第十二章电子ZSDZ-12(定)

1、电子技术电子技术主讲教师：郑光明主讲教师：郑光明第十二章数字电路基础知识第十二章数字电路基础知识 v新课新课v12.112.1数字电路概述数字电路概述v一、数字电路及特点一、数字电路及特点 v1 1数字电路：处理数字信号的电路。数字电路：处理数字信号的电路。v数字信号：凡在数值上或时间上不连续变化的信号。数字信号：凡在数值上或时间上不连续变化的信号。v2 2模拟电路：例：交、直流放大电路。模拟电路：例：交、直流放大电路。v二、数字电路的特点二、数字电路的特点 v1 1三极管工作在开关状态饱和、截止。三极管工作在开关状态饱和、截止。v2 2研究对象：电路的输入与输出之间的逻辑关系。研究对象：电路

2、的输入与输出之间的逻辑关系。v分析工具：逻辑代数。分析工具：逻辑代数。v表达方式：真值表、逻辑函数式、波形图。表达方式：真值表、逻辑函数式、波形图。v三、数电发展和应用（开关元件）三、数电发展和应用（开关元件） v1 1电子管电子管 晶体管。晶体管。v集成电路：小规模、中规模、大规模、超大规模。集成电路：小规模、中规模、大规模、超大规模。v2 2开关元件效率的指标：开关速度开关元件效率的指标：开关速度功耗功耗 = = 速度功耗积。速度功耗积。v3 3应用：应用：通信电视雷达计算机技术医药技术激光技术核物理12.2二进制数二进制数v 一、二进制计数一、二进制计数 v 二进制计数法的特点就是二进制

3、计数法的特点就是“逢二进一逢二进一”，即当数到，即当数到2 2时个位回到时个位回到0 0来表来表示，并向高位进一位，即表示成示，并向高位进一位，即表示成“10”10”，不过这里的，不过这里的“10”10”不能再像不能再像在十进制那里读成在十进制那里读成“十十”，而读成，而读成“1”“0”1”“0”。v 二、二进制数的四则运算二、二进制数的四则运算 1 1加法运算加法运算2 2减法运算减法运算3 3乘法运算乘法运算4 4除法运算除法运算v 三、二进制三、二进制- -十进制的互换规则十进制的互换规则 v 1 1二进制化为十进制二进制化为十进制v 方法：为方法：为“乘权相加法乘权相加法”。v 2 2

4、十进制化为二进制十进制化为二进制 v 方法：为方法：为“除除2 2取余倒记法取余倒记法”。作业：习题十二：作业：习题十二：12-112-1、12-312-3、12-4 12-4 12.3基本逻辑门电路基本逻辑门电路 v 12.3.112.3.1关于逻辑电路的几个规定关于逻辑电路的几个规定v 一、概述：一、概述： v 1 1门电路门电路v 开关电路像门一样，依一定条件开关。开关电路像门一样，依一定条件开关。v 2 2门电路组成门电路组成v 输入端输入端多个，输出端多个，输出端1 1个个v 3 3门电路的输入端与输出端有一定逻辑关系。门电路的输入端与输出端有一定逻辑关系。v 二、关于逻辑电路的几个

5、规定二、关于逻辑电路的几个规定 v 1 1逻辑状态表示方法的规定：逻辑状态表示方法的规定：v 对立逻辑状态：对立逻辑状态：v 逻辑逻辑0 0v 逻辑逻辑1 1v 实现元件：具有实现元件：具有2 2种状态种状态v 开关开关v 二极管二极管v 三极管三极管v 2 2高低电平规定：高低电平规定：v （1 1）电位高低：）电位高低：v 高电平高电平v 低电平低电平 v （2 2）V VOHOH、V VOLOL不是固定值。不是固定值。v 原因：温度变化、电压波动、干扰及元件特性等。原因：温度变化、电压波动、干扰及元件特性等。v （3 3）V VOHOH：35 V35 V；vV VOLOL：00.4V00

6、.4V。v （4 4）标准高电平）标准高电平V VSHSHv 标准低电平标准低电平V VSLSLv 3 3正逻辑和负逻辑规定：正逻辑和负逻辑规定：v （1 1）正逻辑：）正逻辑：v 1 1 高电平高电平v 0 0 低电平低电平v （2 2）负逻辑：）负逻辑：v 1 1 低电平低电平v 0 0 高电平高电平v （3 3）本书一律采用正逻辑。）本书一律采用正逻辑。12.3.2与门电路与门电路v一、与逻辑关系一、与逻辑关系 v定义：当决定一件事情的几个条件全部具备之后，定义：当决定一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生这件事情才能发生，否则不发生v二、与门电路及工作原理二、与门

7、电路及工作原理 v1 1分析工作原理。分析工作原理。v2 2逻辑功能：全逻辑功能：全1 1出出1 1；有；有0 0出出0 0v3 3逻辑函数数式：逻辑函数数式：vY Y = = A AB B = =A AB B= =ABABv4 4真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端真值表：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。状态逻辑对应关系的表。v4 4真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端真值表：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。状态逻辑对应关系的表。v5 5符号：符号：vY Y= = A AB B Y Y= = ABABCDCDv 12.3.312.3.3或门

8、电路或门电路v 一、或逻辑关系：一、或逻辑关系： v 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。就会发生。v 二、或门电路及工作原理二、或门电路及工作原理 v 1 1工作原理：工作原理：v = 0 V= 0 V，= 0 V= 0 V， 、均截止，、均截止，Y Y = -12 V = -12 V； v = 6 V= 6 V，= 0 V= 0 V，导通，截止，导通，截止，Y Y = 6 V = 6 V；v = 0 V= 0 V， = 6 V= 6 V，截止，导通，截止，导通，Y Y = 6 V = 6 V；v

9、= 6 V= 6 V， = 6 V= 6 V，、均导通，、均导通，Y Y = 6 V = 6 V。v 2 2符号符号v 3 3真值表：真值表：vABVABV1 1V V2 2Y Y000010000111011011111111v 4 4逻辑功能：全逻辑功能：全0 0出出0 0；有；有1 1出出1 1v 5 5逻辑函数式：逻辑函数式：Y =Y = A A+ +B Bv 6 6四输入或门四输入或门12.3.4非门电路非门电路v一、非逻辑关系一、非逻辑关系 v事情（输出信号）和条件（输入信号）总是相反事情（输出信号）和条件（输入信号）总是相反状态。状态。v二、非门电路及工作原理二、非门电路及工作原

10、理v1 1逻辑符号：逻辑符号：v2 2逻辑函数式：逻辑函数式：Y Y = = v3 3、逻辑功能：有、逻辑功能：有0 0出出1 1，有，有1 1出出0 0v4 4真值表：真值表：v作业：习题十二作业：习题十二 12.4组合逻辑门电路组合逻辑门电路 v 12.4.112.4.1几个常见的简单组合门电路几个常见的简单组合门电路v 一、与非门一、与非门 v 1 1与与 + + 非非 与非门与非门v 2 2逻辑函数式：逻辑函数式：v 3 3真值表：真值表：v 二、或非门二、或非门 v 1 1或或+ +非非或非门或非门v 2 2逻辑函数式：逻辑函数式：v 3 3真值表：真值表：v 4 4逻辑功能：全逻辑

11、功能：全0 0出出1 1，有，有1 1出出0 0。v 三、与或非门三、与或非门 v 1 1、电路图、电路图v 2 2逻辑函数式：逻辑函数式： v 3 3逻辑关系：输入端分组先与逻辑关系：输入端分组先与或或非。非。v 4 4真值表：真值表：v 5 5逻辑功能：当输入端中任何一组全为逻辑功能：当输入端中任何一组全为1 1时，输出为时，输出为0 0，只有各组输入部至少，只有各组输入部至少有一个为有一个为0 0时，输出才为时，输出才为1 1。v四、异或门四、异或门 v1 1逻辑图：逻辑图：v2 2逻辑函数式：逻辑函数式：3 3逻辑功能：当两个输入端的状态相同时输出为逻辑功能：当两个输入端的状态相同时输

12、出为0 0，相异为，相异为1 1。v4 4应用：判断两个输入信号是否相同。应用：判断两个输入信号是否相同。v五、同或门五、同或门v1 1逻辑图：逻辑图：v2 2逻辑函数式：逻辑函数式：v3 3逻辑功能：当输入端的状态相同（都为逻辑功能：当输入端的状态相同（都为0 0或都为或都为1 1）时输出为）时输出为1 1；反之，当两个输入端状态不同；反之，当两个输入端状态不同（一个为（一个为0 0，另一个为，另一个为1 1）时输出端为）时输出端为0 0。v4 4真值表：真值表：vABY001010100111ABY001010100111三态门逻辑三态门逻辑v符号及其应用图符号及其应用图v六、三态门六、三

13、态门v三态门是在门电路上加一个使能端，输出状态有三态门是在门电路上加一个使能端，输出状态有v高电平、低电平和高阻三个状态。高电平、低电平和高阻三个状态。v七、七、OCOC门门 vOCOC门：输出晶体管集电极开路的门：输出晶体管集电极开路的TTLTTL与非门电路。与非门电路。vOCOC门的逻辑符号：如图所示。门的逻辑符号：如图所示。v逻辑功能：逻辑功能：OCOC门同与非门一样门同与非门一样v作用：作为计算机的母线驱动器作用：作为计算机的母线驱动器v注意：使用时要外接负载电阻。注意：使用时要外接负载电阻。 12.4.2组合逻辑门电路特点，数字集成电路组合逻辑门电路特点，数字集成电路 v 一、组合逻

14、辑门电路功能特点一、组合逻辑门电路功能特点 v 任何时刻的输出状态直接由当时的输入状态决定。任何时刻的输出状态直接由当时的输入状态决定。v 输入状态消失则输出状态立即消失，电路无记忆功能。输入状态消失则输出状态立即消失，电路无记忆功能。v 二、数字集成电路简介二、数字集成电路简介 v 1 1分类：按组成器件的种类分分类：按组成器件的种类分v TTLTTL电路电路普通三级管型数字集成电路普通三级管型数字集成电路v MOSMOS电路电路场效晶体管型数字集成电路场效晶体管型数字集成电路v MOSMOS集成电路：集成电路：v 优点优点工艺简单、集成度高、功率低、抗干扰性能好。工艺简单、集成度高、功率低

15、、抗干扰性能好。v 应用应用中、大规模。中、大规模。v CMOSCMOS缺点：工作速度比缺点：工作速度比TTLTTL系列低。系列低。v 2 2外形举例：外形举例：v 双列直插式：逆时针自下而上。双列直插式：逆时针自下而上。v CT74LS00-CT74LS00-四输入与非门；四输入与非门；CC4011CC4011CMOSCMOS。三、与非门参数三、与非门参数v （1 1）输出高电平）输出高电平V VOHOH：要求电压足够高。：要求电压足够高。v 输出低电平输出低电平V VOLOL：要求电压足够低。：要求电压足够低。v （2 2）输入高电平）输入高电平V VIHIH：高电平的最低值。：高电平的最

16、低值。v 输入低电平输入低电平V VILIL：低电平的最高值。：低电平的最高值。v （3 3）输出高电平电流）输出高电平电流I IOHOH：输出为高时流出电流的极限值。：输出为高时流出电流的极限值。v 输出低电平电流输出低电平电流I IOLOL：输出为低时流入电流的极限值。：输出为低时流入电流的极限值。v 注意：超过此值则不再是高低电平。注意：超过此值则不再是高低电平。v （4 4）传输延迟时间）传输延迟时间tpHLtpHL：入上：入上5050出下出下5050时间间时间间隔。隔。v 传输延迟时间传输延迟时间t tpLHpLH：入下：入下50 50 出上出上50 50 时间间隔。时间间隔。v 平

17、均传输时间平均传输时间t tpdpd：t tpdpd越小，开关速度越快。越小，开关速度越快。v （5 5）扇出系数）扇出系数N N：与非门输出端能驱动同类门的数目。：与非门输出端能驱动同类门的数目。12.5逻辑代数及其在逻辑电路中的应用逻辑代数及其在逻辑电路中的应用 v12.5.112.5.1逻辑代数概述逻辑代数概述 v1 1逻辑变量：逻辑代数的变量。逻辑变量：逻辑代数的变量。v逻辑电路中，它的输入、输出状态相当于变量，逻辑电路中，它的输入、输出状态相当于变量，用用A AB BC C标记。标记。v2 2逻辑电路的信号。逻辑电路的信号。v状态：只有状态：只有“高高”“”“低低”电平。电平。v变量

18、取值：只有变量取值：只有“0”0”和和“1”1”。v注意无数值意义。注意无数值意义。v3 3逻辑运算：与、或、非逻辑运算：与、或、非12.5.2逻辑函数式和组合逻辑电路逻辑函数式和组合逻辑电路v1 1逻辑函数式：逻辑变量用组合逻辑运算符号连逻辑函数式：逻辑变量用组合逻辑运算符号连接起来。接起来。v2 2运算的次序：（）运算的次序：（）非非。v3 3组合逻辑电路：由基本逻辑门电路组成的逻辑组合逻辑电路：由基本逻辑门电路组成的逻辑电路。电路。v4 4电路电路逻辑函数式。逻辑函数式。v5 5逻辑函数式逻辑函数式电路。电路。12.5.3逻辑代数的基本定律及应用逻辑代数的基本定律及应用 v 一、逻辑代数基本定律一、逻辑代数基本定律v 1 1交换律：交换律：vA A+ +B B = = B B+ +A AvA AB B = = B BA Av 2 2结合律：结合律：vA A + +（B B+ +C C）= =（A A+ +B B）+ + C CvA A （B B+ +C C）= =（A AB B） C Cv 3 3分配律：分配律：vA A + + B BC C= =（A A+ +B B）（A A+ +C C）vA A （B B+ +C C）= =A AB B+ +A AC Cv 4 4互补律：互补律：v 5 5反演律（摩根定律）反演律（摩根定律）