单元七数字电路基础PPT讲稿.ppt
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1、单元七数字电路基单元七数字电路基础础第1页,共61页,编辑于2022年,星期五课题一课题一 数字电路基本知识数字电路基本知识一、数字信号和数字电路一、数字信号和数字电路1模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号图7-1 模拟信号和数字信号的波形(a)模拟信号波形 (b)数字信号波形第2页,共61页,编辑于2022年,星期五2数字信号的主要参数数字信号的主要参数(1)脉冲幅度)脉冲幅度Um(或(或A)。)。(2)脉冲信号周期)脉冲信号周期T。(3)脉冲宽度)脉冲宽度。(4)占空比)占空比D。脉冲宽度。脉冲宽度与脉冲周期与脉冲周期T之比称为脉冲的占空之比称为脉冲的占空比,比,D=/T。图7-2 正脉冲
2、及脉冲参数 第3页,共61页,编辑于2022年,星期五模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别工作任务不同:工作任务不同:模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系;失真等方面的关系;数字电路主要研究的是输出与输入间的数字电路主要研究的是输出与输入间的逻辑关系逻辑关系(因果关系)。(因果关系)。模拟电路中的三极管工作在线性放大区模拟电路中的三极管工作在线性放大区,是一个放大元件;是一个放大元件;数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态,起开关作用起开关作用。因此,基本单元电路、分析
3、方法及研究的范围均不同。因此,基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。三极管的工作状态不同:三极管的工作状态不同:第4页,共61页,编辑于2022年,星期五1 1二进制数和二进制码二进制数和二进制码(1 1)二进制数。只用)二进制数。只用0 0和和1 1两个数码,按照一定规律排列来表两个数码,按照一定规律排列来表示数值大小的,计数时以二为基数,示数值大小的,计数时以二为基数,“逢二进一逢二进一”。二进制数的运算法则(符合交换律):二进制数的运算法则(符合交换律):0+0=0 0+1=1 1+1=10 0+0=0 0+1=1 1+1=10 00=0 10=0 11=1 00=0 10=0 11
4、=1【课堂互动】【课堂互动】1101B1101B转换成十进制数怎样转换?将十进制数转换成十进制数怎样转换?将十进制数4646怎么转换成二进制数?怎么转换成二进制数?(2)二进制代码。二进制代码与二进制数是不同的。)二进制代码。二进制代码与二进制数是不同的。二、数制和编码二、数制和编码 第5页,共61页,编辑于2022年,星期五2二二十进制码(十进制码(BCD码)码)BCD8421编码是选用四位二进制码的前编码是选用四位二进制码的前10个代码个代码00001001来表示十进制数的来表示十进制数的09这这10个数码。此编码的特点如个数码。此编码的特点如下:下:(1)这种编码实际上就是)这种编码实际
5、上就是4位二进制数的前位二进制数的前10个代码的组合,个代码的组合,每组(每组(4位)内位)内8421码符合二进制规则,而组与组之间则是码符合二进制规则,而组与组之间则是十进制,即按其自然顺序所对应的十进制数每一位的表示十进制,即按其自然顺序所对应的十进制数每一位的表示和通常的二进制相同。和通常的二进制相同。例如,十进制数例如,十进制数145的的BCD8421码形式为:码形式为:(145)10=(0001 0100 0101)84218421码与十进制数的转换:码与十进制数的转换:(0111 0100 1001)8421=(749)10 第6页,共61页,编辑于2022年,星期五(2)它是一种
6、有权码。)它是一种有权码。4位二进制编码中由高位到低位的权位二进制编码中由高位到低位的权依次是依次是23、22、21、20(即(即8、4、2、1),故称为),故称为8421码。码。(3)在这种编码中,在这种编码中,10101111这这6种组合状态(即从种组合状态(即从1015这这6个十进制数的二进制码)是不允许出现的,称为禁止码。个十进制数的二进制码)是不允许出现的,称为禁止码。在汽车电子仪表显示电路中,经常要将信息转换成在汽车电子仪表显示电路中,经常要将信息转换成8421码,然后进行显示。码,然后进行显示。【课堂互动】【课堂互动】写出写出35的二进制数,若用的二进制数,若用BCD8421码表
7、示应为多少?一码表示应为多少?一个十进制数个十进制数BCD8421码为:码为:“0001 0110 1000”,这个十进,这个十进制数为多少?制数为多少?第7页,共61页,编辑于2022年,星期五课题二课题二 逻辑代数及运算规则逻辑代数及运算规则一、逻辑和逻辑代数一、逻辑和逻辑代数 1 1逻辑逻辑 逻辑是指事物的原因(条件)与结果的关系,即因果关系。逻辑是指事物的原因(条件)与结果的关系,即因果关系。数字电路其实就是利用电路的输入信号来反映条件,用输出信号数字电路其实就是利用电路的输入信号来反映条件,用输出信号反映结果,从而使电路的输入、输出之间代表了一定的逻辑关系,反映结果,从而使电路的输入
8、、输出之间代表了一定的逻辑关系,因此,数字电路又称为逻辑电路。因此,数字电路又称为逻辑电路。2 2逻辑代数逻辑代数 逻辑代数就是用以描述逻辑关系,反映逻辑变量运算规律的数逻辑代数就是用以描述逻辑关系,反映逻辑变量运算规律的数学,它是按照一定的逻辑规律进行运算的。学,它是按照一定的逻辑规律进行运算的。第8页,共61页,编辑于2022年,星期五3逻辑代数与普通代数的区别逻辑代数与普通代数的区别(1)逻辑代数中所有变量只允许取两个值)逻辑代数中所有变量只允许取两个值“0”和和“1”(没(没有中间值)。有中间值)。(2)逻辑代数中变量的取值()逻辑代数中变量的取值(0和和1)并不表示数量的大小,)并不
9、表示数量的大小,它只用来表示两种对立的逻辑状态。它只用来表示两种对立的逻辑状态。如果用如果用0表示开关闭合,则表示开关闭合,则1就表示开关断开;如果用就表示开关断开;如果用0表示无信号,则表示无信号,则1就表示有信号;如果用就表示有信号;如果用0表示逻辑假,则表示逻辑假,则1就表示逻辑真等等。就表示逻辑真等等。(3)在逻辑代数中,只有三种基本的逻辑运算,即)在逻辑代数中,只有三种基本的逻辑运算,即“与与”运运算、算、“或或”运算、运算、“非非”运算。运算。其他逻辑运算都是通过这三种基本运算的组合来实现的。其他逻辑运算都是通过这三种基本运算的组合来实现的。第9页,共61页,编辑于2022年,星期
10、五二、三种基本逻辑运算二、三种基本逻辑运算1“与与”逻辑和逻辑和“与与”运算运算(1)“与与”逻辑。当决定某一事件的所有条件(前提)都具逻辑。当决定某一事件的所有条件(前提)都具备时,该事件才会发生(结论),这种结论与前提的逻辑备时,该事件才会发生(结论),这种结论与前提的逻辑关系称为关系称为“与与”逻辑关系逻辑关系。图 7-4 两个串联开关控制指示灯的电路(2)“与与”运算。实现运算。实现“与与”逻辑关系的运算称为逻辑关系的运算称为“与与”运算。运算符号为运算。运算符号为“”,通常可以省略。,通常可以省略。“与与”运算又称逻辑乘。运算又称逻辑乘。F=AF=AB=ABB=AB 第10页,共61
11、页,编辑于2022年,星期五0 0=0 0 1=01 0=0 1 1=1与逻辑运算规则与逻辑运算规则 逻辑乘逻辑乘2 2“或或”逻辑和逻辑和“或或”运算运算(1 1)“或或”逻辑。在决定某一事件的各个条件中,只要有一个或一逻辑。在决定某一事件的各个条件中,只要有一个或一个以上的条件具备,该事件就会发生,这种逻辑关系称为个以上的条件具备,该事件就会发生,这种逻辑关系称为“或或”逻逻辑关系。辑关系。图 7-5 两个并联开关控制指示灯的电路第11页,共61页,编辑于2022年,星期五(2)“或或”运算。实现运算。实现“或或”逻辑关系的运算称为逻辑关系的运算称为“或或”运运算。运算符号为算。运算符号为
12、“+”,因此,因此,“或或”运算又称逻辑加运算又称逻辑加。或逻辑关系表示式或逻辑关系表示式 F=A B 或逻辑运算规则或逻辑运算规则 逻辑加逻辑加0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1第12页,共61页,编辑于2022年,星期五3“非非”逻辑和逻辑和“非非”运算运算(1)“非非”逻辑。在逻辑问题中,若条件具备时,事件不发逻辑。在逻辑问题中,若条件具备时,事件不发生;而当条件不具备时,该事件必然发生,这种结论与前生;而当条件不具备时,该事件必然发生,这种结论与前提完全相反的逻辑关系称为提完全相反的逻辑关系称为“非非”逻辑关系。逻辑关系。图 7-6 开关与灯泡并联电路非逻辑关系表非逻辑关系表
13、示式示式:F A 运算规则:运算规则:0 1 1 0 非逻辑非逻辑 逻辑反逻辑反第13页,共61页,编辑于2022年,星期五三、逻辑代数的基本运算规则三、逻辑代数的基本运算规则1逻辑代数的基本运算规则逻辑代数的基本运算规则 0A=0 1A=A 0+A=A【想一想想一想】每个逻辑变量的取值有几个?你能验证上述运算法则的正确性吗?第14页,共61页,编辑于2022年,星期五2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律(1 1)交换律)交换律:A+B=B+AA+B=B+A AB=BAAB=BA(2 2)结合律)结合律:A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C)A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C)AB
14、C=(AB)C=A(BC)ABC=(AB)C=A(BC)第15页,共61页,编辑于2022年,星期五(3 3)分配律)分配律:A(B+C)=AB+AC A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)求证求证:(分配律第(分配律第2 2条)条)A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)证明证明:右边右边 =(A+B)(A+C)=(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC ;=AA+AB+AC+BC ;分配律分配律=A+A(B+C)+BC ;=A+A(B+C)+BC ;结合律结合律,AA=A,AA=A=A(1+B+C)+BC ;=A(1+
15、B+C)+BC ;结合律结合律=A=A 1+BC ;1+B+C=1 1+BC ;1+B+C=1=A+BC ;A=A+BC ;A 1=1 1=1=左边左边第16页,共61页,编辑于2022年,星期五混合变量吸收规则混合变量吸收规则:AB+AC+BC=AB+AC+(A+A)BC =AB+AC+ABC+ABC =AB(1+C)+AC(1+B)=AB+ACAB+AB=AAB+AC+BC=AB+AC证明证明:第17页,共61页,编辑于2022年,星期五(4 4)反演定理(德摩根定理)反演定理(德摩根定理)AB=A+B A+B=AB用真值表证明用真值表证明A B AB A+B 1 1 1 0 0 0 0
16、1 1 0 1 1 1 1 1 0 证明证明:第18页,共61页,编辑于2022年,星期五吸收规则吸收规则原变量吸收规则原变量吸收规则:反变量吸收规则反变量吸收规则:A+AB=A+BA+AB=A+B注注:红色变量被红色变量被吸收掉!吸收掉!A+AB=A+AB+AB =A+(A+A)B =A+1B ;A+A=1 =A+BA+AB=A证明证明:3两个常用的公式两个常用的公式第19页,共61页,编辑于2022年,星期五课题三课题三 基本逻辑门电路基本逻辑门电路 一、二极管与门电路一、二极管与门电路 图 7-7 二极管与门电路及其逻辑符号(a)电路图(b)逻辑符号图 0 0 00 0 00 1 00
17、1 01 0 01 0 01 1 11 1 1A B Y=ABA B Y=AB与门逻辑真值表与门逻辑真值表第20页,共61页,编辑于2022年,星期五二、二极管或门电路二、二极管或门电路图 7-8 二极管或门电路及其逻辑图(a)电路图 (b)逻辑图0 0 00 0 00 1 10 1 11 0 11 0 11 1 11 1 1A B Y=A+BA B Y=A+B 或门逻辑真值表或门逻辑真值表 Y=A B 第21页,共61页,编辑于2022年,星期五三、三极管非门电路三、三极管非门电路 图 7-9 三极管非门电路及其逻辑图(a)电路图(b)逻辑图 输入输出电平对应表输入输出电平对应表 UA UO
18、(Y)0 1 (三极管截止三极管截止)1 0 (三极管饱和三极管饱和)三极管反相器电路实现三极管反相器电路实现“非非”逻辑关系。逻辑关系。非逻辑真值表非逻辑真值表 A Y 0 1 1 0第22页,共61页,编辑于2022年,星期五四、四、“与非门与非门”电路电路图7-10 与非门的逻辑结构及逻辑符号(a)逻辑结构 (b)逻辑符号 (c)三极管与非门电路图 表示式表示式:Y=ABY=AB C多个逻辑变量时多个逻辑变量时:表7-6 与非门逻辑状态表ABABY0011010100011110第23页,共61页,编辑于2022年,星期五图7-11 74LS00与非门芯片引脚图74系列的与非门有多种型号
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