第5章門電路和組合邏輯電路.

1、 前幾章討論的是前幾章討論的是模擬電路模擬電路，本節(jié)開始我們討論，本節(jié)開始我們討論數(shù)字電路數(shù)字電路。 數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展代表了現(xiàn)代電子技術(shù)的水平，數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展代表了現(xiàn)代電子技術(shù)的水平，它已廣泛的應(yīng)用于電子計算機、數(shù)字式儀表、數(shù)字化它已廣泛的應(yīng)用于電子計算機、數(shù)字式儀表、數(shù)字化通訊以及泛多的數(shù)字控制裝置等方面。通訊以及泛多的數(shù)字控制裝置等方面。1、計程車計價器、計程車計價器整形電路整形電路計數(shù)器計數(shù)器計算器計算器譯碼器譯碼器顯示器顯示器存儲器存儲器光電光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換放放大大電電路路整整形形電電路路門電路門電路計數(shù)器計數(shù)器標(biāo)準時鐘標(biāo)準時鐘1minute譯碼顯示譯碼顯示2、電機轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)、電機

2、轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)1minute數(shù)字電路是根據(jù)信號的有無、個數(shù)、寬度數(shù)字電路是根據(jù)信號的有無、個數(shù)、寬度和頻率進行工作的，準確度高，抗干擾能力強。和頻率進行工作的，準確度高，抗干擾能力強。模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別1 1、工作任務(wù)不同：、工作任務(wù)不同： 模擬電路研究的是輸出與輸入信號之間的大小、模擬電路研究的是輸出與輸入信號之間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系；相位、失真等方面的關(guān)系；數(shù)字電路主要研究的數(shù)字電路主要研究的是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系）。（因果關(guān)系）。 模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū)模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū), ,是是一個放

3、大元件；一個放大元件；數(shù)字電路中的三極管工作在飽數(shù)字電路中的三極管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)和或截止?fàn)顟B(tài), ,起開關(guān)作用。起開關(guān)作用。因此，基本單元電路、分析方法及研究的范圍因此，基本單元電路、分析方法及研究的范圍均不同。均不同。2 2、三極管的工作狀態(tài)不同：、三極管的工作狀態(tài)不同：模擬電路研究的問題模擬電路研究的問題引言引言基本電路元件基本電路元件: :基本模擬電路基本模擬電路: :晶體三極管晶體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管集成運算放大器集成運算放大器 信號放大及運算信號放大及運算 ( (信號放大、功率放大）信號放大、功率放大） 信號處理（采樣保持、電壓比較、有源濾波）信號處理（采樣保持、電壓比較、有源

4、濾波） 信號發(fā)生（正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、信號發(fā)生（正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、）數(shù)字電路研究的問題數(shù)字電路研究的問題基本電路元件基本電路元件引言引言基本數(shù)字電路基本數(shù)字電路邏輯門電路邏輯門電路觸發(fā)器觸發(fā)器 組合邏輯電路組合邏輯電路 時序電路（寄存器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生器、時序電路（寄存器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路）脈沖整形電路） A/DA/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 數(shù)字信號和模擬信號數(shù)字信號和模擬信號電電子子電電路路中中的的信信號號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號幅度隨時間連續(xù)變化幅度隨時間連續(xù)變化的信號的信號例：正弦波信號、鋸齒波信號等。例：正弦波信號、鋸齒波信

5、號等。幅度不隨時間連續(xù)變幅度不隨時間連續(xù)變化，而是跳躍變化化，而是跳躍變化計算機中，時間和幅度都不連續(xù)，稱為計算機中，時間和幅度都不連續(xù)，稱為離散變量離散變量模擬信號模擬信號tV(t)tV(t)數(shù)字信號數(shù)字信號高電平高電平低電平低電平上跳沿上跳沿引言引言下跳沿下跳沿 tt數(shù)字電路中，信號（電壓和電流）是脈沖的數(shù)字電路中，信號（電壓和電流）是脈沖的一、脈沖信號一、脈沖信號 H0.9H0.5H0.1HtptrtfT脈沖躍變后的值比初始值高脈沖躍變后的值比初始值高脈沖躍變后的值比初始值低脈沖躍變后的值比初始值低0+3V0-3V0+3V0-3V脈沖信號還有脈沖信號還有正負正負之分之分十進制數(shù)可以表示為

6、：十進制數(shù)可以表示為：只有只有0、1兩個數(shù)碼，計數(shù)基數(shù)是兩個數(shù)碼，計數(shù)基數(shù)是2。 數(shù)字電路中，常采用數(shù)字電路中，常采用二進制數(shù)二進制數(shù)，其優(yōu)點：，其優(yōu)點：只有兩個狀態(tài)，容易實現(xiàn)；運算法則簡單。只有兩個狀態(tài)，容易實現(xiàn)；運算法則簡單。10iiDk2iiDk二、二進制數(shù)制二、二進制數(shù)制十進制數(shù)有十進制數(shù)有0、1、2,9,9十個數(shù)碼，計數(shù)基數(shù)是十個數(shù)碼，計數(shù)基數(shù)是1010。十進制數(shù)的計數(shù)規(guī)則是十進制數(shù)的計數(shù)規(guī)則是“逢十進一逢十進一”。二進制運算法則：逢二進一二進制運算法則：逢二進一0+0=0；1+0=1；0+1=1；1+1=10十進制數(shù)十進制數(shù)十進制數(shù)十進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)01234

7、567000000010010001101000101011001118910001001101010111100110111101111101112131415二進制與十進制對應(yīng)關(guān)系：二進制與十進制對應(yīng)關(guān)系： 數(shù)字電路中的門就是一種開關(guān)，它能按照一定數(shù)字電路中的門就是一種開關(guān)，它能按照一定的條件去控制信號的通過或不通過。的條件去控制信號的通過或不通過。 基本邏輯關(guān)系為基本邏輯關(guān)系為三種。三種。 門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系(因果關(guān)系因果關(guān)系)，所以門電路又稱為，所以門電路又稱為邏輯門電路邏輯門電路。 電平的高電平的高低一般用低一般用“1”和

8、和“0”兩種狀兩種狀態(tài)區(qū)別，若規(guī)態(tài)區(qū)別，若規(guī)定定高電平為高電平為“1”，低電平，低電平為為“0”則稱為則稱為正邏輯正邏輯。反之。反之則稱為則稱為負邏輯負邏輯。若無特殊說明，若無特殊說明，均采用正邏輯。均采用正邏輯。100VUCC高電平高電平低電平低電平220V+- F = A B000101110100ABFBFA輸入輸入A、B、C全為高電平全為高電平“1”，輸出輸出 F 為為“1”。輸入輸入A、B、C不全為不全為“1”，輸出輸出 F 為為“0”。0V0V0V0V0V3V+U 5VRDADCABFDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABFC0V

9、3V邏輯邏輯即：有即：有“0”出出“0”， 全全“1”出出“1”F=A B C&ABFC00000010101011001000011001001111ABFCBF220VA+- F = A + B000111110110ABF0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABFC3V3V-U -5VRDADCABFDBC輸入輸入A、B、C全為低電平全為低電平“0”，輸出輸出 F 為為“0”。輸入輸入A、B、C有一個為有一個為“1”，輸出輸出 F 為為“1”。邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系：邏輯邏輯即：有即：有“1”出出“1”， 全全“0”出

10、出“0”F=A+B+CABFC 100000011101111011001011101011111ABFC101AF0F220VA+-R+UCCARBRCFT 1 0飽和飽和邏輯表達式：邏輯表達式：F=A“0”10“1”“0”“1”AF邏輯符號邏輯符號1AFABF1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABF1 1ABF2F2有有“0”出出“1”，全，全“1”出出“0”&ABCF&ABC00010011101111011001011101011110ABFCF=A B C1F有有“1”出出“0”，全，全“0”出出“1”1F

11、00010010101011001000011001001110ABFCABC 1FABC 1F=A+B+CABCD& 11& 1ABCDFFFA BCD門電路是實現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的電路。門電路是實現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的電路。類型類型: :與門、或門、非門、與非門、或非門、與門、或門、非門、與非門、或非門、 異或門異或門 。1 1、用二極管、三極管實現(xiàn)、用二極管、三極管實現(xiàn)2 2、數(shù)字集成電路、數(shù)字集成電路( (大量使用大量使用) ) 1) TTL 1) TTL集成門電路集成門電路 2) MOS2) MOS集成門電路集成門電路 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法: :門電路小結(jié)門電路小結(jié)門電路門電路小結(jié)

12、小結(jié)門電路門電路 符號符號 表示式表示式與門與門& &A AB BY YA AB BY Y11或門或門非門非門1 1Y YA AY=ABY=ABY=A+BY=A+BY= AY= A與非門與非門& &A AB BY YY= ABY= AB或非門或非門A AB BY Y11Y= A+BY= A+B異或門異或門=1=1A AB BY YY= AY= A B B T5F R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1BC T5F R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)4.3V鉗位鉗位2.1V“0”(0.3V)輸入

13、全高輸入全高“1”,輸出為輸出為低低“0”1V T5F R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11V(0.3V)“1”“0”輸入有低輸入有低“0”輸出為高輸出為高“1” 流過流過 E結(jié)的電結(jié)的電流為正向電流流為正向電流VF 5-0.7-0.7 =3.6V5V00010011101111011001011101011110ABFCF=A B CF&ABCABDE允許疊加干擾允許疊加干擾UOFF0.9UOH01231234 Ui ABUON UON是保證輸出為額是保證輸出為額定低電平時所對應(yīng)的定低電平時所對應(yīng)的最最小輸入高電平電壓小輸入高電平電壓。DE01231234 Ui

14、 50%50%tpd1tpd22 2p pd d2 2p pd d1 1p pd dttt輸入波形輸入波形ui輸出波形輸出波形uO“1”控制端控制端 DE T5F R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11V1V&FEBA邏輯符號邏輯符號 0 高高阻阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0ABEF1E0EFAB功能表功能表EN“1”“0”“0”A1 B1ENENEN 0AA 1 1A A A AAA 0A A（1）邏輯或運算）邏輯或運算 F=A+B 1AA00AA

15、 AA1A A（2）邏輯與運算）邏輯與運算 F=AB（3）邏輯非運算）邏輯非運算ABBAABBA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(CABACBACBABCAAA)()(CABABCBCAA)(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.證明證明：BAAABA)(A+AB = ABAABABAAABBAA)(BABAA)(（3）（4）ABACBCABAC（5）ABACBC證明證明：ABACABCABC(1)(1)ABCACBABAC()ABACBC AA110011111100BABABABA列狀態(tài)表證明：列狀態(tài)表證明：AB0001101111100100

16、ABBABABABA0000摩根定律（反演律）摩根定律（反演律）邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)：123(,)Ff XXX下面舉例說明這幾種表示方法。下面舉例說明這幾種表示方法。設(shè)：開關(guān)閉合狀態(tài)為設(shè)：開關(guān)閉合狀態(tài)為“1”，斷開為，斷開為“0”燈亮狀態(tài)為燈亮狀態(tài)為“1”，燈滅為，燈滅為“0” 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1取取 F=“1”( 或或F=“0” ) 列邏輯式列邏輯式取取 F = “1”(1)由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯式由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯式對應(yīng)于對應(yīng)于F =1，一種組合中，輸入變一種組合中，輸入變量之間是量之間是“與

17、與”關(guān)系，關(guān)系， 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABCCBACBACBAF 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1FCBA&1CBAAY &YA(2) 應(yīng)用應(yīng)用“與非與非”門構(gòu)成門構(gòu)成“與與”門電路門電路由邏輯代數(shù)運算法則：由邏輯代數(shù)運算法則：ABABYAY&B&FBA&由邏輯代數(shù)運算法則：由邏輯代數(shù)運算法則：BABABAF(3)應(yīng)用應(yīng)用“與非與非”門構(gòu)成門構(gòu)成“或或”門電路門電路由邏輯代

18、數(shù)運算法則：由邏輯代數(shù)運算法則：BABABAFBAF&例例1：化簡化簡CABCBACBAABCF)()(BBCABBACCAAC AY ABABCD例例2：化簡化簡(1)CABD AB例例3：化簡化簡CBCAABF)(AACBCAABCBACACABABCAAB例例4：化簡化簡CBACBAABCFABCCBACBAABCACBC BABAACBCBA)(CBCBACBABAABCBACBAF例例5：化簡化簡確定確定F = F2 F3= A AB B AB.A B.A B.A. .A BBF1.AB&FF3F2.反演律反演律反演律反演律ABF001 100111001=A B.A

19、 B.F = AB AB .AB.BAFA B = AB +AB=A B =1ABF邏輯符號邏輯符號=A BABF001 100100111例例3 3：加法器：加法器0 0 0 0 11+10101010不考慮低位不考慮低位來的進位來的進位半加器實現(xiàn)半加器實現(xiàn)全加器實現(xiàn)全加器實現(xiàn)A B S C0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1BABABAS.ABSCABC 輸入輸入-1表示低位來的進位表示低位來的進位AiBiCi-1SiCi1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1ii1iiiiCACBBA1

20、iiiCBA0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 1 0 0 01 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 11ii1iiiiiCACBBAC1iiiiCBAS&=11CiSi&1BiAiCi-1SiA2B2C1SiCiA3B3C2SiCiA0B0Ci-1SiCiA1B1C0SiCi10A=1010B=0111111100001101110001A+B=10001 (取取 F=“1”( 或或F=“0” ) 列邏輯式列邏輯式取取 F =“1”對應(yīng)于對應(yīng)于F=1， 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0

21、 1 01 1 0 01 1 1 1CBACBACBACBAFABCCBACBACBAFBCACBACBACBAABC001001 11 101111 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1FCBA01100111110&1010 起動為起動為“1”，不起動為，不起動為“0”； F表示表示報警器狀態(tài)，報警為報警器狀態(tài)，報警為“1”，不報警為，不報警為“0”。A B CF00001111001100110101010101110100FABCABCABCABCABCABCABCABCFABCABCABCABC

22、()()BC AAAB CCBCAB11& & 1ABCF& ABCFFBCABBCABBCAB& & & & 開工為開工為“1”，不開工為，不開工為“0”； G1和和 G2運行為運行為“1”，不運行為，不運行為“0”。 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C G1 G2ABCCABCBABCA1 GABCCBACBACBA2 GABC001001 11 101111ACBCAB1 G1 0 10 0 1 0 1 0

23、0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0 0111 0 0 1 0A B C G1 G2 100011 0 1ACBCAB1 GACBCAB ABCCBACBACBA2 GABCCBACBACBA2 G ABC00100111101111A BCA BC&G1G2 編碼器編碼器 n 位二進制代碼有位二進制代碼有 2n 種組合，可以表示種組合，可以表示 2n 個信息。個信息。 0 0 01 0 0Y0Y1Y2Y3Y5Y6Y輸入輸入輸輸 出出C B AC =Y4 +Y5 +Y6 +Y7 =Y4 Y5 Y6 Y7.= Y4+Y5+Y6+Y7B =Y2+Y3+Y6+Y7 =Y2

24、Y3 Y6 Y7. . .=Y2 +Y3 +Y6+Y7A =Y1+Y3+Y5+Y7 =Y1 Y3 Y5 Y7.=Y1 +Y3+Y5 +Y710000000111Y7Y6Y5Y4Y3Y1Y2CBA表示十進制數(shù)表示十進制數(shù)10個個編碼器編碼器 00011101000011110001101100000000111Y3 = I8+I910000000011101101001& 1 1 1 1 1 1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I998983.IIIIY 765476542IIIIIIIIY 763276321IIIIIIIIY 97531975310IIIIIIIIII

25、Y 十鍵十鍵84218421碼編碼器的邏輯圖碼編碼器的邏輯圖+5V&Y3&Y2&Y1&Y0I0I1I2I3I4I5I6I7I8I91K 10S001S12S23S34S45S56S67S78S89S9GND 1287654YYIIIII091233CC NYIIIIYU16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8 輸輸 入入A B CY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1輸輸 出出Y0=A B CY1=A B CY2=A B CY3=A B CY7=A B CY4=A BCY6=A B CY5=A B CCBA111&Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 0 1 11 0 010000000AABBCC輸入輸入輸輸 出出A B C DY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y900