汽车电工与电子技术 课件 项目8 数字电路基础

数字电路Thedigitalcircuit

在电子电路中，描述各种物理量的电信号分为模拟信号(Analogsignal)和数字信号（Digitalsignal）

两大类。为了便于信息存储、分析和传输，常常将模拟信号转换成数字信号，利用数字逻辑这一强有力的工具来分析和设计复杂的数字电路或数字系统。了解数字电路的基本概念和特点，各种数制与码制及其转換规律，能叙述逻辑代数和其运算法则。掌握各种门电路、触发器、寄存器、计数器等电路的原理及逻辑功能。了解555定时器的工作原理。掌握常用汽车集成电路在汽车电子电路中的具体应用。能查阅相关数字电路手册，了解各种数字集成电路的引脚排列、性能特点和使用方法。学习目标6.1组合逻辑门电路6.1.1数字电路的基本概念1．数字信号数字信号：随时间不连续变化和突变的电信号，也称为脉冲信号。（1）脉冲幅度A：脉冲信号变化的最大值。（2）脉冲上升时间tr：从脉冲10%的幅度上升到90%所需的时间。（3）脉冲下降时间tf：从脉冲90%的幅度下降到10%所需的时间。（4）脉冲宽度tp：从上升沿50%幅度到下降沿50%幅度所需时间。（5）脉冲周期T：周期性脉冲信号前后两次出现的间隔时间。（6）脉冲频率f：单位时间内的脉冲数。2．数字电路的特点信号方面：为脉冲信号，只有“有”和“无”（或“大”和“小”）两种信号状态。数字电路对信号易于识别，抗干扰能力较强。结构方面：多采用集成电路。分析方法方面：主要研究电路的输入端与输出端之间的逻辑关系。功能方面：它可以方便地对信号进行各种运算处理；还可以模拟人脑进行逻辑判断、逻辑思维，因此可以制成数字电子计算机，使设备装置实现智能化。

正逻辑：高电平用“1”表示，低电平用“0”表示。6.1.2

数制与编码1．数制表示数值大小的各种计数方法称为计数体制，简称数制。二进制数转换成十进制数的方法是按权展开，再求各位数值之和。1．数制十进制整数转换为二进制数的常用方法是除二取余法。2．编码用数字或某种文字符号来表示某一对象和信号的过程叫编码。在数字系统中，任何信息包括各种特定的对象、信号等需要转化为二进制代码来处理。

将十进制数的0~9十个数字用二进制数表示的代码，称为二－十进制码，又称BCD码。

常用的二－十进制码为8421BCD码，它取了四位自然二进制数的前10种组合，即0000(0)～1001(9)。

8421BCD码二进制十进制二进制十进制0000001106

0001101117

00102

100080011310019

01004010156.1.3逻辑门电路(Logicgate)1．基本逻辑门电路（1）逻辑与和与门电路逻辑表达式：Y=A·B=AB

输入AB输出Y000010100111

与门状态表

逻辑关系：有0出0，全1为1。&ABY（2）逻辑或和或门电路逻辑表达式：Y=A+B

或门状态表

逻辑关系：有1出1，全0出0。输入AB输出Y000011101111≥1

ABY（3）逻辑非和非门电路逻辑表达式：

非门状态表

逻辑关系：入1出0，入0出1。AY01101YA2．复合逻辑门电路（1）与非门电路逻辑关系：有0出1，全1出0。逻辑表达式：

（2）或非门电路逻辑关系：有1出0，全0出1。逻辑表达式：

（3）异或门电路逻辑关系：同则出0，不同出1。逻辑表达式：

（4）同或门电路逻辑关系：同则出1，异则出0。逻辑表达式：

3．集成逻辑门电路（1）TTL与非门电路对于TTL门电路，接地或串联小电阻接地，相当于接低电平；接电源、悬空或串联大电阻接地相当于接高电平。（2）TTL三态输出与非门当EN有效时，相当于与非门；当EN无效时，不管A、B的状态如何，输出端开路，总处于高阻态或禁止状态。图6.17三态输出与非门逻辑符号6.1.4组合逻辑电路1．逻辑代数运算法则与定律（1）基本运算规则（2）基本代数规律（3）吸收规则（4）反演定理2．组合逻辑电路的分析(Theanalysisoftheassemblylogiccircuit)（1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；（2）化简和变换各输出端的逻辑表达式；（3）列出真值表；（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑进行分析，最后确定其功能。

步骤：3．组合逻辑电路的设计（1）对设计要求进行分析，确定输入、输出变量，及它的逻辑赋值（什么时候为1，什么时候为0）；（2）根据逻辑功能列出真值表，如果状态赋值不同，得到的真值表也不一样；（3）根据真值表写出逻辑表达式；（4）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。

步骤：4．编码器(encoder)用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码(coding)。在数字电路中用二进制代码表示有关信号，称为二进制代码。用来完成编码工作的逻辑电路称为编码器。将某种信号编成二进制代码的电路称为二进制编码器。（1）二进制编码器二–十进制编码器执行的逻辑功能是将十进制数的0～9十个数编为二–十进制代码，由4位二进制代码来表示。（2）二–十进制编码器5．译码器(decoder)译码器是编码器的逆过程，它的功能是将二进制代码按编码时的原意转换为相应的信息状态。能实现译码功能的电路称译码器。8421BCD译码器是常用的能将二进制代码译成对应输出信号的数字电路。（1）3线–8线译码器把4位BCD代码0000~1001译成10个高、低电平输出信号，又称4线–10线（4/10）译码器。（2）二–十进制译码器（3）显示译码器最常用的显示译码器是直接驱动半导体数码管的七段显示译码器。6.2时序逻辑电路(Temporallogiccircuit)触发器是组成时序逻辑电路的基本部件。它在某一时刻的输出状态不仅与该时刻的输入信号有关,还与电路原来的输出状态有关。时序逻辑电路的特点：触发器分为：RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。

（1）具有0和1两个稳定状态。在触发信号作用下,可以从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。

（2）具有记忆功能。

触发器的状态不仅和当时的输入有关,而且和以前的输出状态有关,这是触发器和门电路的最大区别。双稳态触发器的特点：6.2.1集成触发器(Thetrigger)1．基本RS触发器（1）基本RS触发器的结构（2）基本RS触发器的工作原理Qn+100不定01010111Qn-R-S-

S-

QQ-R基本RS触发器状态表2．可控RS触发器（1）可控RS触发器的结构（2）可控RS触发器的工作原理3．JK触发器（1）JK触发器的结构（2）JK触发器的工作原理CPJKQn+1功能00Qn保持010复位101置111翻转计数

JK触发器是在CP从l

跳变为0时翻转的，称时钟脉冲下降沿触发。这种在时钟脉冲边沿触发的触发器称边沿触发器，而由时钟脉冲的高电平或低电平触发的触发器（如RS触发器）称电平触发器。边沿触发器能够避免电平触发器在计数时可能会发生“空翻”现象。4．D触发器6.2.2寄存器

寄存器是一种重要的数字电路元件，常用来暂时存放数据、指令等。寄存器由若干触发器组成，一个触发器只能存放一位二进制数。连接方式

并行输入、并行输出

串行输入、串行输出

并行输入、串行输出

串行输入、并行输出

1．数码寄存器2．移位寄存器2．移位寄存器6.2.3计数器在数字电路和计算机中，计数器是最基本的部件之一，它能累计输入脉冲的个数。1．二进制计数器（1）同步二进制加法计数器（2）异步二进制加法计数器2．十进制计数器6.2.4555定时器1．555电路的工作原理（a）内部框图（b）引脚排列图6.38555定时器内部框图及引脚排列2．555定