数字电路基础

1、数字电路基础数字电路基础第一节第一节 数字电路的特点数字电路的特点一、一、 数字信号与数字电路数字信号与数字电路模拟信号：在时间上和模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离数值上不连续的（即离散的）信号。散的）信号。uu模拟信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传输、对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为处理的电子线路称为模拟电路。模拟电路。对数字信号进行传输、对数字信号进行传输、处理的电子线路称为处理的电子线路称为数字电路。数字电路。第一节第一节 数字电路的特点数字电路的特点数字电路的特点：数字电路的特点：理想理想脉

2、冲信号脉冲信号-逻辑信号逻辑信号低电平低电平高电平高电平高电平用逻辑高电平用逻辑“1”表示表示低电平用逻辑低电平用逻辑“0”表示表示0 0、1 1数字表示两种对立的离散状态。数字表示两种对立的离散状态。 半导体器件工作在开关状态，即工作在饱和区和截止半导体器件工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区。分别对应区。分别对应“0 0、1”1”数码。数码。 数字电路结构简单、容易制造、可靠性高，抗干扰能力数字电路结构简单、容易制造、可靠性高，抗干扰能力强，便于集成及系列化生产。强，便于集成及系列化生产。第一节第一节 数字电路的特点数字电路的特点二、二、 半导体管的开关特性半导体管的开关特性 由于二极管

3、具有单向导电性，当二极管加上正向电压由于二极管具有单向导电性，当二极管加上正向电压 时，二极管导通，相当于时，二极管导通，相当于开关接通开关接通；当二极管加上反向电；当二极管加上反向电压时，二极管截止，相当于压时，二极管截止，相当于开关断开开关断开。故二极管可以构成。故二极管可以构成一个开关，由输入信号一个开关，由输入信号u ui i控制其开和关。控制其开和关。(1)(1)加正向电压加正向电压V VF F时，二极管导通，管压降时，二极管导通，管压降V VD D可忽可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。略。二极管相当于一个闭合的开关。DVFIF(a)LRFKVFLRI(b)(2)(2)加反向电压加

4、反向电压V VR R时，二极管截止，反向电流时，二极管截止，反向电流I IS S可忽可忽略。二极管相当于一个断开的开关。略。二极管相当于一个断开的开关。DVRISLR(a)KLRVR(b)1.1.二极管的开关作用二极管的开关作用第一节第一节 数字电路的特点数字电路的特点2.2.三极管的开关作用三极管的开关作用 三极管不仅有放大作用，而且还有开关作用。在数字三极管不仅有放大作用，而且还有开关作用。在数字电路中，三极管主要起开关作用，即工作在截止区或饱和电路中，三极管主要起开关作用，即工作在截止区或饱和区。放大区只是在三极管由饱和变为截止或由截止变为饱区。放大区只是在三极管由饱和变为截止或由截止变

5、为饱和的过渡瞬间经过一下而已。和的过渡瞬间经过一下而已。 截止区截止区（a）发射结和集电结均反向偏）发射结和集电结均反向偏置；置；（b）不计穿透电流）不计穿透电流ICEO，有，有IB、IC近似为近似为0；（c）集电极和发射极之间电阻）集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关很大，三极管相当于一个开关断开断开。 饱和区饱和区（a）发射结和集电结均正偏；）发射结和集电结均正偏；（b）ICIB； （c）此时）此时UCE值很小，称三极值很小，称三极管的饱和压降，用管的饱和压降，用UCES表示。表示。 （d）集电极和发射极近似短接，）集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。三极管类似于

6、一个开关导通。第二节第二节 逻辑门电路逻辑门电路6Z Z与与A A、B B间的间的逻辑逻辑关系关系可表示为：可表示为： 电路结构电路结构+5VDADBRABZ工作原理工作原理 0 5 5 0 5 55 0 0 0.7 (V) (V) AUBU (V) ZU 0.7 0.7A B0 0 Z 00 1 01 0 01 1 1BAZ逻辑符号逻辑符号&ABZ000111010100000111010100000一、二极管与门一、二极管与门用逻辑变量用逻辑变量A A、B B、Z Z分分别表示别表示 、 、 。AUBUZU“0 0”:”:表示表示低低电平电平“1 1”:”:表示表示高高电电平平第二

7、节第二节 逻辑门电路逻辑门电路Z Z与与A A、B B间的间的逻辑逻辑关系关系可表示为：可表示为：7 电路结构电路结构工作原理工作原理 0 5 5 0 5 54.3 0 0 0 (V) (V) AUBU (V) ZU 4.3 4.3A B0 0 Z 00 1 11 0 11 1 1BAZ逻辑符号逻辑符号二、二极管或门二、二极管或门1ABZDADBRABZ000101011111000111000101011第二节第二节 逻辑门电路逻辑门电路电路结构电路结构工作原理工作原理505 (V) AU (V) ZU0.3AZ0110AZAZ1三极管三极管截止截止三极管三极管饱和饱和三三、三极管非门三极管

8、非门A4.3k RbRC+5VZ1k 8第二节第二节 逻辑门电路逻辑门电路DADBRABRbRC+5VZ四四、与非门和或非门与非门和或非门 与非门与非门电路结构电路结构逻辑符号逻辑符号&ABZ0101BZA0011输输 入入1110输出输出 真真 值值 表表9ABZ DADBABRbRC+5VZ四、与非门和或非门四、与非门和或非门 或非门或非门电路结构电路结构逻辑符号逻辑符号1ABZ0101BZA0011输输 入入1000输出输出 真真 值值 表表第二节第二节 逻辑门电路逻辑门电路BAZ第二节第二节 逻辑门电路逻辑门电路BABABAF F A B 异或门的逻辑符号 L=A+B =1 B

9、AABBAF11 F A B 同或门的逻辑符号 L=A+B =1 异或门异或门同或门同或门CDABZ Z 1 & A B C D 与或非门的逻辑符号 A B C D & & 1 Z 与或非门的等效电路 A B C D Z 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0与或非门与或非门第二节第二节 逻辑门

10、电路逻辑门电路13一、逻辑代数的基本定律一、逻辑代数的基本定律分配律分配律摩根律摩根律消去律消去律A(A+B)=A A+AB=A吸收律吸收律(AB) C=A(BC) (A+B)+C=A+(B+C)结合律结合律AB=BA A+B=B+A交换律交换律A+1=1A0=00-1律律A+A=AAA=A重叠律重叠律互补律互补律 A+0=AA1=A同一律同一律非非或或与与定律名称定律名称AA 0AA1 AAABBAA)(BABAABABABABA)()(CABABCAACABCBA)(第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识逻辑自变量逻辑自变量：决定事物原因的变量。：决定事物原因的变量。输入变量输入变量逻辑因

11、变量逻辑因变量（逻辑结果）：决定事物结果的变量（逻辑结果）：决定事物结果的变量输出变量输出变量逻辑函数逻辑函数：反映逻辑自变量和逻辑因变量之间关系的表达式。：反映逻辑自变量和逻辑因变量之间关系的表达式。 如：如： F=f(A、B、C) 输出变量输出变量 输入变量输入变量14逻辑函数表达式逻辑函数表达式真值表真值表逻辑图逻辑图表示方法：表示方法：第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识二、逻辑函数的表示方法二、逻辑函数的表示方法15几种表示方法间的相互转换几种表示方法间的相互转换逻辑表达式逻辑表达式u真值表真值表A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1BABAABABBABAF找出真值表

12、中使逻辑函数找出真值表中使逻辑函数F=1F=1的那些输入变量组合；的那些输入变量组合；每组输入变量对应一个乘积每组输入变量对应一个乘积项（最小项）项（最小项），其中取值为其中取值为1 1的写入的写入原变量原变量，为，为0 0的写入的写入反反变量；变量；将这些最小项相加，即得将这些最小项相加，即得F F的的表达式表达式第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识u逻辑表达式逻辑表达式真值表真值表CBAF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101001111A B C F第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识逻辑表达式逻辑表达式u逻辑图逻辑图从输入端到输出端逐级

13、写出各个逻辑符号对应的逻辑式从输入端到输出端逐级写出各个逻辑符号对应的逻辑式 A B C D & & 1 F ABCDCDABF第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识 将式中所有的与、或、非运算用逻辑符号代替，并根将式中所有的与、或、非运算用逻辑符号代替，并根据运算优先顺序把这些符号连接起来据运算优先顺序把这些符号连接起来CBCAABFABC11&1Fu逻辑表达式逻辑表达式逻辑图逻辑图例例：画出：画出F F的逻辑电路图的逻辑电路图第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识 分析图所示电路的逻辑功能；已知输入波形，画出输出分析图所示电路的逻辑功能；已知输入波形，画出输出波形。

14、波形。解：解：CBAABF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C11111101Z 真值表真值表例例: :逻辑功能：逻辑功能： 当当A A、B B、C C为为1 1、1 1、0 0时时输出输出F F为为0 0，否，否则则F F为为1 1。ABBACBA第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识例：例：设计一个三人表决电路。设计一个三人表决电路。解：解：（1 1）列真值表列真值表：（2 2）写出逻辑表达式化简）写出逻辑表达式化简0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111F真值表真值表最

15、简与最简与或表达式：或表达式：（3 3）化简并变换表达式：）化简并变换表达式：ACBCABFACBCABACBCABF（4 4）画逻辑图：）画逻辑图：BC&A&F&20 设设A A、B B、C C分别代表三个人，同意为分别代表三个人，同意为1 1，不同意为不同意为0 0；用；用F F表示表决结果，通过为表示表决结果，通过为1 1，否定为否定为0 0 。ABCCABCBABCAF第三节第三节 逻辑代数知识逻辑代数知识休休 息息 一一 下下22(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+AB+AC+BC重叠律重叠律 AA=AAA=A=A(1+B+C)+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+BC0-10-1率率A+1=1A+1=1证明分配律：A+BC=(A+B)(A+C)证明：证明：23证 明 ：)(BAAABAA)(1BA BA 分配律分配律A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)互补律互补律