數(shù)字電路基礎(chǔ)

1、數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字電路基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的特點(diǎn)一、一、 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路模擬信號(hào)：在時(shí)間上和模擬信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號(hào)。散的）信號(hào)。uu模擬信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形tt對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱(chēng)為處理的電子線路稱(chēng)為模擬電路。模擬電路。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱(chēng)為處理的電子線路稱(chēng)為數(shù)字電路。數(shù)字電路。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的特點(diǎn)：數(shù)字電路的特點(diǎn)：理想理想脈

2、沖信號(hào)脈沖信號(hào)-邏輯信號(hào)邏輯信號(hào)低電平低電平高電平高電平高電平用邏輯高電平用邏輯“1”表示表示低電平用邏輯低電平用邏輯“0”表示表示0 0、1 1數(shù)字表示兩種對(duì)立的離散狀態(tài)。數(shù)字表示兩種對(duì)立的離散狀態(tài)。 半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。分別對(duì)應(yīng)區(qū)。分別對(duì)應(yīng)“0 0、1”1”數(shù)碼。數(shù)碼。 數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、可靠性高，抗干擾能力數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，便于集成及系列化生產(chǎn)。強(qiáng)，便于集成及系列化生產(chǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的特點(diǎn)二、二、 半導(dǎo)體管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體管的開(kāi)關(guān)特性 由于二極管

3、具有單向?qū)щ娦裕?dāng)二極管加上正向電壓由于二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)二極管加上正向電壓 時(shí)，二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于時(shí)，二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)接通；當(dāng)二極管加上反向電；當(dāng)二極管加上反向電壓時(shí)，二極管截止，相當(dāng)于壓時(shí)，二極管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。故二極管可以構(gòu)成。故二極管可以構(gòu)成一個(gè)開(kāi)關(guān)，由輸入信號(hào)一個(gè)開(kāi)關(guān)，由輸入信號(hào)u ui i控制其開(kāi)和關(guān)?？刂破溟_(kāi)和關(guān)。(1)(1)加正向電壓加正向電壓V VF F時(shí)，二極管導(dǎo)通，管壓降時(shí)，二極管導(dǎo)通，管壓降V VD D可忽可忽略。二極管相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。略。二極管相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。DVFIF(a)LRFKVFLRI(b)(2)(2)加反向電壓加

4、反向電壓V VR R時(shí)，二極管截止，反向電流時(shí)，二極管截止，反向電流I IS S可忽可忽略。二極管相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。略。二極管相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。DVRISLR(a)KLRVR(b)1.1.二極管的開(kāi)關(guān)作用二極管的開(kāi)關(guān)作用第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的特點(diǎn)2.2.三極管的開(kāi)關(guān)作用三極管的開(kāi)關(guān)作用 三極管不僅有放大作用，而且還有開(kāi)關(guān)作用。在數(shù)字三極管不僅有放大作用，而且還有開(kāi)關(guān)作用。在數(shù)字電路中，三極管主要起開(kāi)關(guān)作用，即工作在截止區(qū)或飽和電路中，三極管主要起開(kāi)關(guān)作用，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。放大區(qū)只是在三極管由飽和變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)轱枀^(qū)。放大區(qū)只是在三極管由飽和變?yōu)榻刂够蛴山刂棺?/p>

5、為飽和的過(guò)渡瞬間經(jīng)過(guò)一下而已。和的過(guò)渡瞬間經(jīng)過(guò)一下而已。 截止區(qū)截止區(qū)（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；置；（b）不計(jì)穿透電流）不計(jì)穿透電流ICEO，有，有IB、IC近似為近似為0；（c）集電極和發(fā)射極之間電阻）集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)。 飽和區(qū)飽和區(qū)（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏；）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏；（b）ICIB； （c）此時(shí)）此時(shí)UCE值很小，稱(chēng)三極值很小，稱(chēng)三極管的飽和壓降，用管的飽和壓降，用UCES表示。表示。 （d）集電極和發(fā)射極近似短接，）集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類(lèi)似于一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。三極管類(lèi)似于

6、一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路6Z Z與與A A、B B間的間的邏輯邏輯關(guān)系關(guān)系可表示為：可表示為： 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)+5VDADBRABZ工作原理工作原理 0 5 5 0 5 55 0 0 0.7 (V) (V) AUBU (V) ZU 0.7 0.7A B0 0 Z 00 1 01 0 01 1 1BAZ邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)&ABZ000111010100000111010100000一、二極管與門(mén)一、二極管與門(mén)用邏輯變量用邏輯變量A A、B B、Z Z分分別表示別表示 、 、 。AUBUZU“0 0”:”:表示表示低低電平電平“1 1”:”:表示表示高高電電平平第二

7、節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路Z Z與與A A、B B間的間的邏輯邏輯關(guān)系關(guān)系可表示為：可表示為：7 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理 0 5 5 0 5 54.3 0 0 0 (V) (V) AUBU (V) ZU 4.3 4.3A B0 0 Z 00 1 11 0 11 1 1BAZ邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)二、二極管或門(mén)二、二極管或門(mén)1ABZDADBRABZ000101011111000111000101011第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理505 (V) AU (V) ZU0.3AZ0110AZAZ1三極管三極管截止截止三極管三極管飽和飽和三三、三極管非門(mén)三極管

8、非門(mén)A4.3k RbRC+5VZ1k 8第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路DADBRABRbRC+5VZ四四、與非門(mén)和或非門(mén)與非門(mén)和或非門(mén) 與非門(mén)與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)&ABZ0101BZA0011輸輸 入入1110輸出輸出 真真 值值 表表9ABZ DADBABRbRC+5VZ四、與非門(mén)和或非門(mén)四、與非門(mén)和或非門(mén) 或非門(mén)或非門(mén)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)1ABZ0101BZA0011輸輸 入入1000輸出輸出 真真 值值 表表第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路BAZ第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路BABABAF F A B 異或門(mén)的邏輯符號(hào) L=A+B =1 B

9、AABBAF11 F A B 同或門(mén)的邏輯符號(hào) L=A+B =1 異或門(mén)異或門(mén)同或門(mén)同或門(mén)CDABZ Z 1 & A B C D 與或非門(mén)的邏輯符號(hào) A B C D & & 1 Z 與或非門(mén)的等效電路 A B C D Z 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0與或非門(mén)與或非門(mén)第二節(jié)第二節(jié) 邏輯門(mén)

10、電路邏輯門(mén)電路13一、邏輯代數(shù)的基本定律一、邏輯代數(shù)的基本定律分配律分配律摩根律摩根律消去律消去律A(A+B)=A A+AB=A吸收律吸收律(AB) C=A(BC) (A+B)+C=A+(B+C)結(jié)合律結(jié)合律AB=BA A+B=B+A交換律交換律A+1=1A0=00-1律律A+A=AAA=A重疊律重疊律互補(bǔ)律互補(bǔ)律 A+0=AA1=A同一律同一律非非或或與與定律名稱(chēng)定律名稱(chēng)AA 0AA1 AAABBAA)(BABAABABABABA)()(CABABCAACABCBA)(第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯自變量邏輯自變量：決定事物原因的變量。：決定事物原因的變量。輸入變量輸入變量邏輯因

11、變量邏輯因變量（邏輯結(jié)果）：決定事物結(jié)果的變量（邏輯結(jié)果）：決定事物結(jié)果的變量輸出變量輸出變量邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)：反映邏輯自變量和邏輯因變量之間關(guān)系的表達(dá)式。：反映邏輯自變量和邏輯因變量之間關(guān)系的表達(dá)式。 如：如： F=f(A、B、C) 輸出變量輸出變量 輸入變量輸入變量14邏輯函數(shù)表達(dá)式邏輯函數(shù)表達(dá)式真值表真值表邏輯圖邏輯圖表示方法：表示方法：第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)二、邏輯函數(shù)的表示方法二、邏輯函數(shù)的表示方法15幾種表示方法間的相互轉(zhuǎn)換幾種表示方法間的相互轉(zhuǎn)換邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式u真值表真值表A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1BABAABABBABAF找出真值表

12、中使邏輯函數(shù)找出真值表中使邏輯函數(shù)F=1F=1的那些輸入變量組合；的那些輸入變量組合；每組輸入變量對(duì)應(yīng)一個(gè)乘積每組輸入變量對(duì)應(yīng)一個(gè)乘積項(xiàng)（最小項(xiàng)）項(xiàng)（最小項(xiàng)），其中取值為其中取值為1 1的寫(xiě)入的寫(xiě)入原變量原變量，為，為0 0的寫(xiě)入的寫(xiě)入反反變量；變量；將這些最小項(xiàng)相加，即得將這些最小項(xiàng)相加，即得F F的的表達(dá)式表達(dá)式第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)u邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式真值表真值表CBAF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101001111A B C F第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式u邏輯圖邏輯圖從輸入端到輸出端逐級(jí)

13、寫(xiě)出各個(gè)邏輯符號(hào)對(duì)應(yīng)的邏輯式從輸入端到輸出端逐級(jí)寫(xiě)出各個(gè)邏輯符號(hào)對(duì)應(yīng)的邏輯式 A B C D & & 1 F ABCDCDABF第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí) 將式中所有的與、或、非運(yùn)算用邏輯符號(hào)代替，并根將式中所有的與、或、非運(yùn)算用邏輯符號(hào)代替，并根據(jù)運(yùn)算優(yōu)先順序把這些符號(hào)連接起來(lái)?yè)?jù)運(yùn)算優(yōu)先順序把這些符號(hào)連接起來(lái)CBCAABFABC11&1Fu邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式邏輯圖邏輯圖例例：畫(huà)出：畫(huà)出F F的邏輯電路圖的邏輯電路圖第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí) 分析圖所示電路的邏輯功能；已知輸入波形，畫(huà)出輸出分析圖所示電路的邏輯功能；已知輸入波形，畫(huà)出輸出波形。

14、波形。解：解：CBAABF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C11111101Z 真值表真值表例例: :邏輯功能：邏輯功能： 當(dāng)當(dāng)A A、B B、C C為為1 1、1 1、0 0時(shí)時(shí)輸出輸出F F為為0 0，否，否則則F F為為1 1。ABBACBA第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)例：例：設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決電路。設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決電路。解：解：（1 1）列真值表列真值表：（2 2）寫(xiě)出邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)）寫(xiě)出邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111F真值表真值表最

15、簡(jiǎn)與最簡(jiǎn)與或表達(dá)式：或表達(dá)式：（3 3）化簡(jiǎn)并變換表達(dá)式：）化簡(jiǎn)并變換表達(dá)式：ACBCABFACBCABACBCABF（4 4）畫(huà)邏輯圖：）畫(huà)邏輯圖：BC&A&F&20 設(shè)設(shè)A A、B B、C C分別代表三個(gè)人，同意為分別代表三個(gè)人，同意為1 1，不同意為不同意為0 0；用；用F F表示表決結(jié)果，通過(guò)為表示表決結(jié)果，通過(guò)為1 1，否定為否定為0 0 。ABCCABCBABCAF第三節(jié)第三節(jié) 邏輯代數(shù)知識(shí)邏輯代數(shù)知識(shí)休休 息息 一一 下下22(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+AB+AC+BC重疊律重疊律 AA=AAA=A=A(1+B+C)+BC分配律分配律A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+BC0-10-1率率A+1=1A+1=1證明分配律：A+BC=(A+B)(A+C)證明：證明：23證 明 ：)(BAAABAA)(1BA BA 分配律分配律A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)互補(bǔ)律互補(bǔ)律