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1、学习单元三学习单元三学习单元二学习单元二学习单元一学习单元一数字电路基础数字电路基础逻辑代数基础逻辑代数基础基本数字器件与功用基本数字器件与功用模块导读模块导读 逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。本模块逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。本模块从数字电路基础开始，介绍十进制计数体制，引入二从数字电路基础开始，介绍十进制计数体制，引入二进制、八进制、十六进制的运算规则及它们的相互间进制、八进制、十六进制的运算规则及它们的相互间转换的方法。讲述了基本逻辑运算、逻辑代数中的基转换的方法。讲述了基本逻辑运算、逻辑代数中的基本公式和常用定律及逻辑函数的代数化简法和卡诺图本公式和常用定律及逻辑函数的代数
2、化简法和卡诺图化简法，最后介绍了常用的逻辑门电路和化简法，最后介绍了常用的逻辑门电路和TTLTTL集成门电集成门电路，使学生对逻辑代数和逻辑门有了全面的了解。路，使学生对逻辑代数和逻辑门有了全面的了解。学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 数制是计数的方法，数制是计数的方法，最常见的进位计数制是十最常见的进位计数制是十进制，而在数字系统中进进制，而在数字系统中进行数字的运算和处理时，行数字的运算和处理时，广泛采用的则是二进制、广泛采用的则是二进制、八进制和十六进制。本单八进制和十六进制。本单元将介绍几种常见数制的元将介绍几种常见数制的表示方法及不同数制相互表示方法及不同数制相互间的转换
3、方法。间的转换方法。引引 言言一、数字信号与数字电路1.1.数字信号的概念数字信号的概念 在数字电子技术中，被在数字电子技术中，被传递、加工和处理的信号是传递、加工和处理的信号是数字信号，这类信号的特点数字信号，这类信号的特点是在时间上和幅值上都是断是在时间上和幅值上都是断续变化的离散信号。其高续变化的离散信号。其高 电平和低电平常用电平和低电平常用1 1和和0 0 来表示来表示。学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础一、数字信号与数字电路数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号一、数字信号与数字电路2.2.数字电路的概念数字电路的概念学习单元一数
4、字电路基础学习单元一数字电路基础 用于传递、加工和处理数用于传递、加工和处理数字信号的电子电路，称为数字电字信号的电子电路，称为数字电路。它主要是研究输出与输入信路。它主要是研究输出与输入信号之间的对应逻辑关系，其分号之间的对应逻辑关系，其分 析析的主要工具是逻辑代数。因此，的主要工具是逻辑代数。因此，数字电路又称为逻辑电路数字电路又称为逻辑电路。一、数字信号与数字电路3.3.数字电路的分类数字电路的分类学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础分立元件电路根据电路结构根据电路结构的不同的不同集成电 路一、数字信号与数字电路学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础根据集成的密根据集成的密
5、根据集成的密根据集成的密度不同度不同度不同度不同分：分：分：分：小规模小规模集集成电路成电路中中规模规模集集成电路成电路大大规模规模集集成电路成电路超大超大规模规模集成电路集成电路一、数字信号与数字电路学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础双极型双极型双极型双极型双极型双极型电路电路电路电路电路电路单极型单极型单极型单极型单极型单极型电路电路电路电路电路电路根据半导体的导根据半导体的导电类型不同电类型不同分分一、数字信号与数字电路4.4.数字电路的特点数字电路的特点学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 （1）数字电路内部的晶体管（包括单、双极型）主要工作在饱和导）数字电路内部的晶
6、体管（包括单、双极型）主要工作在饱和导通或截止状态；模拟电路内部的晶体管主要工作在放大状态。通或截止状态；模拟电路内部的晶体管主要工作在放大状态。（2）数字电路的信号只有两种状态：高电平和低电平，分别对应于）数字电路的信号只有两种状态：高电平和低电平，分别对应于（或代表）二进制数中的（或代表）二进制数中的1和和0，表示信号的有或无，便于数据处理。，表示信号的有或无，便于数据处理。（3）数字电路结构相对简单，功耗较低，便于集成。）数字电路结构相对简单，功耗较低，便于集成。一、数字信号与数字电路学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 （4）数字电路抗干扰能力强。其原因是利用脉冲信号的有无传递
7、）数字电路抗干扰能力强。其原因是利用脉冲信号的有无传递1和和0的数字信息，高低电平间容差较大，幅度较小的干扰不足以改变信号的的数字信息，高低电平间容差较大，幅度较小的干扰不足以改变信号的有无状态。有无状态。（5）数字电路不仅能完成数值运算，而且还能进行逻辑运算和比较）数字电路不仅能完成数值运算，而且还能进行逻辑运算和比较判断，从而在计算机系统中得到广泛应用。判断，从而在计算机系统中得到广泛应用。二、数制与代码学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础1.1.数制数制4)3)2)1)十六进制数十六进制数八进制数八进制数二进制数二进制数十进制数十进制数二、数制与代码学习单元一数字电路基础学习单元
8、一数字电路基础2.2.数制间的转换数制间的转换1）2 2）3）二进制、八进二进制、八进制、十六进制制、十六进制数转换为十进数转换为十进制数制数4 4）十进制数转换十进制数转换为二进制数、为二进制数、八进制、十六八进制、十六进制数进制数二进制数与八二进制数与八进制数之间的进制数之间的转换转换二进制数与十二进制数与十六进制数的相六进制数的相互转换互转换学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 在数字电路中在数字电路中都采用的是二进制都采用的是二进制数，和模拟电路相数，和模拟电路相比有优势吗？比有优势吗？提问：提问：二、数制与代码学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础3.3.代码代码1）二
9、十进制二十进制码码2）格雷码格雷码学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 引例引例 解析解析请看下面的案例请看下面的案例学习单元一数字电路基础学习单元一数字电路基础 将下列十将下列十进进制数制数转换为转换为二二进进制数、八制数、八进进制数、十六制数、十六进进制制数。数。（1）25；（；（2）43；（；（3）56；（；（4）78例题例题学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 在本学习单元中主要在本学习单元中主要 介绍逻辑代数介绍逻辑代数,它是分析和它是分析和研究逻辑电路的数学工具，研究逻辑电路的数学工具，是学习数字电路的基础。是学习数字电路的基础。逻辑代数所研究的内容，是逻辑代数所研
10、究的内容，是逻辑函数与逻辑变量之间的逻辑函数与逻辑变量之间的关系。应用逻辑代数可将复关系。应用逻辑代数可将复杂的逻辑函数式进行恒等变杂的逻辑函数式进行恒等变换，以便得到合理的逻辑电换，以便得到合理的逻辑电路。路。引引 言言学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础一、逻辑电路与运算1.1.逻辑代数逻辑代数 在数字逻辑电路中,如果输入变量A、B、C、的取值确定后，输出变量的值也被唯一确定了。称是、的逻辑函数。逻辑函数的一般表达式可以写作：Y=f（A，B，C，）学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础一、逻辑电路与运算2.2.基本逻辑运算基本逻辑运算1 1）与逻辑和与运算）与逻辑和与运算与逻
11、辑关系与逻辑关系与逻辑关系真值表与逻辑关系真值表学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础一、逻辑电路与运算2 2）或逻辑和或运算）或逻辑和或运算或或逻辑关系逻辑关系或或逻辑关系真值表逻辑关系真值表学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础一、逻辑电路与运算3 3）非逻辑和非运算）非逻辑和非运算非逻辑关系非逻辑关系非逻辑关系真值表非逻辑关系真值表学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础一、逻辑电路与运算3.3.复合逻辑运算复合逻辑运算 1)1)与非逻辑与非逻辑和与非运和与非运算算2 2）或非逻辑或非逻辑和或非运和或非运算算3 3）与或非逻与或非逻辑和与或辑和与或非运算非运算4 4）异或
12、逻辑异或逻辑和异或运和异或运算算5 5）同或逻辑同或逻辑和同或运和同或运算算学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 在逻辑代数的公式与定律中，除常量与常量之间的在逻辑代数的公式与定律中，除常量与常量之间的运算外，还有交换律、结合律、分配律、吸收律、摩根定运算外，还有交换律、结合律、分配律、吸收律、摩根定律等，其中交换律和结合律以及分配律的第一种形式与普律等，其中交换律和结合律以及分配律的第一种形式与普通代数一样，而其余定律则完全不同于普通代数，要认真通代数一样，而其余定律则完全不同于普通代数，要认真加以区别。这些定律中，摩根定律最为常用加以区别。这些定律中，摩根定律最为常用。学习单元二逻
13、辑代数基础学习单元二逻辑代数基础二、逻辑代数的公式化简法1.1.逻辑代数基本公式逻辑代数基本公式逻辑代数的基本公式逻辑代数的基本公式学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础二、逻辑代数的公式化简法2 2逻辑代数的公式化简法逻辑代数的公式化简法1 1）最简与或表达式）最简与或表达式（1）与或表达式形式）与或表达式形式：（2）将原式两次求反，再用反演定律得）将原式两次求反，再用反演定律得：学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础二、逻辑代数的公式化简法（3）由与非与非表达式，再利用反演定律得与或非表达式为）由与非与非表达式，再利用反演定律得与或非表达式为（4）由与或非表达式，利用两次反演定
14、律得）由与或非表达式，利用两次反演定律得：（5）或与表达式两次求反，再用反演定律得）或与表达式两次求反，再用反演定律得：学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础二、逻辑代数的公式化简法2 2）公式法化简举例）公式法化简举例（4 4）配项法配项法（3 3）消去消去法法（2 2）吸收吸收法法（1 1）并项法并项法学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础三、逻辑代数的卡诺图化简法1.1.逻辑变量卡诺图逻辑变量卡诺图二、三、四变量卡诺图二、三、四变量卡诺图学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础三、逻辑代数的卡诺图化简法2.2.逻辑函数卡诺图逻辑函数卡诺图（1 1）给出逻辑函数的真给出逻辑
15、函数的真值表，根据真值表值表，根据真值表画出卡诺图画出卡诺图（3 3）已知逻辑函数一般表已知逻辑函数一般表达式，由此画出函数达式，由此画出函数的卡诺图的卡诺图（2 2）已知逻辑函数最小已知逻辑函数最小项表达式，由此画项表达式，由此画出函数的卡诺图出函数的卡诺图逻辑函数的卡诺图化简法补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础1.1.最小项合并的规律最小项合并的规律两个相邻最小项的合并两个相邻最小项的合并逻辑函数的卡诺图化简法补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 卡诺图化简卡诺图化简的优点是简单、直的优点是简单、直观，不易出
16、错，有观，不易出错，有一定的步骤和方法一定的步骤和方法可循可循。注意：注意：逻辑函数的卡诺图化简法补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础2.2.用卡诺图法化简逻辑函数用卡诺图法化简逻辑函数 （1）根据变量数画出变量卡诺图。）根据变量数画出变量卡诺图。（2）根据给出的要化简的逻辑函数，在函数包含的最）根据给出的要化简的逻辑函数，在函数包含的最小项方格中填小项方格中填1，其余的方格填，其余的方格填0或不填，作出函数的卡诺或不填，作出函数的卡诺图。图。（3）合并相邻项，将能合并的最小项方格圈出。）合并相邻项，将能合并的最小项方格圈出。逻辑函数的卡诺图化简法补补补
17、补充充充充知知知知识识识识学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 （4）把每个包围圈合并后的项进行逻辑加就得出逻辑）把每个包围圈合并后的项进行逻辑加就得出逻辑函数的最简与或表达式。函数的最简与或表达式。学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 引例引例 解析解析请看下面的案例请看下面的案例学习单元二逻辑代数基础学习单元二逻辑代数基础 例题例题学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用 在本学习单元中主在本学习单元中主 要介绍分立元件与门、或要介绍分立元件与门、或门、非门的工作原理和逻门、非门的工作原理和逻辑功能，然后着重讨论辑功能，然后着重讨论TTLTTL与非门的工作原
18、理、与非门的工作原理、逻辑功能和外特性。通过逻辑功能和外特性。通过学习让学生掌握基本的逻学习让学生掌握基本的逻辑门电路，进而能够设计辑门电路，进而能够设计简单的数字电路。简单的数字电路。引引 言言学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用1.1.逻辑门电路的基本概念逻辑门电路的基本概念一、基本逻辑门电路 在实际系统中，开关的通断、液位的高低、信号的强弱均可以在实际系统中，开关的通断、液位的高低、信号的强弱均可以由逻辑由逻辑 0 0 和逻辑和逻辑 1 1 表示。在数字电路中与这种二值逻辑变量相对表示。在数字电路中与这种二值逻辑变量相对应的是电子开关的通或断两种状态。而半导体二极管、
19、三极管和应的是电子开关的通或断两种状态。而半导体二极管、三极管和 MOSMOS 场效应管，是构成这种电子开关的最基本的开关元件场效应管，是构成这种电子开关的最基本的开关元件。学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用2.2.基本逻辑门电路基本逻辑门电路一、基本逻辑门电路3)3)2 2)1)1)二极管与门二极管与门二极管或门二极管或门三极管非门三极管非门学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用3.3.复合逻辑门电路复合逻辑门电路一、基本逻辑门电路基基本本门门和和常常用用复复合合门门学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用 在数字集成电路中，门在数字集
20、成电路中，门电路是组成各种复杂逻辑电电路是组成各种复杂逻辑电路的基础，掌握常用逻辑门路的基础，掌握常用逻辑门电路的逻辑功能和外部电气电路的逻辑功能和外部电气特性对学习和使用数字电路特性对学习和使用数字电路是很有帮助的是很有帮助的。要注意要注意！知识拓展知识拓展知识拓展知识拓展学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用二、TTL集成门电路1.TTL与非门与非门2.集电极开路与集电极开路与非门非门3.三态门三态门常用 TTL 集成门及其使用补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用 考虑到国际上通用标考虑到国际上通用标准型号和我国现行国家
21、标准型号和我国现行国家标准，根据工作温度的不同准，根据工作温度的不同和电源电压允许工作范围和电源电压允许工作范围的不同，我国的不同，我国TTLTTL数字数字 集成电路分为集成电路分为5454系列系列 和和7474系列两大类系列两大类。常用 TTL 集成门及其使用补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用5454 系列和系列和 7474 系列的对比系列的对比学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用三、COMS 集成门电路1.COMS1.COMS 非门电路非门电路CMOSCMOS 反相器反相器学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用三、COMS 集成门电路2 2.COMS.COMS 与非门电路与非门电路COMSCOMS 与非门及其逻辑符号与非门及其逻辑符号常用 COMS 集成门及其使用补补补补充充充充知知知知识识识识学习单元三基本数字器件与功用学习单元三基本数字器件与功用1.CMOS 40001.CMOS 4000系列系列2.2.高速高速CMOSCMOS电路系列电路系列