《电子技术基础与实训 教学课件 ppt 作者 黎兆林 第4章 数字电路基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术基础与实训 教学课件 ppt 作者 黎兆林 第4章 数字电路基础（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 数字电路基础 数字电路和模拟电路是电子技术的两个重要组成部分。现代计算机、通讯设备、数控系统、各种数码电器及设备等都以数字电路为基础。掌握数字电路的基本概念、原理以及典型应用电路，是学习电子技术的基本要求和任务。 4.1 数字电路基本概念 知识点 数字信号与数字电路的特点，数制、码制的基本概念。 技能点 掌握不同数制之间的数值转换。,4.1.1 数字信号与数字电路 在工程上将电信号分为模拟信号和数字信号两大类（如图4-1所示）。模拟信号的幅度随时间连续变化，对模拟信号进行传输、处理的电路称为模拟电路；而数字信号在时间和幅度上都是离散（不连续）的，只有高电平、低电平两种状态。处理数字信号
2、的电路称为数字电路。 在数字电路中，若规定用“1”（称为逻辑1）表示高电平状态、“0”（称为逻辑0）表示低电平状态，则称之为正逻辑；反之则称为负逻辑。本书采用正逻辑。,a) 模拟信号 b) 数字信号,图4-1 模拟信号与数字信号,4.1.2 数制及其转换 1、数制 数制是一种计数的方法，它是进位计数制的简称。 （1）十进制 日常生活中采用的是十进制数，它以10为基数，共有09十个数码，进位规则是“逢十进一”。 如 (1351.25)10=1103310221011100210-1510-2 其中103、102、101、100、10-1、10-2称为千位、百位、十位、个位、十分位、百分位的权，它
3、们都是基数10的幂。数码与权的乘积，称为加权系数，如上述的1103、3102、2101、1100、210-1、510-2。 十进制数的值是各位加权系数之和。 （2）二进制 数字电路中应用最广泛的是二进制数，它以2为基数，共有0和1两个数码，它的进位规则是“逢二进一”。 如 (1011.01)212302212112002-112-2 各位的权都是2的幂，以上6位二进制数所在位的权依次为23、22、21、20、2-1、2-2。,2、二进制数与十进制数的相互转换 （1）二进制数转换成十进制数，只要将二进制数的各位加权系数求和即可。 例4.1 将(1101101.11)2转换成十进制数。 解：(11
4、01011.11)2=12612502412312202112012-112-2 =6432080210.50.25 =(107.75)10 （2）十进制数转换成二进制数，整数部分用“除2取余数，后余先排”法、小数部分用“乘2取整，整数顺排”，分别转换后将结果相加即可。,例4.2 将(35.625)10转换成二进制数。 解： 整数部分的转换 小数部分的转换,(35)10=(100011)2 (0.625)10=(0.101)2 所以 (35.625)10=(100011.101)2,3、八进制和十六进制 用二进制表示的数码串很长，书写和显示都不方便，在计算机上常用八进制和十六进制。 八进制有0
5、7八个数码，进位规则是“逢八进一”，计数基数是8。 如 (252.4)8=28258128048-1 =1284020.5=(170.5)10 十六进制有09、A（10）、B（11）、C（12）、D（13）、E（14）、F（15）十六个数码，进位规则是“逢十六进一”，计数基数是16。 如 (1AD1)16=116310162131611160 =409625602081=(6865)10。 八进制、十六进制数与十进制数之间的转换，方法和二进制数与十进制数之间的转换类似（从略）。,4、二进制数与八进制、十六进制数之间的转换 每3位二进制数可以表示一位八进制数码、4位二进制数可以表示一位十六进制数
6、码。故将二进制数与八进制、十六进制数之间进行转换时，只要以小数点为界，整数部分从右至左每3位、4位为一组；小数部分从左至右每3位、4位为一组，最低有效位不足分组时补0；然后将每组二进制数转换为对应的八进制、十六进制数码，最后将结果顺序排列即为所求。 将八进制、十六进制数转换为二进制数的过程则相反，只要将八进制、十六进制数逐位用一组相应的3位、4位二进制数代替即可。 由于二进制数与八进制、十六进制数的转换最为简便，所以八进制数与十六进制数之间的转换通常是先将原数转换为二进制数，然后再将该二进制数进行相应的转换。,例4.3 （1）将二进制数(11101101.10111)2分别转换为八进 制、十六
7、进制数。 （2）将八进制数(351.6)8、十六进制数(4C8.2)16分别转 换为二进制数。 解： （1） 二进制数(11101101.10111)2转换为八进制数 (11101101.10111)2 =(11 101 101 . 101 110)2 =(3 5 5 . 5 6)8 所以 (11101101.10111)2 =(355.56)8 二进制数(11101101.10111)2转换为十六进制数 (11101101.10111)2 =( 1110 1101 . 1011 1000)2 =(E D . B 8)16 所以 (11101101.10111)2=(ED.B8)16 （2）(
8、351.6)8 =(011 101 001 . 110)2 =(11101001.11)2 (4C8.2)16 =(0100 1100 1000 . 0010)2 =(10011001000.001)2,4.1.3 码制 数字电路所处理的信息除了数值信息外，还有文字、符号以及一些特定操作（例如表示确认的回车操作）等非数值信息，这些特定的信息也要用二进制数码来表示。这种表示特定信息的二进制数码称为代码；代码的编制过程称为编码，编码的规则称为码制。 在数字电子计算机中，十进制数除了转换成二进制数参加运算外，还可以直接用十进制数进行输入和运算。其方法是将十进制的10个数码分别用一组4位二进制代码表示
9、，这种编码称为二十进制编码，又称BCD码。最常用的二十进制代码为8421BCD码，这种代码每一位的权值是固定不变的，为恒权码。它取4位自然二进制数的前10种组合，即0000 （0） 1001（9）（去掉无效的后6种组合10101111），从高位到低位的权值分别是8、4、2、1，所以称为8421BCD码。,BCD码除了常用的8421码以外，还有余3码、格雷码、2421码、5421码等。十进制数与8421BCD码的对应关系如表4-1所示。 表4-1 十进制数与8421 BCD码的对应关系,例如 (516.25)10 =(0101 0001 0110.0010 0101)8421BCD (0111
10、0011 0110.0011 0100)8421BCD =(736.34)10 思考题 （1）为什么数字电路采用二进制？ （2）如何进行不同数制之间的数值转换？,4.2 逻辑与逻辑电路 知识点 （1）逻辑、逻辑电路的基本概念。 （2）常用逻辑关系的逻辑符号、表达式及其功能特点。 （3）逻辑函数、逻辑函数的化简及其表达方式的转换。 技能点 （1）熟记常用逻辑门的功能特点。 （2）熟悉常用集成逻辑门的引脚排序。 （3）掌握三态门、OC门的性能特点及应用。 逻辑即规律，是指事物的“条件（原因）”与“结果”关系中具有的某种规律性。 在逻辑电路中，用输入信号表示“条件”，输出信号表示“结果”，它们之间反
11、映了某种特定的逻辑关系。由于逻辑电路处理的信号是数字信号，故逻辑电路也称为数字电路。 最基本的逻辑关系有3种：与逻辑、或逻辑和非逻辑，对应的逻辑电路有与门电路、或门电路和非门电路。,4.2.1 与逻辑及与门 1、与逻辑 与逻辑关系：当决定某事件的全部条件同时都具备时，结果才会发生。与逻辑关系示例、电路以及逻辑符号如图4-2所示。 图a是两个串联开关控制一盏灯的电路。并规定开关A、B的闭合是条件，其闭合时状态为“1”、断开时为“0”；灯泡Y亮为结果，其亮时状态为“1”、灭时为“0”（下同）。 从电路的工作原理可看出，只有全部条件（A与B都闭合）同时具备，所期待的结果（灯亮）才能实现。电路具有与逻
12、辑关系。,a) 与逻辑关系 b) 二极管与门 c) 与门逻辑符号,图4-2 与逻辑、与门以及逻辑符号,2、与门 实现与逻辑关系的电路称为与门。二极管组成的简单与门如图b所示。与门在电路中通常用其逻辑符号表示，如图c所示。 将输入变量所有可能的取值状态组合及其对应的输出状态列成表格，所得称为逻辑状态表或真值表，用来表示逻辑电路的功能（下同）。与门（与逻辑）的真值表如表4-2所示。 表4-2 与门的真值表,与逻辑还可以用逻辑表达式表示，即： Y=AB （4-1） 与逻辑的基本运算： 00 = 0 01 = 0 100 111 与逻辑的功能特点是：“见0出0，全1出1”。,由于集成逻辑门电路具有体积
13、小、功耗低、可靠性高等诸多优点，在实际应用中，都采用集成逻辑门电路，集成门电路是数字电路中最简单、最基本的单元电路。典型的2输入四与门集成电路有74LS08，其引脚排序如图4-3所示。,图4-3 2输入四与门74LS08,4.2.2 或逻辑及或门 1、或逻辑 或逻辑关系：决定某事件的全部条件中，只要任一条件具备，事件就会发生。或逻辑关系示例、电路以及逻辑符号如图4-4所示。,a) 或逻辑关系 b) 二极管或门 c) 或门逻辑符号,图4-4 或逻辑、或门以及逻辑符号,图a是两个并联开关控制一盏灯的电路。同理分析，只要其中一个条件（任一开关闭合）具备，则所期待的结果（灯亮）就能实现。电路具有或逻辑
14、关系。,2、或门 实现或逻辑关系的电路称为或门。二极管组成的简单或门如图b所示。 或门的逻辑符号如图c所示。同理分析，可得或门（或逻辑）的真值表如表4-3所示。 表4-3 或门的真值表,或逻辑的逻辑表达式为： Y=AB （4-2） 或逻辑的基本运算： 00 = 0 01 = 0 100 111 或逻辑的功能特点是：“见1出1，全0出0”。,典型的2输入四或门集成电路74LS32的引脚排序如图4-5所示。,图4-5 2输入四或门74LS32,4.2.3 非逻辑及非门 1、非逻辑 非逻辑关系：决定事件的条件只有一个，而条件与事件的状态总是相反的。非逻辑关系示例、电路以及逻辑符号如图4-6所示。,如
15、图a所示，条件（开关A）与结果（灯Y）的状态总是相反的：开关闭合、灯灭，开关断开、灯亮。具有非逻辑的关系。 2、非门 实现非逻辑关系的电路称为非门。由三极管组成的简单非门如图b所示。非门的逻辑符号如图c所示，输出端的小圆圈表示“取反”，是非门的标志。 非门的输出与输入的状态总是相反的，故非门也称为反相器。,a) 非逻辑关系 b) 三极管非门 c) 非门逻辑符号,图4-6 非逻辑、非门以及逻辑符号,同理分析，可得非门（非逻辑）的真值表如表4-4所示。 非逻辑又称为逻辑非，其逻辑表达式为： Y= （4-3） 其中的 是A的反变量，读作A非，上面的横线“ ”表示将其下面的运算结果“取反”，是逻辑表达式中取反的标志。 非逻辑的基本运算： =1， =0。 非逻辑的功能特点是：“入0出1，入1出0”。 表4-4 非门的真值表,典型的六非门集成电路74LS04引脚排序如图4-7所示。,图4-7 六非门74LS04,4.2.4 复合逻辑门电路 将基本的与门、或门、非门组合起来构成复合逻辑门电路，可实现各种不同的逻辑功能，从而满足应用电路的需要。常用的有与非、或非、与或非、异或门等电路。 1、与非门 与非门相当于在与门的输出串接一个非门而成。电路的逻辑图、逻辑符号如图4-8所示。,与非门的逻辑表达式为： Y=
