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项的设计与制作目1表决器数字电路是以逻辑代数为研究基础的。逻辑门电路是组成数字电路的基本单元。通过对实际逻辑问题的分析，得到相应的逻辑函数，选用合适的逻辑器件，组成逻辑电路，从而解决了实际问知识目标1．掌握逻辑函数的化简方法。2．掌握常见门电路的逻辑功能。技能目标1．能正确分析组合逻辑电路。2．会用逻辑门电路设计电路。3．会正确使用集成逻辑门电路4．会设计和调试表决器电路。[项目要求]1.利用集成逻辑门电路设计一个三人表决器电路。2.具体要求如下：(1)三人参加表决，二人以上赞成表决通过，否则不能通过。(2)表决用按键进行，按下按键表示同意，否则表示不同意。(3)用发光二极管指示表决结果，点亮表示通过，未亮表示没通过。(4)选择元器件，对电路进行组装调试。[项目分析与参考电路]1．项目分析图1-1是三人表决器电路设计框图。整个电路由信号输入电路、表决逻辑电路，灯光显示电路，限流保护电路和电源等组成。图1-1三人表决器电路设计框图2．参考电路图1-2是用集成逻辑门电路设计的表决器电路。（1）信号输入电路由三个按钮开关S1、S2和S3组成。（2）表决逻辑电路由两个集成逻辑门电路IC1和IC2组成。其中IC1是四2输入与非门，IC2是二4输入与非门。（3）灯光显示电路由发光二极管完成。（4）限流保护电路包括两部分，一部分由R1、R2和R3组成，当电路接通的瞬间起限流作用；另一部分由R4组成，防止发光二极管过流。（5）电源为+5V的直流电源。图1-2用集成逻辑门电路设计的表决器电路电路的工作过程如下：（1）当A、B、C三人全部按下按键时，IC1的3、6、8管脚输出都为低电平，则IC2的6管脚输出为高电平，发光二极管导通点亮。（2）当任意两人按下按键时，IC1的3管脚，或者6管脚，或者8管脚输出为低电平，则IC2的6管脚输出为高电平，发光二极管导通点亮。（3）当只有一人按下按键，或者没人按下按键时，IC1的3、6、8管脚输出都为高电平，则IC2的6管脚输出为低电平，发光二极管截止不亮。注：74系列集成电路属于TTL门电路，其输入端悬空可视为输入高电平；CMOS门电路的多余输入端是禁止悬空的。图1-2中IC2的5管脚可以有三种处理方法：（1）并联到其它输入端；（2）接电源“+”极；（3）悬空。[项目实施]元器件选择工作任务名称表决器电路的设计与制作仪器设备1．直流稳电源2．万用表3．面包板（或者印制电路板和电烙铁）4．集成电路测试装置（配16脚和14脚的集成电路插座）序号名称型号规格个数序号名称型号规格个数1四2输入与非门IC174LS0014电阻R1、R2R3和R41kΩ42二4输入与非门IC274LS2015轻触按键S1、S2和S36×6×10mm33发光二极管LED3mm红光1电路与调试连接1．检测。用万用表检测发光二极管、电阻和按键，用集成电路检测装置测试IC1和IC2的逻辑功能，确保元器件是好的。2．安装。按图1-2所示连接电路。3．测试电路。三个按键都按下或任意按两个按键看发光二极管是否亮（正常亮）；任意按一个按键或不按按键看发光二极管是否亮（正常不亮）。4．调试。只要符合要求，一般安装完毕即能工作。但如果出现接触不良或电路元器件性能及参数误差较大，电路就不能正常工作，则需根据实际情况进行以下工作：（1）检查电路连接是否有误。对照电路原理图，根据信号流程由输入到输出逐级检查。（2）全面检查电路连接是否有不牢固的地方或焊接有虚焊点。（3）重新检测所使用的门电路是否功能正常，以排除在电路安装过程是否对门电路造成了损坏。出现问题与解决方法结果分析项目拓展用四路与或非门74LS54和六反相器74LS04重新设计电路，画出电路图。（或：用四2输入与门74LS08和四2输入或门74LS32重新设计电路，画出电路图。）项目考核序号考核内容分值得分1元器件选择15%2电路连接40%3电路调试25%4结果分析10%5项目拓展10%考核结果[相关知识链接]知识链接1.1学习数字电路的基础知识1.数字逻辑电路的基本概念（1）数字信号和模拟信号工程上把电信号分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号是指在时间和幅值上都连续变化的信号。从自然界感知的大部分物理量都是模拟性质的，例如温度、压力等物理量通过传感器变成的电信号，模拟语音的音频信号和模拟图像的视频信号等，如图1-3(a)所示。对模拟信号进行传输、处理的电路称为模拟电路。数字信号是指在时间和幅值上都不连续的离散信号，通常是由数字0和1来表示，在电路中由低电平和高电平来表示，例如计算机中各部件之间传输的信息、VCD中的音频和视频信号等，如图1-3(b)所示。对数字信号进行传输、处理的电路称为数字电路，如数字电子钟、数字万用表的电路都是由数字电路组成的。(a)模拟信号波形(b)数字信号波形图1-3模拟信号和数字信号的波形（2）数字电路的特点与模拟电路相比，数字电路主要有如下特点：①数字电路在稳态时，电子器件（如二极管、三极管）处于开关状态，即工作在饱和区和截止区。这和二进制信号的要求是相对应的。因为饱和和截止两种状态的外部表现是电流的有、无，电压的高、低，这种有和无、高和低相对应的两种状态，分别用1和0两个数码来表示。②数字电路的基本单元电路比较简单，对元件的精度要求不高，允许有较大的误差。因为数字信号的1和0没有任何数量的含义，只是表示两种相反的状态，所以电路工作时只要能可靠地区分1和0两种状态就可以了。因此，数字电路便于集成化、系列化生产。它具有使用方便，可靠性高，价格低廉等优点。③在数字电路中，研究的主要内容是输入信号和输出信号之间的逻辑关系，反映电路的逻辑功能。数字电路的研究可以分为两种，一种是对已有电路分析其逻辑功能，叫做逻辑分析；另一种是按逻辑功能要求设计出满足逻辑功能的电路，称为逻辑设计。④由于数字电路工作状态、研究内容与模拟电路不同，所以分析方法也不同。在数字电路中，电路功能常常是用真值表、逻辑函数式、卡诺图、特性方程以及状态转换图等来表示。⑤数字电路能够对数字信号进行各种逻辑运算和算术运算，所以在各种数控装置、智能仪表以及计算机等中得到广泛应用。（3）数字电路的分类和应用①按集成度分类数字电路可分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）数字集成电路。②按所用器件制作工艺的不同分类数字电路可分为双极型（TTL型）和单极型（MOS型）两类。以双极型晶体管作为基本器件的数字集成电路称为双极型数字集成电路，如TTL、ECL集成电路等；以单极型MOS管作为基本器件的数字集成电路称为单极型数字集成电路，如NMOS、PMOS、CMOS集成电路等。③按照电路的结构和工作原理的不同分类数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且还与电路以前的状态有关。④从应用的角度分类数字电路可分为通用型和专用型两大类型。数字电路是近代电子技术的一个重要组成部分。它包含的内容十分广泛，主要有各种基本逻辑门、编码器、译码器、显示器、算术运算器、数据选择器、数据比较器及各种触发器、计数器、存储器、数模和模数转换器、可编程逻辑器件等典型的数字单元电路。因此数字电子技术在数字通讯、自动控制、数字电子计算机、数字测量仪表以及家用电器等各个技术领域中的应用日益广泛。2.常用的数制与编码（1）常用的数制数制是计数进位制的简称。在我们日常生活中常使用的是十进制数，而在数字电路中采用的是二进制数。二进制数的优点是其运算规律简单且实现二进制数的数字装置简单。二进制数的缺点是人们对其使用时不习惯，且当二进制位数较多时，书写起来很麻烦，特别是在写错了以后不易查找错误。为此，书写时常采用八进制和十六进制数。①十进制数码为：0～9；基数是10。运算规律：逢十进一，如：9＋1＝10。任意十进制数可表示为inmiiinmiiKRKN10)(1110（1-1）式中Ki表示第i个数码，R表示基数，Ri表示位权，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，以下同。【例1-1】(209.04)10＝2×102＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4×10－2②二进制数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一，如：1＋1＝10。任意二进制数可表示为inmiiinmiiKRKN2)(112【例1-2】（101.101）2=1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3③八进制数码为：0～7；基数是8。运算规律：逢八进一，如：7＋1＝10。任意八进制数可表示为inmiiinmiiKRKN8)(118【例1-3】(207.04)8＝2×82＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4×8－2④十六进制数码为：0～9、A～F；基数是16。运算规律：逢十六进一，如：F＋1＝10。任意十六进制数可表示为inmiiinmiiKRKN16)(1116【例1-4】(D8.A)16＝13×161＋8×160＋10×16－1这几种进制数之间的对应关系如表1-1所示。表1-1几种进制数之间的对应关系（2）不同进制间的转换①非十进制数转换为十进制数若将非十进制数转换为十进制数，只要将非十进制数按位权展开，即可以转换为十进制数。【例1-5】(101101011)2=1×28+0×27+1×26+1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=256+64+32+8+2+1=(363)10②二进制数与八进制数的相互转换二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位的补零，则每组二进制数按权展开所得的和便是一位八进制数。【例1-6】1101010.01=001101010.010=(152.2)8八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。【例1-7】(374.26)8=011111100.010110=11111100.01011③二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，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。【例1-8】111010100.011＝000111010100.0110＝(1D4.6)16【例1-9】(AF4.76)16=101011110100.01110110=101011110100.0111011④十进制数转换为二进制数将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用除基数取余数法，小数部分采用乘基数取整数法,转换后再合并。【例1-10】将十进制数44.375转换成二进制数。解：整数部分采用除基数取余数法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采用乘基数取整数法，先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。所以：(44.375)10＝(101100.011)2除基数取余数法、乘基数取整数法，可将十进制数转换为任意的N进制数。（3）常用的编码编码是对特定事物给予特定的代码。用二进制数对特定事物编码所得二进制代码称为二进制码。编码所得二进制码称为原码，将其各位取反（0变1，1变0）所得二进制码称为该原码的反码。在反码基础上加“1”所得二进制码称为该原码的补码。这些表示特定信息的二进制数码称为二进制码。寄信时的邮政编码、因特网上计算机主机的IP地址等，就是生活中常见的编码实例。二进制码很多，下面介绍几种常见的二进制码。①二-十进制码（BCD码）用4位二进制数码来表示一位十进制数的编码方法称为二-十进制码，亦称BCD码。(Binary-Coded-Decimal)。BCD码分为有权码和无权码，有权码是指二进制的每一位都有固定的权值，所代表的十进制数为每位二进制数乘权之和，而无权码无需乘权。无论是有权码还是无权码，4位二进制数码共有16种组合，而十进制数码仅有10个（0～9），因此，BCD码是利用4位二进制数码编出10个代码，见表1-2。表1-2常用二-十