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文檔簡介

1、(中職)電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能(電子信息類)第8章ppt課件第8章 數(shù)字電路基礎(chǔ)8.2 數(shù)制與編碼8.1 脈沖與數(shù)字信號8.3 邏輯門電路8.4 邏輯函數(shù)化簡理解模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別;掌握數(shù)字信號的表示方法;掌握二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的表示方法以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換;掌握與門、或門、非門的邏輯功能;了解復(fù)合門的邏輯功能;了解TTL、CMOS門電路的使用常識教學(xué)目的uutt模擬信號:在時間上和數(shù)值上連續(xù)的信號。數(shù)字信號:在時間上和數(shù)值上不連續(xù)的(即離散的)信號。通常用0和1表示兩種對應(yīng)的狀態(tài)。模擬信號波形數(shù)字信號波形8.1 脈沖與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號的比較數(shù)字信號只要求分辨兩種狀態(tài):高電平和

2、低電平。對應(yīng)表示邏輯1和邏輯0。數(shù)碼為:09;基數(shù)是10。運(yùn)算規(guī)律:逢十進(jìn)一,即:9110。下標(biāo)用10或D表示十進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式:1、十進(jìn)制102、101、100稱為十進(jìn)制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。 3 3 1333 31 1 3 3 1同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。任意一個十進(jìn)制數(shù)都可以表示為各個數(shù)位上的數(shù)碼與其對應(yīng)的權(quán)的乘積之和,稱權(quán)展開式。即:(331)103102310111008.2.1 數(shù)制任意N的十進(jìn)制表示方法式中,i表示位數(shù),以小數(shù)點為分界,向左位數(shù)依次為0,1,2n-1;向右位數(shù)依次為-1,-2,-m。這樣,第i位數(shù)表示量的權(quán)值為10i,即ai實際所表示數(shù)值的大小

3、為ai10i,習(xí)慣上稱為這一位的加權(quán)系數(shù)。如:(1101.01)21 23 +122 0211200211 22 (13.25)10各數(shù)位的權(quán)是的冪數(shù)碼為:0、1;基數(shù)是2。運(yùn)算規(guī)律:逢二進(jìn)一。即:1110。下標(biāo)用2或B表示。二進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式:2、二進(jìn)制數(shù)表8-1 部分不同位置的1數(shù)值 所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)3、十六進(jìn)制數(shù)數(shù)碼為:09、AF;基數(shù)是16。運(yùn)算規(guī)律:逢十六進(jìn)一,即:F110。下標(biāo)用16或H表示。8.2.2 不同進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換1. 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)“按權(quán)展開,相加即可”【例8.1】 將二進(jìn)制數(shù)101.12轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。101.12=122+021+120+12-1=4+0+

4、1+0.5 =5.510 2、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制 基數(shù)連除、連乘法原理:將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 整數(shù)部分采用“除2取余,逆序排列”; 小數(shù)部分采用“乘2取整,順序排列” ; 轉(zhuǎn)換后再合并?!纠?.2】將十進(jìn)制數(shù)6710轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解: 2 67 1 低位 2 32 1 2 16 0 2 8 0 2 4 0 2 2 0 2 1 1 高位 0 【例8.3】 將0.65210轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解: 0.6522=1.304 取整=1 高位 0.3042=0.608 取整=0 0.6082=1.216 取整=1 0.2162=0.432 取整=0 低位如果需要,還可以繼續(xù)乘下去

5、。位數(shù)越多越精確,若只要四位小數(shù),則0.652100.10102【例8.4】 將67.65210轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 解:顯然把6710和0.65210分別轉(zhuǎn)換后合成可得轉(zhuǎn)換結(jié)果為: 67.65210=1100001.10102 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他任意進(jìn)制數(shù)都可用基數(shù)乘除法。即如十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),則整數(shù)部分“除2取余,逆序排列”改成“除16取余,逆序排列”即可,小數(shù)部分“乘2取整,順序排列”改成“乘16取整,順序排列”。其余類推。 8.2.3 編碼用一種代碼表示其他事物的方法編碼。 由于n位二進(jìn)制數(shù)的取值組合為2n、即2n 種不同的編碼。顯然,若所需編碼的信息符號有N項,則需用的二進(jìn)制數(shù)碼

6、的位數(shù)n應(yīng)滿足如下關(guān)系: 2nN1.二十進(jìn)制代碼(BCD碼) 二-十進(jìn)制編碼簡稱BCD碼,用四位二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)碼的編碼方法。表8-2 8421BCD碼十進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系二進(jìn)制編碼00000001001000110100010101100111十進(jìn)制符號01234567二進(jìn)制編碼10001001101010111100110111101111十進(jìn)制符號89未使用未使用未使用未使用未使用未使用【例8.5】(1)把100010018421BCD碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。解:(1)1000 10018421BCD=8910(2)把3810轉(zhuǎn)換成8421BCD碼解:(2)3810=0011 10008421

7、BCD 2.編碼的應(yīng)用 計算機(jī)內(nèi)部只有二進(jìn)制數(shù),任何符號在計算機(jī)內(nèi)部都以二進(jìn)制形式存在。 圖8-4 計算機(jī)內(nèi)部的編碼形式 8.3.1 邏輯變量與邏輯函數(shù) 邏輯變量:只有兩種取值的變量,即邏輯0和邏輯1,0 和 1 稱為邏輯常量,并不表示數(shù)量的大小,而是表示兩種對立的邏輯狀態(tài)。 邏輯函數(shù):描述變量關(guān)系的函數(shù)。8.3 邏輯門電路8.3.2 基本邏輯 邏輯代數(shù)的基本邏輯運(yùn)算:與邏輯、或邏輯、非邏輯。 邏輯真值表是列出所有輸入變量(設(shè)有n個)的各種可能取值組合(2n),遵循某種邏輯關(guān)系計算出輸出變量結(jié)果的表格,每種輸入組合將對應(yīng)一個輸出結(jié)果,即列出所有可能的輸入取值與輸出結(jié)果之間的關(guān)系。 圖8-6 串

8、聯(lián)開關(guān)控制燈的電路1、與運(yùn)算(與邏輯)表8-3 燈與開關(guān)的關(guān)系開關(guān)A狀態(tài)開關(guān)B狀態(tài)燈Y狀態(tài)斷斷滅斷通滅通斷滅通通亮1、與運(yùn)算(與邏輯)與運(yùn)算:輸入變量為全1時,輸出變量為1,否則輸出變量為0。 Y=AB 從表8-4中可知,“與”運(yùn)算規(guī)則是:輸入變量(A、B)全為1時,輸出變量(Y)為1;否則,輸出變量(Y)為0。簡記為“全1出1,有0出0”。 與邏輯真值表ABY000010100111表8-4 與邏輯真值表與運(yùn)算波形圖圖8-7與門邏輯符號與波形2或運(yùn)算(或邏輯) 或運(yùn)算:輸入變量全0時,輸出變量為0,否則輸出變量為1。Y=A+B “或”運(yùn)算規(guī)則是:“全0出0,有1出1”。圖8-8 并聯(lián)開關(guān)控制

9、電路2或運(yùn)算(或邏輯) 或邏輯的語言表述:決定一事件發(fā)生的各條件中,只要有一個或一個以上條件具備時,事件便發(fā)生;只有當(dāng)條件全不具備時,事件才不發(fā)生。表8-6 或邏輯真值表表8-5 或邏輯的例子或邏輯波形圖圖8-9 或門邏輯符號與波形3非運(yùn)算 非運(yùn)算:輸出變量與輸入變量互為相反。 運(yùn)算規(guī)則:取反 3非運(yùn)算 非運(yùn)算:輸出變量與輸入變量互為相反。表達(dá)式為:圖8-10 單開關(guān)控制電路表8-7 非邏輯例子表8-8 非邏輯真值表非邏輯波形圖圖8-11 非邏輯符號與波形圖8-12 生活中的邏輯關(guān)系4. 復(fù)合邏輯運(yùn)算基本邏輯運(yùn)算雖然簡單,但所有的邏輯關(guān)系都可以用它們或它們的組合來表示。當(dāng)與、或、非三種基本邏輯

10、運(yùn)算組合在一起時,其運(yùn)算規(guī)律是: (1)在一個式子中有邏輯乘和邏輯加時,應(yīng)先做邏輯乘后做邏輯加。如AB+CD,就應(yīng)先做A邏輯乘B和C邏輯乘D,然后再把兩項邏輯乘的結(jié)果相加。 (2)式子中有括號,應(yīng)先做括號內(nèi)的運(yùn)算。如(A+B)C,是先做括號的加運(yùn)算,然后再做邏輯乘。 (3)式子中有非號時,先做“非”號下表達(dá)式的運(yùn)算,再進(jìn)行非運(yùn)算。 在做非運(yùn)算時,要特別注意“非”符號的長短,例如,是先做邏輯乘(A與B、C與D),再做邏輯加(AB+CD),最后做非運(yùn)算,而,是先做邏輯乘運(yùn)算再做非運(yùn)算,最后做邏輯加運(yùn)算?!纠?.6】 寫出表達(dá)式的真值表。)、(與A取值相反)、(與B取值相反)、(A與(解:可以根據(jù)A

11、、B依次列出與B)的取值,最后算出F1的取值,見表8-9。表8-9 的真值表ABF10011000011001110011011100000表8-10 常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算的描述名 稱邏 輯 符 號表 達(dá) 式真值表功能特點與非邏輯(讀作:Y等于A與B的非”。也可記作: )全1為0或非邏輯(讀作:Y等于A或B的非)全0為1異或邏輯(讀作:Y等于A異或B)相異為1ABY00101110111 0ABY00101010011 0ABY0000111011108.3.3 集成門電路的基本知識 1. 高電平、低電平的規(guī)定 利用電路可以實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯關(guān)系,稱之為邏輯門電路,簡稱門電路。 常用高電平(H)來表

12、示邏輯“1”,低電平(L)表示邏輯“0”,這種規(guī)定為正邏輯,現(xiàn)在的數(shù)字電路均采用正邏輯規(guī)定。 圖8-13 某TTL產(chǎn)品的高電平低電平的參數(shù)2. 常用門電路的性能 集成電路(Intergrated Circuit,簡稱IC)是將元器件和互連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的電路或系統(tǒng)。 根據(jù)集成器件數(shù)量,分為晶體管數(shù)小于100的小規(guī)模集成電路(SSI)、晶體管數(shù)在1001000之間的中規(guī)模集成電路(MSI)、晶體管數(shù)在100010萬之間的大規(guī)模集成電路(LSI)、晶體管數(shù)在10萬100萬之間的超大規(guī)模集成電路(VLSI)以及晶體管數(shù)超過100萬的巨大規(guī)模集成電路(GSI)等。 常用的門電路是小規(guī)模

13、集成電路,從電路結(jié)構(gòu)及工藝實現(xiàn)方面看,具有代表性的集成電路有TTL(晶體管-晶體管邏輯)門電路和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體邏輯)門電路。表8-11 常用門電路的性能類 型優(yōu) 點缺 點常用系列適 應(yīng) 場 合TTL(晶體管-晶體管邏輯)功耗一般、高速對電源變化敏感(50.5V),抗干擾能力一般74LS系列普通應(yīng)用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件)功耗極低,集成度高,電源適應(yīng)范圍廣(318V),抗干擾能力強(qiáng)對靜電破壞敏感4000系列5000系列74HC系列低功耗電路 不同功能的數(shù)字集成電路由型號來區(qū)分,型號標(biāo)識在集成電路上方的表面。例如74LS00表示是“74LS”系列的功能為“4個2輸入端與

14、非門”集成電路,型號標(biāo)識各部分含義如圖8-14所示。圖8-14 不同型號表示不同的集成電路3. 邏輯功能的使用 圖8-15是兩種TTL“與非”門的外引腳排列圖及外封裝圖。圖8-15中所示的74LS20和74LS00就是TTL的與非門。一片集成電路內(nèi)的各個邏輯門互相獨立,可以單獨使用,但其電源引腳(電源正極VCC和電源負(fù)極GND)是共用的。 圖8-15 TTL“與非”門外引腳排列圖8.3.4 集成門電路使用注意事項 1、TTL門電路的使用注意事項: (1)TTL電路的電源正端通常標(biāo)以“VCC”,負(fù)端標(biāo)以“GND”。電源正常是集成電路門電路能否正常工作的必要條件。 (2)TTL集成電路對電源電壓要

15、求比較嚴(yán)格,除了低電壓、低功耗系列外,通常只允許在+5V0.5V的范圍內(nèi)工作。 (4)TTL集成電路的輸出端不允許直接接地或直接接+5V,輸出端與輸出端之間不能并聯(lián)否則將導(dǎo)致器件損壞。圖8-16 與非門多余輸入端的處理圖8-17 或門、或非門多余輸入端的處理(3)TTL門電路的多余輸入端處理方法 集成電路在使用集成電路時有時可能會出現(xiàn)多余的引腳。多余的引腳按具體情況處理。(5)TTL特殊輸出結(jié)構(gòu)的門電路的使用 OC 門:TTL門電路在制作時,將一些影響參數(shù)的器件不加入,可理解為“殘缺的門”。 圖8-19 集電極開路與非門三態(tài)門 三態(tài)門輸出結(jié)構(gòu)的作用就相當(dāng)于圖8-20所示的給門加鎖,即成為帶鎖的

16、門。 圖8-20 三態(tài)輸出門 三態(tài)門在工作時,用萬用表電壓擋測其輸出端,可能測得三種情況:(1)輸出端對地電壓約為3.4V,此時輸出相當(dāng)于邏輯1。 (2)輸出端對地電壓小于0.3V,對正電源端電壓大于4.7V,此時輸出相當(dāng)于邏輯0。 (3)輸出端對地和對正電源端電壓均為0V,即輸出端懸空,為高阻態(tài)。(1)CMOS電路的電源正端標(biāo)以“VDD”,負(fù)端標(biāo)以“VSS”。使用時一般將“VSS”接地。(2)由于CMOS門電路采用了絕緣柵型場效應(yīng)管(MOS管)是一種高輸入阻抗、微功耗的電路,極易造成靜電損壞。 2.CMOS集成電路的使用注意事頂 (3)在儲存和運(yùn)輸中,MOS集成電路應(yīng)用防靜電包裝(如鋁箔、防

17、靜電包裝袋)。(4)在組裝電路時,必須采取防靜電措施,以免靜電擊穿損壞或損傷集成電路。所有與CMOS電路直接接觸的工具,測試設(shè)備必須可靠接地。 (5)CMOS集成電路的輸出端不允許直接接VDD或VSS。3. 基本門電路應(yīng)用【例8-7】 用門電路實現(xiàn),說明需要選用哪些集成電路?畫出連接圖。解:邏輯運(yùn)算中,輸入有三個變量,輸出為F。包含與、或、非三種運(yùn)算,所以需選用與門、或門、非門三種類型的門電路來實現(xiàn),這里采用TTL電路的74LS系列集成電路。查手冊可知,74LS系列中,與門可以采用74LS08,它有四個2輸入的與門,或門可采用74LS32,它有四個2輸入或門,非門可采用74LS04,它有六個非

18、門。根據(jù)要求,連接線路如圖8-21。正常供電后, F則按的邏輯關(guān)系依據(jù)輸入A、B、C的取值變化。圖8-21 門電路實現(xiàn)邏輯功能的電路圖8.4 邏輯函數(shù)化簡 與或表達(dá)式或與表達(dá)式 與非與非表達(dá)式 或非或非表達(dá)式與或非表達(dá)式目標(biāo):低成本、高速、可靠圖8-22 用74LS00實現(xiàn)邏輯函數(shù)8.4.1 邏輯代數(shù)的公式1. 邏輯代數(shù)基本公式表8-12 邏輯代數(shù)的基本公式A名 稱邏 輯 與邏 輯 或01律A1=AA0=0 A+0=AA+1=1交換律AB=BAA+B=B+A結(jié)合律A(BC)=(AB)CA+(B+C)=(A+B)+C分配律A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)互補(bǔ)律A =0 重疊

19、律AA=AA+A=A反演律 還原律例8.8 證明公式:A+BC=(A+B)(A+C) 證明:將變量A、B、C的全部取值組合分別代入等式兩邊,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,結(jié)果如表8-13所示。A B CBCA+BCA+BA+C(A+B)(A+C)0 0 0000000 0 1000100 1 0001000 1 1111111 0 0011111 0 1011111 1 0011111 1 1111112邏輯代數(shù)常用公式(1)公式: 證明: 所以,公式成立。(2)公式: 證明: 所以,公式成立。(3)公式: 證明: 所以,公式成立。(4)公式: 證明:所以,公式成立。8.4.2邏輯函數(shù)的化簡1化簡意義及標(biāo)準(zhǔn)最

20、簡與或式的標(biāo)準(zhǔn)是:(1)乘積項的個數(shù)應(yīng)該最少。(2)每一個乘積項中所含變量個數(shù)最少。對邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡的方法有公式化簡法和卡諾圈化簡法。 (1)并項法 利用公式 A+AB=A ,把兩項合并成一項,同時消去一個變量。2 . 公式化簡法【例8.9】 (2)吸收法 利用公式 ,吸收掉AB這一項?!纠?.10】 (3)消去法利用公式 ,消去多余的因子 。(4)配項法 利用公式 ,將函數(shù)中的某個合適乘積項展開成兩項,再與其它項合并,以得到最簡結(jié)果 例8.11 【8.12】化簡函數(shù) =B 解: (利用公式A+AB=A) (利用公式AB+AC=A(B+C) (利用公式 )(利用公式A(B+C)=AB+AC)

21、 (利用公式A+AB=A) (利用公式 )【本章回顧】(1)數(shù)字信號只需表示“0”、“1”兩種取值,是很簡單的信號形式,在應(yīng)用中很容易處理和儲存。數(shù)字信號在電路中是以邏輯電平的形式表示,在傳送過程中是以脈沖波的形式存在的。(2)數(shù)字電路只有兩種電平,高電平、低電平,分別表示“1”、“0”兩個代碼。數(shù)字電路可以實現(xiàn)與門、或門、非門三種基本的門電路,通過組合可以實現(xiàn)所有的邏輯關(guān)系運(yùn)算。(3)二進(jìn)制數(shù)只需“1”、“0”兩個代碼來表示,依照“逢2進(jìn)1”的規(guī)則進(jìn)行計數(shù)。既可以表示數(shù)值,也可以表示文字符號等信息,是計算機(jī)處理信息的基本形式。(4)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)可相互轉(zhuǎn)換,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”。十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)時,方法為:“除2取余,逆序排列?!薄#?)由于二進(jìn)制數(shù)的書寫、閱讀不方便,常用十六進(jìn)制數(shù)表示。(6)采用編碼的方式可以實現(xiàn)二進(jìn)制碼表示符號。編碼的形式有多種,其中十進(jìn)制數(shù)碼的編碼有BCD碼、格雷碼,英文符號的編碼采用ASCII碼

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