《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 孙立坤 等 第12章 数字电路基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 孙立坤 等 第12章 数字电路基础（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电工与电子技术,主编,第12章 数字电路基础,12.1 数字信号与数字电路 12.2 数制和码制 12.3 逻辑代数 12.4 集成逻辑门电路,12.1 数字信号与数字电路,12.1.1 数字信号 在电子工程中，要处理的电子信号可分为两类：一类为模拟信号，一类为数字信号。,图12-1 模拟信号和数字信号,12.1 数字信号与数字电路,图12-2 数字信号的产生,12.1.2 数字电路应用实例,12.1 数字信号与数字电路,电动机的转速可以通过被测电动机轴上安装的一只微型测速发电机进行测量。,12Z3a.TIF,12.1 数字信号与数字电路,图12-3 电动机转速测量的两种方案,12.1.3 数
2、字电路的特点,12.1 数字信号与数字电路,1) 由于数字电路的工作信号是不连续的信号，反映在电路上只有高电平和低电平两种状态，所以数字电路在稳态时，电子元器件(如二极管、晶体管)处于开、关状态，即工作在饱和区和截止区。 2) 在数字电路中，它的输出、输入电压一般只有两种取值状态：高电平和低电平，通常用二进制的两个数码1和0来表示高电平和低电平。 3) 数字电路中的信号只要求反映相对的高低和有无，允许信号在数值上有一定范围的误差。,12.2 数制和码制,12.2.1 数制 数制即计数的方式。 1.十进制数 1)定义：十进制有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十个数码，基数为10，计数规律是
3、“逢十进一”或“借一当十”，即9+1=10。 2)位权展开式：十进制数中的每一位数码根据它在数中的位置不同，代表不同的值。 2.二进制数 1)定义：二进制只有0，1两个数码，基数为2，计数规律是“逢二进一”或“借一当二”，即1+1=10。,12.2 数制和码制,2)位权展开式：二进制数的位权展开方式与十进制数相似，不同的只是二进制的第i位的位权是2i-1次幂，所以二进制数(1001）2的位权展开式为 3.八进制数 1)定义：八进制数具有0，1，2，3，4，5，6，7八个数码，基数为8，计数时“逢八进一”或“借一当八”。 2)位权展开式：八进制数的位权展开方式同上，只是八进制的第i位的位权是8i
4、-1次幂，所以二进制数(1001）2的位权展开式为 4.十六进制数 1)定义：十六进制是以16为基数的计数体制，计数规律是“逢十六进一”或“借一当十六”。,12.2 数制和码制,2)位权展开式：十六进制数第i位的位权是16i-1次幂，所以(2A6)16的位权展开式为 12.2.2 数制之间的转换 1.非十进制数转换为十进制数 例12-1 将二进制数(1010)2转换成十进制数。 解：(1010)2=123+022+121+020=(10)10 例12-2 将八进制数(236)8转换成十进制数。 解：(236)8=282+381+680=(158)10 例12-3 将十六进制数(3FA)16转换
5、成十进制数。 解：(3FA)16=3162+15161+A160=(1018)10 2.十进制整数转换为非十进制数,12.2 数制和码制,例12-4 将十进制数(44）10分别转换成二进制数、八进制数和十六进制数。 解：,12y1.TIF,12.2 数制和码制,12y2.TIF,12.2 数制和码制,12y3.TIF,12.2 数制和码制,表12-1 几种进制数之间的对应关系,3.八进制数、十六进制数与二进制数的相互转换 1)二进制数与八进制数的关系为：三位二进制数可以对应写为一位八进制数，即(000）2(111）2=(0）8(7）8。 2)二进制数与十六进制数的关系为：四位二进制数可以对应写
6、为一位十六进制数，即(0000） (1111） (0）16(F）16。 例12-5 将八进制数(563）8转换为二进制数。 解：(563）8=(101110011）2,12.2 数制和码制,例12-6 将二进制数(101110011）转换为十六进制数。 解：(101110011）=(1，0111，0011）2=(173）16 12.2.3 码制 码制即编码方式，编码即用按一定规则组合成的二进制码来表示数或字符等。,表12-2 常用的BCD码,12.3 逻辑代数,12.3.1 基本逻辑和常用复合逻辑 1.基本逻辑 (1)与逻辑 与逻辑关系是当几个条件同时满足时其结果才成立。 1)逻辑符号。,图1
7、2-4 与逻辑,2)与逻辑真值表。,12.3 逻辑代数,表12-3 逻辑分析,12.3 逻辑代数,表12-4 与逻辑真值表,3)与逻辑表达式。,12.3 逻辑代数,图12-5 例12-7图,例12-7 在图12-5a中，测定电动机转速时，必须用一个电路来限定在一个单位时间内的脉冲信号通过。试选择一种门电路来实现这一功能。 解：用一个双输入端的与门电路即可实现上述功能。,12.3 逻辑代数,(2)或逻辑 当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就会发生，我们把这种因果关系称为或逻辑。 1)逻辑符号。,图12-6 或逻辑,12.3 逻辑代数,2)或逻辑真值表。,表12-5
8、 逻辑分析,12.3 逻辑代数,表12- 6 或逻辑真值表,3)或逻辑表达式。,12.3 逻辑代数,图12-7 非逻辑,(3)非逻辑 某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。 1)逻辑符号。,12.3 逻辑代数,2)非逻辑真值表。,表12-7 逻辑分析,表12-8 非逻辑真值表,3)非逻辑表达式。,12.3 逻辑代数,2.常用复合逻辑 (1)与非逻辑 与非逻辑是由与运算和非运算组合而成，如图12-8所示。,图12-8 与非门电路及逻辑符号,(2)或非逻辑 或非逻辑是由或运算和非运算组合而成，如图12-9所示。,12.3 逻辑代数,表12-9 与非逻辑真值表,12.3 逻辑代数,
9、图12-9 或非门电路及逻辑符号,(3)与或非逻辑 与或非逻辑门电路由与门、或非门组成， 如图12-10所示。,表12-10 或非逻辑真值表,12.3 逻辑代数,图12-10 与或非门电路及逻辑符号,(4)异或逻辑 异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0，当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。,12.3 逻辑代数,表12-11 与或非逻辑真值表,12.3 逻辑代数,表12-12 异或逻辑真值表,12.3 逻辑代数,(5)同或逻辑 同或也是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为1，当两个变量取值不同时，逻辑函数值为0。,图12-11 异或逻辑门电路及逻辑符
10、号,12.3 逻辑代数,表12-13 同或逻辑真值表,12.3 逻辑代数,图12-12 同或逻辑门 电路逻辑符号,12.3 逻辑代数,12.3.2 逻辑函数的表示方法 逻辑函数的表示方法通常有四种，即真值表、逻辑表达式、逻辑图和卡诺图。 1.真值表 2. 逻辑表达式 3.逻辑图 12.3.3 逻辑代数的基本公式和定律 由与、或、非三种基本的运算规则，可以推出逻辑代数的一些公式和定律。 1.八个基本公式 1)变量与常量的关系： 2)变量与变量的关系：,12.3 逻辑代数,2.六个定律 (1)与数学普通代数相似的定律 1)交换律：A+B=B+A 2)结合律：A+(B+C)=(A+B)+C=B+(A
11、+C) 3) 分配律：A+(BC)=(A+B)(A+C) (2)逻辑代数中的特殊定律 1)吸收律：A+AB=A 2) 反演律: =(摩根定律) 3) 还原律： 12.3.4 逻辑函数的公式法化简 逻辑函数化简的意义：逻辑表达式越简单，实现它的电路越简单，电路工作越稳定可靠。,12.3 逻辑代数,1.并项法 例12-8 化简函数Y=AC+A 。 解：Y=AC+A =A(C+)=A 例12-9 化简函数Y=ABC+A+A。 解：Y=ABC+A+A=ABC+A(+)=ABC+A=A(BC+)=A 2.吸收法 例12-10 化简函数Y=AB+ABCD(E+F)。 解: Y=AB+ABCD(E+F)=A
12、B 3.消去法 例12-11 化简函数Y=AB+C+C。 解：Y=AB+C+C=AB+(+)C=AB+C=AB+C 4.配项法,12.3 逻辑代数,例12-12 化简函数Y=AB+C+BCD。 解：Y=AB+C+BCD=AB+C+BCD(A+)=AB+C+ABCD+BCD,12.4 集成逻辑门电路,1.TTL系列数字电路,表12-14 常用74系列TTL门电路器件表,2.MOS系列数字电路 (1)CMOS数字电路的特点,12.4 集成逻辑门电路,1)由于CMOS管的导通内阻比晶体管导通内阻大，所以CMOS电路的工作速度比TTL电路的工作速度低。 2)CMOS电路的输入阻抗很高，可达10M以上，
13、在频率不高的情况下，电路可以驱动的CMOS电路多于TTL电路。 3)CMOS电路的电源电压允许的变化范围较大， 约在515V之间，所以其输出高、低电平的摆幅较大。 4)由于CMOS管工作时总是一管导通，另一管截止，几乎不从电源汲取电流，因此CMOS电路的功耗比TTL电路小。 5)因CMOS集成电路的功耗小，其内部发热量小， 所以CMOS电路的集成度要比TTL电路高。 6)CMOS集成电路的温度稳定性好，抗辐射能力强，适合于特殊环境下工作。,12.4 集成逻辑门电路,7)由于CMOS电路的输入阻抗高，使其容易受静电感应而击穿，所以在其内部一般都设置了保护电路。 (2)CMOS集成电路使用注意事项
14、 1)对于各种CMOS集成电路来说，在技术手册上都会给出各主要参数的工作条件和极限值，因此一定要在推荐的工作条件范围内使用， 否则将导致性能下降或损坏器件。 2)在使用和存放时应注意静电屏蔽。 3)CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接正电源。 4)不同系列集成门电路在同一系统中使用时，由于它们使用的电源电压、输入/输出电平的高低不同，因此需加电平转换电路。,12.4 集成逻辑门电路,表12-15 常用CMOS(C000系列)数字集成电路,表12-16 常用CMOS(CC4000系列)数字集成电路,本 章 小 结,12.4 集成逻辑门电路,1.数字电路的工作信号是离散的信号，
15、即数字信号。 2.逻辑代数是分析与设计数字系统的重要工具。 3.逻辑变量是用来表示逻辑关系的二值量，只有 和 两种取值。 4.逻辑函数的表示方法主要有逻辑函数表达式、真值表、逻辑图和卡诺图。 习题与思考题 (1)(43）10 (1) (1011）2 (2)(110111）2(3)(1111011）2 (1)(43）8(2)(27）8(3)(125）8 (1)(4A3）16(2)(D7）16(3)(825）16 (1)(345）10(2)(827）10(3)(69）10,12.4 集成逻辑门电路,(1)(01000010）8421BCD (1)Y=AB+BC+AB (2)Y=B+AC (3)Y=ABC (4)Y=(A+B+C)(+B+) (1)Y=A+ABC+A+BC+C (2)Y=ACD+ABD+AD (3)Y= (4) Y=A+A +CD+(+)E (5) Y=(AB)C+ABC+ C (6)Y=AD+A+AB+C+D+AEF (1)Y=AB+BC+AB,12.4 集成逻辑门电路,(2)Y=B+AC (3)Y=ABC (4)Y=(A+B+C)(+B+) (1)Y=AB+BC+AB (2)Y=B+AC,
