手绘图说数字电路图

手绘图说数字电路图目录TOC\h\h第1章了解数字电路图\h1.1数字电路图的基本概念\h1.1.1什么是数字电路图\h1.1.2数字电路图的特点\h1.2数字电路图的构成要素\h1.2.1图形符号\h1.2.2文字符号\h1.2.3注释性字符\h第2章认识数字电路图符号\h2.1数字电路的符号\h2.1.1门电路的符号\h2.1.2触发器的符号\h2.1.3计数器、分配器与选择器的符号\h2.1.4存储器的符号\h2.1.5信号发生与转换器件的符号\h2.1.6模拟开关与算术单元的符号\h2.2外围元器件的符号\h2.2.1无源元件的符号\h2.2.2半导体管的符号\h2.2.3模拟单元的符号\h2.2.4换能器件的符号\h2.2.5控制与保护器件的符号\h2.3绘图符号\h2.3.1轮廓与连接符号\h2.3.2限定符号\h2.3.3导线与接地符号\h第3章掌握数字电路基础\h3.1常用数制和码制\h3.1.1什么是数制和码制\h3.1.2十进制\h3.1.3二进制\h3.1.4BCD码\h3.2基本逻辑关系\h3.2.1逻辑与关系\h3.2.2逻辑或关系\h3.2.3逻辑非关系\h3.3逻辑代数\h3.3.1逻辑变量\h3.3.2逻辑乘\h3.3.3逻辑加\h3.3.4逻辑非\h3.3.5基本公式和定律\h第4章理解数字电路的特点与作用\h4.1门电路\h4.1.1门电路的特点\h4.1.2基本门电路\h4.1.3门电路的作用\h4.2触发器\h4.2.1触发器的特点\h4.2.2RS触发器\h4.2.3D触发器\h4.2.4单稳态触发器\h4.2.5施密特触发器\h4.3计数器\h4.3.1计数器的特点\h4.3.2计数器的作用\h4.4译码器\h4.4.1译码器的特点\h4.4.2显示译码器\h4.4.3数码译码器\h4.5移位寄存器\h4.5.1移位寄存器的特点\h4.5.2移位寄存器的种类\h4.5.3移位寄存器的作用\h4.6模拟开关\h4.6.1模拟开关的特点\h4.6.2模拟开关的种类\h4.6.3模拟开关的作用\h4.7运算电路\h4.7.1运算电路的特点\h4.7.2基本运算电路\h4.7.3运算电路的作用\h第5章理解外围元器件的特点与作用\h5.1电阻器与电位器\h5.1.1电阻器\h5.1.2敏感电阻器\h5.1.3电位器\h5.2电容器\h5.2.1固定电容器\h5.2.2可变电容器\h5.3电感器与变压器\h5.3.1电感器\h5.3.2变压器\h5.4半导体管\h5.4.1晶体二极管\h5.4.2稳压二极管\h5.4.3晶体三极管\h5.4.4场效应管\h5.5光电器件\h5.5.1光电二极管\h5.5.2光电三极管\h5.5.3发光二极管\h5.5.4LED数码管\h5.6集成电路\h5.6.1集成运算放大器\h5.6.2时基集成电路\h5.6.3集成稳压器\h第6章熟知数字电路看图技巧\h6.1电路图的画图规则\h6.1.1图形符号的位置与状态\h6.1.2集成电路的习惯画法\h6.1.3连接线的表示方法\h6.1.4电源线与地线的表示方法\h6.1.5电路图的走向\h6.2分析电路图的基本方法与步骤\h6.2.1了解电路图整体功能\h6.2.2判断电路图走向\h6.2.3分解电路图\h6.2.4分析整体工作原理\h6.2.5分析各单元电路\h6.3数字电路的看图技巧\h6.3.1识别数字电路的引脚\h6.3.2看懂数字电路图的一般方法\h6.3.3组合逻辑电路分析技巧\h6.3.4时序逻辑电路分析技巧\h第7章学会分析数字单元电路\h7.1双稳态触发器\h7.1.1晶体管双稳态触发器\h7.1.2门电路构成的双稳态触发器\h7.1.3D触发器构成的双稳态触发器\h7.1.4时基电路构成的双稳态触发器\h7.2单稳态触发器\h7.2.1晶体管单稳态触发器\h7.2.2门电路构成的单稳态触发器\h7.2.3D触发器构成的单稳态触发器\h7.2.4时基电路构成的单稳态触发器\h7.2.5集成单稳态触发器\h7.3施密特触发器\h7.3.1晶体管施密特触发器\h7.3.2门电路构成的施密特触发器\h7.3.3集成施密特触发器\h7.4多谐振荡器\h7.4.1晶体管多谐振荡器\h7.4.2门电路构成的多谐振荡器\h7.4.3时基电路构成的多谐振荡器\h7.4.4单结晶体管构成的多谐振荡器\h7.4.5施密特触发器构成的多谐振荡器\h7.5有源滤波器\h7.5.1低通有源滤波器\h7.5.2高通有源滤波器\h7.5.3带通有源滤波器\h7.5.4带阻有源滤波器\h第8章数字电路图实例分析与解读\h8.1数字频率计\h8.1.1电路图总体分析\h8.1.2放大与整形电路\h8.1.3计数显示电路\h8.1.4秒脉冲产生电路和闸门控制电路\h8.2无线电遥控车模\h8.2.1电路图总体分析\h8.2.2发射电路\h8.2.3接收控制电路\h8.2.4驱动电路\h8.2.5逻辑互锁电路\h8.3数字抢答器\h8.3.1电路图总体分析\h8.3.2第一信号鉴别电路\h8.3.3发光指示电路\h8.3.4复位电路\h8.3.5声音提示电路\h8.4彩灯控制器\h8.4.1电路图总体分析\h8.4.2双向移位寄存器\h8.4.3控制电路\h8.4.4固态继电器驱动电路\h8.5倒计时定时器\h8.5.1电路图总体分析\h8.5.2门电路多谐振荡器\h8.5.360分频器\h8.5.4减计数器\h8.5.5译码显示电路\h8.5.6电源电路\h8.6自动干手器\h8.6.1电路图总体分析\h8.6.2555多谐振荡器\h8.6.3红外检测电路\h8.6.4整形电路\h8.6.5微分电路\h8.6.6延时驱动电路\h8.6.7电源电路第1章了解数字电路图随着数字技术和微电子技术的飞速发展，现代电子产品以数字化、集成化为标志的更新换代越来越快，数字电路越来越多地出现在无线电和电子设备的电路图中。数字电路图识读和分析已成为学习无线电和电子技术的一项重要内容，也是电子技术爱好者和务工人员必须掌握的基本技能。1.1数字电路图的基本概念●要点提示●数字电路图是关于数字电路的图纸。数字电路图由各种逻辑符号、元器件符号和绘图符号按照一定的规则组合而成，反映出数字电路或以数字电路为主的电路的结构、逻辑关系与工作原理。●数字电路图的特点是由数字电路构成，处理数字信号，可用逻辑代数进行分析等。了解数字电路图的基本概念，认识数字电路图的特点、功能和作用，是识读和分析数字电路图首先要解决的问题。1.1.1什么是数字电路图电路图是关于电路的图纸。电路图由各种符号和线条按照一定的规则组合而成，用抽象的符号反映出电路的结构与工作原理。通过电路图，我们可以详细了解电子设备的电路结构、工作原理和接线方法，还可以进行定量的计算分析和研究。数字电路图是关于数字电路的图纸。数字电路图由各种逻辑符号、元器件符号和绘图符号按照一定的规则组合而成，反映出数字电路或以数字电路为主的电路的结构、逻辑关系与工作原理。数字电路图可以全部由数字电路构成。例如：图1-1所示为多数表决电路的电路图，它由与门（D1、D2、D3）、或非门（D4）、非门（D5）等数字逻辑电路组成。图1-1多数表决电路大多数数字电路图是以数字电路为主，另外还有外围元器件和模拟电路等。例如：图1-2所示为数字延时开关电路，电路包括与非门D1和D2、单稳态触发器D3等数字电路，还包括晶体管VT、二极管VD、电阻R1～R4、按钮开关SB、继电器K等元器件。图1-2数字延时开关电路1.1.2数字电路图的特点数字电路图是以数字电路为主构成的原理图，相比较模拟电路图而言，数字电路图的特点是由数字电路构成，处理数字信号，可用逻辑代数进行分析等。1．数字电路图的构成主体是数字电路数字电路图的主要核心元器件是数字电路，包括各种门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路和运算电路等，它们均工作于数字状态。2．数字电路图中的信息流主要是数字信号数字电路图中的各主要单元电路所处理的是二值数字信号，即该信号只有“0”和“1”两种状态，它们在时间上和数量上都是不连续的、离散的。3．数字电路图可用逻辑代数进行分析数字电路图中只画出数字电路的逻辑符号或数字集成电路的图框，一般不画出数字集成电路的内部电路。因此对于数字电路图只需要分析其逻辑关系和时序状态，而不必分析电路的内部细节。逻辑代数是主要的分析工具。1.2数字电路图的构成要素●要点提示●数字电路图由图形符号、文字符号、连线以及注释性字符等要素构成。●图形符号是指用规定的抽象图形代表各种元器件、组件、电流、电压、波形、导线和连接状态等的绘图符号。●文字符号是指用规定的字符表示各种元器件、组件、设备装置、物理量和工作状态等的绘图符号。●注释性字符是指电路图中对图形符号和文字符号作进一步说明的字符。一张完整的数字电路图是由若干要素构成的，这些要素主要包括图形符号、文字符号、连线以及注释性字符等。下面通过图1-2所示数字延时开关电路的例子，作进一步的说明。1.2.1图形符号图形符号是指用规定的抽象图形代表各种元器件、组件、电流、电压、波形、导线和连接状态等的绘图符号。图形符号由国家标准GB4728.1—2005予以规定。图形符号是构成电路图的主体。在图1-2所示数字延时开关电路图中，各种图形符号代表了组成数字延时开关的各个元器件。例如：“”表示与非门，“”表示电阻器，“”表示电容器等。各个元器件图形符号之间用连线连接起来，就可以反映出数字延时开关的电路结构，即构成了数字延时开关的电路图。1.2.2文字符号文字符号是指用规定的字符（通常为字母）表示各种元器件、组件、设备装置、物理量和工作状态等的绘图符号。文字符号由国家标准GB7159—1987予以规定。文字符号是构成电路图的重要组成部分。为了进一步强调图形符号的性质，同时也为了分析、理解和阐述电路图的方便，在各个元器件的图形符号旁标注有该元器件的文字符号。例如：在图1-2所示数字延时开关电路图中，文字符号“D”表示数字电路，“R”表示电阻器，“C”表示电容器，“VT”表示晶体管等。在一张电路图中，相同的元器件往往会有许多个，这也需要用文字符号将它们加以区别，一般是在该元器件文字符号的后面加上序号。例如：在图1-2所示电路图中，3个数字电路分别标注为“D1”、“D2”、“D3”，4个电阻器分别标注为“R1”、“R2”、“R3”、“R4”等。1.2.3注释性字符注释性字符是指电路图中对图形符号和文字符号作进一步说明的字符。注释性字符也是构成电路图的重要组成部分。注释性字符用来说明元器件的数值大小或者具体型号，通常标注在图形符号和文字符号旁。例如：在图1-2所示数字延时开关电路图中，通过注释性字符我们即可以知道数字电路D1、D2的型号为CD4011，D3的型号为CD4098；电阻器R1、R2的阻值为100kΩ，R3的阻值为10MΩ，R4的阻值为5.1kΩ；电容器C的容量为10μF；晶体管VT的型号为9013；二极管VD的型号为4001等。注释性字符还用于电路图中其他需要说明的场合。由此可见，注释性字符是我们分析电路工作原理，特别是定量地分析研究电路的工作状态所不可缺少的。第2章认识数字电路图符号组成数字电路图的符号可以分为两大部分：一部分是各种数字电路和外围元器件的符号，包括图形符号和文字符号；另一部分是导线、波形、轮廓等绘图符号。这些符号是绘制和解读数字电路图的基础语言，由国家标准予以统一规定。下面我们将国家标准GB4728.1—2005规定的图形符号和GB7159—1987规定的文字符号对应起来，以表格的形式予以介绍，以方便读者阅读和记忆。2.1数字电路的符号●要点提示●组成数字电路图的符号包括两大部分：一部分是各种数字电路和外围元器件的符号，另一部分是导线、波形、轮廓等绘图符号。●数字电路符号主要包括门电路、触发器、信号发生器、编／译码器等代码转换器、计数器和分配器、移位寄存器、信号转换器、模拟开关、算术单元和存储器等的图形符号和文字符号。数字电路符号主要包括门电路、触发器、信号发生器、编／译码器等代码转换器、计数器和分配器、移位寄存器、信号转换器、模拟开关、算术单元和存储器等的图形符号和文字符号。2.1.1门电路的符号门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、异或非门等，门电路的图形符号和文字符号见表2-1。表2-1门电路的图形符号和文字符号2.1.2触发器的符号触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器、单稳态触发器等，触发器的图形符号和文字符号见表2-2。表2-2触发器的图形符号和文字符号2.1.3计数器、分配器与选择器的符号计数器、分配器与选择器的图形符号和文字符号见表2-3。表2-3计数器、分配器与选择器的图形符号和文字符号2.1.4存储器的符号存储器和移位寄存器的图形符号和文字符号分别见表2-4和表2-5。表2-4存储器的图形符号和文字符号表2-5移位寄存器的图形符号和文字符号2.1.5信号发生与转换器件的符号信号发生器、信号转换器和代码转换器的图形符号和文字符号分别见表2-6、表2-7和表2-8。表2-6信号发生器的图形符号和文字符号表2-7信号转换器的图形符号和文字符号表2-8代码转换器的图形符号和文字符号2.1.6模拟开关与算术单元的符号模拟开关和算术单元的图形符号和文字符号分别见表2-9和表2-10。表2-9模拟开关的图形符号和文字符号表2-10算术单元的图形符号和文字符号2.2外围元器件的符号●要点提示●外围元器件是指除了数字电路以外的其他元器件。●外围元器件符号主要包括电阻器、电容器、电感器、半导体管、换能器件、控制与保护器件和信号指示器件等的图形符号和文字符号。外围元器件符号主要包括常用的电阻器、电容器、电感器、半导体管、换能器件、控制与保护器件的图形符号和文字符号。2.2.1无源元件的符号无源元件包括电阻器、电容器、电感器、晶体等，它们的图形符号和文字符号分别见表2-11～表2-14。表2-11电阻器的图形符号和文字符号表2-12电容器的图形符号和文字符号表2-13电感器的图形符号和文字符号表2-14晶体的图形符号和文字符号2.2.2半导体管的符号半导体管（含光电器件）包括晶体二极管、晶体三极管、单结晶体管、场效应管、晶闸管、光电管等，它们的图形符号和文字符号分别见表2-15和表2-16。表2-15半导体管的图形符号和文字符号表2-16光电器件的图形符号和文字符号2.2.3模拟单元的符号模拟单元的图形符号和文字符号见表2-17。表2-17模拟单元的图形符号和文字符号2.2.4换能器件的符号换能器件包括变压器、互感器、电声器件等，它们的图形符号和文字符号分别见表2-18和表2-19。表2-18电源转换器件的图形符号和文字符号表2-19电声换能器件的图形符号和文字符号2.2.5控制与保护器件的符号控制与保护器件包括开关、继电器、熔断器、避雷器等，它们的图形符号和文字符号分别见表2-20和表2-21。表2-20开关与触点的图形符号和文字符号表2-21其他控制与保护器件的图形符号和文字符号2.3绘图符号●要点提示●绘图符号主要包括连接线、轮廓线、接地线、电压、电流、信号波形等符号。●绘图符号的作用是形成完整的电路图。电路图中除了元器件符号以外，还必须有连接线、轮廓线、接地线等，以及表示电压、电流、信号波形的各种符号，才能形成完整的电路图，我们把这些符号统称为绘图符号。2.3.1轮廓与连接符号轮廓与连接符号见表2-22。表2-22轮廓与连接符号2.3.2限定符号限定符号包括电压与电流符号、运动和流动方向符号、信号波形符号等，分别见表2-23、表2-24和表2-25。表2-23电压与电流种类的符号表2-24运动和流动方向的符号表2-25信号波形的符号2.3.3导线与接地符号导线连接以及接地符号等见表2-26和表2-27。表2-26导线及其连接的符号表2-27接地等符号第3章掌握数字电路基础数字电路技术是建立在数字技术理论基础之上的。掌握一定的数字电路基础理论知识，是看懂数字电路图的前提。数字电路的基础理论知识主要有二进制和二进制编码、逻辑关系和逻辑代数以及基本公式和定律等。3.1常用数制和码制●要点提示●数制即计数体制，是指计数的方法和规则。数字电路中采用的是二进制数制。●码制即编码体制，在数字电路中主要是指用二进制数来表示非二进制数的编码方法和规则。●十进制数的特点是“逢十进一”，十进制数各位的位权是10的整数幂（小数部分各位的位权是10的负整数幂）。●二进制数的特点是“逢二进一”，二进制数各位的位权是2的整数幂。●BCD码即二-十进制码，它使用4位二进制数表示一位十进制数。●8421码属于有权码，其4位二进制代码的每一位都有确定的位权，从高位到低位依次为“8”、“4”、“2”、“1”。常用数制主要有十进制、二十四进制、六十进制、二进制和八进制等，常用码制主要有8421码、余3码和格雷码等。3.1.1什么是数制和码制1．数制数制即计数体制，是指人们进行计数的方法和规则。在我们的日常生活和工作中，经常会用到不同的一些数制，例如：平常计数和计算所使用的十进制，时间上分、秒计数的六十进制，小时计数的十二进制或二十四进制，每星期天数计数的七进制等，其中使用得最多、最普遍的是十进制。数字电路中采用的是二进制，这是因为二进制只有“1”和“0”两个数码，可以方便地用电流的有无、电压的高低、电路的通断等两种状态来表示。2．码制码制即编码体制，在数字电路中主要是指用二进制数来表示非二进制数字以及字符的编码方法和规则。3.1.2十进制十进制是最基本、最重要的计数体制，也是我们最熟悉、最习惯的计数体制，我们平时写出来的不作任何标记的数都是十进制数。1．十进制数的特点十进制数的最显著特点是“逢十进一”，即：有10个“一”就进位成为1个“十”，有10个“十”就进位成为1个“百”，依此类推。十进制数有10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，它们在一个十进制数中所处的位置不同，其所表示的数值也不同。例如：在十进制数“345”中，“5”处于个位表示五，“4”处于十位表示四十，“3”处于百位表示三百，“345”表示三百四十五。这种差别是由各位的位权带来的。2．十进制数的位权十进制数各位的位权是10的整数幂（小数部分各位的位权是10的负整数幂）。例如：个位的位权是100＝1，十位的位权是101＝10，百位的位权是102＝100，千位的位权是103＝1000，见表3-1。一个十进制数的数值是各位系数与位权乘积的和。表3-1十进制数各位的位权注：n为正整数。3.1.3二进制二进制是另一种重要的计数体制。虽然二进制不符合我们的计数习惯，也不够直观，但是二进制具有计算规则简单、电路实现方便的优势，是数字电路中最基本的计数体制。1．二进制数的特点二进制数的最显著特点是“逢二进一”，即：二进制数的每一位只要有2个“一”，就进位成为上一位的1个“一”，用算式表示就是：“1＋1＝10”。我们需要特别注意的是，这个算式中的数字都是二进制数，绝不能将等式右边的和“10”（一零）误作十进制数中的10（十）。在可能混淆引起误解的场合，应将数字用括号括起来，并在括号外右下角标注代表数制的字符。例如：（1001）2是二进制数“一零零一”，（1001）10是十进制数“一千零一”。2．二进制数的位权二进制数只有两个数码：0和1。与十进制数一样，二进制数的各位也有相应的位权，二进制数各位的位权是2的整数幂，见表3-2。例如：“1”在右起第一位时（位权是20＝1）表示一，“1”在右起第二位时（位权是21＝2）表示二，“1”在右起第三位时（位权是22＝4）表示四，“1”在右起第四位时（位权是23＝8）表示八，依此类推。表3-2二进制数各位的位权3．二进制数的十进制数值一个二进制数的十进制数值是各位系数与位权乘积的和。例如：（1101）2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝（13）10，即二进制数“1101”等于十进制数“13”。在数字电路中有时还使用八进制和十六进制的数制，二进制是八进制和十六进制的基础。3.1.4BCD码数字电路采用的基本数制是二进制，而人们熟悉和习惯使用的数制是十进制，因此有必要在二进制与十进制之间建立一座桥梁、一种转换机制，以方便数字电路的解读和分析。BCD码就是一种用二进制数表示十进制数的码制。1．BCD码的种类BCD码全称为二-十进制码，它使用4位二进制数表示一位十进制数。每4位二进制数可以组成“0000”～“1111”总共16个代码，而一位十进制数只有0～9十个数码，因此只需要从16个代码中选用10个按一定规则进行编码即可。BCD码可以有多种编码方式，例如：8421码、5421码、2421码、余3码、格雷码等。2．8421码8421码是一种常用的BCD码。8421码属于有权码，其4位二进制代码的每一位都有确定的位权，从高位到低位依次为“8”、“4”、“2”、“1”，如图3-1所示，所以称之为“8421码”。8421码的编码表见表3-3。图3-18421码的位权表3-38421码编码表3.2基本逻辑关系●要点提示●基本的逻辑关系有3种：逻辑与、逻辑或和逻辑非。●只有当所有条件都满足时结果才出现，这样一种因果关系称之为“逻辑与”关系。●只要有一个条件能满足时结果就会出现，这样一种因果关系称之为“逻辑或”关系。●条件满足时结果就不出现，条件不满足时结果就出现，这样一种因果关系称之为“逻辑非”关系。逻辑关系是指事物的条件与结果之间的因果关系。基本的逻辑关系有3种：逻辑与、逻辑或和逻辑非。3.2.1逻辑与关系在决定某一事物结果的若干条件中，只有当所有条件都满足时，结果才出现，否则结果就不会出现，这样一种因果关系称之为“逻辑与”关系。例如：图3-2所示两个开关串联控制电灯的电路中，只有当两个开关S1、S2都闭合时，电灯EL才会亮；只要有一个开关不闭合，电灯EL就不会亮。这就是逻辑与的关系。图3-2逻辑与控制电灯3.2.2逻辑或关系在决定某一事物结果的若干条件中，只要有一个条件能满足时，结果就会出现；只有当所有条件都不满足时，结果才不出现，这样一种因果关系称之为“逻辑或”关系。例如：图3-3所示两个开关并联控制电灯的电路中，两个开关S1、S2中只要有一个闭合时，电灯EL就会亮；只有两个开关都不闭合，电灯EL才不亮。这就是逻辑或的关系。图3-3逻辑或控制电灯3.2.3逻辑非关系在具有因果关系的某一事物中，当条件满足时，结果就不出现；当条件不满足时，结果就出现，这样一种因果关系称之为“逻辑非”关系。例如：图3-4所示旁路开关控制电灯的电路中，当开关S闭合时，电灯EL不亮；当开关S不闭合时，电灯EL亮。开关S的闭合与电灯EL的亮之间就是逻辑非的关系。图3-4逻辑非控制电灯3.3逻辑代数●要点提示●逻辑代数的基本逻辑运算有3种：逻辑乘、逻辑加和逻辑非。●逻辑代数中的变量只有“1”和“0”两个取值，它们不表示具体的数量，只是表示逻辑状态。●逻辑乘的意义是：A和B都为“1”时，Y才为“1”。实现逻辑乘的数字电路是与门。●逻辑加的意义是：A和B中只要有一个或一个以上为“1”时，Y即为“1”。实现逻辑加的数字电路是或门。●逻辑非的意义是：Y总是与A相反。实现逻辑非的数字电路是非门。●逻辑代数的基本公式和定律主要有0-1律、重叠律、互补律、还原律和摩根定理等。●摩根定理是逻辑代数中最重要的定理之一。摩根定理又叫反演律，它将逻辑加与逻辑乘有机联系在一起，实现了两者的互相转换。逻辑代数是按照一定的逻辑规则进行逻辑运算的代数，是分析数字电路的数学工具。对应于逻辑与、逻辑或、逻辑非3种基本逻辑关系，逻辑代数的基本逻辑运算有3种：逻辑乘、逻辑加和逻辑非。3.3.1逻辑变量逻辑代数中的变量包括自变量（前因）和因变量（后果），都只有两个取值：“1”和“0”。在逻辑代数中，“1”和“0”不表示具体的数量，而只是表示逻辑状态。例如：电位的高与低、信号的有与无、电路的通与断、开关的闭合与断开、晶体管的截止与导通等。3.3.2逻辑乘反映逻辑与关系的逻辑运算叫做逻辑乘，其逻辑函数表达式为：Y＝A·B（可简写为：Y＝AB）式中，A和B是输入变量，Y是输出变量，“·”表示逻辑乘运算。1．逻辑乘的意义逻辑乘的意义是：A和B都为“1”时，Y才为“1”；A和B中只要有一个为“0”时，Y必为“0”。例如：在上节提到的两个开关串联控制电灯的电路中（见图3-2），设开关闭合为“1”、断开为“0”，电灯亮为“1”、不亮为“0”，则很明显可以看出：只有当A（S1）＝1并且B（S2）＝1时，才有Y（EL）＝1；A和B中只要有一个为“0”时，则Y＝0。由此可见，逻辑乘的运算规则为：将以上运算规则列表，即为逻辑乘的逻辑函数真值表，见表3-4。表3-4逻辑乘真值表2．逻辑乘的实现电路实现逻辑乘的数字电路是与门。图3-5（a）所示为有A、B两个输入端的与门，可实现A、B两个输入变量的逻辑乘运算。逻辑乘的输入变量可以有两个以上，分别用A、B、C、D、…表示，相应的逻辑函数表达式为：Y＝ABCD…，图3-5（b）所示为多输入端与门。图3-5与门3.3.3逻辑加反映逻辑或关系的逻辑运算叫做逻辑加，其逻辑函数表达式为：Y＝A＋B式中，A和B是输入变量，Y是输出变量，“＋”表示逻辑加运算。1．逻辑加的意义逻辑加的意义是：A和B中只要有一个或一个以上为“1”时，Y即为“1”；只有A和B都为“0”时，Y才为“0”。例如：在上节提到的两个开关并联控制电灯的电路中（见图3-3），设开关闭合为“1”、断开为“0”，电灯亮为“1”、不亮为“0”，则很明显可以看出：只要当A（S1）＝1，或者B（S2）＝1，或者A、B＝1时，就有Y（EL）＝1；只有A和B都为“0”时，才有Y＝0。由此可见，逻辑加的运算规则为：将以上运算规则列表，即为逻辑加的逻辑函数真值表，见表3-5。表3-5逻辑加真值表2．逻辑加的实现电路实现逻辑加的数字电路是或门。图3-6（a）所示为有A、B两个输入端的或门，可实现A、B两个输入变量的逻辑加运算。逻辑加的输入变量可以有两个以上，分别用A、B、C、D、…表示，相应的逻辑函数表达式为：Y＝A＋B＋C＋D＋…，图3-6（b）所示为多输入端或门。图3-6或门3.3.4逻辑非反映逻辑非关系的逻辑运算仍叫做逻辑非，其逻辑函数表达式为：式中，A是输入变量，Y是输出变量，“A”上面加一杠（Ā）表示对变量A进行逻辑非运算。1．逻辑非的意义逻辑非的意义是：A为“1”时，Y即为“0”；A为“0”时，Y即为“1”；Y总是与A相反。例如：在上节提到的旁路开关控制电灯的电路中（见图3-4），设开关闭合为“1”、断开为“0”，电灯亮为“1”、不亮为“0”，则很明显可以看出：当A＝1时，Y＝0；当A＝0时，Y＝1。由此可见，逻辑非的运算规则为：将以上运算规则列表，即为逻辑非的逻辑函数真值表，见表3-6。表3-6逻辑非真值表2．逻辑非的实现电路实现逻辑非的数字电路是非门，也称为反相器。图3-7所示为非门，A为输入端，Y为输出端。图3-7非门3.3.5基本公式和定律在分析和解读数字电路时，需要用到一些逻辑代数的基本公式和基本定律。这些基本公式和定律，有的与普通代数相似，如交换律、结合律、分配律等；有的则是逻辑代数所特有的，如0-1律、重叠律、互补律、还原律、摩根定理等。下面着重介绍逻辑代数的特殊公式和定律。1．0-1律0-1律是逻辑代数的基本定律之一，可用以下4个公式表述：以上公式很好理解：前两式属于逻辑乘运算，只有1·1＝1，否则结果都等于“0”，因此，式（3-1）的结果恒等于“0”，式（3-2）的结果由A决定；后两式属于逻辑加运算，加数中只要有“1”，结果就为“1”，因此，式（3-3）的结果由A决定，式（3-4）的结果恒等于“1”。2．重叠律重叠律可用以下两个公式表述：因为A是逻辑变量，取值只能是“0”或“1”。在逻辑加运算中，0＋0＝0，1＋1＝1，所以式（3-5）成立。在逻辑乘运算中，0·0＝0，1·1＝1，所以式（3-6）成立。3．互补律互补律可用式（3-7）和式（3-8）表述：因为A和Ā中必定一个是“1”，另一个是“0”，式（3-7）是逻辑加运算，1＋0＝1；式（3-8）是逻辑乘运算，1·0＝0。4．还原律还原律可用式（3-9）表述：由于逻辑变量只有“1”和“0”两个状态，式（3-9）说明当对一个逻辑变量进行两次反相后，必然等于该逻辑变量本身。5．摩根定理摩根定理可用式（3-10）和式（3-11）表述：摩根定理又叫反演律，它将逻辑加与逻辑乘有机联系在一起，实现了两者的互相转换，给我们研究、分析和设计数字逻辑电路提供了极大的方便。摩根定理是逻辑代数中最重要的定理之一。当有两个以上的逻辑变量时，摩根定理仍然成立，即：摩根定理可以用列逻辑函数真值表的方法予以证明。（1）表3-7为与的真值表，从表中可以看到与的状态完全相同，因此，式（3-10）成立。表3-7与的真值表（2）表3-8为与的真值表，同样证明了，式（3-11）成立。表3-8与的真值表第4章理解数字电路的特点与作用数字集成电路（简称数字电路）是指传输和处理数字信号的集成电路，包括门电路、触发器、计数器、译码器、寄存器（含移位寄存器）、模拟开关和数据选择器以及运算电路等。数字信号在时间上和数值上都是不连续的，是断续变化的离散信号。数字信号往往采用二进制数表示，数字电路的工作状态则用“1”和“0”表示。4.1门电路●要点提示●能够实现各种基本逻辑关系的电路通称为门电路。门电路的特点是工作于开关状态，输出信号与输入信号之间具有特定的逻辑关系，可用逻辑代数进行分析。●基本门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门等。●与门的逻辑关系为Y＝AB。●或门的逻辑关系为Y＝A＋B。●非门的逻辑关系为Y＝Ā。●与非门的逻辑关系为。●或非门的逻辑关系为。●异或门的逻辑关系为。●异或非门的逻辑关系为。●门电路的主要作用是逻辑控制和多谐振荡。门电路还可以用作模拟放大器。4.1.1门电路的特点能够实现各种基本逻辑关系的电路通称为门电路。门电路是最基本和最常用的数字电路单元，是构成组合逻辑电路的基本部件，也是构成时序逻辑电路的组成部件之一。门电路的主要特点如下。（1）门电路工作于开关状态，处理的是二进制数字信号，即门电路的输入信号和输出信号只有两种状态：“0”或“1”。（2）门电路的输出信号与输入信号之间具有特定的逻辑关系，输出信号的状态仅取决于当时的输入信号的状态。（3）门电路的功能可用逻辑表达式表示，并可用逻辑代数进行分析。4.1.2基本门电路基本门电路包括与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门等。1．与门与门的符号和逻辑表达式如图4-1所示，A、B为输入端，Y为输出端。与门可以有更多的输入端。图4-1与门与门的逻辑关系为Y＝AB，即只有当所有输入端A和B均为“1”时，输出端Y才为“1”；否则Y为“0”。与门真值表见表4-1。表4-1与门真值表2．或门或门的符号和逻辑表达式如图4-2所示，A、B为输入端，Y为输出端。或门可以有更多的输入端。图4-2或门或门的逻辑关系为Y＝A＋B，即只要输入端A和B中有一个为“1”时，Y即为“1”；所有输入端A和B均为“0”时，Y才为“0”。或门真值表见表4-2。表4-2或门真值表3．非门非门的符号和逻辑表达式如图4-3所示，A为输入端，Y为输出端。图4-3非门非门的逻辑关系为Y＝Ā，即输出端Y总是与输入端A相反。非门又叫反相器。非门真值表见表4-3。表4-3非门真值表4．与非门与非门的符号和逻辑表达式如图4-4所示，A、B为输入端，Y为输出端。与非门可以有更多的输入端。图4-4与非门与非门的逻辑关系为，即只有当所有输入端A和B均为“1”时，输出端Y才为“0”；否则Y为“1”。与非门真值表见表4-4。表4-4与非门真值表5．或非门或非门的符号和逻辑表达式如图4-5所示，A、B为输入端，Y为输出端。或非门可以有更多的输入端。图4-5或非门或非门的逻辑关系为，即只要输入端A和B中有一个为“1”时，Y即为“0”；所有输入端A和B均为“0”时，Y才为“1”。或非门真值表见表4-5。表4-5或非门真值表6．异或门异或门的符号和逻辑表达式如图4-6所示，A、B为输入端，Y为输出端。图4-6异或门异或门的逻辑关系为，即只有当两个输入端A与B的信号不同时（一个为“1”而另一个为“0”），输出端Y才为“1”；当A＝B时，Y＝0。异或门真值表见表4-6。表4-6异或门真值表7．异或非门异或非门的符号和逻辑表达式如图4-7所示，A、B为输入端，Y为输出端。图4-7异或非门异或非门的逻辑关系为，即只有当两个输入端A与B的信号不同时（一个为“1”而另一个为“0”），输出端Y才为“0”；当A＝B时，Y＝1。异或非门真值表见表4-7。表4-7异或非门真值表4.1.3门电路的作用门电路的主要作用是逻辑控制和多谐振荡。门电路还可以用作模拟放大器。1．逻辑控制图4-8所示为声光控路灯电路，由非门D1、与门D2实现逻辑控制。图4-8声光控路灯电路夜晚无强环境光时，环境光检测电路输出为“0”，经D1反相后为“1”，打开了与门D2。这时如有行人的脚步声，声音检测电路输出为“1”。由于与门D2的两个输入端都为“1”，因此D2输出为“1”，使晶体管VT导通，继电器吸合，路灯自动点亮。白天环境光较强时，D1输出为“0”，关闭了与门D2，即使有脚步声路灯也不会点亮。2．多谐振荡器图4-9所示为门控多谐振荡器电路，由两个与非门D1、D2构成，其中D2两输入端并接作非门用。电路振荡与否受与非门D1的A输入端控制。图4-9门控多谐振荡器电路当控制端A＝0时，电路停振。当控制端A＝1时，电路起振，输出为方波信号，振荡频率。图4-9所示电路的振荡频率f＝900Hz，可通过改变R、C的大小改变振荡频率。3．模拟放大器图4-10所示为门电路构成的模拟电压放大器，由3个非门D1、D2、D3串接而成。R2为反馈偏置电阻，将3个非门的工作点偏置在附近。R1为输入电阻。电路的电压放大倍数，按图中参数放大倍数A＝100倍。图4-10模拟电压放大器4.2触发器●要点提示●触发器是时序电路的基本单元。触发器的主要特点是具有记忆功能。●RS触发器的特点是电路具有Q＝1或Q＝0两个稳定状态。●D触发器的特点是输出状态的改变依赖于时钟脉冲的触发。●单稳态触发器的特点是触发后能够自动从暂稳态恢复到稳态。●施密特触发器的特点是具有滞后电压特性，可将缓慢变化的电压信号转变为边沿陡峭的矩形脉冲。4.2.1触发器的特点触发器是时序电路的基本单元，在数字信号的产生、变换、存储、控制等方面应用广泛。按结构和工作方式不同，触发器可分为：RS触发器、D触发器、JK触发器、单稳态触发器、施密特触发器等。触发器的主要特点如下。（1）触发器具有记忆功能，能够存储前一时刻的输出状态。（2）触发器具有“0”和“1”两种输出状态，并能在触发信号的触发下相互转换。（3）触发器的输出状态不仅与当时的输入信号有关，而且与前一时刻的输出状态有关。4.2.2RS触发器RS触发器即复位-置位触发器，是最简单的基本触发器，也是构成其他复杂结构触发器的组成部分之一。RS触发器如图4-11所示，它有两个输入端：置“1”输入端S、置“0”输入端R；有两个输出端：输出端Q和反相输出端。图4-11RS触发器1．RS触发器的特点RS触发器的特点是，电路具有两个稳定状态：Q＝1或Q＝0。R输入端只能使触发器处于Q＝0的状态，S输入端只能使触发器处于Q＝1的状态。RS触发器真值表见表4-8。表4-8RS触发器真值表2．RS触发器的作用RS触发器常用于单脉冲产生、状态控制等电路中。（1）单脉冲产生。图4-12所示为RS触发器构成的消抖开关电路，每按一下按钮开关SB，电路输出一个单脉冲，完全消除了机械开关触点抖动产生的抖动脉冲。图4-12消抖开关电路当按下SB时，输入端S＝1，使触发器置“1”，输出端Q＝1。这时即使SB产生机械抖动，只要机械触点不返回到R端，输出端Q仍保持“1”不变，消除了抖动脉冲信号。当松开SB时，输入端R＝1，使触发器置“0”，虽然SB产生机械抖动，但输出端Q仍保持“0”不变。（2）状态控制。图4-13所示为RS触发器构成的触摸开关电路，“开”和“关”为两对金属触摸触点。图4-13触摸开关电路当用手触摸“开”触点时，人体电阻将触点接通，电源电压＋VCC加至S端使触发器置“1”，输出端Q＝1，晶体管VT导通，继电器K吸合，电灯EL点亮。当用手触摸“关”触点时，电源电压＋VCC加至R端使触发器置“0”，输出端Q＝0，晶体管VT截止，继电器释放，电灯熄灭。4.2.3D触发器D触发器又称为延迟触发器，是一种边沿触发器。D触发器具有数据输入端D、时钟输入端CP、输出端Q和反相输出端，如图4-14所示。其中图4-14（a）所示为CP上升沿触发的D触发器，图4-14（b）所示为CP下降沿触发的D触发器。图4-14D触发器1．D触发器的特点D触发器的特点是，输出状态的改变依赖于时钟脉冲CP的触发，即在时钟脉冲边沿的触发下，数据才得以由输入端D传输到输出端Q。没有触发信号时触发器中的数据则保持不变。上升沿触发型D触发器和下降沿触发型D触发器的真值表分别见表4-9和表4-10。表4-9D触发器真值表（上升沿触发）表4-10D触发器真值表（下降沿触发）2．D触发器的作用D触发器常用于数据锁存、计数和分频等电路中。（1）数据锁存。图4-15所示为4个D触发器构成的4位数据锁存器电路，D1～D4为数据输入端，Q1～Q4为数据输出端。4个D触发器的时钟输入端并联，在时钟脉冲CP上升沿的触发下，将D1～D4端的数据输入触发器，并从Q1～Q4端输出。在下一个时钟脉冲CP上升沿到来之前，即使D1～D4输入端的数据消失，其Q1～Q4输出端的数据仍不变，实现了所谓的“锁存”。图4-154位数据锁存器电路（2）分频。图4-16所示为D触发器构成的3级分频电路，每个D触发器的反相输出端与自身的数据输入端D相连接，构成2分频单元。3级2分频单元串接可实现8分频电路。增加串接的分频单元的数量，即可相应增大分频比，n级2分频单元串接可实现2n分频。图4-163级分频电路4.2.4单稳态触发器单稳态触发器是具有一个稳态和一个暂稳态的触发器。单稳态触发器如图4-17所示。它一般具有两个触发端：上升沿触发端TR＋和下降沿触发端；具有两个输出端：Q端和端，Q和端的输出信号互为反相。另外还具有清零端、外接电阻端Re和外接电容端Ce。图4-17单稳态触发器1．单稳态触发器的特点单稳态触发器的特点是触发后能够自动从暂稳态恢复到稳态。稳态时输出端Q＝0，在触发脉冲的触发下，电路翻转为暂稳态（Q＝1），经过一定时间后又自动恢复到稳态（Q＝0）。单稳态触发器被触发后即输出一个恒定宽度的矩形脉冲，该矩形脉冲的宽度由外接定时元件Re和Ce决定，而与触发脉冲的宽度无关。表4-11为单稳态触发器真值表。表4-11单稳态触发器真值表2．单稳态触发器的作用单稳态触发器主要应用于脉冲信号展宽、整形、延迟电路，以及定时器、振荡器、数字滤波器、频率／电压变换器等。（1）定时。图4-18所示为单稳态触发器构成的100ms定时器电路，采用TR＋输入端触发，每按下一次SB，输出端Q便输出一个宽度为100ms的高电平信号。输出脉宽TW由R1和C的大小决定，TW＝0.69R1C。改变定时元件R1和C的大小，即可改变定时时间。图4-18定时器电路（2）数字滤波。图4-19所示为数字带通滤波器电路，由两个单稳态触发器构成，单稳态触发器D1的输出脉宽等于输入信号频率上限的周期，单稳态触发器D2的输出脉宽等于输入信号频率下限的周期。图4-19数字带通滤波器电路当输入信号频率高于上限时，单稳态触发器D1的反相输出端，关闭了与门D3，输出端信号Uo＝0。当输入信号频率低于下限时，单稳态触发器D2的输出端Q＝0，也使与门D3关闭，输出端信号Uo＝0。只有输入信号频率在所限定的频率范围内时，D1的并且D2的Q＝1，与门D3才打开，允许输入信号通过。由于单稳态触发器D1和D2的输出脉宽分别由外接定时元件R1和C1、R2和C2决定，所以可通过改变这些外接定时元件来选择通带频率的上、下限。4.2.5施密特触发器施密特触发器是常用的整形电路，可将缓慢变化的电压信号转变为边沿陡峭的矩形脉冲。图4-20（a）所示为同相输出型施密特触发器，图4-20（b）所示为反相输出型施密特触发器。施密特触发器具有一个输入端A和一个输出端Q（或）。图4-20施密特触发器1．施密特触发器的特点施密特触发器的特点是具有滞后电压特性，即电路翻转的正向阈值电压UT＋不等于负向阈值电压UT-，而是具有一定的差值，滞后电压ΔUT＝UT＋－UT-。图4-21所示为施密特触发器工作波形图。图4-21施密特触发器工作波形2．施密特触发器的作用施密特触发器常用于脉冲整形、电压幅度鉴别、模／数转换、多谐振荡器以及接口电路等。（1）整形。图4-22所示为光控整形电路。光线的缓慢变化由光电三极管VT接收并转换为电信号，施密特触发器D将缓慢变化的电信号整形成为边沿陡峭的脉冲信号输出。图4-22光控整形电路无光照时光电三极管VT截止，施密特触发器D输出端信号Uo＝0。当有光照射到光电三极管VT时，VT导通使施密特触发器D输入端为“0”，其输出端信号Uo＝1。（2）振荡。施密特触发器组成多谐振荡器时电路非常简单，仅需外接一个电阻和一个电容，如图4-23所示。图4-23多谐振荡器电阻R跨接在施密特触发器D两端，与电容C构成充放电回路，决定多谐振荡器的振荡频率。改变R、C的大小即可改变振荡频率。振荡频率还与电路的电源电压VDD、施密特触发器的正负阈值电压UT＋、UT-有关。电路输出Uo为连续的脉冲方波。4.3计数器●要点提示●计数器包括加计数器、减计数器、加／减计数器、可预置计数器、可编程计数器、计数分配器等，是数字系统中应用最多的时序逻辑电路。●计数器的主要特点是具有记忆功能，它能对输入的脉冲按一定的规则进行计数，并由输出端的不同状态予以表示。●计数器主要应用于计数、分频、定时、脉冲分配等电路。4.3.1计数器的特点计数器是一种计数装置，是数字系统中应用最多的时序逻辑电路。计数器电路具有很多品种，例如二进制计数器、十进制计数器、加计数器、减计数器、加／减计数器、可预置计数器、可编程计数器、计数分配器等。计数器的主要特点是具有记忆功能，它能对输入的脉冲按一定的规则进行计数，并由输出端的不同状态予以表示。图4-24（a）所示为无预置数输入端的计数器，图4-24（b）所示为有预置数输入端（并行数据输入端）的计数器。图中：CP为串行数据输入端（计数输入端），P1～Pn为并行数据输入端（预置数端），Q1～Qn为输出端。图4-24计数器4.3.2计数器的作用计数器主要应用于计数、分频、定时、脉冲分配等电路。1．计数集成计数器可以构成加法计数器、减法计数器、加／减两用计数器等。（1）加法计数器。图4-25所示为8位二进制加法计数器电路，由两块4位集成计数器CC4520串行级联而成，计数信号由D1的CP端输入，计数结果用8位二进制码表示，最大计数值为28－1＝255。SB为清零按钮。图4-25加法计数器电路（2）减法计数器。图4-26所示为CC14526构成的可预置数的4位二进制减法计数器电路。S1～S4为预置数（D1～D4）的设置开关，合上为“1”，断开为“0”。S6为送数开关，合上时预置数被送入计数器内，使Q1～Q4＝D1～D4。计数信号由CP端输入作减法计数。S5为清零按钮。图4-26减法计数器电路（3）加／减两用计数器。图4-27所示为可预置数的BCD码加／减两用计数器电路，采用CC4510构成，既可作加法计数，又可作减法计数，由开关S3控制。S3接电源电压VDD时电路为加法计数器，S3接地时电路为减法计数器。输出为4位二进制数（8421码）表示的十进制数。S1为送数开关，S2为清零按钮。图4-27加／减两用计数器电路2．分频集成计数器可用作分频器。图4-28所示为采用12位二进制串行计数器CC4040构成的12级分频器电路。被分频信号由CP端输入，分频后的信号分别由Q1～Q12输出，最小分频数为21＝2，最大分频数为212＝4096，即：Q1端的输出信号频率为输入信号的，Q12端的输出信号频率为输入信号的。图4-2812级分频器电路3．定时集成计数器可用作定时器。图4-29所示为采用14位二进制计数器CC4060构成的多路定时器电路。它具有10个输出端（Q4～Q10、Q12～Q14），可同时输出10种定时时间，以分别控制10个负载。图4-29多路定时器电路集成电路CC4060内部包含多谐振荡器和14级二分频器两部分单元电路。多谐振荡器的作用是产生时钟脉冲，电路的基本定时时间T等于一个时钟脉冲周期，调节外接定时元件R1或C即可改变基本定时时间。10个输出端的定时时间分别为基本定时时间T的2n倍，最小为24T（16T），最大为214T（16384T）。如果取R1＝68kΩ、C＝6.8μF，则T＝2.2R1C≈1s，那么电路最小定时时间为16s，最大定时时间可达4h30min以上。定时时间到达时，相应的输出端输出一个“1”信号。4．脉冲分配集成计数器还可用作脉冲信号分配。图4-30所示为采用集成电路CC4017构成的十进制计数分配器电路，脉冲信号由CP端输入，“1”信号依次出现在Y0～Y910个输出端上，实现了对脉冲信号的十进制分配。SB为清零按钮。图4-30十进制计数分配器电路4.4译码器●要点提示●译码器是一种组合逻辑电路，可分为显示译码器和数码译码器两大类。●译码器的主要特点是具有译码功能，能够按照预定的编码规则将一种数码转换成另一种数码。●显示译码器的特点是将输入信号译码后直接驱动显示器件显示出数码来。显示译码器的主要作用是译码并驱动显示。●数码译码器的特点是将一种数码的输入信号译码为另一种数码输出。数码译码器的主要作用是进行数码转换。4.4.1译码器的特点译码器是一种组合逻辑电路，它的输出状态是其输入信号各种组合的结果。译码器可分为显示译码器和数码译码器两大类。译码器的主要特点是具有译码功能，能够按照预定的编码规则将一种数码转换成另一种数码。对于每一种输入信号的组合，都会给出对应的输出信号，用以控制后续电路，或者驱动显示器实现数码的显示。4.4.2显示译码器显示译码器的特点是将输入信号译码后直接驱动显示器件显示出数码来。输入信号可以是二进制码、BCD码、十进制计数脉冲等。输出端可以驱动LED（发光二极管）数码管、LCD（液晶）数码管、荧光数码管等。1．常用显示译码器（1）BCD码-7段显示译码器如图4-31所示。A、B、C、D为4个BCD码输入端，a～g为7个输出端，分别控制7段数码管的7个笔画。当输入4位BCD码时，相应的输出端便会驱动7段数码管显示出该4位BCD码所代表的十进制数字。图4-31BCD码-7段显示译码器（2）十进制计数-7段显示译码器如图4-32所示。CP为脉冲信号输入端，R为清零端，a～g为7个输出端。当CP端有脉冲信号输入时，电路便对其进行十进制计数，并将计数结果通过7个输出端驱动7段数码管显示出来。图4-32十进制计数-7段显示译码器2．显示译码器的作用显示译码器的主要作用是译码并驱动显示。（1）图4-33所示为一位BCD码译码显示电路，采用BCD码锁存／7段译码／驱动集成电路CC14544构成。BCD码由输入端A、B、C、D并行输入，经CC14544译码后，驱动共阴极LED数码管显示出相应数字。如需要驱动共阳极LED数码管，则将CC14544的DFI端改接到VDD即可。图4-33一位BCD码译码显示电路（2）图4-34所示为两位十进制计数显示电路，由两块十进制计数／7段译码／驱动集成电路CC4033（D1、D2）组成。脉冲信号由D2的CP端串行输入，计数结果由两个共阴极LED数码管显示出两位数字，最大计数值为“99”。SB为清零按钮。图4-34两位十进制计数显示电路4.4.3数码译码器数码译码器的特点是将一种数码的输入信号译码为另一种数码输出，如图4-35所示。图4-35数码译码器数码译码器具有若干个输入端（A、B、…n）和若干个输出端（Y1、Y2、…Yn），一种数码从输入端输入，从输出端即可得到另一种数码。数码译码器也有多种，如BCD码-十进制码译码器、十进制码-BCD码译码器、4线-16线译码器、4选1译码／分离器等。数码译码器的主要作用是进行数码转换。（1）图4-36所示为BCD码-十进制码译码器CC4028，具有4个输入端A、B、C、D，10个输出端Y0～Y9。输入信号为4位BCD码（用8421码表示的十进制数），输出信号则是十进制码（Y0～Y9依次为“1”）。图4-36BCD码-十进制码译码器由于4位8421码具有16种状态，而表示十进制数只需要前10种状态，因此后6种状态称为“伪码”。CC4028的逻辑设计采用拒绝伪码方案，当输入代码为“1010”～“1111”时，所有输出端均为“0”。利用CC4028输入端中的A、B、C3位二进制输入，可得到八进制码输出。（2）图4-37所示为4线-16线译码器CC4514，同样具有A、B、C、D4个输入端，但具有16个输出端Y0～Y15。输入信号是4位二进制码，输出信号则是十六进制码（Y0～Y15依次为“1”）。图4-374线-16线译码器4.5移位寄存器●要点提示●移位寄存器是一种时序逻辑电路，主要特点是不仅可以寄存数据，而且还具有移位的功能。●移位寄存器可分为右移、左移、双向移位等种类。●移位寄存器的主要作用是数据寄存移位、串行／并行数据转换和并行／串行数据转换等。4.5.1移位寄存器的特点移位寄存器是一种时序逻辑电路。移位寄存器的主要特点是不仅可以寄存数据，而且还具有移位的功能，即移位寄存器里存储的数据，可以在时钟脉冲的作用下逐步右移或左移。移位寄存器是数字系统和电子计算机中的一个重要部件，在数据寄存、传送、延迟、串行／并行转换和并行／串行转换等方面应用广泛。4.5.2移位寄存器的种类移位寄存器可分为右移、左移、双向移位等种类。输入方式有串行输入、并行输入、串行／并行输入等。输出方式有串行输出、并行输出、串行／并行输出等。1．右移移位寄存器图4-38所示为4位右移移位寄存器原理示意图，D为串行数据输入端，Q4为串行数据输出端。数据从D端串行输入移位寄存器，在时钟脉冲CP的作用下逐步向右移位，经过4个CP周期后从Q4端串行输出。Q1～Q4为并行数据输出端，P1～P4为并行数据输入端。图4-38右移移位寄存器2．左移移位寄存器图4-39所示为4位左移移位寄存器原理示意图，D为串行数据输入端，Q1为串行数据输出端。串行数据从D端输入移位寄存器，在时钟脉冲CP的作用下逐步向左移位，经过4个CP周期后从Q1端串行输出。Q1～Q4为并行数据输出端，P1～P4为并行数据输入端。图4-39左移移位寄存器4.5.3移位寄存器的作用移位寄存器的主要作用是数据寄存移位、串行／并行数据转换和并行／串行数据转换等。1．数据寄存移位（1）图4-40所示为彩灯控制器电路，采用了两块4位静态移位寄存器CC4035，其8个寄存单元连接成环形，8个输出端可控制8路彩灯。图4-40彩灯控制器电路彩灯的初始状态由预置数开关S1～S8设置，开关闭合为“1”、断开为“0”。按下送数按钮SB时预置数进入移位寄存器，Q1～Q8＝P1～P8。松开SB后，移位寄存器各单元的数据便在时钟脉冲的作用下周而复始地向右移动，由Q1～Q8控制的彩灯也就流动起来。非门D1、D2等构成多谐振荡器，为移位寄存器提供时钟脉冲，调节R11可改变振荡频率，即调节了彩灯的流动速度。（2）图4-41所示为4位双向移位寄存器CC40194，它既可以右移，也可以左移，既可以串行输入和输出，也可以并行输入和输出。图4-41双向移位寄存器CC40194具有两个控制端ST1和ST2，用以控制移位寄存器的置数、右移、左移、保持等功能，见表4-12。表4-12CC40194控制功能表2．串行／并行数据转换图4-42所示为8位串行／并行数据转换电路。IC1为串入-并出移位寄存器CD4015，内含两组独立的4位移位寄存器，将其级联使用构成8位移位寄存器。IC1的8个并行数据输出端Q1～Q8的信号分别经8个与门D1～D8输出。IC2为八进制计数分配器CD4022，其输出端Yo控制着8个与门。图4-42串行／并行数据转换电路当在IC2的启动端加上一正脉冲时，Yo＝1，与门D1～D8打开，IC1输出端Q1～Q8的数据并行输出。在时钟脉冲CP上升沿的作用下，串行输入数据由IC1的D1端逐步移入IC1，每经过8个时钟脉冲，IC1中的数据全部更新一次。同时，每经过8个时钟脉冲，IC2的Yo端输出一个“1”信号，打开8个与门使数据并行输出。3．并行／串行数据转换图4-43所示为8位并行／串行数据转换电路。IC1为八进制计数分配器CD4022。IC2为8位并入-串出移位寄存器CD4014，并行数据由P1～P8端输入，串行数据由Q8端输出。P/S端为并行／串行控制端，它受IC1输出端Yo的控制。图4-43并行／串行数据转换电路每经过8个时钟脉冲，IC1的Yo端便输出一个“1”，使IC2的控制端P/S＝1，让P1～P8端的输入数据并行进入IC2；然后Yo＝P/S＝0，IC2中的数据在时钟脉冲CP上升沿的作用下右移并从Q8端串行输出。4.6模拟开关●要点提示●模拟开关是用CMOS电子电路模拟开关的通断，起到接通信号或断开信号的作用。●模拟开关的特点是用数字信号控制电路的通断，具有功耗低、速度快、体积小、无机械触点、使用寿命长等特点。●模拟开关有双向模拟开关、多路模拟开关、数据选择器等品种，分为常开型和常闭型两类。●模拟开关的主要作用是控制电路和信号源的选通。4.6.1模拟开关的特点模拟开关是用CMOS电子电路模拟开关的通断，起到接通信号或断开信号的作用。模拟开关的特点是用数字信号控制电路的通断，具有功耗低、速度快、体积小、无机械触点、使用寿命长等特点，在模拟或数字信号控制、选择、模／数或数／模转换以及数控电路等领域得到越来越多的应用。4.6.2模拟开关的种类模拟开关品种较多，较常用的有：双向模拟开关、多路模拟开关、数据选择器等。模拟开关有常开型和常闭型两类，它们的图形符号如图4-44所示。A和B为信号端，既可作输入端也可作输出端，使用时一个作为输入端，另一个作为输出端即可。e为控制端，由数字信号（“1”或“0”）控制A、B间的通断。图4-44模拟开关4.6.3模拟开关的作用模拟开关的作用是用数字信号控制电路的通断和信号源的选通。1．控制电路通断图4-45所示为采用4个双向模拟开关组成的数控放大器电路，放大器的放大倍数由开关S1～S4控制。图4-45数控放大器电路当S1～S4均断开时，模拟开关D1～D4均截止，放大器的放大倍数倍。当S1闭合时，D1导通将R3短路，放大倍数倍。依此类推，放大倍数可在20倍、40倍、60倍、80倍、100倍中选择。2．信号源选择图4-46所示为采用双4路模拟开关CC4052构成的双通道4路音源选择电路，可用于立体声放大器输入音源的选择。图4-46双通道4路音源选择电路左、右声道均有4路输入端，各有1个输出端。A、B为控制端，由两位二进制数选择接入的输入音源，具体接入状态见表4-13。被选中的左、右声道输入端信号分别接通至各自的输出端（Lo、Ro端），送往后续电路进行放大。表4-13CC4052控制端真值表4.7运算电路●要点提示●运算电路是指能够完成逻辑运算或算术运算功能的数字电路，运算电路可分为逻辑运算电路和算术运算电路两大类。●基本运算电路主要有半加器、全加器、减法器和乘法器等。●运算电路的主要作用是进行运算和数据比较等。4.7.1运算电路的特点运算电路是指能够完成逻辑运算或算术运算功能的数字电路，在数字系统中主要用来对数据进行控制、加工和处理。运算电路可分为逻辑运算电路和算术运算电路两大类。逻辑运算电路包括异或门、数值比较器等。算术运算电路包括加法器、减法器、乘法器等。4.7.2基本运算电路基本运算电路主要有半加器、全加器、减法器和乘法器等。1．半加器图4-47所示为半加器图形符号，A、B为加数输入端，S为和输出端，CO为向高一位的进位输出端。半加器属于组合逻辑电路，图4-48所示为半加器逻辑图。图4-47半加器的图形符号图4-48半加器逻辑图半加器的逻辑关系为：即只有当两个加数A与B的取值不同时（一个为“1”而另一个为“0”），和输出端S才为“1”，否则为“0”；只有当两个加数A与B都为“1”时，进位输出端CO才为“1”，否则为“0”。表4-14所示为半加器真值表。表4-14半加器真值表2．全加器图4-49所示为全加器图形符号，A、B为加数输入端，CI为低位向本位的进位数输入端，S为和输出端，CO为向高一位的进位输出端。全加器也是一种组合逻辑电路，图4-50所示为全加器逻辑图。表4-15所示为全加器真值表。图4-49全加器的图形符号图4-50全加器逻辑图表4-15全加器真值表3．减法器图4-51所示为减法器图形符号，A为被减数输入端，B为减数输入端，BI为低位向本位的借位数输入端，D为差数输出端，BO为本位向高位的借位数输出端。图4-51减法器的图形符号4．乘法器图4-52所示为乘法器图形符号，A、B为被乘数、乘数输入端，F为积输出端。图4-52乘法器的图形符号4.7.3运算电路的作用运算电路的主要作用是进行运算和数据比较等。1．加法运算图4-53所示为采用4个全加器组成的4位二进制数加法运算电路，A1～A4为被加数输入端，B1～B4为加数输入端，S1～S4为和输出端，CO4为进位输出端。该电路可进行两个4位二进制数的加法运算。图4-53加法运算电路2．数据比较图4-54所示为采用4个半加器组成的数据比较电路，A1～A4为A组数据输入端，B1～B4为B组数据输入端，F为比较结果输出端。图4-54数据比较电路该电路可对两个4位二进制数据进行自动比较，当A组数据与B组数据完全相等时，结果输出端F为“1”；当A组数据与B组数据不相等时，则结果输出端F为“0”。第5章理解外围元器件的特点与作用数字电路图中，除了起关键和核心作用的数字电路外，还有许多其他元器件，它们配合数字电路共同构成电路的有机整体，这些元器件称为数字电路的外围元器件。要看懂数字电路图、正确分析数字电路的工作原理，就必须了解并掌握外围元器件的性能特点和基本作用。5.1电阻器与电位器●要点提示●电阻器的特点是对直流和交流一视同仁，任何电流通过电阻器都要受到一定的阻碍和限制。●电阻器的主要作用是限流与降压，还可以用作分压器。●压敏电阻器的特点是当外加电压达到其临界值时其阻值会急剧变小，用于过压保护和抑制浪涌电流。●热敏电阻器的特点是其阻值会随温度的变化而变化，有正温度系数和负温度系数两种。●光敏电阻器的特点是其阻值会随入射光线的强弱而变化，光线越强阻值越小。●电位器的特点是可以连续改变电阻比，常用作可变分压。电阻器和电位器是电子电路中最基本的元器件，也是数字电路中最主要的外围元器件。5.1.1电阻器电阻器是限制电流的元件，通常简称为电阻，是一种最基本、最常用的电子元件。电阻器的文字符号是“R”，图形符号如图5-1所示，外形如图5-2所示。电阻器包括固定电阻器、可变电阻器、敏感电阻器等。图5-1电阻器的图形符号图5-2电阻器的外形1．电阻器的特点电阻器的特点是对直流和交流一视同仁，任何电流通过电阻器都要受到一定的阻碍和限制，并且该电流必然在电阻器上产生电压降，如图5-3所示。图5-3电阻器的特点2．电阻器的作用电阻器的主要作用是限流与降压。（1）限流。电阻器在电路中限制电流的通过，电阻值越大电流越小。图5-4所示发光二极管电路中，R为限流电阻。从欧姆定律I＝U/R可知，当电压U一定时，流过电阻器的电流I与其阻值R成反比。由于限流电阻R的存在，发光二极管VD的电流被限制在10mA，保证VD正常工作。图5-4电阻器限流（2）降压。电流通过电阻器时必然会产生电压降，电阻值越大电压降越大。图5-5所示继电器电路中，R为降压电阻。电压降U的大小与电阻值R和电流I的乘积成正比，即：U＝IR。图5-5电阻器降压利用电阻器R的降压作用，可以使较高的电源电压适应元器件工作电压的要求。如图5-5中，继电器工作电压6V、工作电流60mA，而电源电压为12V，必须串接一个100Ω的降压电阻R后，方可正常工作。（3）分压。基于电阻的降压作用，电阻器还可以用作分压器。如图5-6所示，电阻器R1和R2构成一个分压器，由于两个电阻串联，通过这两个电阻的电流I相等，而电阻上的压降U＝IR，R1上压降为U，R2上压降为U，实现了分压（负载电阻必须远大于R1、R2），分压比为R1/R2。图5-6电阻器分压5.1.2敏感电阻器敏感电阻器是一类对环境敏感的电阻器，包括压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器等。1．压敏电阻器压敏电阻器是利用半导体材料的非线性特性原理制成的，其图形符号和外形如图5-7所示。图5-7压敏电阻器压敏电阻器的特点是当外加电压达到其临界值时，其阻值会急剧变小。压敏电阻器的作用是用于过压保护和抑制浪涌电流。图5-8所示电源输入电路中，压敏电阻器RV跨接于电源变压器T的初级两端，正常情况下由于RV的阻值很大，其对电路无影响。当电源输入端一旦出现超过RV临界值的过高电压时，RV阻值急剧减小，电流剧增，使保险丝（又称熔丝）FU熔断，保护电路不被损坏。图5-8压敏电阻器的应用2．热敏电阻器热敏电阻器大多由单晶或多晶半导体材料制成，其图形符号和外形如图5-9所示。图5-9热敏电阻器热敏电阻器的特点是其阻值会随温度的变化而变化。热敏电阻器分为正温度系数和负温度系数两种：正温度系数热敏电阻器的阻值与温度成正比，负温度系数热敏电阻器的阻值与温度成反比。热敏电阻器的作用是进行温度检测，常用于自动控制、自动测温、电气设备的软启动电路等，目前用得较多的是负温度系数热敏电阻器。图5-10所示为电子温度计电路，RT为负温度系数热敏电阻器，温度越高RT阻值越小，其负载电阻R上的压降（A点电位）越大。RT将温度转换为电压，经放大、整流后指示出来。图5-10热敏电阻器的应用3．光敏电阻器光敏电阻器是利用半导体的光导电特性原理工作的，其图形符号和外形如图5-11所示。图5-11光敏电阻器光敏电阻器的特点是其阻值会随入射光线的强弱而变化，入射光线越强其阻值越小，入射光线越弱其阻值越大。光敏电阻器根据光谱特性，可分为红外光光敏电阻器、可见光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器等。光敏电阻器的作用是进行光的检测，广泛应用于