數(shù)字電路基礎

1、數(shù)字電路基礎數(shù)字電路基礎第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點一、一、 數(shù)字信號與數(shù)字電路數(shù)字信號與數(shù)字電路模擬信號：在時間上和模擬信號：在時間上和數(shù)值上連續(xù)的信號。數(shù)值上連續(xù)的信號。數(shù)字信號：在時間上和數(shù)字信號：在時間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號。散的）信號。uu模擬信號波形數(shù)字信號波形tt對模擬信號進行傳輸、對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為處理的電子線路稱為模擬電路。模擬電路。對數(shù)字信號進行傳輸、對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為處理的電子線路稱為數(shù)字電路。數(shù)字電路。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點：數(shù)字電路的特點：理想理想脈

2、沖信號脈沖信號-邏輯信號邏輯信號低電平低電平高電平高電平高電平用邏輯高電平用邏輯“1”表示表示低電平用邏輯低電平用邏輯“0”表示表示0 0、1 1數(shù)字表示兩種對立的離散狀態(tài)。數(shù)字表示兩種對立的離散狀態(tài)。 半導體器件工作在開關狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止半導體器件工作在開關狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。分別對應區(qū)。分別對應“0 0、1”1”數(shù)碼。數(shù)碼。 數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、可靠性高，抗干擾能力數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、可靠性高，抗干擾能力強，便于集成及系列化生產(chǎn)。強，便于集成及系列化生產(chǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點二、二、 半導體管的開關特性半導體管的開關特性 由于二極管

3、具有單向?qū)щ娦?，當二極管加上正向電壓由于二極管具有單向?qū)щ娦?，當二極管加上正向電壓 時，二極管導通，相當于時，二極管導通，相當于開關接通開關接通；當二極管加上反向電；當二極管加上反向電壓時，二極管截止，相當于壓時，二極管截止，相當于開關斷開開關斷開。故二極管可以構(gòu)成。故二極管可以構(gòu)成一個開關，由輸入信號一個開關，由輸入信號u ui i控制其開和關?？刂破溟_和關。(1)(1)加正向電壓加正向電壓V VF F時，二極管導通，管壓降時，二極管導通，管壓降V VD D可忽可忽略。二極管相當于一個閉合的開關。略。二極管相當于一個閉合的開關。DVFIF(a)LRFKVFLRI(b)(2)(2)加反向電壓加

4、反向電壓V VR R時，二極管截止，反向電流時，二極管截止，反向電流I IS S可忽可忽略。二極管相當于一個斷開的開關。略。二極管相當于一個斷開的開關。DVRISLR(a)KLRVR(b)1.1.二極管的開關作用二極管的開關作用第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點2.2.三極管的開關作用三極管的開關作用 三極管不僅有放大作用，而且還有開關作用。在數(shù)字三極管不僅有放大作用，而且還有開關作用。在數(shù)字電路中，三極管主要起開關作用，即工作在截止區(qū)或飽和電路中，三極管主要起開關作用，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。放大區(qū)只是在三極管由飽和變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)轱枀^(qū)。放大區(qū)只是在三極管由飽和變?yōu)榻刂够蛴山刂棺?/p>

5、為飽和的過渡瞬間經(jīng)過一下而已。和的過渡瞬間經(jīng)過一下而已。 截止區(qū)截止區(qū)（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；置；（b）不計穿透電流）不計穿透電流ICEO，有，有IB、IC近似為近似為0；（c）集電極和發(fā)射極之間電阻）集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當于一個開關很大，三極管相當于一個開關斷開斷開。 飽和區(qū)飽和區(qū)（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏；）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏；（b）ICIB； （c）此時）此時UCE值很小，稱三極值很小，稱三極管的飽和壓降，用管的飽和壓降，用UCES表示。表示。 （d）集電極和發(fā)射極近似短接，）集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類似于一個開關導通。三極管類似于

6、一個開關導通。第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路6Z Z與與A A、B B間的間的邏輯邏輯關系關系可表示為：可表示為： 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)+5VDADBRABZ工作原理工作原理 0 5 5 0 5 55 0 0 0.7 (V) (V) AUBU (V) ZU 0.7 0.7A B0 0 Z 00 1 01 0 01 1 1BAZ邏輯符號邏輯符號&ABZ000111010100000111010100000一、二極管與門一、二極管與門用邏輯變量用邏輯變量A A、B B、Z Z分分別表示別表示 、 、 。AUBUZU“0 0”:”:表示表示低低電平電平“1 1”:”:表示表示高高電電平平第二

7、節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路Z Z與與A A、B B間的間的邏輯邏輯關系關系可表示為：可表示為：7 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理 0 5 5 0 5 54.3 0 0 0 (V) (V) AUBU (V) ZU 4.3 4.3A B0 0 Z 00 1 11 0 11 1 1BAZ邏輯符號邏輯符號二、二極管或門二、二極管或門1ABZDADBRABZ000101011111000111000101011第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理505 (V) AU (V) ZU0.3AZ0110AZAZ1三極管三極管截止截止三極管三極管飽和飽和三三、三極管非門三極管

8、非門A4.3k RbRC+5VZ1k 8第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路DADBRABRbRC+5VZ四四、與非門和或非門與非門和或非門 與非門與非門電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)邏輯符號邏輯符號&ABZ0101BZA0011輸輸 入入1110輸出輸出 真真 值值 表表9ABZ DADBABRbRC+5VZ四、與非門和或非門四、與非門和或非門 或非門或非門電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)邏輯符號邏輯符號1ABZ0101BZA0011輸輸 入入1000輸出輸出 真真 值值 表表第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路BAZ第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門電路邏輯門電路BABABAF F A B 異或門的邏輯符號 L=A+B =1 B

9、AABBAF11 F A B 同或門的邏輯符號 L=A+B =1 異或門異或門同或門同或門CDABZ Z 1 & A B C D 與或非門的邏輯符號 A B C D & & 1 Z 與或非門的等效電路 A B C D Z 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0與或非門與或非門第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門

10、電路邏輯門電路13一、邏輯代數(shù)的基本定律一、邏輯代數(shù)的基本定律分配律分配律摩根律摩根律消去律消去律A(A+B)=A A+AB=A吸收律吸收律(AB) C=A(BC) (A+B)+C=A+(B+C)結(jié)合律結(jié)合律AB=BA A+B=B+A交換律交換律A+1=1A0=00-1律律A+A=AAA=A重疊律重疊律互補律互補律 A+0=AA1=A同一律同一律非非或或與與定律名稱定律名稱AA 0AA1 AAABBAA)(BABAABABABABA)()(CABABCAACABCBA)(第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識邏輯自變量邏輯自變量：決定事物原因的變量。：決定事物原因的變量。輸入變量輸入變量邏輯因

11、變量邏輯因變量（邏輯結(jié)果）：決定事物結(jié)果的變量（邏輯結(jié)果）：決定事物結(jié)果的變量輸出變量輸出變量邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)：反映邏輯自變量和邏輯因變量之間關系的表達式。：反映邏輯自變量和邏輯因變量之間關系的表達式。 如：如： F=f(A、B、C) 輸出變量輸出變量 輸入變量輸入變量14邏輯函數(shù)表達式邏輯函數(shù)表達式真值表真值表邏輯圖邏輯圖表示方法：表示方法：第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識二、邏輯函數(shù)的表示方法二、邏輯函數(shù)的表示方法15幾種表示方法間的相互轉(zhuǎn)換幾種表示方法間的相互轉(zhuǎn)換邏輯表達式邏輯表達式u真值表真值表A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1BABAABABBABAF找出真值表

12、中使邏輯函數(shù)找出真值表中使邏輯函數(shù)F=1F=1的那些輸入變量組合；的那些輸入變量組合；每組輸入變量對應一個乘積每組輸入變量對應一個乘積項（最小項）項（最小項），其中取值為其中取值為1 1的寫入的寫入原變量原變量，為，為0 0的寫入的寫入反反變量；變量；將這些最小項相加，即得將這些最小項相加，即得F F的的表達式表達式第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識u邏輯表達式邏輯表達式真值表真值表CBAF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101001111A B C F第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識邏輯表達式邏輯表達式u邏輯圖邏輯圖從輸入端到輸出端逐級

13、寫出各個邏輯符號對應的邏輯式從輸入端到輸出端逐級寫出各個邏輯符號對應的邏輯式 A B C D & & 1 F ABCDCDABF第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識 將式中所有的與、或、非運算用邏輯符號代替，并根將式中所有的與、或、非運算用邏輯符號代替，并根據(jù)運算優(yōu)先順序把這些符號連接起來據(jù)運算優(yōu)先順序把這些符號連接起來CBCAABFABC11&1Fu邏輯表達式邏輯表達式邏輯圖邏輯圖例例：畫出：畫出F F的邏輯電路圖的邏輯電路圖第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識 分析圖所示電路的邏輯功能；已知輸入波形，畫出輸出分析圖所示電路的邏輯功能；已知輸入波形，畫出輸出波形。

14、波形。解：解：CBAABF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C11111101Z 真值表真值表例例: :邏輯功能：邏輯功能： 當當A A、B B、C C為為1 1、1 1、0 0時時輸出輸出F F為為0 0，否，否則則F F為為1 1。ABBACBA第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識例：例：設計一個三人表決電路。設計一個三人表決電路。解：解：（1 1）列真值表列真值表：（2 2）寫出邏輯表達式化簡）寫出邏輯表達式化簡0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111F真值表真值表最

15、簡與最簡與或表達式：或表達式：（3 3）化簡并變換表達式：）化簡并變換表達式：ACBCABFACBCABACBCABF（4 4）畫邏輯圖：）畫邏輯圖：BC&A&F&20 設設A A、B B、C C分別代表三個人，同意為分別代表三個人，同意為1 1，不同意為不同意為0 0；用；用F F表示表決結(jié)果，通過為表示表決結(jié)果，通過為1 1，否定為否定為0 0 。ABCCABCBABCAF第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識邏輯代數(shù)知識休休 息息 一一 下下22(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+AB+AC+BC重疊律重疊律 AA=AAA=A=A(1+B+C)+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+BC0-10-1率率A+1=1A+1=1證明分配律：A+BC=(A+B)(A+C)證明：證明：23證 明 ：)(BAAABAA)(1BA BA 分配律分配律A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)互補律互補律