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1、电子技术原理课件电子技术原理课件本讲稿第一页，共三十四页l l数字电路的优点数字电路的优点（1）便于集成与系列化生产，成本低廉，使用方便；）便于集成与系列化生产，成本低廉，使用方便；（2）工作准确可靠，精度高，搞干扰能力强。）工作准确可靠，精度高，搞干扰能力强。（3）不仅能完成数值计算，还能完成逻辑运算和）不仅能完成数值计算，还能完成逻辑运算和 判断，运算速度快，保密性强。判断，运算速度快，保密性强。（4）维修方便，故障的识别和判断较为容易。）维修方便，故障的识别和判断较为容易。l l数字电路的类型数字电路的类型 组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路和时序逻辑电路。本讲稿第二页，共三十四页
2、基本逻辑关系基本逻辑关系 “与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。逻辑关系都可以以它们为基础表示。（1）“与与”逻辑逻辑 A、B、C都具备时，事件都具备时，事件F才发生。才发生。EFABC&ABCF逻辑符号逻辑符号本讲稿第三页，共三十四页l逻辑式逻辑式F=ABCAFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表逻辑乘法逻辑乘法逻辑与逻辑与本讲稿第四页，共三十四页（2）“或或”逻辑逻辑 A、B、C只有一个具备时，事件只有一个具备时，事件F就发生。就发生。AEFBC 1ABCF逻辑
3、符号逻辑符号本讲稿第五页，共三十四页l逻辑式逻辑式 F=A+B+CAFBC00001001010111010011101101111111真值表真值表逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或本讲稿第六页，共三十四页（3）“非非”逻辑逻辑 A具备时具备时，事件，事件F不发生；不发生；A不具备时，事件不具备时，事件F发生。发生。逻辑符号逻辑符号AEFRAF1本讲稿第七页，共三十四页l逻辑式逻辑式逻辑非逻辑非逻辑反逻辑反AF0110真值表真值表AF=本讲稿第八页，共三十四页几种基本的逻辑运算几种基本的逻辑运算从三种基本的逻辑关系，我们可以得到以下逻从三种基本的逻辑关系，我们可以得到以下逻辑运算：辑运算：0 0=
4、0 1=1 0=01 1=10+0=00+1=1+0=1+1=110=01=本讲稿第九页，共三十四页基本逻辑关系的扩展基本逻辑关系的扩展l与非与非CBAF =条件条件A、B、C都具备，则都具备，则F 不发生。不发生。&ABCF本讲稿第十页，共三十四页l或非或非l异或异或CBAF+=条件条件A、B、C 任一具备，则任一具备，则F 不不发生。发生。1ABCFBABABAF=+=条件条件A、B有一个有一个具备，另一个不具备，另一个不具备则具备则F 发生。发生。=1ABF本讲稿第十一页，共三十四页基本门电路基本门电路 逻辑门电路：逻辑门电路：逻辑门电路：逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路
5、。简用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。称门电路。基本门电路：基本门电路：基本门电路：基本门电路：与与门、门、或或门、门、非非门（反相器）。门（反相器）。常用门电路：常用门电路：常用门电路：常用门电路：与非与非门、门、或非或非门、门、异或异或门等。门等。逻辑逻辑逻辑逻辑0 0和逻辑和逻辑和逻辑和逻辑1 1：电子电路中通常把高电平表示为电子电路中通常把高电平表示为逻辑逻辑1；把低；把低电平表示为电平表示为逻辑逻辑0。（正逻辑）。（正逻辑）获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件（二极管、利用半导体开关
6、元件（二极管、三极管）的导通、截止（即开、关）两种工作状态来实现。三极管）的导通、截止（即开、关）两种工作状态来实现。本讲稿第十二页，共三十四页TTL电路与电路与CMOS电路电路lTTL(transistor-transistor logic：晶体管：晶体管-晶体管逻辑晶体管逻辑)电路。电路。常见的常见的TTL集成电路主要有集成电路主要有74LS、74ALS、74S、74AS、74F等系列。等系列。lCMOS(complementary MOS：互补金属氧化物半导体：互补金属氧化物半导体)电路。电路。常见的常见的CMOS集成电路主要有集成电路主要有4000、74HC、74HCT、74AHC、7
7、4AHCT、74VHC、74VHCT、74FCT等系列，等系列，l54系列则是系列则是74系列对应的军品，功能完全一样。系列对应的军品，功能完全一样。本讲稿第十三页，共三十四页TTL电路电路lTTL电路在电路在5V的电源下，的电源下，0V0.8V为逻辑为逻辑“0”；2V5V为逻辑为逻辑“1”。0.8V2V是动态过是动态过渡区，稳定的输入和输出是不能出现在这个范渡区，稳定的输入和输出是不能出现在这个范围的。围的。l5V电源下，电源下，TTL逻辑的输出高电平最低电压为逻辑的输出高电平最低电压为2.7V；输入高电平要求最低为；输入高电平要求最低为2.0V。输入低。输入低电平的最高电压要求为电平的最高
8、电压要求为0.8V；而输出低电平；而输出低电平的最高电压为的最高电压为0.5V。本讲稿第十四页，共三十四页TTL门电路传输特性门电路传输特性uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)VOFFVONVT传输特性传输特性理想的传输特性理想的传输特性(0.3V)ui(V)uo(V)123UOH“1”UOL阈值阈值VT=1.4V本讲稿第十五页，共三十四页常用常用TTL逻辑门电路逻辑门电路名称名称国际常用系列型号国际常用系列型号国产部标型号国产部标型号说明说明四四2 2输入与非门输入与非门7474LS00LS00T1000T1000四四2 2输入或门输入或门四四2 2异或门异或门四四
9、2 2输入或非门输入或非门四四2 2输入与门输入与门双双4 4输入与非门输入与非门双双4 4输入与门输入与门六反相器六反相器8 8输入与非门输入与非门7474LS32LS327474LS02LS027474LS08LS087474LS86LS867474LS21LS217474LS20LS207474LS30LS307474LS04LS04T186T186T1008T1008T1086T1086T1021T1021T1002T1002一个组件内部有一个组件内部有四个门，每个门四个门，每个门有两个输入端一有两个输入端一个输出端。个输出端。一个组件内有两个一个组件内有两个门，每个门有门，每个门有4
10、 4个输个输入端。入端。只一个门，只一个门，8 8个输入个输入端。端。有有6 6个反相器。个反相器。本讲稿第十六页，共三十四页CMOS电路电路lCMOS电路在电路在5V的电源下，的电源下，0.0V1.5V为逻辑为逻辑0；3.5V5.0V为逻辑为逻辑1。1.5V3.5V是动态是动态过渡区，稳定的输入和输出是不能出现在这个范过渡区，稳定的输入和输出是不能出现在这个范围的。围的。本讲稿第十七页，共三十四页CMOS电路电路l lCMOS反相器：反相器：uiUDDT1T2u0 NMOS管管 PMOS管管（1）ui0V时，时，T1截止，截止，T2导通。导通。输出电压输出电压u0UDD；（2）uiUDD时，
11、时，T1导通，导通，T2截截止。输出止。输出 压压u00V。本讲稿第十八页，共三十四页常用的组合逻辑电路常用的组合逻辑电路l基本的门电路基本的门电路(与、或、非门与、或、非门)和常用的门电路和常用的门电路(与非门、或非门、异或门与非门、或非门、异或门)都是组合逻辑电路，都是组合逻辑电路，此外常用的组合逻辑电路还有：三态门、译码此外常用的组合逻辑电路还有：三态门、译码器、编码器、数值比较器、数据选择器器、编码器、数值比较器、数据选择器(MUX)、加法器等。加法器等。本讲稿第十九页，共三十四页三态门三态门l三态门具有三种输出状态：三态门具有三种输出状态：高电平、低电平高电平、低电平高电平、低电平高
12、电平、低电平和和高阻状态高阻状态高阻状态高阻状态。因为三态门在因为三态门在E=1时为普时为普通与非门，输出有高、低电平两种状态；在通与非门，输出有高、低电平两种状态；在E=0时输出为高阻态；一共有三种状态，时输出为高阻态；一共有三种状态，因此称为三态门。因此称为三态门。l三态门与非门符号及功能表三态门与非门符号及功能表&ABF符号符号功能表功能表&ABF符号符号功能表功能表使能端使能端高电平高电平起作用起作用使能端使能端低电平低电平起作用起作用本讲稿第二十页，共三十四页l用途：用途：三态门主要作为三态门主要作为TTL电路与电路与总线总线间的间的接口电路接口电路。E1E2E3公公用用总总线线工作
13、时，工作时，E1、E2、E3分时分时接入高电平。接入高电平。本讲稿第二十一页，共三十四页集电极开路集电极开路（Open Collector)的门（的门（OC门）门）OC门在结构上将一般门在结构上将一般TTL门输出级的有源负载部分去除门输出级的有源负载部分去除,输出级晶体管输出级晶体管T5的集的集电极在集成电路内部不连接任何元件，直接作为输出端（集电极开路）。电极在集成电路内部不连接任何元件，直接作为输出端（集电极开路）。OC门在使用时，需要接一个上拉电门在使用时，需要接一个上拉电阻阻RC(将将RC和电源和电源UCC连接在连接在OC门的输门的输出端出端)，RC的数值应根据负载的大小和的数值应根据
14、负载的大小和要求选择。要求选择。R1UccR2R3AFT1T2T5BC&OC与非门符号与非门符号&或或OC与非门电路与非门电路本讲稿第二十二页，共三十四页OC门不但可以实现门不但可以实现“线与线与线与线与”逻辑逻辑逻辑逻辑；还可以；还可以作为接口电路实现逻辑电平的作为接口电路实现逻辑电平的作为接口电路实现逻辑电平的作为接口电路实现逻辑电平的转换。转换。转换。转换。输出级输出级&UCCF1F2F3FRCUCCRCT5T5T5本讲稿第二十三页，共三十四页施密特触发器施密特触发器特点特点特点特点1 1u0(V)ui(V)UU0u0(V)ui(V)UU0电电压压传传输输具具有有回回回回差差差差特特特特
15、性性性性施密特触发器利用其输入信号达到某一特定的阈值时，输出电施密特触发器利用其输入信号达到某一特定的阈值时，输出电施密特触发器利用其输入信号达到某一特定的阈值时，输出电施密特触发器利用其输入信号达到某一特定的阈值时，输出电平会发生跃变的特点，对电路中输入的电信号可以进行波形整平会发生跃变的特点，对电路中输入的电信号可以进行波形整平会发生跃变的特点，对电路中输入的电信号可以进行波形整平会发生跃变的特点，对电路中输入的电信号可以进行波形整形、幅度鉴别及波形变换等。形、幅度鉴别及波形变换等。形、幅度鉴别及波形变换等。形、幅度鉴别及波形变换等。特点特点特点特点2 2施密特触发器门的符号：施密特触发器
16、门的符号：施密特触发器门的符号：施密特触发器门的符号：本讲稿第二十四页，共三十四页施密特触发器的功能施密特触发器的功能本讲稿第二十五页，共三十四页常用时序逻辑电路常用时序逻辑电路l时序逻辑电路的基本电路是触发器，它具有记时序逻辑电路的基本电路是触发器，它具有记忆功能。忆功能。l常用的时序逻辑电路除各种触发器之外，还有：常用的时序逻辑电路除各种触发器之外，还有：存储器、寄存器、移位寄存器、锁存器、计数存储器、寄存器、移位寄存器、锁存器、计数器等。器等。本讲稿第二十六页，共三十四页逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题一、各种门电路之间的接口问题：一、各种门电路之间的接口问题
17、：由于每种器件的由于每种器件的电压电压、电流电流参数参数不同不同，故需要接口电路。，故需要接口电路。一般需要考虑：一般需要考虑：(1)(1)驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值；驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值；(2)(2)驱动器件必须能对负载器件提供足够大拉电流；驱动器件必须能对负载器件提供足够大拉电流；(3)(3)驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围内，包括高、低电压值。内，包括高、低电压值。-电压兼容性问题。电压兼容性问题。(4)(4)其它，如：噪声容限、输入输出电容、开关速度等。其它，如：噪声容限、输入
18、输出电容、开关速度等。扇出数扇出数问题问题本讲稿第二十七页，共三十四页l1 1、CMOSCMOS门驱动门驱动TTLTTL门门只要电压参数兼容，不需要另加接口，仅按电流大小计算扇出数即可。只要电压参数兼容，不需要另加接口，仅按电流大小计算扇出数即可。例：例：74HC0074HC00与非门用来驱动一个基本的与非门用来驱动一个基本的TTLTTL反相器和六个反相器和六个74LS74LS门电路。验算此时门电路。验算此时CMOSCMOS门是否过载？门是否过载？解：解：(1)(1)查技术参数手册得：查技术参数手册得：基本基本TTLTTL门电路：门电路：IIL=1.6mA 六个六个74LS74LS门的输入电流
19、：门的输入电流：IIL=60.4mA=2.4mA 总的输入电流：总的输入电流：IIL(Total)=1.6mA+2.4mA=4mA(2)74HC00(2)74HC00门的门的IOH=IOL=4mA，所以未过载。，所以未过载。本讲稿第二十八页，共三十四页l2 2、TTLTTL门驱动门驱动CMOSCMOS门门 由技术参数手册知：由技术参数手册知：TTLTTL输入为低电平时，它的输出电压参数输入为低电平时，它的输出电压参数与与CMOS HCCMOS HC的输入电压参数是不兼容的。如的输入电压参数是不兼容的。如LS TTLLS TTL的的V VOH(min)OH(min)为为2.7V2.7V，而，而H
20、C CMOSHC CMOS的的V VIH(min)IH(min)为为3.5V3.5V。通常用上拉电阻。通常用上拉电阻R RP P接到接到V VDDDD，可将，可将TTLTTL的输出高电平升到的输出高电平升到5V5V，上拉电阻的取值由负载器件，上拉电阻的取值由负载器件的数目及的数目及TTLTTL、CMOSCMOS的电流参数决定。的电流参数决定。由技术参数手册，由技术参数手册，TTLTTL门驱动门驱动CMOS HCTCMOS HCT时，由于电压参数兼时，由于电压参数兼容，不需要另加接口电路。容，不需要另加接口电路。常用常用CMOS HCTCMOS HCT当作接口器件，以免除当作接口器件，以免除上拉
21、电阻。上拉电阻。本讲稿第二十九页，共三十四页二、门电路带负载时的接口问题二、门电路带负载时的接口问题1 1、用门电路直接驱动显示器件、用门电路直接驱动显示器件 显示器件显示器件-发光二极管。电路如图：发光二极管。电路如图：1 11/6 74HC04LEDR输入输入信号信号1 1LEDR输入输入信号信号VCC(a)a)(b)b)电路中电路中串接串接限流电阻限流电阻R R以保以保护护LEDLED。图图a a：R=(VR=(VOHOH-V-VF F)/I)/ID D图图b b：R=(VR=(VCCCC-V-VF F-V-VOLOL)/I)/ID D其中：其中：V VF F为为LEDLED正向压降，正
22、向压降，I ID D为为LEDLED的电流。的电流。本讲稿第三十页，共三十四页 2 2、门电路的机电性负载接口、门电路的机电性负载接口 数字电路的机电控制对象：电机的位置和转速、继电器通断、数字电路的机电控制对象：电机的位置和转速、继电器通断、阀门开闭、机械手的多参数控制，等等。阀门开闭、机械手的多参数控制，等等。继电器驱动电路：继电器驱动电路：1 11/6 74HC0450输入输入信号信号1 11/6 74HC0450继电器继电器 继电器本身有额定电压、电流继电器本身有额定电压、电流参数，一般情况须用运放以提升到参数，一般情况须用运放以提升到必须的数必须的数-模电压和电流值。模电压和电流值。
23、(也可也可用光电开关耦合用光电开关耦合)对小型继电器可将多个反相器并对小型继电器可将多个反相器并联作为驱动电路，如图。联作为驱动电路，如图。本讲稿第三十一页，共三十四页三、三、门电路使用中的抗干扰措施门电路使用中的抗干扰措施 1、多余输入端处理、多余输入端处理原则：处理措施不可改变电路状态，要稳定可靠。原则：处理措施不可改变电路状态，要稳定可靠。做法：对做法：对TTLTTL与非门，多余输入端通过上拉电阻与非门，多余输入端通过上拉电阻(1(13 3K)K)接电源正端；也可用输入接地反相器的输出高电位接电源正端；也可用输入接地反相器的输出高电位 接到接到TTLTTL与非门多余输入端。与非门多余输入
24、端。对对CMOSCMOS门，多余输入端可根据需要接地（或非门），门，多余输入端可根据需要接地（或非门），或直接接或直接接V VDDDD(与非门与非门)。本讲稿第三十二页，共三十四页 2、去耦合滤波器、去耦合滤波器 采用去耦合滤波器，通常用采用去耦合滤波器，通常用10 10 100100F F的大电容的大电容与直流电源并联以滤去不需要的频率成分；对每一与直流电源并联以滤去不需要的频率成分；对每一集成芯片加接集成芯片加接0.10.1F F的电容器以滤除开关噪声。的电容器以滤除开关噪声。本讲稿第三十三页，共三十四页3、接地和安装工艺、接地和安装工艺 正确的接地技术：电源地和信号地分开；先将信号地汇正
25、确的接地技术：电源地和信号地分开；先将信号地汇集在一点，然后用最短的导线将两个地连在一起，以避免集在一点，然后用最短的导线将两个地连在一起，以避免含有多种脉冲波形（含尖峰电流）的大电流引到某数字器含有多种脉冲波形（含尖峰电流）的大电流引到某数字器件的输入端而导致系统正常的逻辑功能失效。此外，将模件的输入端而导致系统正常的逻辑功能失效。此外，将模拟地和数字地分开，然后选择一个合适的共同点接地，以拟地和数字地分开，然后选择一个合适的共同点接地，以免除二者之间的影响，必要时设计模拟和数字两块电路板，免除二者之间的影响，必要时设计模拟和数字两块电路板，各备直流电源。各备直流电源。集成电路数据手册多提供某些典型电路应用设计，应借鉴集成电路数据手册多提供某些典型电路应用设计，应借鉴。CMOSCMOS器件还要注意静电感应而导致损伤的问题。器件还要注意静电感应而导致损伤的问题。本讲稿第三十四页，共三十四页