數電學習之 邏輯電路(1)

2021-03-02 不聞花落

2.擴展,異或(不同為1,相同為0)和同或(相同為1,不同為0)

3.複合運算

與非,與後面加一個小圓圈

或非,或後面加一個小圓圈

與或非,兩個與輸入到或中,或後面加一個小圓圈

4.邏輯公式,基本和導出

注意與非和或非的運算!!!!!

邏輯公式的進一步擴展--代入定理

  -在任意一個包含變量A的等式中,若用任何一個邏輯式代替等式中的A,則等式仍然成立。

5.邏輯函數及其表示方法

•真值表 

輸入變量所有可能的取值和輸出對應的取值

    標準形式:最小項之和

最小項的                                                                            •m是乘積項 •包含n個輸入變量 •n個輸入變量都以原變量或反變量的形式在m中出現一次

•邏輯式 

(1)將邏輯函數的輸出寫成輸入邏輯變量的代數運算式

(2)表示方法:最小項 m    

 (3)最小項的定義:

•m是乘積項 

•包含n個輸入變量 

•n個輸入變量都以原變量或反變量的形式在m中出現一次

(4)補充且n個變量有2的n次方個最小項,每個最小項還有對應編號。為非時取0,本身時取1,寫出對應二進位數即為編號

(5)最小項的特點

•在輸入變量的任何取值下,必有一個、而且僅有一個最小項取值為1。

 •全部最小項之和為1 。

 •任意兩個最小項之積為0 。

 •具有相鄰性的兩個最小項之和可以合併為一項,合併後的結果中只保留這兩項的公共因子。

   -相鄰性:兩個最小項之間僅有一個變量不同

•邏輯圖 來描述邏輯函數

   用邏輯圖形符號連接起來表示邏輯函數,得到的連接圖稱為邏輯圖。注意分析輸入端即可,還有分清楚邏輯符號。

•波形圖

將輸入變量所有可能的取值與對應的輸出按時間順序依次排列起來畫成的時間波形,稱為函數的波形圖。

因為輸入AB默認是00,01,11,10變化,對應畫出輸出即可。

•卡諾圖

 (1)最小項的卡諾圖表示法

• •實質:將邏輯函數式的最小項之和形式以圖形的方式表示出來。 

• • •以2n個小方塊分別代表 n 變量的所有最小項,並將它們排列成矩陣,而且使幾何位置相鄰的兩個最小項在邏輯上也是相鄰的(即只有一個變量不同),就得到了表示n變量全部最小項的卡諾圖。  

(2)表示邏輯函數的步驟

•將函數表示為最小項之和的形式            

 • 在最小項的卡諾圖上與函數式中包含的最小項所對應位置上填入1,在其餘的位置上填入0。

 •硬體描述語言(略,詳細見實驗課)

6.各種表示方法之間可以相互轉換

(1)真值表 和邏輯式:

從真值表中找出所有使函數值等於1 的輸入變量取值。

 上述的每一組變量取值下,都會使一個乘積項的值為1。在這個乘積項中,取值為1的變量寫入原變量,取值為0的寫入反變量。

將這些乘積量相加,就得到了所求的邏輯函數式。

而真值表,只要根據變量數,按照二進位數的寫法,從小到大不遺漏寫出即可。

(2)邏輯式和邏輯圖

用圖形符號代替邏輯式中的代數運算符號,並依照邏輯式中的運算優先順序將這些圖形符號連接起來。

如果給出邏輯圖,則只要從輸入端到輸出端寫出每個圖形符號所表示的邏輯運算式。

理解:畫邏輯圖一步一步組合,可以從最後看是什麼,再推到前面,輸入三個埠,到最後一個輸出。寫邏輯式就是分析輸入端的是什麼,輸出效果是怎麼樣的

(3)邏輯式和卡諾圖

    1. 將給定的邏輯函數式表示為卡諾圖。化為最小項之和,寫在卡諾圖上即可。

    2. 如果給出了卡諾圖,則只要將卡諾圖中填入1的位置上的那些最小項相加即可。

比如: 與或式到卡諾圖:把每一個乘積項所包含的那些最小項(該乘積項就是這些最小項的的公因子)所對應的小方塊都填上1,剩下的填0,就可以得到邏輯函數的卡諾圖。

(4)波形圖 到真值表 

    1. 按給出的函數真值表,畫出波形圖。

依次畫出即可

    2. 如果給出了函數的波形圖,則需要將每個時間段的輸 入與輸出的取值列表。分變量取值。

7.邏輯函數的化簡方法

(1)邏輯函數的最簡形式----最簡與或

  使函數式中所包含的乘積項最少,同時每個乘積項所包含的因子最少,稱為最簡的與或邏輯式。

舉例

(1) 公式化簡法

•利用邏輯代數的基本公式和常用公式對邏輯代數式進行運算,消去式中多餘的乘積項和每個乘積項中多餘的因子。

用了對應公式,消去項

(2)卡諾圖化簡

2.1.依據:具有相鄰性的最小項可合併,消去不同因子。

在卡諾圖中,最小項的相鄰性可以從圖形中直觀地反映出來。

2.2 合併最小項的原則:

 – –兩個相鄰最小項可合併為一項,消去一對因子

 – –四個排成矩形的相鄰最小項可合併為一項,消去兩對因子 

– –八個排成矩形的相鄰最小項可合併為一項,消去三對因子

注意最左和最右,最上和最下都是相鄰的,四個角也是。對於四個變量的卡諾圖。

2.3.化簡步驟

(1)用卡諾圖表示邏輯函數

(2)將卡諾圖中按矩形排列的相鄰的1圈成若干個相鄰

    組,原則是:

  •這些相鄰組必須覆蓋卡諾圖上所有的1。 

•每個相鄰組中至少有一個1不包含在其他相鄰組內。

 •相鄰組的數目應最少。

 •每個相鄰組應包含儘可能多的1。

(3)化簡後的乘積項相加

2.4.逆向化簡

8.邏輯函數中的無關項的化簡

(1)無關項:約束項和任意項可以寫入函數式,也可不包含在函數式中。

···約束項:輸入變量的某些取值在工作過程中始終不會出現,對於這些輸入變量取值下等於1的最小項

···任意項:輸入變量的某些取值下,輸出是1、是0均可,是任意的。在這些輸入變量下取值為1的最小項

例:當8421BCD碼作為輸入變量時,禁止碼1010~1111這六種狀態所對應的最小項就是無關項。

(2)如何化簡

 •加入(或去掉)無關項,應使化簡後的項數最少,每項因子最少······

··從卡諾圖上直觀地看,加入無關項的目的是為了使矩形圈最大,矩形組合數最少。

注意:無關項可以當作1來看,但畫出的圈不能只有無關項,要有一般項。

9.邏輯函數形式的變換

與或和與非

通過公式  與非=非或

或非=非與實現。

分析:二極體導通時,電勢差為0.7

A低B低,Da導通,Db導通 ,F為0,.7v,低

A高B低,Db比Da優先導通,故Da截止,Db導通,F為0.7v,低

A低B高,Da比Db優先導通,故Da導通,Db截止,F為0.7v,低

A高B高,Da導通,Db導通,F為高

2.或門

A低B低 ,Da,Db導通,F為低

A高B高,Da,Db導通,F為高

A高B低,Da先於Db導通,Da導通,Db截止,F為高

B高BA低,Db先於Da導通,Db導通,Da截止,F為高

(1) VIL=0時,D-S間不導通,MOS管截止,ROFF非常大,開關斷開

(2) 加上足夠高的+VIH,且>VT, D-S間形成n型導電溝道,MOS管導通, ROFF<1KΩ,開關接通, D-S間相當於是一個受VI控制的開關。

我的理解:n溝道增強型mos管形成n型導電溝道,加正向電壓,吸引電子過來,進而形成。

P溝道增強型MOS管的開關狀態

(1) VIH=VDD時, VGS=0,S-D間不導通,MOS管截止

(2) VIL=0時,VGS=-VDD,且VDD>|VT|,S-D間形成p型導電溝道,MOS管導通, S-D之間也構成一個受VI控制的開關。

我的理解:加正電壓,排斥帶正電的空穴,只有加低電壓,形成一個負電壓,吸引空穴,從而形成p型導電溝道。

3,區分 於耗盡型,不做過多了解

上面是一個p溝道增強型,下面是一個n溝道增強型。

v1為高,T2截止,T1導通即D,S導通,S接地,輸出為低

V1為低,T1截止,T2導通即D,S導通,S接高電壓,則輸出為高。

符號類似非

上面是p溝道增強型MOS管,下面是n溝道增強型

p高n低,p,n截止,A,B斷開

P低n高,p,n導通,A,B導通

6.進階電路之與非門

T1,T2為n溝道增強型MOS管

T3,T4為p溝道增強型MOS管

其中A輸入到T2和T4,B輸入到T2和T3

A低B高,T2截止,T4導通,T1導通,T3截止,則Y為高

A低B低,T2截止,T4導通,T1截止,T3導通,則Y為高

A高B高 ,T2導通,T4截止,T1導通,T3截止,因為T3和T4都截止,則Y為低

A高B低,T2導通,T4截止,T1截止,T3導通,則Y為高。

7.進階電路之或非門

T1,T2是n溝道增強型,T3和T4是p溝道增強型,而A接的是T2和T4,B接的是T1和T3,

同理去分析,

A高B高,T2導通,T4截止,T3截止,T1導通,Y接地,為低

A低B低,T2截止,T4導通,T3導通,T1截止,Y為高

A低B高,T2截止,T4導通,T3截止,T1導通,Y接地,為低

A高B低,T2導通,T4截止,T3導通,T1截止,Y接地,為低

8.進階電路 異或門

兩個邏輯非,和連通器

當P低N高時導通

兩個導通狀態相反

且A輸入信號控制導通狀態,B控制輸入輸出

A低B低,TG1的N低P高,截止,TG2N 的高P低,導通,輸出Y為高

A低B高,TG1的N低P高,截止,TG2的N高P低,導通,輸出為低

A高B低,TG1的N高P低,導通,TG2的N低P高,截止,輸出為低

A高B高,TG1的N高P低,導通,TG2的N低P高,截止,輸出為高

較上面把PN交換了

10.由反相器、傳輸門、與非門、或非門可以組成其他邏輯功能的門電路或邏輯電路。

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