[理学]数字电路基础

实用电工电子实用电工电子实用电工电子实用电工电子模块化、项目化教材模块化、项目化教材主编主编 吉跃仁吉跃仁副主编副主编 刘玲刘玲清华大学出版社出版实用电工电子实用电工电子模块模块 6数字电路基础数字电路基础掌握逻辑代数的基本运算法则、基本公式、基本定掌握逻辑代数的基本运算法则、基本公式、基本定理和化简方法理和化简方法能够熟练地运用真值表、逻辑表达式、波形图和逻能够熟练地运用真值表、逻辑表达式、波形图和逻辑图等表示逻辑函数辑图等表示逻辑函数掌握组合逻辑电路的分析与设计方法掌握组合逻辑电路的分析与设计方法掌握触发器的工作原理、逻辑功能及触发器的应用掌握触发器的工作原理、逻辑功能及触发器的应用了解数字电路的特点及数制和编码的概念了解数字电路的特点及数制和编码的概念掌握与门、或门、与非门、异或门的逻辑符号、掌握与门、或门、与非门、异或门的逻辑符号、逻辑功能和表示方法逻辑功能和表示方法了解了解 TTL门电路的特点以及三态门的概念门电路的特点以及三态门的概念学习任务实用电工电子实用电工电子模块模块 6数字电路基础数字电路基础6.2组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计6.3触发器触发器6.1门电路与逻辑代数门电路与逻辑代数实用电工电子实用电工电子6.1 门电路与逻辑代数门电路与逻辑代数模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。uu模拟信号波形 数字信号波形t t对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。实用电工电子实用电工电子（ 1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即 0和 1两个逻辑值）。（ 2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。 （ 3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分 0和1两种状态即可 。数字电路的特点数字电路的特点实用电工电子实用电工电子（ 1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。6.1.1 数制及其转换（ 2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。（ 3） 位 权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。一、数制实用电工电子实用电工电子数码为： 0 9；基数是 10。运算规律：逢十进一，即： 9 1 10。十进制数的权展式：1、十进制 103、 102、 101、 100称为十进制的权。各数位的权是 10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。即： (5555)10 5103 5102 5101 5100又如： (209.04)10 2102 0101 9100 010-1 4 10-2实用电工电子实用电工电子2、二进制数码为： 0、 1；基数是 2。运算规律：逢二进一，即： 1 1 10。二进制数的权展开式：如： (101.01)2 122 021 120 02-1 1 2-2 (5.25)10加法规则： 0+0=0， 0+1=1， 1+0=1， 1+1=10乘法规则：运算规则各数位的权是的幂二进制数只有 0和 1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。实用电工电子实用电工电子3、十六进制数码为： 0 9、 A F； 基数是 16。运算规律： 逢十六进一逢十六进一 ，即： F 1 10。十六进制数的权展开式：如： (D8.A)16 13161 8160 10 16 1 (216.625)10各数位的权是 16的幂二、数制转换1、二进制数与十六进制数的相互转换1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 10 0 0 0 (1D4.6)16= (1010 1111 0100 . 0111 0110) 2(AF4.76)16二进制数与十六进制数的相互转换，按照 每每 4位二进制数位二进制数对应于一位十六进制数对应于一位十六进制数 进行转换。实用电工电子实用电工电子十进制整数转换为二进制采用 除基取余法除基取余法 ，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。所以： (44)10 (101100)22、十进制数转换为二进制数实用电工电子实用电工电子实用电工电子实用电工电子用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为 编码编码 。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为 代码代码 。数字系统只能识别 0和 1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。二 -十进制代码：用 4位二进制数 b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称 BCD码。2421码的权值依次为 2、 4、 2、 1；余 3码由 8421码加 0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为 8、 4、 2、 1，故称 8421码。6.1.2 编码实用电工电子实用电工电子实用电工电子实用电工电子6.1.3 分立元件门电路分立元件门电路获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑 0和 1： 电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。实用电工电子实用电工电子1. 与逻辑和与门电路当决定某事件的全部条件同时具备时，结果才会发生，这种因果关系叫做 与逻辑与逻辑 。实现与逻辑关系的电路称为 与门与门 。实用电工电子实用电工电子F=AB与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有 0，输出为，输出为 0；输入全输入全 1，输出为，输出为 1。实用电工电子实用电工电子F=AB逻辑与（逻辑乘）的 运算规则运算规则 为：与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号 A、 B、 C和输出信号 F的波形图。实用电工电子实用电工电子在决定某事件的条件中，只要任一条件具备，事件就会发生，这种因果关系叫做 或逻辑或逻辑 。实现或逻辑关系的电路称为 或门或门 。2. 或逻辑和或门电路实用电工电子实用电工电子F=A+B或门的逻辑功能可概括为：输入有或门的逻辑功能可概括为：输入有 1，输出为，输出为 1；输入全输入全 0，输出为，输出为 0。实用电工电子实用电工电子F=A+B逻辑或（逻辑加）的 运算规则运算规则 为：或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信号 A、 B、 C和输出信号 F的波形图。实用电工电子实用电工电子决定某事件的条件只有一个，当条件出现时事件不发生，而条件不出现时，事件发生，这种因果关系叫做 非逻辑非逻辑 。实现非逻辑关系的电路称为 非门非门 ，也称 反相器反相器 。输入 A为高电平 1(3V)时，三极管饱和导通，输出 F为低电平0（ 0V)； 输入 A为低电平 0(0V)时，三极管截止，输出 F为高电平 1（ 3V)。逻辑非（逻辑反）的 运算规则运算规则 为：3. 非逻辑和非门电路实用电工电子实用电工电子将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门。（ 1） 与非门与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有 0，输出为，输出为 1；输入全输入全 1，输出为，输出为 0。4 .复合门电路实用电工电子实用电工电子由或门和非门构成或非门。（ 2） 或非门或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有 1，输出为输出为 0；输入全；输入全 0，输出为，输出为 1。实用电工电子实用电工电子由与门、或门和非门构成与或非门。（ 3）与或非门实用电工电子实用电工电子6.1.4 集成门电路集成门电路1、 TTL与非门实用电工电子实用电工电子 输入信号不全为 1：如 uA=0.3V， uB=3.6V3.6V0.3V1V则 uB1=0.3+0.7=1V， V2、 V5截止， V3、 V4导通忽略 iB3， 输出端的电位为：输出 F为高电平 1。uF50.70.7 3.6V实用电工电子实用电工电子3.6V3.6V 输入信号全为 1：如 uA=uB=3.6V2.1V则 uB1=2.1V， V2、 V5导通， V3、 V4截止输出端的电位为： uF=UCES 0.3V输出 F为低电平 0。实用电工电子实用电工电子功能表 真值表逻辑表达式：输入有输入有 0，输出为，输出为 1；输入全；输入全 1，输出为，输出为 0。实用电工电子实用电工电子2、 TTL三态门 E 0时，二极管 VD导通，三极管 V1基极和 V2基极均被钳制在低电平，因而 V2 V5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平 3种状态。 E 1时，二极管 D截止，三态门的输出状态完全取决于输