[Projeto de hardware] Noções básicas de circuitos digitais - conceitos, classificações e operações básicas

Prefácio: Os capítulos são para simples revisão de conhecimentos, quem quiser passar no exame pode ir ao posto B para ler a explicação do conteúdo especial.

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1. Conceitos básicos de circuitos digitais

Sinais analógicos e digitais

• Sinal analógico: Um sinal que é contínuo no tempo e tem valores contínuos. Como velocidade, pressão, temperatura, etc.
• Sinal digital: Discreto tanto no tempo quanto no valor. Como o segundo sinal do relógio eletrônico, o sinal de contagem do número de peças registradas na linha de produção, etc.

Sistema lógico de circuito digital

Um sinal digital é aquele 二值信号que utiliza dois níveis ( 高电平e ) para representar dois valores lógicos ( e ) 低电平respectivamente . Existem dois regimes lógicos:逻辑1逻辑0

• O sistema de lógica positiva estipula que um nível alto é um 1 lógico e um nível baixo é um 0 lógico.
• O sistema de lógica negativa estipula que um nível baixo é um 1 lógico e um nível alto é um 0 lógico.

Os principais parâmetros

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2. Classificação dos circuitos digitais (compreensão)

• Classificados por integração: os circuitos digitais podem ser divididos em pequena escala (SSI, dezenas de dispositivos por chip), média escala (MSI, centenas de dispositivos por chip), grande escala (LSI, milhares de dispositivos por chip) e muito circuitos integrados digitais de grande escala (VLSI, o número de dispositivos por chip é superior a 10.000). Do ponto de vista da aplicação, os circuitos integrados podem ser divididos em dois tipos: de uso geral e de uso especial.
• De acordo com os diferentes processos de fabricação dos dispositivos utilizados: os circuitos digitais podem ser divididos em dois tipos: bipolares (tipo TTL) e unipolares (tipo MOS).
• De acordo com a estrutura e o princípio de funcionamento do circuito, os circuitos digitais podem ser divididos em dois tipos: circuitos lógicos combinacionais e circuitos lógicos sequenciais. O circuito lógico combinacional não tem função de memória e seu sinal de saída está relacionado apenas ao sinal de entrada naquele momento, mas não tem nada a ver com o estado anterior do circuito. O circuito lógico sequencial tem uma função de memória e seu sinal de saída não está relacionado apenas ao sinal de entrada naquele momento, mas também ao estado anterior do circuito.

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Três, sistema numérico

• 进位制: ao expressar um número, geralmente não é suficiente usar apenas um dígito e é necessário usar o método de contagem de carregamento para formar um número de vários dígitos. A composição de cada dígito de um número de vários dígitos e a regra de transporte de baixo para cima são chamadas de sistema de contagem de transporte, conhecido como sistema de transporte.
• 基数: A base do sistema base é o número de dígitos que podem ser usados ​​no sistema base.
• 位权（位的权数）: Em um número em um determinado sistema básico, o tamanho de cada bit corresponde ao número desse bit multiplicado por um número fixo, e esse número fixo é o peso desse bit.Peso é um poder。

Vários sistemas de contagem comuns:

• Decimal (Decimal)
• Binário
• Octal (Octal)
• Hexadecimal

Conversão entre diferentes sistemas numéricos

Converter binário em decimal

Problema: Converta o número binário 10011.101 em um número decimal.

Solução: multiplique cada número binário pelo peso do bit e some-os para obter 10011,101=1×2 4 ⁺ 0×2 ³ +0×2 ² +1×2 ¹ +1×2 ⁰ +1×2 ^-1 + 0×2-2 ⁺ 1×2-3 = (19.625)d

Problema Decimal para Binário

: Converta o número decimal 23 em um número binário. Solução: Converta (23)D=(10111)B

com o método de "dividir por 2 e tirar o resto"

Conversão entre binário e hexadecimal
(1101 1011) B=(db)H
Nota: Quatro números binários representam um número hexadecimal

Tabela de Correspondência Base

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Código BCD

O código BCD usa código binário para representar dez números de 0 a 9 no sistema decimal.
Use pelo menos 4 dígitos binários.

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4. Diodos e válvulas terciárias em circuitos digitais

4.1 Diodo

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Características estáticas dos diodos

(1) Quando a tensão direta é aplicada, o diodo conduz e a queda de tensão do tubo pode ser ignorada. Um diodo atua como uma chave fechada.

(2 Quando a tensão reversa é aplicada, o diodo é cortado e a corrente reversa é insignificante. O diodo é equivalente a um interruptor aberto.

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Características Dinâmicas dos Diodos

Quando um sinal de onda quadrada é dado ao diodo, a forma de onda é a seguinte:

O tempo de recuperação reversa é o tempo necessário para que a carga armazenada se dissipe, ou seja, o tempo necessário para passar de um nível negativo para um nível positivo.

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4.2 Triodo

Três estados de trabalho do triodo:

área de corte

Quando V _I é menor que a tensão da zona morta da junção do emissor do triodo, I _B = I _CB é aproximadamente igual a 0, I _C = I _CE é aproximadamente igual a 0, V _CE é aproximadamente igual a V _CC , e o triodo trabalha na região de corte, correspondente ao ponto A na figura.

As condições para o triodo funcionar no estado de corte são:A junção do emissor é polarizada inversamente ou é menor que a tensão da zona morta

Área amplificada
Quando VI _é positivo e maior que a tensão da zona morta, o transistor é ligado. Sim

Neste ponto, se você ajustar R _B ↓, então I _B ↑, I _C , V _CE ↓, o ponto de trabalho move-se para cima ao longo da linha de carga do ponto A → ponto B → ponto C → ponto D. Nesse período, o triodo trabalha na área de amplificação,

Sua característica é I _C =β I _B .

As condições para o triodo funcionar no estado amplificado são:A junção do emissor é polarizada diretamente e a junção do coletor é polarizada inversamente

Zona de saturação
Estado de saturação: V _{I permanece inalterado e R b} continua a diminuir . Quando V _CE = 0,7V, a junção do coletor torna-se polarizada em zero, que é chamada de estado de saturação crítica, correspondendo ao ponto E. Neste momento, a corrente de coletor é representada por I _CS , e a corrente de base é representada por I _BS , da seguinte forma:

Se R _b for reduzido ainda mais , I _B continuará aumentando, mas I _C não aumentará mais, e o triodo entrará em um estado saturado. _{A tensão V CE} na saturação é chamada de queda de tensão de saturação V _CES , e seu valor típico é: V _CES é aproximadamente igual a 0,3V.

A condição atual para o triodo trabalhar em saturação é: I _B > I _BS

As condições de tensão são:As junções do coletor e do emissor são polarizadas diretamente

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5. Operações lógicas

5.1 E Lógico

O circuito equivalente é o seguinte:

Suponha que o interruptor está fechado = "1", o interruptor não está fechado = "0", a luz está acesa, L=1, a luz não está acesa, L=0.
A seguinte figura pode ser formada:

convertida em uma tabela verdade:

portantológica eA lógica é:
somente quando todas as condições de uma coisa forem atendidas, essa coisa acontecerá.

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5.2 Lógico OU

O circuito equivalente é o seguinte:

a tabela de eventos e a tabela de verdade são obtidas da seguinte forma:


quando uma ou mais condições são satisfeitas entre as várias condições para determinar uma coisa, essa coisa vai acontecer.

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5.3 não

O circuito equivalente é o seguinte:

a tabela de eventos e a tabela de verdade são obtidas como:

Se algo acontece ou não depende apenas de uma condição, e é a negação dessa condição. Ou seja, as coisas não acontecem quando as condições são atendidas; as coisas acontecem quando as condições não são atendidas.

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5.4 Circuitos lógicos

e não

ou não


exclusivo ou


igual ou

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5.5 Fórmula básica

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5.6 Regras Básicas

Regras de substituição
Para qualquer equação contendo uma determinada variável, se todas as ocorrências dessa variável na equação forem substituídas por uma função lógica, a equação ainda será válida.

2. Regras de inversão
Para qualquer função lógica F, faça o seguinte:

• Se o operador "·" na fórmula for substituído por "+", "+" será substituído por "·"
• A constante "0" é substituída por "1" e "1" é substituída por "0";
• A variável original é substituída pela variável oposta, e a variável oposta é substituída pela variável original
  

3. Regra de dualidade

• Se o operador "·" na fórmula for substituído por "+", "+" será substituído por "·";
• A constante "0" é substituída por "1" e "1" é substituída por "0"
• A nova fórmula funcional é obtida como a fórmula dual F' da fórmula funcional original F.
• Se duas formas funcionais são iguais, suas formas duais correspondentes também são iguais. Ou seja, se F1=F2, então F1'=F2'.

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5.7 Expressões de Funções Lógicas

Definição : A relação lógica entre a variável lógica de entrada e a variável lógica de saída.

Características : Variáveis ​​de entrada e variáveis ​​de saída possuem apenas dois valores de lógica 0 e lógica 1.

Método de representação :


Tabela verdade:


Expressão lógica:

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Diagrama lógico:


Diagrama de temporização:

Conversão mútua de funções lógicas
Tabela verdade→expressão→diagrama lógico
Diagrama lógico→expressão→tabela verdade

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