數字電路的特點、重點與難點

數字電路種類繁多，結構各異，初學者往往感到困難，筆者認為，要學好數字電路應從以下幾個方面入手。

一、 明確數字電路的主要特點

數字電路是傳輸和處理數字信號的電路。數字電路的主要特點，應從數字信號和電路工作狀態兩個方面加深認識。

1. 數字信號的特點。數字信號的顯著特點就是在時間和數值上都是離散的。在時間上的離散性是指信號的變化只可能發生在一系列離散的瞬間；在數值上的離散性是指信號只可能取某些離散電平。在數字系統中，信號通常取兩個離散量——二進制的“0”和“1”。數字信號“0”和“1”兩個電平決定了數字電路的工作狀態，而數字電路工作狀態及其變化又反映了數字信號傳輸、處理的過程，所以研究數字信號不可能將它與數字電路割裂開來。

2. 數字電路工作狀態的特點。數字電路中晶體管通常工作在截止、飽和的工作狀態，即晶體管是作為電子開關使用的。因此，一個復雜的數字電路通常是由大量的電子開關按一定的規律組合連接而成，這些電子開關的通斷又是由數字信號“0”、“1”電平控制。數字信號的變化規律決定了數字電路工作狀態轉換的規律。因此，討論數字電路時不可能將它與數字信號分開。

數字信號和數字電路的工作狀態是一個問題的兩個方面，二者相輔相成、緊密聯系，明確這一點有利于更好理解數字電路的工作原理。

二、 掌握數字電路的數學研究方法

數字電路中晶體管工作在開關狀態決定了其研究方法不同于模擬電路。在數字電路中，廣泛地采用二進制信號，數字電路研究的就是電路的二進制輸出量與二進制輸入量之間的邏輯關系。討論這種邏輯關系的基本數學方法是邏輯代數。邏輯代數是數字電路分析與設計的理論基礎，數字電路所有研究方法都是建立在這一理論基礎上的。因此，牢固掌握邏輯代數這一數學方法，對于學好和應用數字電路就顯得特別重要。

三、 抓住數字電路的重點、難點

盡管數字電路種類繁多，結構千變萬化，但基本的研究方法只有幾種，理解并掌握了這幾種基本的研究方法就抓住了數字電路的重點難點。

1. 組合電路的重點、難點。①正確列出真值表是組合電路分析的關鍵。組合電路的分析就是求其輸出與輸入之間的邏輯函數關系，從而確定其邏輯功能。對于較為復雜的組合電路，求其對應的邏輯函數并不困難，難的是由邏輯函數確定電路的邏輯功能。這是因為一個復雜的邏輯函數所表達的邏輯功能并不直觀。分析的關鍵是正確列出所求函數對應的真值表，而列真值表的關鍵是將所求函數展為最小項表達式。列出了真值表，組合電路的邏輯分析也就迎刃而解。②邏輯抽象。列真值表是組合電路設計的重要基礎。組合電路的設計就是根據實際要求，找到滿足實際要求的最簡電路。設計組合電路時，首先要將實際提出的因果關系用一個邏輯關系來描述，也就是邏輯抽象，這是第一步也是列出真值表的前提，這兩步完成了，整個設計問題也就解決了。組合邏輯電路的設計要注意以下幾點：一是將實際問題的原因和結果分別用邏輯變量和邏輯函數代表，并合理地確定它們為“0”和“1”的具體邏輯含義。需要指出，不同的邏輯賦值，設計出來的電路繁簡也不一樣。對此，讀者學習時，可有意識地選擇不同的邏輯賦值進行比較，以便熟悉電路的設計技巧。二是逐一不漏地填寫n變量的2n種取值所對應函數的真值表，由該表寫出所求邏輯函數。三是根據實際需要和條件，將邏輯函數進行合理化簡和適當變換。

2. 時序電路重點、難點。①時序電路分析的關鍵。分析時序電路邏輯功能就是求出時序電路輸出、輸入、現態、驅動信號、次態等相互間的邏輯關系。重點要熟悉各種觸發器邏輯功能和正確填寫狀態轉換表。熟悉觸發器邏輯功能。首先要牢記觸發器的狀態方程，其次應注意CP邊沿觸發時刻。正確填寫狀態轉換表就是將輸入信號，驅動信號、現態、次態、輸出信號等正確無誤、一個不漏地填寫到表中各欄里。②同步時序設計的關鍵。這是數字電路的難點和重點，要掌握其設計方法，務必理解以下幾點：一是正確填寫狀態轉換表。如果狀態轉換表不能正確地反映設計要求，有遺漏和錯誤，則必然導致錯誤的結果。二是適當進行狀態化簡。狀態數目的多少直接決定時序電路中觸發器數目的多少，而原始狀態轉換表不一定是最簡的，所以要看能否進行狀態化簡。三是合理選擇狀態編碼。

學習數字電路時，掌握了以上幾點，就抓住了本課程的重點和難點，其他的問題也就會觸類旁通，迎刃而解。