电工电子技术课件 9.1-9.2数字电路基础及逻辑门电路

第9章门电路及组合逻辑电路9.1数值与编码9.2逻辑运算与逻辑门电路9.3组合逻辑电路的分析和设计9.4常用的组合逻辑电路9.1.1

数字电路的基础知识电子电路中的信号模拟信号数字信号幅度随时间连续变化的信号例：正弦波信号。幅度不随时间连续变化,而是跳跃变化计算机中,时间和幅度都不连续,称为离散变量。9.1数值与编码1.模拟信号：tu正弦波信号随时间连续变化的信号研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。2.模拟电路3.数字信号：tu101010对应：幅度不随时间连续变化

数字电路中的波形都是这类不连续的波形，通常将这类波形又统称为脉冲。

一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：

Vm——信号幅度。

T——信号的重复周期。

tW——脉冲宽度。

q——占空比。其定义为：

4.数字信号的主要参数

实际的矩形脉冲往往与理想的矩形脉冲不同，即脉冲的前沿与脉冲的后沿都不是陡直的，如图所示。

实际矩形脉冲的主要参数

脉冲的上升时间tr

：指脉冲的上升沿从0.1Um上升到0.9Um所用的时间。脉冲的下降时间t

f

：指脉冲的下降沿从0.9Um下降到0.1Um所用的时间。

研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系，因此不能采用模拟电路的分析方法。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、逻辑图或波形图表示。在数字电路中，三极管工作在开关状态下，即工作在饱和状态或截止状态。5.数字电路6.数字电路的优点2、抗干扰能力强，精度高。

（2）模拟系统的精度由元器件决定，模拟元器件的精度很难达到10-3

以上，而数字系统只要14位就可以达到10-4的精度。在高精度的系统中有时只能采用数字系统。1、基本单元电路简单。

对电路中各元器件参数的精度的要求相对不高，允许有较大的分散性，只要能区分两种截然不同的状态即可。

（1）由于数字电路加工和处理的都是二进制信息，不易受到外界的干扰，因而抗干扰能力强。而模拟系统的各元件都有一定的温度系数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、电磁感应的等的影响。3、数字信号便于长期存储4、保密性好5、通用性强7.数字电路的分类

（1）按电路结构分类

组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。(2)按集成度分：小规模集成电路（SSI）中规模集成电路（MSI）大规模集成电路（LSI）超大规模集成电路（VLSI）甚大规模集成电路（ULSI）1.十进制

数字符号（系数）：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9计数规则：逢十进一基数：10权：10的幂例：（1999）10=（1×103+9×102+9×101+9×100）10

数码：由数字符号构成且表示物理量大小的数字和数字组合。

计数制（简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。9.1.2数制与码制（一）

数制一个十进制数数N可以表示成：位权缺点：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。数字符号：0、1计数规则：逢二进一基数：2权：2的幂2.二进制一般形式为：（N）2=（bn-1bn-2…b1b0）2

=(bn-1×2n-1＋bn-2×2n-2＋……＋b1×21＋b0×20)10例：（1011101）2=

（1×26+0×25+1×24+1×23+1×22+0×21+1×20）10

=（64+0+16+8+4+0+1）10=（93）10数值越大，位数越多，读写不方便，容易出错！遵循逢二进一的规律位权数字符号：0~7计数规则：逢八进一基数：8权：8的幂3.八进制例：（127）8=（1×82+2×81+7×80）10=（64+16+7）10=（87）10遵循逢八进一的规律位权数字符号：0,

1,2,3,4,5,6,7,8,9,A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)计数规则：逢十六进一基数：16权：16的幂例：（5D）16=（5×161+13×160）10=（80+13）10=（93）10遵循逢十六进一的规律位权4.十六进制表1几种计数进制数的对照表十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F二、不同数制间转换：1、二进制、八进制、十六进制数转换为十进制数：按权相加法2、十进制数转换为二进制数：（1）整数：除基取余倒记法（2）小数：乘基取整正记法（3）一般十进制数：分解为整数和小数两部分，分别转换后，再合并整数部分采用除基取余法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采用乘基取整法，先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。所以：(44.375)10＝(101100.011)2采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的N进制数。225

余1122

余062

余032

余112

余10例1：整数(25)D=(11001)B0.8125

取整1例2：小数(0.8125)D=(0.1101)B21.6250.6252221.250.250.50.51

取整1

取整0

取整1注意：不是任何有限位的十进制小数都能化为有限位的二进制小数。例3：一般十进制数：(25.8125)D=(25)D+(0.8125)D=(11001)B+(0.1101)B=(11001.1101)Ba.二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。3.二进制数与八进制数的相互转换1101010.01000＝(152.2)8b.八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。 =011111100.010110(374.26)8(10011100101101001000)B从末位开始三位一组=(10011

100

101

101

001

000)B

=()O01554=(2345510)O324.二进制数与十六进制数的相互转换111010100.0110000＝(1D4.6)16=101011110100.01110110(AF4.76)16

二进制数与十六进制数的相互转换，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。=(010111001011.01001000)B从小数点开始四位一组=(0101

1100

1011.

01001000)B

=()H84B.C5=(5CB.48)H(10111001011.01001)B

用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。

用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。

数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。

二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的0~9十个数码。简称BCD码。

用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421BCD码。三、编码9.2逻辑运算和逻辑门电路9.2.1基本逻辑运算与基本门电路1.与运算和与门电路（1）与运算当决定某一事件的所有条件都满足，该事件才发生，这种因果关系叫与逻辑关系，也称与运算或者称逻辑乘。由真值表可以将与门电路的逻辑功能归纳为：“有0出0，全l出1”。（2）与门电路在数字电路中，常把能够实现与运算逻辑功能的电路叫与门，其逻辑符号如图所示。在数字电路中，已经很少采用分立元件构成与门电路，有很多集成化的与门芯片，又称与门集成电路。74LS08是一种较常用的与门芯片，内部机构及引脚排列如图所示2.或运算与或门电路（1）或逻辑运算决定某一事件的所有条件中，只要满足一个条件，则该事件就发生，这种因果关系称为或逻辑关系，也称或运算或者称为逻辑加。或门的逻辑功能可归纳为：“有1出l，全0出O”。Y=A+B

或门电路当输入端A、B中任何一个或全部为高电平l(+5V)时，将至少有一个二极管导通使输出端Y为高电平l(导通时，电平钳位在4.3V)。而当输入端A、B全部为低电平0(0V)时，二极管不导通，输出端Y必然为低电平0。可见，它满足“全0出0，有1出1”的或逻辑关系。即输入全是低电平0时，输出为低电平0；输入有高电平时，输出为高电平。74LS32是一种较常用的或门芯片，内部结构及引脚排列如图9-19所示。3.非运算和非门电路（1）非运算非运算表示这样的逻辑关系，当某一条件具备了，事件便不会发生，而当此条件不具备时，事件一定发生。非运算对应的逻辑关系可以用图所示电路来示意。若（2）非门电路在数字电路中，常把能完成非运算的电路叫非门或者叫反相器，

非门电路在输入端信号为低电平时，发射结反偏，三极管截止，输出为高电平。当输入信号为高电平时，三极管工作在饱和状态，以使输出电平接近于零。TTL反相器74LS04和CMOS反相器CC4069引脚排列相同，内含6个非门，其外形和内部结构一样，如图9-23所示。9.2.2复合逻辑运算与复合门电路1.与非运算和与非门电路（1）与非运算与非运算是与运算和非运算的复合运算。先进行与运算再进行非运算，其表达式为与非门的逻辑功能可归纳为：“有0出1，全1出0”。实际应用的与非门的输入端可以有多个。（2）与非门电路实现与非逻辑运算的电路叫与非门，将前面所述的二极管与门和反相器连接起来．就构成与非门。其逻辑符号如图所示。常用的与非门集成芯片有：74LS00、74LS10、74LS20等，如图所示2或非运算和或非门电路（1）或非运算或非运算是或运算和非运算的复合运算。先进行或运算，后进行非运算，其表达式为或非门的逻辑功能可归纳为：“有l出0，全0出l”（2）或非门电路将二极管或门和反相器连接起来，就构成或非门。或非门电路的逻辑功能，即“有1出0，全0出1”。逻辑表达式为

3与或非运算和与或非门电路（1）与或非运算与或非运算是与、或、非三种基本逻辑的复合运算。先进行与运算，再进行或运算，最后进行非运算，其表达式为4

异或运算及同或运算（1）异或运算若两个输入变量A、B的取值相异，则输出变量Y为1，若A、B的取值相同，则Y为0，这种逻辑关系称为异或逻辑关系，其逻辑表达式为（2）同或运算若两个输入变量A、B的取值相同，则输出变量Y为1。若A、B取值相异，则Y为0,这种逻辑关系称为同或逻辑关系，其逻辑表达式为异或门和同或门的逻辑功能：异或门的逻辑功能是：当两个输入相同时，输出为0，当两个输入相反时，输出为1。同或门的逻辑功能是：当两个输入相同时，输出为1，当两个输入相反时，输出为0。9.2.3集成门电路TTL集成门电路1．与非门（1）电路结构TTL与非门电路是TTL门电路的基本单元，它通常由输入级、中间级和输出级三部分组成。如图所示。2．集电极开路的门电路（OC门）图是OC门的电路结构，这种门