中職數(shù)字電路基礎(chǔ)講解

模塊5數(shù)字電路基礎(chǔ)

電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能下一頁(yè)目錄

課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換課題3基本邏輯門電路

上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)

能區(qū)分模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，了解數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)及主要類型。 了解脈沖信號(hào)的主要波形及參數(shù)。 掌握數(shù)字信號(hào)的表示方法，了解數(shù)字信號(hào)在日常生活中的應(yīng)用。

上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)一、數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)

模擬信號(hào):時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的電信號(hào)。數(shù)字信號(hào):時(shí)間上和幅值上都是離散的的電信號(hào)。下一頁(yè)返回(a)模擬信號(hào)（b）數(shù)字信號(hào)上一頁(yè)課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)二、數(shù)字電路的特點(diǎn)

1．?dāng)?shù)字電路中數(shù)字信號(hào)是用二值量來表示的，每一位數(shù)只有0和1兩種狀態(tài)。

2．由于數(shù)字電路采用二進(jìn)制，所以能夠應(yīng)用邏輯代數(shù)這一工具進(jìn)行研究。

3．由于數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又允許元件參數(shù)有較大的離散性，因此便于集成化。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)三、數(shù)字電路的分類

1．?dāng)?shù)字電路按組成的結(jié)構(gòu)可分為分立元件電路和集成電路兩大類。

2．按電路所用器件的不同，數(shù)字電路又可分為雙極型和單極型電路。

3．根據(jù)電路邏輯功能的不同，又可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)四、數(shù)字電路的應(yīng)用

由于數(shù)字電路的一系列特點(diǎn)，使它在通信、自動(dòng)控制、測(cè)量?jī)x器等各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)代最杰出的科技成果-計(jì)算機(jī)，就是它最典型的應(yīng)用例子。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)五、脈沖信號(hào)

1.常見脈沖信號(hào)波形

常見的脈沖信號(hào)波形，如圖所示。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)

(1)脈沖幅度Um:脈沖電壓的最大變化幅度。

(2)脈沖寬度tw:脈沖波形前后沿0.5Um處的時(shí)間間隔。

(3)上升時(shí)間tr:脈沖前沿從0.1Um上升到0.9Um所需要的時(shí)間。

上一頁(yè)返回

2.矩形脈沖波形參數(shù)

非理想的矩形脈沖波形是一種最常見的脈沖信號(hào)，如圖所示。下一頁(yè)課題1脈沖與數(shù)字信號(hào)

(4)下降時(shí)間tf:脈沖后沿從0.9Um下降到0.lUm所需要的時(shí)間。

(5)脈沖周期T:在周期性連續(xù)脈沖中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。

(6)占空比q:指脈沖寬度tw與脈沖周期T的比值。上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換能正確表示各種數(shù)制。會(huì)進(jìn)行各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換。了解8421BCD碼的表示形式。上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換

一、十進(jìn)制數(shù)

1.每一位數(shù)是0～9十個(gè)數(shù)字符號(hào)中的一個(gè)，這些基本數(shù)字符號(hào)稱為數(shù)碼。

2.每一個(gè)數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位代表的數(shù)值不同，即使同一數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位代表的數(shù)值也不同。

3.十進(jìn)制計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十進(jìn)一”。下一頁(yè)返回上一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)的任意一個(gè)n位的正整數(shù)都可以用下式表示:式中кi為第i位的系數(shù)，它為0～9十個(gè)數(shù)字符號(hào)中的某一個(gè)數(shù)；10i為第i位的權(quán)；[N]10中下標(biāo)10表示N是十進(jìn)制數(shù)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換二、二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)采用兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，所以計(jì)數(shù)的基數(shù)為2。各位數(shù)的權(quán)是2的冪，它的計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢二進(jìn)一”。

N位二進(jìn)制整數(shù)[N]2的表達(dá)式為式中，[N]2表示二進(jìn)制數(shù)；кi為第i位的系數(shù)，只能取0和1的任一個(gè)；2i為第i位的權(quán)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換三、十六進(jìn)制數(shù)

在十六進(jìn)制數(shù)中，計(jì)數(shù)基數(shù)為16，有十六個(gè)數(shù)字符號(hào):0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十六進(jìn)一”。各位數(shù)的權(quán)是16的冪，n位十六進(jìn)制數(shù)表達(dá)式為下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換四、不同進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換

1.二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

只要將二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)按各位權(quán)展開，并把各位的加權(quán)系數(shù)相加，即得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回一個(gè)二進(jìn)制數(shù)[N]2＝10101000，試求對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。解:[N]2＝[10101000]2＝[1×27+1×25+1×23]10＝[128+32+8]10＝[168]10即:[10101000]2＝[168]10課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回求十六進(jìn)制數(shù)[N]16＝[A8]16所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。解:[N]16＝[A8]16＝[10×161+8×160]10＝[160+8]10＝[168]10即[A8]16＝[168]10課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換

2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)可以采用除2取余法，步驟如下:第一步:把給出的十進(jìn)制數(shù)除以2，余數(shù)為0或1就是二進(jìn)制數(shù)最低位к0第二步:把第一步得到的商再除以2，余數(shù)即為к1第三步及以后各步:繼續(xù)相除、記下余數(shù)，直到商為0，最后余數(shù)即為二進(jìn)制數(shù)最高位。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換將十進(jìn)制數(shù)[10]10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解:所以[10]10＝к3к2к1к0＝[1010]2下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制與十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換

因?yàn)樗奈欢M(jìn)制數(shù)正好可以表示O～F十六個(gè)數(shù)字，所以轉(zhuǎn)換時(shí)可以從最低位開始，每四位二進(jìn)制數(shù)分為一組，每組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制數(shù)。最后不足四位時(shí)可在前面加0，然后按原來順序排列就可得到十六進(jìn)制數(shù)。反之，十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，可將十六進(jìn)制的每一位，用對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)來表示。上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換試將二進(jìn)制數(shù)[10101000]2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。解:10101000A8即:[10101000]2＝[A8]16上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換試將十六進(jìn)制數(shù)[A8]16轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解:A81010

1000即:[A8]16

＝[10101000]2上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換五、BCD編碼

1．碼制

建立代碼與文字、符號(hào)、圖形和其他特定對(duì)象之間一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的過程，稱為編碼。為了便于記憶、查找、區(qū)別，在編寫各種代碼時(shí)，總要遵循一定的規(guī)律，這一規(guī)律稱為碼制。

2．二－十進(jìn)制編碼（BCD碼）在數(shù)字系統(tǒng)中，最方便使用的是按二進(jìn)制數(shù)碼編制的代碼。如在用二進(jìn)制數(shù)碼表示一位十進(jìn)制數(shù)0~9十個(gè)數(shù)碼的對(duì)應(yīng)狀態(tài)時(shí)，經(jīng)常用BCD碼。BCD碼意指“以二進(jìn)制代碼表示十進(jìn)制數(shù)”。BCD碼有多種編制方式，8421碼制最為常見，它是用4位二進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)等值的十進(jìn)制數(shù)，但二進(jìn)制碼1011～1111沒有用，也沒有意義。上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼位權(quán)8位權(quán)4位權(quán)2位權(quán)1000001000120010300114010050101601107011181000910018421BCD代碼表

上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題3基本邏輯門電路

掌握與門、或門、非門基本邏輯門的邏輯功能，了解與非門、或非門、與或非門等復(fù)合邏輯門的邏輯功能，會(huì)畫電路符號(hào)，會(huì)使用真值表。 了解TTL、CMOS門電路的型號(hào)、引腳功能等使用常識(shí)，會(huì)正確使用各種基本邏輯門電路。

上一頁(yè)返回下一頁(yè)一、基本邏輯關(guān)系

課題3基本邏輯門電路

1.與邏輯關(guān)系當(dāng)決定某一事件的各個(gè)條件全部具備時(shí)，這件事才會(huì)發(fā)生，否則這件事就不會(huì)發(fā)生，這樣的因果關(guān)系稱為“與”邏輯關(guān)系。若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為上一頁(yè)返回下一頁(yè)

若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為：F＝A+B

上一頁(yè)返回下一頁(yè)課題3基本邏輯門電路2．或邏輯關(guān)系當(dāng)決定一件事情的幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)或一個(gè)以上條件具備，這件事情就發(fā)生。我們把這種因果關(guān)系稱為或邏輯。

若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為：

3.非邏輯關(guān)系決定事件只有一個(gè)條件，當(dāng)這個(gè)條件具備時(shí)事件就不會(huì)發(fā)生；條件不存在時(shí)，事件就會(huì)發(fā)生。這樣的關(guān)系稱為“非”邏輯關(guān)系。AF0110F＝

課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)4.其他常用邏輯關(guān)系(2)或非

——它的邏輯功能是：只有全部輸入都是0時(shí)，輸出才為1，否則輸出為0。即：有1出0，全0出1。

ABF000110111110

（1)與非

——它的邏輯功能是：只有輸入全部為1時(shí)，輸出才為0，否則輸出為1。即：有0出1，全1出0。ABF000110111000F＝

F＝課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)(3)異或

它的邏輯功能是：當(dāng)兩個(gè)輸入端相反時(shí)，輸出為1，輸入相同時(shí)，輸出為0。即：相反出1，相同出0。

異或的邏輯表達(dá)式為：ABF000110110110課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)(4)同或

它的邏輯功能是：當(dāng)兩個(gè)輸入端輸入相同時(shí)，輸出為1；當(dāng)兩個(gè)輸入端輸入相反時(shí)，輸出為0。即：相同出1，相反出0。

同或的邏輯表達(dá)式為：BABF000110111001課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.分立元件門電路

(1）與門電路課題3基本邏輯門電路二、門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)動(dòng)畫

(2）或門電路課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)(3）三極管非門電路課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)(4）與非門電路課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)

2.集成邏輯門電路

(1）TTL集成邏輯門電路

TTL集成邏輯門電路是三極管-三極管邏輯門電路的簡(jiǎn)稱，是一種雙極型三極管集成電路。

1）TTL集成門電路產(chǎn)品系列及型號(hào)的命名法

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路動(dòng)畫課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)TTL器件型號(hào)組成的符號(hào)及意義

2）常用TTL集成門芯片

74X系列為標(biāo)準(zhǔn)的TTL集成門系列。下表列出了幾種常用的74LS系列集成電路的型號(hào)及功能。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路型號(hào)邏輯功能型號(hào)邏輯功能74LS002輸入端四與非門74LS273輸入端三或非門74LS04六反相器74LS204輸入端雙與非門74LS082輸入端四與門74LS214輸入端雙與門74LS103輸入端三與非門74LS308輸入端與門74LS113輸入端三與門74LS322輸入端四或門下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路①74LS08與門集成芯片常用的74LS08與門集成芯片，它的內(nèi)部有四個(gè)二輸入的與門電路，其外引腳圖和邏輯圖如下圖所示。

課題3基本邏輯門電路

②74LS32或門集成芯片

常用的74LS32或門集成芯片，它的內(nèi)部有四個(gè)二輸入的或門電路，其外引腳圖和邏輯圖如下圖所示。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

③74LS04非門集成芯片

常用的74LS04非門集成芯片，它的內(nèi)部有六個(gè)非門電路，其外引腳圖和邏輯圖如下圖所示。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

④74LS00與非門集成芯片常用的74LS00與非門集成芯片，它的內(nèi)部有四個(gè)二輸入與非門電路，其外引腳圖和邏輯圖如下圖所示。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

⑤74LS02或非門集成芯片常用的74LS02或非門集成芯片，它的內(nèi)部有四個(gè)二輸入或非門電路，其外引腳圖和邏輯圖如下圖所示。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回工作原理：當(dāng)控制端C=1時(shí)，三態(tài)門的輸出狀態(tài)決定于輸入端A、B的狀態(tài)，這時(shí)電路和一般與非門相同，實(shí)現(xiàn)與非邏輯關(guān)系，即全1出0，有0出1。當(dāng)控制端C=0時(shí)，不管輸入A、B的狀態(tài)如何，輸出端開路而處于高阻狀態(tài)或禁止?fàn)顟B(tài)即處于第三種狀態(tài)。

3）TTL三態(tài)輸出與非門電路

TTL與非門電路的系列產(chǎn)品中除了上述的與非門外，其他類型還有集電極開路的與非門(簡(jiǎn)稱OC門)、三態(tài)輸出門等，可以實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能和控制作用。

課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)動(dòng)畫課題3基本邏輯門電路應(yīng)用舉例當(dāng)C=0時(shí)，G2為高阻狀態(tài)，G1打開，信號(hào)由A經(jīng)G1傳送到B。當(dāng)C=1時(shí)，G1為高阻狀態(tài)，G2打開，信號(hào)由B經(jīng)G2傳送到A。改變控制端C的電平，就可控制信號(hào)的傳輸方向。如果A為主機(jī)，B為外部設(shè)備，那么通過一根導(dǎo)線，既可由A向B輸入數(shù)據(jù)，又可由B向A輸入數(shù)據(jù)，彼此互不干擾。

右圖所示是利用三態(tài)與非門組成的雙向傳輸通路。上一頁(yè)返回下一頁(yè)②或非門多余輸入端的處理a.可以直接接地。b.和已使用的輸入端并聯(lián)使用。①與非門多余輸入端的處理a.通過一個(gè)大于或等于1k的電阻接到Vcc上。b.和已使用的輸入端并聯(lián)使用。

4）TTL門電路的使用

課題3基本邏輯門電路上一頁(yè)返回下一頁(yè)

③其他使用注意事項(xiàng)

a.電路輸入端不能直接與高于+5.5V，低于-0.5V的低電阻電源連接，否則因?yàn)橛休^大電流流入器件而燒毀器件。

b.除三態(tài)門和OC門之外，輸出端不允許并聯(lián)使用，否則會(huì)燒毀器件。

c.防止從電源連線引入的干擾信號(hào)，一般在每塊插板上電源線接去藕電容，以防止動(dòng)態(tài)尖鋒電流產(chǎn)生的干擾。

d.系統(tǒng)連線不宜過長(zhǎng)，整個(gè)裝置應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)，地線要粗、短。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

CMOS門電路的主要特點(diǎn)是:①功耗低②電源電壓范圍寬③抗干擾能力強(qiáng)。④制造工藝較簡(jiǎn)單。⑤集成度高，宜于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成。下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

(2）CMOS集成門電路

MOS集成電路按所用的管子不同，分為PMOS電路、NMOS電路、CMOS電路。

1）CMOS門電路系列及型號(hào)的命名法

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

2）常用TTL、CMOS集成基本門電路見下表。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路

3）M0S門電路的使用①多余輸入端的處理

a.MOS電路的多余輸入端絕對(duì)不允許處于懸空狀態(tài)，否則會(huì)因受干擾而破壞邏輯狀態(tài)。

b.MOS與非門、或非門多余輸入端的處理方法與TTL與非門、或非門多余輸入端的處理方法相同。

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②MOS電路使用注意事項(xiàng)

a.要防止靜電損壞。

b.操作人員應(yīng)盡量避免穿著易產(chǎn)生靜電荷的化纖物，以免產(chǎn)生靜電感應(yīng)。

c.焊接MOS電路時(shí)，一般電烙鐵容量應(yīng)不大于20W，烙鐵要有良好的接地線，焊接時(shí)利用斷電后余熱快速焊接，禁止通電情況下焊接。上一頁(yè)返回課題3基本邏輯門電路下一頁(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：TTL集成邏輯門電路功能測(cè)試

技能目標(biāo)（1）熟悉TTL與門、或門、非門、與非門集成芯片的外型、引腳排列。（2）測(cè)試以上幾種門電路的邏輯功能。（3）學(xué)習(xí)門電路的使用方法。工具、元件和儀器（1）74LS08、74LS04、74LS00、74LS32芯片各一塊。（2）1kΩ電阻2只，100Ω電阻1只。（3）+5V直流電源。（4）發(fā)光二極管(LED)1只。（5）鈕子開關(guān)2個(gè)。