第13数字电子技术基础

1、第13章数字电子技术基础数字电路基础知识13.1逻辑门电路13.2逻辑代数及逻辑函数化简13.313.1数字电路基础知识数字电路基础知识 一一.模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 自然界中存在各种各样的物理量，从变化规律来看，大致可以分为模拟量和数字量两大类。 用于表示模拟量的电信号称为模拟信号，用于表示数字量的电信号称为数字信号。 二、数二、数字电路概述字电路概述 工作于数字信号下的电路称为数字电路，它可以实现数字信号的变换、处理和传输。 三、数三、数字电路的特字电路的特点点 数字电路在信号的存储、处理和传输上比模拟电路具有更大的优势： (1)数字技术能够完成许多复杂的信号处理工作。 (2

2、)数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完成逻辑运算，具有逻辑推理和逻辑判断的能力。 (3)由数字电路组成的数字系统，抗干扰能力强，可靠性高，精确性和稳定性好，便于使用、维护和进行故障诊断，容易完成实时处理任务。 (4)高速度，低功耗，可编程。13.1数字电路基础知识数字电路基础知识 四、数制十进制十进制二进制二进制十六进制十六进制基数基数10102 21616数码数码0,1,2,0,1,2,9 ,9 这十个这十个不同的数码来计数不同的数码来计数0 0和和1 1两个数码两个数码0 09 9和和A(10)A(10)、B(11)B(11)、C(12)C(12)、D(13)D(13)、E(14)E(

3、14)、F(15)F(15)共共16 16 个数码个数码计数规律计数规律逢十进一逢十进一逢二进一逢二进一逢十六进一逢十六进一表示符号表示符号下标下标“D D”或或“1010”下标下标“B B”或或“2 2”下标下标“H H”或或“1616”运算式运算式13.1数字电路基础知识数字电路基础知识 其他进制数转换成十进制数。 (1011001.001)B=（2612502412312202102012-102-202-31 =640168001000.125 =(89.125)D (4EA)H=4162+14161+10160=(1 258)D13.1数字电路基础知识数字电路基础知识 十进制数转换为

4、其他进制数。 将十进制数转换成其他进制数时要对整数部分和小数部分分开转换，整数部分采用连除基数取余，再将余数逆序排列得到转换数据的整数部分，小数部分则采用连乘基数取整，再将整数顺序排列得到转换数据的小数部分，下面以十进制数转换为二进制数为例来说明转换的过程。13.1数字电路基础知识数字电路基础知识 五、五、.编码编码 1）二十进制码 二十进制码(简称BCD码)就是指用一组4位二进制码表示一位十进制数的编码方式。 2）可靠性编码 可靠性编码可以减少代码在形成和传输过程中由于各位变化速度不同而产生错误的几率。格雷(Gray)码又称循环码，就是一种可靠性编码。13.1数字电路基础知识数字电路基础知识

5、 2）可靠性编码 可靠性编码可以减少代码在形成和传输过程中由于各位变化速度不同而产生错误的几率。格雷(Gray)码又称循环码，就是一种可靠性编码。 3）ASCII码 计算机系统中有数字、字符和各种专用符号，美国标准信息交换码(American standard code for information interchange，ASCII)，就是一种常用的用二进制代码表示符号的编码方式。代码由7位二进制码组成，共有27=128种状态，可以用来表示128个字符，这些字符包括数字、英文字母、控制符及其他一些符号和标记。ASCII码常用在计算机的输入、输出设备上。13.1数字电路基础知识数字电路基础知

6、识13.2逻辑门电路逻辑门电路 1.与逻辑运算 如图12-4(a)所示的串联开关电路是一个简单的与逻辑电路 一、一、与逻辑与与门与逻辑与与门 基本的逻辑运算有基本的逻辑运算有3种：与、或、非。种：与、或、非。与运算的逻辑表达式为：F=AB=AB。其中“”表示与逻辑，通常可以省略。与运算的运算规则有：00=0，01=0，10=0，11=1。由此推出A0=0，A1=A，AA=A。一、与逻辑与与门13.2逻辑门电路逻辑门电路 2.与门电路 实现与逻辑关系的电子电路称为与门电路，简称与门。 利用与门电路，可以控制信号的传送。 一、与逻辑与与门13.2逻辑门电路逻辑门电路 1.或逻辑运算 图12-8(a

7、)所示的并联开关电路为一个简单的或逻辑电路二、或逻辑与或门13.2逻辑门电路逻辑门电路或运算的逻辑表达式为：F=A+B。符号“+”表示A、B进行或运算，也称逻辑加。或运算的运算规则有： 0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1。由此推出A+0=A，A+1=1，A+A=A。 二、或逻辑与或门13.2逻辑门电路逻辑门电路 2.或门电路 或逻辑关系为：只要有一个或一个以上的条件满足时，结果就会发生。 实现或逻辑关系的电子电路称为或门电路，简称或门。 或门的逻辑功能是：只要输入中有一个或一个以上为高电平，输出便为高电平，简记为“有1为1”。 二、或逻辑与或门13.2逻辑门电路逻辑门电路 1.非逻

8、辑运算 图12-11(a)所示是非逻辑电路三、非逻辑及非门13.2逻辑门电路逻辑门电路 三、非逻辑及非门非运算的逻辑表达式为：非运算的运算规则有：由此推出：13.2逻辑门电路逻辑门电路 2.非门电路 实现非逻辑关系的电子电路称为非门电路，简称非门。 非门的逻辑功能是：输出与输入的电平相反。可记为“有0出1，有1出0”。三、 非逻辑及非门13.2逻辑门电路逻辑门电路 3种基本逻辑运算按不同的方式组合，还可以构成与非、或非、与或非、同或、异或等复合逻辑运算，并构成相应的“复合”门电路。 四、复合逻辑门与、或、非 1.与非逻辑运算13.2逻辑门电路逻辑门电路 四、复合逻辑门与、或、非 2.或非逻辑运

9、算13.2逻辑门电路逻辑门电路 四、复合逻辑门与、或、非 3.与或非逻辑运算将与、或、非3种运算组合在一起可以构成与或非运算逻辑表达式为： 4.异或逻辑运算异或逻辑关系是：输入不同时，输出为1；输入相同时，输出为0。 5.同或逻辑运算输入相同时，输出为1；输入不同时，输出为0。与异或逻辑正好相反13.2逻辑门电路逻辑门电路 四、复合逻辑门与、或、非6.逻辑函数的表示法1）逻辑函数Y=F(A,B,C)2）逻辑函数的表示方法（1）逻辑表达式。（2）真值表。（3）逻辑图。（4）波形图。13.2逻辑门电路逻辑门电路13.3逻辑代数及逻辑函数化简逻辑代数及逻辑函数化简一、逻辑代数基本公式 一、逻辑代数基

10、本公式 3.逻辑代数的基本规则 (1)代入规则。在任何一个逻辑等式中，如果等式两边出现相同的变量，如变量A，可以将所有含A的地方代之以同一个逻辑函数F，等式仍然成立，这个规则就称为代入规则。 (2)反演规则。对逻辑等式F取非 (即求其反函数)称为反演。可以通过反复使用摩根定律求得，也可以运用由摩根定律得到的反演规则一次写出。 (3)对偶规则。如果两个逻辑式相等，那么它们的对偶式也一定相等，这就是对偶规则。13.3逻辑代数及逻辑函数化简逻辑代数及逻辑函数化简二、逻辑函数的化简 1.化简的意义 用化简后的表达式构成逻辑电路，可节省器件，降低成本，提高工作可靠性。 2.化简的方法 代数化简法又称为公

11、式化简法，就是反复运用逻辑代数的基本定律和公式消去多余的乘积项或多余的因子，这种方法没有固定的步骤，需要熟练掌握公式和运用一些技巧。（1）并项法。（2）吸收法。（3）消去法。（4）配项法。13.3逻辑代数及逻辑函数化简逻辑代数及逻辑函数化简第14章组合逻辑电路和时序逻辑电路集成门电路14.1组合逻辑电路的分析方法和种类14.2时序逻辑电路14.3组合逻辑电路时序逻辑电路集成门电路组合逻辑电路时序逻辑电路TTL逻辑门电路CMOS门电路编码器组合逻辑电路的分析方法译码器与显示器件触发器寄存器计数器（基本RS、同步RS、边沿（JK、D、T）一、一、TTLTTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路1、TTL集

12、成逻辑门电路 TTL是三极管-三极管逻辑门电路的英文缩写，它具有工作速度快、带负载能力强、工作稳定等到优点。 常用的TTL门电路有反相器、与非门、或非门、OC门、三态门等。2、其他类型TTL逻辑门(1)、OC门 把集电极开路的与非门称为OC门。几个OC门电路并联在一起，只要外接一个负载电阻即可，它能实现线与功能。（2）、三态门（TSL门） 具有3种输出状态高电平、低电平、高电阻的门电路，称为三态门电路。在高阻态下，输出端相当于开路。它能实现信号的单向传输、双向传输的控制。 第14章组合逻辑电路和时序逻辑电路第一节第一节 集成门电路集成门电路二、二、CMOSCMOS集成逻辑门电路集成逻辑门电路1

13、、定义： CMOS是互补金属-氧化物-半导体的英文缩写，是由PMOS管与NMOS管组成的互补型集成门电路。常用的CMOS门电路有反相器、与非门、或非门。2、特点： 静态功耗低工 作电源电压范围宽 逻辑摆幅大 输入阻抗高 第14章组合逻辑电路和时序逻辑电路第一节第一节 集成门电路集成门电路 二、二、 对于组合逻辑电路的分析一般按以下步骤进行：对于组合逻辑电路的分析一般按以下步骤进行： (1)根据给定的逻辑电路写出逻辑函数表达式并化简为最简式。 (2)列出真值表。 (3)分析得出电路的逻辑功能。一、一、组合逻辑电路的组合逻辑电路的特点特点 不具有记忆功能不具有记忆功能，它的输出仅取决于当时的输入状

14、态，而与电路原来状态无关。第二节组合逻辑电路的分析方法和种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类 常见的有编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、运算器等。1、编码器（1）概念编码：将数字、文字、符号信息，转换成若干位二进制码的过程。编码器：能够完成编码功能的组合逻辑电路。优先编码器：设置了优先权级，当同时输入多个信号时，只对优先级别高的输入信号编码，对优先级别低的信号则不起作用。三、三、组合逻辑电路的种类组合逻辑电路的种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类1、编码器（2）分类 二进制编码器：二进制编码器：输入信息编制成二进制代码的电路。（例：3位二进制编码器）

15、二二- -十进制编码器：十进制编码器：将0-9十个进制数编成二进制代码的电路，称为二-十进制编码器，也称为10线-4线编码器。优先编码器：优先编码器：允许同时输入两个或两个以上输入信号，电路将对优先级别高的输入信号编码。例如：8线-3线74LS148编码器。计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成的计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成的。）三、三、组合逻辑电路的种类组合逻辑电路的种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类2、译码器（1）概念译码：把二进制代码“翻译”成一个相对应的输出信号的过程。译码器：实现译码的电路。（2）分类：二进制译码器二进制译码器：将N

16、位二进制数译成M个输出状态的电路。（以74LS138为例介绍3线-8线译码器）二二- -十进制译码器：十进制译码器：将BCD码翻译成对应的10个十进制输出信号的电路。（以74LS42为例）（3）译码显示器组成：译码器、驱动器、显示器三部分组成。分类：半导体数码管（LED）和液晶数码管（LCD）。 LED是由7个发光二极管排列成“日”字形制成的，发光二极管分别用a、b、c、d、e、f、g共7个字母表示，一定的发光线段组合就能显示相应的十进制数字。它的接法分为：共阴极和共阳极。（4）数码显示器 三、三、组合逻辑电路的种类组合逻辑电路的种类第二节组合逻辑电路的分析方法和种类第二节组合逻辑电路的分析方

17、法和种类 半导体数码管 半导体数码管是将7个发光二极管排列成“日”字形状制成的三、三、组合逻辑电路的种类组合逻辑电路的种类 数码显示译码器 数码显示译码器的原理图如图13-18（a）所示。输入的是8421BCD码，输出的是相应a、b、c、d、e、f、g端的高、低电平。 若数码显示译码器驱动的是共阴数码管，如图13-18（b）所示。三、三、组合逻辑电路的种类组合逻辑电路的种类一、RS触发器 1.电路结构和逻辑符号 基本RS触发器由两个集成与非门组成，其各自的输出端交叉耦合到另一个与非门的输入端，如图所示。第三节 时序逻辑电路1、基本RS触发器 2.逻辑功能 （1）输入端SD、RD通常都处于1状态

18、。 （2）输入端RD=1，SD=0状态。此时，无论触发器现态为0还是1，非门G1输出为1， （3）输入端RD=0，SD=1状态。 （4）SD、RD两端同时输入负脉冲是不允许的，因为当SDRD0时，输出端将暂时维持Q=Q=1的状态，一旦SD、RD同时恢复为1，触发器的状态不稳定。一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 1.电路结构和逻辑符号 为使基本RS触发器能在时钟源的控制下工作，在基本RS触发器输入端加两个两输入与非门作为引导门，如图所示。 2同步RS触发器一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 2.逻辑功能一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 1.电路结构和逻辑符号 在主从RS触发器的输入端加两个两

19、输入与门，把主从RS触发器互补的输出端Q和Q反馈到输入端，如图13-23所示，就构成主从JK触发器。3主从主从JK触发器触发器一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 2.逻辑功能 （1）主从JK触发器在J=K=1的情况下，输入一个时钟脉冲，就使它翻转一次，这表明，在这种情况下，触发器具有计数功能。 （2）主从JK触发器在J=0、K=0时，不管触发器的初始状态为0态,还是初始状态为1态，触发器都将保持原状态不变。 （3）主从JK触发器在J=1、K=0时，不管触发器的初始状态为0态，还是初始状态为1态，触发器的下一个状态一定是1状态。 （4）主从JK触发器在J=0、K=1时，无论触发器原来处于什么状态，下一个状态一定是0状态。一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 1.电路结构和逻辑符号 在同步RS触发器的基础上，将输入端口R和S用互补的D信号控制就可以得到D触发器。D触发器的电路结构和逻辑符号如图所示。4.D触发器触发器一、RS触发器第三节 时序逻辑电路 2.逻辑功能 在时钟脉冲有效期间，D触发器的输出端次态只与输入D信号有关，在输入端D输入提供1会