数字电路基础知识

1、数字电路基础知识第11章数字电路基础知识教学重点：1. 掌握与门、或门、非门的逻辑功能及逻 辑符号。2了解与或非门、同或门、异或门、OC 门与三态门等复合门的逻辑功能和逻辑符号。3. 掌握基本逻辑运算、逻辑函数的表示方 法。4. 掌握逻辑代数的基本公式；熟练应用公 式化简逻辑函数。教学难点：1. 各种逻辑关系的含义。2. 用公式化简逻辑函数。3根据函数表达式画出逻辑图。序号内容学时111.1数字电路概述0.5211.2基本逻辑门电路1.5311.3组合逻辑门电路2411.4逻辑代数及其在逻辑电路中的应用25本章小结与习题26本章总学时8学时分配：11.1数字电路概述11.1.1数字电路及其特点

2、电子线路中的电信号有两大类：模拟信号 和数字信号。1 概念模拟信号：在数值上和时间上都是连续变 化的信号。数字信号：在数值上和时间上不连续变化 的信号。模拟电路：处理模拟信号的电路。数字电路：处理数字信号的电路。2数字电路特点(1) 电路中工作的半导体管多数工作在开 关状态。(2) 研究对象是电路的输入与输出之间 的逻辑关系，分析工具是逻辑代数，表达电路 的功能主要用真值表，逻辑函数表达式及波形 图等。11.1.2数字电路的发展和应用数字电路的发展：与器件的改进密切相关, 集成电路的出现促进了数字电路的发展。数字电路的应用：范围广泛，国民经济许 多部门中都将大量应用数字电路。11.2基本逻辑门

3、电路各种逻辑门电路是组成数字电路的基本单丿元。11.2.1关于逻辑电路的几个规定一、逻辑状态的表示方法用数字符号0和1表示相互对立的逻辑状 态，称为逻辑0和逻辑1。表11.2.1常见的对立逻辑状态示例一种状态高电位有脉冲闭合真上是1另一种状态低电位无脉冲断开假下非0二、高、低电平规定用高电平、低电平来描述电位的高低高低电平不是一个固定值，而是一个电平 变化范围，如图11.2.1(a所示忖M 艮HI图11.2.1正逻辑和负逻辑在集成逻辑门电路中规定单位用“V”表示标准咼电平 VsH高电平的下限值；低电平的上限标准低电平VSL 值。应用时，高电平应大于或等于 VSH ；低电 平应小于或等于VSL。

4、三、正、负逻辑规定正逻辑：用1表示高电平，用0表示低电 平的逻辑体制。负逻辑：用1表示低电平，用0表示高电 平的逻辑体制。11.2.2与门电路基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑。，、与逻辑1 与逻辑关系 与逻辑关系如图11.2.2所示。当决定一件事情的几个条件全部具备后，这件事情才能发生，否则不发生图11.2.2用串联开关说明与逻辑关系in图11.2.3与门电路2.与门电路，如图11.2.3(a)所示A、B输入端；Y输出端3逻辑符号，如图11.2.3(b)所示二、工作原理1. 工作原理 动画与门电路2. 逻辑函数式Y A B或Y A B或Y AB(1121)3 真值表真值表表明逻辑门电路输

5、入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表。表11.2.2与门真值表输入输出ABY000010100111(时电礴：町理栩持9图11.2.4 四输入端与门4.逻辑功能如图11.2.4所示，与门 逻辑功能为：“有0出0,全 1出1”。即Y ABCD说明：输入端不论是几个，逻辑关系相同11.2.3或门电路一、或逻辑1 或逻辑关系或逻辑关系如图11.2.5所示。当决定一件电子线路配套多媒体 CAI课件 电子教案事情的几个条件中只要有一个条件得到满足, 这件事情就会发生。2或门电路或门电路如图11.2.6（a）所示3 逻辑符号或门的逻辑符号如图ii.2.qb）所示皿了 i-4+-岭（-电略 （怕逻锚苻号图1

6、1.2.5用并联开关说明或逻辑关系图11.2.6或门电路二、工作原理1.工作原理Va 0V , Vb 0V, V1、V2 均截止，Y 12V;Va 6V , Vb 0V , V1 导通，V2 截止,Y 6V;Va 0V , Vb 6V , V1 截止，V2 导通,Y 6V;Va 6V , Vb 6V , Vi、V2 均导通，Y 6V。2 逻辑函数式(11.2.2)3 真值表表11.2.3 或门真值表输A001入B010输 出Y0111 14.逻辑功能或门的逻辑功能为“全0 出0,有1出T,其逻辑表达 式为eijMir 号图11.2.7 四输入端或门Y A B C D说明：输入端不论是几个，逻辑

7、关系是相 同的，如图11.2.7所示。0(h卜邂執将也图11.2.8非门电路112&b)所示Y 0;Y Vg。电子线路配套多媒体 CAI课件电子教案1124非门电路一、非逻辑关系1 非逻辑关系非逻辑关系：事情和条件总是相反状态2 非门电路非门电路如图11.2.&a)所示。3 逻辑符号非门逻辑符号如图二、工作原理1.工作原理Va 6V, V 导通,Va 0V, V 截止,2 逻辑函数式为Y A(11.2.3)3 真值表表11.2.4 非门真值表输入输出AY01104 逻辑功能：有0出1,有1出011.3组合逻辑门电路实用中常把与门、或门和非门组合起来使 用。11.3.1几种常见的简单组合门电路一

8、、与非门1.电路组成S A出B图11.3.1 与非门在与门后面接一个非 门，就构成了与非门，如图11.3.1 所示。2逻辑符号在与门输出端加上一个小圆圈，就构成了 与非门的逻辑符号。3 函数表达示式 与非门的函数逻辑式为Y A B(11.3.1)4 真值表电子线路配套多媒体 CAI课件 电子教案表11.3.1给出了与非门的真值表。5 逻辑功能与非门的逻辑功能为“全1出0,有0出1表11.3.1与非门真值表ABA BAB0001010110011110二、或非门图11.3.2 或非门圈就变成了或非1 电路组成在或门后面接一个非门 就构成了或非门，如图11.3.2 所示。2逻辑符号在或门输出端加一

9、小圆 门的逻辑符号。3.逻辑函数式 或非门逻辑函数式为(11.3.2)4 真值表表11.3.2给出了或非门的真值表表11.3.2或非门真值表ABA BY AB00010110101011105 逻辑功能或非门的逻辑功能为“全0出1,有1出0”。图11.3.3与或非门三、与或非门1 电路组成把两个（或两个 以上）与门的输出端 接到一个或非门的各个输入端，就构成了与或 非门。与或非门的电路如图11.3.ja）所示。2 逻辑符号与或非门的逻辑符号如图11.3.3b）所示3 逻辑函数式Y AB CD与或非门的逻辑函数式为(11.3.3)4 .真值表表11.3.3给出了与或非门真值表表11.3.3与或非

10、门真值表ABCDY000010001100101001100100101011011010111010001100111010110110110001101011100111105.逻辑功能与或非门的逻辑功能为：当输入端中任何 一组全为1时，输出即为0;只有各组输入都 至少有一个为0时，输出才为1。图11.3.4 异或门四、异或门 1电路组成 异或门的电路如图11.3.4(a)所示。2 逻辑符号异或门的逻辑符号如图11.3.4(b)所示3 逻辑函数式异或门的逻辑函数式为Y Ab AB上式通常也写成(11.3.4)Y A B(11.3Q4 .真值表表11.3.4给出了异或门真值表表11.3.4异

11、或门真值表ABY0000111011105逻辑功能：当两个输入端的状态相同（都 为0或都为1）时输出为0;反之，当两个输入 端状态不同（一个为0,另一个为1）时，输出端 为1。6 应用：判断两个输入信号是否不同图11.3.5 同或门五、同或门1 电路组成在异或门的基础上，最后加上一个非门就构成了同或 门，如图11.3.5（a）所示。2 逻辑符号同或门逻辑符号如图11.3.5： b）所示。3 逻辑函数式 同或门逻辑函数式为Y AB AB（11.3.6）O同或门逻辑函数式通常也写成Y A(11.3.7)4 真值表表1135给出了同或门的真值表表11.3.5同或门真值表ABY001010100111

12、5逻辑功能：当两个输入端的状态相同（都 为0或都为1）时输出为1;反之，当两个输入 端状态不同（一个为0,另一个为1）时，输出端 为0。6 应用：判断两个输入信号是否相同六、三态门三态门：是在门电路上加一个使能端，输 出状态有：高电平、低电平和高阻状态。三态门的逻辑符号如图11.3.6a）所示。 功能端，控制输出三态。呈高阻状态;EN : 使， _逻辑功能 二级途:实现数据、臨 的控制。如图11.3.qb）所EN 10 , EN 21示。态3 Y1送数据2、Y到呈线阻图 11.3.6图4,_ pl*1一（b）用三恣血三态门逻辑符号及其应用；相器常态，即Yh。电子线路配套多媒体 CAI课件 电子

13、教案EN1 1 , EN2 0, EN3 1 时，丫1、丫3 呈高 阻态，丫2送数据A到总线；EN1 1，EN2 1,百3 0 时，丫1、丫2 呈咼 阻态，丫3送数据A3到总线。七、OC门OC门：输出晶体管集电卜U 极开路的TTL “与非门”电路。图11.3.7 OC 门电路逻辑符号OC门的逻辑符号：如图11.3.7 所示。逻辑功能：OC门同与非门一样； 作用：作为计算机的母线驱动器； 注意：使用时要外接负载电阻。11.3.2组合逻辑门电路功能特点和数字集成电路简介一、组合逻辑门电路功能特点1 .任何时刻的输出状态直接由当时的输入 状态决定；2 电路没有记忆功能。二、数字集成电路简介1 分类一

14、、晶体三极管型数字集成电路（简称TTL电路）；二、场效应管数字集成电路（简称MOS 电路）。2主要产品系列数字集成电路的主要产品系列参见表11.3 6表11.3.6数字集成电路的主要产品系列系列子系列名称国际型号部标型号TTL基本型中速TTLCT54 / 74T1000HTTL高 速TTLCT54 / 74HT2000TTLSTTL超高速TTLCT54 /74ST3000LSTTL低功耗TTLCT54 / 74LST4000ALSTTL先进低功耗TTLCT54 / 74ALSCMOS互补场效应管型CC4000C000MOSHCOMS高速 CMOSCT54 / 74HCHCMOST与TTL兼容的

15、高速CMOSCT54 / 74HCT3 数字集成电路外形举例数字集成电路目前大量采用双列直插式外 形封装。如图11.3.8 11.3.9所示管脚的编号判读方法：把标志（凹口）置于左方，逆时针自下而上依次读出外引线编号M 4F 3F 3# M数字集成电路主要参数有:LJ LJ LU LU LJ LJ LU1 1 Iff ir l 2 1图11.3.9 CC4011外引线排列图 输出高电平Voh和输出低电平Vol图11.3.12某逻辑电路输入、输出相应波形 输入咼电平VlH和输入 低电平Vil，有时把这两个值的 中间值称为输入的阈值电压Vit。 输出咼电平电流IoH和 输出低电平电流IOL。 传输

16、延时tpHL和tPLH它们的平均值称 为平均传输延迟时间tpd。 扇出系数N :与非门输出端能驱动同类 门的数目。例11.3.1已知某逻辑电路的输入、输 出相应波形如图11.3.12所示，试写出它的真值 表和逻辑函数式。解 由波形对应关系，列出真值表如下：ABY001100110010Y A B逻辑函数式为11.4逻辑代数及其在逻辑电路中的应用11.4.1逻辑代数概述逻辑代数是研究逻辑电路的数学工具。逻辑变量：逻辑代数的变量。在逻辑电路里， 输入、输出状态相当于逻辑变量。逻辑变量的表示：用大写字母 A、B、C等 标记。逻辑变量特征：只有0和1两种取值。11.4.2逻辑函数式与组合逻辑电路1 逻

17、辑函数式 逻辑函数式：逻辑变量用逻辑运算符号连接起来，就成为逻辑函数式AB) (A B)。图11.4.1分析逻辑电路函数式如：Y A B AB A B ； Y (Ab 运算的次序：如有括号先 进行括号里的运算，没有括 号则先算非号下的内容，取 非后，再按乘、加的次序依 次运算2 组合逻辑电路组合逻辑电路：仅由基本门电路（在不加反 馈的情况下）组成的逻辑电路称为组合逻辑电 路。3 逻辑函数与组合逻辑电路转换例1141把图11.4.1中逻辑电路的输出Y和输入A、B的逻辑关系写成逻辑函数式图11.4.2 由逻辑函数式画电路图解策c(2) 丫2 A Y(3) 丫3 丫1 B(4) 丫4 丫2 Y3(5

18、) 丫 A 丫4 丫 A （A A B ABB）出宀例护希根据逻辑函数式丫（A B） ，画解逻辑电路如图11.4.2所示11.4.3逻辑代数的基本定律及其应用逻辑代数具有基本运算定律，运用这些定 律可以把复杂的逻辑函数式恒等化简。A B B A ； A B B AA (B C) (A B) CA (B C) (A B) C一、逻辑代数基本定律交换律结合律电子线路配套多媒体 CAI课件 电子教案分配律ABC (A B) (A C)A A 1 ； A A 0 反演律(又称摩根定律)A B A B ； A B A+BABC ABCABC ABC 注意：逻辑函数等式表示等号两边的函数 式代表的逻辑电路

19、所具有的逻辑功能是相同 的。二、逻辑函数的化简(代数法) 代数法：运用逻辑代数的基本定律和一些 恒等式化简逻辑函数式的方法。化简的目的：使表达式是最简式。 最简式的含义：乘积项的项目是最少的； 每个乘积项中，变量的个数为最少。化简方法：1 并项法利用A A 1的关系，将两项合并为一项，并 消去一个变量。2 .吸收法利用A AB A的关系，消去多余的项。3 消去法 利用A AB A B的关系，消去多余的因子。4 配项法利用A A(B B)的关系，将其配项，然后消去 多余的项。例 1143 求证 AB AB AB AB解 AB AB AB AB (A B)(A B) (A B)(A B) AB A

20、B例 11.4.4求证 AB AC AB AC 解 AB AC (AB)(AC) (A B)(A C)AB AC (A A)BC AB AC例1145 化简ad ad 解 AD AD AB AC BD (AD AD)(A AB) AC BD (A AC)AB AC BCAB AC BDAB AC BDBDA C BD三、逻辑代数在逻辑电路中的应用实现一定逻辑功能的逻辑电路有简有繁，利用(a)(b)图11.4.3 逻辑电路图的简化逻辑代数化简，可以得到简单合理的电路。例11.4.6设计一个体现函数式丫 AB AC的逻辑电路。解根据题意，可画出图1143a)的电路，但函数式化简后得丫 AB AC A(B C)