数字电路种类繁多,结构各异,初学者往往感到困难,笔者认为,要学好数字电路应从以下几个方面入手。
一、 明确数字电路的主要特点
数字电路是传输和处理数字信号的电路。数字电路的主要特点,应从数字信号和电路工作状态两个方面加深认识。
1. 数字信号的特点。数字信号的显著特点就是在时间和数值上都是离散的。在时间上的离散性是指信号的变化只可能发生在一系列离散的瞬间;在数值上的离散性是指信号只可能取某些离散电平。在数字系统中,信号通常取两个离散量——二进制的“0”和“1”。数字信号“0”和“1”两个电平决定了数字电路的工作状态,而数字电路工作状态及其变化又反映了数字信号传输、处理的过程,所以研究数字信号不可能将它与数字电路割裂开来。
2. 数字电路工作状态的特点。数字电路中晶体管通常工作在截止、饱和的工作状态,即晶体管是作为电子开关使用的。因此,一个复杂的数字电路通常是由大量的电子开关按一定的规律组合连接而成,这些电子开关的通断又是由数字信号“0”、“1”电平控制。数字信号的变化规律决定了数字电路工作状态转换的规律。因此,讨论数字电路时不可能将它与数字信号分开。
数字信号和数字电路的工作状态是一个问题的两个方面,二者相辅相成、紧密联系,明确这一点有利于更好理解数字电路的工作原理。
二、 掌握数字电路的数学研究方法
数字电路中晶体管工作在开关状态决定了其研究方法不同于模拟电路。在数字电路中,广泛地采用二进制信号,数字电路研究的就是电路的二进制输出量与二进制输入量之间的逻辑关系。讨论这种逻辑关系的基本数学方法是逻辑代数。逻辑代数是数字电路分析与设计的理论基础,数字电路所有研究方法都是建立在这一理论基础上的。因此,牢固掌握逻辑代数这一数学方法,对于学好和应用数字电路就显得特别重要。
三、 抓住数字电路的重点、难点
尽管数字电路种类繁多,结构千变万化,但基本的研究方法只有几种,理解并掌握了这几种基本的研究方法就抓住了数字电路的重点难点。
1. 组合电路的重点、难点。①正确列出真值表是组合电路分析的关键。组合电路的分析就是求其输出与输入之间的逻辑函数关系,从而确定其逻辑功能。对于较为复杂的组合电路,求其对应的逻辑函数并不困难,难的是由逻辑函数确定电路的逻辑功能。这是因为一个复杂的逻辑函数所表达的逻辑功能并不直观。分析的关键是正确列出所求函数对应的真值表,而列真值表的关键是将所求函数展为最小项表达式。列出了真值表,组合电路的逻辑分析也就迎刃而解。②逻辑抽象。列真值表是组合电路设计的重要基础。组合电路的设计就是根据实际要求,找到满足实际要求的最简电路。设计组合电路时,首先要将实际提出的因果关系用一个逻辑关系来描述,也就是逻辑抽象,这是第一步也是列出真值表的前提,这两步完成了,整个设计问题也就解决了。组合逻辑电路的设计要注意以下几点:一是将实际问题的原因和结果分别用逻辑变量和逻辑函数代表,并合理地确定它们为“0”和“1”的具体逻辑含义。需要指出,不同的逻辑赋值,设计出来的电路繁简也不一样。对此,读者学习时,可有意识地选择不同的逻辑赋值进行比较,以便熟悉电路的设计技巧。二是逐一不漏地填写n变量的2n种取值所对应函数的真值表,由该表写出所求逻辑函数。三是根据实际需要和条件,将逻辑函数进行合理化简和适当变换。
2. 时序电路重点、难点。①时序电路分析的关键。分析时序电路逻辑功能就是求出时序电路输出、输入、现态、驱动信号、次态等相互间的逻辑关系。重点要熟悉各种触发器逻辑功能和正确填写状态转换表。熟悉触发器逻辑功能。首先要牢记触发器的状态方程,其次应注意CP边沿触发时刻。正确填写状态转换表就是将输入信号,驱动信号、现态、次态、输出信号等正确无误、一个不漏地填写到表中各栏里。②同步时序设计的关键。这是数字电路的难点和重点,要掌握其设计方法,务必理解以下几点:一是正确填写状态转换表。如果状态转换表不能正确地反映设计要求,有遗漏和错误,则必然导致错误的结果。二是适当进行状态化简。状态数目的多少直接决定时序电路中触发器数目的多少,而原始状态转换表不一定是最简的,所以要看能否进行状态化简。三是合理选择状态编码。
学习数字电路时,掌握了以上几点,就抓住了本课程的重点和难点,其他的问题也就会触类旁通,迎刃而解。