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1、YCF(中职）电工与电子技术第八章教学课件第八章第八章 数字电路基础数字电路基础第一节第一节 数字电路基础数字电路基础第二节第二节 门电路门电路返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础一、数字信号的概念一、数字信号的概念 1.数字电路的特点数字电路的特点 电子电路所处理的电信号可以分为两大类电子电路所处理的电信号可以分为两大类:一类是数值随时间的变一类是数值随时间的变化而连续变化的信号，称为模拟信号，如模拟语言的音频信号化而连续变化的信号，称为模拟信号，如模拟语言的音频信号(可以可以通过话筒把声音信号转换成相应的电信号通过话筒把声音信号转换成相应的电信号)就属于模拟信号就属于模拟信号;另一类
2、信另一类信号的数值随时间的变化是断续的、离散的，也就是说其数值的变化是号的数值随时间的变化是断续的、离散的，也就是说其数值的变化是不连续的，多以脉冲信号的形式出现，这一类信号称为数字信号。不连续的，多以脉冲信号的形式出现，这一类信号称为数字信号。按照电子电路中工作信号的不同，通常把电路分为模拟电路和数字按照电子电路中工作信号的不同，通常把电路分为模拟电路和数字电路。我们把处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如各类放大器、电路。我们把处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如各类放大器、稳压电路等都属于模拟电路。我们把处理数字信号的电子电路称为数稳压电路等都属于模拟电路。我们把处理数字信号的电子电路
3、称为数字电路，例如后面将要介绍的各类门电路、触发器、译码器、计数器字电路，例如后面将要介绍的各类门电路、触发器、译码器、计数器等都属于数字电路。等都属于数字电路。下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础数字电路有数字电路有许多区别于模拟电路的特点，主要有以下几点许多区别于模拟电路的特点，主要有以下几点:.杭干扰能力强、无噪声积累在模拟通信中，为了提高信噪比，需要杭干扰能力强、无噪声积累在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离
4、的增加，噪中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。对于数字通信，由于数声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值通常取两个幅值)，在传输过程中虽然，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。信号，所以可实
5、现长距离高质量的传输。.便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础.便于存储、处理和交换数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，便于存储、处理和交换数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信都是二
6、进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。能化。.设备便于集成化、微型化数字通信采用时分多路复用，不需要体积设备便于集成化、微型化数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。模集成电路实现，因此体积小、功耗低。.便于构成综合数字网和综合业务数字网采用数字传输方式，可以便于构成综合数字网和综合业务数字网采用数字传输
7、方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。网。.占用信道频带较宽一路模拟电话的频带为占用信道频带较宽一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电带宽，一路数字电话约占话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道带信道(光缆、数字微波光缆、数字微波)的大量利用的大量利用(一对光缆可开通几千路电话一对光缆可开通几千路
8、电话)以以及数字信号处理技术的发展及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由可将一路数字电话的数码率由64kb/s压压缩到缩到32kb/s甚至更低的数码率甚至更低的数码率)，数字电话的带宽问题已不是主要问，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。题了。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 以上介绍可知，数字通信具有很多优点，所以各国都在积极发展数字以上介绍可知，数字通信具有很多优点，所以各国都在积极发展数字通信。近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、智能化、通信。近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。宽带化和综合化方
9、向迈进。2.脉冲信号和数字信号脉冲信号和数字信号 数字电路所处理的各种信号是脉冲信号，也称脉冲波。数字电路所处理的各种信号是脉冲信号，也称脉冲波。“脉冲脉冲”这这个词包含着脉动和短促的意思。电脉冲是指在短促的时间内出现的突个词包含着脉动和短促的意思。电脉冲是指在短促的时间内出现的突然变化的电压或电流。例如发报机在发送信号时，每当操作人员按一然变化的电压或电流。例如发报机在发送信号时，每当操作人员按一次按键，发报机所产生的信号就属于这种信号。常见的脉冲信号如次按键，发报机所产生的信号就属于这种信号。常见的脉冲信号如图图8一一1所示。所示。从广义上讲，一切非正弦的、带有突变特点的波形，统称为脉冲。
10、从广义上讲，一切非正弦的、带有突变特点的波形，统称为脉冲。数字电路处理的信号多是矩形脉冲，这种信号常用二值量信息表示，数字电路处理的信号多是矩形脉冲，这种信号常用二值量信息表示，即用逻辑信号即用逻辑信号0和和1来表示信号的状态来表示信号的状态(高电平或低电平高电平或低电平)，我们以后所，我们以后所讲的数字信号，通常都是指这种信号。讲的数字信号，通常都是指这种信号。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 二、数制和码制二、数制和码制 在日常生活中，我们习惯采用十进制数，而数字电路中的基本工作在日常生活中，我们习惯采用十进制数，而数字电路中的基本工作信号是数字信号，只能表示信号是
11、数字信号，只能表示0和和1两个基本数字。因此，在数字系统中两个基本数字。因此，在数字系统中进行数字的运算和处理时，采用的都是二进制数，但二进制数有时表进行数字的运算和处理时，采用的都是二进制数，但二进制数有时表示起来不太方便，位数太多，所以也经常采用十六制数示起来不太方便，位数太多，所以也经常采用十六制数(每位代替四每位代替四位二进制数位二进制数)。1.数的表示方法数的表示方法 (1)十进制数十进制数是最常用的计数体制，十进制数的特点是十进制数十进制数是最常用的计数体制，十进制数的特点是:.基数是基数是10，十进制数采用十个基本数码，十进制数采用十个基本数码，0,1,2,3,4,5,6,7,8
12、,9，任，任何数值都可以用上述十个数码按一定规律排列起来表示何数值都可以用上述十个数码按一定规律排列起来表示;.计数规律是计数规律是“逢十进一逢十进一”，即，即9+1=l00 0 9十个数可以用一位基十个数可以用一位基本数码表示，本数码表示，10以上的数则要用两位以上的数码表示。例如以上的数则要用两位以上的数码表示。例如n这个数，这个数，右边的右边的“1”为个位数，左边的为个位数，左边的“1”为十位数，也就是为十位数，也就是11=1 x101+1 x100o上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 这样，每一数码处于不同的位置时，它代表的数值是不同的，即不同这样，每一数码处于不
13、同的位置时，它代表的数值是不同的，即不同的数位有不同的位权。例如，十进制的数位有不同的位权。例如，十进制1949代表的数值为代表的数值为每位的位权分别为每位的位权分别为 对于一个十进制数来说，从最低位开始，位权依次为对于一个十进制数来说，从最低位开始，位权依次为100,101,102、，每一位数码所表示的数值等于该数码，每一位数码所表示的数值等于该数码(称为该位的系数称为该位的系数)乘以该位乘以该位的位权，每一位的系数和位权的乘积称为该位的加权系数。任意一个的位权，每一位的系数和位权的乘积称为该位的加权系数。任意一个n位十进制正整数位十进制正整数N所表示的数值，等于其各位加权系数之和，可表示所
14、表示的数值，等于其各位加权系数之和，可表示为为式中的下标式中的下标10表示表示N是十进制数。是十进制数。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础(2)二进制数二进制数的特点二进制数二进制数的特点:.基数是基数是2，采用两个数码，采用两个数码0和和1;.计数规律是计数规律是“逢二进一逢二进一”。二进制的各位位权分别为二进制的各位位权分别为20、21、22.。任何一个。任何一个n位二进制正整位二进制正整数数N，可表示为，可表示为式中的下标式中的下标2表示表示N是二进制数。是二进制数。二进制数表示的数值也等于其各位加权系数之和。二进制数表示的数值也等于其各位加权系数之和。上一页 下一
15、页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础(3)十六进制数二进制数的位数通常是很多的，不便于书写和记忆。十六进制数二进制数的位数通常是很多的，不便于书写和记忆。例如，要表示十进制数例如，要表示十进制数4020，若用二进制数表示则为，若用二进制数表示则为111110110100，若用十六进制表示则为，若用十六进制表示则为FB4，因此在数字系统的资料中常采用十六，因此在数字系统的资料中常采用十六进制来表示二进制数。进制来表示二进制数。十六进制数的基数是十六进制数的基数是16，采用，采用16个数码个数码:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F，其中，其中10一一15分别用分
16、别用A一一F表示。表示。十六进制数的计数规律是十六进制数的计数规律是“逢十六进一逢十六进一”，各位的位权是，各位的位权是16的幂。的幂。n位十六进制正整数位十六进制正整数N可表示为可表示为上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 2.不同进制数之间的相互转换不同进制数之间的相互转换 (1)二进制、十六进制数转换为十进制数只要求出二进制或十六进制二进制、十六进制数转换为十进制数只要求出二进制或十六进制数各位加权系数之和，则得相应的十进制数。数各位加权系数之和，则得相应的十进制数。(2)十进制数转换为二进制数将十进制正整数转换为二进制可以采用十进制数转换为二进制数将十进制正整数转换
17、为二进制可以采用除以除以2倒取余法，转换步骤如下倒取余法，转换步骤如下:以下各步类推，直到商为以下各步类推，直到商为0为止，最后得到的余数即为最高位数的数为止，最后得到的余数即为最高位数的数码码kn-1 o上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础例例8一一1将将7510转换成二进制数。转换成二进制数。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础(3)二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换.将二进制正整数转换为十六进制数将二进制数从最低位开始，每将二进制正整数转换为十六进制数将二进制数从最低位开始，每4位位分为一组分为一组(最高位可以补最高位可以
18、补0)，每组都转换为，每组都转换为1位相应的十六进制数数码位相应的十六进制数数码即可。即可。例例8一一2将二进制数将二进制数10010112，转换为十六进制数。，转换为十六进制数。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础.将十六进制正整数转换为二进制数。将十六进制数的每一位转换为将十六进制正整数转换为二进制数。将十六进制数的每一位转换为相应的相应的4位二进制数即可。位二进制数即可。例例8一一3将将4B 16转换为二进制数。转换为二进制数。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 3.二一进制码二一进制码BCD码码)数字系统中的信息可以分为两类，一类是数值信息，另
19、一类是文字、数字系统中的信息可以分为两类，一类是数值信息，另一类是文字、符号信息。数值的表示已如前述。为了表示文字符号信息，往往也采符号信息。数值的表示已如前述。为了表示文字符号信息，往往也采用一定位数的二进制数码来表示，这个特定的二进制码称为代码。建用一定位数的二进制数码来表示，这个特定的二进制码称为代码。建立这种代码与文字、符号或特定对象之间的一一对应的关系称为编码。立这种代码与文字、符号或特定对象之间的一一对应的关系称为编码。这就如运动会上给所有运动员编上不同的号码一样。这就如运动会上给所有运动员编上不同的号码一样。所谓二一十进制码，指的是用十个四位二进制数来分别表示十进制所谓二一十进制
20、码，指的是用十个四位二进制数来分别表示十进制数中的数中的0一一9十个数码，简称十个数码，简称BCD码。由于四位二进制数码有十六种不码。由于四位二进制数码有十六种不同的组合状态，用以表示十进制数中的十个数码时，只需选用其中十同的组合状态，用以表示十进制数中的十个数码时，只需选用其中十种组合，其余六种组合则不用种组合，其余六种组合则不用(称为无效组合称为无效组合)。因此，。因此，BCD码的编码码的编码方式有很多种。方式有很多种。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 在二一十进制编码中，一般分有权码和无权码。在二一十进制编码中，一般分有权码和无权码。表表8一一1中列出了几中列出了
21、几种常见的种常见的BCD码。例如码。例如8421 BCD码是一种最基本的，应用十分普遍码是一种最基本的，应用十分普遍的的BCD码，它是一种有权码，码，它是一种有权码，8421就是指编码中各位的位权分别是就是指编码中各位的位权分别是8,4,2,1，另外，另外2421 BCD码、码、5421 BCD码也属于有权码，而余码也属于有权码，而余3码和码和格雷循环码格雷循环码(也称格雷码也称格雷码)则属于无权码。则属于无权码。将十进制数的每一位分别用将十进制数的每一位分别用4位二进制码表示出来，所构成的数称为位二进制码表示出来，所构成的数称为二一十进制数，例如二一十进制数，例如 下标表示下标表示该数为该数
22、为8421编码方式的二一十进制数，在二一十进制数中编码方式的二一十进制数，在二一十进制数中.每每4位数形位数形成一组成一组.代表一个十讲制数码代表一个十讲制数码.组与组之间的关系仍是十讲制关系。组与组之间的关系仍是十讲制关系。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 三、逻辑代数三、逻辑代数 1.基本逻辑关系基本逻辑关系 (1)逻辑代数、逻辑变量自然界中，许多现象都存在着对立的两种状逻辑代数、逻辑变量自然界中，许多现象都存在着对立的两种状态，为了描述这种相互对立的状态，往往采用仅有两个取值的变量来态，为了描述这种相互对立的状态，往往采用仅有两个取值的变量来表示，这种二值变量就称
23、为逻辑变量。例如，电平的高低，灯泡的亮表示，这种二值变量就称为逻辑变量。例如，电平的高低，灯泡的亮灭等现象都可以用逻辑变量来表示。灭等现象都可以用逻辑变量来表示。逻辑变量可以用字母逻辑变量可以用字母A,B,C,.,X,Y,Z等来表示，但逻辑变量只有两等来表示，但逻辑变量只有两个不同的取值，分别是逻辑个不同的取值，分别是逻辑0和逻辑和逻辑1。这里。这里0和和1不表示具体的数值，不表示具体的数值，只表示事物相互对立的两种状态。只表示事物相互对立的两种状态。逻辑代数就是用以描述逻辑关系、反映逻辑变量运算规律的数学，逻辑代数就是用以描述逻辑关系、反映逻辑变量运算规律的数学，它是按照一定的逻辑规律进行运
24、算的。它是分析和设计逻辑电路所采它是按照一定的逻辑规律进行运算的。它是分析和设计逻辑电路所采用的一种数学工具。用的一种数学工具。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础(2)基本的逻辑关系及其运算所谓逻辑关系是指一定的因果关系，即基本的逻辑关系及其运算所谓逻辑关系是指一定的因果关系，即条件和结果的关系。基本的逻辑关系只有条件和结果的关系。基本的逻辑关系只有“与与”、“或或”、“非非”三三种，因此，在逻辑代数中有三种基本的逻辑运算，即种，因此，在逻辑代数中有三种基本的逻辑运算，即“与与”运算、运算、“或或”运算、运算、“非非”运算。其他逻辑运算就是通过这三种基本运算来实运算。其他
25、逻辑运算就是通过这三种基本运算来实现的。在数字电路中，利用输入信号来对应现的。在数字电路中，利用输入信号来对应“条件条件”，用输出信号来，用输出信号来对应对应“结果结果”，这样，数字电路输入、输出信号之间所存在的因果关，这样，数字电路输入、输出信号之间所存在的因果关系就可以用这三种逻辑关系来描述，对应的电路分别叫做系就可以用这三种逻辑关系来描述，对应的电路分别叫做“与门与门”、“或门或门”、“非门非门”。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础.与逻辑和与运算只有当决定某一种结果的所有条件都具备时，这个与逻辑和与运算只有当决定某一种结果的所有条件都具备时，这个结果才能发生，这种
26、逻辑关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。结果才能发生，这种逻辑关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。例如，把两只开关和一只灯泡串连接到电源上，只有当两只开关都例如，把两只开关和一只灯泡串连接到电源上，只有当两只开关都闭合时，灯泡才能亮，只要有一个开关断开，灯就灭。因此灯亮和开闭合时，灯泡才能亮，只要有一个开关断开，灯就灭。因此灯亮和开关的接通是与逻辑关系，可以用逻辑代数中的与运算表示关的接通是与逻辑关系，可以用逻辑代数中的与运算表示(用用Y代表灯代表灯泡的状态、用泡的状态、用A,B分别代表两只开关的状态分别代表两只开关的状态)，与运算又称逻辑乘，记，与运算又称逻辑乘，记作作Y=AB或或 Y=AB这里，灯
27、亮、开关接通，我们用逻辑这里，灯亮、开关接通，我们用逻辑1表示表示;灯灭、开关断开，我们用灯灭、开关断开，我们用逻辑逻辑0表示。与运算的运算规则为表示。与运算的运算规则为:0 0=0,0 1=0,1 0=0,1 1=1。即即:有有0为为0，全，全1为为to上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础.或逻辑和或运算当决定某一结果的几个条件中，只要有一个或一个或逻辑和或运算当决定某一结果的几个条件中，只要有一个或一个以上的条件具备，结果就发生，这种逻辑关系，就称为或逻辑关系，以上的条件具备，结果就发生，这种逻辑关系，就称为或逻辑关系，简称或逻辑。简称或逻辑。例如，把两只开关并联再和一
28、只灯泡串连接到电源上，这样只要有例如，把两只开关并联再和一只灯泡串连接到电源上，这样只要有一个开关接通，灯泡就亮。因此灯亮和开关接通是或逻辑关系，可以一个开关接通，灯泡就亮。因此灯亮和开关接通是或逻辑关系，可以用逻辑代数中的或运算来表示用逻辑代数中的或运算来表示(灯泡的状态用灯泡的状态用Y表示，开关的状态分别表示，开关的状态分别用用A,B表示表示):Y=A+B 同样，灯亮、开关接通，我们用逻辑同样，灯亮、开关接通，我们用逻辑1表示表示;灯灭、开关断开，我们用灯灭、开关断开，我们用逻辑逻辑0表示。或运算的运算规则为表示。或运算的运算规则为0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=1。即。即:有
29、有1为为1，全，全0为为0。或逻辑又称为逻辑加。或逻辑又称为逻辑加。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础.非逻辑和非运算如果条件与结果的状态总是相反，则这样的逻辑关非逻辑和非运算如果条件与结果的状态总是相反，则这样的逻辑关系叫做非逻辑关系，简称非逻辑，或称为逻辑非。逻辑变量系叫做非逻辑关系，简称非逻辑，或称为逻辑非。逻辑变量A的逻辑的逻辑非，表示为非，表示为A，A读作读作“A非非”或或“A反反”，其表达式为，其表达式为Y=A非逻辑的运算规律为非逻辑的运算规律为(3)逻辑代数中的基本公式和定律逻辑代数中的基本公式和定律.变量和常量的关系。变量和常量的关系。公式公式1 A+0=
30、A公式公式1 A1=A公式公式2A+1=1公式公式2 A0=0公式公式3 A+A=1公式公式3 AA=0.与普通代数相似的定律。与普通代数相似的定律。交换律交换律:公式公式4 A+B=B+A 公式公式4 AB=BA结合律结合律:公式公式5(A+B)+C=A+(B+C)公式公式5(AB)C=A(BC)上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础分配律分配律:公式公式6A(B+c)=AB+AC 公式公式6 A+BC=(A+B)(A+C)上述公式中，除公式上述公式中，除公式6以外，其他都和普通代数完全一样。以外，其他都和普通代数完全一样。.逻辑代数中的一些特殊定律逻辑代数中的一些特殊定律
31、重叠律重叠律:公式公式7 A+A=A 公式公式7 AA=A反演律反演律(摩根定律摩根定律):非非律非非律(否定律或还原律否定律或还原律):上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 2.逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法 (1)逻辑函数的定义逻辑函数的定义和普通代数中函数的定义类似。逻辑函数的定义逻辑函数的定义和普通代数中函数的定义类似。在逻辑电路中，如果输入变量在逻辑电路中，如果输入变量A,B,C,的取值确定后，输出变量的取值确定后，输出变量Y的的值也被唯一确定了。那么，我们就称值也被唯一确定了。那么，我们就称Y是是A,B,C,的逻辑函数。逻辑的逻辑函数。逻辑函数的一般表
32、达式可以写作函数的一般表达式可以写作:根据函数的定义根据函数的定义:Y=AB,Y=A+B,Y=A三个表达式反映的是三个基三个表达式反映的是三个基本的逻辑函数，表示本的逻辑函数，表示Y是是A,B的与函数、或函数、非函数。在逻辑代的与函数、或函数、非函数。在逻辑代数中，逻辑函数和逻辑变量一样，都只有逻辑数中，逻辑函数和逻辑变量一样，都只有逻辑0或逻辑或逻辑1两种取值。两种取值。上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础(2)逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法有很多种，以下结合实逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法有很多种，以下结合实际电路介绍几种常用的方法。际电路介绍几种常用的方法
33、。.真值表。真值表是将逻辑变量的各种可能的取值和相应的函数值排真值表。真值表是将逻辑变量的各种可能的取值和相应的函数值排列在一起而组成的表格。列在一起而组成的表格。例如，如例如，如图图8-2(a)所示的是二极管与门电路，所示的是二极管与门电路，A,B是它的两个输入是它的两个输入端，端，Y是输出端。当是输出端。当A,B中有低电平时，则对应的二极管导通，输出中有低电平时，则对应的二极管导通，输出电压被钳位在低电平。当电压被钳位在低电平。当A,B全为高电平时，输出才为高电平。如果全为高电平时，输出才为高电平。如果高电平用高电平用1表示，低电平用表示，低电平用0表示，则可得与门真值表，见表示，则可得与
34、门真值表，见表表8-2。.逻辑函数表达式逻辑函数表达式是用各变量的与、或、非逻辑运算逻辑函数表达式逻辑函数表达式是用各变量的与、或、非逻辑运算的组合表达式来表示逻辑函数的，简称逻辑表达式、函数式、表达式。的组合表达式来表示逻辑函数的，简称逻辑表达式、函数式、表达式。在上例中，与门电路输出状态在上例中，与门电路输出状态Y与输入状态与输入状态A,B的关系可表示为的关系可表示为:Y=AB上一页 下一页返回第一节第一节 数字电路基础数字电路基础 该式表明，当该式表明，当A和和B全为全为1时，输出时，输出Y才为才为1，这与它的真值表是相符，这与它的真值表是相符的。的。.逻辑图用规定的逻辑符号连接构成的图
35、，称为逻辑图。如图逻辑图用规定的逻辑符号连接构成的图，称为逻辑图。如图8-2(b)所示为与门的逻辑符号，也是与逻辑的逻辑符号。每一种逻辑运所示为与门的逻辑符号，也是与逻辑的逻辑符号。每一种逻辑运算都可以用一种逻辑符号来表示，只要能得到逻辑函数的表达式，就算都可以用一种逻辑符号来表示，只要能得到逻辑函数的表达式，就可以转换为逻辑图。由于逻辑符号也代表逻辑门，和电路器件是相对可以转换为逻辑图。由于逻辑符号也代表逻辑门，和电路器件是相对应的，所以，逻辑图也称为逻辑电路图。应的，所以，逻辑图也称为逻辑电路图。上一页返回第二节第二节 门电路门电路一、基本逻辑门一、基本逻辑门 在逻辑电路中，电平的高低是相
36、互对立的逻辑状态，可用逻辑在逻辑电路中，电平的高低是相互对立的逻辑状态，可用逻辑1和和逻辑逻辑0分别表示。通常分别表示。通常.我们用逻辑我们用逻辑1表示高电平表示高电平.用逻辑用逻辑0表示低电平。表示低电平。1.二极管与门电路二极管与门电路 二极管与门电路如图二极管与门电路如图8一一2所示，其逻辑功能为所示，其逻辑功能为“有有0出出0，全，全1出出1”。2.二极管或门电路二极管或门电路 如如图图8一一3所示为二极管或门电路及逻辑符号，图所示为二极管或门电路及逻辑符号，图8一一3(b)也是或逻也是或逻辑的逻辑符号。辑的逻辑符号。当当A,B中有高电平时，则对应的二极管导通，输出电压被钳位在高中有高
37、电平时，则对应的二极管导通，输出电压被钳位在高电平。当电平。当A,B均为低电平时，输出才为低电平。或门电路的真值表见均为低电平时，输出才为低电平。或门电路的真值表见表表8一一3。或门的逻辑功能为。或门的逻辑功能为:“有有1出出1，全，全0出出0.下一页返回第二节第二节 门电路门电路 3.非门电路（晶体管反相器非门电路（晶体管反相器)晶体管构成的反相器电路如晶体管构成的反相器电路如图图8-4所示。当输入低电平时，晶体管所示。当输入低电平时，晶体管截止，截止，ic=0输出高电平，输出高电平，uo=UoH=Ucc;当输入高电平时，若当输入高电平时，若RRZ,RRRZ,R。选择适当，使得晶体管饱和，输
38、出低电平，。选择适当，使得晶体管饱和，输出低电平，uo=UoL=UCES=0.3V。从图中可以看出，输出电平与输入电平反相，输出电平和输入电平从图中可以看出，输出电平与输入电平反相，输出电平和输入电平之间是非逻辑关系，所以该电路称为反相器，又称为非门。图之间是非逻辑关系，所以该电路称为反相器，又称为非门。图8-4(b)为非门的逻辑符号，也是非逻辑的逻辑符号。为非门的逻辑符号，也是非逻辑的逻辑符号。二、复合逻辑门电路二、复合逻辑门电路 一个逻辑函数可以有不同的表达式，除了与或表达式外还有或与表一个逻辑函数可以有不同的表达式，除了与或表达式外还有或与表达式、与非一与非表达式、或非一或非表达式、与或
39、非表达式等。达式、与非一与非表达式、或非一或非表达式、与或非表达式等。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路 可以分别列出每个表达式的真值表来证明这些等式是成立的。同一逻可以分别列出每个表达式的真值表来证明这些等式是成立的。同一逻辑函数采用不同的表达式可以用不同的逻辑门来实现。在实际工作中，辑函数采用不同的表达式可以用不同的逻辑门来实现。在实际工作中，除或门、与门外，还经常使用与非门、或非门、与或非门、异或门等除或门、与门外，还经常使用与非门、或非门、与或非门、异或门等复合门电路作为基本单元来组成各种逻辑电路。因此，可以根据复合门电路作为基本单元来组成各种逻辑电路。因此，可以根据上一页
40、下一页返回第二节第二节 门电路门电路实际晴况，用不同的表达式来表示同一个逻辑函数，这样，就可以用实际晴况，用不同的表达式来表示同一个逻辑函数，这样，就可以用不同的逻辑门电路来实现了。不同的逻辑门电路来实现了。所谓复合门，就是把与门、或门和非门结合起来作为一个门电路来所谓复合门，就是把与门、或门和非门结合起来作为一个门电路来使用。例如使用。例如:把与门和非门结合起来构成与非门，把或门和非门结合把与门和非门结合起来构成与非门，把或门和非门结合起来构成或非门等，常用的复合门及其逻辑符号、代数式如起来构成或非门等，常用的复合门及其逻辑符号、代数式如图图8一一5所所示。其中示。其中L=AB+AB称为异或
41、逻辑，可用称为异或逻辑，可用L=AB表示。其逻辑关系表示。其逻辑关系是是:当当A,B中有一个为中有一个为1时，时，L为为1;A,B都为都为0或都为或都为1时，时，L等于等于0o 根据函数的不同表达式，可得函数根据函数的不同表达式，可得函数L的逻辑图如的逻辑图如图图8一一6所示，可以所示，可以看出，通过逻辑函数的转换，同一逻辑函数可以用不同的逻辑门来实看出，通过逻辑函数的转换，同一逻辑函数可以用不同的逻辑门来实现。现。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路 三、集成逻辑门电路三、集成逻辑门电路 前面所介绍的门电路可以由分立元件组成，但实际使用时一般采用前面所介绍的门电路可以由分立元件组成，
42、但实际使用时一般采用集成逻辑门。常用的集成逻辑门有两种类型集成逻辑门。常用的集成逻辑门有两种类型;TTL电路和电路和CMOS电路。电路。1.晶体管一晶体管集成逻辑门电路晶体管一晶体管集成逻辑门电路TTL电路电路)TTL电路全称为晶体管一晶体管集成逻辑门电路，简称电路全称为晶体管一晶体管集成逻辑门电路，简称TTL电路。电路。TTL电路有不同系列的产品，各系列产品的参数不同，其中电路有不同系列的产品，各系列产品的参数不同，其中LSTTL系系列的产品综合性能较好，应用比较广泛，下面我们以列的产品综合性能较好，应用比较广泛，下面我们以LSTTL电路为例，电路为例，介绍介绍TTL电路。电路。(1)TTL
43、与非门电路与非门电路 电路组成电路组成TTL的基本电路形式是与非门，的基本电路形式是与非门，74LS00是一种四是一种四2输入的输入的与非门，其内部有四个两输入端的与非门，其电路图和引脚图如与非门，其内部有四个两输入端的与非门，其电路图和引脚图如图图8一一7所示。所示。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路在图在图8一一7(b)中，引脚中，引脚7和和14分别接地分别接地(GND)和电源和电源(+5V左右左右)。在。在LSTTL电路内部，为了提高工作速度，采用了肖特基晶体管，肖特基电路内部，为了提高工作速度，采用了肖特基晶体管，肖特基晶体管的符号如晶体管的符号如图图8-8所示。肖特基晶体管
44、的主要特点是开关时间短，所示。肖特基晶体管的主要特点是开关时间短，工作速度高。工作速度高。ISTTL与非门电路由输入级、中间倒相级和输出级三部分组成。与非门电路由输入级、中间倒相级和输出级三部分组成。当电路的任一输入端有低电平时，输出为高电平当电路的任一输入端有低电平时，输出为高电平;当输入全为高电平当输入全为高电平时，输出为低电平时，输出为低电平;即有即有0出出i，全，全i出出0。电路输出与输入之间为与非逻。电路输出与输入之间为与非逻辑关系，即辑关系，即Y=ABo TTL门电路的主要参数门电路的参数反映着门电路的特性，是合门电路的主要参数门电路的参数反映着门电路的特性，是合理使用门电路的重要
45、依据。在使用中若超出了参数规定的范围，就会理使用门电路的重要依据。在使用中若超出了参数规定的范围，就会引起逻辑功能混乱，甚至损坏集成块。我们以引起逻辑功能混乱，甚至损坏集成块。我们以TTL与非门为例说明与非门为例说明TTL电路参数的含义。电路参数的含义。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路 例例8-4图图8一一9所示为所示为74LS00与非门构成的电路，与非门构成的电路，A端为信号输入端，端为信号输入端，B端为控制端，试根据其输入波形画出其输出波形。端为控制端，试根据其输入波形画出其输出波形。解图解图8-9(a)中，当控制端中，当控制端B为为0时，不论时，不论A是什么状态，输出端是什么
46、状态，输出端L总为总为高电平，高电平，Y总为低电平，信号不能通过总为低电平，信号不能通过;当控制端当控制端B为为1时，时，输入端，输入端A的信号可以通过，其输出波形如图的信号可以通过，其输出波形如图8一一9(d)所示。所示。可以看出，在可以看出，在B=1期间，输出信号和输入信号的波形相同，所以该期间，输出信号和输入信号的波形相同，所以该电路可作为数字频率计的受控传输门。当控制信号电路可作为数字频率计的受控传输门。当控制信号B的脉宽为的脉宽为is时，时，该与非门输出的脉冲个数等于该与非门输出的脉冲个数等于A输入端的输入信号的频率输入端的输入信号的频率f。(2)TTL其他类型的门电路为实现多种多样
47、的逻辑功能及控制，除与其他类型的门电路为实现多种多样的逻辑功能及控制，除与非门以外，生产厂家还生产了多种类型的非门以外，生产厂家还生产了多种类型的TTL单元电路。这些电路的单元电路。这些电路的参数和与非门类似，只是逻辑功能不同。下面介绍几种常见的其他类参数和与非门类似，只是逻辑功能不同。下面介绍几种常见的其他类型的型的LSTTLr丁电路，其内部电路不再给出。丁电路，其内部电路不再给出。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路.或非门或非门741527 74LS27是一种三是一种三3输入或非门。内部有三个独立的输入或非门。内部有三个独立的或非门，每个或非门有三个输入端，如或非门，每个或非门有
48、三个输入端，如图图8一一10为它的逻辑符号与引为它的逻辑符号与引脚图。脚图。或非门的逻辑关系为或非门的逻辑关系为:有高出低，全低出高，即有高出低，全低出高，即:74IS27中每个或非门有三个输入端，若用它实现中每个或非门有三个输入端，若用它实现对多余的输入端可以接地或与有用端并接，另外，也可以把它当作非对多余的输入端可以接地或与有用端并接，另外，也可以把它当作非门使用，如门使用，如图图8-11所示。图中所示。图中:异或门异或门74IS86 74LS86是一种四异或门，内部有四个异或门。其逻辑是一种四异或门，内部有四个异或门。其逻辑符号如符号如图图8一一12所示。异或门的逻辑功能为所示。异或门的
49、逻辑功能为其输入相异其输入相异(一个为一个为0，一个为，一个为1)时，输出为时，输出为1;输入相同时，输出为输入相同时，输出为Oo上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路图图8一一13所示电路为一由异或门构成的正码所示电路为一由异或门构成的正码/反码电路。当控制端反码电路。当控制端B为为低电平时，输出低电平时，输出Y输出与输入相等，输出为二进制码的原码输出与输入相等，输出为二进制码的原码(即正码即正码)。当控制端。当控制端B为高为高电平时，输出电平时，输出输出与输入相反，输出为输入二进制码的反码。输出与输入相反，输出为输入二进制码的反码。2.CMOS集成门电路集成门电路 目前，在数字逻辑电
50、路中，目前，在数字逻辑电路中，MOS器件得到了大量应用，与器件得到了大量应用，与11I.电路电路比较，比较，MOS电路虽然工作速度较低，但具有集成度高、功耗低、工艺电路虽然工作速度较低，但具有集成度高、功耗低、工艺简单等优点。因此，在数字系统中特别是大规模集成电路领域内得到简单等优点。因此，在数字系统中特别是大规模集成电路领域内得到广泛的应用。广泛的应用。在在MOS电路中，应用最广泛的是电路中，应用最广泛的是CMOS电路，下面介绍电路，下面介绍CMOS集集成门电路。成门电路。上一页 下一页返回第二节第二节 门电路门电路(1)CMOS反相器反相器CMOS反相器电路如反相器电路如图图8一一14所示