电工电子技术及应用 第2版 教学课件 ppt 作者 申凤琴 3 第8章

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1、,第一节 数字电路基础 第二节 门电路,返回主目录,第八章 组合逻辑电路,第三节 集成组合逻辑电路简介,第一节 数字电路基础,一、数字电路的基本概念,电子电路所处理的电信号可以分为两大类：模拟信号、数字信号。通常把电子电路分为模拟电路和数字电路。 数字电路的主要特点： （1）计数和进行数值运算时采用二进制数 （2）抗干扰能力强。 （3）除数值运算外，还能进行逻辑运算。 （4）采用逻辑代数分析。 往往把数字电路和模拟电路结合起来，组成一个完整的电子系统。,1、数字电路的特点,2、脉冲信号和数字信号,一切非正弦的、带有突变特点的波形，统称为脉冲。数字电路处理的信号多是矩形脉冲，这种信号常用二值量信

2、息表示，即用逻辑信号0和来表示信号的状态（高电平或低电平），我们所讲的数字信号，通常都是指这种信号。,图81 几种常见的脉冲波形,3、数字电路的应用 数字电路的应用十分广泛，广泛应用于数字通讯、自动控制、数字测量仪表、家用电器、电子计算机等各个领域。,二、 数制和码制,1、数的表示方法 （1） 十进制数 十进制数的特点是： 1）基数是10。 2）计数规律是“逢十进一”。 每一数码处于不同的位置时，它代表的数值是不同的，即不同的数位有不同的位权。 例如，十进制1949代表的数值为,每一位的系数和位权的乘积称为该位的加权系数。任意一个n位十进制正整数N所表示的数值，等于其各位加权系数之和，可表示为

3、 :,式中的下标10表示N是十进制数。 例：,在十进制数中：,（ 2） 二进制数 二进制数的特点： 1）基数是。采用两个数码和。 2）计数规律是“逢二进一”。 二进制的各位位权分别为20、21、22。 任何一个n位二进制正整数N，可表示为,式中的下标表示是二进制数。 例：,例：,（3） 十六进制数 十六进制数的基数是16，采用16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、，其中1015分别用表示。 十六进制数的计数规律是“逢十六进一”，各位的位权是16的幂。 N位十六进制正整数N可表示为,2、不同进制数之间的相互转换 （1）二进制、十六进制数转换为十进制数 （2） 十进制数转换为二进制数

4、 可以采用除2倒取余法，转换步骤如下： 第一步：把给定的十进制数除以2，取出余数，即为最低位数的数码k0。 第二步：将前一步得到的商再除以2，再取出余数，即得次低位数的数码k1。 以下各步类推，直到商为0为止，最后得到的余数即为最高位数的数码 kn-1。,例81,解,将十进制数75转换成二进制数。,2|75 余1 即 k01 2|37 余1 即 k11 2|18 余0 即 k20 2| 9 余1 即 k31 2| 4 余0 即 k40 2| 2 余0 即 k50 2| 1 余1 即 k61 0 即,（3） 二进制数与十六进制数的相互转换 1）将二进制正整数转换为十六进制数 将二进制数从最低位开

5、始，每位分为一组（最高位可以补），每组都转换为位相应的十六进制数数码即可。,例82,解,将二进制数 转换成十六进制数。,二进制数 0100 1011 十六进制数 4 即,2）将十六进制正整数转换为二进制数。 将十六进制数的每一位转换为相应的位二进制数即可。,例83,解,将 转换为二进制数。,十六进制数 4 二进制数 0100 1011,（最高位为0可舍去）,即,3、二十进制码（BCD码） 建立代码与文字、符号或特定对象之间的一一对应的关系称为编码。 所谓二十进制码，指的是用十个四位二进制数来分别表示十进制数中的十个数码，简称BCD码。 BCD码的编码方式有很多种,一般分有权码和无权码。 842

6、1BCD码是一种有权码，8421就是指编码中各位的位权分别是8、4、2、1。 将十进制数的每一位分别用4位二进制码表示出来，所构成的数称为二十进制数。 例,三、基本逻辑关系 1.逻辑代数 （1） 逻辑代数、逻辑变量 自然界中，许多现象都存在着对立的两种状态，为了描述这种相互对立的状态，往往采用仅有两个取值的变量来表示，这种二值变量就称为逻辑变量。 逻辑变量可以用字母、等来表示，但逻辑变量只有两个不同的取值，分别是逻辑和逻辑。 逻辑代数就是用以描述逻辑关系、反映逻辑变量运算规律的数学。它是分析和设计逻辑电路所采用的一种数学工具。,（ 2）基本的逻辑关系及其运算 基本的逻辑关系有“与”、“或”、“

7、非”三种。 1）与逻辑和与运算 只有当决定某一种结果的所有条件都具备时，这个结果才能发生，这种逻辑关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。 例如，把两只开关和一只灯泡串联接到电源上，只有当 两只开关都闭合时，灯泡才能亮，只要有一个开关断开，灯 就灭。因此灯亮和开关的接通是与逻辑关系，可以用逻辑代 数中的与运算表示（用代表灯泡的状态、用、分别代 表两只开关的状态），与运算又称逻辑乘，记作 = 或 =,2）或逻辑和或运算 当决定某一结果的几个条件中，只要有一个或一个以上 的条件具备，结果就发生，这种逻辑关系，就称为或逻辑关 系，简称或逻辑。 例如，把两只开关并联再和一只灯泡串联接到电源上， 这样只要有一个

8、开关接通，灯泡就亮。因此灯亮和开关接通 是或逻辑关系，可以用逻辑代数中的或运算来表示）灯泡的 状态用表示，开关的状态分别用、表示）： =+,3）非逻辑和非运算 如果条件与结果的状态总是相反，则这样的逻辑关系叫 做非逻辑关系，简称非逻辑，或称为逻辑非。 逻辑变量的逻辑非，表示为 ， 读作“非”或“ 反”，其表达式为：,（3） 逻辑代数中的基本公式和定律 1）变量和常量的关系 公式1 公式1 公式2 公式2 公式3 公式3 2）与普通代数相似的定律 交换律 公式4 公式4 结合律 公式5 公式5 分配律 公式6 公式6,3）逻辑代数中的一些特殊定律 重叠律 公式7 公式7 反演律（摩根定律） 公式

9、8 公式8 非非律（否定律或还原律） 公式9,2、逻辑函数及其表示方法 （ 1）逻辑函数的定义 逻辑函数的定义和普通代数中函数的定义类似。在逻 辑电路中，如果输入变量、的取值确定后，输 出变量的值也被唯一确定了。那么，我们就称是、 、的逻辑函数。 逻辑函数的一般表达式可以写作： （，） 根据函数的定义：、 三 个表达式反映的是三个基本的逻辑函数，表示是、 的与函数、或函数、非函数。,（2） 逻辑函数的表示方法 1）真值表 真值表是将逻辑变量的各种可能的取值和相应的函数 值排列在一起而组成的表格。,表9-2 与门真值表,例如，图82a所示是二极管与门电路。 当A、B全为高电平时，输出才为高电平。

10、,图82 二极管“与”门及其逻辑符号 a）二极管与门电路 b）与门逻辑符号,如果高电平用1表示，低电平用0表示，则可得 与门真值表，见表82。,表82 与门真值表,2）逻辑函数表达式 逻辑函数表达式是用各变量的与、或、非逻辑运算 的组合表达式来表示逻辑函数的，简称逻辑表达式、函 数式、表达式。 与门电路输出状态与输入状态、的关系可表 示为： 该式表明，当和全为1时，输出才为1，这与 它的真值表是相符的。,3）逻辑图 用规定的逻辑符号连接构成的图，称为逻辑图。如 图82b所示为与门的逻辑符号，也是与逻辑的逻辑符号。 每一种逻辑运算都可以用一种逻辑符号来表示，只 要能得到逻辑函数的表达式，就可以转

11、换为逻辑图。由 于逻辑符号也代表逻辑门，和电路器件是相对应的，所 以，逻辑图也称为逻辑电路图。,第二节 门电路,在逻辑电路中，电平的高低是相互对立的逻辑状态，可用逻辑和逻辑分别表示。通常，我们用逻辑表示高电平，用逻辑表示低电平。 1二极管与门电路 二极管与门电路见 图82，逻辑功能为“有0 出0，全1出1”。,图82 二极管“与”门及其逻辑符号 a）二极管与门电路 b）与门逻辑符号,一、基本逻辑门电路,2. 二极管或门电路 如图83所示为二极管或门电路及逻辑符号，图83b也是或逻辑的逻辑符号。 或门电路的真值表见表83。 或门的逻辑功能为：“有1出1，全0出0”。,表9-2 与门真值表,图83

12、 二极管“或”门及其逻辑符号 a）二极管或门电路 b） 或门逻辑符号,表83 或门电路真值表,3非门电路（晶体管反相器） 晶体三极管构成的反相器电路如图84所示。,图84 反相器,图中，输出电平与输入电平反相，输出电平和输入电平之间是非逻辑关系，该电路又称为非门。 图84b为非门的逻辑符号，也是非逻辑的逻辑符号。,二、复合逻辑门电路,一个逻辑函数可以有不同的表达式，除了与或表达式外还有或与表达式、与非与非表达式、或非或非表达式、与或非表达式等。 例如： 与或表达式 或与表达式 与非与非表达式 或非或非表达式 与或非表达式 可以分别列出每个表达式的真值表来证明这些等式是成 立的。 同一逻辑函数采

13、用不同的表达式可以用不同的逻辑门来 实现。,复合门，就是把与门，或门和非门结合起来作为一个门 电路来使用。常用的复合门及其逻辑符号、代数式如图85 所示。,图85 复合门电路 a) 与非门 b) 或非门 c) 与或非门 d) 异或门 =,根据函数的不同表达式，可得函数的逻辑图如图 86所示，同一逻辑函数可以用不同的逻辑门来实现。,图86 函数的逻辑图 a) b) c) d) e),三、 集成逻辑门电路,1、晶体管晶体管集成逻辑门电路（TTL电路） TTL电路全称为晶体管晶体管集成逻辑门电路，简称TTL电路。TTL电路有不同系列的产品，我们以STTL电路为例，介绍TTL电路。 （1） TTL与非

14、门电路 74LS00是一种四2输入的与非门，其内部有四个两输入端的与非门，其电路图和引脚图如图87所示。,图87 与非门74LS00,LSTTL与非门电路由输入级，中间倒相级和输出级三部 分组成。当电路的任一输入端有低电平时，输出为高电平； 当输入全为高电平时，输出为低电平；即有0出1，全1出0。 电路输出与输入之间为与非逻辑关系，即：,返回,在LSTTL电路内部，为了提高工作速度，采用了肖 特基三极管，肖特基三极管的符号如图88所示。肖特基 三极管的主要特点是开关时间短，工作速度高。,图88 肖特基三极管符号,（2）TTL门电路的主要参数 门电路的参数反映着门电路的特性，是合理使用门电路的重要依据。 1）输出高电平 是指输入端有一个或一个以上为低 电平时的输出高电平值。 2）输出低电平 是指输入端全部接高电平时的输出低 电平值。 3）输入短路电流 是指输入端有一个接地，其余输入 端开路时，流入接地输入端的电流。 4