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1、维修电工理论培训,模块二 电工基础知识 电子技术知识； PLC知识。,数字电子,主要内容：,第一节 集成逻辑门电路； 第二节 逻辑代数； 第三节 集成触发器； 第四节 编码器； 第五节 译码器； 第六节 加法器； 第七节 计数器； 第八节 寄存器。,第一节 集成逻辑门电路,门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。,在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表0，即所谓的正逻辑系统。,只要能判断高低电平即可,正逻辑,一、基本逻辑门电路,1、二极管“与”门电路,D1D2导通,D1D2导通,D1截止D2导通,D1导通D2截止,习题,76.“与”门电路:,具有

2、多个输入端和一个输出端的逻辑电路,只有当所有输入端同时是规定的信号时,才有规定信号输出,若输入端有一个为非规定信号,输出端就是非规定信号,称为与门电路。,1.画出一个二极管三变量“与门”电路，并写出其逻辑符号、真值表与逻辑函数。,1.二极管三变量“与”门电路及其逻辑符号如图-25a)、b)。,习题,正“或非”门就是负“与非”门。 ( ),150.与非门的逻辑功能为（ ）。 A. 入0出0，全1出1 B. 入1出0，全0出0 C. 入0出1，全1出0 D. 入1出0，全0出1,C,44.什么是“非”门电路、“与非”门电路和“或非”门电路?,习题,44.答：输出是输入的否定的门电路，叫做“非”门电

3、路，即输入为“1”时，输出为“0”；输入为“0”时，输出为“1” ，输入和输出正好相反，它实质就是一个反相器。 由二极管“与”门电路的输出来控制的“非”门电路，叫“与非”门电路。 由二极管“或”门电路的输出来控制的“非”门电路，叫“或非”门电路。,72. 基本逻辑门电路有( )、( )和( )，利用此三种基本逻辑门电路的不同组合，可以构成各种复杂的逻辑门电路。 73.在数字电路中，用来完成先“与”后“非”的复合逻辑门电路叫( )。,90.逻辑电路中的“与”门和“或”门是相对的，即正“与” 就是负“或”门，正“或”门就是负“与”门。 ( ),习题,198.“异或”门电路的逻辑功能表达式是( )。

4、 A. B. C. D.,“与”门,“或”门,“非”门,“与非”门电路,D,15.试绘图说明晶体二极管两输入端正与门电路的工作原理?,15.电路见图,图中A、B为二个输入端,C为输出端。当A端输入低电位“0”(0V) 、B端输入高电位“1”(6V)时,由于DA 两端电位差较大,因而DA 优先导通,C点电位被控制在0V上(忽略二极管压降),DB 被加反向电压而截止,C端输出为低电位“0”,当A端输入高电位“1”,B端输入低电位“0”时,DB 优先导通;C点被箍制在0V上,DA 被加反向电压而截止,C端输出仍为低电位“0”;当A、B两点同时输入高电位“1”时,C端输出才是高电位“1”(6伏),即满

5、足会“1”出“1”,有“0”出“0”的逻辑关系,该关系见图及表。,习题,16.试绘图说明非门电路的工作原理?,习题,16.所谓非门电路即晶体管反相器,电路见图。图中A为输入端,C为输出端。当输入为高电位“1”时,三极管饱和,其饱和压降为0.3伏左右,即C端输出低电位“0”态;当输出为低电位“0”时,三极管截止,其管压降约为+Ec,即C端输出为高电位“1”态。即满足有“1”出“0”,有“0”出“1”的逻辑关系,关系见真值表。,习题,75.门电路:,82.在逻辑运算中，能把所有可能条件组合及其结果一一对应列出的表格称为真值表。 ( ),是一种具有一个或几个输入端和一个输出端的开关电路,当输入信号之

6、间满足某一特定关系,门电路才有信号输出,否则就没有信号输出,门电路能控制信号通过和不通过,好像是满足一定条件时才自动打开的门,故称门电路。,二、TTL门电路,集成电路优点:体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。,1、TTL与非门,a、输入级,(1)TTL与非门的电路结构与工作原理,输出级,组成:V1和R1,多发射极三极管,实现与逻辑,D1D2 保护,b、分相级,输入级,组成:V2和R2、R3,c、输出级,分相级,组成：V3、V4和R4、D3,输入级：由多发射极管V1和电阻R1组成。作用是对输入变量A、B、C实现与逻辑，V1可以等效为二极管与门的形式。,TTL与非门的电路结构,在流过R1的电流相同

7、的情况下，使输出管V4有更大的基极电流，提高了带负载能力并提高了开关速度。,中间级：由V2、R2和R3组成。V2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为V3和V5的驱动信号。,TTL与非门的电路结构,V3和V4：推拉式电路。总是一个导通而另一个截止，有效地降低了输出级的静态功耗，提高了与非门的负载能力。,输出级：由V3、V4、D3和R4组成，这种电路形式称为推拉式电路（推挽式电路）。,TTL与非门的电路结构,任一输入为低电平（0.3V）时,不足以让 V2、V5导通,TTL与非门的工作原理,Vo=5-VR2-Vbe3-VD3 3.6V 输出高电平！,任一输入为低电平（0.3V）时,TTL与非

8、门的工作原理,输入全为高电平（3.6V）时,“1”,电位被钳 在2.1V,全反偏截止,1V,TTL与非门的工作原理,输入全为高电平（3.6V）时,TTL与非门的工作原理,全反偏,vo=0.3V,Vo=0.3V 输出低电平！,D1D2 保护,-0.7V,TTL与非门的工作原理,2、TTL与非门的电气特性及参数,TTL与非门的电气特性主要包括电压传输特性、输入输出特性和动态特性。,（1）电压传输特性,VOL,(0.3V),传输特性曲线,VOL,(0.3V),阈值Vth=1.4V,理想的传输特性,输出高电平,输出低电平,电压传输特性,截止区,线性区,转折区,饱和区,空载时，输出高电压VOH3.6V，

9、带载后，其输出电压有所下降。,（a）输出高电压VOH,TTL产品规定: 标准值VOSH=3V， 下限值VOH（min）=2.4V。,VOH,当输入为低电压VIL时，输出为高电压VOH 。,空载时，T4工作于深饱和状态，输出低电压VOL0，带负载后，T4的饱和程度降低，VOL随之上升。,（b）输出低电压VOL,TTL产品规定: 标准值VOSL=0.3V， 上限值VOL（max）=0.5V。,VOL,当输入全为高电压VIH时，输出为低电压VOL。,传输特性曲线上转折区中点所对应的输入电压，既是T4截止和导通的分界线，也是输出高、低电平的分界线。称此输入电压为阈值电压或门坎电压Vth。,（c）阈值电

10、压Vth,Vth VBE2VBE4 0.70.71.4 V,在分析中，常将Vth视为决定与非门工作状态的关键值(转折点)。认为：,当VIVth时，与非门处于开门状态，输出为低电压VOL。,当VIVth时，与非门处于关门状态，输出为高电压VOH；,（c）阈值电压Vth,（d）噪声容限,在保证输出为高电平的条件下，输入端低电平上允许的最大干扰电压为低电平噪声容限VNL,在保证输出为低电平的条件下，输入端高电平上允许的最大干扰电压为高电平噪声容限VNH,VNL越大，表明与非门输入低电平时，抗正向干扰的能力越强。标准产品的噪声容限为：VNLVILVOL,VNH越大，表明与非门输入高电平时，抗负向干扰的

11、能力越强。标准产品的噪声容限为：VNHVOHVIH,（2）输入、输出特性,前级输出为高电平时:,前级,后级,流出前级 电流IOH（拉电流）,前级输出为低电平时:,前级,后级,流入前级的电流IIL 约 1.6mA (灌电流),（2）输入、输出特性,扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数,+5V,R4,R2,V3,前级,前级输出为高电平时:,后级,前级,前级输出为低电平时:,输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：,输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：,标准TTL系列器件，规范值为NO8 。,IOL（max）越大,带灌电流负载能力越强;,IOH（max）越大,带拉电流负载能力越强。,tPLH,（

12、3）平均传输延迟时间,tPHL,平均传输延迟时间,输出波形相对输入波形的滞后时间称为传输延迟时间 tpd,集成电路的平均传输延迟时间的单位是纳秒（340ns）。,空载功耗是指与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。,（4）空载功耗,标准TTL门，空载导通功耗PON32mW。,输出高电平时的功耗称为空载截止功耗POFF ，输出低电平时的功耗称为空载导通功耗PON 。 POFFVCCICCH， PONVCCICCL， 显然，PONPOFF。,63.TTL集成逻辑门电路内部是以（ ）为基本元件构成的。 A二极管 B三极管 C晶闸管 D场效应管 64.当集成逻辑“与非”门某一输入端接地，而

13、其余输入端悬空时，流入这个输入端的电流称为输入（ ）电流。 A额定 B开路 C短路 D负载,27.所谓开门电平是指保证输出为额定低电平时的最小输入电平。 ( ) 67.用与门电路和或门电路来控制信号的通过,用与门的一个输入端作为控制端时,高电位开门,低电位关门;当用或门的一个输入端作为控制端时,低电位开门,高电位关门。 ( ),习题,B,C,135.TTL与非门的输入端（ ）时，输出为1。 A.只有均为0 B.只要有1个0 C.只有均为1 D.只要有1个1,151.TTL与非门输入端全部接高电平时，输出为（ ）。 A. 零电平 B. 低电平 C. 高电平 D. 可能是低电平，也可能是高电平,习

14、题,B,B,21.在图11所示的电路中，已知G1、G2均为TTL与非门，其输出高电平UOH3.6V，输出低电平UOL0.3V，最大拉电流负载IOH400A，最大灌电流负载IOL10mA；三极管工作在开关状态，导通时UBE0.7V，饱和管压降UCES0.3V，40；发光二极管导通压降UD2V，发光时正向电流ID为510mA，试回答： （1）G1、G2工作在什么状态时 发光二极管可能发光？ （2）三极管的集电极电阻RC 的取值范围； （3）若RC300，基极电阻 RB的取值范围。,习题,21.答:（1）当G1截止（输出高电平）且G2导通（输出低电平）时，发光二极管可能发光。 （2）当G1的输出UO

15、G1UOH、G2的输出UOG2UOL时，流过发光二极管的电流为： 当发光二极管点亮时，为保证TTL与非门不被损坏，要求：IDminIDIDmaxIOL，即5mAID10mA。因此RC应满足下式： RC ， 求得: ， 。,习题,（3）先由 ，求得三极管的基极临界饱和电流IBS200A，三极管基极电流IB应满足IBSIBIOH，而 因此有: RB ， 求得： ， 。 答：当G1截止且G2导通时发光二极管可能发光；三极管的集电极电阻RC的取值范围为：240RC480；当RC300时，基极电阻RB的取值范围为：6.5kRB13k。,习题,第二节 逻辑代数,逻辑代数又称开关代数或布尔代数，表示逻辑关系

16、。不管是变量还是函数，其取值都只能是0或1，并且这里的0和1只表示两种不同的状态，没有数量的含义。,一、逻辑函数的建立：,2、逻辑函数：如果对应于输入逻辑变量A、B、C、的每一组确定值，输出逻辑变量Y 就有唯一确定的值，则称Y是A、B、C、的逻辑函数。记为：,1、逻辑表达式：由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。在逻辑表达式中，等式右边的字母A、B、C、D等称为输入逻辑变量，等式左边的字母Y称为输出逻辑变量，字母上面没有非运算符的叫做原变量，有非运算符的叫做反变量。,45.什么是逻辑代数?,63.二进制数:,习题,45.答：逻辑代数是描述、分析和简化逻辑电路的有效的数学工具，逻

17、辑代数又称开关代数和布尔代数，它和普通代数不同，逻辑代数的变量(简称逻辑变量)的取值范围只有“0”和“1”，例如：用“0”和“1”分别代表开关线路中开关的断开和接通，电压的低和高，晶闸管的截止和导通，信号的无和有等两种物理状态。,即二进位计数制只使用0和1两个数码表示的数,由低位到高位进行是“逢二进一”,二进制中第一位代表1,第二位代表二,第三位代表四,高位总是相邻低位的两倍。,二、逻辑函数的表示方法 1、真值表 2、逻辑函数式 3、逻辑图,通过真值表可以直接写出逻辑函数表达式。方法是将 真值表中Y为1的输入变量相与，取值为1用原变量表示，0用反变量表示，将这些与项相加，就得到逻辑表达式。 这

18、样得到的逻辑函数表达式是标准与或逻辑式。,各种表示法之间可以相互转换,第二节 逻辑代数,三、逻辑代数的基本定律和规则,1、常量之间的关系,2、基本公式,分别令A=0及A=1代入这些公式，即可证明它们的正确性。,利用真值表很容易证明这些公式的正确性。,3、逻辑代数的基本定律,与普通代数相似,3、逻辑代数的基本定律,例如，已知等式 ，用函数Y=AC代替等式中的A，根据代入规则，等式仍然成立，即有：,（1）代入规则：任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入规则。,4、逻辑代数的三个规则,（2）反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表

19、达式中的所有“”换成“”，“”换成“”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数Y的反函数Y（或称补函数）。这个规则称为反演规则。例如：,4、逻辑代数的三个规则,（3）对偶规则：对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“”换成“”，“”换成“”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式Y，Y称为函Y的对偶函数。这个规则称为对偶规则。例如：,4、逻辑代数的三个规则,对偶规则的意义在于：如果两个函数相等，则它们的对偶函数也相等。利用对偶规则,可以使要证明及要记忆的公式数目减少一半。例如：,注意：

20、在运用反演规则和对偶规则时，必须按照逻辑运算的优先顺序进行：先算括号，接着与运算，然后或运算，最后非运算，否则容易出错。,4、逻辑代数的三个规则,1、逻辑函数化简的意义：逻辑表达式越简单，实现它的电路越简单，电路工作越稳定可靠。,四、逻辑函数的化简,2、逻辑函数式的几种常见形式和变换。,一个逻辑函数的表达式可以有以下5种表示形式：,（1）乘积项个数最少； （2）每个乘积项中的变量个数也最少。,利用逻辑代数的基本定律，可以实现上术五种逻辑函数式之间的变换。,3、逻辑函数的最简与或式,最简与或表达式,四、逻辑函数的化简,4、逻辑函数的代数化简法,1）并项法,逻辑函数的公式化简法就是运用逻辑代数的基

21、本公式、定理和规则来化简逻辑函数。,2)吸收法,利用公式，消去多余的项。,3)消去法,4）配项法,（）利用公式，为某项配上其所能合并的项。,4、逻辑函数的代数化简法,5)消去冗余项法,106.逻辑代数中最基本计算( )、( )、( )。,逻辑与,逻辑非,逻辑或,26.逻辑代数计算1+1=1,A+A=A2 。 ( ),104.逻辑代数中0和1代表( )。,事物中两个对抗状态,61.对逻辑函数进行化简时，通常都是以化简为（ ）表达式为目的。 A“与或” B“与非” C“或非” 62.逻辑表达式ACAA等于（ ）。 AA BlA CCA D0,习题,A,A,104.下列逻辑定律中，错误的是（ ）。

22、AAAA BA1A CA1A D.1+AB=1,112.下列三组逻辑运算中，全部正确的一组是（ ）。 A.0l=0，11=1 B.11=l，11=0 C.01=1，01=0,195.逻辑表达式A+AB等于( )。 A.A B.1+A C.1+B D.B,习题,B,A,A,30.化简下列逻辑函数，并画出简化后的逻辑图。 （1） （2） （3）,30.（1）,其逻辑图如图21a)所示。,（2）,其逻辑图如图21b)所示。,其逻辑图如图21c)所示。,（3）,习题,习题,31.写出下面3个图的逻辑关系式。,31.(1),(2)逻辑关系式为：,(3)逻辑关系式为：,习题,46.一个三位二进制数码由高位

23、至低位分别送至电路的三个输入端，要求三位数码中有奇数个1时，电路输出为1，否则为0。试画出逻辑图。,46.（1）根据提出的逻辑功能要求，列出真值表如下表。,习题,（2）根据真值表列写出函数表达式 F= = 上式中： = = = 所以 F= = ACB (3)画逻辑图 由表达式可画出逻辑图如下图所示，它由两个异或门构成。,习题,47.根据下图所示波形，画出实现其逻辑功能的真值表。,习题,47.解：采用正逻辑，高电平为逻辑“1”，低电平为逻辑“0”。根据波形列出真值表下表：,习题,一、双稳态触发器,1、概述,双稳态触发器： 是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。 特点： 有两个稳

24、定状态“0”态和“1”态； 能根据输入信号将触发器置成“0”或“1”态； 输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能保存下来，即具有记忆功能。,第三节 集成触发器,习题,68.触发器:,触发器是逻辑时序电路中的基本逻辑单元。它有0和1两个稳态，在外界信号的作用下，其输出状态不仅取决于输入信号的状态，还与原来所处的状态有关。无外界信号时维持原来的稳定状态不变，一般将其作为二进制存储单元来使用，还可用其构成各种功能复杂的时序逻辑电路如计数器，寄存器，顺序脉冲发生器等。,双稳触发器具有两个稳定状态，在输入信号消失后，它能（ ）。 A、输出信号也消失 B、保持输出信号不变 C、输入信号和输出信号无关

25、D、上述说法都不对,B,二、基本RS触发器,两互补输出端,两输入端,反馈线,1、基本RS触发器结构,2、基本RS 触发器状态表,二、基本RS触发器,65.规定RS触发器的（ ）的状态作为触发器的状态。 AR端 BS端 C.Q端 D. 端,2、基本RS 触发器,C,3、同步RS 触发器,基本RS 触发器,导引电路,时钟脉冲,1)同步RS 触发器结构,图2 同步RS 触发器结构,0,当CP=0时，R、S 输入状态不起作用。触发器状态不变,当CP =1时，触发器状态由R、S 输入状态决定。,3、同步RS 触发器,2)同步RS 触发器逻辑关系,3)同步RS触发器状态表,3、同步RS 触发器,存在问题：

26、时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。,克服办法：采用JK 触发器或D 触发器,3、同步RS 触发器,4、JK 触发器,1)电路结构,图3 JK 触发器结构,2）状态表,JK=00时不变 JK=01时置0 JK=10时置1 JK=11时翻转,4、JK 触发器,49.JK触发器：,由于RS触发器当S=R=1时输出状态不确定，为解决这一问题，可将RS触发器的输出端再引回输入端，就构成一个JK触发器。 特征方程可写为：,习题,9.什么是双稳态触发器?画出电路图。,习题,9.在工业生产的自动化中,常常需要这样一种电子开关:输入一个信号,开关接通,再输入一个信号,开

27、关断开,即输入二个信号,完成一个开关动作。双稳态触发器是实现这种开关动作的电路。见图,它是由两个反相器相互耦合而构成的。由于反相器的输入与输出信号是反相的,因此,双稳态电路有两个稳定状态:晶体管BG1 截止,BG2 导通,这是一个稳定状态;反之BG1 导通,BG2 便截止,这是另一个稳定状态,故称双稳态电路。当外界条件不变时,它始终维持原来所处的稳定状态,在外加信号触发下,双稳态电路便从一个稳定状态迅速地转换到另一个稳定状态。,习题,46.在双稳态电路中，要使其工作状态翻转的条件是什么?,习题,46.答：双稳态电路要使其翻转的外部条件，即触发条件是： (1)触发脉冲的极性，应使饱和管退出饱和区

28、或者是使截止管退出截止区。 (2)触发脉冲的幅度要足够大。 (3)触发脉冲的宽度要足够宽，以保证电路正反馈过程的完成。,66/196.双稳态触发脉冲过窄，将会使电路出现的后果是( )。 A.空翻 B.正常翻转 C.触发而不翻转 197.双稳态触发器原来处于“1”态，想让它翻转为“0”态，可采用触发方式是( )。 A. 单边触发 B.计数触发 C.多边触发,113.在数字电路中，控制整个电路按规定的时间顺序进行工作，并起着时间标准作用的是（ ）。 A高电平 B低电平 C钟控信号（CP）,习题,C,C,A,工作特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳

29、态翻转到暂稳态； 第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外加触发信号无关。 例：楼道的路灯。,二、单稳态触发器,多谐振荡器是一种常用的产生矩形脉冲的电路。它没有稳态，只有两个暂稳态，不需要外加出发脉冲，两个暂稳态会自动地不断相互转换，输出一系列矩形脉冲。,三、多谐振荡器,67.多谐振荡器主要是用来产生（ ）信号。 A正弦波 B脉冲波 C方波 D锯齿波,C,习题,20.常见脉冲电路有哪几种?各自主要功能是什么?,20.常见的基本脉冲电路有双稳态触发器、单稳态触发器、射极耦合双稳态触发器、锯齿波发生器等。双稳态触发器具有两个稳定状态,具有记忆作用

30、,常用来作为状态的记忆,分频和计数触发器。单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态,一般用于脉冲信号的整形和延时。多谐振荡器又称无稳态触发器,接通电源后,两管导通和截止交替转换,输出方便,用作方波信号发生器、射极耦合双稳态触发器。另一种电位触发电路,常用作电位鉴别,幅度鉴别,任意波形信号整形,锯齿波发生器分触发型和自激型两种。用于产生线性的锯齿波电压,作为各种扫描电路的时基信号。,第四节 编码器,编码：将某种特定含义的信号变换成用二进制代码表示的过程。,编码器：实现编码功能的电路。,n个二进制代码（n位二进制数）有2n种不同的组合，可以表示2n个信号。,82.编码器:,用代码表示特定信号的过程,或者赋予代码特定含意的过程叫做编码。实现编码操作的电路叫编码器。,4/2线编码器,