《电子技术基础与技能第8单元__数字电路基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术基础与技能第8单元__数字电路基础.ppt（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术基础与技能,人民邮电出版社,第8单元 数字电路基础,知识目标： 理解模拟信号与数字信号的区别。 了解脉冲波形主要参数的含义及常见脉冲波形。 掌握数字信号的表示方法，了解数字信号在日常生活中的应用。 掌握与门、或门、非门基本逻辑门的逻辑功能，了解与非门、或非门、与或非门等复合逻辑门的逻辑功能。 了解TTL、CMOS 门电路的型号、引脚功能等使用常识。 了解逻辑代数的表示方法和运算法则。,技能目标： 会画常用逻辑门电路符号，会使用真值表。 会用逻辑代数基本公式化简逻辑函数，了解其在工程应用中的实际意义。 能根据要求，合理选用集成门电路。 能进行二进制、十进制数之间的相互转换。 会测试TTL
2、、CMOS 门电路的逻辑功能。,第1节脉冲与数字信号,一、脉冲波形 二、数字信号,一、脉冲波形,形脉冲波形如图8.2、图8.3所示。,实验现象,知识探究 描述脉冲波形的基本参数是脉冲幅度、脉冲周期和脉冲宽度。在工程应用中，综合考虑电子产品的性价比，实际使用的矩形脉冲，其波形有时如图8.4 所示。与图8.2 相比，图8.4 所示的波形有一个上升沿和下降沿。因此，描述脉冲波形时，还需要增加上升时间和下降时间才能表述清楚。,1脉冲幅度 脉冲幅度是指脉冲电压或脉冲电流变化的最大值。,2脉冲周期 脉冲周期是指两个相邻脉冲重复出现的时间间隔，用T 表示。,3脉冲上升时间 脉冲上升时间是指脉冲从0.1Um
3、上升到0.9Um 所需的时间，如图8.4 中的tr 所示。,4脉冲下降时间 脉冲下降时间是指脉冲从0.9Um 下降到0.1Um 所需的时间，如图8.4 中的tf 所示。,5脉冲宽度 脉冲宽度是指脉冲从上升沿的0.5Um 到下降沿的0.5Um 所需的时间，如图8.4 中的tw 所示。,二、数字信号,就电信号而言，数字电路中传输的信号是脉冲信号，表现为一种跃变的电压或电流，且持续时间极为短暂。这种跃变的电压或电流，通常表现为两种对立的状态：有脉冲、无脉冲或高电平、低电平。因此，可以将数字电路中传输的脉冲信号用两个最简单的数字“1”和“0”来表示。可以选用“1”表示“有脉冲”，“0”表示“无脉冲”，
4、也可以选用“1”表示“无脉冲”，“0”表示“有脉冲”。这种用数字“0”、“1”表示的脉冲信号就称为数字信号。在实际应用中，无特别说明时通常选用“1”表示“有脉冲”，“0”表示“无脉冲”。 数字信号关注的是脉冲的有无、脉冲持续的时间（脉冲宽度）、脉冲频率，各种干扰与噪声，只对脉冲的幅度产生一定的影响，一般不会影响到脉冲的有无。因此，数字信号具有较强的抗干扰能力。,第2节逻辑关系与逻辑门电路,一、基本逻辑关系 二、TTL 逻辑门电路 三、CMOS 逻辑门电路,一、基本逻辑关系,1与逻辑,看一看： 按图8.5 所示连接电路，分别闭合、断开开关S1、S2，观察发光二极管的发光情况，并将观察到的结果记录
5、于表8.1。,知识探究,分析表8.1 可知，控制发光二极管的两个开关同时闭合时，发光二极管才亮；只要有一个开关断开，发光二极管就不会亮。这种发光二极管“亮”或“不亮”与两个控制开关的“闭合”或“断开”之间的逻辑关系称为与逻辑，即开关S1 与S2 同时闭合成立时，发光二极管才亮，否则发光二极管不亮。,在实际应用中，将实现与逻辑功能的电路称为与门电路，简称为与门，并用如图8.7 所示的逻辑符号表示。图中，A、B 为门电路输入，Y 为门电路输出。,与逻辑可归纳为：只要输入有0，输出就为0；只有输入全为1 时，输出才为1， 即决定某个事件的各个条件全部具备时，该事件才会发生。,2. 或逻辑,按图8.8
6、 所示连接电路，分别闭合、断开开关S1、S2，观察发光二极管的发光情况，并将观察到的结果记录于表8.4。,知识探究,分析表8.4 可知：开关S1 或S2 只要有一个闭合时，发光二极管就亮；只有开关S1、S2 都断开时，发光二极管才不亮。这种发光二极管“亮”或“不亮”与两个控制开关的“闭合”或“断开”之间的逻辑关系称为或逻辑。若用两只并联的三极管替换开关S1、S2 也能实现或逻辑功能。在实际应用中，将实现或逻辑功能的电路称为或门电路，简称或门，逻辑符号如图8.9 所示。,或逻辑可归纳为：只要输入有1，输出就为1；只有输入全为0 时，输出才为0， 即决定某个事件的各个条件中，只要具备一个以上时，该
7、事件就会发生。,3. 非逻辑,按图8.10 所示连接电路，分别闭合、断开开关S，观察发光二极管的发光情况，并将观察到的结果记录于表8.6。,知识探究,表8.6 所示的发光二极管“亮”或“不亮”与控制开关的“闭合”或“断开”之间的逻辑关系称为非逻辑。若用一只三极管替换开关S 也能实现非逻辑功能。在实际应用中，实现非逻辑功能的电路称为非门电路，简称非门，逻辑符号如图8.11 所示。,非逻辑可归纳为：输入为1，输出为0；输入为0，输出才为1，即决定某个事件的条件和结果互为否定。,4. 复合逻辑,（1）与非逻辑。与非逻辑是与逻辑和非逻辑的复合。实现与非逻辑功能的电路称为与非门电路，简称与非门，其逻辑符
8、号如图8.12 所示。 与非逻辑的真值表如表8.8 所示。与非逻辑的功能是对与逻辑的否定。,与非逻辑可归纳为：只要输入有0，输出就为1；只有输入全为1 时，输出才为0。,（2）或非逻辑。或非逻辑是或逻辑和非逻辑的复合。实现或非逻辑功能的电路称为或非门电路，简称或非门，其逻辑符号如图8.13 所示。 或非逻辑的真值表如表8.9 所示。或非逻辑的功能是对或逻辑的否定。,或非逻辑可归纳为：只要输入有1，输出就为0；只有输入全为0 时，输出才为1。,（3）与或非逻辑。与或非逻辑是与逻辑、或逻辑、非逻辑的复合。实现与或非逻辑功能的电路称为与或非门电路，简称与或非门，其逻辑符号如图8.14 所示。,二、T
9、TL 逻辑门电路,1TTL 与非门 常用的TTL 与非门有4 个2 输入端与非门74LS00、3 个3 输入端与非门74LS10 等。它们具有14 个引脚，采用双列直插式封装，引脚排列如图8.16（b）、图8.17（b）所示。,2TTL 或非门 常用的TTL 或非门有4 个2 输入端或非门74LS02、3 个3 输入端或非门74LS27 等。它们也具有14 个引脚，采用双列直插式封装，引脚排列如图8.18（b）、8.19（b）所示。,3OC 门 OC 门是一种特殊的与非门，它是将与非门输出级三极管的集电极开路后得到的。一个OC门的逻辑功能仍然是实现与非逻辑，逻辑符号如图8.20 所示。 常用的
10、OC 门有4 个2 输入端OC 门74LS01、74LS03，3 个3 输入端OC 门74LS12 等。74LS03、74LS12 的引脚排列与74LS00、74LS10的引脚排列相同，74LS01 的引脚排列如图8.21 所示。,OC 门使用时，必须在输出端与供电电源之间外接一个负载电阻（通常称为上拉电阻），如图8.22 所示。,知识拓展：线与 OC 门的输出端，虽然能够并联使用，但并联后输出与输入之间的逻辑关系会发生相应的变化。图8.23 所示的两个OC 门输出端并联后的输出Y 与单个OC 门的输出Y1、Y2 之间具有与逻辑的关系，称为“线与”。就输出Y 与两个OC 门的输入A、B、C、D
11、 之间的逻辑关系而言，实际上实现的是“与或非”逻辑功能。,4. 三态门 三态门是在普通逻辑门的基础上，增加使能控制电路构成的，具有3 种输出状态：高电平、低电平和高电阻。与普通逻辑门相比，三态门多一个使能控制端。图8.24 所示为三态缓冲器的逻辑符号。 图8.24 中，使能端EN 低电平有效，即当EN = 0 时，其逻辑功能与普通的缓冲器相同；而当EN = 1 时，输出端呈现高阻状态，相当于断路。 常用的三态门有74LS125、74LS244 等。图8.25 所示为四总线三态缓冲器74LS125 的实物图和引脚排列，其真值表如表8.10 所示。,三、CMOS 逻辑门电路,1CMOS 反向器,C
12、MOS 反向器由N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管（NMOS）和P 沟道增强型绝缘栅场效晶体管（PMOS）组成，基本电路如图8.28 所示。,在如图8.28 所示的电路中：当输入端A 为高电平1 时，输出端Y 为低电平0；反之，当输入端A 为低电平0 时，输出端Y 为高电平1。输出与输入具有反相关系。,2CMOS 逻辑门,（1）CMOS 非门。6 个CMOS 非门集成电路CD4069 的实物图和引脚排列如图8.29 所示。,（2）CMOS 与非门。常用的CMOS 与非门有CD4011、SN74AC00、SN74AC10 等，图8.30所示为CD4011 的实物图和引脚排列。,（3）CMOS 或非门
13、。常用的CMOS 或非门有CD4001、SN74HC02、SN74HC27 等，图8.31所示为CD4001 的实物图和引脚排列。,第3节逻辑函数及其化简,一、逻辑运算与基本定律 二、逻辑函数的表示方法 三、逻辑函数的化简,一、逻辑运算与基本定律,1基本逻辑运算和法则 （1）逻辑乘。逻辑乘也称为与运算，其运算规则为 0 0 = 00 1 = 01 0 = 01 1 = 1 根据逻辑乘的运算规则，可列出逻辑乘的运算法则如下。 A 0 = 0A 1 = AA A = A 于是，对逻辑变量A、B 进行逻辑乘运算，其结果用Y 表示，则逻辑表达式为 Y = A B 或 Y = AB 逻辑乘运算可以用与门
14、来实现。与门的输出与输入之间的逻辑关系也可以用逻辑乘来描述。,（2）逻辑加。逻辑加也称为或运算，其运算规则为 0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 1 根据逻辑加的运算规则，可列出逻辑加的运算法则如下。 A + 0 = AA + 1 = 1A + A = A 对逻辑变量A、B 进行逻辑加运算，其结果用Y 表示，则逻辑表达式为 Y = A + B 逻辑加运算可以用或门来实现。或门的输出与输入之间的逻辑关系也可以用逻辑加来描述。,（3）逻辑非。逻辑非也称为非运算，其运算规则为 式中， 读做0 的非。 根据逻辑非的运算规则，可列出逻辑非的运算法则如下。 A-A=1A
15、A= 0A-A 对逻辑变量A 进行逻辑非运算，其结果用Y 表示，则逻辑表达式为 Y = A 逻辑非运算可以用非门来实现。非门的输出与输入之间的逻辑关系也可以用逻辑非来描述。,2逻辑代数的基本定律 （1）交换律、结合律和分配律。 交换律。 逻辑乘运算的交换律为 A B = B A 逻辑加运算的交换律为 A + B = B +A 结合律。 逻辑乘运算的结合律为 (A B) C = A (B C) 逻辑加运算的结合律为 (A + B) + C = A+(B+C) 分配律。 逻辑乘运算的分配律为 A (B + C) = A B + A C 逻辑加运算的分配律为 A + (B C) = (A + B)
16、(A + C),（2）吸收律。 A + A B = A （3）冗余律。 （4）反演律（又称摩根定律）。,二、逻辑函数的表示方法,1真值表 真值表是把输入逻辑变量的各种可能取值和对应的输出逻辑变量的值排列在一起组成的表格。,2逻辑表达式 逻辑表达式是指用逻辑乘、逻辑加、逻辑非3 种运算符把逻辑变量连接起来所构成的等式。对一个逻辑函数而言，可以用与或表达式、与非与非表达式、与或非表达式等多种逻辑表达式来描述。其中，与或表达式最为常用。 3人表决逻辑的与或表达式为 Y = AB + BC + AC,由真值表可以很方便地写出逻辑函数的逻辑表达式。具体步骤为：将真值表中输出逻辑变量值为1 的对应输入逻辑变量写成一个乘积项，若输入逻辑变量取值为1，则该变量写成原变量，反之写成反变量（原变量的非）；将每个乘积项相加，即得到逻辑函数的逻辑表达式。例如，如表8.11 所示的3 人表决逻辑真值表写出的逻辑表达式为 Y = AB C + ABC + ABC + ABC,3逻辑图 逻辑图是由逻辑符号所构成的图形。在数字电路中，常用逻辑符号表示基本
