汽車(chē)電工與電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目8 數(shù)字電路基礎(chǔ)

數(shù)字電路Thedigitalcircuit

在電子電路中，描述各種物理量的電信號(hào)分為模擬信號(hào)(Analogsignal)和數(shù)字信號(hào)（Digitalsignal）

兩大類(lèi)。為了便于信息存儲(chǔ)、分析和傳輸，常常將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，利用數(shù)字邏輯這一強(qiáng)有力的工具來(lái)分析和設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)。了解數(shù)字電路的基本概念和特點(diǎn)，各種數(shù)制與碼制及其轉(zhuǎn)換規(guī)律，能敘述邏輯代數(shù)和其運(yùn)算法則。掌握各種門(mén)電路、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等電路的原理及邏輯功能。了解555定時(shí)器的工作原理。掌握常用汽車(chē)集成電路在汽車(chē)電子電路中的具體應(yīng)用。能查閱相關(guān)數(shù)字電路手冊(cè)，了解各種數(shù)字集成電路的引腳排列、性能特點(diǎn)和使用方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)6.1組合邏輯門(mén)電路6.1.1數(shù)字電路的基本概念1．?dāng)?shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：隨時(shí)間不連續(xù)變化和突變的電信號(hào)，也稱(chēng)為脈沖信號(hào)。（1）脈沖幅度A：脈沖信號(hào)變化的最大值。（2）脈沖上升時(shí)間tr：從脈沖10%的幅度上升到90%所需的時(shí)間。（3）脈沖下降時(shí)間tf：從脈沖90%的幅度下降到10%所需的時(shí)間。（4）脈沖寬度tp：從上升沿50%幅度到下降沿50%幅度所需時(shí)間。（5）脈沖周期T：周期性脈沖信號(hào)前后兩次出現(xiàn)的間隔時(shí)間。（6）脈沖頻率f：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)。2．?dāng)?shù)字電路的特點(diǎn)信號(hào)方面：為脈沖信號(hào)，只有“有”和“無(wú)”（或“大”和“小”）兩種信號(hào)狀態(tài)。數(shù)字電路對(duì)信號(hào)易于識(shí)別，抗干擾能力較強(qiáng)。結(jié)構(gòu)方面：多采用集成電路。分析方法方面：主要研究電路的輸入端與輸出端之間的邏輯關(guān)系。功能方面：它可以方便地對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算處理；還可以模擬人腦進(jìn)行邏輯判斷、邏輯思維，因此可以制成數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，使設(shè)備裝置實(shí)現(xiàn)智能化。

正邏輯：高電平用“1”表示，低電平用“0”表示。6.1.2

數(shù)制與編碼1．?dāng)?shù)制表示數(shù)值大小的各種計(jì)數(shù)方法稱(chēng)為計(jì)數(shù)體制，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)制。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法是按權(quán)展開(kāi)，再求各位數(shù)值之和。1．?dāng)?shù)制十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的常用方法是除二取余法。2．編碼用數(shù)字或某種文字符號(hào)來(lái)表示某一對(duì)象和信號(hào)的過(guò)程叫編碼。在數(shù)字系統(tǒng)中，任何信息包括各種特定的對(duì)象、信號(hào)等需要轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制代碼來(lái)處理。

將十進(jìn)制數(shù)的0~9十個(gè)數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)表示的代碼，稱(chēng)為二－十進(jìn)制碼，又稱(chēng)BCD碼。

常用的二－十進(jìn)制碼為8421BCD碼，它取了四位自然二進(jìn)制數(shù)的前10種組合，即0000(0)～1001(9)。

8421BCD碼二進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制0000001106

0001101117

00102

100080011310019

01004010156.1.3邏輯門(mén)電路(Logicgate)1．基本邏輯門(mén)電路（1）邏輯與和與門(mén)電路邏輯表達(dá)式：Y=A?B=AB

輸入AB輸出Y000010100111

與門(mén)狀態(tài)表

邏輯關(guān)系：有0出0，全1為1。&ABY（2）邏輯或和或門(mén)電路邏輯表達(dá)式：Y=A+B

或門(mén)狀態(tài)表

邏輯關(guān)系：有1出1，全0出0。輸入AB輸出Y000011101111≥1

ABY（3）邏輯非和非門(mén)電路邏輯表達(dá)式：

非門(mén)狀態(tài)表

邏輯關(guān)系：入1出0，入0出1。AY01101YA2．復(fù)合邏輯門(mén)電路（1）與非門(mén)電路邏輯關(guān)系：有0出1，全1出0。邏輯表達(dá)式：

（2）或非門(mén)電路邏輯關(guān)系：有1出0，全0出1。邏輯表達(dá)式：

（3）異或門(mén)電路邏輯關(guān)系：同則出0，不同出1。邏輯表達(dá)式：

（4）同或門(mén)電路邏輯關(guān)系：同則出1，異則出0。邏輯表達(dá)式：

3．集成邏輯門(mén)電路（1）TTL與非門(mén)電路對(duì)于TTL門(mén)電路，接地或串聯(lián)小電阻接地，相當(dāng)于接低電平；接電源、懸空或串聯(lián)大電阻接地相當(dāng)于接高電平。（2）TTL三態(tài)輸出與非門(mén)當(dāng)EN有效時(shí)，相當(dāng)于與非門(mén)；當(dāng)EN無(wú)效時(shí)，不管A、B的狀態(tài)如何，輸出端開(kāi)路，總處于高阻態(tài)或禁止?fàn)顟B(tài)。圖6.17三態(tài)輸出與非門(mén)邏輯符號(hào)6.1.4組合邏輯電路1．邏輯代數(shù)運(yùn)算法則與定律（1）基本運(yùn)算規(guī)則（2）基本代數(shù)規(guī)律（3）吸收規(guī)則（4）反演定理2．組合邏輯電路的分析(Theanalysisoftheassemblylogiccircuit)（1）由邏輯圖寫(xiě)出各輸出端的邏輯表達(dá)式；（2）化簡(jiǎn)和變換各輸出端的邏輯表達(dá)式；（3）列出真值表；（4）根據(jù)真值表和邏輯表達(dá)式對(duì)邏輯進(jìn)行分析，最后確定其功能。

步驟：3．組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（1）對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，確定輸入、輸出變量，及它的邏輯賦值（什么時(shí)候?yàn)?，什么時(shí)候?yàn)?）；（2）根據(jù)邏輯功能列出真值表，如果狀態(tài)賦值不同，得到的真值表也不一樣；（3）根據(jù)真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式；（4）簡(jiǎn)化和變換邏輯表達(dá)式，從而畫(huà)出邏輯圖。

步驟：4．編碼器(encoder)用文字、符號(hào)或數(shù)碼表示特定對(duì)象的過(guò)程稱(chēng)為編碼(coding)。在數(shù)字電路中用二進(jìn)制代碼表示有關(guān)信號(hào)，稱(chēng)為二進(jìn)制代碼。用來(lái)完成編碼工作的邏輯電路稱(chēng)為編碼器。將某種信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路稱(chēng)為二進(jìn)制編碼器。（1）二進(jìn)制編碼器二–十進(jìn)制編碼器執(zhí)行的邏輯功能是將十進(jìn)制數(shù)的0～9十個(gè)數(shù)編為二–十進(jìn)制代碼，由4位二進(jìn)制代碼來(lái)表示。（2）二–十進(jìn)制編碼器5．譯碼器(decoder)譯碼器是編碼器的逆過(guò)程，它的功能是將二進(jìn)制代碼按編碼時(shí)的原意轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信息狀態(tài)。能實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱(chēng)譯碼器。8421BCD譯碼器是常用的能將二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的數(shù)字電路。（1）3線(xiàn)–8線(xiàn)譯碼器把4位BCD代碼0000~1001譯成10個(gè)高、低電平輸出信號(hào)，又稱(chēng)4線(xiàn)–10線(xiàn)（4/10）譯碼器。（2）二–十進(jìn)制譯碼器（3）顯示譯碼器最常用的顯示譯碼器是直接驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼管的七段顯示譯碼器。6.2時(shí)序邏輯電路(Temporallogiccircuit)觸發(fā)器是組成時(shí)序邏輯電路的基本部件。它在某一時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅與該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān),還與電路原來(lái)的輸出狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：觸發(fā)器分為：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器。

（1）具有0和1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。在觸發(fā)信號(hào)作用下,可以從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）具有記憶功能。

觸發(fā)器的狀態(tài)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入有關(guān),而且和以前的輸出狀態(tài)有關(guān),這是觸發(fā)器和門(mén)電路的最大區(qū)別。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：6.2.1集成觸發(fā)器(Thetrigger)1．基本RS觸發(fā)器（1）基本RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)（2）基本RS觸發(fā)器的工作原理Qn+100不定01010111Qn-R-S-

S-

QQ-R基本RS觸發(fā)器狀態(tài)表2．可控RS觸發(fā)器（1）可控RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)（2）可控RS觸發(fā)器的工作原理3．JK觸發(fā)器（1）JK觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)（2）JK觸發(fā)器的工作原理CPJKQn+1功能00Qn保持010復(fù)位101置111翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)

JK觸發(fā)器是在CP從l

跳變?yōu)?時(shí)翻轉(zhuǎn)的，稱(chēng)時(shí)鐘脈沖下降沿觸發(fā)。這種在時(shí)鐘脈沖邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器稱(chēng)邊沿觸發(fā)器，而由時(shí)鐘脈沖的高電平或低電平觸發(fā)的觸發(fā)器（如RS觸發(fā)器）稱(chēng)電平觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器能夠避免電平觸發(fā)器在計(jì)數(shù)時(shí)可能會(huì)發(fā)生“空翻”現(xiàn)象。4．D觸發(fā)器6.2.2寄存器

寄存器是一種重要的數(shù)字電路元件，常用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)、指令等。寄存器由若干觸發(fā)器組成，一個(gè)觸發(fā)器只能存放一位二進(jìn)制數(shù)。連接方式

并行輸入、并行輸出

串行輸入、串行輸出

并行輸入、串行輸出

串行輸入、并行輸出

1．?dāng)?shù)碼寄存器2．移位寄存器2．移位寄存器6.2.3計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)中，計(jì)數(shù)器是最基本的部件之一，它能累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)。1．二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器（2）異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2．十進(jìn)制計(jì)數(shù)器6.2.4555定時(shí)器1．555電路的工作原理（a）內(nèi)部框圖（b）引腳排列圖6.38555定時(shí)器內(nèi)部框圖及引腳排列2．555定