电工电子技术及应用第2版 教学课件 ppt 作者 申凤琴 主编 第10章

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1、,第十章 数字电路基本知识,第一节 概述 第二节 数制和码制 第三节 基本逻辑门 第四节 集成逻辑门电路,返回主目录,第一节 概述,一、数字电路的特点,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。,二、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息表示，即用逻辑信

2、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10-1 几种常见的脉冲波形,三、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。,第二节 数制和码制,一、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 :,式中

3、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,二、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 可以采用除2

4、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10-1,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始，每位分

5、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10-2,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10-3,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,三、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,第三节 基本逻辑门,一、基本逻辑关系 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

8、有一个开关接通，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 1）交换律 公式4 公式4 2）结合律 公式5 公式5 3）分配律 公式6 公式6,（3）逻辑代数中的一些特殊定律 1）重叠律 公式7 公式

9、7 2）反演律（摩根定律） 公式8 公式8 3） 非非律（否定律或还原律） 公式9,二、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10-2a所示是二极管与门电路。

10、 当A、B全为高电平时，输出才为高电平。,图10-2 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10-2。,表10-2 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10-2b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

11、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。,三、基本逻辑门电路,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10-2，逻辑功能为“有0 出0，全1出1”。,图10-2 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,2. 二极管或门电路 如图10-3所示为二极管或门电路及逻辑符号，图10-3b也是或逻辑的逻辑符号。 或门电路的真值表见表10-3。 或门的逻

12、辑功能为：“有1出1，全0出0”。,表9-2 与门真值表,图10-3 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103 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10-4所示。,图10-4 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10-4b为非门的逻辑符号，也是非逻辑的逻辑符号。,四、逻辑函数的不同表达式和复合逻辑门电路,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

13、 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10-5 所示。,图10-5 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 10-6所示，同一逻辑函数可以用不同的逻辑门来实现。,图10-6 函数的逻辑图 a) b) c) d) e),第四节 集成逻辑门电路,一、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

14、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与非门电路 （1）电路组成 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10-7所示。,图10-7 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10-8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10-8 肖特基三极管符号,（2）工作原理 1）输入有低电平时 见图10-7，此时输出为高电平。 2）输入全为高电平时 见图10-7，此时输出为低电平。,2. TTL与非门的主要外部特性和主要参数 （1）电压传输特性,图10-9 LSTTL与非门电压传输特性 a）测试电路