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

2、低電平。對應表示邏輯1和邏輯0。數碼為：09；基數是10。運算規律：逢十進一，即：9110。下標用10或D表示十進制數的權展開式：1、十進制102、101、100稱為十進制的權。各數位的權是10的冪。 3 3 1333 31 1 3 3 1同樣的數碼在不同的數位上代表的數值不同。任意一個十進制數都可以表示為各個數位上的數碼與其對應的權的乘積之和，稱權展開式。即：(331)103102310111008.2.1 數制任意N的十進制表示方法式中，i表示位數，以小數點為分界，向左位數依次為0，1，2n-1；向右位數依次為-1，-2，-m。這樣，第i位數表示量的權值為10i，即ai實際所表示數值的大小

3、為ai10i，習慣上稱為這一位的加權系數。如：(1101.01)21 23 +122 0211200211 22 (13.25)10各數位的權是的冪數碼為：0、1；基數是2。運算規律：逢二進一。即：1110。下標用2或B表示。二進制數的權展開式：2、二進制數表8-1 部分不同位置的1數值 所對應的十進制數3、十六進制數數碼為：09、AF；基數是16。運算規律：逢十六進一，即：F110。下標用16或H表示。8.2.2 不同進制之間的相互轉換1. 二進制數轉換為十進制數“按權展開，相加即可”【例8.1】 將二進制數101.12轉換成十進制數。101.12=122+021+120+12-1=4+0+

4、1+0.5 =5.510 2、十進制數轉換為二進制數十進制 基數連除、連乘法原理：將整數部分和小數部分分別進行轉換。 整數部分采用“除2取余，逆序排列”； 小數部分采用“乘2取整，順序排列” ； 轉換后再合并?！纠?.2】將十進制數6710轉換成二進制數。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轉換成二進制數。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，還可以繼續乘下去

5、。位數越多越精確，若只要四位小數，則0.652100.10102【例8.4】 將67.65210轉換成二進制數。 解：顯然把6710和0.65210分別轉換后合成可得轉換結果為： 67.65210=1100001.10102 十進制數轉換成其他任意進制數都可用基數乘除法。即如十進制數轉換成十六進制數，則整數部分“除2取余，逆序排列”改成“除16取余，逆序排列”即可，小數部分“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位二進制數的取值組合為2n、即2n 種不同的編碼。顯然，若所需編碼的信息符號有N項，則需用的二進制數碼

6、的位數n應滿足如下關系： 2nN1.二十進制代碼（BCD碼） 二-十進制編碼簡稱BCD碼，用四位二進制碼表示十進制數碼的編碼方法。表8-2 8421BCD碼十進制的對應關系二進制編碼00000001001000110100010101100111十進制符號01234567二進制編碼10001001101010111100110111101111十進制符號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碼轉換成十進制數。解：（1）1000 10018421BCD=8910（2）把3810轉換成8421BCD碼解：（2）3810=0011 10008421

7、BCD 2.編碼的應用 計算機內部只有二進制數，任何符號在計算機內部都以二進制形式存在。 圖8-4 計算機內部的編碼形式 8.3.1 邏輯變量與邏輯函數 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，并不表示數量的大小，而是表示兩種對立的邏輯狀態。 邏輯函數：描述變量關系的函數。8.3 邏輯門電路8.3.2 基本邏輯 邏輯代數的基本邏輯運算：與邏輯、或邏輯、非邏輯。 邏輯真值表是列出所有輸入變量（設有n個）的各種可能取值組合（2n），遵循某種邏輯關系計算出輸出變量結果的表格，每種輸入組合將對應一個輸出結果，即列出所有可能的輸入取值與輸出結果之間的關系。 圖8-6 串

8、聯開關控制燈的電路1、與運算（與邏輯）表8-3 燈與開關的關系開關A狀態開關B狀態燈Y狀態斷斷滅斷通滅通斷滅通通亮1、與運算（與邏輯）與運算：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”運算規則是：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 與邏輯真值表與運算波形圖圖8-7與門邏輯符號與波形2或運算（或邏輯） 或運算：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”運算規則是：“全0出0，有1出1”。圖8-8 并聯開關控制

9、電路2或運算（或邏輯） 或邏輯的語言表述：決定一事件發生的各條件中，只要有一個或一個以上條件具備時，事件便發生；只有當條件全不具備時，事件才不發生。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非運算 非運算：輸出變量與輸入變量互為相反。 運算規則：取反 3非運算 非運算：輸出變量與輸入變量互為相反。表達式為：圖8-10 單開關控制電路表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 生活中的邏輯關系4. 復合邏輯運算基本邏輯運算雖然簡單，但所有的邏輯關系都可以用它們或它們的組合來表示。當與、或、非三種基本邏輯

10、運算組合在一起時，其運算規律是： （1）在一個式子中有邏輯乘和邏輯加時，應先做邏輯乘后做邏輯加。如AB+CD，就應先做A邏輯乘B和C邏輯乘D，然后再把兩項邏輯乘的結果相加。 （2）式子中有括號，應先做括號內的運算。如（A+B）C，是先做括號的加運算，然后再做邏輯乘。 （3）式子中有非號時，先做“非”號下表達式的運算，再進行非運算。 在做非運算時，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），最后做非運算，而，是先做邏輯乘運算再做非運算，最后做邏輯加運算。【例8.6】 寫出表達式的真值表。）、（與A取值相反）、（與B取值相反）、（A與（解：可以根據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 常用的復合邏輯運算的描述名 稱邏 輯 符 號表 達 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、低電平的規定 利用電路可以實現相應的邏輯關系，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”，這種規定為正邏輯，現在的數字電路均采用正邏輯規定。 圖8-13 某TTL產品的高電平低電平的參數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體芯片上而制成的電路或系統。 根據集成器件數量，分為晶體管數小于100的小規模集成電路（SSI）、晶體管數在1001000之間的中規模集成電路（MSI）、晶體管數在100010萬之間的大規模集成電路（LSI）、晶體管數在10萬100萬之間的超大規模集成電路（VLSI）以及晶體管數超過100萬的巨大規模集成電路（GSI）等。 常用的門電路是小規模

13、集成電路，從電路結構及工藝實現方面看，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（互補金屬氧化物半導體邏輯）門電路。表8-11 常用門電路的性能類 型優 點缺 點常用系列適 應 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系列普通應用CMOS（互補金屬氧化物半導體器件）功耗極低，集成度高，電源適應范圍廣（318V），抗干擾能力強對靜電破壞敏感4000系列5000系列74HC系列低功耗電路 不同功能的數字集成電路由型號來區分，型號標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以“VCC”，負端標以“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、求比較嚴格，除了低電壓、低功耗系列外，通常只允許在+5V0.5V的范圍內工作。 （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否則將導致器件損壞。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多余的引腳。多余的引腳按具體情況處理。（5）TTL特殊輸出結構的門電路的使用 OC 門：TTL門電路在制作時，將一些影響參數的器件不加入，可理解為“殘缺的門”。 圖8-19 集電極開路與非門三態門 三態門輸出結構的作用就相當于圖8-20所示的給門加鎖，即成為帶鎖的

16、門。 圖8-20 三態輸出門 三態門在工作時，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。（1）CMOS電路的電源正端標以“VDD”，負端標以“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）在儲存和運輸中，MOS集成電路應用防靜電包裝（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. 基本門電路應用【例8-7】 用門電路實現，說明需要選用哪些集成電路？畫出連接圖。解：邏輯運算中，輸入有三個變量，輸出為F。包含與、或、非三種運算，所以需選用與門、或門、非門三種類型的門電路來實現，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。根據要求，連接線路如圖8-21。正常供電后， F則按的邏輯關系依據輸入A、B、C的取值變化。圖8-21 門電路實現邏輯功能的電路圖8.4 邏輯函數化簡 與或表達式或與表達式 與非與非表達式 或非或非表達式與或非表達式目標：低成本、高速、可靠圖8-22 用74LS00實現邏輯函數8.4.1 邏輯代數的公式1. 邏輯代數基本公式表8-12 邏輯代數的基本公式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，進行邏輯運算，結果如表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邏輯函數的化簡1化簡意義及標準最

20、簡與或式的標準是：（1）乘積項的個數應該最少。（2）每一個乘積項中所含變量個數最少。對邏輯函數進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。【例1.10】 （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，以得到最簡結果 例8.11 【8.12】化簡函數 =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）數字信號只需表示“0”、“1”兩種取值，是很簡單的信號形式，在應用中很容易處理和儲存。數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。數字電路可以實現與門、或門、非門三種基本的門電路，通過組合可以實現所有的邏輯關系運算。（3）二進制數只需“1”、“0”兩個代碼來表示，依照“逢2進1”的規則進行計數。既可以表示數值，也可以表示文字符號等信息，是計算機處理信息的基本形式。（4）二進制數與十進制數可相互轉換，二進制數轉換成十進制數的方法是“按權展開”。十進制整數轉換成二進制整數時，方法為：“除2取余，逆序排列?！?。（5）由于二進制數的書寫、閱讀不方便，常用十六進制數表示。（6）采用編碼的方式可以實現二進制碼表示符號。編碼的形式有多種，其中十進制數碼的編碼有BCD碼、格雷碼，英文符號的編碼采用ASCII碼