电工电子技术基础 王慧丽 第2版 课件 第7、8章 数字电路基础、基本数字器件

第7章数字电路基础7.1脉冲数字电路的基本概念及二进制数7.1.1数字信号与数字电路7.1.2数制与码制7.2门电路7.2.1基本逻辑门电路7.2.2复合逻辑门电路7.2.3组合逻辑电路的分析与设计7.2.4TTL集成门电路7.3集成触发器7.3.1RS触发器7.3.2边沿JK触发器认识与功能测试7.3.3边沿D触发器认识与功能测试7.1脉冲数字电路的基本概念及二进制数7.1.1数字信号与数字电路电子电路中的信号

模拟信号

随时间连续变化的信号

数字信号

时间和幅度都是离散的

模拟信号：在时间上或数值上是连续的模拟电路：分析信号的幅值、相位、频率的变化和关系等

数字信号：

在时间上和数值上都是离散的

应用于：产品数量统计

数字表盘的读数

数字电路：

只关心输入和输出的逻辑关系数字电路的特点

电路抗干扰能力强，传输可靠；

信息便于长期存储，易于控制精度

集成度高、容易小型化。

通讯技术

数字化测量；

数控化生产；数字电路的应用7.1脉冲数字电路的基本概念及二进制数7.1.1数制与码制1.十进制（1）

表示数的数码有十个：0

~9；

特点：以10为基数，“逢十进一”；

表示方法：10的幂相加一、数制十进制（2）2.二进制

表示数的数码有2个：0和1；

特点：以2为基数，“逢二进一”；

表示方法：10的幂相加3.十-二进制转换

二进制数转换为十进制数：按权展开，逐个相加

十进制数转换为二进制数

整数部分：除2取余，由下而上；小数部分：乘2取整，由上而下二、码制BCD码是用四位二进制码来表示相应的十进制数的一种码制，称二—十进制码。其中常用的8421BCD码是一种有权码，各位的位权分别是：8、4、2、1；8421BCD码与相应十进制数的关系如下表所示：7.2门电路7.2.1基本逻辑门电路“与”门实验电路与逻辑符号图1.与逻辑：“与”逻辑可用下图所示的电路来说明。1.只有开关SA1和SA2都闭和时，灯才会亮。这种灯亮与开关的关系就是“与”逻辑关系。2.可表述为：只有当决定一件事情的所有条件都具备时，事件才能发生。这种因果关系称与逻辑关系，3.可以表示为Y=A·B。

ABY000010100111“与”门真值表基本门电路“或”门实验电路与逻辑符号图2.或逻辑：开关SA1和SA2只要有一个闭和时，灯就会亮。这种灯亮与开关的关系就是“或”逻辑关系。可表述为：当决定一件事情的所有条件中，只要具备一个条件时，这件事就会发生。这种因果关系称或逻辑关系，可以表示为Y=A+B。ABY000011101111“或”门真值表“非”门实验电路与逻辑符号图3.非逻辑：当决定事件的条件具备了，事件没有发生；反而当决定事件的条件不具备时，事件发生了。这种因果关系称非逻辑关系，可以表示为Y=AY0110“非”门真值表7.2门电路7.2.2复合逻辑门电路1.与非门逻辑关系可总结为“见0输出1，全1输出0”，逻辑表达式为

常用的集成芯片74LS00（2输入四与非门）。ABY000011101110“与非”门逻辑符号图“与非”门真值表2.或非门逻辑表达式为

常用的集成芯片74LS02（2输入四或非门）。ABY001010100110“或非”门逻辑符号图“或非”门真值表3.异或门异或门的逻辑表达式为

逻辑关系可描述为：“相异出1，相同为0"集成芯片74LS86（2输入四异或门）；ABY000011101110“异或”门逻辑符号图“异或”门真值表4.同或门同或门的逻辑表达式为

逻辑关系可描述为“相同出1，相异为0”

ABY001010100111“同或”门逻辑符号图“同或”门真值表7.2门电路7.2.3组合电路分析与设计

一、逻辑函数的表示方法

1.真值表

2.函数表达式

3.逻辑图

4.卡诺图【例7.1】画出实现函数F=AB+BC+CA的逻辑图。【例7.2】根据真值表写出函数表达式。ABCY000

0001

1010

1011

0100

0101

1110

1111

0

二、逻辑函数的化简方法：公式法和卡诺图1.公式法基本公式

基本定律

最小项的概念与性质

※最小项的定义和编号

2.卡诺图法

n个变量有2n种组合，可对应写出2n个乘积项，这些乘积项均具有下列特点：包含全部变量每个变量在该乘积项中(以原变量或反变量)只出现一次这样的乘积项称为这n个变量的最小项，也称为n变量逻辑函数的最小项。

卡诺图法的性质事例说明如何根据输入变量组合写出相应最小项？

将输入变量取值为1的代以原变量，取值为0的代以反变量，则得相应最小项。

最小项的基本性质

※对任意一最小项，只有一组变量取值使它的值为1，而其余各种变量取值均使其值为0。※不同的最小项，使其值为1的那组变量取值也不同。※对于变量的任一组取值，任意两个最小项的乘积为0。※对于变量的任一组取值，全体最小项的和为1。

④卡诺图法化简方法（1）将n变量的2n个最小项用2n个小方格表示，并且使相邻最小项在几何位置上也相邻且循环相邻，这样排列得到的方格图称为n变量最小项卡诺图，简称为变量卡诺图。④卡诺图法化简方法（2）④卡诺图法化简方法（3）已知最小项如何找相应小方格？例如：

原变量取1，反变量取0。如何写出卡诺图方格对应的最小项？⑤利用卡诺图法化简三人表决逻辑表达式7.2门电路7.2.4TTL集成门电路1.TTL集成门电路认识（1）TTL集成门的类型很多,那么如何识别它们?各类型之间有何异同?如何选用合适的门?（1）各系列

TTL集成门的比较与选用用于民品用于军品

具有完全相同的电路结构和电气性能参数，CT74系列温度范围：0~70OC，CT54系列温度范围：-55~+125OC，因此CT54系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。

※按工作温度和电源允许变化范围不同分为CT74系列

CT54系列1.TTL集成门电路认识（2）（2）按平均传输延迟时间和平均功耗不同分

CT74系列CT74L系列(即低功耗TTL简称LTTL)

CT74H系列(即高速TTL简称HTTL)CT74S系列(即肖特基TTL简称STTL)

CT74AS系列(即先进肖特基TTL简称ASTTL)

CT74LS系列(即低功耗肖特基TTL简称LSTTL)CT74ALS系列(即先进低功耗肖特基TTL简称LSTTL)

2.TTL集成门电路的使用要点（1）电源电压用+5V,74系列应满足5V

5%。

（2）输出端的连接：

普通TTL门输出端不允许直接并联使用。

三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。

集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源VCC之间应接负载电阻RL。

输出端不允许直接接电源VCC或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。

3.多余输入端的处理4.TTL集成OC门电路OC门应用—实现线与两个或多个OC门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。

5.TTL集成三态门电路※应用（1）构成单向总线（2）构成双向总线6.CMOS集成门电路认识7.3集成触发器7.3.1RS触发器双稳态触发器一种具有记忆功能的逻辑单元电路，能储存一位二进制码。特点：1.有两个稳定状态：

“0”态和“1”态；2.能根据输入信号将触发器的输出状态置成“1”或“0”态。3.具有记忆功能，即：撤销输入信号后，输出的“0”或“1”态能保存下来。该触发器由两个与非门A和B构成。1.基本R-S触发器通常情况下，两个输出端的状态保持相反。

Q=1，Q=0时，称为“1”态。

Q=0，Q=1时，称为“0”态。基本R-S触发器原理图逻辑符号2.工作原理及逻辑功能（触发器被置0）2.工作原理及逻辑功能（触发器被置1）3.触发器基础知识7.3集成触发器7.3.2边沿JK触发器1.边沿触发器的优点

边沿触发器仅在上升沿触发或下降沿触发

激励端的信号在触发信号的前后几个延迟时间内保持不变，便可以稳定地根据特征表工作。

边沿触发器具有较强的抗干扰能力，可靠性高。2.边沿JK触发器边沿JK触发器逻辑电路特征方程（CP下降沿时刻有效）（1）逻辑电路和符号（1）CP=0时，触发器的状态不变。（2）CP由0跳变到1时，触发器状态不变。（3）CP由1跳变到0时，触发器的状态根据J、K端的输入信号确定：

①J=0、K=0时，触发器保持原状态不变。

②J=0、K=1时，触发器置0状态。

③J=1、K=0时，触发器置1状态。

④J=1、K=1时，触发器状态翻转。若原为0状态，则翻转为1状态；若原为1状态，则翻转为0状态。（2）工作原理（3）边沿JK触发器的特点边沿JK触发器的逻辑符号边沿JK触发器的特点①边沿触发，即CP边沿到来时，状态发生翻转。无同步触发器的空翻现象。②功能与同步JK触发器相同。使用方便灵活。③抗干扰能力极强，工作速度很高。曾用符号国际符号（4）边沿JK触发器集成芯片引脚图74LS112芯片引脚图74LS112属于双JK触发器,以CP下降沿触发。⑴能够根据图示学会测试JK触发器功能；⑵根据测试结果，写出特征表（真值表）。7.3集成触发器7.3.3边沿D触发器1边沿D触发器功能测试(1)电路结构、逻辑符号和逻辑功能

D触发器功能表

(2)边沿D触发器波形图试对应输入波形画出下图中

Q端波形(设触发器初始状态为

0)。同步触发器在CP=1期间能发生多次翻转，这种现象称为空翻。CP

=

1，同步

D

触发器次态跟随

D

信号（3）D触发器的特性表、特性方程、驱动表和状态转换图

特性方程同步D触发器状态转换图

Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD触发器特性表

00001111D触发器驱动表

010100011011DQn

Qn+1无约束（4）边沿D触发器集成芯片引脚图74LS74芯片引脚图74LS74属于双D触发器,以CP上升沿触发。⑴能够根据图示学会测试D触发器功能；⑵根据测试结果，写出特征表（真值表）。第8章基本数字器件8.1计数器8.1.1计数器的分类8.1.2二进制计数器8.1.3十进制计数器8.2寄存器8.2.1寄存器概述8.2.2数码寄存器8.2.3移位寄存器8.3译码器8.3.1二进制译码器8.3.2二—十进制译码器CT74LS42芯片认识与功能测试8.3.3数码显示译码器及七段显示器8.1计数器8.1.1计数器的分类计数器的分类计数器的作用与分类

计数器(Counter)用于计算输入脉冲个数，还常用于分频、定时等。计数器分类如下：

1.按时钟控制方式不同分：异步计数器

同步计数器

同步计数器比异步计数器的速度快得多。2.按计数增减分：加法计数器

减法计数器

加/减计数器(又称可逆计数器)

对计数脉冲作递增计数的电路。

对计数脉冲作递减计数的电路。

在加

/

减控制信号作用下，可递增也可递减计数的电路。

3.按计数进制分：二进制计数器

十进制计数器

任意进制计数器(又称N进制计数器)按二进制数运算规律进行计数的电路

按十进制数运算规律进行计数的电路。

二进制和十进制以外的计数器8.1计数器8.1.2二进制计数器

二进制计数器

1.异步二进制计数器

电路构成

JK触发器构成的异步二进制加法计数器☆2.异步二进制计数器的构成方法

将触发器接成计数触发器，然后级联，将计数脉冲CP从最低位时钟端输入，其他各位时钟端接法如下表：CPi

=Qi-1CPi=Qi-1减法计数

CPi=Qi-1CPi

=Qi-1加法计数

下降沿触发式

上升沿触发式

计数触发器的触发信号接法计数规律

8.1计数器8.1.3十进制计数器

1.8421BCD码十进制计数器的设计思想：

在4位二进制计数器基础上引入反馈；

强迫电路在计至状态1001后就能返回初始状态0000；

利用状态0000~1001实现十进制计数。

十进制计数器由主从型JK触发器组成的四位异步十进制加法计数器2.十进制计数器原理图3.十进制计数器的状态表4.集成异步计数器CT74LS290（1）构成异步五进制计数器构成1位二进制计数器4.集成异步计数器CT74LS290（2）构成8421BCD码异步十进制计数器8.2寄存器8.2.1寄存器概述寄存器概述

组合逻辑电路中当前的输出由当前的输入决定，一但输入改变，输出就随之改变

希望能够把输入信号暂时存储起来

寄存器是用来存放数码或指令等的逻辑部件。按功能分数码寄存器移位寄存器8.2寄存器8.2.2数码寄存器数码寄存器功能：寄存数码和清除原有数码1.并行输入方式数码寄存器2.并行输出方式8.2寄存器8.2.3移位寄存器移位寄存器功能：能寄存数码

还有移位功能移位寄存器电路原理图1.移位寄存器工作原理数据依次向左移动，称左移寄存器，

输入方式为串行输入移位寄存器2.左移寄存器3.四位左移寄存器状态表移位寄存器8.3译码器8.3.1二进制译码器二进制译码器☆1.知识引入从计算机键盘上输入0-9十进制数，在屏幕上显示0-9，在其中经历了几个过程？键盘输入信号编码器：将键盘信号编制成计算机能识别的二进制代码0000-1001译码器：将代码含义译成特定的输出信号译码带驱动驱动器0123456789显示器2.译码的概念与类型