《汽车电工电子技术基础第8章数字电路基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车电工电子技术基础第8章数字电路基础（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录,前言 第一章 直流电路 第二章 电磁现象及其应用 第三章 正弦交流电路 第四章 电工测量及安全用电 第五章 电动机与发电机 第六章 半导体器件及应用 第七章 汽车常用电子电路 第八章 数字电路基础,第8章 数字电路基础,8.1 数字电路概述 8.2 基本逻辑门电路 8.3 集成触发器 8.4 组合逻辑电路 8.5 时序逻辑电路 8.6 半导体存储器 8.7 集成电路在汽车上的应用,8.1 数字电路概述,8.1.1 数字信号和数字电路 电子电路的工作信号 模拟信号：随时间作连续变化的信号，如正弦波信号，汽车上的热敏电阻式温度、压力、流量的非正弦电压信号等 数字信号：随时间作不连续变化的信
2、号，即信号的变化只发生在一系列离散的瞬间，信号的数值是阶跃变化的,图8-1 模拟信号和数字信号 a）模拟信号 b）数字信号,在数字电路中，数字信号往往表现为突变的电压或电流，并且只有两种可能的状态，即高电平和低电平，所以可以用0和1来表示数字信号。 0和1不代表数值的大小，只反映两种对立的工作状态。 规定用1来表示高电平，用0来表示低电平，这种表示方法为正逻辑表示法； 反之，用0来表示高电平，用1来表示低电平，这种表示方法为负逻辑表示法。,电子电路也分为模拟电路和数字电路 用来产生、处理模拟信号的电子电路称为模拟电路； 用来产生、处理数字信号的电子电路称为数字电路。,数字电路的特点： （1）数
3、字电路重点研究输入信号和输出信号之间的逻辑关系 （2）数字电路有利于集成化 （3）数字电路的抗干扰能力强 当今汽车检测电路广泛采用了数字电路。,8.1.2 数制和码制,1数制 数制是指多位数码中每一位的构成方法和低位向高位的进位规则。 （1）十进制 （2）二进制 （3）八进制 （4）十六进制 用二进制表示数时，数码串很长，书写和查错不方便，因此常用八进制和十六进制，它们也都可以按权展开。,2不同进制数的相互转换,（1）二进制数转换成十进制数 二进制数转换成十进制数的方法是按权展开，求加权系数之和。 例如：（10110）= 124+023+122+121+020=（22）D （2）十进制数转换成
4、二进制数 十进制数转换成任意进制数都可以用基数乘除法。十进制整数转换成二进制数可采用“除2取余，商为0止，逆序排列法”。十进制小数转换成二进制小数可采用“乘2取整，顺序排列法”。,例如：将（37.872）10转换为二进制数（误差） 解：整数部分转换用除式如下，小数部分转换用如下乘式,所以（37.872）10=（100101.1101）2,3码制,不同的数码不仅可以表示数量的不同大小，而且还能用来表示不同的事物，在后一种情况下，这些数码已没有数量大小的含义，只是表示不同事物的代号而已，它们常按一定规律编制的各种代码来代表，这一规律称为码制。,8.2 基本逻辑门电路,逻辑门电路是一种开关电路，它可
5、以按照逻辑关系控制“门”的开关，使输出信号和输入信号符合一定的逻辑关系 一般门电路有一个输出端，但可以有多个输入端。 输出端的状态是由输入端状态决定的，它们之间有一定的逻辑关系。 能够实现这些逻辑关系的电路就是组成各种逻辑电路的基本逻辑门。 门电路中的“开关”是利用二极管、三极管的导通或截止来实现的。,8.2.1 与门,1与逻辑和与运算 1）与逻辑 它有两个输入端A和B，一个输出端Y。符号“&”表示输出Y是输入A、B的逻辑与，可表示为Y = AB = AB,实现与逻辑关系的电子电路称为与门电路，简称与门。 门电路内部是由二极管、三极管等半导体组件构成的电子电路，利用半导体组件的开关特性（导通或
6、截止）实现开关作用,与门为多入单出，逻辑功能是：输入全为1时，输出才为1，简记为“有0出0，全1出1”。,图8-2 与逻辑关系和与门的逻辑符号 a）与逻辑关系 b）与门的逻辑符号,2）与运算 与逻辑的基本运算如下： 00 = 0 01 = 0 10 = 0 11 = 1,图8-4 74LS08的引脚和逻辑符号 a）引脚排列 b）逻辑符号,2与门应用举例 利用与门电路，可以控制信号的传送。例如，有一个两输入端与门，假定在输入端B输入一个持续的脉冲信号，在输入端A输入一个控制信号，由与门逻辑关系可画出输出端Y的输出波。,只有当A为1且B为1时，信号才能通过，在输出端Y得到所需的脉冲信号；当A为0时
7、，信号不能通过，无输出。,8.2.2 或门,1或逻辑和或运算 1）或逻辑 或逻辑关系为：只要有一个或一个以上的条件满足时，结果就会发生。 实现或逻辑关系的电子电路称为或门电路，简称或门。 或门的逻辑符号如图所示。A和B是输入端，Y是输出端，或门也为多入单出。,或门的逻辑功能是：只要输入中有一个或一个以上为高电平，输出便为高电平，简记为“有1出1，全0出0”。,2）或运算 或逻辑的运算称为或运算，又称为逻辑加。或门的逻辑表达式为 Y = A + B 根据或门真值表和或门逻辑表达式，可以得出逻辑加的运算规律为 0+0=0 0+1= 1 1+0=1 1+1=1,图8-9 74LS32的引脚和逻辑符号
8、 a）引脚排列 b）逻辑符号,2或门应用举例两路防盗报警电路 电路采用了一个两输入端的或门，S1和S2为微动开关，可装在门和窗户上，当门和窗户都关上时，开关S1和S2闭合，或门输入端全部接地，A=0，B=0，输出端B=0，Y=0，报警灯不亮。如果门或窗任何一个被打开时，相应的开关断开，该输入端经1k电阻接至5V电源，为高电平，故输出也为高电平，报警灯亮。输出端还可接个音响电路实现光、声同时报警。,8.2.3 非门,1非逻辑和非运算 1）非逻辑,非门的逻辑功能是：输出与输入的电平相反。可记为“有0出1，有1出0”。由于非门的输出与输入的状态相反，因此又称非门为反相器或倒相器。,非门电路有74LS
9、04，它由六个非门电路组成,2）非运算 非逻辑的运算称为非运算，又称逻辑非。非门的逻辑表达式为 根据非门真值表和非门逻辑表达式，可以得出逻辑非的运算规律为 非门多被用来作为信号波形的整形和倒相。,8.2.4 复合逻辑门,1与非门 与非门由与门和非门组成。在与门的输出端再接一个非门，使与门的输出反相，就组成了与非门，如图所示。和与门逻辑符号不同的是在电路输出端加一个小圆圈“”表示逻辑非。,非门逻辑表达式,与非门逻辑关系简记为：“有0出1，全1出0”,集成与非门电路有74LS00，它内部有四个与非门电路,2或非门 或非门由或门和非门组成。在或门的输出端再接一个非门，使或门的输出反相，就组成了或非门
10、，如图所示。和与非门相似，或非门在输出端也加一个小圆圈“”表示逻辑非。或非门逻辑表达式为,或非逻辑关系简记为：“有1出0，全0出1”,常用的集成或非门电路有74LS02，它内部有四个或非门电路,3与或非门 把两个（或两个以上）与门的输出端接到一个或门的各个输入端，便构成一个与或门，其后再接一个非门，就构成了与或非门，其逻辑图和逻辑符号,从状态表可看出，与或非门的逻辑功能是当输入端中任何一组全为1时，输出即为0；只有各组输入都至少有一个为0时，输出才能为1。其表达式为,4异或门 图为异或门逻辑符号，其逻辑表达式是,异或门的逻辑功能是：当两个输入端的状态相同（都为0或都为1）时输出为0；反之，当两
11、个输入端状态不同（一个为0，另一个为1）时，输出端为1。,集成四2输入异或门电路有74LS136，它内部有四个异或门电路，它的外引脚和逻辑符号如图所示,5三态与非门 三态与非门输出有1态、0态和高阻（即开路）状态。三态与非门增加了一个控制端E,图a）中，当控制端E=0时，电路输出高阻状态；当E=1时，电路为与非门功能，故称控制端E为高电平有效,图b）中，当E=0时，电路为与非门功能；当E=1时，电路输出为高阻状态，故称控制端E为低电平有效,8.3 集成触发器,触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，基本特点： （1）具有两个稳定状态，分别称为0状态和1状态，在没有外界信号作用时，触发器维持原来的稳
12、定状态不变，即触发器具有记忆功能。 （2）在一定的外界信号作用下，触发器可以从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。这表明触发器可以接收信号，并保存下来。,触发器的分类 （1）根据电路结构的不同，可将触发器分成基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器。 （2）根据逻辑功能的不同，可将触发器分成RS触发器、D触发器、JK触发器、T和触发器。 （3）根据是否有时钟脉冲输入端，可将触发器分成基本触发器和钟控触发器。 （4）根据触发方式的不同，可将触发器分成电平触发器、主从触发器和边沿触发器。,8.3.1 RS 触发器,1基本RS触发器 （1）电路结构和符号 （2）功能分析,2同步RS触发器,（1）
13、电路结构和符号,8.3.2 边沿JK触发器,边沿JK触发器是在时钟信号CP的边沿到来时，按输入信号的状态翻转的触发器,图8-23 JK触发器 a）下降沿触发的JK触发器 b）上升沿触发的JK触发器,（1）电路结构和符号 （2）功能分析,例6-2 下降沿JK触发器的CP脉冲和输入信号J、K的波形如图所示，试画出Q端的波形。 解：由于下降沿JK触发器是下降沿触发，故作图时首先找出各CP脉冲的下降沿，再根据当时的输入信号J、K得出输出Q，画出波形。由图可得出下降沿触发器输出Q的变化规律：仅在CP脉冲的下降沿有可能翻转，如何翻转取决于当时的输入J和K。,8.3.3 边沿D触发器,1结构和符号 2功能分
14、析 反映D触发器功能的特性方程为,当CP上升沿到来时 （1）若D = 0，则Qn+1 = 0，触发器置0； （2）若D = 1，则Qn+1 = 1，触发器置1；,例6-3 上升沿D触发器的CP脉冲和输入信号D的波形如图所示，试画出Q端的波形。 解：由于上升沿D触发器是上升沿触发，故作图时首先找出各CP脉冲的上升沿，再根据当时的输入信号D得出输出Q，画出波形。由图8-27可得出上升沿触发器输出端Q的变化规律：仅在CP脉冲的上升沿有可能翻转，如何翻转取决于当时的输入端D。,8.3.4 T和 触发器,1T触发器 在CP时钟脉冲有效沿作用下，具有保持和翻转功能的触发器称为T触发器，它无单独的产品，通常
15、可用JK或D触发器转换而成，方法如图所示。,图8-28 JK触发器转换成T触发器,图8-29 D触发器转换成T触发器,2 触发器 在CP时钟脉冲有效沿作用下，只有翻转功能的触发器称为触发器。与T触发器相似，它也没有单独的产品，通常用JK或D触发器转换而成，方法如图8-30所示、图8-31所示。,图8-30 JK触发器转换为 触发器,图8-31 D触发器转换为 触发器,8.4 组合逻辑电路,8.4.1 编码器 在二进制数字系统中，每一位只有0和1两个数码，只能用来表达两个不同的信号。我们把若干个0和1按一定的规律编排在一起，编成不同的“代码”，并赋予每个代码以固定的含义，这就叫“编码”。用来完成
16、编码功能的电路称为编码器。,1三位二进制编码器 能将输入信息编成二进制代码的电路叫做二进制编码器。,从表中可以看出这种编码器的逻辑功能是：当任何一个输入端输入高电平信号时，输出端便输出三位二进制代码。每一组代码，都固定表示与输入端的对应关系，即每一组代码都对应一种信息。 通过以上分析可以看出，三位二进制编码器可以对八（23）种状态信息进行二进制编码。如果用四位二进制编码器就可以对十六（24）种状态信息进行二进制编码。以此类推，用n位二进制编码器就能对2n个状态信息进行二进制编码。,2二-十进制编码器,能用四位二进制数的代码来表示一位十进制数字的代码，称作BCD码，BCD码的种类很多，如8421码、5211码、2421码等。能将十个输入信号分别编排成对应的BCD代码的电路，称为二-十进制编码器。,从逻辑图中还可以看出：输入信息必须是低电平，其余未输入端全部是高电平编码器才能正常工作。如果每一次输入的信息不是一
