第八章 数字电路

第

8

章

数字电路8.2逻辑门电路8.1数字电路的基本知识8.5

触发器8.6

集成时序逻辑电路8.3

译码器8.4

数码显示器8.1数字电路的基本知识8.1.1数字电路概述8.1.2数制和码制电信号分为模拟信号与数字信号两类。模拟信号：时间上和幅度上都是连续变化的信号。

数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。模拟电路：处理模拟信号的电路；

数字电路：研究数字信号的产生、变换、传输、储存、控制、运算等的电路。数字电路的输出与输入间有一定的逻辑关系，因此数字电路也称为逻辑电路。1．数字信号与数字电路8.1.1数字电路概述数字电路分类

组合逻辑电路：电路任意时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，与信号作用前电路原来的状态无关。

时序逻辑电路：电路任意时刻的输出信号不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于信号作用前电路原来的状态。即，时序逻辑电路具有记忆。2．数字电路的特点信号为二值量信号。可用电平的高低或脉冲的有无来表示。因此基本单元电路结构简单、抗干扰能力强。数字电路能对数字信号进行算术计算和逻辑运算。1．数制常用的数制有十进制数和二进制数。人们日常生活中使用十进制；数字电路中应用最广泛的是二进制。(1)十进制数用0~9十个数码，按照一定规则排列来表示数值的大小。数码的个数叫基数，基数为十，“逢十进一”；低位到高位各位的“权”依次为100、101、102、···；[例]：[1851]10=1×103+8×102+5×101+1×100任意一个十进制数可展开为：数的表示方法称数制。8.1.2数制和码制(2)二进制数有0、1两个数码，基数为二，“逢二进一”；低位到高位各位的“权”依次为20、21、22、···。例：[1011]2=123+022+121+120＝[11]10任意一个二进制正整数可展开为：(3)二-十进制数的相互转换二进制数转换为十进制数：按权展开后相加。例：[1001]2=123+022+021+120=8+0+0+1=[9]10十进制数转换为二进制数：除2取余，倒排列。例：[13]10=1322226······余1······余0310······余1······余1[1101]2动画：十－二进制转换1动画：十－二进制转换22．码制

编码：用二进制数码表示文字、符号或其他特定对象的过程。二—十进制编码(BCD)码：用4位二进制数码表示1位十进制数码。8421BCD码编码表二进制数可用来表示数字大小，还可用来表示各种文字、符号、图形等非数值信息。后者称为代码。代码没有数值大小的含义。例：将[8]10和[24]10用BCD码表示解：查8421BCD编码表知[8]10＝[1000]8421BCD[24]10＝[00100100]8421BCD8.2逻辑门电路8.2.1与逻辑及与门8.2.2或逻辑及或门8.2.3非逻辑及非门8.2.4复合逻辑门逻辑门：能实现一定因果逻辑关系的单元电路。三种基本逻辑关系：与逻辑、或逻辑、非逻辑。三种基本逻辑门电路：与门、或门、非门。1．与逻辑决定一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生。[例]只有当开关A与B都闭合，灯Y才会亮。若以1

表示灯亮、开关闭合；0表示灯暗、开关断开，可得到逻辑真值表。

真值表：将输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格。8.2.1与逻辑及与门与门真值表与逻辑表达式：

Y=A·B结论：与逻辑关系为全1出1，有0出02．与门实现与逻辑运算的电路与门符号：

与门电路在不同输入逻辑变量时对应输出的逻辑函数波形图：ABYY为逻辑函数A、B为输入逻辑函数上式读作Y等于A与B二极管与门电路动画：与门电路

或逻辑在决定一事件的几个条件中，只要有一个或几个条件具备，该事件就会发生。只要开关A与B有一个闭合，灯Y就会亮。[例]或门真值表或逻辑表达式：

Y=A+B

结论：或逻辑关系为全0出0，有1出1。或门符号：或门实现或逻辑运算的电路读作Y等于A或B动画：或门电路8.2.2或逻辑及或门非逻辑就是否定，非就是反。

[例]开关断开时，灯亮；闭合时反而不亮。非门真值表非逻辑表达式：非门符号：非门实现非逻辑运算的电路。读作Y等于A非(或A反)8.2.3非逻辑及非门动画：非门电路1．与非门符号与非门真值表逻辑表达式：集成与非门T4000(74LS00)的外引线排列图：8.2.4复合逻辑门与非逻辑关系：有0出1，全1出0。集成与非门内有四个相同的2输入端与非门，每一个与非门都可以单独使用，电源电压+5V。例：试用T4000构成或逻辑电路解：用三个与非门构成或门电路动画：与非门电路2．或非门符号或非门真值表逻辑表达式：或非逻辑关系：有1出0，全0出1。8.3

译码器与显示器件8.3.2

数码显示器件8.3.1

数码显示译码器译码驱动数码显示译码器输入为8421BCD码，输出为相应的a、b、c、d、e、f、g端的高、低电平，从而使对应的LED发光，构成十进制数码。

[例]

数码显示译码器驱动共阴数码管，若输入的8421BCD码为0110，译码器输出端a、c、d、e、f、g端为高电平，b端为低电平，共阴数码管便显示出数码“6”来。ABCDabcdefg8.3.1

数码显示译码器数码显示译码器真值表动画:数字显示

译码：将二进制代码所表示的特定含义“翻译”出来的过程。

译码电路：实现译码的电路。数码显示译码器：将二进制数码以十进制数码的形式显示出来。常用的数码显示器有半导体数码管和液晶显示器。半导体数码管是将七个发光二极管(LED)按“”形排列封装在一起。1．半导体数码管8.3.2

数码显示器件利用七个LED的不同发光组合，可显示十进制数的十个数码。七段发光二极管的连接方式：共阳极接法共阴极接法对共阴极接法，阳极接高电位时LED发光；阳极接低电位的不发光。对共阳极接法正好相反。8.5.1R

S

触发器8.5

触发器8.5.2主从

JK触发器8.5.3D触发器8.5.4T触发器2．液晶显示器它利用液晶在外电场作用下，能改变其透光性能，形成不同的亮、暗场，从而显示出不同的数字图形。

触发器：具有记忆功能的逻辑部件，有两种相反的稳定输出状态。1．基本RS触发器

(1)电路组成将两个集成与非门的输出端和输入端交叉相接基本RS触发器电路。

(2)符号上加“－”表示低电平低电平有效在符号图中靠近方框处用小圆圈表示，输入有效(负脉冲输入)。输入端，正常时二者总保持相反状态。8.5.1RS触发器定义Q端的状态为触发器的状态。称触发器为1状态；称触发器为0状态；(3)逻辑功能触发器状态为1；且不管触发器原来状态是0还是1态，输出状态均为1态，称置1或置位功能，置1端或置位端。端称为触发器状态为0；触发器保持原状态不变；1011101110011100且不管触发器原来状态是0还是1态，输出状态均为0态，称置0或复位功能，端称为置0端或复位端。(4)逻辑状态表

应禁止不定00保持原状态11置1101置0010逻辑功能Q(5)基本RS触发器工作波形负脉冲触发动画：基本RS触发器2．同步RS触发器触发器的翻转时刻受时钟脉冲CP控制，翻转到什么状态，仍由输入R、S决定。(1)电路组成一个基本RS触发器；一个控制门(G3、G4)同步是指触发器状态的改变与时钟脉冲CP同步进行。。CP端及输入端R、S无小圆圈——正脉冲触发有效。(2)逻辑符号CP=1时，触发器状态由R、S决定(见逻辑状态表)。(3)工作原理CP=0时，G3、G4输出为1，触发器维持原态；动画：可控RS触发器(4)逻辑状态表(5)工作波形

存在问题：在CP=1期间，如果输入信号发生多次变化，触发器的输出就可能发生多次翻转——空翻。(1)电路组成由两个同步RS触发器构成，前一级称主触发器，后一级称从触发器，输入端使用J、K表示，故称JK触发器。从触发器的状态为触发器输出状态。(2)逻辑符号8.5.2主从

JK触发器分别是直接置位端和直接复位端。当＝0和时，触发器被置位为1状态；当＝0时，触发器被直接复位为0状态，与CP无关。DSDRDRDS

当CP=1时，主触发器的状态由输入信号J、K和触发器的原状态决定。(3)工作原理触发器的状态不变。因而主从JK原状态不变。，从触发器被封锁而保持此时，

当CP由1变为0时，主触发器被封锁，状态不变。触发器状态一致。主从状态传送到从触发器JK，主触发器将保存的，从触发器打开，此时,(4)结论主从JK触发器在CP=1时，接收输入信号；在CP下降沿输出相应的状态。符号中CP端的小圆圈表示同步脉冲的下降沿触发。下降沿触发

(5)逻辑状态表(6)

工作波形翻转11置1001置0110保持原状态00逻辑功能QKJ当J=K=1时，触发器工作在计数状态。动画：JK触发器组成动画：JK触发器工作原理符号：CP处不加小圆圈，表明触发器是由CP脉冲的上升沿触发。CP脉冲上升沿到来后触发器的状态，等于上升沿到来之前输入端D的状态。逻辑状态表：工作波形：8.5.3D触发器符号：由CP脉冲的下降沿触发。T等于0时，触发器保持原状态不变；T等于1时，触发器翻转。逻辑状态表：工作波形：翻转1保持原状态0逻辑功能QT是一种只具有保持和翻转逻辑功能的触发器。8.5.4T触发器动画：触发器功能总结8.6

集成时序逻辑电路8.6.1集成计数器8.6.2集成移位寄存器

计数器：对输入脉冲的个数进行计数的电路。由具有记忆功能的触发器组成。一个触发器可以计1位二进制数，n个触发器可计n位二进制数。

同步计数器：计数脉冲同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端。

异步计数器：计数脉冲不是同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端，各触发器翻转有先有后。计数器按数的循环长度分二进制、十进制和任意进制计数器。按计数过程增减分加法、减法和可逆计数器。集成计数器种类繁多，功能完善，可扩展性、通用性较强。T210是集成异步二-五-十进制计数器。外引线排列图逻辑符号R0(1)、R0(2)是复位端；S9(1)、

S9(2)是置位端；Q3、Q2、Q1、Q0是输出端；CP0、CP1是脉冲输入端；UCC接+5V电源；GND接地。1．T210计数器逻辑符号8.6.1

集成计数器电路结构：对应Q0的触发器组成二进制计数器，CP0为脉冲输入端。将Q0与CP1相连，以CP0为脉冲输入端，可构成8421BCD码的十进制计数器。将Q3与CP0相连，以CP1为脉冲输入端，可构成5421BCD码的十进制计数器。内部电路分为两个独立的计数器。对应Q3Q2Q1的触发器组成异步五进制计数器，CP1为脉冲输入端。T210T210功能表可见T210具有清零、置数和记数功能。2．T210计数器的功能表×××CPS9(1)

S9(2)

计数0××0计数×00×计数0×0×计数×0×01