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数字电路基础知识
第11章数字电路基础知识
教学重点:
1.掌握与门、或门、非门的逻辑功能及逻辑符号。
2.了解与或非门、同或门、异或门、OC门与三态门等复合门的逻辑功能和逻辑符号。
3.掌握基本逻辑运算、逻辑函数的表示方法。
4.掌握逻辑代数的基本公式;熟练应用公式化简逻辑函数。
教学难点:
1.各种逻辑关系的含义。
2.用公式化简逻辑函数。
3.根据函数表达式画出逻辑图。
序号
内容
学时
1
11.1数字电路概述
0.5
2
11.2基本逻辑门电路
1.5
3
11.3组合逻辑门电路
2
4
11.4逻辑代数及其在逻辑电路中的应用
2
5
本章小结与习题
2
6
本章总学时
8
学时分配:
11.1数字电路概述
11.1.1数字电路及其特点
电子线路中的电信号有两大类:
模拟信号和数字信号。
1.概念
模拟信号:
在数值上和时间上都是连续变化的信号。
数字信号:
在数值上和时间上不连续变化的信号。
模拟电路:
处理模拟信号的电路。
数字电路:
处理数字信号的电路。
2.数字电路特点
(1)电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。
(2)研究对象是电路的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。
11.1.2数字电路的发展和应用
数字电路的发展:
与器件的改进密切相关,集成电路的出现促进了数字电路的发展。
数字电路的应用:
范围广泛,国民经济许多部门中都将大量应用数字电路。
11.2基本逻辑门电路
各种逻辑门电路是组成数字电路的基本单元。
11.2.1关于逻辑电路的几个规定
一、逻辑状态的表示方法
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。
表11.2.1常见的对立逻辑状态示例
一种状态
高电位
有脉冲
闭合
真
上
是
⋯
1
另一种状态
低电位
无脉冲
断开
假
下
非
⋯
0
二、高、低电平规定
用高电平、低电平来描述电位的高低。
高低电平不是一个固定值,而是一个电平变化范围,如图11.2.1(a)所示。
图11.2.1正逻辑和负逻辑
单位用“V”表示。
在集成逻辑门电路中规定——
标准高电平VSH——高电平的下限值;
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。
三、正、负逻辑规定
正逻辑:
用1表示高电平,用0表示低电平的逻辑体制。
负逻辑:
用1表示低电平,用0表示高电平的逻辑体制。
11.2.2与门电路
基本的逻辑关系:
与逻辑、或逻辑和非逻辑。
一、与逻辑
1.与逻辑关系
与逻辑关系如图11.2.2所示。
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,否则不发生。
图11.2.2用串联开关说明与逻辑关系图11.2.3与门电路
2.与门电路,如图11.2.3(a)所示。
A、B输入端;Y——输出端。
3.逻辑符号,如图11.2.3(b)所示。
二、工作原理
1.工作原理
动画与门电路
2.逻辑函数式
Y=A⋅B
或Y=A⋅B
或Y=AB(11.2.1)
3.真值表
真值表——表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表。
表11.2.2与门真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
图11.2.4四输入端与门
4.逻辑功能
如图11.2.4所示,与门逻辑功能为:
“有0出0,全1出1”。
即
Y=ABCD
说明:
输入端不论是几个,逻辑关系相同。
11.2.3或门电路
一、或逻辑
1.或逻辑关系
或逻辑关系如图11.2.5所示。
当决定一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足,这件事情就会发生。
2.或门电路
或门电路如图11.2.6(a)所示。
3.逻辑符号
或门的逻辑符号如图11.2.6(b)所示。
图11.2.5用并联开关说明或逻辑关系图11.2.6或门电路
二、工作原理
1.工作原理
VA=0V,VB=0V,V1、V2均截止,Y=-12V;
VA=6V,VB=0V,V1导通,V2截止,Y=6V;
VA=0V,VB=6V,V1截止,V2导通,Y=6V;
VA=6V,VB=6V,V1、V2均导通,Y=6V。
2.逻辑函数式
Y=A+B(11.2.2)
3.真值表
表11.2.3或门真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
图11.2.7四输入端或门
4.逻辑功能
或门的逻辑功能为“全0出0,有1出1”,其逻辑表达式为
Y=A+B+C+D
说明:
输入端不论是几个,逻辑关系是相同的,如图11.2.7所示。
11.2.4非门电路
一、非逻辑关系
1.非逻辑关系
非逻辑关系:
事情和条件总是相反状态。
图11.2.8非门电路
2.非门电路
非门电路如图11.2.8(a)所示。
3.逻辑符号
非门逻辑符号如图11.2.8(b)所示。
二、工作原理
1.工作原理
VA=6V,V导通,Y=0;
VA=0V,V截止,Y=VG。
2.逻辑函数式为
(11.2.3)
3.真值表
表11.2.4非门真值表
输入
输出
A
Y
0
1
1
0
4.逻辑功能:
有0出1,有1出0。
11.3组合逻辑门电路
实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。
11.3.1几种常见的简单组合门电路
一、与非门
1.电路组成
图11.3.1与非门
在与门后面接一个非门,就构成了与非门,如图11.3.1所示。
2.逻辑符号
在与门输出端加上一个小圆圈,就构成了与非门的逻辑符号。
3.函数表达示式
与非门的函数逻辑式为
(11.3.1)
4.真值表
表11.3.1给出了与非门的真值表。
5.逻辑功能
与非门的逻辑功能为“全1出0,有0出1”。
表11.3.1与非门真值表
A
B
A⋅B
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
二、或非门
图11.3.2或非门
1.电路组成
在或门后面接一个非门就构成了或非门,如图11.3.2所示。
2.逻辑符号
在或门输出端加一小圆圈就变成了或非门的逻辑符号。
3.逻辑函数式
或非门逻辑函数式为
(11.3.2)
4.真值表
表11.3.2给出了或非门的真值表。
表11.3.2或非门真值表
A
B
A⋅B
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
5.逻辑功能
或非门的逻辑功能为“全0出1,有1出0”。
图11.3.3与或非门
三、与或非门
1.电路组成
把两个(或两个以上)与门的输出端接到一个或非门的各个输入端,就构成了与或非门。
与或非门的电路如图11.3.3(a)所示。
2.逻辑符号
与或非门的逻辑符号如图11.3.3(b)所示。
3.逻辑函数式
与或非门的逻辑函数式为
(11.3.3)
4.真值表
表11.3.3给出了与或非门真值表。
表11.3.3与或非门真值表
A
B
C
D
Y
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
5.逻辑功能
与或非门的逻辑功能为:
当输入端中任何一组全为1时,输出即为0;只有各组输入都至少有一个为0时,输出才为1。
图11.3.4异或门
四、异或门
1.电路组成
异或门的电路如图11.3.4(a)所示。
2.逻辑符号
异或门的逻辑符号如图11.3.4(b)所示。
3.逻辑函数式
异或门的逻辑函数式为
(11.3.4)
上式通常也写成
Y=A⊕B(11.3.5)
4.真值表
表11.3.4给出了异或门真值表。
表11.3.4异或门真值表
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
5.逻辑功能:
当两个输入端的状态相同(都为0或都为1)时输出为0;反之,当两个输入端状态不同(一个为0,另一个为1)时,输出端为1。
6.应用:
判断两个输入信号是否不同。
图11.3.5同或门
五、同或门
1.电路组成
在异或门的基础上,最后加上一个非门就构成了同或门,如图11.3.5(a)所示。
2.逻辑符号
同或门逻辑符号如图11.3.5(b)所示。
3.逻辑函数式
同或门逻辑函数式为
(11.3.6)
同或门逻辑函数式通常也写成
Y=A⊙B(11.3.7)
4.真值表
表11.3.5给出了同或门的真值表。
表11.3.5同或门真值表
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
5.逻辑功能:
当两个输入端的状态相同(都为0或都为1)时输出为1;反之,当两个输入端状态不同(一个为0,另一个为1)时,输出端为0。
6.应用:
判断两个输入信号是否相同。
六、三态门
三态门:
是在门电路上加一个使能端,输出状态有:
高电平、低电平和高阻状态。
三态门的逻辑符号如图11.3.6(a)所示。
:
使能端,控制输出状态。
逻辑功能:
=1时,三态门呈高阻状态;
=0时,门电路恢复反相器常态,即Y=
。
图11.3.6三态门逻辑符号及其应用图
用途:
实现数据传输的控制。
如图11.3.6(b)所示。
1=0,
2=1,
3=1时,Y2、Y3呈高阻态,Y1送数据A1到总线;
1=1,
2=0,
3=1时,Y1、Y3呈高阻态,Y2送数据A2到总线;
1=1,
2=1,
3=0时,Y1、Y2呈高阻态,Y3送数据A3到总线。
七、OC门
图11.3.7OC门电路逻辑符号
OC门:
输出晶体管集电极开路的TTL“与非门”电路。
OC门的逻辑符号:
如图11.3.7所示。
逻辑功能:
OC门同与非门一样;
作用:
作为计算机的母线驱动器;
注意:
使用时要外接负载电阻。
11.3.2组合逻辑门电路功能特点和数字集成电路简介
一、组合逻辑门电路功能特点
1.任何时刻的输出状态直接由当时的输入状态决定;
2.电路没有记忆功能。
二、数字集成电路简介
1.分类
1晶体三极管型数字集成电路(简称TTL电路);
2场效应管数字集成电路(简称MOS电路)。
2.主要产品系列
数字集成电路的主要产品系列参见表11.3.6。
表11.3.6数字集成电路的主要产品系列
系列
子系列
名称
国际型号
部标型号
TTL
TTL
HTTL
STTL
LSTTL
ALSTTL
基本型中速TTL
高速TTL
超高速TTL
低功耗TTL
先进低功耗TTL
CT54/74
CT54/74H
CT54/74S
CT54/74LS
CT54/74ALS
T1000
T2000
T3000
T4000
MOS
CMOS
HCOMS
HCMOST
互补场效应管型
高速CMOS
与TTL兼容的高速CMOS
CC4000
CT54/74HC
CT54/74HCT
C000
3.数字集成电路外形举例
数字集成电路目前大量采用双列直插式外形封装。
如图11.3.8、11.3.9所示。
管脚的编号判读方法:
把标志(凹口)置于左方,逆时针自下而上依次读出外引线编号。
数字集成电路主要参数有:
图11.3.874LS00外引线排列图图11.3.9CC4011外引线排列图
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