数字电路简介,课件

11.1数字电路的基本知识11.2逻辑门电路11.3触发器11.4计数器11.5寄存器11.6译码器与显示器件11.7集成555定时器及应用11.8数/模与模/数转换器的概念第11章数字电路11.1数字电路的基本知识11.1.1数字电路概述电信号分为模拟信号与数字信号两类。模拟信号：时间上和幅度上都是连续变化的信号。数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。模拟电路：处理模拟信号的电路；数字电路：研究数字信号的产生、变换、传输、储存、控制、运算等的电路。数字电路的输出与输入间有一定的逻辑关系，因此数字电路也称为逻辑电路。数字电路分类组合逻辑电路：电路任意时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，与信号作用前电路原来的状态无关。时序逻辑电路：电路任意时刻的输出信号不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于信号作用前电路原来的状态。即，时序逻辑电路具有记忆。数字电路的特点信号为二值量信号。可用电平的高低或脉冲的有无来表示，因此基本单元电路结构简单、抗干扰能力强。11.1.2数制和码制1.数制常用的数值有十进制和二进制。人们日常生活中使用十进制；数字电路中使用二进制。(1)十进制有0~9十个数码，基数为十，“逢十进一”；低位到高位各位的“权”依次为100、101、102、···；[例]：[1851]10=1×103+8×102+5×101+1×100任意一个十进制数可展开为：110-iiKD(2)二进制有0、1两个数码，基数为二，“逢二进一”；低位到高位各位的“权”依次为20、21、22、···例：[1001]2=123+022+021+120任意一个二进制正整数可展开为：1-2iiKD(3)二-十进制数的相互转换二进制数转换为十进制数：按权展开后相加。例：[1001]2=123+022+021+120=8+0+0+1=[9]10十进制数转换为二进制数：除2取余，倒排列。例：[13]10=1322226······余1······余0310······余1······余1[1101]22.码制编码：用二进制数码表示文字、符号或其它特定对象的过程。BCD码：用4位二进制数码表示1位十进制数码。8421BCD码编码表十进制数码二进制数码位权8位权4位权2位权10123456789000000001100001111000011001100010101010111.2逻辑门电路逻辑门：能实现一定因果逻辑关系的单元电路。三种基本逻辑关系：与逻辑、或逻辑、非逻辑。三种基本逻辑门电路：与门、或门、非门。11.2.1与逻辑及与门1.与逻辑决定一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生。[例]只有当开关A与B都闭合，灯Y才会亮。若以“1”表示灯亮、开关闭合；“0”表示灯暗、开关断开，可得到逻辑真值表。真值表：将输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格。与门真值表ABY000010100111与逻辑表达式：Y=A·B结论：与逻辑关系为全1出1，有0出02.与门实现与逻辑运算的电路与门符号：与门电路在不同输入逻辑变量时对应输出的逻辑函数波形图：ABY11.2.2或逻辑及或门2.或逻辑在决定一事件的几个条件中，只要有一个或几个条件具备，该事件就会发生。只要开关A与B有一个闭合，灯Y就会亮。[例]：或门真值表ABY000011101111或逻辑表达式：Y=A+B结论：或逻辑关系为全0出0，有1出1。或门符号：或门实现或逻辑运算的电路11.2.3非逻辑及非门非逻辑就是否定。[例]：开关断开时，灯亮；闭合时反而不亮。非门真值表AY0110非逻辑表达式：非门符号：AY非门实现非逻辑运算的电路。11.2.4复合逻辑门1.与非门符号与非门真值表ABY001011101110逻辑表达式：ABY集成与非门T4000(74LS00)的外引线排列图：与非逻辑关系：有0出1，全1出0。2.或非门符号或非门真值表ABY001010100110逻辑表达式：BAY或非逻辑关系：有1出0，全0出1。11.3触发器触发器：具有记忆功能的逻辑部件，有两种相反的稳定输出状态。11.3.1R-S触发器1.基本R-S触发器(1)电路组成将两个集成与非门的输出端和输入端交叉反馈相接。;DDSR、两个输入端(2)符号逻辑状态相反、两个输出端QQ”状态。时，称触发器为“、当”状态；时，称触发器为“、当010101QQQQ定义Q端的状态为触发器的状态。(3)逻辑功能,0,1DD时当SR触发器状态为1；,1,0DD时当SR触发器状态为0；,1,1DD时当SR触发器保持原状态不变；触发器的状态不定。信号同时撤除后、当这是不稳定状态时当,,,1,0,0DDDDRSQQSRDRDS101110DRDS111001DRDS11DRDS00(4)逻辑状态表应禁止不定00保持原状态11置1101置0010逻辑功能QDRDS(5)结论基本R-S触发器为负脉冲触发有效。因而逻辑符号中输入端靠近方框处有小圆圈。负脉冲触发2.同步R-S触发器触发器的翻转时刻受时钟脉冲CP控制，翻转到什么状态，仍由输入R、S决定。(1)电路组成一个基本R-S触发器；一个控制门(G3、G4)不用时接高电平或悬空端直接置端直接置,1,0DDSRCP端及输入端R、S无小圆圈――正脉冲触发有效。(2)逻辑符号CP=1时，触发器状态由R、S决定(见逻辑状态表)。(3)工作原理CP=0时，G3、G4输出为1，触发器维持原态；(4)逻辑状态表CPRSQ逻辑功能0任意任意原状态保持100原状态保持1011置11100置0111不定应禁止(5)工作波形存在问题：在CP=1期间，如果输入信号发生多次变化，触发器的输出可能发生多次翻转——空翻。11.3.2主从J-K触发器1.电路组成3.工作原理当CP=1时，主触发器的状态由输入信号J、K和触发器的原状态决定；由两个同步R-S触发器构成，从触发器的状态为触发器的状态。触发器的状态不变。因而主从不变原状态从触发器被封锁而保持此时,,0,KJCP-2.逻辑符号当CP由1变为0时，主触发器被封锁，状态不变；触发器状态一致。主从的状态传送到从触发器主触发器将保存从触发器打开此时J-KCP,,,1,4.结论主从J-K触发器在CP=1时，接收输入信号；在CP下降沿输出相应的状态。符号中CP端的小圆圈表示同步脉冲的下降沿触发。下降沿触发5.逻辑状态表6.工作波形翻转11置1001置0110保持原状态00逻辑功能QKJQ当J=K=1时，触发器工作在计数状态。11.3.3D触发器符号：CP处不加小圆圈，表明触发器是由CP脉冲的上升沿触发。CP脉冲上升沿到来后触发器的状态，等于上升沿到来之前输入端D的状态。逻辑状态表：DQ逻辑功能00置011置1工作波形：11.3.4T触发器符号：由CP脉冲的下降沿触发。T等于0时，触发器保持原状态不变；T等于1时，触发器翻转。逻辑状态表：工作波形：翻转1保持原状态0逻辑功能QTQ11.4计数器计数器：对输入脉冲的个数进行计数的电路。由具有记忆功能的触发器组成。一个触发器可以计1位二进制数，n个触发器可计n位二进制数。同步计数器：计数脉冲同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端；异步计数器：计数脉冲不是同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端，各触发器翻转有先有后。11.4.1异步二进制加法计数器工作原理：触发器J、K端悬空，工作于计数状态。计数脉冲作为触发器FF1的CP脉冲，每当CP脉冲下降沿到来时，触发器状态翻转一次；每当Q1下降沿到来时，触发器FF2翻转一次；每当Q2下降沿到来时，触发器FF3翻转一次；发器初始状态均为零。触端加一清零负脉冲，各计数之初，在DR可见：各触发器的状态，代表了输入计数脉冲的个数。100100123011711180003位二进制计数器状态表计数脉冲触发器状态十进制数CPQ3Q2Q1000001001120102301134100451015611067111780000由波形可见，Q1端的波形为二分频；Q2端的波形为四分频等。所以计数器也可作为分频器。11.4.2十进制计数器十进制有十个状态，需用四个触发器。采用8421BCD编码方式，十进制加法计数器的状态表如下：十进制计数器状态表计数脉冲触发器状态十进制数CPQ4Q3Q2Q10000001000112001023001134010045010156011067011178100009100191000000使用集成计数器可以方便地构成任意进制计数器。11.4.3集成计数器集成计数器种类繁多，功能完善，可扩展性、通用性较强。T210是集成异步二-五-十进制计数器。外引线排列图逻辑符号R0(1)、R0(2)是复位端；S9(1)、S9(2)是置位端；Q3、Q2、Q1、Q0是输出端；CP0、CP1是脉冲输入端；UCC接+5V电源；GND接地。电路结构：内部电路分为两个独立的计数器。对应Q3Q2Q1的触发器组成导步五进制计数器，CP1为脉冲输入端；对应Q0的触发器组成二进制计数器，CP0为脉冲输入端。将Q0与CP1相连，以CP0为脉冲输入端，可构成8421BCD码的十进制计数器。将Q3与CP0相连，以CP1为脉冲输入端，可构成5421BCD码的十进制计数器；T210功能表输入输出R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)Q3Q2Q1Q0110×0000×0××111001×0×0计数0×0×计数0××0计数×00×计数可见T210具有清零、置数和记数功能。11.5寄存器11.5.1寄存器的概念寄存：将二进制数码指令或数据暂时存储起来的操作。寄存器：具有寄存功能的电路，需用具有记忆功能的触发器组成。数码寄存器：仅具有接收、存储和消除原来所存储数码功能的寄存器。移位寄存器：除数码寄存器的功能外，还可移位的功能。一个触发器可以存储一位二进制数码，寄存n位二进制数码需n个触发器。11.5.2数码寄存器由四个D触发器组成的4位数码寄存器。D3D2D1D0为数码输入端；CP为时钟信号控制端；Q3Q2Q1Q0为数码输出端；Cr为清零端。原理清零：当Cr=1时，Q3Q2Q1Q0=0000；存入数码：当Cr=0，CP脉冲上升沿到来时，加在输入端的数码被分别存入FF3~FF0中；保持：当Cr=0，CP=0时，各触发器输出状态与输入无关。11.6译码器与显示器件译码：将二进制代码所表示的特定含义“翻译”出来的过程。译码电路：实现译码的电路。数码显示译码器：将二进制数码以十进制数码的形式显示出来。11.6.1数码显示器件常用的数码显示器有半导体数码管和液晶显示器。半导体数码管是将七个发光二极管(LED)按“”形排列封装在一起。利用七个LED的不同发光组合，可显示十进制数的十个数码。半导体数码管内部发光二极管的连接方式：共阳极接法共阴极接法对共阴极接法，阳极接高电位的LED发光；阳极接低电位的不发光。对共阳极接法正好相反。11.6.2数码显示译码器译码驱动数码显示译码器输入为8421BCD码(DCBA)，输出为相应的a、b、c、d、e、f、g端的高、低电平，从而使对应的LED发光，构成十进制数码。[例]：数码显示译码器驱动共阴数码管，若输入的8421BCD码为0110，译码器输出端a、c、d、e、f、g端为高电平，b端为低电平，共阴数码管便显示出数码“6”来。ABCDabcdefg数码显示译码器真值表十进制数DCBAabcdefg字形00000111111010001011000020010110110130011111100140100011001150101101101160110101111170111111000081000111111191001111101111.7集成555定时器及应用555定时器是一种性能优越，运用灵活，价格低廉的中规模集成电路。通过外接合适的阻容元件，可组成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等电路。11.7.1集成555定时器可看成一个带放电开关的R-S触发器。电源端(UDD)8复位端()4放电端(D)7输出端(uo)3阈值端(UT