数字电子技术 | AI生成和翻译
当然！以下是《电子技术基础（三）》中第二部分：数字电子技术的全面且通俗易懂的教程。本部分重点介绍数字系统如何表示、处理和操作二进制信息。
🔹 第二部分：数字电子技术
5. 数字电路基础
a. 数制与编码
- 二进制（基2）：使用数字0和1。是数字系统最基础的数制。
- 八进制（基8）和十六进制（基16）：用于对二进制位进行分组（3位或4位）的简写形式。
- BCD码（二-十进制编码）：每个十进制数字单独用二进制表示（0000–1001）。
- 格雷码：相邻数值间只有一位发生变化——用于位置编码器。
b. 布尔代数与逻辑门
- 布尔运算：
- 与：A·B = 1 当且仅当两者均为1
- 或：A + B = 1 当任意一个为1
- 非：𝑨̅ = A的反相
- 衍生逻辑门：
- 与非、或非、异或、同或
- 组合逻辑：输出仅取决于当前输入。
- 使用真值表和卡诺图进行化简。
c. TTL与CMOS集成电路
- TTL（晶体管-晶体管逻辑）：
- 速度较快但功耗较高。
- 逻辑1电平：约5V；逻辑0电平：约0V。
- CMOS（互补金属氧化物半导体）：
- 低功耗，速度较慢，在现代IC中非常普遍。
- 兼容宽电压范围。
6. 组合逻辑电路
a. 分析与设计
- 从真值表开始。
- 推导布尔表达式。
- 对其进行化简（使用布尔定律或卡诺图）。
- 绘制逻辑电路图。
b. 常用模块
- 编码器：将2ⁿ条输入线转换为n位输出（例如，8线-3线编码器）。
- 译码器：与编码器功能相反，用于存储器地址译码。
- 数据选择器：从多个输入中选择一个。
- 例如，4选1数据选择器：2条选择线，4个输入 → 1个输出。
- 数据分配器：将一个输入路由到多个输出中的一个。
c. 竞争冒险
- 静态冒险：由于门延迟导致输出发生瞬时变化。
- 动态冒险：由于时序失配导致输出出现多次毛刺。
- 消除方法：使用冗余逻辑或同步设计。
7. 时序逻辑电路
a. 触发器
- RS触发器：置位-复位触发器，简单的存储单元。
- D触发器：数据或延迟触发器，最常用。
- JK触发器：功能灵活；避免了RS触发器的无效状态。
- T触发器：在时钟边沿翻转；用于计数器。
b. 计数器与移位寄存器
- 计数器：
- 异步计数器（行波计数器）：时钟信号顺序传递；速度较慢。
- 同步计数器：所有触发器同时接收时钟；速度较快。
- 类型：加法计数器、减法计数器、可逆计数器。
- 移位寄存器：
- 以串行或并行方式存储和移动位。
- 类型：SISO、SIPO、PISO、PIPO。
c. 时序电路分析
- 状态表/状态图：显示状态之间的转换。
- 使用触发器的激励表进行分析和设计。
- 同步电路比异步电路更易于控制和调试。
8. 可编程逻辑器件
a. PLD类型
- PAL（可编程阵列逻辑）：或阵列固定，与阵列可编程。
- GAL（通用阵列逻辑）：可重复编程的PAL。
- FPGA（现场可编程门阵列）：
- 高度可配置。
- 包含数千/数百万个逻辑块。
- 用于复杂系统，如数字信号处理、视频处理等。
b. HDL简介
- HDL（硬件描述语言）：
- VHDL：语法严谨，强类型。
- Verilog：语法简洁，类似C语言。
- 用于在不同层级（门级、寄存器传输级、行为级）对数字系统进行建模。
c. 逻辑系统设计实例
- 实例1：用Verilog实现4位二进制计数器。
- 实例2：使用有限状态机的简单交通灯控制器。
- 实例3：具有基本运算功能的算术逻辑单元。
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