数字电路基础PPT

了解基本逻辑门、复合逻门的逻辑功能，能画出其电路图形符号；理解逻辑功能的四种表示方法；了解TTL门电路的型号规定、引脚识读等使用常识；了解CMOS门电路的型号规定、引脚识读，掌握其安全操作的方法；会对TTL、CMOS集成门电路进行逻辑功能测试；数字电路中往往用输入信号表示“条件”，用输出信号表示“结果”，而条件与果之间的因果关系称逻辑关系，能实现某种逻辑关系的数字电子电路称为逻辑门电路。基本的逻辑关系有：与逻辑、或逻辑、非逻辑，与之相应的基本逻辑门电路有与门、或门、非门。为了简便地描述逻辑关系，通常用符号0和1来表示条件和结果的两个对立状态，比如条件的“有”或“无”，结果的“真”或“假”，这里的0和1并不是通常数学中表示数量的大小，而是作为一种表示符号，0表示无信号或不满足条件，1表示有信号或满足条件，故称为逻辑0和逻辑1。在数字电路中，通常用电位的高、低去控制门电路,输入与输出信号只有两种状态：高电平状态和低电平状态。规定用1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑，反之称为负逻辑，若无特殊说明均采用正逻辑。6.1.1基本逻辑门电路一、与门电路1.与逻辑关系如图所示，开关A与B串联在回路中，只有当两个开关都闭合时，灯Y才亮；只要有一个开关断开，灯Y就不亮。这就是说“当一件事情（灯亮）的几个条件（两个开关均闭合）全部具备之后，这件事情（灯亮）才能发生，否则不发生”。这样的因果关系称为与逻辑关系，也称为逻辑乘。与逻辑关系6.1.1基本逻辑门一、与门电路2.与逻辑关系的表示与逻辑关系可用逻辑函数表达式表示除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。与逻辑功能为“有0出0，全1出1”，A、B两个输入变量有四种可能的取值情况。如表所示。ABYBAY或与门的真值表6.1.1基本逻辑门一、与门电路3.与门电路能实现与逻辑功能的电路称为与门电路，简称与门，如图所示。门电路可以用二极管、三极管、MOS管和电阻等分立元件组成，也可以是集成电路。二极管组成的与门电路与门电路的逻辑符号6.1.1基本逻辑门二、或门电路1.或逻辑关系如图所示，开关A与B并联在回路中，只要两个开关有一个闭合时，灯Y才亮；只有当开关全部断开，灯Y才不亮。这就是说“当决定一件事情（灯亮）的各个条件中至少具备一个条件（有一个开关闭合），这件事情（灯亮）才能发生，否则不发生”。这样的因果关系称为或逻辑关系，也称为逻辑加。或逻辑关系6.1.1基本逻辑门二、或门电路2.或逻辑关系的表示或逻辑关系可用逻辑函数表达式表示除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。或逻辑功能为“有1出1，全0出0”，A、B两个输入变量有四种可能的取值情况。如表所示。BAY或门的真值表6.1.1基本逻辑门二、或门电路3.或门电路能实现或逻辑功能的电路称为或门电路，简称或门，如图所示。门电路可以用二极管、三极管、MOS管和电阻等分立元件组成，也可以是集成电路。二极管组成的或门电路或门电路的逻辑符号6.1.1基本逻辑门三、非门电路1.非逻辑关系如图所示，开关A与灯Y并联，当开关断开时，灯Y亮；当开关闭合时，灯Y不亮。这就是说“事情（灯亮）和条件（开关）总是呈相反状态”。这样的因果关系称为非逻辑关系，也称为逻辑非。非逻辑关系6.1.1基本逻辑门三、非门电路2.非逻辑关系的表示非逻辑关系可用逻辑函数表达式表示从真值表分析可以看出，非逻辑功能为“有0出1，有1出0”，一个输入变量有两种可能（）的取值情况，满足以下运算规则—AY121001非门的真值表6.1.1基本逻辑门三、非门电路3.非门电路能实现非逻辑功能的电路称为非门电路，又称为反相器，简称非门。如图所示。非门电路的逻辑符号三极管组成的非门电路6.1.1基本逻辑门四、逻辑关系的波形图表示方法所谓波形图表示方法，是用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出端信号波形图表示门电路的逻辑关系的方法。由于波形图表示的直观性，也是表示和分析电路逻辑关系常用的方法。如图所示是或门逻辑关系的波形图，图中在时间段内，A、B输入端均为高电平1，由或门逻辑关系可知此时输出端Y为高电平1，依照此方法，可得出、和时间段内输出端Y的波形。1t2t3t4t或门逻辑关系的波形图6.1.2复合逻辑门一、与非门与门后串联非门就构成了一个与非门，如图所示。与非门逻辑符号与非门的逻辑函数表达式为BAY与非门的真值表6.1.2复合逻辑门一、与非门除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。6.1.2复合逻辑门二、或非门在或门后串联非门就构成了一个或非门，如图所示。或非门逻辑符号或非门的逻辑函数表达式为或非门的真值表6.1.2复合逻辑门二、或非门BAY除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。6.1.2复合逻辑门三、与或非门与或非门一般由两个或多个与门和一个或门，再和一个非门串联而成。如图所示。与或非门逻辑符号6.1.2复合逻辑门三、与或非门与或非门的逻辑函数表达式为BCABY与或非门真值表与或非门的真值表如表所示6.1.2复合逻辑门四、异或门异或门的逻辑结构及电路图形符号，如图所示。异或门的逻辑符号6.1.2复合逻辑门四、异或门异或门的逻辑函数表达式为异或门的真值表BABAYBAY或除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。6.1.3集成逻辑门一、TTL集成逻辑门电路1.产品系列和外形封装TTL集成门电路中，现主要有：74标准（中速）、74H（高速）、74S(超高速肖特基)、74LS(低功耗肖特基)和74AS(先进的肖特基)等系列，74LS系列为现代主要应用产品。TTL集成电路的型号由五部分构成。外形如图所示。如CT74LS××CP:第一部分字母C表示国标。第二部分字母T表示TTL电路。第三部分是器件系列和品种代号:74表示国际通用74系列，54表示军用产品系列；LS表示低功耗肖特基系列；××为品种代号。第四部分字母表示器件工作温度,C为～。第五部分字母表示器件封装:P为塑料双列直插式;J为黑瓷双列直插式。C0C70TTL集成逻辑门电路的外形封装2.引脚识读引脚编号的判断方法是：把凹槽标志置于左方，引脚向下，逆时针自下而上顺序依次为1、2、引出端。6.1.3集成逻辑门一、TTL集成逻辑门电路引脚排列如图所示6.1.3集成逻辑门二、CMOS集成门电路1.产品系列和外形封装CMOS集成门电路系列较多，现主要有4000（普通）、74HC（高速）、74HCT（与TTL兼容）等产品系列，外形封装与TTL集成门电路相同，如图所示。其中4000系列品种多、功能全，现仍被广泛使用。CMOS集成电路的型号由五部分构成，如CC74HC××RP：第一部分字母C表示国标。第二部分字母C表示CMOS电路。第三部分是器件系列和品种代号：74表示国际通用74系列；54表示军用产品系列；HC表示高速CMOS系列；××为品种代号。第四部分字母表示器件工作温度，R为55～85。第五部分字母表示器件封装；P为塑封双列直插式；J为黑瓷双列直插式。CCMOS集成门电路的外形封装6.1.3集成逻辑门二、CMOS集成门电路2.引脚识读引脚编号判断方法与TTL相同，把凹槽标志置于左方，引脚向下，逆时针自下而上顺序依次为1、2、引出端。引脚排列如图所示。6.1.3集成逻辑门三、集成逻辑门电路的选用1.若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用CMOS电路。其中4000系列一般用于工作频率1MHz以下、驱动能力要求不高的场合；74HC系列常用于工作频率20MHz以下、驱动能力要求较强的场合。2.若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用TTL电路。目前多用74LS系列，它的功耗较小，工作频率一般可至20MHz；如工作频率较高，可选用CT74ALS系列，其工作频率一般可至50MHz。常见的集成逻辑门电路（IC）的封装形式如表所示。掌握二进制数、十六进制数的表示方法；能进行二进制数、十进制数和十六进制数之间的相互转换；了解8421BCD码的表示形式。6.2.1数制一、十进制十进制数有如下特点：(1).十进制数有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共十个符号，这些符号称为数码。(2).相邻位的关系，高位为低位的十倍，逢十进一，借一当十。(3).数码的位置不同，所表示的值就不同，数码位置分十分位、个位、十位、百位数、……例如：32101210104103101106104102134.246）（6.2.1数制(1).二进制数仅有0和1两个不同的数码。(2).相邻位的关系为逢二进一，借一当二。(3).数码的位权是2的整数幂。例如：01232212120211011）（二、二进制6.2.1数制十六进制数有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共十六个不同的数码。符号A～F分别代表十进制的10～15。各位的位权是16的整数幂，其计数规律是逢十六进一，借一当十六。例如：十六进制数可以表示为16)AE3（0121616E16A163)AE3（三、十六进制数码对照表如表所示。数码对照表6.2.1数制四、不同数制的转换1.非十进制数转换为十进制数可将非十进制数按权展开，得出其相加结果，就是对应的十进制数。103401234226022202120212111010）（）（例解：:110102）（6.2.1数制四、不同数制的转换2.十进制整数转换为二进制数可将十进制整数逐次地用2除取余数，一直到商为零。然后把全部余数按相反的次序排列起来，就是等值的二进制数。例：将十进制数19转化为二进制数。所以：2101001119）（）（解：6.2.1数制四、不同数制的转换3.二进制整数转换为十六进制数可将二进制整数自右向左每4位分为一组，最后不足4位的，高位用零补足，再把每4位二进制数对应的十六进制数写出即可。例：将二进制数11010110101转换为十六进制数。二进制数011010110101十六进制数6B5所以:162)6B511101011010（）（解：6.2.1数制四、不同数制的转换4.十六进制数转换为二进制数将每个十六进制数用4位二进制数表示，然后按十六进制数的排序将这些4位二进制数排列好，就可得到相应的二进制数。例：将十六进制数4E6转化为二进制数。十六进制数4E6二进制数1001110110所以：216)1001110110()4E6（解：6.2.2编码一、二进制代码数字系统处理的信息，一类是数值，另一类则是文字和符号，这些信息往往采用多位二进制数码来表示。通常把这种表示特定对象的多位二进制数称为二进制代码。二进制代码与所表示的信息之间应具有一一对应的关系，用位二进制数可以组合成个代码，若需要编码的信息有项，则应足≥N。n2n2nN6.2.2编码二、BCD码在数字系统中，各种数据要转换为二进制代码才能进行处理，而人们习惯于使用十进制数，所以在数字系统的输入输出中仍采用十进制数，电路处理时则采用二进制数，这样就产生了用4位二进制数分别表示0～9这10个十进制数码的编码方法，我们把这种用于表示1位十进制数的4位二进制代码称为二—十进制代码，简称BCD码。由于4位二进制数可以组成24=16个代码，而十进制数码只需要其中的十个代码。因此16种组合中选取10种组合方式，便可得到多种二—十进制编码的方案。8421BCD码是使用最多的一种编码，在用4位二进制数码来表示1位十进制数时，每1位二进制数的位权依次为，即8421，所以称为8421码。8421码选取0000～1001前十种组合来表示十进制数，而后六种组合舍去不用。01232222、、、例：将十进制数10用8421BCD码表示。十进制数108421码00010000所以1)00010000()1084210（掌握逻辑代数中基本运算法则；掌握逻辑函数的公式化简方法。一、基本公式6.3.1逻辑代数的运算法则以上定律的正确性，最直接的办法就是通过真值表去证明。逻辑代数的基本公式如表所示。直值表验证摩要定律如表所示。二、常用公式