电工电子技术与技能14数字电子技术基础

1PART ONE任务一 了解数字电路的基础知识任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识一、数字电路概述一、数字电路概述电子电路中信号分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号是在时间和幅值上都连续变化的信号，如图所示。数字信号是在时间和幅值上都离散（即不连续）的信号，如图所示。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识一、数字电路概述一、数字电路概述处理模拟信号的电路称为模拟电路，模拟电路主要研究输入与输出信号之间的大小和相位关系。处理数字信号的电路称为数字电路，数字电路主要研究输入与输出信号之间的逻辑关系。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识二、数制二、数制数制即计数进位制。在日常生活中，人们习惯用十进制数，而在数字电路系统中多采用二进制数。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识1十进制十进制在十进制数中，每一位有09十个数码，所以计数的基数是10。超过9的数必须用多位数表示，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢十进一”，故称十进制。任意一个十进制数D可展开为（14-1）式中，ki是第i位的系数，其取值为09之间的自然数。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识1十进制十进制若数的整数部分的位数是n，小数部分的位数为m，则i包含从n-1到0的所有自然数和-1从到-m的所有负整数。以N取代式（14-1）中的10，就得到按任意进制数展开的普遍形式（14-2）式（14-2）中，N称为计数的基数，ki是第i位的系数，Ni称为第i位的权。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识2二进制二进制二进制数中，每位仅有0和1两个可能的数码，所以计数的基数为2，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢二进一”，故称为二进制。任意一个二进制数D，可按位展开表示为（14-3）任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识3数制的相互转换数制的相互转换（1）二进制转换为十进制将二进制转换为十进制的换算方法：将二进制数按位权展开后相加，就得到等值的十进制数。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识（1）二进制转换为十进制）二进制转换为十进制例14-1将(1001)2转换为十进制数。解任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识（2）十进制转换为二进制）十进制转换为二进制将十进制转换为二进制的换算方法：用“除2取余倒记数”法，即用2去除十进制整数，得到商和余数，再用2去除商，又会得到商和余数，如此进行，直到商为0时为止，然后把先得到的余数作为二进制数的低位，后得到的余数作为高位，依次排列起来。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识（2）十进制转换为二进制）十进制转换为二进制例14-2将(12)10转换为二进制数。解所以任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识三、三、BCD编码编码用若干位二进制数码表示一位十进制数的编码方式称为二十进制编码，简称BCD码。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识三、三、BCD编码编码要用二进制代码来表示十进制数的09这十种状态，至少要用4位二进制代码，4位二进制代码有16种组合，选取哪几种组合以及如何与09相对应有多种方案，这就形成了不同的BCD码。常用的BCD码为8421BCD码，其中的数字8，4，2，1分别是4位二进制数从左到右各位的取值，表所示为十进制数和8421BCD码的对应关系表。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识三、三、BCD编码编码十进制数8421BCD码十进制数8421BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识三、三、BCD编码编码除8421BCD码之外，还有2421BCD码和5421BCD码。任务一任务一 了解数字电路的基础知识了解数字电路的基础知识课堂实践课堂实践 转换数制转换数制练习十进制数与二进制数的转换，将转换后的值填入表中空白处。十进制数二进制数十进制数二进制数1011103.110110111011180831765101010102PART TWO任务二 认识逻辑门电路任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路概述概述逻辑是指事件的前因后果所遵循的规律。在数字电路中，数字信号的高、低电平可以看成是逻辑关系的“真”与“假”或二进制数中的“1”或“0”，因此数字电路可以很方便地进行逻辑运算。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路一、基本逻辑门一、基本逻辑门1逻辑与及与门电路与门控制电路如图所示，只有两开关同时闭合时，指示灯才会亮；只要有一个开关断开，灯就不亮。该例子表明，只有当决定某一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生，这种因果关系称为逻辑与，又称逻辑相乘。与门电路的图形符号如图所示。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路1逻辑与及与门电路逻辑与及与门电路与运算的逻辑表达式为(14-4)其中，其中，“”表示逻辑与运算，也可以省略。与运算与运算的运算规则为：有的运算规则为：有0出出0，全，全1出出1。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路1逻辑与及与门电路逻辑与及与门电路将输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成表格，称为真值表。在真值表中，用“0”表示低电平或条件不发生；用“1”表示高电平或条件发生。逻辑与的真值表如表所示。ABYABY000100010111任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2逻辑或及或门电路逻辑或及或门电路或门控制电路如图所示，只要两个开关有一个闭合或两个同时闭合，指示灯就会亮；只有当开关都断开时，灯才不亮。该例子表明，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，这种因果关系称为逻辑或，也称逻辑相加。或门电路的图形符号如图所示。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2逻辑或及或门电路逻辑或及或门电路或运算的逻辑表达式为(14-5)其中，其中，“+”表示逻辑或运算。或或运算运算的运算规则为：的运算规则为：有有1出出1，全，全0出出0。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2逻辑或及或门电路逻辑或及或门电路逻辑或的真值表如表所示。ABYABY000101011111任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3逻辑非及非门电路逻辑非及非门电路非门控制电路如图所示，当开关闭合时，指示灯不亮；当开关断开时，指示灯亮。该例子表明，条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生，这种因果关系称为逻辑非，又称逻辑求反。非门电路的图形符号如图所示。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3逻辑非及非门电路逻辑非及非门电路非运算的逻辑表达式为(14-6)非非运算运算的运算规则为：的运算规则为：有有0出出1，有有1出出0。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3逻辑非及非门电路逻辑非及非门电路逻辑非的真值表如表所示。AYAY0110任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路二、复合逻辑门二、复合逻辑门1与非门与非门相当于将一个与门和一个非门相连接，其图形符号如图所示。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路1与非门与非门与非运算的逻辑表达式为(14-7)与非与非运算运算的运算规则为：的运算规则为：有有0出出1，全全1出出0。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3逻辑非及非门电路逻辑非及非门电路与非门电路的真值表如表所示。ABYABY001101011110任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2或非门或非门或非门相当于将一个或门和一个非门相连接，其图形符号如图所示。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2或非门或非门或非运算的逻辑表达式为(14-8)或非运算或非运算的运算规则为：有的运算规则为：有1出出0，全，全0出出1。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2或非门或非门或非门电路的真值表如表所示。ABYABY001100010110任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3与或非门与或非门与或非门是由多个基本门电路组合在一起所构成的复合逻辑门，一般由两个或多个与门和一个或门，再加一个非门串联而成，与或非门的图形符号如图所示。图中，A，B为一组逻辑值，C，D为另一组逻辑值。这两组逻辑值首先进行逻辑与运算，然后将求得的两个逻辑值进行逻辑或运算，最后进行逻辑非运算得出结果。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3与或非门与或非门与或非运算的逻辑表达式为(14-8)与与或非运算的运算规则为：一组全或非运算的运算规则为：一组全1出出0，各组有，各组有0出出1。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3与或非门与或非门ABCDYABCDY00001100010001110011001011010100110101100100111000010111101001101111000111011110任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路三、集成逻辑门三、集成逻辑门集成门电路是用集成工艺将若干门电路制作在同一芯片上，封装后引出引脚，如图所示。常见的集成门电路有TTL电路和CMOS电路两大类。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路1TTL电路电路输入与输出的结构形式都采用晶体管的电路，称为晶体管晶体管逻辑电路，简称TTL电路，它是一种性能优良的门电路，因开关速度快、带负载能力强、抗干扰能力强等优点而得到广泛应用。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3与或非门与或非门TTL电路有许多不同的系列，大体可分为54系列和74系列，54系列为满足军用需要设计；74系列为满足民用要求设计。以74LS08和74LS32芯片为例，如图所示为74LS08芯片的引脚排列图，其芯片内部包含4个与门，每个与门均含2个输入端，故称四二输入与门芯片。如图所示为74LS32芯片的引脚排列图，其芯片内部包含4个或门，每个或门均含2个输入端，故称四二输入或门芯片。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路3逻辑非及非门电路逻辑非及非门电路一般双列直插式封装的集成电路芯片引脚编号的判读方法是：把凹口置于左方，自左下角逆时针依次而上，引脚的序号依次为引脚1，引脚2，引脚14。其中，芯片的右下角为接地端，左上角为直流电源端。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2CMOS电路电路互补金属氧化物半导体集成电路简称CMOS电路，它具有功率低、输入阻抗高、抗干扰能力强、集成度高、成本低等特点，正逐步取代TTL电路。它可分为CC4000系列和C000系列，两个系列的引脚排列不完全相同，大多不能直接代换，在选用时需要注意区分。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路2CMOS电路电路如图所示，在计算机领域，CMOS电路用来保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设置等）；在数字影像领域，CMOS电路制造工艺被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单反数码相机。时至今日，它们虽然因为工艺原因都称为CMOS电路，但是CMOS电路在不同的应用领域呈现出了迥然不同的特征。任务二任务二 认识逻辑门电路认识逻辑门电路课堂实践课堂实践 绘制逻辑电路的输出波形绘制逻辑电路的输出波形在图所示逻辑电路中，输入信号A，B的波形如图所示，求逻辑电路输出信号Y的波形。3PART THREE项目小结项目小结项目小结1模拟信号是在时间和幅值上都连续变化的信号；数字信号是在时间和幅值上都离散的信号。2在数字电路中，数字信号的高、低电平可以看成是逻辑关系的“真”与“假”或二进制数中的“1”或“0”，因此数字电路可以很方便地进行逻辑运算。项目小结项目小结3集成门电路是用集成工艺将若干门电路制作在同一芯片上，封装后引出引脚，常见的集成门电路有TTL和CMOS两大类。ThanksThanksThanksThanks