如何看懂電路圖6--數(shù)字電路

1、數(shù)字電子電路中的后起之秀是數(shù)字邏輯電路。把它叫做數(shù)字電路是因為電路中傳遞的雖然也是脈沖，但這些脈沖是用來表示二進制數(shù)碼的，例如用高電平表示“1 ”低電平表示“ 0。聲音圖像文字等信息經(jīng)過數(shù)字化處理后變成了一串串電脈沖，它們被稱為數(shù)字信號。 能處理數(shù)字信號的電路就稱為數(shù)字電路。這種電路同時又被叫做邏輯電路，那是因為電路中的 “ 1和“0還具有邏輯意義， 例如邏輯“ 1和邏輯“0可以分別表示電路的接通和斷開、事件的是和否、邏輯推理的真和假等等。電路的輸出和輸入之間是一種邏輯關(guān)系。這種電路除了能進行二進制算術(shù)運算外還能完成邏輯運算和具有邏輯推理能力，所以才把它叫做邏輯電路。由于數(shù)字邏輯電路有易于集成

2、、傳輸質(zhì)量高、有運算和邏輯推理能力等優(yōu)點，因此被廣泛用于計算機、自動控制、通信、測量等領(lǐng)域。一般家電產(chǎn)品中，如定時器、告警器、控制 器、電子鐘表、電子玩具等都要用數(shù)字邏輯電路。數(shù)字邏輯電路的第一個特點是為了突出邏輯”兩個字，使用的是獨特的圖形符號。數(shù)字邏輯電路中有門電路和觸發(fā)器兩種基本單元電路，它們都是以晶體管和電阻等元件組成的， 但在邏輯電路中我們只用幾個簡化了的圖形符號去表示它們，而不畫出它們的具體電路，也不管它們使用多高電壓，是TTL電路還是 CMOS電路等等。按邏輯功能要求把這些圖形符號組合起來畫成的圖就是邏輯電路圖，它完全不同于一般的放大振蕩或脈沖電路圖。數(shù)字電路中有關(guān)信息是包含在0

3、和1的數(shù)字組合內(nèi)的，所以只要電路能明顯地區(qū)分開0和1，0和1的組合關(guān)系沒有破壞就行，脈沖波形的好壞我們是不大理會的。所以數(shù)字邏輯電路的第二個特點是我們主要關(guān)心它能完成什么樣的邏輯功能，較少考慮它的電氣參數(shù)性能等問題。也因為這個原因，數(shù)字邏輯電路中使用了一些特殊的表達方法如真值表、特征方程等，還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數(shù)、卡諾圖等等，這些也都與放大振蕩電路不同。門電路和觸發(fā)器（1 ）門電路門電路可以看成是數(shù)字邏輯電路中最簡單的元件。目前有大量集成化產(chǎn)品可供選用。最基本的門電路有 3種：非門、與門和或門。非門就是反相器，它把輸入的0信號變 成1 ， 1變成0。這種邏輯功能叫 非”如果輸入是

4、A，輸出寫成P=A。與門有2個 以上輸入，它的功能是當(dāng)輸入都是 1時，輸出才是1。這種功能也叫邏輯乘， 如果輸入是 A、 B ,輸出寫成 P=AB?；蜷T也有 2個以上輸入，它的功能是輸入有一個1時，輸出就是1。這種功能也叫邏輯加，輸出就寫成P=A + B。把這三種基本門電路組合起來可以得到各種復(fù)合門電路，如與門加非門成與非門， 或門加非門成或非門。圖 1是它們的圖形符號和真值表。此外還有與或非門、異或門等等。0«440A且AA.BA + Bid*電 0Q0t0-U1010*J0,0:1JL:J.4數(shù)字集成電路有 TTL、 HTL、 CMOS等多種，所用的電源電壓和極性也不同，但 只要

5、它們有相同的邏輯功能，就用相同的邏輯符號。而且一般都規(guī)定高電平為1、低電平為0。（2）觸發(fā)器觸發(fā)器實際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路，它的電路和功能都比門電路復(fù)雜， 它也可看成是數(shù)字邏輯電路中的元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有D觸發(fā)器和J K觸發(fā)器。D觸發(fā)器有一個輸入端 D和一個時鐘信號輸入端 CP，為了區(qū)別在 CP端加有箭頭。 它有兩個輸出端，一個是Q 一個是 Q，加有小圈的輸出端是Q端。另外它還有兩個預(yù)置端 R D和S D，平時正常工作時要 R D和S D端都加高電平 1，如果使 R D =0（ S D仍為1），則觸發(fā)器被置成 Q=0 ;如果使 S D =0（ R D =1）

6、，則被置成 Q=1。因此R D端稱為置0端，S D端稱為置1端。D觸發(fā)器的邏輯符號見圖2 ,圖中Q、R D和S D都帶小圓圈，表示要加上D、 SD端畫在同一側(cè)；Q、R D畫在另一側(cè)。低電平才有效。Q Q11CPDQn+11001110 'XQnD觸發(fā)器是受相同。如 D=0 ,開門作用，如果CP=0，則不管 D是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變。 功能畫成表格就稱為功能表或特性表，CP和D端雙重控制的，CPCP來到后，Q=0 ;女口 D=1 ,加高電平1時，它的輸出和CP來到后，Q=1。 CPD的狀態(tài) 脈沖起控制 這樣的邏輯見圖2。表中Q n+1表示加上觸發(fā)信號后變成的狀態(tài)，Qn是原來

7、的狀態(tài)?！?X表示是0或1的任意狀態(tài)。有的D觸發(fā)器有幾個 D輸入端：D 1、 D 2它們之間是邏輯與的關(guān)系，也就是 只有當(dāng)D 1、 D 2都是1時，輸出端Q才是1。另一種性能更完善的觸發(fā)器叫J - K觸發(fā)器。它有兩個輸入端：R D端和S D端，以及兩個輸出端：個CP端，兩個預(yù)置端: 號見圖3。J - 圈以示區(qū)別。圖中，K觸發(fā)器是在 CP脈沖的下陣沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，J、 S D、 Q 畫在同一側(cè)，K、 R D、J端和K端，-Q端。它的邏輯符CP端畫一個小圓Q和所以在Q畫在另一側(cè)。cpJKQn + 11"6Qn10i0I |1 1'011J 1. QnolXXQn):J、 K 都為

8、0 ,:Q n + 1 =0 ; J=1 、 =Qn。如果不加時鐘脈Q n + 1 =Qn 。J K觸發(fā)器的邏輯功能見圖3。有CP脈沖時（即 CP=1觸發(fā)器狀態(tài)不變；Q n + 1 =Qn , J = 0、K=1 ，觸發(fā)器被置 0 K=0 , Q n+1 =1 ; J=1、 K=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下：Q n + 1沖，即CP=0時，不管J、K端是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變：有的J K觸發(fā)器同時有好幾個 J端和K端，J 1、J 2和K1、K 2之間都是 邏輯與的關(guān)系。有的J K觸發(fā)器是在 CP的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，這時它的邏輯符號圖的CP端就不帶小圓圈。也有的時候為了使圖更簡潔，常常把R D

9、和S D端省略不畫。能夠把數(shù)字、字母變換成二進制數(shù)碼的電路稱為編碼器。反過來能把二進制數(shù)碼還原成數(shù)字、字母的電路就稱為譯碼器。(1 )編碼器圖4( a)是一個能把十進制數(shù)變成二進制碼的編碼器。一個十進制數(shù)被表示成二進制碼必須 4位，常用的碼是使從低到高的每一位二進制碼相當(dāng)于十進制數(shù)的 1、2、4、8 ,這種碼稱為 8 - 4 - 2 - 1碼或簡稱 BCD碼。所 以這種編碼器就稱為 “10線-4線編碼器”或“ DEC / BCD編碼器”。碼。如果按下 “ 1鍵，與“ 1鍵對應(yīng) 1，整個輸出成 0001。3- A14 A * 5DEC/BCD門輸出為1 ,整個輸出成 0111。如果把這些10線4

10、線編碼器，它的邏輯符號見圖4從圖看到，它是由與非門組成的。 有10個輸入端，用按鍵控制，平時按鍵懸空相當(dāng)于 接高電平 1。它有4個輸出端 ABCD，輸出8421 的線被接地，等于輸入低電平0、于是門D輸出為57 4 I H > r r r r r r r / 丄女口按下“ 7鍵，貝U B門、C門、 電路都做在一個集成片內(nèi)，便得到集成化的(b )。左側(cè)有10個輸入端，帶小圓圈表示要用低電平，右側(cè)有4個輸出端，從上到下按從低到高排列。使用時可以直接選用。(2 )譯碼器要把二進制碼還原成十進制數(shù)就要用譯碼器。它也是由門電路組成的，現(xiàn)在也有集成化產(chǎn)品供選用。圖 5是一個4線一10線譯碼器。它的左

11、側(cè)為4個二進制碼的輸入端，右側(cè)有10個輸出端，從上到下按 0、 1、9排列表示10個十進制數(shù)。輸出端帶小圓 圈表示低電平有效。平時10個輸出端都是高電平 1 ,如輸入為1001碼，輸出“ 9端為低電平0 ,其余9根線仍為高電平 1 ,這表示“ 9線被譯中。二極管，如每段都接低電平 0，七段都被點亮，顯示出數(shù)字“ 8 ;如b、c段接低電平0 , 其余都接1，顯示的是“1?！笨梢娨咽M制數(shù)用七段顯示管顯示出來還要經(jīng)過一次譯碼。如果使用“ 4線一7線譯碼器如口顯示管配合使用，就很簡單，輸入二進制碼可直接顯示十 進制數(shù)，見圖 6。譯碼器左側(cè)有 4個二進制碼的輸入端，右側(cè)有7個輸出可直接和數(shù)碼管相連。

12、左上側(cè)另有一個滅燈控制端I B，正常工作時應(yīng)加高電平1，如不需要這位數(shù)字顯示就在I B上加低電平 0，就可使這位數(shù)字熄滅。BCDZMCLED ）七如果要想把十進制數(shù)顯示出來，就要使用數(shù)碼管?，F(xiàn)以共陽極發(fā)光二極管（ 段數(shù)碼顯示管為例，見圖 6。它有七段發(fā)光aIbLb 一fb1c d-82uF4 aftedcaJ|i寄存器和移位寄存器（1 ）寄存器能夠把二進制數(shù)碼存貯起來的的部件叫數(shù)碼寄存器，簡稱寄存器。圖7是用4個D觸發(fā)器組成的寄存器，它能存貯4位二進制數(shù)。4個CP端連在一起作為控制端，只有CP=1時它才接收和存貯數(shù)碼。4個R D端連在一起成為整個寄存器的清零端。如果要存貯二進制碼1001，只要

13、把它們分別加到觸發(fā)器D端，當(dāng)CP來到后4個觸發(fā)器從高到低分別被置成 1、0、0、1 ,并一直保持到下一次輸入數(shù)據(jù)之前。要想取出這串?dāng)?shù)碼可以從觸發(fā)器的 Q端取出。（2）移位寄存器有移位功能的寄存器叫移位寄存器，它可以是左移的、右移的，也可是雙向移位的。圖8是一個能把數(shù)碼逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是：數(shù)碼是逐位串行輸入并加在最低位的D端，然后把低位的 Q端連到高一位的 D端。這時 CP稱為移位脈沖。先從R D端送低電平清零，使寄存器成0000狀態(tài)。假定要輸入的數(shù)碼是1001 ,輸入的次序是先高后低逐位輸入。第1個CP后，1被打入第 1個觸發(fā)器，寄存器成0001 ;第2個CP后,Qo的1

14、被移入Q 1，新的0打入D 1，成為0010 ;第3個CP后，成為 0100 ;第4個 CP后，成為1001 ?？梢娊?jīng)過4個CP，寄存器就寄存了4位二進制碼1001。目前已有品種繁多的集成化寄存器供選用。計數(shù)器和分頻器(1 )計數(shù)器能對脈沖進行計數(shù)的部件叫計數(shù)器。計數(shù)器品種繁多，有作累加計數(shù)的稱為加法計數(shù)器， 有作遞減計數(shù)的稱為減法計數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來分又有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按數(shù)制來分又有二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和其它進位制的計數(shù)器等等?，F(xiàn)舉一個最簡單的加法計數(shù)器為例，見圖9。它是一個16進制計數(shù)器，最大計數(shù)值是1111，相當(dāng)于十進制數(shù) 15。需要計數(shù)的脈沖加到最低位觸發(fā)器的CP端上

15、，所有的J、K端都接高電平1，各觸發(fā)器 Q端接到相鄰高一位觸發(fā)器的CP端上。J K觸發(fā)器的特性表告訴我們：當(dāng)J=1、K=1時來一個 CP，觸發(fā)器便翻轉(zhuǎn)一次。在全部清零后，第1個CP后沿，觸發(fā)器 C0翻轉(zhuǎn)成 Q0=1，其余3個觸發(fā)器仍保持 0態(tài)，整個計數(shù) 器的狀態(tài)是 0001。第2個CP后沿，觸發(fā)器 C0又翻轉(zhuǎn)成“ Q0=0 ， C1翻轉(zhuǎn)成 Q1=1 ，計數(shù)器成0010。 到第15個CP后沿，計數(shù)器成 1111?？梢娺@個計數(shù)器 確實能對CP脈沖計數(shù)。(2)分頻器計數(shù)器的第一個觸發(fā)器是每隔2個CP送出一個進位脈沖， 所以每個觸發(fā)器就是一個2分頻的分頻器，16進制計數(shù)器就是一個 16分頻的分頻器。為

16、了提高電子鐘表的精確度，普遍采用的方法是用晶體生32768赫標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，經(jīng)過 15級2分頻處理得到 1赫的秒信號。因為晶體振蕩器 的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度很高， 所以得到的秒脈沖信號也是精確可靠的。 把它們做到一個集成片上 便是電子手表專用集成電路產(chǎn)品，見圖10。+ sv3Z7A8H*Ct50p：1丨s 17 1 890 |l小小川僵區(qū)僦渦“DO 5http伽iJch) dz5 C T 0 2數(shù)字邏輯電路讀圖要點和舉例數(shù)字邏輯電路的讀圖步驟和其它電路是相同的，只是在進行電路分析時處處要用邏輯分析的方法。讀圖時要：先大致了解電路的用途和性能。 找出輸入端、輸出端和關(guān)鍵部件，區(qū)分開各種信號并弄清信號的流向。 逐級分析輸出與輸入的邏輯關(guān)系，了解各部分的邏輯功能。 最后統(tǒng)觀全局得出分析結(jié)果。例1三路搶答器圖11是智力競賽用的三路搶答器電路。裁判按下開關(guān)SA4，觸發(fā)器全部被置零，進入準(zhǔn)備狀態(tài)。這時 Q1Q3均為1，搶答燈不亮；門1和門2輸出為0 ,門3和門 4組成的音頻振蕩器不振蕩，揚聲器無聲。競賽開始，假定 1號臺搶先按下 SA1，觸發(fā)器 C1翻轉(zhuǎn)成Q仁1、 Q仁0。于是： 門2輸出為1 ,振蕩器振蕩，揚聲器發(fā)聲；HL1燈點亮； 門1輸出為1 ,這時2