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1、第7章门电路与组合逻辑电路引入在电子技术中，电子电路可分为模拟电路和数字电路两大类，模拟电路是传输和处理模拟信号的电路；数字电路是传输和处理数字信号的电路。模拟信号是指在时间和数值上都连续变化的信号如交流放大电路的电信号；数字信号是指在时间和数值上都不连续变化的离散的脉冲信号。在数字电路中利用数字信号完成测量、运算、控制等功能。电子计算机、数字式仪表与通信、数字控制装置和工业逻辑系统等都是以数字电路为基础，利用数字电路的逻辑控制关系解决和逻辑控制有关的逻辑代数、各种门电路，此外还有常用的组合逻辑电路：编码器、译码器等。下面，讨论门电路一组合逻辑电路。71 逻辑代数与门电路711 数字信号与数字
2、电路 1数字信号数字信号是脉冲信号，持续时间短暂。在数字电路中，最常见的数字信号是矩形波和尖顶波，如图7-1所示。实际的波形并不是那么理想，图7-2为实际的矩形波。以矩形波为例，数字信号即脉冲的基本参数如下： （1）脉冲幅度A 脉冲信号变化的最大值。 （2）脉冲上升时间tr 从脉冲10%的幅度上升到90%所需的时间。 （3）脉冲下降时间tf 从脉冲90%的幅度下降到10%所需的时间。 （4）脉冲宽度tp从上升沿50%幅度到下降沿50%幅度所需时间。 （5）脉冲周期T 周期性脉冲信号前后两次出现的间隔时间。 （6）脉冲频率f单位时间内的脉冲数，f=1/T。 数字电路中没有脉冲信号时的状态称为静态
3、，静态时的电压值可以为正、为负或为零 （一般在0V左右）。脉冲出现时电压大于静态电压值称正脉冲，小于静态电压值称为负脉冲（图7-3）。2数字电路 数字电路通常是根据脉冲信号的有无、个数、频率、宽度来进行工作的，而与脉冲幅度无关，所以抗干扰能力强，准确度高，如图7-1b所示。虽然数字信号的处理电路比较复杂，但因信号本身波形十分简单，它只有两种状态：有或无，在电路中具体表现为高电位和低电位(通常用1和0表示)，所以用于数字电路的晶体管不是工作在放大状态而是工作在开关状态，要么饱和导通，要么截止。因此制作时要求低、功耗小，易于集成化，随着数字集成电路制作技术的发展，数字电路获得了广泛的应用。712
4、数值与码1数值 数值可以表示长度、质量、时间、温度等物理量的大小程度。 表示数值大小的各种计数方法称为计数体制，简称数制。按进位的原则进行计数称进位计数制。常用的数制有十进制、二进制、十六进制等。每一种进制有一组特定的数码，如十进制数有0、1、2、9共10个数码。数码总数称为基数，如十进制基数是10。每位数的“1”代表的值称为权，如十进制各位的权分别是100、101、102、及10-1、10-2、10-3、等。 二进制数的数码有“0”、“1”两个，基数是2，每位的权是2的幂，如20、21、22、及2-1、2-2、等，进位规则是 “逢二进一”。 数字电路中，存在高、低电平两种工作状态，可以方便地
5、表示二进制数（对于正脉冲，高电平为“P”低电平为“0”。因此数字电路中普遍使用二进制。 日常生活中，人们习惯使用的是十进制数。十进制数可以和二进制数按数值的大小相互等值转换。 二进制数转换成十进制数的方法是按权展开，再求各位数值之和。 例7-1将二进制数11011转换为十进制数。 解 （11011）2=124+123+022+121+120 =16+8+0+2+1=（27）10十进制整数转换为二进制数的常用方法是除二取余法，即将十进制数连续除以2，并依次记下余数，一直除到商为0为止。以最后所得的余数力最高位，依次从后向前排列即为转换后对应的二进制数。例7-2 将十进制数218转换为二进制数。解
6、 用竖式除法表示除二取余法的过程。转化结果为表7-1给出了二进制数与十进制数的对照表。例7-1 把（1011.11）B转换成二进制数（保留两位小数）。解（1011.11）B= 8+0+2+1+0.5+0.25=(11.75)D（0.75）D=（0.11）B2码 数字系统中的信息，除数据外还包括文字、符号和各种对象、信号等，这些信息都是用若干位“0”和“1”组成的二进制数表示的。这些二进制数分别称为十进制数码、文字、符号和某对象、信号等的代码。 n位二进制数，可以组成N=2n种不同的代码，代表2n种不同的信息或数据。1）二一十进制码（BCD码） 组成十进制数的数码共有10个，至少需要4位二进制数
7、表示。而4位二进制数码可以有16种组合，表示十进制数码时，只需用10种，有6种不用，故有多种表示方案。常用的二一十进制码有8421码、余3码、格雷码等，其二进制数与十进制数码的对应关系见表7-2。 每组（4位）二一十进制码表示一位十进制数，M位十进制数需用M组4M位二一十进制码表示。例如（16）10=（0001 0110）8421码。 842l BCD码是最基本、常见的BCD码，选用了4位二进制数的前10种组合（即表7-1前10栏）。每组（4位）内8421码符合二进制规则，而组与组之间则是十进制。二一十进制码与自然二进制数形式相似，但本质不同。二进制数是按二进制的规则表示数值的大小，而二一十进
8、制码是用二进制数表示十进制数码，它们的值并不一定相等，实际上往往不等。例如：8421码=2，但余3码2，8421码2。例7-3 分别用8421码、格雷码表示十进制数218。解 每位十进制数由来 位二进制代码表示，218是3位十进制数，需12位二进制代码表示。根据表7-2得（218）10=（0010 0001 1000）8421码（218）10=（0011 0001 1100）格雷码2）字符码 目前广泛应用的表示字母、符号的二进制代码是ASCII码（American Standard Code for Information Interchange、美国信息交换标准代码），参看计算机方面的书。
9、ASCIl码采用7位二进制数编码，可以表示128个字符。 扩展ASCII码采用8位二进制数编码，可以表示256个字符。在汉字系统中，由于中文文字较多，需用16位二进制数编码。3）其他代码 在数字系统中，任何信息包括各种特定的对象、信号等都要转化为二进制代码来处理。 例如：在计算机的VGA/TVGA显示系统中，标准彩色字符的颜色与3位二进制代码对应，红色对应（100）2，而（010）2则代表绿色。又如：现代汽车上都配备自诊断系统，汽车的电子控制单元（ECU）能够自动检测汽车本身的故障，而各种故障在ECU中是以代码形式存储、处理的，这些代码称故障码。小 结 数字电路是研究数字信号的电路，包括组合逻
10、辑电路和时序逻辑电路两大类。数字信号的高、低电平，分别用1和0两个二进制数字来表示。组合逻辑电路能实现输出结果与输入信号之间特定的逻辑关系。713 基本逻辑门电路新课引入： 在数字电路中，电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系。实现这种逻辑关系的数字电路称为逻辑电路。 在数字逻辑电路中，只有两种相反的工作状态高电平与低电平，分别用“1”和“0”表示。对应正逻辑关系，开关接通为“1”，断开为“0”；灯亮为“1”，暗为“0”：晶体管截止为“1”，饱和为“0”。本书采用正逻辑关系。图74与门电路YYY 数字电路中，用以实现一定逻辑关系的电路称逻辑门电路，简称门电路。门电路可以用晶体二极管、晶
11、体三极管等分立器件组成，也可以用集成电路实现，称为集成门电路。数字电路中的基本逻辑关系有三种，即：“与”、“或”、“非”。与其对应的基本门电路有“与门”、“或门”、“非门”三种。1与门图74（a）为与逻辑关系图。开关A与B串联后控制指示灯Y，只有当A与B都闭合时（全为“1”时），灯Y才亮（为“1”）：A与B中只要一个断开（为“0”），则F不亮（为 “0”）。Y与A、B的这种关系称为与逻辑。“与”逻辑关系又乘逻辑乘，其表达式为 Y=AB =AB （7-1）实现与逻辑关系的电子电路称为与门电路，简称为与门，图74（b）为由二极管组成的与门电路。图74（c）为与门的逻辑符号，与门为多入单出门电路，对
12、于有多个输入端的与逻辑可用下式表示 Y=ABCD与逻辑除用式（7-1）表示外，也可用逻辑状态真值表来表示，如表7-3所示。根据真值表可画出与门逻辑功能波形图。如图75所示。 由与门真值表和逻辑表达式可以得出逻辑乘的运算规律为： 00=0 01=0 10=0 11=1 逻辑功能总结为：“有0出0，全1出1”。图76四个二输入与门74LS08） 与门电路应用举例，一般用来控制信号的传送。例如有一个两输入端与门，如果在A端输入一控制信号，B端输入一个持续的脉冲信号，图75为与门电路的工作波形图，图中只有当A=l时，B信号才能通过，在Y端得到输出信号，此时相当于与门被打开；当A=0时，与门被封锁，信号
13、B不能通过。图75（b）目前常用的与门集成电路有74LS08，它的内部用四个二输入与门电路，图7-6a、b为其外引脚图和逻辑图。图7-8或门逻辑功能波形图Y2或门YYY 图7-7（a）为或逻辑关系图，在电路中，两开关A、B并联后控制指示灯Y。只要A或B有一个接通（为“1”），灯Y就亮（为“1”）；而A、B全断开时（全为“0”），Y才不亮（为“0”）。Y与A、B的这种关系称为或逻辑。或逻辑关系又称为逻辑加，其表达式为 Y=A+B （7-2）实现或逻辑关系的电路称为或门电路，简称或门。图7-8（b）为由二极管组成的或门电路。图7-8（c）为或门的逻辑符号。或门的真值表如表7-4所示。根据表7-4，
14、可画出或门逻辑功能波形图（同学们画）。由或门真值表和逻辑表达式，可得出逻辑加的运算规律为 0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1逻辑功能总结为：“有1出1，全0出0”。同样，或门输入变量可以是多个，如Y=A+B+C+。或门电路举例：常用于两路防盗报警电路。如图7-9所示，S1和S2为微动开关，可装在门和窗上，门和窗都关上时，S1和S2闭合接地，报警灯不亮。如果门或窗任何一个被打开时，相应的微动开关断开，接高电平，使报警灯亮；若在输出端接个音响电路则可实现声光同时报警。目前常用或门集成电路有74LS32，它的内部有四个二输入的或门电路，图7-10为其外引脚和逻辑图符号。图710图793非门图7-11（a）为非逻辑关系图，开关A与电灯Y并联。当开关A接通（为“1”）时，灯Y不亮（为“0”）；当A断开（为“0”）时，灯Y亮（为“1”），Y与A的状态相反。这种关系称非逻辑，非逻辑关系也叫逻辑非，其表达式 （7-3） 图7-11（b）为由三极管组成的非门电路。在电路中，三极管是工作在饱和状态或截止状态。当A为低电平即0时，晶体管截止，相当于开路，输
