电工学(下册第七版)电子技术数字部分

下一页返回上一页退出章目录第20章门电路和组合逻辑电路20.1脉冲信号20.2基本门电路及其组合20.5逻辑代数20.4CMOS门电路20.3TTL门电路20.6组合逻辑电路的分析与综合20.7加法器20.8编码器20.9译码器和数字显示20.10数据分配器和数据选择器20.11应用举例下一页返回上一页退出章目录1.掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解TTL门电路、CMOS门电路的特点;3.会分析和设计简单的组合逻辑电路;4.理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能;5.学会数字集成电路的使用方法。本章要求：2.会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数;第20章门电路和组合逻辑电路下一页返回上一页退出章目录①模拟信号与数字信号模拟信号:时间和幅度都连续的信号tv正弦波信号下一页返回上一页退出章目录数字信号:时间和幅度都离散的信号tv数字信号常用“1”和“0”来表示（逻辑值）下一页返回上一页退出章目录数字电路的分类按功能分：组合逻辑电路和时序逻辑电路按工艺分：TTL电路和CMOS电路基本单元：逻辑门和存储器②数字电路数字电路的应用数字电子计算机；数控装置、数字仪表；数字通信、数字电视、数码相机等。下一页返回上一页退出章目录研究模拟电路主要注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系，研究数字电路时则注重电路输出、输入间的逻辑关系。在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态；在数字电路中，三极管通常工作在饱和或截止状态，即开关状态。数字电路的分析方法因此研究数字电路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、逻辑表达式及波形图等表示。下一页返回上一页退出章目录基数（底数）：在一个数位上可使用的数码符号的个数。如十进制每个数位可使用的数码符号为0、1、2、…、9，故其基数为10。位权：某个数位上数码为1时所表示的数值。如十进制数…、102、101、100、10-1、10-2、…，即十进制数中各数位的权是基数10的幂。数制的基本概念③数制下一页返回上一页退出章目录十进制任意一个十进制数N可以表示成：iiiD10K)N(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基数相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。2101210610810510410486.4353下一页返回上一页退出章目录iiiB2KN）（（1001）B=012321202021=(9)D二进制在二进制中，每个数位可使用的数码为0，1，故其基数为2，各数位的权值为2i，其计数规则是“逢二进一”。二进制数只需两个状态，机器实现容易，但不便书写和记忆。下一页返回上一页退出章目录二进制数的运算加法运算减法运算乘法运算除法运算下一页返回上一页退出章目录十、二进制之间的转换二进制数转换成十进制数——(1101.101)B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=(13.625)D下一页返回上一页退出章目录①整数转换——除2取余法225余1K0122余0K162余0K232余1K312余1K40(25)D=(11001)B下一页返回上一页退出章目录②小数转换——乘2取整法0.7062=1.412取1K－10.4122=0.824取0K－20.8242=1.648取1K－30.6482=1.296取1K－40.2962=0.592取0K－5(0.706)D=(0.1011)B，误差＜2－5。下一页返回上一页退出章目录十六个基数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)(4E6)H=4162+14161+6160=(1254)D十六进制转换：(10011100101101001000)B=(？)H(10011100101101001000)B84BC9=(9CB48)H如何进行十—十六进制转换？下一页返回上一页退出章目录八个基数：0、1、2、3、4、5、6、7(406)O=482+081+680=(262)D八进制转换：(10011100101101001000)B=(？)O=(2345510)O0155432(10011100101101001000)B如何进行十—八进制转换？下一页返回上一页退出章目录解1011011111.1001101337.46所以（1011011111.100110）B=（1337.46）O1011011111.100110002DF.98即（1011011111.10011）B=（2DF.98）H课堂练习(1011011111.10011)B=(?)O=(?)H下一页返回上一页退出章目录为了分别表示N个信息，所需的二进制数码的最小位数n应满足：N2n二进制数码的位数编码：用二进制数码来表示文字、符号等特定的信息。④二进制码下一页返回上一页退出章目录编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二——十进制码（BCD码）。BCD————Binary-Coded-Decimal，即用二进制码表示的十进制数。BCD码下一页返回上一页退出章目录BCD码至少需要用四位二进制码元，而四位二进制码元可以有16种组合，从中取出10种组合来表示十进制数0~9时，可能的编码方案有：BCD码101016109.2)!1016(!16A若某种代码的每一位都有固定的权值，则称这种代码为有权代码；否则叫无权码。（种）下一页返回上一页退出章目录常用的BCD码十进制数8421码5421码2421码余3码Gray码012345678900000001001000110100010101100111100010010000000100100011010010001001101010111100000000010010001101001011110011011110111100110100010101100111100010011010101111000000000100110010011001110101010011001000下一页返回上一页退出章目录8421BCD码8421BCD码是最基本和最常用的BCD码，它是有权码，各位的权值分别为8、4、2、1。虽然其权值与四位自然二进制码的权值相同，但二者是两种不同的代码。8421BCD码只是取用了四位自然二进制代码的前10种组合，余下的6组代码不用。下一页返回上一页退出章目录模拟信号：随时间连续变化的信号20.1脉冲信号模拟信号数字信号电子电路中的信号1.模拟信号正弦波信号t三角波信号t下一页返回上一页退出章目录处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。2.脉冲信号在数字电路中，信号（电压或电流）是脉冲的。它是一种跃变信号，并且持续时间短暂。尖顶波t矩形波t下一页返回上一页退出章目录处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。脉冲信号正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低如：0+3V0-3V正脉冲0+3V0-3V负脉冲下一页返回上一页退出章目录脉冲幅度A脉冲上升沿tr脉冲周期T脉冲下降沿tf脉冲宽度tp脉冲信号的部分参数：A0.9A0.5A0.1AtptrtfT实际的矩形波下一页返回上一页退出章目录引言：逻辑代数在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研究工具是逻辑代数（布尔代数）。在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（二值变量），即0和1，这里的0和1只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高、开关的开合等。20.2基本门电路及其组合下一页返回上一页退出章目录逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。20.2.1逻辑门电路的基本概念基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。下面通过例子说明逻辑电路的概念及“与”、“或”、“非”的意义。下一页返回上一页退出章目录220V+-设：开关断开、灯不亮用逻辑“0”表示，开关闭合、灯亮用逻辑“1”表示。逻辑表达式：Y=A•B1.“与”逻辑关系“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。000101110100ABYBYA状态表下一页返回上一页退出章目录BY220VA+-2.“或”逻辑关系“或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。逻辑表达式：Y=A+B状态表000111110110ABY下一页返回上一页退出章目录3.“非”逻辑关系“非”逻辑关系是否定或相反的意思。逻辑表达式：Y=A状态表101AY0Y220VA+-R下一页返回上一页退出章目录由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。20.2.2分立元件基本逻辑门电路下一页返回上一页退出章目录电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。100VUCC高电平低电平下一页返回上一页退出章目录二极管的工作状态开关接通开关断开正向导通反向截止二极管的开关特性下一页返回上一页退出章目录三极管的开关特性下一页返回上一页退出章目录三极管(C—E)饱和区截止区开关接通CEB三极管的开关特性CE开关断开B下一页返回上一页退出章目录1.二极管“与”门电路(1)电路(2)工作原理输入A、B、C全为高电平“1”，输出Y为“1”。输入A、B、C不全为“1”，输出Y为“0”。0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表0V3V下一页返回上一页退出章目录1.二极管“与”门电路(3)逻辑关系：“与”逻辑即：有“0”出“0”，全“1”出“1”Y=ABC逻辑表达式：逻辑符号：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表口诀下一页返回上一页退出章目录波形图（时序图）ABF000010输入输出ABF100111真值表二极管与门下一页返回上一页退出章目录2.二极管“或”门电路(1)电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表3V3V-U12VRDADCABYDBC(2)工作原理输入A、B、C全为低电平“0”，输出Y为“0”。输入A、B、C有一个为“1”，输出Y为“1”。下一页返回上一页退出章目录2.二极管“或”门电路(3)逻辑关系：“或”逻辑即：有“1”出“1”，全“0”出“0”Y=A+B+C逻辑表达式：逻辑符号：ABYC100000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表口诀下一页返回上一页退出章目录000011输入输出ABF101111真值表波形图（时序图）ABF二极管或门下一页返回上一页退出章目录3.晶体管“非”门电路+UCC-UBBARKRBRCYT10截止饱和(2)逻辑表达式：Y=A“0”10“1”(1)电路“0”“1”AY“非”门逻辑状态表逻辑符号1AY下一页返回上一页退出章目录AF0.3V3.2V当VA=0.3V时:T截止(Vp=-1.8V)+2.5VD