具体将 Q 3 , Q 2 , Q 1 Q_3,Q_2,Q_1 Q3,Q2,Q1接与非门连向 M R MR MR端。

注意使用反馈复位法画状态转换图时:是从 0000 0000 0000 n − 1 n-1 n1对应的二进制。

比如 n = 14 , n − 1 = 13 = 1101 n=14,n-1=13=1101 n=14,n1=13=1101,则进位信号要用令一个与非门 Q 3 , Q 2 , Q 0 Q_3,Q_2,Q_0 Q3,Q2,Q0连接输出 F F F进位信号。


对于Mealy 型电路 画状态转换图时,若有输入和输出,则要在转移边上写

输入/输出。

实现同一功能的Mealy型同步时序电路比Moore同步时序电路所需的状态数目更少。


74HC238 先行四位加法计数器:

常见的功能:

1. ≥ 5 \ge 5 5时加3,则为8421转5421, ≥ 5 \ge5 5时减3,5421转8421.

2. ≥ 5 \ge5 5时加6,则为8421转2421, ≥ 5 \ge5 5时减6, 2421 2421 2421转8421.

3.都加3,则为8421转余三码。

4.都减3,余三码转 8421 8421 8421

5. < 5 <5 <5时加3,则为5421转余三码。

6. < 5 <5 <5时减3,则为余三码转 5421 5421 5421


数字系统是指能对数字信号进行输入、存储、加工和传输的实体。

噪声容限:逻辑电路容忍噪声能力的量度。描述逻辑电路的抗干扰能力

竞争-冒险的产生是有条件的,有竞争的存在并不一定产生竞争-冒险。

assign赋值的对象必须是wire(网线)类型变量,模块的端口默认类型是wire类型,所以不需要再加以说明。

同步触发器 在CLK为高电平期间会触发。

用触发器设置异步 n n n进制加法计数器:

所需的触发器的个数: 2 x ≥ n 2^x\ge n 2xn的最小 x x x

1.画出状态转换图。

2.画出状态转换表,标出每个次态的上升,下降。

画出每个状态的次态卡诺图(上升记为1)。

写出驱动方程和时钟方程。

根据观察法得出每个状态的CLK。

画出电路图。


verilog HDL 描述:

module 电路名(输入变量,输出变量);

​ input 输入变量名; //

​ output 输出变量名; ///

​ reg 输出变量名; //

​ always @(可能变化的输入变量)

​ case({输入变量})

​ 变量个数‘ 进制 对应的进制数: 赋值语句;

​ …

​ …

​ default: …;

​ endcase

endmodule

每一个语句后面要写注释。

begin … end 相当于一个大括号块 { … }


储存n位二进制信息 最少需要n个触发器。

如果问是n位就是n个触发器,如果是n进制就是 2 x ≥ n 2^x\ge n 2xn


74LS161六进制加法计数器:

用反馈预置数法:

1.预制为0. 则为0->1->2->3->4->5->0

2.预置最小数: 10-11-12-13-14-15-10 置为10

3.预制最大数: 0-1-2-3-4-15-0

4.预制中间数 1-2-3-4-5-6-1。