12 項目十二 數(shù)字電路認知

項目十二數(shù)字電路認知機械工業(yè)出版社[知識要點]數(shù)字信號和模擬信號，脈沖、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1邏輯及門2編碼器、譯碼器3觸發(fā)器、計數(shù)器4機械工業(yè)出版社任務一數(shù)字電路概述任務二門電路任務三觸發(fā)器任務四計數(shù)器機械工業(yè)出版社1.掌握二進制和十進制的使用及其轉(zhuǎn)換2.掌握與、或、非、與非、或非、異或、與或非門的基本原理和使用3.掌握觸發(fā)器的基本使用4.掌握計數(shù)器的使用學習目的與要點機械工業(yè)出版社任務一數(shù)字電路概述機械工業(yè)出版社知識目標：數(shù)字電路和模擬電路脈沖數(shù)制及其轉(zhuǎn)換技能目標：能區(qū)別數(shù)字和模擬電路，并能進行數(shù)制的轉(zhuǎn)換教學目標機械工業(yè)出版社復習提問是否還記得，計算機中我們的如何使用和傳輸數(shù)據(jù)？機械工業(yè)出版社任務一、數(shù)字電路概述

數(shù)字電路包括信號的傳送、控制、記憶、計數(shù)、產(chǎn)生、整形等內(nèi)容。數(shù)字電路在結(jié)構(gòu)、分析方法、功能、特點等方面均不同于模擬電路。數(shù)字電路的基本單元是邏輯門電路，分析工具是邏輯代數(shù)，在功能上則著重強調(diào)電路輸入與輸出間的因果關(guān)系。

數(shù)字電路比較簡單、抗干擾性強、精度高、便于集成，因而在無線電通訊、自動控制系統(tǒng)、測量設(shè)備、電子計算機等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應用。新課講解機械工業(yè)出版社（一）模擬信號與數(shù)字信號

現(xiàn)代電子技術(shù)主要涉及兩種電信號：一種叫做模擬信號（AnalogSignal），電壓隨時間連續(xù)變化；另一種叫做數(shù)字信號（DigitalSignal），電壓在時間上的變化是不連續(xù)的。電壓要么處于高電平狀態(tài)（H），要么處于低電平狀態(tài)（L），除此之外，不會處于其它狀態(tài)。所謂的狀態(tài)并不是某一個固定電壓值，而是一個允許的取值區(qū)間，新課講解機械工業(yè)出版社（一）模擬信號與數(shù)字信號新課講解(a)模擬信號(b)數(shù)字信號(c)數(shù)字信號的狀態(tài)機械工業(yè)出版社（二）脈沖

在數(shù)字電路中分別以高電平和低電平表示1狀態(tài)和0狀態(tài),此時電信號的波形是非正弦波。通常，就把一切既非直流又非正弦交流的電壓或電流統(tǒng)稱為脈沖。新課講解

(a)矩形波(b)尖脈沖(c)鋸齒波(d)梯形波(e)階梯波(f)鐘形波

(a)(b)(c)

(d)(e)(f)機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

1.十進制

十進制是人們最習慣采用的一種數(shù)制。十進制數(shù)是用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個符號（稱為數(shù)碼）按一定規(guī)律排列起來表示的數(shù)。10是這個數(shù)制的基數(shù)。向高位數(shù)進位的規(guī)則是"逢十進一"，給低位借位的規(guī)則是"借一當十"。數(shù)碼處于不同位置（或稱數(shù)位），它所代表的數(shù)量的含義是不同的。不同位置的數(shù)碼代表不同數(shù)值的數(shù)的表示方法稱為位置計數(shù)法。把表示某一數(shù)位上單位有效數(shù)字所代表的實際數(shù)值稱為"位權(quán)"，簡稱"權(quán)"。新課講解機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換例把十進制數(shù)5634.28表示成加權(quán)系數(shù)展開式解：新課講解機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2.二進制

二進制是計算技術(shù)中廣泛采用的一種數(shù)制。二進制數(shù)是用0和1兩個數(shù)碼來表示的數(shù)。它的基數(shù)為2，進位規(guī)則是“逢二進一”，借位規(guī)則是“借一當二”。二進制數(shù)也是采用位置計數(shù)法，其位權(quán)是以2為底的冪。例如二進制數(shù)110.11，其權(quán)的大小順序為22、21、20、2-1、2-2。例將二進制數(shù)111.01寫成加權(quán)系數(shù)的形式。解：新課講解機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換3.二進制和十進制的轉(zhuǎn)換（1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)：由二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)的基本做法是，把二進制數(shù)首先寫成加權(quán)系數(shù)展開式，然后按十進制加法規(guī)則求和。這種做法稱為"按權(quán)相加"法。例把二進制數(shù)110.11轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。新課講解機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時，由于整數(shù)和小數(shù)的轉(zhuǎn)換方法不同，所以先將十進制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換后，再加以合并。十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)采用“除2取余，逆序排列”法。新課講解例把(173.125)10轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)解：整數(shù)部分機械工業(yè)出版社（三）數(shù)制及其轉(zhuǎn)換小數(shù)部分0.125×2=0.25整數(shù)部分為0，小數(shù)部分為0.25；0.25×2=0.5整數(shù)部分為0，小數(shù)部分為0.5；0.125×2=0.25整數(shù)部分為1小數(shù)部分為0；讀數(shù),從第一位讀起,讀到最后一位,即（0.125）10=（0.001）2，所以(173.125)10=（10101101.001）2新課講解機械工業(yè)出版社任務二門電路機械工業(yè)出版社（一）與邏輯及與門與邏輯指的是：只有當決定某一事件的全部條件都具備之后，該事件才發(fā)生，否則就不發(fā)生的一種因果關(guān)系。機械工業(yè)出版社（一）與邏輯及與門與邏輯指的是：只有當決定某一事件的全部條件都具備之后，該事件只有當開關(guān)A與B全部閉合時，燈泡Y才亮；若開關(guān)A或B其中有一個不閉合，燈泡Ｙ就不亮。這種因果關(guān)系就是與邏輯關(guān)系，可表示為Y＝AB，讀作"A與B"。在邏輯運算中，與邏輯稱為邏輯乘。與門是指能夠?qū)崿F(xiàn)與邏輯關(guān)系的門電路。與門具有兩個或多個輸入端，一個輸出端。其邏輯符號如圖12—5所示，為簡便計，輸入端只用A和B兩個變量來表示。與門的輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系用邏輯表達式表示為：

Y＝A?B＝AB機械工業(yè)出版社（一）與邏輯及與門兩輸入端與門的真值表由此可見，與門的邏輯功能是，輸入全部為高電平時，輸出才是高電平，否則為低電平。兩輸入端與門的真值表ABY000010100111機械工業(yè)出版社（二）或邏輯及或門或邏輯指的是：在決定某事件的諸條件中，只要有一個或一個以上的條件具備，該事件就會發(fā)生；當所有條件都不具備時，該事件才不發(fā)生的一種因果關(guān)系?；蜻壿嬇e例或邏輯符號或門波形圖機械工業(yè)出版社（二）或邏輯及與門只要開關(guān)A或B其中任一個閉合，燈泡Y就亮；A、B都不閉合，燈泡Y才不亮。這種因果關(guān)系就是或邏輯關(guān)系。可表示為：Y＝A＋B，讀作"A或B"。在邏輯運算中或邏輯稱為邏輯加?；蜷T是指能夠?qū)崿F(xiàn)或邏輯關(guān)系的門電路。或門具有兩個或多個輸入端，一個輸出端。其邏輯符號如圖12—8所示?；蜷T的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系用邏輯表達式表示為：Y＝A＋B機械工業(yè)出版社（二）或邏輯及或門或門的邏輯功能是，輸入有一個或一個以上為高電平時，輸出就是高電平；輸入全為低電平時，輸出才是低電平。兩輸入端或門的真值表ABY000011101111機械工業(yè)出版社(三)非邏輯及非門非邏輯是指：決定某事件的唯一條件不滿足時，該事件就發(fā)生；而條件滿足時，該事件反而不發(fā)生的一種因果關(guān)系。非邏輯舉例非邏輯符號非門波形圖機械工業(yè)出版社(三)非邏輯及非門當開關(guān)A閉合時，燈泡Y不亮；當開關(guān)A斷開時，燈泡Y才亮。這種因果關(guān)系就是非邏輯關(guān)系。可表示為Y＝，讀作"A非"或"非A"。在邏輯代數(shù)中，非邏輯稱為"求反"。非門是指能夠?qū)崿F(xiàn)非邏輯關(guān)系的門電路。它有一個輸入端，一個輸出端。非門的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系用邏輯表達式表示為Y＝機械工業(yè)出版社(三)非邏輯及非門由此可見，非門的邏輯功能為，輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相反，通常又稱作反相器。兩輸入端非門的真值表AY0110機械工業(yè)出版社（四）復合邏輯門1.與非門2.或非門3.異或門4.與或非門機械工業(yè)出版社1.與非門將一個與門和一個非門連接，就構(gòu)成了一個與非門。與非門有多個輸入端，一個輸出端。與非門與非門邏輯符號與非門波形圖它的邏輯表達式為：機械工業(yè)出版社1.與非門與非門輸入與輸出真值表ABCY00010011010101111001101111011110機械工業(yè)出版社2.或非門把一個或門和一個非門連接起來就可以構(gòu)成一個或非門，或非門也可有多個輸入端和一個輸出端?；蚍情T或非門邏輯符號或非門波形圖它的邏輯表達式為：Y=機械工業(yè)出版社或非門輸入與輸出真值表ABCY000000100100011010001010110011112.或非門機械工業(yè)出版社（一）.電磁繼電器電磁繼電器在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機械部件的相對運動產(chǎn)生預定響應的一種繼電器。它包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器,節(jié)能功率繼電器。

(1)直流電磁繼電器

(2)交流電磁繼電器

(3)磁保持繼電器(4)極化繼電器

(5)舌簧繼電器

(6)節(jié)能功率繼電器機械工業(yè)出版社（五）組合邏輯電路任意時刻的輸出信號僅決定于該時刻的輸入信號,而與電路原始狀態(tài)無關(guān)的數(shù)字電路稱為組合邏輯電路，簡稱組合電路。組合電路的分析方法一般是，根據(jù)給定的邏輯電路，逐級寫出信號的邏輯表達式或真值表，進而分析電路的邏輯功能。機械工業(yè)出版社1.編碼器編碼是指按一定的規(guī)律，把輸入信號轉(zhuǎn)換為二進制代碼，每一組二進制代碼被賦予固定的含意。用來完成編碼的數(shù)字電路稱編碼器。8421BCD編碼器是常用的一種編碼器。它要求將與十進制數(shù)0、1、2……9對應的十個狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成8421BCD碼輸出。十個輸入端，分別表示被編碼的數(shù)，四個輸出端D、C、B、A，表示8421BCD碼，DCBA的權(quán)分別為8、4、2、1。機械工業(yè)出版社1.編碼器8421BCD編器框圖十進制數(shù)DCBA000001000120010300114010050101601107011181000910018421BCD編碼表機械工業(yè)出版社1.編碼器8421BCD編碼器機械工業(yè)出版社2.譯碼器將代碼表示的原意"翻譯"出來的過程叫譯碼，實現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。二—十進制譯碼器用途較廣，其作用是把二進制代碼譯成十進制數(shù)字。分段示意圖發(fā)光顯示圖LED內(nèi)部接法機械工業(yè)出版社2.譯碼器譯碼器真值表

機械工業(yè)出版社2.譯碼器CD─七段LED（共陰）譯碼驅(qū)動電路機械工業(yè)出版社三、觸發(fā)器觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本單元。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，分別稱為"0"態(tài)和"1"態(tài)。根據(jù)輸入的不同，可以置于"0"態(tài)，也可以置于"1"態(tài)。所置狀態(tài)，在輸入信號消失后，保持不變，即它具有存貯信號的功能。觸發(fā)器種類很多，按電路的結(jié)構(gòu)分，有基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器及維持阻塞觸發(fā)器等；按邏輯功能的差異分，有RS、D、T、和JK等觸發(fā)器。機械工業(yè)出版社（一）基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由兩個與非門交叉耦合組成。、為兩個輸入端,Q、為兩個輸出端。符號中輸入端小圓圈表示該觸發(fā)器用負脈沖（0電平）觸發(fā)。邏輯圖常見的邏輯符號國際符號

、

機械工業(yè)出版社（一）基本RS觸發(fā)器、

RS觸發(fā)器真值表

機械工業(yè)出版社（二）同步RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器的特點是輸出狀態(tài)直接受控制端信號的控制。只要控制端加有置0或置1信號，輸出狀態(tài)就隨之變化。而實際中住往要求觸發(fā)器的狀態(tài)不僅僅受、端信號的控制，還要求按一定的時間節(jié)拍把、端的狀態(tài)反映到輸出端。這就要再增加一個輸入控制端，只有這個控制端有控制信號時，觸發(fā)器才能動作。采用這種觸發(fā)方式的觸發(fā)器稱為同步RS觸發(fā)器，與非門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器，與非門G3、G4構(gòu)成控制電路。作用在控制端的信號CP是一個標準脈沖信號，稱為時鐘脈沖，所謂同步觸發(fā)器就是觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖同步。、

機械工業(yè)出版社（二）同步RS觸發(fā)器邏輯圖常見的邏輯符號國際符號

、

機械工業(yè)出版社（二）同步RS觸發(fā)器、

同步RS觸發(fā)器特性表

SnRn說明00000101不變00110100輸出與S狀態(tài)相同11000111輸出與S狀態(tài)相同111101××不定機械工業(yè)出版社（四）D觸發(fā)器D觸發(fā)器的基本電路和邏輯符號如圖12—29所示，它由六個與非門組成，其中A、B門組成基本RS觸發(fā)器，C、D、E、F門構(gòu)成導引電路，D為信號輸入端，CP為時鐘脈沖控制端。（設(shè)C、D、E、F門的輸出分別為Z1、Z2、Z3、Z4。）、

邏輯圖常見的邏輯符號國際符號

機械工業(yè)出版社五、計數(shù)器

計數(shù)器是一種常用的數(shù)字部件，是觸發(fā)器的重要應用之一。顧名思義，計數(shù)器就是能夠累計輸入脈沖數(shù)目的數(shù)字電路。它是一種記憶系統(tǒng)，除用作計數(shù)外，還可用作分頻、定時等。計數(shù)器按脈沖的作用方式可分為異步計數(shù)器和同步計數(shù)器；

按計數(shù)過程中數(shù)字的增減可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按計數(shù)體制的不同，又可分為二進制計數(shù)器，十進制計數(shù)器和其他進制計數(shù)器。、

機械工業(yè)出版社（四）D觸發(fā)器D觸發(fā)器的基本電路由六個與非門組成，其中A、B門組成基本RS觸發(fā)器，C、D、E、F門構(gòu)成導引電路，D為信號輸入端，CP為時鐘脈沖控制端。（設(shè)C、D、E、F門的輸出分別為Z1、Z2、Z3、Z4。）、

邏輯圖常見的邏輯符號國際符號

機械工業(yè)出版社（一）異步二進制加法計數(shù)器、

三位異步二進制加法計數(shù)器

機械工業(yè)出版社（一）異步二進制加法計數(shù)器

由三個接成觸發(fā)器的JK觸發(fā)器組成，因此，每當有一個CP信號，觸發(fā)器的狀態(tài)就要翻轉(zhuǎn)一次，而且，狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)是發(fā)生在觸發(fā)脈沖的下降沿。計數(shù)前，上加一置0的負脈沖，使得Ｑ3Ｑ2Ｑ1＝000。第一個計數(shù)脈沖來到后，F(xiàn)0由0態(tài)變?yōu)椋睉B(tài)，F(xiàn)1和F2的狀態(tài)不變；第二個計數(shù)脈沖來到后，F(xiàn)0由１態(tài)變?yōu)?態(tài)，在它的Ｑ端上產(chǎn)生一個負跳變的脈沖，致使F1由0態(tài)變?yōu)椋睉B(tài)。可見，F(xiàn)0翻轉(zhuǎn)兩次，F(xiàn)1才翻轉(zhuǎn)一次。同理，F(xiàn)1翻轉(zhuǎn)二次，F(xiàn)2翻轉(zhuǎn)一次。當?shù)?個脈沖來到后，Ｑ3Ｑ2Ｑ1＝111；第8個脈沖來到后，Ｑ3Ｑ2Ｑ1＝000，且Ｑ3向更高位輸出一個負跳變的進位脈沖，此后，計數(shù)又進入新的計數(shù)周期。、

機械工業(yè)出版社（一）異步二進制加法計數(shù)器、

三位異步二進制加法計數(shù)器時序圖

機械工業(yè)出版社（一）異步二進制加法計數(shù)器、

三位異步二進制加法計數(shù)器狀態(tài)表

NＱ1Ｑ2Ｑ3十進制數(shù)0000010011201023011341004510156110671117機械工業(yè)出版社（二）異步二進制減法計數(shù)器令計數(shù)器初始狀態(tài)為000。第一個計數(shù)脈沖來到后，F(xiàn)1處于1狀態(tài)，同時，輸出一個負跳變信號，使得F2也由0態(tài)變?yōu)?態(tài)，同理，F(xiàn)3也處于1態(tài)。第二個脈沖來到后，F(xiàn)1由1態(tài)變?yōu)?