汽车电工电子 课件 单元八 数字电路基础知识

单元八数字电路基础知识汽车电工电子单元八数字电路基础知识数字电路基础知识数字电路基础知识逻辑门电路基本逻辑门电路复合逻辑门电路寄存器数字电路的特点数制和码制关于逻辑电路的几个规定计数器组合逻辑门电路基本数字部件二—十进制显示译码器单元八数字电路基础知识1.了解数字信号与模拟信号的特点及区别。2.了解二进制和十进制的特点。3.理解与门、或门、非门、与非门和异或门的逻辑功能、逻辑表达式、真值表和逻辑符号。4.了解寄存器、计数器和译码器的作用。5.了解数字部件在汽车里的应用。6.了解汽车电子控制系统的组成。1.会进行二进制和十进制的互换。2.会简单分析组合逻辑电路的功能。3.会简单测试74LS20和74LS138的功能。1.培养学生独立思考并分析解决问题的能力。2.培养学生能够在实践中选择与使用恰当的技术、资源和信息技术工具，能够主动与团队成员合作开展工作，完成团队分配的工作，承担团队成员的角色和责任。知识目标能力目标育人目标任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识一、数字电路的特点1.模拟电路和数字电路电子电路中的电信号有两大类：模拟信号和数字信号。（1）模拟信号和模拟电路模拟信号是指在数值上和时间上都是连续变化的信号。处理模拟信号的电路称为模拟电路。（2）数字信号和数字电路数字信号是指在数值上或时间上不连续变化的信号，如图所示。处理数字信号的电路称为数字电路。数字信号任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识2.数字电路的特点（1）数字电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。即三极管工作在饱和区和截止区，而放大区只是其过渡状态。（2）数字电路的研究对象是电路输入与输出之间的逻辑关系，分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表、逻辑函数表达式及波形图等。（3）数字电路结构简单，制造容易，便于集成，成本低。它所组成的数字系统，抗干扰能力强，可靠性高，稳定性好。任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识二、数制和码制1.数制数制是用一组统一的符号和规则表示数的方法。一般都是按照进位方式来实现计数的，称为进位计数制，简称进位制。（1）十进制十进制有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数码，基数为10，其进位规则是“逢十进一”。十进制的各个数位的位权是基数10的幂。对于任意一个十进制数N，可以用位权展开式表示。如：

(3457.3)10=3×103+4×102+5×101+7×100+3×10-1任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识（2）二进制二进制是数字电路中应用最广泛的一种数制。在二进制中，只有0和1两个数码，基数为2。每个数位的位权值是2的幂，其进位规则是“逢二进一”。对于任意一个二进制数N，可以用位权展开式表示。如：

(1101.1)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识（3）数制互换①十进制转换成二进制将十进制数转换为二进制数，其整数部分采用“除2取余倒记法”进行转换。如：将十进制数19转换成二进制数。

即(19)10＝(10011)2。任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识②二进制转换成十进制将二进制数转换为十进制数，采用“乘权相加法”进行转换。

如：

（1011）2=（1×23+1×21+1×20）10=（11）10任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识2.码制码制是指编码的规则，即用数字、字母或符号表示对象或信号的规则。用4位二进制数表示1位十进制数的编码方法称二—十进制编码，简称BCD码。常用的BCD码有8421码、2421码和5421码等。8421BCD码，它每一位的权是固定不变的，按高位到低位排序，依次为8（即23）、4（即22）、2（即21）、1（即20），故称为8421BCD码。任务一数字电路基础知识单元八数字电路基础知识

8421BCD码和十进制数的对应关系见下表：

如：

(147)10＝(000101000111)8421BCD(010110000110)8421BCD=（586）10十进制8421BCD码十进制8421BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识门电路就是一种开关电路，它能按照一定的条件去“开”或“关”。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系（因果关系），所以门电路又称为逻辑门电路。一、关于逻辑电路的几个规定1.逻辑状态的表示方法自然界中存在大量相互对立的逻辑关系，常见的对立逻辑状态如表所示。用数字符号0和1表示相互对立的逻辑状态，称为逻辑0和逻辑1。一种状态高电位有脉冲闭合真亮上是…1另一种状态低电位无脉冲断开假暗下非…0常见的对立逻辑状态任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识2.高、低电平规定

在逻辑电路中，常用高电平、低电平来描述电位的高低，如下图所示。高低电平不是一个固定值，而是一个电平变化范围。在集成逻辑门电路中规定了标准高电平VSH（高电平的下限值）和标准低电平VSL（低电平的上限值）。应用时，高电平应大于或等于VSH；低电平应小于或等于VSL。3.正、负逻辑规定如图所示：正逻辑是指用1表示高电平，用0表示低电平的逻辑体制；负逻辑是指用1表示低电平，用0表示高电平的逻辑体制。高、低电平和正、负逻辑的规定任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识二、基本逻辑门电路基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。与之对应的逻辑门电路就有三种：与门电路、或门电路、非门电路。1.与逻辑和与门电路（1）与逻辑当决定一件事情的几个条件全部具备后，这件事情才能发生，这种因果关系称为与逻辑关系。与逻辑关系可用开关电路表示，如图所示。与逻辑电路任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识（2）与门电路二极管与门电路图（a）为二极管组成的与门电路。它有两个输入端A、B，一个输出端F。

假定输入信号的高定平为+6V，低电平为0V，则按输入信号的不同可分为以下情况：VA=0V，VB

=0V，VD1、VD2均导通，VF=0V（低电平）；VA

=0V，VB=6V，VD1导通，VD2截止，VF=0V（低电平）；VA=6V，VB=0V，VD1截止，VD2导通，VF=0V（低电平）；VA

=6V，VB

=6V，VD1、VD2均导通，VF=6V（高电平）。输入输出VAVBVF0V0V0V0V6V0V6V0V0V6V6V6V与门电平表任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识输入输出VAVBVF0V0V0V0V6V0V6V0V0V6V6V6V与门电平表ABF001101010001与门真值表低电平0V用逻辑0表示高电平6V用逻辑1表示与门逻辑符号与门的逻辑符号如图（b）所示。与门的逻辑功能可概括为“有0出0，全1出1”。与门的逻辑函数表达式为F=A·B=AB任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识

如果与门有四个输入端A、B、C、D，一个输出端Y，则它的逻辑符号应如何画？逻辑表达式应如何写？任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识与逻辑的逻辑运算也叫逻辑乘。逻辑乘的基本运算规则为0·0=00·1=01·0=01·1=1由此可推演出其一般形式为0·A=01·A=AA·A=A任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识2.或逻辑和或门电路（1）或逻辑当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就会发生，这种因果关系称为或逻辑关系。或逻辑关系可用开关电路表示，如图所示。或逻辑电路任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识（2）或门电路图（a）为二极管组成的或门电路。它有两个输入端A、B，一个输出端F。假定输入信号的高电平为+6V，低电平为0V，则按输入信号的不同可分为以下情况：

VA=0V，VB=0V，VD1、VD2均导通，VF=0V（低电平）；VA=0V，VB=6V，VD1截止，VD2导通，VF=6V（高电平）；VA=6V，VB=0V，VD1导通，VD2截止，VF=6V（高电平）；VA

=6V，VB=6V，VD1、VD2均导通，VF=6V（高电平）。

根据以上的分析，可列出或门电路的真值表，如右表所示。ABF001101010111或门真值表二极管或门电路任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识或门的逻辑符号如图（b）所示。或门的逻辑功能可概括为“有1出1，全0出0”。或门的逻辑函数表达式为F=A+B或门逻辑符号或逻辑的逻辑运算也叫逻辑加，其基本运算规则为0+0=00+1=11+0=11+1=1可推演出其一般形式为0+A=A1+A=1A+A=A任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识3.非逻辑和非门电路（1）非逻辑条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生，这种因果关系称为非逻辑关系。非逻辑关系可用开关电路表示，如图所示。非逻辑电路（2）非门电路左下图（a）为三极管组成的非门电路。它有一个输入端A，一个输出端F。假定输入信号的高定平为+6V，低电平为0V，则按输入信号的不同可分为以下情况：三极管非门电路和逻辑符号VA=0V，VT截止，VF=UCC（高电平）；VA=6V，VT饱和导通，VF=0V（低电平）。

根据以上的分析，可列出非门电路的真值表，如左表所示。AF0110非门真值表

任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识三种基本逻辑符号对照任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识三、复合逻辑门电路将基本逻辑门电路组合起来就构成了复合逻辑门电路。1.与非门与非门的逻辑关系是先“与”后“非”,其逻辑电路如图（a）所示,逻辑符号如图（b）所示。与非门逻辑电路和逻辑符号AB001011101110与非门真值表

与非门逻辑功能：

“有0出1，全1出0”任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识2.或非门或非门的逻辑关系是先“或”后“非”,其逻辑电路如图（a）所示,逻辑符号如图（b）所示。AB001010100110或非门真值表

或非门逻辑功能：

“有1出0，全0出1”或非门逻辑电路和逻辑符号任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识3.异或门异或门逻辑电路异或门的逻辑表达式为

通常也写成F=A⊕B异或门逻辑符号AB000011101110异或门真值表

异或门的逻辑功能可概括为：当两个输入端的状态相同时输出为0；反之，输出为1。任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识四、组合逻辑电路1.组合逻辑电路的功能特点组合逻辑电路是由不加反馈（信号从输出返回到输入的反向传输通道）的基本逻辑门电路和复合逻辑门电路组合而成。组合逻辑电路的功能特点是任何时刻电路的输出状态直接由当时的输入状态决定，与电路原有状态无关，电路没有记忆能力。任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识2.组合逻辑电路的分析（1）逻辑代数逻辑代数是研究逻辑电路的数学工具。逻辑代数的变量称为逻辑变量。它只有0和1两种取值。逻辑代数的基本定律如表所示。定律名称基本公式0－1律A·0＝0A·1＝AA＋1＝1A＋0＝A互补律重叠律A·A＝AA＋A＝A交换律A·B＝B·AA＋B＝B＋A结合律A(BC)＝(AB)CA＋(B＋C)＝(A＋B)＋C分配律A(B＋C)＝AB＋ACA＋BC＝(A＋B)(A＋C)反演律(摩根定律)吸收律多余项律逻辑代数基本定律任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识

任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识（2）组合逻辑电路的分析组合逻辑电路分析大致分为四个步骤：第一步根据给定逻辑电路图，写出逻辑函数表达式；第二步化简逻辑函数表达式；第三步列出逻辑函数的真值表；第四步根据真值表或表达式分析、确定电路的逻辑功能。任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识

任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识

任务二逻辑门电路单元八数字电路基础知识第三步列出逻辑函数的真值表。第四步根据真值表或表达式分析、确定电路的逻辑功能。从真值表分析来看，当输入变量A、B、C不完全相同时，输出L＝1；当A、B、C相同时，则L＝0。所以该电路是一种输入不一致鉴别器：当电路输入信号相同时，电路正常工作；当电路输入信号不相同时，发出报警信号。ABCLABCL00001001001110110101110101111110任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识在数字电路中，把一些能够执行某种单一功能的组合逻辑电路和时序逻辑电路称为基本数字部件。一、寄存器寄存器是计算机及数字电子系统中用以存放数据或代码的一种基本逻辑部件。寄存器常分为数码寄存器和移位寄存器两种。1.数码寄存器如图所示为四位数码寄存器。四位数码寄存器任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识四位数码寄存器功能如下：（1）清零。当CR=1时，4个D触发器都全部复位：Q3Q2Q1Q0=0000。

（2）存入数码。当CR=0时，CP上升沿到来，加在并行数码输入端D3

～D0的四个数码，一次性被存入FF3～FF0触发器中，即Q3～Q0上同时存入了这四个数码。（3）保持。当CR=0、CP=0时，各位输出端Q的状态与输入无关。任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识2.移位寄存器右图所示为左移寄存器。其工作过程如下：设寄存器初始状态Q3Q2Q1Q0=0000，输入数据为1011；

第一CP上升沿出现前：Q3Q2Q1Q0=0000，D3D2D1D0=0001；

第一CP上升沿出现时：Q3Q2Q1Q0=0001，D3D2D1D0=0010；

第二CP上升沿出现时：Q3Q2Q1Q0=0010，D3D2D1D0=0101；

第三CP上升沿出现时：Q3Q2Q1Q0=0101，D3D2D1D0=1011；

第四CP上升沿出现时：Q3Q2Q1Q0=1011。左移寄存器CPQ3Q2Q1Q00000010001200103010141011左移寄存器状态表任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识若要将数码从Q3串行输出，只需再经过4个CP脉冲即可。工作波形如图所示。左移寄存器工作波形任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识二、计数器计数器是一种能够记录脉冲数目的装置，是数字电路中最常用的逻辑部件之一。计数器按计数脉冲输入方式分为同步型和异步型，按进位方式分为二进制、十进制和其它进制计数器，按计数功能分为加法、减法和可逆计数器。任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识1.异步二进制加法计数器二进制计数器是各种类型计数器的基础。下图是用JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器。异步二进制加法计数器工作原理为：

每来一个计数脉冲，最低位触发器就翻转一次，而高一位的触发器是在低一位触发器的Q端由1变为0时翻转即以低一位的输出作为高一位的计数脉冲输入。任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识计数脉冲数二

进

制

数计数脉冲数二

进

制

数Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0000008100010001910012001010101030011111011401001211005010113110160110141110701111511114位异步二进制加法计数器状态表4位异步二进制加法计数器工作波形任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识2.异步十进制加法计数器用一个4位的二进制计数器来表示十进制数中的一位，但是，必须剔除其中多余的6种状态。异步十进制加法计数器任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识计数脉冲数8421BCD编码十进制数码Q3Q2Q1Q00000001000112001023001134010045010156011067011178100089100191000000十进制加法计数器状态表十进制加法计数器工作波形任务三基本数字部件单元八数字电路基础知识三、二—十进制显示译码器1.数码显示器

常用的数码显示器有半导体数码管、荧光数码管、辉光数码管、液晶数码管