数字集成电路的制作与实验

哈哈沙发！以前也用过数字电路，没系统学习过，期待楼主精彩开讲！另外请教一下楼主，4000系列电源12V输出是5V还是12V?

必须支持  

期待更新~

    搞定逻辑门判断电路,首先判断与门74LS08

实物正面

实物背面

原理图

    搞定常规逻辑门的电路验证工作,直接上原理图,至于说实物验证图,其实就是昨天我做的那款验证电路板,把逻辑芯片换一下即可.

原理图1

原理图2

原理图3

    大家可能觉得上述电路很简单,实际上确实很简单.但是数字世界却是由这些最最基本简单的电路构成的,后面我会使用这些逻辑电路的组合实现一些特定的功能,希望对大家有帮助.

    其实主要使用的芯片,TTL逻辑芯片一般用与非门多,而CMOS逻辑芯片使用或非门多.

    接着更新.与门电路输入两信号有相位差时会出现什么效果呢,大家有没有想过.当两输入信号存在相位差,不断调节相位角度时,输出信号的脉宽发生变化,也就是所谓的占空比调节.

实物

两输入信号错相90

输入与输出对比

当两输入信号错相180゜,输入输出对比

    大家是不是觉得很好玩,其实数字电路还有很多有意思的地方,后面会慢慢共享给大家,希望对大家有帮助.

    现在全身心的转战数字电路,先抛几个问题给大家.

    第一:为什么TTL电路基本都是与非门组成?

    第二:为什么CMOS电路基本都是或非门组成?

    第三:为什么数字世界其实只有两种,时序逻辑和组合逻辑?

    第四:为什么TTL逻辑和CMOS逻辑之间对接需要加缓冲信号?

    第五:什么是正逻辑,什么是负逻辑?

    第六:为什么通过数字电路仅仅只有两个变化高和低就可以构建整座数字电路的世界?

    第一个问题回答了后面的问题其实都不用回答.

    我们知道数字电路的基础为三种逻辑,与或非,实际上只需要通过与非门就可以构建与或非三种门.

    同样的道理通过或非门也可以构造与或非门.先从非门讲起,非门是什么?大家知道输入信号和输出信号相反,怎么实现?

    很简单,共射极放大器.那大家应该知道如果想输入和输出同相呢?射极跟随器.

    共射极放大器有放大的作用,而射极跟随器也就是共集电极电路,他没有放大的作用.

    与门的原型就是共集电极电路,只不过多加了一级输入信号.实际上输入信号通过射极跟随器会衰减,但是我们并不希望他衰减.

    怎么办,加一级信号放大即可,也就是共射极放大器.

    其实还是三大信号电路的处理,共射极放大电路,共集电极放大电路,共基极放大电路.

    这其实是最最基础的,而真正构建整个数字电路的基础是组合逻辑电路和时序逻辑电路.

    接下来讲讲什么叫做组合逻辑,什么叫做时序逻辑.

    组合逻辑其实就是我们经常接触到的加法器,译码器等.

    实际上仅仅加法器,译码器等用处并不大,只能实现信号的加减,地址的选择等.

    真正重要的是信号的存储,也就是时序逻辑.他为什么牛B,因为时序逻辑的输出变化不仅仅取决于当前时刻的信号输入,同时还取决与前一时刻的信号状态.

    最简单的就是触发器,D触发器,T触发器,RS触发器,JK触发器等.通过触发器也就是时序逻辑再加上组合逻辑,整个数字世界便构成了.

    所以真正掌握了触发器的原理以及加法器的原理并知道如何重组变化,恭喜你,你已经进入了数字电路的世界.

    后面看我来玩数字电路让大家见识一下逻辑电路的力量.

    

    接下来讲讲为什么TTL逻辑和CMOS逻辑之间对接需要加缓冲器或者是转换电路 .

    因为TTL逻辑的电平变化和CMOS逻辑电平的变化不同,就这么简单.至于不同在哪里,直接百度就可以.

    所谓正负逻辑,其实也很简单.将高电平定义为1,低电平定义为0,就是正逻辑,反之就是负逻辑.

    当你进入了模拟电路的世界再进入数字电路的世界,真的很容易.

    数字电子世界其实只有两种状态叫做0和1.

     模拟电子世界有三种状态,开,关,放大.  

    双输入与门电路,大家知道通过输入两信号可以实现输出高低电平的变化.

    但是大家有没有想过当两输入信号的相位错相时输出会出现什么问题呢?

    两输入信号错相45゜,90゜,180゜等等,输出会有什么变化,其实此时的输出会随着输入信号的错相其占空比出现变化.

    至此其实整个数字世界的大门已经向我们打开了.

    输出的电平幅值频率均不变,变化的仅仅是脉宽.那如果我们接着将输出的信号分频会出现什么现象?

    当输出信号2分频,4分频,8分频会有什么现象呢?

    时序逻辑产生了,整个世界都已经变了, 此时所谓的IIC,UART等等协议,我们其实都已经知道了.  

    什么叫做分频,假设输入信号为100K,如果2分频,输出就是50K,如果是4分频,输出就是25K,如果在二分频基础上再2分频其实就是4分频.

    那么其实我们已经知道了,所谓时序逻辑就是将主频信号通过不断的降频率,之后通过高低电平的组合实现了不同的信息,也就是各种不同的通信协议.

    这是我个人的理解,刚刚涉及通信协议这一块,可能有不对的或者不完善的地方希望大家补充.

    我当初理解数字电平,仅仅考虑的是单个的高低电平.其实这看不出什么效果,只有通过信号源往逻辑芯片内部输入各种电平信号时,你才会体会到数字电路的真正内涵.

    

    其实分频器的原理是由触发器加译码器实现.

    如果你真正理解了触发器,你就知道他的好了.

    再抛一个问题,很多的单片机的IO口为什么需要做成漏极开路的形式?

    为什么,今天不解答.欢迎补充.

    当真正理解了三极管的放大,我们才会知道数字电路的核心不是开关,而是放大.

    数字电路的核心是模拟电子技术中用的最多的放大技术.

    开关技术其实在电子技术中用的最多的是开关电源而不是数字电路.

    分频的原理就是一个计数器,输出两次输出一次就是二分频,这个解释超级简单,好理解.

    分频原理就是一个计数器,输入两次输出一次就是二分频.

    最近花了一点时间梳理数字电路,感觉自己的实力又提升了.

    什么是计数器,什么是半加器,什么是全加器?

    计数器的实质是全加器,全加器的实质是半加器,也就是触发器.而半加器的实质是什么?

    就是大家忽略的异或门加与门?为什么大家觉得异或门很难记住他的真值表.因为异或门就是进位加法器.

    如何分析触发器电路.初始状态怎么定? 我当初就卡在这里.

    触发器的实质是双与非门对于TTL逻辑来说,当然对于CMOS逻辑是或非门.

    针对TTL逻辑来说,触发器是通过双与非门自身的相互负反馈实现信号的锁存的.

    我们很多人分析数字电路的思维方式是假设初始为何种状态来推算输出是何种状态.

    这样对于一般很简单的时序逻辑是可行的,一般3-5个逻辑门,大家这种思路是可行的.

    但是如果有50个,100个逻辑门时我想大家已经疯掉了,实际上普通的芯片动辄几千个逻辑门,这种分析思路不对.

    怎么做?很简单,书上其实已经告诉我们大家了.

    将逻辑电路的表达式写出来,然后通过逻辑表达式画逻辑门电路.不管多么复杂都一目了然.

     当然逻辑表达式需要是最简化的,至于如何简化逻辑门表达式,可以通过逻辑公式去化简.

    其实讲到这里,我们大家已经清楚了,分析触发器电路根本不需要假设输入什么状态,直接根据触发器的表达式来分析触发器的状态即可.

    

    如何知道电路的逻辑表达式呢?

    很简单,手头上有没有逻辑分析仪或者是示波器.电路上电直接测输出电平的变化,然后逻辑表达式就出来了.就这么简单.

    实测是最好的检验方法,所有的电路其实不管是什么样子的,分析的方法,我一直推崇的是先实测,等你将实测的电路搞定了,再来分析原理.

    这样才是真正做电路,而不是像很多人那样拿到电路先分析一通,其实狗屁不通.

      

学习了，楼主能否图文并茂呢！

    搞定晶体管制作非门电路.

实物

原理图

输入波形

输出波形

输入输出对比

    搞定与非门电路.

实物

原理图

输入波形

输出波形

输入输出对比

输入信号相差180度,输入输出对比

    与非门是TTL逻辑电路的基础,通过与非门可以实现其余所有的逻辑计算,比如说非逻辑,与逻辑,或逻辑,或非逻辑,异或逻辑等等.后面会继续更新.

楼主辛苦了！

    继续更新,通过与非门实现或门.

实物

原理图

两输入信号无相位差,输入输出对比

两输入信号相差45度,输入输出对比

两输入信号相差90度,输入输出波形对比

两输入信号相差180度,输入输出波形对比

谢谢分享！我就是基础有限的中专生，对逻辑知识薄弱。值得学习。

    继续更新,通过与非门实现译码器

实物正面

背面

原理图1

原理图2

    通过与,或,非门可以实现译码器逻辑,通过与,非门同样可以,通过与非门也可以,通过或非门其实也可以,数字电路的变化就是这么好玩.

    搞定二四译码器L4LS139的测试

实物

原理图

    通过逻辑分析仪测试其输出时序

实测照片

输入信号同相,输入输出对比

输入信号相差45度,输入输出对比

输入信号相差90度,输入输出对比

输入信号相差135度,输入输出对比

输入信号相差180度,输入输出对比

搞定加法器.

首先是半加器

实物

原理图1

原理图2