《电子应用技术项目教程（第4版）》课件 项目8简单抢答器的制作

简单抢答器的制作目录学习目标工作任务知识链接知识小结1.会识别和测试常用TTL、CMOS集成电路产品。2.能完成简单抢答器的制作。了解数字逻辑的概念，理解与、或、非三个基本逻辑关系；熟悉逻辑代数的基本定律和常用公式；掌握逻辑函数的正确表示方法；熟悉逻辑门电路的逻辑功能，了解集成逻辑门的常用产品，掌握集成逻辑门的正确使用。学习目标知识目标能力目标素质目标1.培养逻辑思维及自我学习能力。2.培养创新意识及奉献、专研等职业素养。工作任务A、B、C、D为抢答操作按钮开关。任何一个人先将某一开关按下且保持闭合状态，则与其对应的发光二极管（指示灯）被点亮，表示此人抢答成功；而紧随其后的其他开关再被按下，与其对应的发光二极管则不亮。制作简易型四人抢答器1.实训目标

（1）了解集成逻辑门芯片的结构特点。

（2）体验由集成逻辑门实现复杂逻辑关系的一般方法。（3）掌握集成逻辑门的正确使用方法。（1）各小组制订工作计划。（2）识别简单抢答器电路原理图,明确元器件连接和电路连线。（3）画出装配图。（4）完成电路所需元器件的购买与检测。（5）根据装配图制作抢答器电路。（6）完成抢答器电路功能检测和故障排除。（7）通过小组讨论完成电路的详细分析并撰写任务工单。2.任务要求3.实训电路与说明（1）电路组成

电路原理图如图8.1所示,电路中采用了两种不同的集成门电路,其中,74LS20为双四输入与非门,可以实现4个输入信号与非的逻辑关系。74LS04为六非门,又称反相器,可以实现非逻辑关系。（2）电路的工作过程初始状态（无开关按下）时，a、b、c、d端均为低电平，各与非门的输出端为高电平，反相器的输出则都为低电平（小于0.7V），因此全部发光二极管都不亮。当某一开关被按下后(如开关A被按下),则与其连接的与非门的输入端变为高电平,此与非门的输出端变为低电平,与之相连反相器的输出端为高电平,因此发光二极管L1亮,A组抢答。4.实训设备与元器件

实训设备：数字电路实验装置1台实训器件：双四输入与非门74LS202片，

六非门74LS04（或CH40106）1片，

发光二极管4只，

1kΩ电阻8个，

按钮开关4个，

面包板、配套连接线等。5.安装与调试

图8.2

简单抢答器装配图（1）安装5.安装与调试

图8.2

简单抢答器装配图（2）功能验证①通电后,分别按下A、B、C、D各开关,观察对应发光二极管是否点亮。②当其中某一发光二极管点亮时,再按其他开关,观察其他发光二极管的变化。③分别测试IC芯片输入、输出引脚的电平变化,自拟表格记录测试结果。6.评价反馈

评分表(与项目1任务工单的评分表一样)。8.1逻辑代数的基本知识知识链接逻辑代数又称为布尔代数，是用于描述客观事物逻辑关系的数学方法，也是分析和设计逻辑电路的主要数学工具。逻辑指事物因果关系的规律。例如：开关通为1灯亮为1电位高为1

断为0灭为0低为0逻辑代数中的0和1不表示数量大小，只表示事物的两种对立的状态。

控制楼道照明的开关电路开关A开关B灯合向上合向上亮合向上合向下灭合向下合向上灭合向下合向下亮ABF001010100111ABF均为仅有二个取值的变量，称为逻辑变量。真值表其中A、B为输入变量，F为输出变量。

由上可知，开关的通、断决定了发光二极管的亮、灭，反过来也可以从发光二极管的状态推出开关的相应状态，这样的关系称为逻辑函数关系。它可用逻辑函数式（也称逻辑表达式）来描述，其一般形式为：Y=f（A、B、C、…）。8.1.1逻辑变量和逻辑函数1、基本逻辑运算基本逻辑函数

与逻辑

或逻辑

非逻辑与运算(逻辑乘)

或运算(逻辑加)

非运算(逻辑非)

逻辑运算即逻辑函数的运算，它包括基本逻辑运算和复合逻辑运算两类。8.1.2逻辑运算（1）与逻辑与的含义是只有当决定一事件的所有条件全部具备时，这个事件才会发生。111FAB000001010真值表若有0出0；若全1出1

逻辑表达式

F

=A·B

或

F

=AB多输入变量的与逻辑表达式为F=ABCD…逻辑符号与门(ANDgate)电路或的含义是在决定一事件的各条件中，只要有一个条件具备，这个事件就会发生。000111FA

B101110逻辑表达式

F=A+B多输入变量的或逻辑表达式为F=A+B

+C+D真值表（2）或逻辑有1出1全0出0逻辑符号或门(ORgate)

电路（3）非逻辑真值表00FA

11非的含义是当条件不具备时，事件才发生。逻辑表达式

F

=A

送1出0送0出1逻辑符号

非门(NOTgate)

又称“反相器”

电路（由三种基本逻辑运算组合而成）（1）与非运算先与后非100011FA

B101110（2）或非运算先或后非011100FA

B001010有0出1全1出0有1出0全0出12、复合逻辑运算（3）与或非运算（4）异或和同或运算100011FAB001010100111FAB001010100011FA

B101110

表示一个逻辑函数有多种方法，常用的有：逻辑函数表达式、真值表、卡诺图、逻辑电路图等。它们各有特点，又相互联系，还可以相互转换。1．逻辑函数表达式用与、或、非等逻辑运算表示逻辑变量之间关系的代数式，叫逻辑函数表达式，例如，F=A+B，Y=AB+C+D等。(1)把任意一组变量取值中的1代以原变量,0代以反变量,由此得到一组变量的与组合,如A、B、C三个变量的取值为110时,代换后得到的变量与组合为ABC。(2)把逻辑函数值为1所对应的变量的与组合进行或运算,便得到标准与或逻辑表达式。8.1.3逻辑函数的表示方法2.真值表

列出输入变量的各种取值组合及其对应输出逻辑函数值的表格称真值表。变量函数AＢＡＢA⊕B000011010111100111111100两个变量函数真值表１１１０该函数有两个输入变量，共有4种输入取值组合,分别将它们代入逻辑表达式,并进行求解,可得到相应的输出函数值。例8.1列出函数的真值表。ABF00011011１１１１００００例8.2列出函数的真值表。该函数有3个输入变量，共有23=8种输入取值组合,分别将它们代入逻辑表达式,并进行求解,可得到相应的输出函数值。ABCF000001010011100101110111注意：在列真值表时，输入变量的取值组合应按照二进制递增的顺序排列，这样做既不易遗漏，也不会重复。4.逻辑图

例如画F=+AB的逻辑图反变量用非门实现

与项用与门实现相加项用或门实现运算次序为先非后与再或，因此用三级电路实现之。由逻辑符号及相应连线构成的电路图。

3.卡诺图

卡诺图是图形化的真值表。

逻辑代数表示的是逻辑关系,而不是数量关系,这是它与普通代数的本质区别。逻辑代数的基本定律显示了逻辑运算应遵循的基本规律,是化简和变换逻辑函数的基本依据。这些定律有其自身的特性,但也有一些和普通代数相似,因此要严格区分,不能混淆。在逻辑代数中只有与逻辑、或逻辑和非逻辑3种基本运算。根据这3种基本运算可以导出逻辑代数的基本法则和定律,如表8.6所示。8.1.4逻辑代数的基本定律8.2逻辑门电路的基础知识知识链接

逻辑门电路：能实现一些基本逻辑关系的电路。简称门电路或逻辑元器件。

基本门电路有与门、或门、非门。8.2.1基本逻辑门电路

门电路可以由二极管、三极管及阻容等分立元件构成，也可由TTL型或CMOS型集成电路构成。三种基本门电路逻辑关系逻辑表达式电路组成逻辑功能简述逻辑符号与Y=A·B全1出1见0出0或Y=A+B全0出0见1出1非见0出1见1出0常见的复合门电路与非门

异或门

同或门

或非门

与或非门

8.2.2复合逻辑门

异或门同或门几种常见的复合门电路逻辑关系逻辑表达式逻辑功能简述逻辑符号与非全1出0见0出1或非全0出1见1出0与或非只要有1个乘积项为1,则输出为0;其余输出全为1异或相同出0相异出1同或相同出1相异出08.2.3TTL集成门电路

TTL集成门电路，即晶体管-晶体管逻辑（Transistor-transistorLogic）电路，该电路的内部各级均由晶体管构成。

74LS00四2输入与非门的逻辑电路芯片结构及引脚1.常用的TTL集成门（1）TTL与非门74LS00内含四个2输入与非门，辑表达式为：74LS20内含两个4输入与非门，逻辑表达式为：74LS20的引脚排列图（2）TTL与门74LS08内含四个2输入与门，辑表达式为：Y=AB74LS08的引脚排列图（3）TTL非门74LS04内含6个非门，逻辑表达式为：74LS04的引脚排列图（4）TTL或非门74LS02内含四个2输入或非门，辑表达式为：74LS02的引脚排列图（5）TTL异或门74LS86内含四个2输入异或门，逻辑表达式为：74LS04的引脚排列图（6）TTLOC门

OC门主要用途：（1）实现“线与”（2）驱动显示（3）电平转换返回74LS03内含四个2输入TTLOC门，辑表达式为：74LS03的引脚排列图（7）三态输出门（TSL门）控制端高电平有效的三态功能表EN（控制端）Y（输出端）EN=1

（正常）EN=0Y呈高阻（悬空）

控制端低电平有效的三态功能表

（控制端）Y（输出端）

（正常）Y呈高阻（悬空）三态输出门的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，简称三态门。2、TTL集成门电路参数（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL

UOH典型值3.6V,UOL典型值0.3V。对通用的TTL与非门，UOH≥2.4V，UOL≤0.4V。（2）阈值电压UTH当Ui＜UTH时，输出高电平UOH保持不变；当Ui＞UTH

后，输出很快下降为低电平UOL并保持不变。（3）扇出系数N0与非门带负载能力。对TTL与非门，N0≥8。（4）平均传输延迟时间tpd

TTL与非门的理想传输特性TTL与非门的传输延迟时间从输入脉冲上升沿的50%处起到输出脉冲下降沿的50%处止的时间称为导通延迟时间tpd1。从输入脉冲下降沿的50%处起到输出脉冲上升沿的50%处止的时间称为截止延迟时间tpd2。tpd1和tpd2的平均值称为平均传输延迟时间tpd。它是表示门电路开关速度的一个参数。tpd越小，开关速度就越快，所以此值越小越好。在集成与非门中，TTL与非门的开关速度比较高。典型值是3～4ns。

ICCL是指输出为低电平时，该电路从直流电源吸取的直流电流。ICCH是指输出为高电平时，该电路从直流电源吸取的直流电流，通常ICCH＜ICCL。（5）输出低电平时电源电流ICCL和输出高电平时电源电流ICCH3.TTL集成门电路使用注意事项（1）TTL电路（OC门、三态门除外）的输出端不允许并联使用，也不允许直接与+5V电源或地线相连。（2）多余输入端的处理或门、或非门等,多余输入端不能悬空，只能接地。与门、与非门等,多余输入端可以做如下处理：①悬空：相当于接高电平；②与其他输入端并联使用：可增加电路的可靠性；③直接或通过电阻（100Ω～10KΩ）与电源相接以获得高电平输入。（3）电源滤波。一般可在电源的输入端并接一个100μF的电容作为低频滤波，在每块集成电路电源输入端接一个0.01～0.1μF的电容作为高频滤波。（4）严禁带电操作。电源滤波CMOS门电路是由N沟道增强型MOSFET和P沟道增强型MOSFET构成的一种互补对称场效应管集成门。8.2.4

CMOS集成门（1）CMOS与非门

CD4011是一种常用的四2输入与非门CD4011（四2输入与非门）（2）CMOS反相器

CD40106是一种常用的六输入反相器CD40106（六输入反相器）1.常用CMOS集成门

CC4016模拟开关真值表控制端开关通道1导通0截止（3）CMOS传输门CC4016是4双向模拟开关传输门CC4016的逻辑符号CC4016的引脚排列图

（1）静态功耗低（2）电源电压范围宽从3～18V均可正常工作。（3）抗干扰能力强

输出高、低电平的差值大。（4）制造工艺较简单。（5）集成度高，宜于实现大规模集成。（6）缺点是速度比74LS系列慢。2．CMOS门电路的主要特点(1)应注意存放的环境,防止外来感应电势将栅极击穿。(2)焊接时不能使用25W以上的电烙铁,通常采用20W内热式烙铁,并用带松香的焊锡丝,焊接时间不宜过长,焊接量不宜过大。(3)CMOS集成门电路不用的输入端,不允许悬空,必须按逻辑要求接VDD或VSS,否则不仅会造成逻辑混乱,而且容易损坏器件。输出端不允许直接与VDD或VSS连接,否则将导致器件损坏。(4)VDD接电源正极,VSS接电源负极(通常接地),不允许反接,在接装电路、插拔电路器件时,必须切断电源,严禁带电操作。(5)器件的输入信号不允许超出电压范围,若不能保证这一点,则必须在输入端串联限流电阻,以起到保护作用。(6)所有测试仪器,外壳必须良好接地。若信号源需要换挡,则最好先将输出幅度减到最小。3.CMOS集成门电路使用注意事项8.3不同类型集成门的接口知识链接

不同类型集成门电路在同一个数字电路系统中使用时，考虑门电路之间的连接问题。门电路在连接时，前者称为驱动门，后者称为负载门。驱动门必须能为负载门提供符合要求的高、低电平和足够的输入电流，具体条件是：驱动门负载门连接条件UOH

＞

UIHUOL

＜

UILIOH

＞

IIHIOL

＞

IILTTL系列和CMOS系列的参数比较参数TTL集成门CMOS集成门CT74SCT74LSCT74ASCT74ALS4000CC74HCCC74HCT电源电压/V5555555UOH/V2.72.72.72.74.954.94.9UOL/V0.50.50.50.50.050.10.1IOH/mA-1-0.4-2-0.4-0.51-4-4IOL/mA2082080.5144UIH/V22