数字电路基础最新版本

.,数字电路基础,南阳广播电视大学郭英,.,知识目标了解数字电路特点及应用，熟知脉冲波形的五个主要参数；掌握微分电路、积分电路的功能和电路构成条件；熟知二进制、十六进制的表示方法，会进行数制间的转换。熟知8421、5421、余3码的表示形式；理解与门、或门、与非门、异或门的逻辑功能，熟知其图形符号；能对TTL非门电路的工作原理进行简要分析，了解TTL反相器的基本特性。了解TTL与非门、异或门、集电极开路门、三态门的功能及典型应用；了解常用COMS门电路的基本工作原理，掌握COMS门电路的使用常识；会应用公式法和卡诺图法对逻辑函数进行化简。,.,技能目标初步具有使用示波器观察脉冲波形并读出主要参数的能力；会查阅数字集成电路手册，能根据逻辑功能选用和代换集成门电路；掌握TTL和COMS集成电路引脚识读方法，掌握其使用常识；通过实验，初步掌握基本集成电路的逻辑功能测试方法。,.,第一节数字电路概述,一、数字电路的特点（1）、电路结构简单，稳定可靠。数字电路只要能区别高电平和低电平就可以，对元件的精度要求不高，因此有利于实现数字电路集成化。（2）、数字信号在传输时采用高、低电平二值信号，因此数字电路抗干扰能力强，不易受外界干扰。（3）、数字电路不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断。（4）、数字电路中元件处于开关状态，功耗较小。,.,二、脉冲信号脉冲信号是指持续时间极短的电压或电流信号。各参数的含义：（1）脉冲幅度Um：脉冲从起始值到峰值之间的变化幅度；（2）脉冲前沿时间tr：脉冲从0.1Um变到0.9Um所需要的时间；（3）脉冲后沿时间tf：脉冲从0.9Um变到0.1Um所需要的时间；（4）脉冲宽度tW：脉冲前沿0.5Um到脉冲后沿0.5Um之间的时间；（5）脉冲周期T：对于周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点之间的间隔时间。,.,三、数字信号通常把脉冲的出现或消失用1和0来表示，这样一串脉冲就变成由一串脉冲1和0组成的数码，这种信号称为数字信号。注：（1）、数字信号的0和1并不表示数量的大小，而是代表电路的工作状态；（2）、正逻辑：逻辑1为高电平，逻辑0为低电平；（3）、负逻辑：逻辑1为低电平，逻辑0为高电平。,.,第二节RC电路的应用,用电阻R和电容C构成的电路叫RC电路，在数字电路中最常用的是RC微分电路和RC积分电路。一、RC微分电路RC微分电路是一种常见的波形变换电路，能够将矩形脉冲变换成尖脉冲。电路构成如图：c+viRvo-电路应具有如下条件：（1）输出信号取自RC电路的电阻R两端。即VO=VR（2）电路的时间常数应远小于输入的矩形脉冲的宽度。即tw通常，当1/5tw是，可认为满足上述条件。,.,.,第三节数制与码制,一、数制数制：选取一定的进位规则，用多位数码来表示某个数的值。,1、十进制特点：有十个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9写法：(D)10Decimal或,基数：10进位：逢十进一2、二进制特点：有两个数码：0、1写法：(B)2Binary或,.,基数：2进位：逢二进一,3、十六进制特点：有十六个数码：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F写法：(H)16Hexadecimal或例如：(349)16=3162+4161+9160=(841)10(3AB.11)16=3162+A161+B160+116-1+116-2=(939.0664)10基数：16进位：逢十六进一,4、不同数制的转换（1）二进制数转换为十进制方法：把二进制数按权展开，再把每一位的位植相加，即可得到相应的十进制数。例如：(101.101)2=122+021+120+12-1+02-2+12-3=4+0+1+1/2+0+1/8=(5.625)10,.,(2)十进制数转换为二进制方法：除2取余逆序排列。例如：(215)10=(?)2最低位22152107余1253余1226余1213余026余123余021余10余1最高位(215)10=(11010111)2,.,（3）二进制数转换为十六进制数方法：将二进制数的整数部分自左向右每4位分为一组，最后不足4位的，高位用零补足；小数部分自右向左每4位分为一组，最后不足4位在右面补零。再把每四位二进制数对应的十六进制数写出即可。,例：(01011110.10110010)2=(5E.B2)165EB2,.,方法：将每个十六进制数用四位二进制数表示，然后按十六进制数的排序将四位二进制数排列好，就可得到相应的二进制数。例：将十六进制数（7E6AD）16转化为二进制。解：（7E6AD）16=（0111111001101101）例：将十六进制数（123A。CBF）16转化为二进制。解：（123A.CBF）16,(4)十六进制数转换为二进制数,=(000100100011A.1110010111111)2,.,在数字系统中，可用多位二进制数码来表示数量的大小，也可表示各种文字、符号等，这样的多位二进制数码叫做代码。数字电路处理的是二进制数据，而人们习惯使用十进制，所以就产生了用四位二进制表示一位十进制的计数方法，这种用于表示十进制的二进制代码称为二十制代码，简称为BCD码。常有的BCD码有：8421码、2421码、余3码等。,二、码制,.,（1）它是一种有权代码，权值分别为8、4、2、1（2）编码简单直观：例：913.54100100010011，01010100用BCD码，可以将十进制数的每一位转换成相等的二进制数，而不是将整个十进制数转换成二进制数。例：202=11001010而202的BCD码是001000000010,2、2421码（1）它是一种有权代码，权值分别为2、4、2、1（2）编码方案不是唯一的。,1、8421BCD码,.,3、余3码（1）每一个余3码所表示的二进制数要比它所对应的十进制数多3，即余3码是由8421码加3产生的。（2）余3码是一种无权代码。例如：将十进制数168用余3码表示。解：十进制168余3码010010011011,.,第四节逻辑门电路基础,所谓“逻辑”是指事件的前因后果所遵循的规律，如果把数字电路的输入信号看作“条件”，把输出信号看作“结果”，那麽数字电路的输入与输出信号之间存在着一定的因果关系，即存在逻辑关系，能实现一定逻辑功能的电路称为逻辑门电路。基本逻辑门电路有：与门、或门和非门，复合逻辑门电路有：与非门、或非门、与或非门、异或门等。一、基本逻辑门1、与逻辑门(1)与逻辑关系定义：当一件事件的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。运算规则：0*0=0，0*1=0，1*0=0，1*1=1,.,（2）二极管与门电路,（3）、真值表ABY000010100111,（4）、逻辑符号,.,2、或逻辑门(1)或逻辑关系定义：在决定一件事件的各个条件中，至少具备一个条件，这件事情就会发生。运算规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1（2）二极管或门电路,.,（3）、真值表,（4）、逻辑符号,.,3、非逻辑门（1）非逻辑关系定义：事情的结果和条件总是呈现相反状态。运算规则：1=0，0=1（2）三极管非门电路,.,二、复合逻辑门1、与非电路在与门后接非门就够成与非门,表示式：Y=AB,.,与非门真值表ABABY0001010110011110,2、或非门,表示式：Y=A+B,符号：,真值表ABA+BY0001011010101110,.,3、与或非门,符号：,.,4、异或门,真值表ABABABY00000011011001111000,真值表特点:相同则0,不同则1,.,门电路小结,.,三、TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路是将逻辑电路的元件和连线都制作在一块半导体基片上。集成门电路若是由三极管为主要元件，输入端和输出端都是三极管结构，这种电路称为三极管-三极管逻辑电路，简称TTL电路。TTL电路与分立元件电路相比，具有体积小、耗电少、工作可靠、性能好、速度高等优点。1、TTL反相器（1）工作原理vI=3.6V，即输入为高电平时VB1=VBC1+VBE2+VBE3=(0.7+0.7+0.7)V=2.1V，T1的e结反偏，c结正偏，处于倒置工作状态输出VC3=0.2V,.,VC2=VCES2+VB3=(0.2+0.7)V=0.9V，则VB4=VC2=0.9V作用于T4的e结和二极管的串联支路的电压为VC2-VO=(0.9-0.2)V=0.7V，则T4及D均截止输入为高电平，输出为低电平。vI=0.2V，即输入为低电平时VB1=(0.2+0.7)V=0.9V，T1的e结导通。此时，VB1同时作用于T1的c结、T2和T3的e结支路上，T2，T3显然截止，则Vcc通过Rc2向T4提供基极电流T4及D导通，则voVcc-VBE4-VD=(5-0.7-0.7)=3.6V输入为低电平，输出为高电平。（2）说明：采用输入级以提高工作速度采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载的能力,.,（3）TTL反相器传输特性,AB段：vI很低，稳态时输出高；BC段：vI值大于点B，T1的C极供给T2基极电流，但T1仍保持为饱和态，其e、c结均正偏；T2对vI的增量作线性放大：CD段：的值继续增大并超越C点，使T3饱和，输出电压迅速下降到vO0.2V，DE段：vI(D)的值从点D再继续增加时，T1进入倒置放大状态，保持vO0.2V。,.,2、TTL门电路芯片简介(1)、TTL门电路芯片（四2输入与非门，型号74LS00),地GND,外形,电源VCC（+5V）,.,(2)、常用TTL逻辑门电路,.,3、集电极开路的与非门（OC门）电路结构与逻辑符号,OC门可以实现“线与”功能。,.,4、三态门（TSL门）符号及功能表,功能表,功能表,.,四、CMOS集成门电路MOS集成电路：以场效应管为基础的集成电路。根据电路中MOS管的不同可分为PMOS、NMOS电路和CMOS电路，其中CMOS是PMOS管与NMOS管组成的互补型集成电路，具有功耗低、抗干扰性强，开关速度快等优点。,1、CMOS反相器,.,工作原理：ui=0时：ugs2=UCC，T2导通、T1截止，uo=“”；ui=1时：T1导通、T2截止，uo=“0”。,2、CMOS与非门,.,工作原理:,001,011,101,110,.,3、CMOS或非门,工作原理:,001010,100,110,.,4、CMOS传输门,结构:,符号:,.,工作原理:,设被传输的模拟信号的变化范围为5v+5v。设控制信号：高电平VCH=+5v，低电平VCL=5v，两管的VT均为2v。,（1）当C端接低电平时，TN的栅压为5v，VI在5v+5v时，TN截止，同时TP亦截止开关断开。（2）当C端接高电平时：,若5vVI3vVGSN8vVTNTN导通VGSP2vVTPTP截止3vVI+3vVGSN2vVTNTN导通VGSP2vVTPTP导通+3vVI+5vVGSN2v