数电学习笔记

一、电路相关原理

1.1 三极管

1.1.1 三极管种类

  主要有NPN和PNP两种,对于NPN来说,基极加正电压导通;对于PNP来说;基极加低电平导通。

1.1.2 电流可以从E极到C极吗?

  对于npn三极管,当$V_{be} > 0.7V​$时,则ec两级相通,对两级电压大小无要求。也就是说:

  • 当$V_e > V_c$时,电流从e级传输到c级。
  • 当$V_c > V_e$时,电流从c极到e极。
    电压$V_e \approx V_c$。此理论可以解释TTL反相器电路。
    1.1.3 经典电路

  拿到数电大纲后发现,不考模电的内容,模电部分复习更新到此结束。

二、基本概念

2.1 最小项和最大项

2.1.1 相同点
  • 多少项:$2^n$项
2.1.2 不同点
  • 表示方法:

    最小项:$XYZ​$(还有其他7项没写)

    最大项:$X+Y+Z$(还有其他7项没写)

  • 有效值:

    最小项:1表示有效,0表示无效。最小项0,符号$m_0​$,表示:$X’Y’Z’​$。

    最大项:1表示无效,0表示有效。最大项0,符号$M_0$,表示:$(X+Y+Z)$。

    注意:最小项的取反符号

2.2 卡诺图

2.2.1 功能说明

  简化逻辑函数化简,降低错误率。

2.2.2 无关输入
  • 无关输入在卡诺图上可以选择是1,也可以是0。看哪个对化简有帮助。

2.3 积之和(product of sums)

2.3.1 概念说明
  • 表示几项乘积的和,例如:

    $F=AB+AB’​$

  • 与之对应的和之积(sums of product),表示几项和的乘积,例如:

    $F=(A+B)(A+B’)$

2.3.2 最小和之积(卡诺图)
  • 注意:相对于常规卡诺图,因为输出是和的形式,0表示有效项。
2.3.3 定理
  • 任何一组积之和可以转换为只使用与非门实现的电路。
  • 同理,和之积也可以转换为只使用或非门实现的电路。

2.4 原码、反码、补码的关系

2.4.1 原码
  • 对于正数: 6(0000 0110)

  • 对于负数:-6(1000 0110)

    注:原码又称为符号幅度编码(Sign-Magnitude Encoding )

2.4.2 反码
  • 对于正数: 6(0000 0110)

  • 对于负数:-6(1111 1001)

    注:反码又被称为1的补码编码(1’s Complement Encoding )

2.4.3 补码
  • 对于正数: 6(0000 0110)

  • 对于负数:-6(1111 1010),等于反码加1。

    注:补码又被称为2的补码编码(2’s Complement Encoding )。电脑自带计算器,输入10进制-6,显示的是补码!!

2.4.4 总结

  总结上述规律,可得

  • $X-Y=X+(-Y)=X+(Y’+ 1)​$

    符号说明:$-Y​$表示$Y​$的补码,$Y’​$表示$Y​$的反码

  • 正数的原码、补码、反码相同

2.4.5 问题思考
  • 为什么有反码后,还要提出补码。

    答:对于反码来说,表示范围为$-127\sim-0$和$0\sim127$,可以看到有两个$0$出现。为了消除其中一个零,提出补码,即为反码加$1$。表示范围为$-128\sim-1$和$0\sim127$。其中在反码中$1111\;1111$表示为$-0$,在补码中,$1111\;1111$表示$-1$,计算一般使用补码。

  • 如果有二进制的补码对应的十进制,如何快速得到该二进制反码对应的10进制

    答:补码对应$10$进制数加$1​$,即可。

三、逻辑运算

3.1 代数式化简法

  相关证明

  • $A+BC = (A+B)(A+C) $

  • $AB + A\bar B = A$

  • $A+\bar AB = A + B​$

    根据公式2.2.1

  • $A(A+B) = A$

  • $AB + \bar AC + BC = AB + \bar AC \tag{2.5}$

  如果$BC = 1$,则$B = 1 , C = 1$,使得原式中$AB + \bar AC = 1$,所以$BC $和$AB + \bar AC $等价,故而原式等于$AB + \bar AC $,证明完毕。

  • $AB + \bar AC + BCD = AB + \bar AC $

3.2 卡诺图化简法

3.2.1 原理
3.2.2 示例
  • 3个变量
  • 4个变量

3.3 冒险问题

3.3.1 定义(出现原因)
3.3.2 判别方法
3.3.3 处理方式
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