电工电子技术-数字电路基础优秀课件.ppt

电工电子技术-数字电路基础第1页，本讲稿共35页 第一节第一节 数字电路概述数字电路概述 数字电路与模拟电路数字电路与模拟电路 集成数字电路的分类集成数字电路的分类 脉冲信号脉冲信号 晶体管的开关作用晶体管的开关作用 第2页，本讲稿共35页一、数字电路与模拟电路一、数字电路与模拟电路 模拟信号随时间连续变化的信号。模拟信号随时间连续变化的信号。模拟电路处理模拟信号的电路。模拟电路处理模拟信号的电路。数字信号不随时间连续变化的脉冲数字信号不随时间连续变化的脉冲 信号。信号。数字电路处理数字信号的电路。数字电路处理数字信号的电路。模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别 所处理的信号不同；所处理的信号不同；研究电路的着重点不同；研究电路的着重点不同；晶体管的工作状态不同。晶体管的工作状态不同。第3页，本讲稿共35页二、集成数字电路的分类二、集成数字电路的分类 小规模集成电路小规模集成电路(SSI)110门片或门片或10100元件片元件片 中规模集成电路中规模集成电路(MSI)10100门片或门片或 1000元件片元件片 大规模集成电路大规模集成电路(LSI)1001000门片或门片或1000门片或门片或 10万元件片万元件片第4页，本讲稿共35页三、脉冲信号三、脉冲信号脉冲宽度脉冲宽度tP-前后沿之间的时间间隔。前后沿之间的时间间隔。正脉冲正脉冲负脉冲负脉冲脉冲幅度脉冲幅度A脉冲变化最大值。脉冲变化最大值。A脉冲周期脉冲周期T脉冲频率脉冲频率f -f =1/TT脉冲前沿脉冲前沿:正脉冲的上升沿或负脉冲的下降沿。正脉冲的上升沿或负脉冲的下降沿。脉冲后沿脉冲后沿:正脉冲的下降沿或负脉冲的上升沿。正脉冲的下降沿或负脉冲的上升沿。前沿前沿后沿后沿tP第5页，本讲稿共35页四、晶体管的开关作用四、晶体管的开关作用 二极管二极管ABABABUA UBUA UA 3VVDB率先导通，率先导通，UFUB3VVDA截止截止解：解：第7页，本讲稿共35页 三极管三极管RCUOUCCRBUiT当当UI 0.5V，iB IBS=UCC/RCUO=UOL 0.3V BE、BC正偏，正偏，T饱和饱和bcebce当当0 iB IBS，T 放大放大只要用只要用UI的高、低电平控制三的高、低电平控制三极管，使之工作在截止、饱和状极管，使之工作在截止、饱和状态，就可以控制它的开关状态，态，就可以控制它的开关状态，并可在输出端得到高低电平。并可在输出端得到高低电平。第8页，本讲稿共35页开关合向开关合向aIB5RB15500103 0.01mAUB0IBS15 RC =151005103 0.03mA 0 IB IBS，T 处于饱和状态处于饱和状态RC15Vabc5V1.5VRB1RB2解：解：开关合向开关合向c IB 0 IC 0T处于截止状态处于截止状态第9页，本讲稿共35页第二节第二节 基本逻辑关系及其基本逻辑关系及其 门电路门电路 与与 门门 或或 门门 非非 门门 与非门和或非门与非门和或非门 第10页，本讲稿共35页 条件与结果的关系称为逻辑关系，用以条件与结果的关系称为逻辑关系，用以实现基本逻辑关系的电子电路称为门电路。实现基本逻辑关系的电子电路称为门电路。基本逻辑关系：与、或、非基本逻辑关系：与、或、非 相对应的基本门电路：与门、或门、非门相对应的基本门电路：与门、或门、非门 门电路用二值逻辑中的门电路用二值逻辑中的“0”、“1”分分别表示高低电平。别表示高低电平。1 高电平高电平0 低电平低电平正逻辑正逻辑1 低电平低电平0 高电平高电平负逻辑负逻辑第11页，本讲稿共35页一、与一、与 门门 与逻辑与逻辑 只有决定事物结果的各只有决定事物结果的各种条件种条件(A、B)同时具备时，同时具备时，结果（结果（F）才会发生，这种）才会发生，这种逻辑叫做与逻辑。逻辑叫做与逻辑。ABFU 与门电路与门电路 输入量作为条件，输出量作为结果，输入量作为条件，输出量作为结果，输入、输出之间满足输入、输出之间满足与与逻辑的电路。逻辑的电路。第12页，本讲稿共35页AFVCCRBVDAVDB UA UB UF0.3 0.3 0.3 3 3 0.3 3 3 0.30.30.33 与门真值表与门真值表真值表能够完整真值表能够完整的表达输入与输出间的表达输入与输出间所有可能逻辑关系的所有可能逻辑关系的表格，有表格，有n个输入端，个输入端，就有就有2n 种组合。种组合。A BF 0 0 0 1 1 0 1 10001有有0出出0全全1出出1第13页，本讲稿共35页 与门逻辑符号及表达式与门逻辑符号及表达式&ABF F=A B例：有一条传输线，用来传送连续的方波信例：有一条传输线，用来传送连续的方波信号。现在要求增设一个控制信号，使得方波号。现在要求增设一个控制信号，使得方波在某种条件下才能送出，试问如何解决？在某种条件下才能送出，试问如何解决？解：解：&方波信号方波信号控制信号控制信号输出输出 控制信号为控制信号为 0 时，输出为时，输出为0，门关闭。，门关闭。控制信号为控制信号为 1 时，输出为方波，门打开。时，输出为方波，门打开。第14页，本讲稿共35页二、或二、或 门门ABFU 或逻辑或逻辑决定事物结果的各种条件决定事物结果的各种条件(A、B)只要有任意一个具备时，只要有任意一个具备时，结果（结果（F）就会发生，这种）就会发生，这种逻辑叫做或逻辑。逻辑叫做或逻辑。或门电路或门电路AFVCCRBVDAVDB UA UB UF0.3 0.3 0.3 3 3 0.3 3 3 0.3333第15页，本讲稿共35页 A BF 0 0 0 1 1 0 1 10111 或门真值表或门真值表有有1出出1全全0出出0 或门逻辑符号及表达式或门逻辑符号及表达式1ABF F=A B第16页，本讲稿共35页例：图示电路为保险柜的报警电路，保险柜例：图示电路为保险柜的报警电路，保险柜的两层门上各装有一个开关的两层门上各装有一个开关S1和和S2。门关上。门关上时，开关闭合。当任一层门被打开时，报警时，开关闭合。当任一层门被打开时，报警灯亮，试分析工作原理。灯亮，试分析工作原理。解：解：1S1S2+5V1K1K30A0，B0，F0报警灯不亮。报警灯不亮。任一层门被打开时，相对应的开关断任一层门被打开时，相对应的开关断开开.A1，B0ABF故故 F1，报警灯亮。报警灯亮。两层门都关上时，两层门都关上时，第17页，本讲稿共35页三、非三、非 门门AFU 非逻辑非逻辑决定事物结果的条件决定事物结果的条件A具备具备时，结果时，结果F 就不会发生，这就不会发生，这种逻辑叫做非逻辑。种逻辑叫做非逻辑。非门电路非门电路 UA UF0.3 33RCFUCCRBA0.3第18页，本讲稿共35页 A F 0 1 01 非门逻辑符号及表达式非门逻辑符号及表达式 非门真值表非门真值表1AF 第19页，本讲稿共35页四、与非门和或非门四、与非门和或非门 与非门与非门&ABF A BF 0 0 0 1 1 0 1 11110 或非门或非门1ABF A BF 0 0 0 1 1 0 1 11000第20页，本讲稿共35页ABF1例：已知与门、或门输入端例：已知与门、或门输入端A、B、C的波的波形，试画出输出波形。形，试画出输出波形。1ACF2&ABF1 CF2第21页，本讲稿共35页第三节第三节 TTL集成门电路集成门电路 TTL与非门与非门第22页，本讲稿共35页一、一、TTL与非门与非门 电路结构电路结构UCCFABT1T2T1-多发射极三极管多发射极三极管ABT1AB第23页，本讲稿共35页 TTL与非门的输与非门的输入电压与输出电压之入电压与输出电压之间的关系曲线称为电间的关系曲线称为电压传输曲线。压传输曲线。UOHUOLuOuIUONUOFF 输出高电平输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOLUOH3.6VUOL0.3V规定规定 UOH2.4V UOL0.4V 开门电平开门电平UON和关门电平和关门电平UOFF 输出为低电平时，称为开门；输出为高输出为低电平时，称为开门；输出为高电平时，称为关门。电平时，称为关门。电压传输特性及主要参数电压传输特性及主要参数第24页，本讲稿共35页UON在额定负载下，使输出电平达到标在额定负载下，使输出电平达到标准低电平的输入电平的最小值。准低电平的输入电平的最小值。UOFF空负载时，使输出电平达到标准高空负载时，使输出电平达到标准高电平的输入电平的最大值。电平的输入电平的最大值。UON、UOFF 反映反映TTL 与非门的抗干扰能与非门的抗干扰能力，力，UON与与UOFF 越接近，抗干扰能力越强，越接近，抗干扰能力越强，与非门的开关性能越好。与非门的开关性能越好。扇出系数扇出系数N 即带负载能力，表示即带负载能力，表示TTL与非门输出端与非门输出端最多能带同类与非门的个数。最多能带同类与非门的个数。一般一般N8第25页，本讲稿共35页 平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtpd表示门电路的开关速度。表示门电路的开关速度。5050UIUOtpd1tpd2tpd1导通延迟时间导通延迟时间tpd2截止延迟时间截止延迟时间第26页，本讲稿共35页第六节第六节 逻辑代数的基本公式逻辑代数的基本公式 和定律和定律 基本定律基本定律 重要规则重要规则 逻辑函数的代数化简法逻辑函数的代数化简法第27页，本讲稿共35页一、基本定律一、基本定律 基本运算规则基本运算规则0A=01A=A0+A=A1+A=1AA=AA+A=A 交换律交换律AB=BAA+B=B+A 结合律结合律ABC=(AB)C=A(BC)A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C)第28页，本讲稿共35页 分配律分配律A(B+C)=AB+ACA+B C=(A+B)(A+C)吸收律吸收律AABAA（AB）A 反演律（摩根定理）反演律（摩根定理）第29页，本讲稿共35页证明：证明：二、重要规则二、重要规则 代入规则代入规则 任何一个含有变量任何一个含有变量A的等式，如果将所有的等式，如果将所有出现出现A的位置都代之以一个逻辑函数，则等的位置都代之以一个逻辑函数，则等式仍然成立。式仍然成立。B(A+C)=BA+BCB(A+D)+C=B(A+D)+BC=BA+BD+BC第30页，本讲稿共35页 反演规则反演规则 求一个逻辑函数求一个逻辑函数F的非函数的非函数 时，可以将时，可以将F中的中的与与（）换成）换成或或()，或或()换成换成与与（）；）；再将再将原原变量换成变量换成非非变量，变量，非非变量换成变量换成原原变量；变量；1换成换成0，0换成换成1，所得的逻辑函数式就是，所得的逻辑函数式就是 。变换时保持先变换时保持先与与后后或或的顺序。的顺序。对偶规则对偶规则 一个逻辑函数一个逻辑函数F，如果将，如果将F中的中的与与（）换成）换成或或()，或或()换成换成与与（）；再将）；再将1换成换成0，0换成换成1，所得的逻辑函数式就是，所得的逻辑函数式就是 F的对偶式，的对偶式，记作记作F。第31页，本讲稿共35页例例:利用摩根定理将下列逻辑函数转换成独利用摩根定理将下列逻辑函数转换成独立变量。立变量。反之利用摩根定理将下列逻辑函数转换成与反之利用摩根定理将下列逻辑函数转换成与非式非式.第32页，本讲稿共35页三、逻辑函数的代数化简法三、逻辑函数的代数化简法 并项法并项法例：例：吸收法吸收法第33页，本讲稿共35页 配项法配项法如：如：例：例：证明证明第34页，本讲稿共35页例例:化简化简例例:化简化简第35页，本讲稿共35页