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北京航空航天大学 833 自控+数电 2024 年真题思维导图

985 院校共 10 题

难度:中等偏难 833 为自控与数字电路合卷:一至六题考自动控制原理,七至十题考数字电路;覆盖结构图误差与二阶参数设计、根轨迹、奈氏判据、描述函数自振、状态空间与 BIBO、不完全能控证明,以及与非门组合设计、译码器减法、计数器显示、步进电机逻辑与 555 振荡器

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1一、扰动稳态误差与无超调最快响应#

思路
  • 先由结构图求扰动到误差的传函并令其稳态绝对值受限;再令参考输入下闭环为二阶系统,按无超调且调节时间最短选参数
本卷考法
  • 求扰动作用下系统稳态误差绝对值的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:由结构图写出扰动到误差的传递函数再取终值
  • 中间结果:稳态误差与可调参数成反比并受稳定上界约束
  • 卡点:误差条件要与稳定范围同时满足取交集
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 扰动误差与输入误差必须分开计算再叠加
  • 扰动误差取决于扰动作用点到误差点的传递函数
  • 增大扰动点前的增益可减小扰动误差
步骤
  • 令参考输入为零,求扰动到误差的传递函数
  • 代入扰动信号求稳态值
  • 与输入引起的误差叠加
通用考法
  • 本卷考过求扰动作用下系统稳态误差绝对值的参数范围
  • 求扰动引起的稳态误差
  • 比较扰动与输入对误差的不同影响
  • 分析提高前向增益的作用
常见易错
  • 本卷考过求扰动传函时没有把参考输入置零
  • 把扰动误差直接当作总误差,遗漏输入分量
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由闭环特征式确定可调参数的稳定范围
本卷实例
  • 关键一步:列闭环特征式并用代数判据求参数稳定上界
  • 中间结果:特征式各系数大于零给出参数不等式组
  • 卡点:误差不等式与稳定上界要一起取交集
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳定条件是一组关于参数的不等式
  • 区间端点通常对应临界稳定,即根落在虚轴上
  • 稳定域是不等式组的交集
步骤
  • 由劳斯表首列各元素大于零列出不等式组
  • 逐个解不等式并取交集
  • 检查端点是否为临界稳定
通用考法
  • 本卷考过由闭环特征式确定可调参数的稳定范围
  • 求使系统稳定的参数上界或下界
  • 判断某参数取值是否满足稳定要求
  • 比较不同参数对稳定域大小的影响
常见易错
  • 本卷考过只列出部分首列元素的不等式,漏掉某个约束
  • 只列出部分首列元素的不等式,漏掉某个约束
  • 取交集时把端点是否包含搞错
公式
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 把参考输入下的闭环传函化为二阶标准形式
本卷实例
  • 关键一步:用闭环传函分母比对标准二阶形式的两个系数
  • 中间结果:由一次项与常数项定出自然频率与阻尼比
  • 卡点:输出无超调对应阻尼比不小于一
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过把参考输入下的闭环传函化为二阶标准形式
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 本卷考过化为标准形式时忘记把 s 二次项系数归一化
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 按无超调且响应最快的要求反求可调参数
本卷实例
  • 关键一步:在无超调范围内比较各候选参数的调节时间取最小
  • 中间结果:阻尼比越大调节时间反而越长
  • 卡点:无超调与最快两个条件要同时满足
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超调量要求给出 ξ 的下界,调节时间要求给出 ξωn 的下界
  • 多个指标同时给出时需求参数可同时满足的公共区域
  • 指标之间往往相互制约,需权衡取舍
步骤
  • 把每个指标要求翻译成对 ξ 或 ωn 的不等式
  • 在参数平面上画出各不等式的可行域
  • 取交集并选取合适的参数值
  • 回代验证全部指标是否满足
通用考法
  • 本卷考过按无超调且响应最快的要求反求可调参数
  • 由超调量和调节时间要求设计开环增益与阻尼
  • 求满足指标要求的参数取值范围
  • 判断给定指标组合是否可实现
常见易错
  • 本卷考过只满足无超调就下结论,未比较调节时间
  • 只满足单项指标就下结论,未做交叉验证
  • 把 ξ 的可行域方向取反
公式

2二、根轨迹与单调收敛振荡收敛分界#

思路
  • 先按绘制法则画根轨迹;闭环极点全为实数时单调收敛,出现共轭复根时振荡收敛,两段以分离点为界
本卷考法
  • 按绘制法则画出三极点系统的根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:由三个开环极点定实轴段、渐近线与分离点
  • 中间结果:三条轨迹分支起始于极点、终止于无穷远
  • 卡点:渐近线夹角公式分子是二 k 加一
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 起于开环极点、终于开环零点(无穷远零点),分支数等于极点数 n
  • 实轴上某段右侧的零极点总数为奇数时,该段属于根轨迹
  • 渐近线条数为 n-m,交点在实轴上,与实轴夹角等分 360°
  • 根轨迹关于实轴对称
步骤
  • 标出全部开环零极点并判断实轴上的根轨迹段
  • 计算渐近线交点与夹角
  • 求出分离点、出射角、与虚轴交点
  • 按对称性连接各段并标出对应 K 值
通用考法
  • 本卷考过按绘制法则画出三极点系统的根轨迹
  • 按法则绘制根轨迹草图
  • 指出渐近线条数与夹角
  • 判断某段实轴是否属于根轨迹
常见易错
  • 本卷考过渐近线夹角公式中的 2k+1 写成 2k
  • 实轴段判据中的零极点个数算错
  • 渐近线夹角公式中的 2k+1 写成 2k
公式
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 求分离点并据此划分实根段与复根段
本卷实例
  • 关键一步:用 dK/ds 为零求分离点并只取根轨迹上的解
  • 中间结果:分离点处增益把根轨迹分为实根段与复根段
  • 卡点:分离点要代回增益大于零的条件筛选
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 分离点是根轨迹离开实轴或相汇的点,对应特征方程的重根
  • 分离点必满足 dK/ds=0
  • 用试探法求解代数方程时要注意舍去不在根轨迹上的根
步骤
  • 由幅值条件解出 K 关于 s 的表达式
  • 令 dK/ds=0 得分离点方程
  • 解方程并用实轴段判据筛选
  • 代回求分离点处的 K 值
通用考法
  • 本卷考过求分离点并据此划分实根段与复根段
  • 求根轨迹的分离点坐标
  • 确定分离点处的临界增益
  • 判断解的取舍
常见易错
  • 本卷考过求出方程根后不筛选,保留了不在根轨迹上的解
  • 求出方程根后不筛选,保留了不在根轨迹上的解
  • 用 dK/ds=0 却未化成 K 的显式表达式
公式
本卷考法
  • 由闭环极点类型确定单调收敛与振荡收敛的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:按闭环极点全实或含共轭复根分成两段读增益
  • 中间结果:实根段对应单调收敛、复根段对应振荡收敛
  • 卡点:两段以分离点处的临界增益为分界
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环极点位置直接决定 ξ、ωn 与动态指标
  • 等阻尼线是从原点出发的射线,等 ωn 线是以原点为心的圆
  • 给定阻尼比要求时,极点落在等阻尼线上
  • 增益增大一般使系统响应加快但振荡加剧
步骤
  • 在 s 平面上画出等阻尼线或等 ωn 圆
  • 求其与根轨迹的交点
  • 由幅值条件求出交点对应的参数
  • 由极点位置估算动态性能
通用考法
  • 本卷考过由闭环极点类型确定单调收敛与振荡收敛的增益范围
  • 求满足给定阻尼比的参数值
  • 由闭环极点位置估算超调量与调节时间
  • 分析提高增益对性能的影响
常见易错
  • 本卷考过只看极点位置而不判断零点对响应的影响
  • 把等阻尼线画成了垂直线
  • 由极点位置估指标时忽略零点的作用
公式

3三、奈奎斯特判据求稳定增益范围#

思路
  • G=K(0.4s+1) 除以 s 乘 (s+1) 平方,含一个积分环节,补画无穷大圆弧后按包围临界点圈数判断稳定 K 范围
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈奎斯特判据确定使闭环稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:补画无穷大圆弧后数曲线包围临界点的圈数
  • 中间结果:开环无右半平面极点时包围圈数为零即稳定
  • 卡点:起点相角由积分环节个数决定,不要画错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环稳定 ⇔ Z=N+P,其中 Z 为右半平面闭环极点数
  • P 为开环右半平面极点数,须先数清楚
  • N 为开环幅相曲线绕 (-1,j0) 点的净包围圈数
  • 逆时针包围为正,顺时针为负
步骤
  • 先求开环极点,数出右半平面个数 P
  • 绘制开环幅相特性曲线(或利用 Bode 图判稳)
  • 数出曲线对 (-1,j0) 点的包围圈数 N
  • 由 Z=N+P 判断闭环稳定性
通用考法
  • 本卷考过用奈奎斯特判据确定使闭环稳定的增益范围
  • 由开环幅相曲线判断闭环稳定性
  • 求使闭环稳定的开环增益范围
  • 判断补画虚轴绕行后曲线的包围情况
常见易错
  • 本卷考过开环含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 开环含有积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 把包围圈数的正负号定义搞反
  • 没有先数开环右半平面极点数 P
公式
本卷考法
  • 求给定传函的频率特性及其与负实轴的交点
本卷实例
  • 关键一步:令 s 等于 jω 写出幅频与相频并求实轴交点
  • 中间结果:曲线与负实轴的交点位置决定临界增益
  • 卡点:相角累加时不要漏掉积分环节的负 90 度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 频率特性是传递函数中令 s=jω 得到的复变函数
  • 幅频特性表示各频率正弦输入下的幅值放大倍数
  • 相频特性表示输出相对输入的相位差
  • 频率特性可用幅相曲线、Bode 图或尼柯尔斯图表示
步骤
  • 由传递函数令 s=jω 得到 G(jω)
  • 分别求出幅值 |G(jω)| 与相角 ∠G(jω)
  • 按需要绘制幅相曲线或对数频率特性
通用考法
  • 本卷考过求给定传函的频率特性及其与负实轴的交点
  • 求给定传递函数的幅频与相频表达式
  • 计算某频率处的幅值与相角
  • 说明频率特性的物理含义
常见易错
  • 本卷考过求幅值时忘记把分母复数取模后再相除
  • 求幅值时忘记把分母复数取模后再相除
  • 相角累加时漏掉积分环节的 -90°
公式

4四、描述函数法分析周期运动#

思路
  • 结构图以图给出;先写线性部分传函与非线性描述函数,再画负倒描述函数与幅相曲线求交点判断自振
本卷考法
  • 用描述函数法判断是否存在自持振荡并求振幅频率
本卷实例
  • 关键一步:把负倒描述函数与线性部分幅相曲线画在同一复平面求交点
  • 中间结果:交点给出自振的振幅与频率
  • 卡点:按 A 增大方向判断该周期运动是否稳定
  • 卡点:本卷非线性结构图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 自振条件为 G(jω)N(A)=-1,即线性部分特性与负倒描述函数曲线相交
  • 交点给出自振频率 ω 与自振幅值 A
  • 负倒描述函数曲线上幅值增大的方向决定自振是否稳定
  • 交点处两条曲线的走向关系决定极限环稳定性
步骤
  • 求线性部分的频率特性 G(jω)
  • 求非线性环节的负倒描述函数 -1/N(A) 并确定 A 的增大方向
  • 在同一复平面上画两条曲线并求交点
  • 由交点处的走向判断自振是否存在且稳定,读出 ω 与 A
通用考法
  • 本卷考过用描述函数法判断是否存在自持振荡并求振幅频率
  • 判断系统是否产生自持振荡
  • 求自振频率与自振幅值
  • 分析参数变化对自振的影响
常见易错
  • 本卷考过画的是描述函数本身而不是它的负倒数
  • 画的是 N(A) 而不是负倒描述函数 -1/N(A)
  • 未标注 A 的增大方向就判断稳定性
  • 把交点频率当成截止频率
公式
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 写出非线性环节的描述函数并说明适用条件
本卷实例
  • 关键一步:按非线性特性求基波分量得到描述函数 N(A)
  • 中间结果:描述函数只与输入振幅有关
  • 卡点:描述函数法要求线性部分具有低通滤波特性
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 描述函数是非线性环节在正弦输入下的等效复放大倍数
  • 描述函数是输入幅值的函数,与频率无关
  • 只适用于非线性环节输入近似为正弦、线性部分具有低通滤波特性的系统
  • 描述函数法用来判断自振的存在与参数
步骤
  • 写出非线性环节在正弦输入下的输出表达式
  • 取输出的一次谐波分量求基波幅值与相位
  • 按定义求描述函数 N(A)
  • 与线性部分特性联立判断自振
通用考法
  • 本卷考过写出非线性环节的描述函数并说明适用条件
  • 求饱和、死区、继电特性等典型非线性的描述函数
  • 说明描述函数法的适用条件
  • 指出描述函数与频率特性的区别
常见易错
  • 本卷考过把描述函数当成频率的函数
  • 把描述函数当成频率的函数
  • 忽略一次谐波近似带来的误差条件
公式

5五、BIBO 稳定、最小相位实现与状态反馈#

思路
  • 先由状态方程求传函判 BIBO 稳定;找零极点对消使约简后为最小相位二阶系统并写可观标准形;再设计状态反馈配置极点
本卷考法
  • 由状态空间表达式求传递函数并判断零极点对消
本卷实例
  • 关键一步:用 C 乘 sI 减 A 的逆再乘 b 求传函并检查公因式
  • 中间结果:约简后传函的极点决定 BIBO 稳定性
  • 卡点:被对消的极点仍是状态方程的内部模态
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由状态空间求传递函数为 C(sI-A)^{-1}B+D
  • 传递函数只反映能控能观子系统,含零极点对消
  • 系统的特征值等于传递函数的极点
  • 同一传递函数对应的状态空间实现不唯一
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 按公式求 G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D
  • 与已知传递函数比对,判断是否发生零极点对消
通用考法
  • 本卷考过由状态空间表达式求传递函数并判断零极点对消
  • 由状态空间表达式求传递函数
  • 判断状态空间实现是否存在零极点对消
  • 比较不同实现对应的传递函数是否相同
常见易错
  • 本卷考过漏掉直接传递项或忽略零极点对消
  • 漏掉直接传递项 D
  • 把特征值个数与传递函数极点数直接等同而不检查对消
公式
赫尔维茨判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用代数判据确定使传函极点全在左半平面的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:对传递函数分母列赫尔维茨行列式求参数范围
  • 中间结果:各阶主子式大于零给出参数不等式
  • 卡点:BIBO 稳定只看传函极点,不看被对消的模态
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由特征方程系数构造赫尔维茨行列式
  • 各阶主子式全部大于零 ⇔ 系统稳定
  • 与劳斯判据等价,适合阶数较低时使用
步骤
  • 由特征方程系数写出赫尔维茨行列式
  • 依次计算各阶主子式
  • 令全部主子式大于零得到稳定条件
通用考法
  • 本卷考过用代数判据确定使传函极点全在左半平面的参数范围
  • 用赫尔维茨判据判断稳定性
  • 比较两种代数判据的适用场合
常见易错
  • 本卷考过行列式构造时系数下标写错
  • 行列式构造时系数下标写错
  • 只验证到二阶主子式就下结论
公式
本卷考法
  • 由约简后传函零极点位置判断是否为最小相位
本卷实例
  • 关键一步:检查约简后是否所有零极点都在左半平面
  • 中间结果:最小相位要求右半平面既无零点也无极点
  • 卡点:最小相位看零点、稳定看极点,两者不同
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最小相位系统:全部零点极点都在左半平面
  • 同类系统中最小相位系统的相位滞后最小
  • 非最小相位系统幅频特性相同但相位滞后更大
  • 含右半平面零点时阶跃响应出现初始反向
步骤
  • 检查零点实部符号判断是否最小相位
  • 比较同幅频特性的两类系统的相频曲线
  • 分析右半平面零点对时域响应的影响
通用考法
  • 本卷考过由约简后传函零极点位置判断是否为最小相位
  • 判断系统是否最小相位
  • 解释阶跃响应初始反向的原因
  • 说明仅由幅频曲线能否唯一确定传递函数
常见易错
  • 本卷考过把右半平面极点与右半平面零点混为一谈
  • 以为幅频特性可以唯一确定传递函数
  • 把右半平面极点与右半平面零点混为一谈
本卷考法
  • 由传递函数写出可观标准形实现
本卷实例
  • 关键一步:按可观标准型把分母系数填入状态矩阵的相应列
  • 中间结果:输出矩阵取首项、输入矩阵按构造确定
  • 卡点:可观标准形与能控标准形互为转置,不要写反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 同一传递函数可对应无穷多个状态空间实现
  • 常用能控标准型、能观标准型与对角标准型
  • 能控标准型的 A 阵为友矩阵形式
  • 最小实现要求系统既能控又能观
步骤
  • 把传递函数化为真分式,分离直接项 D
  • 按标准型规则写出 A、B、C、D
  • 必要时用线性变换换成其他标准型
通用考法
  • 本卷考过由传递函数写出可观标准形实现
  • 由传递函数写出能控标准型
  • 由传递函数写出能观标准型
  • 判断给定的实现是否为最小实现
常见易错
  • 本卷考过友矩阵中系数符号写反
  • 真分式化分时直接项 D 处理错误
  • 友矩阵中系数符号写反
公式
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈使闭环传递函数达到指定形式
本卷实例
  • 关键一步:先判能控性,再由期望极点写目标特征式比较系数
  • 中间结果:含待求增益的特征式与目标式逐项对应
  • 卡点:状态反馈不改变零点,要按零极点一起配置
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态反馈 u=-Kx+v 可任意配置闭环极点,前提是系统完全能控
  • 状态反馈不改变系统的零点
  • 极点配置通过比较期望与实际的闭环特征多项式求解 K
  • 状态反馈可能改变能观性
步骤
  • 先验证系统能控
  • 写出希望配置的极点并求期望特征多项式
  • 求闭环系统特征多项式 det(sI-A+BK)
  • 比较系数解出反馈增益阵 K
通用考法
  • 本卷考过设计状态反馈使闭环传递函数达到指定形式
  • 设计状态反馈使闭环极点位于指定位置
  • 判断给定极点是否可通过状态反馈配置
  • 分析状态反馈对系统性能的影响
常见易错
  • 本卷考过未验证能控性就直接做极点配置
  • 未验证能控性就直接做极点配置
  • 特征多项式比较系数时符号写反
公式

6六、不完全能控系统的秩降特征值证明#

思路
  • 对不完全能控系统作能控性分解,分块后不能控子系统的极点使判别矩阵降秩,从而证明存在该特征值
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 证明不完全能控系统存在使判别矩阵降秩的特征值
本卷实例
  • 关键一步:对不能控系统作能控性分解并把矩阵分块
  • 中间结果:不能控子系统的极点使判别矩阵秩小于 n
  • 卡点:非奇异线性变换不改变秩,是证明的关键
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 能控性指能否用输入在有限时间内把任意初始状态驱动到原点
  • 能观性指能否由输出在有限时间内确定初始状态
  • 用能控性矩阵与能观性矩阵的秩判断
  • 能控性与能观性经非奇异线性变换保持不变
步骤
  • 构造能控性矩阵并求秩
  • 构造能观性矩阵并求秩
  • 与系统阶数 n 比较得出结论
  • 不可控或不可观时进一步做结构分解
通用考法
  • 本卷考过证明不完全能控系统存在使判别矩阵降秩的特征值
  • 判断系统的能控性与能观性
  • 求使系统能观的参数取值
  • 对不可控系统进行结构分解
常见易错
  • 本卷考过只算到 A 的 n 减 2 次幂就下结论
  • 只算到 A^{n-2}B 就下结论
  • 把能控性判据与能观性判据的矩阵构造搞混
公式

7七、三或四开关闭合的与非门逻辑电路#

思路
  • 四开关中恰有三个或四个闭合时输出为一,即四变量多数表决;写真值表、卡诺图化简后用与非门实现
逻辑代数与卡诺图化简 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 由真值表列逻辑函数并用卡诺图化简
本卷实例
  • 关键一步:按三个或四个开关闭合列真值表再填卡诺图
  • 中间结果:卡诺图圈组得到最简与或表达式
  • 卡点:卡诺图里的有效项不能漏圈也不能多圈
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 逻辑函数化简可用公式法也可用卡诺图法,卡诺图更适合带约束项的情形
  • 约束项在卡诺图中记为叉,能圈就圈进圈里以取得更大的圈
  • 圈越大项越少,每圈包含的方格数为二的整数次幂
  • 无关项与任意项不产生新的圈,只用来帮助扩大已有的圈
步骤
  • 把逻辑函数按最小项填入卡诺图,约束条件对应的格填成叉
  • 按二、四、八格成圈,圈内至少含一个未被圈过的一,圈可以重叠
  • 每圈消去取值发生变化的变量,只保留取值不变的变量
  • 把所有圈对应的乘积项或起来得到最简与或式
通用考法
  • 本卷考过由真值表列逻辑函数并用卡诺图化简
  • 用卡诺图求最简与或表达式
  • 含约束条件的逻辑函数化简
  • 由最简式反推需要几个门电路
常见易错
  • 本卷考过圈数为二的整数次幂以外的方格数
  • 把约束项当成必须为 1 的项,或漏圈可以用约束项扩大的圈
  • 圈数为二的整数次幂以外的方格数
公式
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 仅用与非门实现给定组合逻辑功能
本卷实例
  • 关键一步:把最简与或式两次取反化成与非门形式
  • 中间结果:每个与项用一个与非门、最后再并一个与非门
  • 卡点:多输入与非门可用双输入与非门级联实现
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过仅用与非门实现给定组合逻辑功能
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过两次取反时漏掉某一路与非门
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式

8八、74LS138 实现二位二进制减法#

思路
  • 先按两位被减数与一位减数列真值表求差和借位;再用 74LS138 输出低有效的特点,把最小项译码后经门电路合成
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 用最小项译码器 74LS138 加门电路实现二位减法
本卷实例
  • 关键一步:由真值表写最小项之和再取反配译码器低有效输出
  • 中间结果:差与借位各由若干译码输出与非得到
  • 卡点:题八图给出译码器引脚,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过用最小项译码器 74LS138 加门电路实现二位减法
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过接器件时忘记译码器的输出是低有效
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式
逻辑代数与卡诺图化简 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 由真值表写出差与借位的最简逻辑表达式
本卷实例
  • 关键一步:按两位被减数与一位减数列全真值表
  • 中间结果:结果位与借位各得到一个最简与或式
  • 卡点:被减数小于减数时要向高位借位
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 逻辑函数化简可用公式法也可用卡诺图法,卡诺图更适合带约束项的情形
  • 约束项在卡诺图中记为叉,能圈就圈进圈里以取得更大的圈
  • 圈越大项越少,每圈包含的方格数为二的整数次幂
  • 无关项与任意项不产生新的圈,只用来帮助扩大已有的圈
步骤
  • 把逻辑函数按最小项填入卡诺图,约束条件对应的格填成叉
  • 按二、四、八格成圈,圈内至少含一个未被圈过的一,圈可以重叠
  • 每圈消去取值发生变化的变量,只保留取值不变的变量
  • 把所有圈对应的乘积项或起来得到最简与或式
通用考法
  • 本卷考过由真值表写出差与借位的最简逻辑表达式
  • 用卡诺图求最简与或表达式
  • 含约束条件的逻辑函数化简
  • 由最简式反推需要几个门电路
常见易错
  • 本卷考过圈组时把约束项与有效项混用
  • 把约束项当成必须为 1 的项,或漏圈可以用约束项扩大的圈
  • 圈数为二的整数次幂以外的方格数
公式

9九、74LS160 装箱计数与数码管显示#

思路
  • 用 74LS160 级联成两位十进制计数器统计装箱数;每满三十个工件清零一次并进一,再经译码驱动七段数码管
时序逻辑与计数器 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 用 74LS160 设计计数、清零与显示逻辑电路
本卷实例
  • 关键一步:用译码输出产生清零或进位信号控制两级计数器
  • 中间结果:个位每满十向十位进位、十位显示装箱数
  • 卡点:十位为零不显示、个位为零仍要显示
  • 卡点:题九检测与显示电路以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 时序逻辑的输出由当前输入与电路当前状态共同决定
  • 计数器有同步与异步、加法与减法、二进制与十进制之分
  • 集成计数器可通过置数或清零端改接成任意模数计数器
  • 状态图、状态表与波形图是描述时序电路的三件套
步骤
  • 由电路连接写出各触发器的驱动方程与时钟方程
  • 代入触发器特性方程得到状态方程
  • 列出状态表或状态图,确定电路的计数规律与模数
  • 需要变形时用置数端或清零端把某个状态反馈接回,得到目标模数
通用考法
  • 本卷考过用 74LS160 设计计数、清零与显示逻辑电路
  • 分析给定电路的计数规律与模数
  • 用集成计数器设计指定模数的计数器
  • 画出加减计数器的输出波形
常见易错
  • 本卷考过异步清零与同步置数的反馈状态取错
  • 异步清零与同步置数的反馈状态取错
  • 把模数与触发器个数直接等同,忽略反馈接线的作用
公式

10十、步进电机驱动逻辑与 555 振荡器#

思路
  • 按两表状态序列用逻辑器件产生四相驱动信号,控制信号选择正反转;步进速度由 555 多谐振荡器频率决定
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 由状态表设计四相步进电机驱动逻辑电路
本卷实例
  • 关键一步:把两表按控制信号合成后化简出各相逻辑
  • 中间结果:每相输出由现态与控制信号组合得到
  • 卡点:正反转状态表以表给出,需回原卷核对两表
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过由状态表设计四相步进电机驱动逻辑电路
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过控制信号取零与取一对应的转向搞反
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式
脉冲波形产生与整形 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 说明 555 定时器构成多谐振荡器时如何调节振荡周期
本卷实例
  • 关键一步:把 555 接成多谐振荡器由充放电回路定周期
  • 中间结果:输出脉冲频率由外接电阻电容决定
  • 卡点:调外接电阻或电容改变频率以改进给速度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 555 定时器可用作多谐振荡器、单稳态触发器与施密特触发器
  • 多谐振荡器的输出周期由两个外接电阻与电容决定
  • 单稳态触发器的输出脉宽只与一个外接电阻电容有关
  • 周期矩形波的幅值、周期与占空比是描述它的三个参数
步骤
  • 先判断电路接法是振荡、单稳还是施密特
  • 按接法写出充放电时间常数与相应的时间表达式
  • 代入外部元件参数算出周期或脉宽
  • 由电路结构说明输出波形的功能
通用考法
  • 本卷考过说明 555 定时器构成多谐振荡器时如何调节振荡周期
  • 计算输出脉冲的宽度或振荡周期
  • 说明给定接法的电路功能
  • 由要求脉宽反求外接元件参数
常见易错
  • 本卷考过振荡周期与单稳脉宽的公式混用
  • 振荡周期与单稳脉宽的公式混用
  • 电容充放电回路看错,导致时间常数少算或多算一个电阻
公式
时序逻辑与计数器 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 按四相顺序切换设计可循环的驱动时序
本卷实例
  • 关键一步:按四相顺序排列状态并用逻辑器件产生各相
  • 中间结果:四个状态循环一周完成一个步距序列
  • 卡点:顺时针与逆时针的状态排列方向相反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 时序逻辑的输出由当前输入与电路当前状态共同决定
  • 计数器有同步与异步、加法与减法、二进制与十进制之分
  • 集成计数器可通过置数或清零端改接成任意模数计数器
  • 状态图、状态表与波形图是描述时序电路的三件套
步骤
  • 由电路连接写出各触发器的驱动方程与时钟方程
  • 代入触发器特性方程得到状态方程
  • 列出状态表或状态图,确定电路的计数规律与模数
  • 需要变形时用置数端或清零端把某个状态反馈接回,得到目标模数
通用考法
  • 本卷考过按四相顺序切换设计可循环的驱动时序
  • 分析给定电路的计数规律与模数
  • 用集成计数器设计指定模数的计数器
  • 画出加减计数器的输出波形
常见易错
  • 本卷考过把模数与触发器个数直接等同
  • 异步清零与同步置数的反馈状态取错
  • 把模数与触发器个数直接等同,忽略反馈接线的作用
公式