第八章 數(shù)字電路

第

8

章

數(shù)字電路8.2邏輯門電路8.1數(shù)字電路的基本知識8.5

觸發(fā)器8.6

集成時序邏輯電路8.3

譯碼器8.4

數(shù)碼顯示器8.1數(shù)字電路的基本知識8.1.1數(shù)字電路概述8.1.2數(shù)制和碼制電信號分為模擬信號與數(shù)字信號兩類。模擬信號：時間上和幅度上都是連續(xù)變化的信號。

數(shù)字信號：時間和幅度上都是離散的信號。模擬電路：處理模擬信號的電路；

數(shù)字電路：研究數(shù)字信號的產(chǎn)生、變換、傳輸、儲存、控制、運算等的電路。數(shù)字電路的輸出與輸入間有一定的邏輯關(guān)系，因此數(shù)字電路也稱為邏輯電路。1．?dāng)?shù)字信號與數(shù)字電路8.1.1數(shù)字電路概述數(shù)字電路分類

組合邏輯電路：電路任意時刻的輸出信號僅取決于該時刻的輸入信號，與信號作用前電路原來的狀態(tài)無關(guān)。

時序邏輯電路：電路任意時刻的輸出信號不僅取決于該時刻的輸入信號，而且還取決于信號作用前電路原來的狀態(tài)。即，時序邏輯電路具有記憶。2．?dāng)?shù)字電路的特點信號為二值量信號?？捎秒娖降母叩突蛎}沖的有無來表示。因此基本單元電路結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強。數(shù)字電路能對數(shù)字信號進(jìn)行算術(shù)計算和邏輯運算。1．?dāng)?shù)制常用的數(shù)制有十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂檬M(jìn)制；數(shù)字電路中應(yīng)用最廣泛的是二進(jìn)制。(1)十進(jìn)制數(shù)用0~9十個數(shù)碼，按照一定規(guī)則排列來表示數(shù)值的大小。數(shù)碼的個數(shù)叫基數(shù)，基數(shù)為十，“逢十進(jìn)一”；低位到高位各位的“權(quán)”依次為100、101、102、···；[例]：[1851]10=1×103+8×102+5×101+1×100任意一個十進(jìn)制數(shù)可展開為：數(shù)的表示方法稱數(shù)制。8.1.2數(shù)制和碼制(2)二進(jìn)制數(shù)有0、1兩個數(shù)碼，基數(shù)為二，“逢二進(jìn)一”；低位到高位各位的“權(quán)”依次為20、21、22、···。例：[1011]2=123+022+121+120＝[11]10任意一個二進(jìn)制正整數(shù)可展開為：(3)二-十進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)：按權(quán)展開后相加。例：[1001]2=123+022+021+120=8+0+0+1=[9]10十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：除2取余，倒排列。例：[13]10=1322226······余1······余0310······余1······余1[1101]2動畫：十－二進(jìn)制轉(zhuǎn)換1動畫：十－二進(jìn)制轉(zhuǎn)換22．碼制

編碼：用二進(jìn)制數(shù)碼表示文字、符號或其他特定對象的過程。二—十進(jìn)制編碼(BCD)碼：用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示1位十進(jìn)制數(shù)碼。8421BCD碼編碼表二進(jìn)制數(shù)可用來表示數(shù)字大小，還可用來表示各種文字、符號、圖形等非數(shù)值信息。后者稱為代碼。代碼沒有數(shù)值大小的含義。例：將[8]10和[24]10用BCD碼表示解：查8421BCD編碼表知[8]10＝[1000]8421BCD[24]10＝[00100100]8421BCD8.2邏輯門電路8.2.1與邏輯及與門8.2.2或邏輯及或門8.2.3非邏輯及非門8.2.4復(fù)合邏輯門邏輯門：能實現(xiàn)一定因果邏輯關(guān)系的單元電路。三種基本邏輯關(guān)系：與邏輯、或邏輯、非邏輯。三種基本邏輯門電路：與門、或門、非門。1．與邏輯決定一事件的所有條件都具備時，該事件才會發(fā)生。[例]只有當(dāng)開關(guān)A與B都閉合，燈Y才會亮。若以1

表示燈亮、開關(guān)閉合；0表示燈暗、開關(guān)斷開，可得到邏輯真值表。

真值表：將輸入變量可能的取值組合狀態(tài)及其對應(yīng)的輸出狀態(tài)列成的表格。8.2.1與邏輯及與門與門真值表與邏輯表達(dá)式：

Y=A·B結(jié)論：與邏輯關(guān)系為全1出1，有0出02．與門實現(xiàn)與邏輯運算的電路與門符號：

與門電路在不同輸入邏輯變量時對應(yīng)輸出的邏輯函數(shù)波形圖：ABYY為邏輯函數(shù)A、B為輸入邏輯函數(shù)上式讀作Y等于A與B二極管與門電路動畫：與門電路

或邏輯在決定一事件的幾個條件中，只要有一個或幾個條件具備，該事件就會發(fā)生。只要開關(guān)A與B有一個閉合，燈Y就會亮。[例]或門真值表或邏輯表達(dá)式：

Y=A+B

結(jié)論：或邏輯關(guān)系為全0出0，有1出1。或門符號：或門實現(xiàn)或邏輯運算的電路讀作Y等于A或B動畫：或門電路8.2.2或邏輯及或門非邏輯就是否定，非就是反。

[例]開關(guān)斷開時，燈亮；閉合時反而不亮。非門真值表非邏輯表達(dá)式：非門符號：非門實現(xiàn)非邏輯運算的電路。讀作Y等于A非(或A反)8.2.3非邏輯及非門動畫：非門電路1．與非門符號與非門真值表邏輯表達(dá)式：集成與非門T4000(74LS00)的外引線排列圖：8.2.4復(fù)合邏輯門與非邏輯關(guān)系：有0出1，全1出0。集成與非門內(nèi)有四個相同的2輸入端與非門，每一個與非門都可以單獨使用，電源電壓+5V。例：試用T4000構(gòu)成或邏輯電路解：用三個與非門構(gòu)成或門電路動畫：與非門電路2．或非門符號或非門真值表邏輯表達(dá)式：或非邏輯關(guān)系：有1出0，全0出1。8.3

譯碼器與顯示器件8.3.2

數(shù)碼顯示器件8.3.1

數(shù)碼顯示譯碼器譯碼驅(qū)動數(shù)碼顯示譯碼器輸入為8421BCD碼，輸出為相應(yīng)的a、b、c、d、e、f、g端的高、低電平，從而使對應(yīng)的LED發(fā)光，構(gòu)成十進(jìn)制數(shù)碼。

[例]

數(shù)碼顯示譯碼器驅(qū)動共陰數(shù)碼管，若輸入的8421BCD碼為0110，譯碼器輸出端a、c、d、e、f、g端為高電平，b端為低電平，共陰數(shù)碼管便顯示出數(shù)碼“6”來。ABCDabcdefg8.3.1

數(shù)碼顯示譯碼器數(shù)碼顯示譯碼器真值表動畫:數(shù)字顯示

譯碼：將二進(jìn)制代碼所表示的特定含義“翻譯”出來的過程。

譯碼電路：實現(xiàn)譯碼的電路。數(shù)碼顯示譯碼器：將二進(jìn)制數(shù)碼以十進(jìn)制數(shù)碼的形式顯示出來。常用的數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器。半導(dǎo)體數(shù)碼管是將七個發(fā)光二極管(LED)按“”形排列封裝在一起。1．半導(dǎo)體數(shù)碼管8.3.2

數(shù)碼顯示器件利用七個LED的不同發(fā)光組合，可顯示十進(jìn)制數(shù)的十個數(shù)碼。七段發(fā)光二極管的連接方式：共陽極接法共陰極接法對共陰極接法，陽極接高電位時LED發(fā)光；陽極接低電位的不發(fā)光。對共陽極接法正好相反。8.5.1R

S

觸發(fā)器8.5

觸發(fā)器8.5.2主從

JK觸發(fā)器8.5.3D觸發(fā)器8.5.4T觸發(fā)器2．液晶顯示器它利用液晶在外電場作用下，能改變其透光性能，形成不同的亮、暗場，從而顯示出不同的數(shù)字圖形。

觸發(fā)器：具有記憶功能的邏輯部件，有兩種相反的穩(wěn)定輸出狀態(tài)。1．基本RS觸發(fā)器

(1)電路組成將兩個集成與非門的輸出端和輸入端交叉相接基本RS觸發(fā)器電路。

(2)符號上加“－”表示低電平低電平有效在符號圖中靠近方框處用小圓圈表示，輸入有效(負(fù)脈沖輸入)。輸入端，正常時二者總保持相反狀態(tài)。8.5.1RS觸發(fā)器定義Q端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。稱觸發(fā)器為1狀態(tài)；稱觸發(fā)器為0狀態(tài)；(3)邏輯功能觸發(fā)器狀態(tài)為1；且不管觸發(fā)器原來狀態(tài)是0還是1態(tài)，輸出狀態(tài)均為1態(tài)，稱置1或置位功能，置1端或置位端。端稱為觸發(fā)器狀態(tài)為0；觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變；1011101110011100且不管觸發(fā)器原來狀態(tài)是0還是1態(tài)，輸出狀態(tài)均為0態(tài)，稱置0或復(fù)位功能，端稱為置0端或復(fù)位端。(4)邏輯狀態(tài)表

應(yīng)禁止不定00保持原狀態(tài)11置1101置0010邏輯功能Q(5)基本RS觸發(fā)器工作波形負(fù)脈沖觸發(fā)動畫：基本RS觸發(fā)器2．同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受時鐘脈沖CP控制，翻轉(zhuǎn)到什么狀態(tài)，仍由輸入R、S決定。(1)電路組成一個基本RS觸發(fā)器；一個控制門(G3、G4)同步是指觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖CP同步進(jìn)行。。CP端及輸入端R、S無小圓圈——正脈沖觸發(fā)有效。(2)邏輯符號CP=1時，觸發(fā)器狀態(tài)由R、S決定(見邏輯狀態(tài)表)。(3)工作原理CP=0時，G3、G4輸出為1，觸發(fā)器維持原態(tài)；動畫：可控RS觸發(fā)器(4)邏輯狀態(tài)表(5)工作波形

存在問題：在CP=1期間，如果輸入信號發(fā)生多次變化，觸發(fā)器的輸出就可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)——空翻。(1)電路組成由兩個同步RS觸發(fā)器構(gòu)成，前一級稱主觸發(fā)器，后一級稱從觸發(fā)器，輸入端使用J、K表示，故稱JK觸發(fā)器。從觸發(fā)器的狀態(tài)為觸發(fā)器輸出狀態(tài)。(2)邏輯符號8.5.2主從

JK觸發(fā)器分別是直接置位端和直接復(fù)位端。當(dāng)＝0和時，觸發(fā)器被置位為1狀態(tài)；當(dāng)＝0時，觸發(fā)器被直接復(fù)位為0狀態(tài)，與CP無關(guān)。DSDRDRDS

當(dāng)CP=1時，主觸發(fā)器的狀態(tài)由輸入信號J、K和觸發(fā)器的原狀態(tài)決定。(3)工作原理觸發(fā)器的狀態(tài)不變。因而主從JK原狀態(tài)不變。，從觸發(fā)器被封鎖而保持此時，

當(dāng)CP由1變?yōu)?時，主觸發(fā)器被封鎖，狀態(tài)不變。觸發(fā)器狀態(tài)一致。主從狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器JK，主觸發(fā)器將保存的，從觸發(fā)器打開，此時,(4)結(jié)論主從JK觸發(fā)器在CP=1時，接收輸入信號；在CP下降沿輸出相應(yīng)的狀態(tài)。符號中CP端的小圓圈表示同步脈沖的下降沿觸發(fā)。下降沿觸發(fā)

(5)邏輯狀態(tài)表(6)

工作波形翻轉(zhuǎn)11置1001置0110保持原狀態(tài)00邏輯功能QKJ當(dāng)J=K=1時，觸發(fā)器工作在計數(shù)狀態(tài)。動畫：JK觸發(fā)器組成動畫：JK觸發(fā)器工作原理符號：CP處不加小圓圈，表明觸發(fā)器是由CP脈沖的上升沿觸發(fā)。CP脈沖上升沿到來后觸發(fā)器的狀態(tài)，等于上升沿到來之前輸入端D的狀態(tài)。邏輯狀態(tài)表：工作波形：8.5.3D觸發(fā)器符號：由CP脈沖的下降沿觸發(fā)。T等于0時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變；T等于1時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。邏輯狀態(tài)表：工作波形：翻轉(zhuǎn)1保持原狀態(tài)0邏輯功能QT是一種只具有保持和翻轉(zhuǎn)邏輯功能的觸發(fā)器。8.5.4T觸發(fā)器動畫：觸發(fā)器功能總結(jié)8.6

集成時序邏輯電路8.6.1集成計數(shù)器8.6.2集成移位寄存器

計數(shù)器：對輸入脈沖的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)的電路。由具有記憶功能的觸發(fā)器組成。一個觸發(fā)器可以計1位二進(jìn)制數(shù)，n個觸發(fā)器可計n位二進(jìn)制數(shù)。

同步計數(shù)器：計數(shù)脈沖同時加到計數(shù)器中各個觸發(fā)器的時鐘脈沖端。

異步計數(shù)器：計數(shù)脈沖不是同時加到計數(shù)器中各個觸發(fā)器的時鐘脈沖端，各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)有先有后。計數(shù)器按數(shù)的循環(huán)長度分二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計數(shù)器。按計數(shù)過程增減分加法、減法和可逆計數(shù)器。集成計數(shù)器種類繁多，功能完善，可擴(kuò)展性、通用性較強。T210是集成異步二-五-十進(jìn)制計數(shù)器。外引線排列圖邏輯符號R0(1)、R0(2)是復(fù)位端；S9(1)、

S9(2)是置位端；Q3、Q2、Q1、Q0是輸出端；CP0、CP1是脈沖輸入端；UCC接+5V電源；GND接地。1．T210計數(shù)器邏輯符號8.6.1

集成計數(shù)器電路結(jié)構(gòu)：對應(yīng)Q0的觸發(fā)器組成二進(jìn)制計數(shù)器，CP0為脈沖輸入端。將Q0與CP1相連，以CP0為脈沖輸入端，可構(gòu)成8421BCD碼的十進(jìn)制計數(shù)器。將Q3與CP0相連，以CP1為脈沖輸入端，可構(gòu)成5421BCD碼的十進(jìn)制計數(shù)器。內(nèi)部電路分為兩個獨立的計數(shù)器。對應(yīng)Q3Q2Q1的觸發(fā)器組成異步五進(jìn)制計數(shù)器，CP1為脈沖輸入端。T210T210功能表可見T210具有清零、置數(shù)和記數(shù)功能。2．T210計數(shù)器的功能表×××CPS9(1)

S9(2)

計數(shù)0××0計數(shù)×00×計數(shù)0×0×計數(shù)×0×01