新編數(shù)字電路及其應(yīng)用教材

1、數(shù)字電路及其應(yīng)用序言:當(dāng)你打開一臺高清晰度的液晶電視機的后蓋時，當(dāng)你拆開一部功能齊全的手機時，當(dāng)你拆開自己的筆記本電腦時,你所看到的電路板已經(jīng)不再是密密麻麻的分立元件,而是排列整齊的一個個IC（集成）芯片,有的芯片集成了幾十個電子元器件,有的集成了幾十萬個電子元器件(例如:奔騰CPU就集成了38萬之多的電子元器件),而這些芯片只認識“0”和“1”我們把能夠處理“0”和“1”的電路稱之為數(shù)字電路,二十一世紀(jì)電子產(chǎn)品全面進入數(shù)字化時代,數(shù)碼電子產(chǎn)品將取代模擬電子產(chǎn)品是大勢所趨,所以學(xué)好數(shù)字電路是十分重要的。我們編寫數(shù)字電路及其應(yīng)用這本教材注重了兩個方面:第一,打牢基礎(chǔ)。學(xué)生要掌握基本知識點,弄懂基

2、本模塊功能。第二,學(xué)會基本應(yīng)用。學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的知識制作一件小的電子作品。我們將數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識點溶進三個模塊,共九個任務(wù)，達到“邊做邊學(xué)”,在“做”中學(xué)，以“工作任務(wù)”牽引理論學(xué)習(xí)，注重技能培養(yǎng)。一、模塊設(shè)置數(shù)字電路基礎(chǔ)項目九、LED彩色流水燈項目十、數(shù) 字 鐘附件：知識拓展 項目八、路搶答器集LED彩色流水燈、數(shù)字鐘于一體的創(chuàng)新作品 圖一 課程模塊示意圖二、知識導(dǎo)學(xué)我們將每一個模塊設(shè)置為若干個任務(wù)，按照以下流程學(xué)習(xí)（如圖二）。以學(xué)生為主體，以工作任務(wù)為牽引，在任務(wù)學(xué)習(xí)中滲透相關(guān)知識點。識讀電路圖功能調(diào)試查閱元器件參數(shù)硬件組裝設(shè)計硬件購置元器件工藝完善考核評價 圖二 課程學(xué)習(xí)導(dǎo)向圖三、學(xué)

3、生作品樣圖（圖三）圖三 04數(shù)字電子與計算機應(yīng)用專業(yè)（中技）學(xué)生初學(xué)作品四、產(chǎn)品功能介紹1、像節(jié)日彩燈。絢麗多姿，十分美麗。2、像時鐘。顯示精確的時、分、秒。3、是鬧鐘。隨時為你設(shè)置鬧鐘。4、是音樂盒。定時為你播放音樂，解除你一日的疲勞。產(chǎn)品的成功制作，讓你體驗成功的喜悅，欣賞自己的作品，讓你品味學(xué)習(xí)知識的樂趣，如果當(dāng)成禮物送給朋友，會讓你自信心增強。行動起來吧！讓我們一起走進這神奇的數(shù)碼世界吧！本教材附有光盤一張，內(nèi)容包括：proteus仿真軟件和本教材中的主要電路的仿真,通過仿真演示使學(xué)生首先了解電路功能,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。五、學(xué)習(xí)寄語學(xué)習(xí)數(shù)字電路及其應(yīng)用要請緊緊抓住IC芯片功能的理解和

4、應(yīng)用，切勿深糾其內(nèi)部元器件的工作原理，如前所述，一個芯片可能有幾十、幾百、幾千幾十萬個電子元器件，可見其復(fù)雜程度，但是一個芯片外部引腳只有幾個、十幾個、幾十個，顯然就簡單的多了，學(xué)習(xí)數(shù)字電路只要緊緊抓住信號是“0”和“1”，電路是芯片的邏輯功能，你就可以隨心所欲的設(shè)計制作自己喜愛的電子小作品，提高自己的專業(yè)技能，為下一步專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。目 錄序言-1項目八：設(shè)計制作4路搶答器-5 任務(wù)一：基本門電路功能測試-6 任務(wù)二：組裝4路搶答器-31 興趣制作實用8路搶答器-34項目九：設(shè)計制作迷你LED循環(huán)彩燈-40 任務(wù)一：555定時器的應(yīng)用-42 任務(wù)二：寄存器的功能測試-50 任務(wù)三

5、：整機電路組裝與調(diào)試-70項目十：設(shè)計制作數(shù)字鐘-72 任務(wù)一：編碼電路的功能測試-73 任務(wù)二：譯碼與顯示電路的功能測試-81 任務(wù)三：計數(shù)器的功能測試-89 任務(wù)四：整機電路組裝與調(diào)試-96附：數(shù)字電路的知識拓展-98項目八、設(shè)計制作路智力搶答器8位選手搶答按鈕號碼顯示管主持人復(fù)位按鈕下圖8.1.1是一個8路搶答器(學(xué)生自創(chuàng)作品)電路原理圖，我們先學(xué)習(xí)設(shè)計制作4路智力搶答器的目的是弄懂基本門電路的工作原理，4路搶答器不用專門制作成產(chǎn)品，可利用實訓(xùn)場室的邏輯測試儀搭建電路，驗證邏輯功能，弄懂門電路的工作原理。圖8.1.1 八路搶答器仿真電路圖8.1.1是一個8路搶答器(學(xué)生自創(chuàng)作品)電路原理

6、圖要想做一個實用8路搶答器，首先要學(xué)習(xí)基本門電路，要想懂得基本門電路的工作原理，我們先學(xué)習(xí)最簡單的四路搶答器，通過實驗加以功能驗證，不要以它做成作品，學(xué)習(xí)四路搶答器的目的就是從基礎(chǔ)學(xué)起，由淺入深，循序漸進。一、四路搶答器功能簡介：1、四位選手中有哪一位先搶到，其他三位就搶答無效；2、哪一位選手先搶到則“主持人”的燈和該位選手的燈就亮， 下面是proteus仿真電路圖，可以打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能的仿真演示。圖8.1.2 四路搶答器原理電路圖從原理電路圖我們可以看到,該簡易搶答器由五個門電路、五個指示燈及四個按鍵開關(guān)組成。作品名稱任 務(wù)四路搶答器任務(wù)一、基本門電路功能測試

7、任務(wù)二、四路搶答器電路組裝興趣制作、制作實用8路搶答器任務(wù)一、基本門電路功能測試 門電路是數(shù)字電路的最基本單元，就像模擬電路中的電阻、電容、二極管、三極管一樣，數(shù)字電路都是由三種基本門電路構(gòu)成的，那我我們首先學(xué)習(xí)基本門電路吧！一、任務(wù)書項目名稱4路搶答器任務(wù)名稱基本門電路功能測試任務(wù)編號QDQ 01班級名稱姓 名教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)：1、了解數(shù)字信號的概念；2、了解數(shù)字電路的特點，；3、懂得數(shù)制的轉(zhuǎn)換；4、懂得基本門電路的邏輯功能。二、技能目標(biāo)：1、會查閱數(shù)字集成電路手冊，能根據(jù)邏輯功能選用集成芯片和可替代的集成芯片；2、會使用邏輯測試儀測試集成芯片的邏輯功能。 任務(wù)操作步驟第一步：學(xué)習(xí)基本數(shù)

8、字電路的基本知識第二步：基本門電路的功能分析第三步：查閱74LS00、74LS04、74LS20 、74LS86芯片參數(shù)。第四步：在邏輯測試儀上搭建邏輯電路第五步：驗證邏輯門電路的邏輯功能第六步：填寫測試報告任務(wù)要求2-3人一組，協(xié)作完成任務(wù)。綜合評價知識能力技能能力二、數(shù)字電路的基本知識（一）數(shù)字信號的概念只要注意一下我們的周圍,就不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在人們的日常生活已經(jīng)離不開計算機了。如果沒有計算機就不能從ATM提取現(xiàn)金,也不能進行各種網(wǎng)上交易等。信息數(shù)字化,使得廣播及通信多頻道化、雙向化和多媒體化。相對模擬信號而言,數(shù)字信號不易失真,在傳送過程中不易受到干擾,能有效地利用計算機進行各種處理,而且

9、數(shù)字化的數(shù)據(jù)及信息還能被簡單可靠地存儲。數(shù)字化的應(yīng)用在我們的生活中無處不在。而我們平時所接觸的幾乎都是模擬信號,如風(fēng)、 氣溫、光照、說話的聲音、聽到的音樂、歌聲等。我們?nèi)绾螌⑸钪械奈锢砹繉崿F(xiàn)數(shù)字化呢? 這就是我們將要研究的數(shù)字電路問題。1、模擬信號與數(shù)字信號之間的傳輸如圖8.1.3所示,利用傳統(tǒng)的電話線,即采用模擬傳送線路的通信方式進行信息傳遞(EP 上網(wǎng))還是許多家庭正在使用的一種方式。此種方式只能在1條通道上傳遞信息,因此用計 算機進行數(shù)據(jù)傳遞時,還要通過MODEM與傳統(tǒng)的電話線路的模擬傳送通路相連接,需將模 擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換電話機100001011101聲音模擬信號數(shù)字

10、信號處理信號結(jié)果A/D轉(zhuǎn)換電話機100001011101聲音模擬信號數(shù)字信號處理信號結(jié)果圖8.1.3模擬信號與數(shù)字信號之間的傳輸傳統(tǒng)電話線傳輸?shù)氖锹曇粜盘?計算機處理的是數(shù)字信號。我們將這兩種信號以工作的變化將點劃分,一類為模擬信號,另一類為數(shù)字信號。2、模擬信號：在時間上和數(shù)值上連續(xù)的信號稱之為模擬信號。如聲音、溫 度、壓力等電信號就是模擬信號。tu圖8.1.4 模擬信號對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。3、數(shù)字信號：在時間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號,例如 常用"。"與"1"表示,反映在電路中就是高電平與低電平兩種狀態(tài)的信號。tu

11、圖8.1.5 數(shù)字信號對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。4、數(shù)字電路的特點數(shù)字信號簡單,只有0和I兩個基本數(shù)字,反映在電路中就是高電平與低電平兩種 狀態(tài),電路結(jié)構(gòu)簡單,對元件的精度要求不高,便于善美成和制造,價格便宜等。數(shù)字電路中,半導(dǎo)體管均處于開關(guān)狀態(tài),并利用管子的飽和與截止來表示數(shù)字信號 的高、低電平。因此數(shù)字系統(tǒng)具有工作可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)點。 數(shù)字電路中側(cè)重研究輸入、輸出的0、1序列間的邏輯關(guān)系及其所反映的邏輯功能。 數(shù)字電路分析所使用的數(shù)學(xué)工具主要是邏輯代數(shù)。數(shù)字電路具有算術(shù)運算和邏輯運算能力,可用在工業(yè)中進行各種智能化控制,減輕 勞動強度,提高產(chǎn)品質(zhì)量。方波5、

12、常見的脈沖信號圖8.1.6 常見的脈沖信號6、 脈沖信號的基本參數(shù)脈沖幅度Um脈沖信號變化的最大值,單位為伏(V)。脈沖周期T:在周期性脈沖中,相鄰兩個脈沖波形重復(fù)出現(xiàn)所需要時間。脈沖頻率f:單位時間的脈沖數(shù),f=1/T。單位為赫茲(HZ)。圖8.1.7 常見的脈沖信號知識拓展：數(shù)字電路的分類（1）按集成度分類：數(shù)字電路可分為小規(guī)模（SSI，每片數(shù)十器件）、中規(guī)模（MSI，每片數(shù)百器件）、大規(guī)模（LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（VLSI，每片器件數(shù)目大于1萬）數(shù)字集成電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。（2）按所用器件制作工藝的不同：數(shù)字電路可分為雙極型（TTL型）和單

13、極型（MOS型）兩類。（3）按照電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同：數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號只與當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無關(guān)。時序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號不僅和當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而且與電路以前的狀態(tài)有關(guān)。知識點歸納：數(shù)字信號的數(shù)值相對于時間的變化過程是跳變的、間斷性的。對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后可以變成數(shù)字信號，即可用數(shù)字電路進行傳輸、處理。（二）、數(shù)制的概念數(shù)制是計數(shù)進位制的簡稱。（1） 進位制：表示數(shù)時，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，必須用進位計數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一

14、位的構(gòu)成以及從低位到高位的進位規(guī)則稱為進位計數(shù)制，簡稱進位制。日常生活中采用且是使進制數(shù),在數(shù)字電路中和計算機中采用的有二進制、八進制、十六進制等。（2）基 數(shù)：進位制的基數(shù)，就是在該進位制中可能用到的數(shù)碼個數(shù)。（3）位 權(quán)（位的權(quán)數(shù)）：在某一進位制的數(shù)中，每一位的大小都對應(yīng)著該位上的數(shù)碼乘上一個固定的數(shù)，這個固定的數(shù)就是這一位的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)是一個冪。1.十進制十進制數(shù)是人們最習(xí)慣采用的一種數(shù)制。十進制數(shù)是用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 十個不同數(shù)字,按一定規(guī)律排列起來表示的丁數(shù)。10是這個數(shù)制的基數(shù)。向高位數(shù)的進位規(guī)則 是“逢十進一”，給低位借位的規(guī)則是“借一當(dāng)十”，數(shù)碼處于不同位置

15、(或稱數(shù)位),它所代 表的數(shù)量的含義是不同的。103、102、101、100稱為十進制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。即：(5555)105×103 5×1025×1015×100又如：(209.04)10 2×102 0×1019×1000×1014 ×102任意一個十進制數(shù)都可以表示為各個數(shù)位上的數(shù)碼與其對應(yīng)的權(quán)的乘積之和，稱權(quán)展開式。同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。數(shù)位上的數(shù)碼稱為系數(shù)，權(quán)乘以系數(shù)稱為加權(quán)系數(shù)。2、二進制數(shù)二進制的數(shù)碼只有兩個 :0 和 1 。因此其基數(shù)為 2, 每個數(shù)位的位權(quán)值

16、是 2 的幕。 J 計數(shù)方式 遵循 “逢二進一” 和 “借一當(dāng)二” 的規(guī)則。按照十進制數(shù)的一般表示法 , 把 10 改為 2 就可得 到二進制數(shù)的一般表達式。如：(101.01)2 1×22 0×211×200×211 ×22 (5.25)103、八進制運算規(guī)律：逢八進一，即：7110，各位權(quán)為8的冪。八進制數(shù)的權(quán)展開式：如：(207.04)8 2×82 0×817×800×814 ×82 (135.0625)104、十六進制數(shù)碼為：09、AF；基數(shù)是16，運算規(guī)律：逢十六進一，即：F110。十

17、六進制數(shù)的權(quán)展開式：如：(D8.A)16 13×161 8×16010 ×161(216.625)105、數(shù)制轉(zhuǎn)換十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)采用 “除2取余 , 逆序排列”法，即用 2 去除十進制整數(shù) ,可以得到一個商和看余數(shù) , 再用 2 去除商， 又會得到一個商和余數(shù), 如此進行 , 直到商為零時為止 ; 然后把先得到的余數(shù)作為二選制數(shù)的低位 , 后得到的余數(shù)作為二進制數(shù)的高位 , 依次排列起來。小數(shù)部分采用基數(shù)連乘法，先得到的整數(shù)為高位，后得到的整數(shù)為低位。如：如何把十進制數(shù)44.375轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)? 所以：(44.375)10(10

18、1100.011)2 各種進制轉(zhuǎn)換對照表表8.1.1各種進制對照表十進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)十六進制數(shù)0123456789101112131415000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011110123456710111213141516170123456789ABCDEF請大家熟記最常用的十進制二進制十六進制之間的轉(zhuǎn)換。（三）、編碼計算機是使用二進制數(shù)進行運算處理信號的。我們通常要處理的對象有聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像以及符號等。而計算機只能處理 0 和 1 這兩個二進制數(shù) , 對于聲音

19、、數(shù)據(jù)、文字、圖像以及符號等不能直接進行處理。這些信息只有用二進制數(shù)來表示,計算機才能接受。所以,我們必須對信息采取二進制編碼的形式進行處理。在電子計算機和數(shù)字式儀器中,往往采用二進制碼表示十進制數(shù)。通常,把用一組 四 位二進制碼來表示 一位十進制數(shù)的編碼方法稱作二一十進制碼，亦稱 BCD 碼。四位二進制碼共有十六種組合，可從中任取十種組合來表示09這十個數(shù)，根據(jù)不同的選取方法，可以編成多種BCD碼。表8.1.2常用BCD編碼表十進制數(shù)8421碼余3碼格雷碼2421碼5421碼01234567890000000100100011010001010110011110001001001101000

20、1010110011110001001101010111100000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100011010010001001101010111100權(quán)8421無權(quán)無權(quán)24215421（四）課堂知識目標(biāo)自測試（時間：1學(xué)時）一）填一填（每題4分，共40分）1、 邏輯變量和函數(shù)的取值有 和 兩種可能。 2、十進制如用 8421BCD 碼表吞 , 則每一位十進制數(shù)可用 來表示 , 其權(quán)值從高位到低位依次為 、 、 、 。3、 數(shù)字電路中工作信號的變

21、化在時間和數(shù)值上都是 。4、格雷碼是一種 權(quán)碼 , 而 8421 碼是一種 權(quán)碼。5、在時間上和數(shù)值上均作連續(xù)變化的電信號稱為 信號；在時間上和數(shù)值上離散的信號叫做 信號。6、在正邏輯的約定下，“1”表示 電平，“0”表示 電平。7、用來表示各種計數(shù)制數(shù)碼個數(shù)的數(shù)稱為 ，同一數(shù)碼在不同數(shù)位所代表的 不同。十進制計數(shù)各位的 是10， 是10的冪。8、按照進位方式來實現(xiàn)計數(shù)的，簡稱為 制。9、十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制時采用 法；十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制時采用 法。10、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制和十六進制時，應(yīng)先轉(zhuǎn)換成 制，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)換的 數(shù)，按照 一組轉(zhuǎn)換成八進制；按 一組轉(zhuǎn)換成十六進制。二）判斷正誤（

22、每題5分，共15分）1、8421BC碼、2421BCD碼和余3碼都屬于有權(quán)碼。 （ ）2、二進制計數(shù)中各位的基是2，不同數(shù)位的權(quán)是2的冪。 （ ）3、格雷碼相鄰兩個代碼之間至少有一位不同。 （ ）三） 計算題（每題15分。共45分）1、將下列十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。A.275 B.1038 C.4609 D.7632、將下列二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。A.(100l)2 B.(10010111)2 D.(10010011)2 C.(1101101)23、將下列各數(shù)轉(zhuǎn)換為 8421BCD 碼。A.()2 B.(11011011)2 C.(251)10 D.(637)1O三、三種基本邏輯關(guān)系 （一）“

23、與”邏輯關(guān)系 我們把“條件” 和“結(jié)果” 之間的關(guān)系稱為邏輯關(guān)系?；具壿嬯P(guān)系有與邏輯、或邏輯和非邏輯, 能完成相應(yīng)因果關(guān)系的邏輯電路稱為邏輯門電路。下面是proteus仿真電路圖，可以打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能的仿真演示。1、分析以下簡單的直流電路：圖8.1.8 與邏輯關(guān)系表8.1.3 功能表 表 8.1.4 真值表：我們把決定事件（Y）發(fā)生的所有條件（A，B，C，）均滿足時，事件（Y）才能發(fā)生的邏輯關(guān)系，稱之為與邏輯關(guān)系。其表達式為：Y=ABC。：歸納一句話:有“0”就出“0”,全“1”才出“1”。邏輯符號為：（二）“或”邏輯關(guān)系圖8.1.9 或邏輯關(guān)系 表8.1.5

24、 功能表 表8.1.6 真值表：我們把決定事件（Y）發(fā)生的各種條件（A，B，C，)中只要有一個或以上條件具備，事件（Y）就發(fā)生，稱之為或邏輯關(guān)系。表達式為：Y=A+B+C。 歸納一句話：有“1”就出“1”，全“0”才出“0”。 要強調(diào)一點：在數(shù)字邏輯運算中1+1+1+ =1。這是邏輯運算與數(shù)學(xué)運算不同之處。（生活小例子：例如,一家有三口人,每人有一把家里的鑰匙,誰先到家誰就可以開門,但是只要有一個人已經(jīng)打開了門,另外的成員再開門就沒有了意義。）下面是proteus仿真電路圖，可以打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能的仿真演示。圖8.1.10 或邏輯關(guān)系仿真圖（三）“非”邏輯關(guān)系 非

25、邏輯關(guān)系指的是邏輯的否定。當(dāng)決定事件（Y）發(fā)生的條件（A）滿足時，事件卻不發(fā)生；條件不滿足，事件反而發(fā)生。表達式為：。圖8.1.11 非邏輯關(guān)系L=ABEAYREAYR 上述電路非常簡單,開關(guān)合上,燈不亮,開關(guān)打開,燈卻亮啦,這就是非邏輯關(guān)系.知識探究:是不是我們的數(shù)字邏輯電路中就是用以上開關(guān)控制的電路呢?當(dāng)然不是了!這只是為了讓大家理解“與”“或”“非”三種基本邏輯關(guān)系而采取的一種分析方法，我們在模擬電路中大家已經(jīng)非常熟悉晶體二極管，它具有單向?qū)щ娦裕梢援?dāng)成一個開關(guān)來使用，晶體三極管有飽和和截止?fàn)顟B(tài)，也可以當(dāng)成一個開關(guān)來使用呀，所以邏輯門電路是由晶體二極管、晶體三極管或CMOS器件構(gòu)成的。

26、YA1邏輯符號：（四）復(fù)合門電路將三種基本門電路進行組合就構(gòu)成了復(fù)合門電路。如：把與門和非門組合就構(gòu)成了“與非門”，1、與非門Y=AB1與門非門 邏輯符號: 圖8.1.12 與非門電路下面是proteus仿真電路圖，可以打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能的仿真演示。圖8.1.13 與非門電路仿真結(jié)果圖小任務(wù):看誰做的好？請大家填寫與非門邏輯電路的真值表；用一句話歸納與非門的邏輯功能。 表8.1.7與非邏輯真值表與非門電路ABY=AB00011011請將邏輯歸納為一句話：2、或非門將或門與非門組合就構(gòu)成了“或非門”BA1Y=A+BA1或門非門BA1Y=A+B 邏輯符號:圖8.1.1

27、4 或非門電路小任務(wù):看誰做的好？1、請大家填寫與或門邏輯電路的真值表；2、用一句話歸納或非門的邏輯功能。 表8.1.8與非邏輯真值表ABY=A+B00011011歸納： 3、知識拓展1：將“與”“或非“組合起來就構(gòu)成了“與或非門”ABCD&&1Y8112與或非門的等效電路與門或非門邏輯符號 Y1&ABCD與或非門的邏輯符號Y=AB+CD4、知識拓展2：異或門電路的小應(yīng)用： 在日常生活中，我們需要比較兩個數(shù)字信號是否一樣，那么用異或門就可以實現(xiàn)。異或門的邏輯表達式為： 表8.1.9異或門真值表ABY=AB000011101110功能描述：相同就出0，不同就出1。例：設(shè)：

28、當(dāng)A=0100111 ， B=0100101時，則輸出Y=0000010，通過對Y 中有多少個1的統(tǒng)計，就能計算出A和B中有幾位不相同。最典型的應(yīng)用就是比較發(fā)信端和收信端的數(shù)字信號有無變化，以判斷數(shù)字信號在傳輸中有沒有誤碼。（五）基本的邏輯運算公式表8.1.10基本的邏輯運算公式之一序號公式邏輯功能描述11*1=1任意多的1相“與”仍等于1， 推廣：AA=A21+1=1任意多的1相“或”還等于1， 推廣：A+A=A31*0=00和任意數(shù)相“與”就等于0， 推廣：A0=041+0=1任意數(shù)和1相“或”就等于1， 推廣：1+A=151 = 01的“非”就是0（0的“非”就等于1） 推廣：A =A非

29、非率三、74LS00、74LS04、74LS20 、74LS86芯片參數(shù) （一） 集成門電路用來實現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電子電路稱為門電路，能實現(xiàn)“與”“或“”非“邏輯功能的門電路稱之為基本門電路，有與門、或門和非門。按構(gòu)成門電路的形式不同 , 可分為分立元件的門電路和集成門電路兩類，集成門電路具有體積小、重量輕、工作可靠性高、抗干攏能力強及價格低等優(yōu)點 , 目前己得到廣泛使用。 因此我們重點介紹74LS00、74LS04、74LS20 、74LS86各種集成門電路的功能、性能指標(biāo)、引腳排列及應(yīng)用。1、74LS00：由四個獨立的雙輸入端與非門電路 圖8.1.15 74LS00芯片實物照片 圖8.1.

30、16 74LS00內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)TTL 集成邏輯門電路是由晶體管做成的邏輯門電路的簡稱。 TTL 電路產(chǎn)品型號較多 , 國外有美國德克薩斯公司 SN54/74 系列、摩托羅拉公司 MC5474 系列等 , 其中54為軍用產(chǎn)品 ,74為工業(yè)產(chǎn)品 ( 主要包括標(biāo)準(zhǔn)型、高速型、低功耗型、肖特基型、低功就肖特基型等 ) 。由于TTL 集成電路生產(chǎn)工藝成熟、產(chǎn)品參數(shù)穩(wěn)定、工作可靠、開關(guān)速度高 , 因此獲得了廣泛的應(yīng)用。我國 TTL 系列產(chǎn)品型號也較多 , 如：T4000 、T3000 、T2000 等。國外 TTL 集成電路只要型號一致 , 其功能、性能、引腳排列和封裝形式就一致。 知識探究 TTL與非門

31、電路的工作原理Y圖8.1.17 TTL與非門電路中間級T4 A BR13kT3T2T1 R4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53k輸入級輸出級表8.1.11 TTL與非門功能分析表UAUBT1T2T3 T4T5Y0.3V0.3V截止截止導(dǎo)通截止3.6V0.3V3.6V截止截止導(dǎo)通截止3.6V3.6V0.3V截止截止導(dǎo)通截止3.6V3,6V3.6V導(dǎo)通導(dǎo)通截止導(dǎo)通0.3V 注:老師可以通過模擬仿真加以驗證。2、74LS20：由兩個4輸入端構(gòu)成的與非門集成芯片74LS30：是1個8輸入端的與非門集成芯片 圖 8.1.18 74LS20、74LS30內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 3、74LS04

32、由6個非門組成的集成芯片 74LS86 由4個異或門組成的集成芯片 圖8.1.19 74LS04、74LS86 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)課后任務(wù) :看誰最能干？在圖書館或在網(wǎng)上查閱具有與邏輯功能、或邏輯功能、與非邏輯功能、與或非邏輯功能和異或邏輯功能的芯片型號，看誰找得多而全？將查找的情況填在下表中。表8.1.12 任務(wù)表序號模塊功能芯片型號TTL系列CMOS系列1與邏輯功能2與非邏輯功能3與或非邏輯功能4異或邏輯功能課堂作業(yè):(建議1學(xué)時)一、判斷正誤題1、輸入全為低電平“0”，輸出也為“0”時，必為“與”邏輯關(guān)系。 （ ）2、或邏輯關(guān)系是“有0出0，見1出1”。 （ ）3、是邏輯代數(shù)的非非定律。 （

33、）二、選擇題1、邏輯函數(shù)中的邏輯“與”和它對應(yīng)的邏輯代數(shù)運算關(guān)系為（ ）。A、邏輯加 B、邏輯乘 C、邏輯非2、和邏輯式表示不同邏輯關(guān)系的邏輯式是（ ）。A、 B、 C、 D、三、計算題1、用代數(shù)法化簡下列邏輯函數(shù)*2、(選作)用卡諾圖化簡下列邏輯函數(shù) 四、實訓(xùn)：（實訓(xùn)一）晶體管特性測試（6學(xué)時），實訓(xùn)指導(dǎo)書參照數(shù)字電路實訓(xùn)項目指導(dǎo)書項目一-金健老師主編。（實訓(xùn)二）門電路的功能測試（6課時）1、認識邏輯測試儀邏輯開關(guān)：撥上為原變量,撥下為反變量。數(shù)據(jù)開關(guān):：撥上代表1，撥下代表0圖8.1.20 邏輯測試儀實物圖片 圖8.1.21邏輯開關(guān)與數(shù)據(jù)開關(guān)(1)邏輯開關(guān)與數(shù)據(jù)開關(guān) 邏輯開關(guān)（LOGIC

34、SWITCHFS）：共4路邏輯電平。數(shù)據(jù)開關(guān)（DATA SWITCHFS）：共8路。各孔之間橫向相通各孔之間縱向相通隔離槽,將上下隔開(2)插件區(qū) 圖8.1.22邏輯儀插件區(qū)（3）電源與邏輯顯示器 （4）時鐘與延時邏輯指示燈“邏輯1”（高電平）燈就亮L1L8電源：直流12V、GND、12V、+5V時鐘信號（CLOCK）：可產(chǎn)生100KHz、1KHz、1Hz方波 延時信號LINE SOURCE）：方波、200Hz。 圖8.1.23 電源與邏輯顯示器 圖8.1.24 時鐘與延2、高、低電平高電平和低電平是兩種狀態(tài)，是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。TTL門電路在2.45V范圍內(nèi)的電壓，都叫高

35、電平，邏輯用“1”來表示；而00.8V范圍內(nèi)的電壓都稱為低電平，邏輯用“0”來表示。3、實訓(xùn)要求電路要可靠連接，正確插、拔集成電路；電路器件布局合理、美觀，使用萬用表測量動作符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 操作過程中要時刻注意人身安全，用電安全。邏輯測試儀上的各種撥動開關(guān)，機械強度較弱，操作時不宜用力過大，應(yīng)使著力點在開關(guān)柄的根部，輕輕撥動，不可用力去扳開關(guān)柄端部，否則會降低開關(guān)的使用壽命。電路板的插孔內(nèi)部的彈簧片彈力較弱，不可將直徑過粗的導(dǎo)線、電位器引腳等直接插入，這樣極容易造成，接觸不良，使實驗不能順利進行。在插入集成電路時，要先用鑷子將引腳調(diào)正；拔下集成電路時，要用使兩端平衡拔出，以免將引腳折斷。斷電連

36、接電路，檢查無誤后通電。使用邏輯實驗儀前，要先檢查各開關(guān)、邏輯指示燈，電源電壓。4、測試門電路的邏輯功能測試與非門的邏輯功能 將與非門74LS00插到面包板上，應(yīng)將集成電路雙排腳跨在隔離槽上，連線方法見圖8.1.25所示。 圖8.1.25 與非門邏輯功能測試電路連接圖按表8.1.13的內(nèi)容進行測試 表8.1.13 與非門邏輯功能表A1B1Y1A2B2Y2A3B3Y3A4B4Y400000000010101011010101011111111狀態(tài)“0”對應(yīng)的電壓 V狀態(tài)“1”對應(yīng)的電壓 V根據(jù)測試結(jié)果，寫出邏輯表達式：Y1= ；Y2= ；Y3= ；Y4= 。測試異或門（74LS86）的邏輯功能填

37、表8.1.14 表8.1.14 異或邏輯門電路功能測試表 A1B1Y1A2B2Y2A3B3Y3A4B4Y400000000010101011010101011111111根據(jù)測試結(jié)果寫出邏輯表達式：Y1= ；Y2= ；Y3= ；Y4= 。5、知識探究：復(fù)合邏輯電路如8.1.26所示A1B1Y1A2B2Y2圖8.1.26 復(fù)合邏輯電路按照上圖在邏輯儀上連接好電路測試邏輯功能,填寫8.1.15A1B1Y1A2B2Y20000010110101111根據(jù)測試結(jié)果分析其邏輯功能：圖a 。圖b 。6、知識拓展：摩根定律： 大家用真值表加以證明利用與非門組成其他邏輯門電路。在邏輯電路設(shè)計時，如果沒有需要的

38、邏輯門電路時怎么辦？可以利用已有集成門電路進行變換得到所需要的邏輯功能的門電路。 利用與非門組成與門電路邏輯電路: 圖8.1.27利用與非門組成與門電路請同學(xué)們用74LS00在邏輯儀上連接電路并驗證邏輯功能。 利用與非門組成或門電路Y=A+B=A+B=A B &&&AB Y 邏輯電路： 圖8.1.28利用與非門組成或門電路 請同學(xué)們利用74LS00在邏輯儀上連接電路并驗證邏輯功能。7、 知識應(yīng)用：觀察與非門對輸入脈沖的控制作用按圖9.1.29（a）、（b）在邏輯儀上連接電路，輸入端送入1KHz時鐘脈沖，用示波器觀察輸出波形。圖8.1.29 非門對輸入脈沖的控制根據(jù)測試結(jié)

39、果填寫實訓(xùn)報告表8.1.16 實訓(xùn)報告姓名班級學(xué)號日期實訓(xùn)(驗)項目基本門電路指導(dǎo)老師實訓(xùn)(驗)目的實訓(xùn)(驗)設(shè)備及工具實訓(xùn)過程記錄實訓(xùn)結(jié)果記錄效果評價任務(wù)二：實訓(xùn)三(6學(xué)時)組裝4路搶答器項目名稱4路搶答器任務(wù)名稱組裝4路搶答器任務(wù)編號QDQ02班級名稱姓 名教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)：1、學(xué)會識讀電路圖；2、懂得搶答器的工作原理。二、技能目標(biāo)：1、會在邏輯測試儀上將器件布放整齊、規(guī)范、美觀；2、會使用邏輯測試儀進行功能測試； 任務(wù)操作步驟第一步：識讀電路圖第二步：在邏輯測試儀上布放元器件第三步：按照電路圖正確連接電路第四步：在邏輯測試儀上驗證電路功能第五步：填寫測試報告任務(wù)要求2-3人一組，協(xié)作

40、完成任務(wù)。綜合評價知識能力技能能力一、簡易4路搶答器電路組裝（一）識讀4路搶答器電路原理電路圖如圖8.2.1所示。（二）、分析4路搶答器的工作原理先打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能的仿真，驗證搶答器的功能。仿真驗證圖8.2.1仿真驗證結(jié)果圖分析4路搶答器的工作原理4 個4輸入端與非門 U1A 、 U1B 、 U2A 、 U2B 的輸出端標(biāo)識分別為 A 、 B 、 C 、 D, 它和與非門U3A的輸入端 1 、 2 、 3 、 4 對應(yīng)連接線如圖8.2.1所示 。下面分析智力搶答器的工作原理。在按鍵 SW1SW4 均處于釋放狀態(tài)時 , 各個與非門中與按鍵相連接的那個輸入端經(jīng) 1K

41、電阻接地 , 則該輸入端可視為0電平 , 因此各個與非門的輸出端 A 、 B 、 C 、 D 均為 1, 此時U3A的輸入端 1 、 2 、 3、 4也均為 1, 與非門UA3輸出 0, Q1截止，指示燈不亮，表示無人搶答。設(shè)按鍵 SW1 先被按下 , 與非門 U1A 輸入高電平 1, 因 U1A 其余 3 個輸入端原來己為 1, 所以這時輸出為 A=0, 發(fā)光二極管 LED1 被點亮 , 提示處于 1 號臺搶答狀態(tài)。同時因與非門 U3A 有一輸入端為低電平 , 故其輸出為高電平 , 該高電平使三極管 T 飽和 , 指示燈亮，表示有人搶答了。 U1A 輸出 A=0 的狀態(tài)同時加到了 UIB、U

42、2A、U2B 門的輸入端 , 因此這 3 個與非門處于關(guān)閉狀態(tài) , 它們的輸出總為高電平 , 此時按鍵 SW2 、 SW3、 SW4不起作用 , 這就達到了搶答的目的。（三）組裝工藝要求:按照圖8.2.1進行電路的焊接連接（在邏輯測試儀上或萬能板上布放元器件，搭接或焊接電路） 焊接組裝工藝要求：1)電阻、發(fā)光二極管均采用水平安裝，貼緊電路板。電阻的色環(huán)方向應(yīng)該一致。2)三極管采用直立式安裝，底面離印制板(5土1)mm。3)插件裝配美觀、均勻、端正、整齊、不能歪斜，要高矮有序。4)所有插入焊片孔的元器件引線及導(dǎo)線均采用直腳焊，剪腳留頭在焊面以上(1土05)mm，焊點要求圓滑、光亮、防止虛焊、搭焊

43、和散錫。二、功能測試 1、測試流程：開 始仔細檢查電路連接連接是否正確？上電檢查否是 上電前檢查接入直流電源12V按下SW1-SW4進行功能測試 功能是否達到要求？填寫實訓(xùn)報告重新檢查電路連接檢查元器件質(zhì)量 上電后測試： 2、填寫實訓(xùn)報告 實訓(xùn)報告格式如表8.1.16 實訓(xùn)報告。SW1SW2SW3SW4D1D2D3D4D51000010000100001三、實用8路搶答器(項目制作:學(xué)生根據(jù)自己的興趣采購器件,進行組裝.)實用8路槍答器功能仿真演示：先打開本教材附帶的光盤，在老師的指導(dǎo)下進行電路功能仿真，驗證搶答器的功能。用門電路可以做一個槍答器，對于學(xué)習(xí)門電路很有幫助，但不是實用的，下面就是

44、一個實用8路槍答器，建議學(xué)生想做興趣制作時可以做該槍答器。8位選手的按鍵開關(guān)主持人控制按鍵數(shù)碼顯 示圖8.2.2 實用8路槍答器電路元器件清單:器件名稱器件規(guī)格器件數(shù)量備 注器件名稱器件規(guī)格器件數(shù)量備 注編碼器741471個反相器40694個鎖存器74LS3731個雙投開關(guān)SW1個七段譯碼器45111個按鈕開關(guān)CH8個LED數(shù)碼管LED1個電阻10K8個電阻50歐姆1個與門74LS21131個六、知識拓展：其他類型TTL邏輯門在TTL電路中 , 還有其他功能的門電路 , 例如OC 門、三態(tài)門等。(1)OC 門前面介紹的典型 TTL 與非門是不能將兩個或兩個以上門的輸出端并聯(lián)在一起, 如圖 8.2.3 所示。而實際電路中往往需要將兩個或兩個以上的與非門的輸出 端并聯(lián)在一起 , 我們稱為”線與”,但是普通的與非門不能“線與”，直接并聯(lián)可能會損壞門電路。圖8.2.3