数字电路基础知识课件.ppt

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1、第 8 章数字电路基础知识,本章学习目标,12.1数字电路概述,12.2二进制数,12.3基本逻辑门电路,12.4组合逻辑门电路,12.5逻辑代数及其在逻辑电路中的应用,本章小结,本章学习目标,了解数字电路的特点，理解数字信号与模拟信号的区别。,2掌握二进制数的表示方法以及二进制数的四则运算。,3掌握基本逻辑门电路的逻辑功能、图形符号、真值表、逻辑函数表达式。,4掌握简单组合逻辑门电路的逻辑功能、图形符号，了解数字集成电路的特点及参数。,理解逻辑代数的基本定律，掌握用逻辑代数化简组合逻辑电路的方法。,12.1数字电路概述,数字电路及其特点,数字电路的发展和应用,数字电路及其特点,电子线路中的电

2、信号有两大类：模拟信号和数字信号。,1概念,模拟信号：在数值上和时间上都是连续变化的信号。,数字信号：在数值上和时间上不连续变化的信号。,模拟电路：处理模拟信号的电路。,数字电路：处理数字信号的电路。,2数字电路特点,（1）电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。,（2）研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系，分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表、逻辑函数表达式及波形图等。,数字电路的发展和应用,数字电路的发展：与器件的改进密切相关，集成电路的出现，促进了数字电路的发展。,数字电路的应用：范围广泛，国民经济许多部门中都大量应用数字电路。,12.2二进制数,二进制数的四则运算,例(1

3、001)2+(11)2=?,在时序电路中，采用两个数码的二进数作为电路计数基础。,二进制数：只有 0 和 1 两个数码，其进位规则是“逢二进一”。,1加法运算,解(1001)2+(11)2=(1100)2,2减法运算,例(11001)2-(110)2=?,解(11001)2-(110)2=(10011)2,3乘法运算,4除法运算,例 13.1.4(10111010)2(1101)2=?,例(1001)2(101)2=?,解(1001)2(101)2=(101101)2,解(10111010)2(1101)2=(1110)2 余(100)2,二进制 十进制的互换规则,1二进制化为十进制,方法：为

4、“乘权相加法”；,例把二进制数 11101 转换为十进制数。,解：(11101)2=(1 24+1 23+1 22+0 21+1 20)10=(16+8+4+0+1)10=(29)10,2十进制化为二进制,方法：为“除 2 取余倒记法”；,例 把十进制数 37 转换为二进制数。,解：(37)10=(100101)2,动画十二进制转换 1,12.3基本逻辑门电路,关于逻辑电路的几个规定,与门电路,或门电路,非门电路,各种逻辑门电路是组成数字电路的基本单元。,基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑。,关于逻辑电路的几个规定,一、逻辑状态的表示方法,用数字符号 0 和 1 表示相互对立的逻辑状态，称

5、为逻辑 0 和逻辑 1。,常见的对立逻辑状态示例,应用时，高电平应大于或等于VSH；低电平应小于或等于 VSL。,二、高、低电平规定,用高电平、低电平来描述电位的高低。,高低电平不是一个固定值，而是一个电平变化范围。,单位用“V”表示。,在集成逻辑门电路中规定：标准高电平 VSH 高电平的下限值；标准低电平 VSL 低电平的上限值。,三、正、负逻辑规定,正逻辑：用 1 表示高电平，用 0 表示低电平的逻辑体制。,负逻辑：用 1 表示低电平，用 0 表示高电平的逻辑体制。,与门电路,一、与逻辑,1与逻辑关系,当决定一件事情的几个条件全部具备后，这件事情才能发生，否则不发生。,2与门电路,3逻辑符

6、号,A、B输入端；Y输出端。,二、工作原理,1工作原理,动画 与门电路,2逻辑函数式,Y=A B,或Y=A B,或Y=A B,与门真值表,3真值表,真值表表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表。,4逻辑功能：“有 0 出 0，全 1 出 1”。,说明：输入端不论是几个，逻辑关系相同。,例：Y=ABCD,当决定一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。,一、或逻辑,1或逻辑关系,2或门电路,3逻辑符号,或门电路,动画或门电路,二、工作原理,2逻辑函数式 Y=A+B,1工作原理,VA=0 V，VB=0 V，V1、V2 均截止，Y=-12 V；,VA=6 V，VB=

7、0 V，V1 导通，V2 截止，Y=6 V；,VA=0 V，VB=6 V，V1 截止，V2 导通，Y=6 V；,VA=6 V，VB=6 V，V1、V2 均导通，Y=6 V。,3真值表,4逻辑功能：全 0 出0，有 1 出 1。,说明：输入端不论是几个，逻辑关系是相同的。,例：Y=A+B+C+D,非门电路,3逻辑符号,一、非逻辑,1非逻辑关系,事情和条件总是相反状态。,2非门电路,二、工作原理,1工作原理,VA=6 V，V 导通，Y=0；,VA=0 V，V 截止，Y=VG。,2逻辑函数式为,动画非门电路,3真值表,4逻辑功能：有 0 出 1，有 1 出 0。,12.4组合逻辑门电路,几种常见的简

8、单组合门电路,组合逻辑门电路功能特点和 数字集成电路简介,实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。,几种常见的简单组合门电路,一、与非门,1电路组成,在与门后面接一个非门,2逻辑符号,在与门输出端加上一个小圆圈。,3逻辑函数式,4真值表,5逻辑功能全 1 出 0，有 0 出 1。,二、或非门,1电路组成,在或门后面接一个非门。,2逻辑符号在或门输出端加一小圆圈。,3逻辑函数式,4真值表,5逻辑功能全 0 出 1，有 1 出 0。,三、与或非门,1电路组成,把两个(或两个以上)与门的输出端接到一个或非门的各个输入端。,2逻辑符号,3逻辑函数式,4逻辑功能,当输入端中任何一组全为 1时，输出即为

9、0；只有各组输入都至少有一个为 0 时，输出才为 1。,5真值表,与或非门真值表,2逻辑符号,四、异或门,1电路组成,3逻辑函数式,通常写成,4真值表,异或门真值表,5逻辑功能,当两个输入端的状态相同(都为 0 或都为 1)时输出为 0；反之，当两个输入端状态不同(一个为 0，另一个为 1)时，输出端为 1。,6应用判断两个输入信号是否不同。,五、同或门,1电路组成,在异或门的基础上，最后加上一个非门。,2逻辑符号,3逻辑函数式,通常写成Y=A B,4真值表,5逻辑功能,当两个输入端的状态相同(都为 0 或都为 1)时输出为 1；反之，当两个输入端状态不同(一个为 0，另一个为 1)时，输出端

10、为 0。,6应用判断两个输入信号是否相同。,六、三态门,三态门是在门电路上加一个使能端，输出状态有：高电平、低电平和高阻状态。,逻辑符号,时，门电路恢复反相器常态，即 Y=。,使能端，控制输出状态。,用途：实现数据传输的控制。,Y2、Y3 呈高阻态，Y1 送数据 A1 到总线；,Y1、Y3 呈高阻态，Y2 送数据 A2 到总线；,Y1、Y2 呈高阻态，Y3 送数据到总线。,注意：使用时要外接负载电阻。,七、OC 门,OC门：输出晶体管集电极开路的 TTL 与非门电路。,逻辑符号：,逻辑功能：OC 门同与非门一样。,作用：作为计算机的母线驱动器。,动画OC 门的结构及应用,组合逻辑门电路功能特点

11、和数字集成电路简介,一、组合逻辑门电路功能特点,1任何时刻的输出状态直接由当时的输入状态决定。,2电路没有记忆功能。,二、数字集成电路简介,1分类,（1）晶体三极管型数字集成电路(简称 TTL 电路)。,（2）场效晶体管数字集成电路(简称 MOS 电路)。,2主要产品系列,3数字集成电路外形举例,数字集成电路目前大量采用双列直插式外形封装。,管脚的编号判读方法：,把标志(凹口)置于左方，逆时针自下而上依次读出外引线编号。,数字集成电路主要参数有：,输出高电平 VOH 和输出低电平 VOL。,输入高电平 VIH 和输入低电平 VIL，有时把这两个值的中间值称为输入的阈值电压 VIT。,输出高电平

12、电流 IOH 和输出低电平电流 IOL。,传输延时 tPHL 和 tPLH，它们的平均值称为平均传输延迟时间 tpd。,扇出系数 N：与非门输出端能驱动同类门的数目。,例 12.4.1已知某逻辑电路的输入、输出相应波形如图所示，试写出它的真值表和逻辑函数式。,逻辑函数式：,解：由波形对应关系，列出真值表为,12.5逻辑代数及其在逻辑电路中的应用,逻辑代数概述,逻辑函数式与组合逻辑电路,逻辑代数的基本定律及其应用,逻辑代数概述,逻辑代数是研究逻辑电路的数学工具。,逻辑变量逻辑代数的变量。在逻辑电路里，输入、输出状态相当于逻辑变量。,逻辑变量的表示用大写字母 A、B、C 等标记。,逻辑变量特征只有

13、 0 和 1 两种取值。,12.5.2 逻辑函数式与组合逻辑电路,1逻辑函数式,将逻辑变量用逻辑运算符号连接起来的式子。,如：,运算的次序：如有括号先进行括号里的运算，没有括号则先算非号下的内容，取非后，再按乘、加的次序依次运算。,2组合逻辑电路,仅由基本门电路(在不加反馈的情况下)组成的逻辑电路称为组合逻辑电路。,3逻辑函数与组合逻辑电路转换,例 写出逻辑电路的输出 Y 和输入 A、B 的逻辑关系写成逻辑函数式。,解：,例 根据逻辑函数式画出它的逻辑电路。,解：逻辑电路,逻辑代数的基本定律及其应用,互补律,逻辑代数具有基本运算定律，运用这些定律可以把复杂的逻辑函数式恒等化简。,一、逻辑代数基

14、本定律,交换律,结合律,分配律,反演律(又称摩根定律),注意：逻辑函数等式表示等号两边的函数式代表的逻辑电路所具有的逻辑功能是相同的。,二、逻辑函数的化简(代数法),代数法：运用逻辑代数的基本定律和一些恒等式化简逻辑函数式的方法。,化简的目的：使表达式是最简式。,最简式的含义：乘积项的项目是最少的；且每个乘积项中，变量的个数为最少。,化简方法：,1并项法,利用 的关系，将两项合并为一项，并消去一个变量。,2吸收法,利用 A+AB=1 的关系，消去多余的项。,3消去法,利用 的关系，消去多余的因子。,4配项法,利用 的关系，将其配项，然后消去多余的项。,例 求证,解：,例 12.5.4求证,解：

15、,例 12.5.5化简,解：,三、逻辑代数在逻辑电路中的应用,实现一定逻辑功能的逻辑电路有简有繁，利用逻辑代数化简，可以得到简单合理的电路。,例 设计一个体现 Y=AB+AC 函数式的逻辑电路。,解：根据题意，可画出电路。,简化电路,化简后得,例 12.5.7设计一个 的逻辑电路。,解：,例 12.5.8变换 为与非与非表达式，并画出对应的逻辑电路图。,解：,逻辑电路,逻辑函数表达式形式：,或与表达式,与或表达式,与非与非表达,或非或非表达式,与或非表达式,本章小结,一、数字电路,是处理在数值上和时间上不连续变化的数字信号的电路。,数字电路特点：电路中工作的晶体管多数工作在开关状态；研究对象是

16、电路的输入与输出之间的逻辑关系；分析工具是逻辑代数；表达电路的功能主要用真值表、逻辑函数表达式及波形图等。,二、逻辑门电路,1逻辑状态,有 1、0 两种逻辑状态。用 1 表示高电平，用 0 表示低电平的逻辑体制为正逻辑；用 1 表示低电平，用 0 表示高电平的逻辑体制为负逻辑。,2三种基本逻辑门,3七种组合逻辑门,与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门、三态门、OC 门。,4研究和简化逻辑函数的工具是逻辑代数,本章重点,掌握与门、或门、非门的逻辑功能及逻辑符号。,了解与或非门、同或门、异或门、OC 门与三态门等复合门的逻辑功能和逻辑符号。,掌握基本逻辑运算、逻辑函数的表示方法。,掌握逻辑代数的基本公式；熟练应用公式化简逻辑函数。,本章难点,1各种逻辑关系的含义。,2用公式化简逻辑函数。,3根据函数表达式画出逻辑图。,学时分配,