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1、,朱明工作室 ,汽车工程系精品课程,第七章 数字电子技术基础,主讲：朱明 高级工程师、高级技师、国家经济师 高级国家职业技能鉴定考评员 高级技能专业教师,知足常乐，历经兵农工商学。 历经：兵团开车，地方修车，企业管理：技术、运营、 物流、安全、保卫， 职任：客运站长、 公司经理， 集团技术总监， 总经理及法人代表。 学历：本科、MBA， 专业：汽车维修与使用、企业管理、经济管理。 职业资格与职称：高级工程师、高级技师、国家经济师、高级技能专业教师、高级国家职业资格考评员。 管理科学研究院特约讲师、 管理顾问有限公司高级讲师。客座任教：大学、 技师学院、国家职业资格培训与考评及企业内部职业培训。
2、Q号657555589,朱明 百度个人主页,(本人教学资料搜索:朱明zhubob(需要资料内容),朱明工作室,第七章 数字电子技术基础,7.1 数字电路基本知识,7.2 基本逻辑门电路,7.3 TTL集成电路,7.4 CMOS集成电路,7.5 组合逻辑电路,7.6 时序逻辑电路,1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解 TTL门电路、CMOS门电路的特点。,3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路。,初步掌握加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能。,本章要求：,2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数。,第七章 数字电子技术基础,模拟信号：随时间连续
3、变化的信号,7.1 数字电路基本知识,(1) 模拟信号,1 数字信号与数字电路,(2)数字信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。,如：,脉冲幅度 A,脉冲上升沿 tr,脉冲周期 T,脉冲下降沿 tf,脉冲宽度 tp,脉冲信号的部分参数：,实际的矩形波,计数的方法,(1)十进制 (Decimal),(xxx)10 或 (xxx)D,例如(3176.54)10 或(3176.54)D,数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,进位规律：逢十进一，借一当十,2. 数制,例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1,(2) 二进制 (Binary),
4、(xxx)2 或 (xxx)B,例如 (1011.11)2 或 (1011.11)B,数码：0、1,进位规律：逢二进一，借一当二,权：2i 基数：2 系数：0、1,将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。,(3) 二进制转换成十进制,(4) 十进制转换为二进制,例 将十进制数 (26)10 转换成二进制数,26,6 1,3 0,1 1,0 1,2,(26)10 = (11010) 2,2,2,2,2,一直除到商为 0 为止,余数 13 0,按权展开求和,整数和小数分别转换 整数部分：除 2 取余法 小数部分：乘 2 取整法,读数顺序,例如 ：用四位二进制数码表示十进制数 0 9 00
5、00 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9,将若干个二进制数码 0 和 1 按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代码，简称二进制码。,用数码的特定组合表示特定信息的过程称编码,3. 码,例如：用三位自然二进制码表示十进制数 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7,(1) 自然二进制码,按自然数顺序排列的二进制码,(2) 二-十进制代码,表示十进制数 0 9 十个数码的二进制代码,(又称 BCD 码 即 Binary Code
6、d Decimal),1 位十进制数需用 4 位二进制数表示，故 BCD 码为 4 位。,4 位二进制码有 16 种组合，表示 0 9十个数 可有多种方案，所以 BCD 码有多种。,常用二 - 十进制代码表,权为 8、4、2、1,比 8421BCD 码多余 3,取四位自然二进制数的前 10 种组合，去掉后 6 种组合 1010 1111。,用 BCD 码表示十进制数举例：,(36)10 = ( )8421BCD,(4.79)10 = ( )8421BCD,(01010000)8421BCD = ( )10,注意区别 BCD 码与数制：,(150)10 = (000101010000)8421B
7、CD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16,6 0110,3 0011,4. 0100.,7 0111,9 1001,0101 5,0000 0,7.2 基本逻辑门电路,逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。,基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。,下面通过例子说明逻辑电路的概念及“与”、“或”、“非”的意义。,数字电路中，由开关元件组成的可以实现一定逻辑关系的电路称逻辑门电路。,设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”
8、表示，开关闭合、灯亮用 逻辑“1”表示。,逻辑表达式： Y = A B,1. “与”逻辑关系,“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。,0,1,0,B,Y,A,状态表,7.2.1 基本逻辑关系,2. “或”逻辑关系,“或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。,逻辑表达式： Y = A + B,真值表,1,1,1,0,3. “非”逻辑关系,“非”逻辑关系是否定或相反的意思。,Y,220V,A,+,-,R,由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。,7.2.2
9、分立元件逻辑门电路,门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。,门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。,1. 门电路的概念,电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。,1,0,高电平,低电平,2. 二极管“与” 门电路,(1) 电路,(2) 工作原理,输入A、B、C全为高电平“1”，输出 Y 为“1”。,输入A、B、C不全为“1”，输出 Y 为“0”。,0V,0V,3V,即：有“0”出“0”， 全“1”出“1”,3. 二极管“或” 门电路,(1) 电
10、路,0V,3V,3V,(2) 工作原理,输入A、B、C全为低电平“0”，输出 Y 为“0”。,输入A、B、C有一个为“1”，输出 Y 为“1”。,即：有“1”出“1”， 全“0”出“0”,4. 三极管“非” 门电路,“0”,“1”,“0”,“1”,5.“与非” 门电路,有“0”出“1”，全“1”出“0”,6.“或非” 门电路,有“1”出“0”，全“0”出“1”,例：根据输入波形画出输出波形,A,B,有“0”出“0”，全“1”出“1”,有“1”出“1”，全“0”出“0”,&,A,7.3 TTL集成电路,(三极管三极管逻辑门电路),TTL门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性高
11、和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成 “与非”门电路的工作原理、特性和参数。,7.3.1 TTL“与非”门电路,1. 电路,多发射极三极管,(1) 输入全为高电平“1”(3.6V)时,2. 工作原理,4.3V,T2、T5饱和导通,钳位2.1V,E结反偏,截止,负载电流（灌电流）,输入全高“1”,输出为低“0”,1V,2. 工作原理,1V,T2、T5截止,负载电流（拉电流）,(2) 输入端有任一低电平“0”(0.3V),输入有低“0”输出为高“1”,流过 E结的电流为正向电流,5V,“与非”逻辑关系,“与非”门,1. 电压传输特性：,输出电压 UO与输入电压 Ui的关系
12、。,7.3.2 TTL“与非”门特性及参数,电压传输特性,测试电路,C,D,E,2. TTL“与非”门的参数,电压传输特性,典型值3.6V， 2.4V为合格,典型值0.3V， 0.4V为合格,输出高电平电压UOH,输出低电平电压UOL,输出高电平电压UOH和输出低电平电压UOL,D,E,低电平噪声容限电压UNL保证输出高电平电压不低于额定值90%的条件下所允许叠加在输入低电平电压上的最大噪声（或干扰）电压。 UNL=UOFF UIL,允许叠加干扰,定量说明门电路抗干扰能力,UOFF,UOFF是保证输出为额定高电平的90%时所对应的最大输入低电平电压。,0.9UOH,输入 低电平 电压UIL,输
13、入 高电平 电压UIH,高电平噪声容限电压UNH保证输出低电平电压的条件下所允许叠加在输入高 电平电压上的最大噪声（或干扰）电压。 UNH=UIHUON,允许叠加干扰,定量说明门电路抗干扰能力,UON,UON是保证输出为额定低电平时所对应的最小输入高电平电压。,指一个“与非”门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于TTL“与非”门 NO 8。,输入高电平电流 IIH和输入低电平电流 IIL,当某一输入端接高电平，其余输入端接低电 平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流 IIH（A）。,当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流 IIL（mA
14、）。,扇出系数NO,1,0,当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流 IIL （mA）。,若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制 R IIL UNL,平均传输延迟时间 tpd,tpd1,tpd2,TTL的 tpd 约在 10ns 40ns，此值愈小愈好。,输入波形ui,输出波形uO,7.3.3 三态输出“与非”门,“1”,截止,“0”,导通,当控制端为低电平“0”时，输出 Y处于开路状态，也称为高阻状态。, 0 高阻,表示任意态,可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号。,7.3.4 集电极开路“与非”门电路(OC门),2.几个输出端可直接相联
15、,“1”,“线与”功能,7.4.1 CMOS“非”门电路,CMOS 管,负载管,驱动管,(互补对称管),A=“1”时，T1导通， T2截止，Y=“0”,A=“0”时，T1截止， T2导通，Y=“1”,7.4 CMOS集成电路,可见ui在010V连续变化时，两管子均截止，传输门关断，（相当于开关断开） ui不能传输到输出端。,（010V）,7.4.2 CMOS传输门电路,1.电路,2.CMOS传输门电路,开关电路,CMOS电路优点,(1) 静态功耗低（每门只有0.01mW, TTL每门10mW),(2) 抗干扰能力强,(3) 扇出系数大,(4) 允许电源电压范围宽 ( 3 18V ),(1) 速度快,(2) 抗干扰能力强,(3) 带负载能力强,组合逻辑电路框图,7.5 组合逻辑电路,7.5.1 逻辑代数,逻辑代数（又称布尔代数），它是分析设计逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的取值只有“0”，“1”两种，分别称为逻辑“0”和逻辑“1”。这里“0”和“1”并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。,(1) 常量与变量的关系,1. 逻辑代数运算法则,(2) 逻
