模块4数字电路

1、4.1.1 数字电路的概述教学目标：1、了解数字信号的特点2、掌握二进制、十进制之间的转换。3、掌握8421BCD码与十进制之间的转换。教学重点：数字电路的分类及电路的特点课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：1、 电信号分为两类：模拟信号和数字信号。（1）模拟信号：数值和时间上是连续变化。如电话线中的音频信号； （2）数字信号：数值和时间上是不连续变化。典型的数字信号波形为矩形波；2、矩形波主要参数：脉冲幅度Um 从最小值到最大值的变化幅度 Um 脉冲上升时间tr 脉冲电压从0.1Um上升到0.9Um的时间脉冲下降时间tf 脉冲电压从0.9Um上升到0.1Um的时间脉冲宽

2、度tp 同一脉冲两次达到0.5U的时间间隔脉冲周期T 相邻两个脉冲波形相位相同点之间的时间间隔脉冲频率f 每秒钟脉冲出现的个数占空比 D=tp/T 脉冲宽度与脉冲周期的比值3、数字电路的分类（1）结构分类： 分立元件电路和集成电路 分立元件电路：将二极管、晶体管、和电阻等用导线连接起来的电路。 集成电路：将元器件及导线采用半导体工艺集成制作在一小块硅片上并封装于一个壳体内的电路。（2） 按有无记忆分类： 组合逻辑电路和时序逻辑电路 组合逻辑电路：没有记忆能力； 时序逻辑电路：有记忆能力；4、二极管、三极管的开关特性二极管 用二极管代替开关利用其单向导电性产生矩形波三极管 用三极管代替开关利用其

3、饱和和截止性产生矩形波5、数字电路的特点 （1）抗干扰较强、（2）功耗低易集成、（3）能进行逻辑运算和判断（三）课堂小结：（四）课后作业：（六）课后小记： 4.1.2 数字电路的概述教学目标：1、了解数字信号的特点2、掌握二进制、十进制之间的转换3、掌握8421BCD码与十进制之间的转换教学重点：1、二进制、十进制之间的转换2、8421BCD码与十进制之间的转换课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：1、数制：数的表示方法，最常用的数制有二进制数和十进制数两种。（1）十进制数 用0 9十个数码按照一定规律排列来表示数值大小的；各位的权不同 其计数规律“逢十进一”。如 （575

4、）=5102+7101+5100（2）二进制数 用0和1两个数码按照一定规律排列来表示数值大小其计数规律是“逢二进一”。例如(11011)=124+123+022+121+1202、二-十进制数的相互转换。（1）将二进制数按其展开式展开后相加就得到等值的十进制数。10012 = 1 23 + 0 22 +0 21 + 1 20 = 8 + 0 + 0 + 1 = 910（2）十进制数转换为二进制数的方法，是采用“除2取余数”法。1310转换为二进制数。2 | 13余1，即1 = K02 | 6余0，即0 = K12 | 3余1，即1 = K22 | 1余1，即1 = K30所以1310 = 1

5、10123、码制（1）代码：用二进制数0、1表示文字、符号等信息的二进制数码。（2）二十进制编码（BCD码）：用4位二进制数码来表示一位十进制数码。二进制数8421BCD二进制数8421BCD01234000000010010001101005678901010110011110001001（3）伪码：10101111不能表示十个数码的任何一个，称为伪码例如，810 = 10008421BCD，2410= 001001008421BCD。练习 二、十进制转换 001001010= 2（注：位数不够往前添0） 2510=2（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.2.1 基本逻辑门电

6、路教学目标：掌握逻辑门电路的逻辑符号、逻辑功能和表示法教学重点：掌握与门的逻辑功能、逻辑符号和表示法课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：1与逻辑（1）与逻辑：当决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生。（2）如下图：用两个开关S1、S2串联控制照明灯HL的亮暗， 当S1、S2都闭合时，照明灯才会亮，若有一个开关不闭合，照明灯就不会亮。这种关系即符合与逻辑关系。与逻辑控制电路 2与门电路（1）与门电路：实现与逻辑运算的电路。（2）二极管与门电路。符号图中A、B表示输入逻辑变量，Y表示输出逻辑变量。多输入逻辑变量的逻辑符号可类推二极管与门电路（3）与门电路对不同输入逻辑

7、变量时对应输出的逻辑函数波形图。与门逻辑符号 波形图 （4）真值表：符号0和1分别表示低电平和高电平，将输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格为真值表。ABY000010100111（5）逻辑表达式为Y = AB Y 逻辑函数；A、B 输入逻辑变量。（6）逻辑功能 ：全1出1，有0出0（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.2.2基本逻辑门电路教学目标：掌握逻辑门电路的逻辑符号、逻辑功能和表示法教学重点：掌握或门、非门的逻辑功能、逻辑符号和表示法课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课： 或逻辑及或门1 或逻辑：决定某一事件的几个条件中，只要有一个

8、或者几个条件具备，该事件就会发生2、如下图：用两个开关S1、S2串联控制照明灯HL的亮暗，只要其中任一开关闭合，照明灯就会亮，若两个开关都不闭合，照明灯就不会亮，这种关系即符合或逻辑关系。 或逻辑控制电路 或门逻辑符号 波形图 3或门真值表ABY0000111011114逻辑表达式：Y = A +B5、逻辑功能：有1出1 ，全0出0非逻辑及非门 1 非：就是反，就是否定2. 如下图所示：将开关S和照明灯HL并联，S断开照明灯亮，而S闭合时照明灯反而不亮。照明灯的亮暗与开关的状态符合非逻辑关系。非逻辑控制电路 非门逻辑符号 波形图3非门真值表AY01104逻辑表达式：Y =5、逻辑功能：有0出1

9、， 有1出0（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.2.3复合逻辑门电路教学目标：掌握复合逻辑门电路的逻辑功能和逻辑符号和表示法教学重点：逻辑功能及逻辑功能的应用。课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：把与门、或门、非门等基本门电路组合起来，构成的与非门，或非门、异或门等电路称为复合逻辑门电路（二）讲授新课：1与非门（1）与非门电路由与门和非门组成的与非门电路 与非门逻辑符号（2）真值表，ABYY0001010110011110（3）表达式： Y = （4）逻辑功能：全1出0 ，有0出12或非门（1）或非门电路或门和非门组成的或非门电路 或非门逻辑符号（2）真值表ABYY00

10、01011010101110（3）表达式 Y = （4）逻辑功能全0出1 ，有1出03、异或门（1）异或门电路异或门逻辑电路逻辑符号（2）真值表：输入输出ABY0011010101103逻辑函数数式：Y =或4逻辑功能：同出0，异出1（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.3.1逻辑代数教学目标：掌握逻辑代数的基本逻辑运算和基本定律，会化简逻辑函数教学重点：逻辑函数的基本定律课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：由基本逻辑门电路和复合逻辑门电路组合而成的数字电路，称为组合逻辑电路。其特点：输出状态仅决定于当时的输入状态，而与电路过去的输出状态无关。与时序逻辑电路不同。（二）讲

11、授新课：1.逻辑代数的概念逻辑代数和普通代数的区别： 逻辑变量的取值只能是0或1，且0和1只表示两种不同的逻辑状态，不表示数值的大小2.基本逻辑运算：(1)与运算：00=1，01=0，10=0，11=1(2)或运算：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1(3)非运算：=1，=03.逻辑代数的基本定律：（1)变量和常量关系的定律： 0、1律：A+0=A，A0=0，A+1=1，A1=A 互补律：A+=1，A=0（2)与普通代数相似的定律：交换律：A+B=B+A，AB=BA 结合律：A+(B+C)=(A+B)+C，A(BC)=(AB)C 分配律：A(B+C)=AB+AC，A+BC=(A+B)

12、(A+C)（3)逻辑代数的特殊规律： 重叠律：A+A=A，AA=A 反演律：(也叫摩根定律) ，4.逻辑函数及其化简： （1） 逻辑函数表达式：表示逻辑电路中输出变量L与输入变量的关系。 输入(0或1)的取值确定则输出唯一 （2）化简的目的：逻辑函数可以用逻辑门电路实现，所以要求表达式越简单越好，这样电路所需元件少，而且可靠性高。 （3）化简的方法：公式法、卡诺图法（从略） （4）化简的标准：化简到最简与或式，如：L=AB+BC+（5）公式法化简的常用公式： 并项公式：AB+A=A 吸收公式：A+AB=A 消去公式：A+B=A+B 多余项公式：AB+C+BC=AB+C（三）课堂小结：（四）课后

13、作业：（五）课后小记： 4.3.2逻辑代数教学目标：掌握逻辑代数的基本逻辑运算和基本定律，会化简逻辑函数教学重点：逻辑函数的化简课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：一、逻辑函数及其化简： 1、公式法化简的常用公式：(1)并项公式：AB+A=A (2)吸收公式：A+AB=A (3)消去公式：A+B=A+B (4)多余项公式：AB+C+BC=AB+C2、 公式法化简的常用方法：(1) 并项法：利用并项公式AB+A=A可将两项并成一项，且消去一个变量。 例： 化简函数L=AB+AC+A (2)吸收法：利用吸收公式A+AB=A吸收掉AB项。 例： 化简函数L=A+A+BC (3)

14、消去法：利用公式A+B=A+B消去B中的。 例：化简函数L=AB+C+C (4)消项法：利用公式AB+C+BC=AB+C，消去多余项BC。 例： 化简函数L=ABC+D+D+BD (5)配项法：利用公式A+=1给有的项配项，再进一步化简。 例： 化简函数L=+BC+AB 3、 卡诺图化简法：（从略）练习： 课本P179 10.(1) (2) 练习册P95 例题4 练习册P100 3. (1) (2)（三）、课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.3.4加法器教学目标：了解半加器、全加器的功能与应用；教学重点：半加器、全加器的功能与应用；课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲

15、授新课：一、半加器和全加器 1.半加器：（1）两个一位二进制数相加，不考虑低位进位信号相加的组合逻辑电路。 （2）真值表：（加数为A和B，结果的和为S，向高一位进位为Co ）半加器逻辑电路图&=1.ABSCA BSCo0 0000 1101 0101 1013).半加器的逻辑表达式为 S=A+B=AB Co=AB4).逻辑电路图从略 A S5).半加器的逻辑符号： B CO 2.全加器： （1）两个一位二进制数相加，并考虑自低位的进位符号而相加的组合逻辑电路称为全加器。 （2）真值表：（低位来的进位信号Ci，和为S，向高一位的进位为CO）A B Ci SCO 0 0 0 00 0 0 1 10

16、 0 1 0 10 0 1 1 01 1 0 0 10 1 0 1 01 1 1 0 01 1 1 1 11 （3）全加器的逻辑函数表达式为 S=Ci+A+ABCi CO=BCi+ACi+AB+ABCi 实际应用时，通常将全加器的表达式经过适当变换后用异或门和与非门表示。 S=(+A)+ Ci(AB+) =(AB)+ Ci(AB)=ABCi CO=Ci(+A)+AB(+Ci)= Ci(AB)+AB= Ci(AB)+AB = （4）全加器的逻辑电路图从略（5）全加器的逻辑符号如图 A S B Ci Ci CO CO 3.加法器： 用一个半加器和一个全加器只能完成两个一位二进制数的相加，若要实现多

17、位二进制数的加法运算，则需要一个半加器和多个全加器。（三）、课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.3.5译码器教学目标：了解译码的概念和常用译码器的功能与应用。教学重点：常用译码器的功能与应用。课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：1.二进制译码器： 将二进制代码的各种状态译成对应输出信号的组合逻辑电路，称为二进制译码器。 若输入是n位二进制代码，译码器则有2n个输出。所以当译码器的输入为2线时，输出为4线，称为二线-四线译码器；当译码器的输入为3线时，输出为8线，称为三线-八线译码器。 常用的二线-四线制译码器集成芯片有74LS139等。（低电平译出） 74LS

18、139译码器真值表见课本（166页） 2.二-十进制译码器： 二-十进制译码器输入的是四位8421BCD码，输出的是代表十进制数的信号。 常用的二-十进制译码器集成芯片有74LS42等。 74LS42逻辑电路图见课本（167页）3.显示译码器： 在数字系统的某些终端，往往需要将每个四位二进制代码所代表的数 字都显示出来，就需要与显示密切配合的译码器。这种译码器称为显示译码器。 在显示器中，七段显示器用的很广泛，它将0-9的十个数码通过七段笔画亮灭的不同组合来实现。 七段显示器显示字形图见课本（167页图 831） 七段显示译码器示意图（见课本167页 图832）（三）课堂小结：（四）课后作业：

19、（五）课后小记： 4.3.6数码显示器教学目标：了解显示的概念和常用显示器的功能与应用教学重点：常用显示器的功能与应用课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：一、荧光数码管： 1).荧光数码管是一种真空电子管，由阴极、栅极和七个独立的阳极（a、b、c、d、e、f、g）构成。2).荧光数码管及其驱动电路图，工作原理从略。 3).荧光数码管每一段发光所需的阳极电压为20V左右，而七段显示译 码器输出的高电平只有3.6V左右，不足以使它发荧光。因此，应在荧光数码管每段阳极与每段译码器输出之间加一驱动电路，以实现电平转换。荧光数码管所配的七段显示译码器要求是低电平译出的。 4).荧光

20、数码管的主要优点是驱动电流小，字形清晰，工作电压也不高；缺点是需要灯丝加热，消耗功率大，灯丝易老化。 二、半导体数码管： fedcbagfedcbagfedcbagfedcba 1).半导体数码管简称LED，是由七段发光二极管组成的。发光二极管受正向电压而导通时便发出光。 2).半导体数码管中的发光二极管有共阳极和共阴极两种接法。 共阳极LED所接的译码器要求是低电平译出的。 共阴极LED所接的译码器要求是高电平译出的。 3).半导体数码管的优点是电路简单，所需电压低，体积小，寿命长；缺点是工作电流较大。共阳极接法abcgdef+共阴极接法abcdefg 三、液晶显示器： 1).液晶显示器简称

21、LCD，是利用液晶材料的电光效应制作的数字显示器。液晶在外电场的作用下，能改变其透气性，形成不同的亮、暗场，从而显示出0-9的不同数字来。 2).液晶显示器具有工艺简单、结构紧凑、形体薄、功耗低等优点，由于它本身不能发光，所以是一种被动显示器。（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.3.7触发器教学目标：理解常用触发器的逻辑符号、逻辑功能与应用教学重点：基本RS触发器的逻辑符号、功能与应用课时安排：1课时课型：新授一 （一）导入新课：（二）讲授新课：一、触发器简介:1.基本RS触发器： 1).组成：基本RS触发器是最简单、最基本的触发器，通常由两个与非门电路交叉连接而成。2).基

22、本RS触发器有两个输出端和,正常工作时和相反，即一个为0电平，另一个为1电平。当=0，=1时称触发器处于0状态；当=1，=0时称触发器处于1状态。图中与为输入端，字母上的非号“”及符号图上的小圆圈“。”表示0电平有效，即0电平有可能使触发器翻转。3).由与非门构成的基本RS触发器的逻辑功能表见图：逻辑功能11保持01置010置100不定(应避免)（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记： 4.3.8触发器教学目标：理解常用触发器的逻辑符号、逻辑功能与应用教学重点：同步RS触发器的逻辑符号、功能与应用课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：（二）讲授新课：1.同步RS触发器：（1）.基本

23、RS触发器的状态直接受、两输入信号的控制，只要输入端一出现置0或置1信号，触发器立即转入新的工作状态。在实用的数字系统中，一般包含多个触发器，希望这些触发器能在控制触发信号的作用下同步翻转。这种控制信号像时钟一样，称为时钟脉冲，简写为CP，相应的输入端称为时钟脉冲输入端。（2）.组成：同步RS触发器由四个与非门组成，分别组成基本RS触发器和导引电路。和分别为直接复位端和直接置位端，通过在或端加低电平使触发器直接置0或置1。R与S为控制输入端，它们控制触发器的最终状态。R与S上没有非号，说明是高电平有效，即高电平才有可能使触发器翻转。3).同步RS触发器的逻辑功能表和符号见图：CPR S逻辑功能

24、 0任意 任意 保持 10 0 保持 10 1 置1 1 1 0 置010 1 1 状态不定 QQSR CSDRD 练习：例题8-12（三）课堂小结：（四）课后作业：（五）课后小记：4.3.9触发器教学目标：理解常用触发器的逻辑符号、逻辑功能与应用教学重点：集成JK触发器、集成D触发器的逻辑符号、功能与应用课时安排：1课时课型：新授（一）导入新课：触发器按结构的不同，可以分为两大类：一类是基本触发器，另一类是时钟触发器。上节我们介绍了时钟触发器的一种同步RS触发器，这节我们继续学习另外两种时钟触发器：集成JK触发器和集成D触发器。（二）讲授新课：1.集成JK触发器：同步RS触发器在CP高电平期

25、间，若R、S的状态连续变化，则触发器的状态会产生翻转两次以上的现象，称为空翻。而集成JK触发器则是无空翻触发器。1).时钟触发器的翻转时刻必须在时钟脉冲作用时进行，而时钟脉冲一般可以分为上升沿、高电平、下降沿、低电平四个阶段，因此触发器的触发方式有： (1).电平触发 同步RS触发器就是高电平触发 (2).边沿触发 (3).主从触发 主触发器的翻转在CP的高电平期间进行。在CP的下降沿，从触发器的状态变为与主触发器一样，即从触发器向主触发器看齐。触发器的状态为从触发器的状态。因此，整个触发器的翻转在CP下降沿进行。2).常用集成JK触发器的触发方式有主从触发与下降沿触发等。 下降沿触发JK集成

26、触发器符号中：和分别为直接置0端和直接置1端，可用负脉冲对触发器直接置0或直接置1。 J与K是控制输入端，触发器在CP下降沿是否翻转由J与K控制。 CP端有“。”表示触发器采用下降沿触发，没有“。”是上升沿。 CP端的符号“”表示采用的是边沿触发。3).集成JK触发器逻辑功能表如图：J K逻辑功能 0 0 保持 0 1 置0 1 0 置1 1 1 翻转 cQJKSDRDQ例题：8-13 4.集成D触发器：1).集成D触发器是无空翻触发器，常用集成D触发器的触发方式是上升沿触发。2).和分别为直接置0端和直接置1端，可用负脉冲对触发器直接置0或直接置1。3).D是控制输入端，触发器在CP上升沿是否翻转由D控制。4).集成D触发器的逻辑功能表： D逻辑