汽车电工电子第八章数字电路PPT.ppt

1、1,主讲:张闽临 赣州华坚科技职业学校,第七章 数字电路,汽车电工与电子基础,2,1.什么是数字信号和数字电路？ 2.了解什么是数制和码制。 3.掌握逻辑门电路的逻辑关系和分析方法。 4.触发器分类与功能。 5.寄存器的分类和功能,8.1数字电路,3,8.1模拟与数字,电子电路中的信号,模拟信号 随时间连续变化的信号,数字信号 时间和幅度都是离散的,4,模拟信号,t,U,t,i,正弦波信号,锯齿波信号,5,1.2.数字信号,t,i,t,U,方波脉冲,尖峰脉冲,数字信号脉冲信号：有矩形脉冲、方波脉冲、尖峰脉冲、三角波等无数种。矩形脉冲为理想的数字信号,想一想,我们身边有没有数字信号？ 举实例（计

2、程车计价器、电机转速测速器）说明数字信号的应用,7,1.3.矩形脉冲信号,周期,幅度,宽度,前沿,后沿,0V,3V,3V,0V,正脉冲,负脉冲,矩形脉冲为理想的数字信号,正脉冲,负脉冲,数字电路的特点,8,一、数字电路中的数字信号采用二进制，取得1和0。 二、数字电路中结构简单、对元件的精度要求不高，允许有一定误差，且易制造，成本低。 三、数字信号具有抗干扰能力强、能耗低、便于集成等优点。 四、电路的输入和输出状态符合一定的逻辑关系。 五、数字电路有“记忆”功能。 六、主要的分析工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式或波形图及卡诺图表示,8.2.二进制数,2.1.十进制： 以十为基数的

3、记数体制表示数的十个数码：1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0遵循逢十进一的规律,若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济,10,二进制数,以二为基数的记数体制表示数的两个数码： 0, 1遵循逢二进一的规律,用电路的两个状态-“开与关”来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。 位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数,8.2.2二进制数的转换,11,十进制与二进制之间的转换，可以用二除十进制数，余数是二进制数的第0位，然后依次用二除所得的商，余数依次是

4、K1、K2,二转十过程,2 420,2 211,2 100,2 5 1,2 2 0,1,自下而上取余数,十转二过程,除2取余数法,8.2.3布尔代数,12,布尔代数 是1847年英国数学家乔治布尔（George.Bool）首先创立的，故而命名。布尔代数与普通代数有着不同的概念，它表示的不是数量大小之间的关系，而是一种逻辑关系。故布尔代数亦称逻辑代数。 布尔代数是分析和设计数字逻辑电路的基本数学工具,编码,13,8.3基本逻辑门,14,逻辑代数与基本逻辑关系 在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研究工具是逻辑代数（布尔代数）。 在逻辑代数中，

5、逻辑函数的变量只能取两个值（二值变量），即0和1，中间值没有意义，这里的0和1只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高（0表示低电位，1表示高电位）、开关的开合等,基本逻辑关系,15,3.1“与”逻辑与门（AND） A、B、C 条件都具备时，事件F才发生,A,B,逻辑符号,F,E,A,B,Y,C,C,逻辑关系图,16,逻辑式,逻辑乘法（逻辑与,F=ABn,逻辑关系为：“有0出0，全1出1,B,A,D1,D2,R,Y,Ucc,与门电路,与门电路与表达式,17,真值表,门电路波形图,B,A,Y,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,与表达式,3.2.“或

6、”逻辑或门（OR,或门：A、B、C 只有一个条件具备时，事件F就发生,A,B,逻辑符号,F,E,1,A,B,Y,C,C,逻辑关系图,19,F=A+B+n,逻辑加法逻辑或,逻辑关系为：“有1出1，全0出0,B,A,D1,D2,R,Y,Ucc,或门电路,逻辑式,或门电路与表达式,20,真值表,B,A,Y,门电路波形图,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,或门表达式,3.5.“非”逻辑非门（NOT,21,21,A条件具备时，事件F不发生；A不具备时，事件F发生。逻辑关系为：“有0出1，有1出0,A,R,逻辑符号,F,E,A,Y,1,A,Y,波形图,非门

7、电路,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,22,逻辑式,逻辑非逻辑反,真值表,A,V,R,Y,R,Ucc,非门电路与表达式,与或非门特定外形符号,23,A,B,Y,A,B,Y,A,Y,非逻辑符号,或逻辑符号,与逻辑符号,组合逻辑门电路,24,3.4.与非逻辑与非门（NAND,逻辑符号,A,B,Y,C,Y,A,B,Y,C,与非：条件A、B、C 都具备，则F 不发生。逻辑关系为：“见0出1，全1得0,Y = ABn,1,逻辑表达式,25,真值表,门电路波形图,B,A,Y,Y,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,

8、1,1,1,与非门表达式,3.5.或非逻辑或非门（NOR,26,或非：条件A、B、C 任一具备，则F不发生。逻辑关系为：“有1出0，全0出1,逻辑符号,A,B,Y,C,Y,1,A,B,Y,C,1,1,逻辑表达式,27,真值表,门电路波形图,B,A,Y,Y,0,0,1,1,1,0,0,或非门表达式,3.6.与或非门（AND-NOR,28,1）逻辑关系为：输入端分别先与，然后再或， 最后是非。“一组全1出0，各组有0出1,2）逻辑表达式,逻辑符号,A,B,Y,3）真值表：略,C,D,1,4）门电路波形图：略,3.7.异或门（EXCLUSIVE NOR,29,逻辑关系为：“同出0，异出1,逻辑表达式

9、,逻辑符号,A,B,Y,1,真值表,8.4集成门电路简介,30,集成电路(Integrated Circuit，简称IC) 集成电路就是把电路中的半导体器件、电阻、电容 及导线制作在一块半导体基片(芯片)上，并封装在一个 壳体内所构成的完整电路。 数字集成电路就是用来处理数字信号的集成电路。 2. 集成电路的特点 与分立元件电路相比，集成电路具有重量轻、体积 小、功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等优点,8.4.1TTL集成门电路,目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势， 缺点是制造工艺复杂。,4.1TTL和CMOS集成电路的特点

10、,a) TTL集成电路工作速度高、 驱动能力强，但功耗大、集成度低,b) MOS集成电路集成度高、功耗低，但工作速度略低，超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路,TTL集成电路组成,32,4.2.电路组成 如图所示，它由输入级、中间级和输出级三部分组成,TTL集成与非门电路图及逻辑符号,TTL集成电路组成,1) 输入级：输入级由多发射极管T1和电阻R1组成。其作用是对输入变量A、B、C实现逻辑与，从逻辑功能上看。 (2) 中间级：中间级由T2、 R2和R3组成。T2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为T3和T5的驱动信号。 (3) 输出级：输出级由T3、T4、T5和R4、R5组成，这

11、种电路形式称为推拉式电路,33,8.4.3、TTL集成电路工作原理,1) 输入全部为高电平。当输入A、 B、 C均为高电平，即UIH = 3.6 V时，T1的基极电位足以使T1的集电结和T2、T5的发射结导通。而T2的集电极压降可以使T3导通， 但它不能使T4导通。T5由T2提供足够的基极电流而处于饱和状态。因此输出为低电平:UO=UOL=UCE50.3 V (2) 输入至少有一个为低电平。当输入至少有一（A端）为低电平，即UIL = 0.3V时，T1与A端连接的发射结正向导通，从图中可知，T1集电极电位UC1使T2、T5均截止，而T2的集电极电压足以使T3，T4导通。因此输出为高电平：UO=UOHUCC-UBE3-UBE4=5-0.7-0.7=3.6 V,34,由此可见： 输入全为时， 输出为；输入有时，输出为。电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即 Y = ABC,8.4.4集成门电路的主要参数,35,1）输出高电平UOH和输出低电平UOL。电压传输特性曲线截止区的输 出电压为UOH，饱和区的输出电压为UOL。一般产品规定UOH2.4V，UOL0.4 V。 （2） 阈值电压Uth。电压传输特性曲线转折区中点所 对应的输入电压为Uth，也称门槛电压。一般TTL与非门的Uth 1.4V。 （3）关门电平UOFF和开门电平UON。保证输出电平为额定高电平（2.