《电工电子技术》全套课件第9章门电路与组合逻辑电路.ppt
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1、1青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III第第9章章门电路与组合逻辑电路门电路与组合逻辑电路9.1数字电路概述数字电路概述9.2逻辑代数与逻辑函数逻辑代数与逻辑函数9.3逻辑门电路逻辑门电路9.4逻辑门电路的分析和设计逻辑门电路的分析和设计9.5常用的组合逻辑模块常用的组合逻辑模块2青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIl了解数字电路和数字信号的特点。了解数字电路和数字信号的特点。l了解二进制的数制系统。了解二进制的数制系统。l掌握与、或、非三种基本逻辑运算以及与非门、异或门等掌握与、或、非三种基本逻
2、辑运算以及与非门、异或门等常用的逻辑门的逻辑功能。常用的逻辑门的逻辑功能。l了解逻辑代数的基本运算法则和基本定律。了解逻辑代数的基本运算法则和基本定律。l掌握应用逻辑代数运算法则和卡诺图进行化简的方法。掌握应用逻辑代数运算法则和卡诺图进行化简的方法。l掌握几种逻辑函数表示形式之间的转换方法。掌握几种逻辑函数表示形式之间的转换方法。l了解分立元件构成的门电路的特点。了解分立元件构成的门电路的特点。l了解集成逻辑门电路的特点和多余输入端、输出端的处理方了解集成逻辑门电路的特点和多余输入端、输出端的处理方法。法。l掌握组合逻辑电路的分析和设计的方法。掌握组合逻辑电路的分析和设计的方法。l熟练掌握常用
3、的组合逻辑模块的工作原理和使用方法。熟练掌握常用的组合逻辑模块的工作原理和使用方法。学习目标学习目标3青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III9.1数字电路概述数字电路概述电电子子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号时间和幅度都是离散的,时间和幅度都是离散的,不连续变化的不连续变化的如:正弦波、锯齿波信号等如:正弦波、锯齿波信号等如:脉冲信号等如:脉冲信号等4青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III模拟信号:模拟信号:t tu u正弦波信号正弦
4、波信号锯齿波信号锯齿波信号t tu u研究模拟信号时,我们注重研究模拟信号时,我们注重电路输入、输出电路输入、输出信号间的大小、相位关系信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是。相应的电子电路就是模拟电路,包括交直流放大器、滤波器、信号发模拟电路,包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。生器等。5青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1.脉冲信号的参数脉冲信号的参数AtWtftr脉冲幅度:脉冲幅度:A脉冲宽度:脉冲宽度:tW脉冲前沿:脉冲前沿:tr脉冲后沿:脉冲后沿:tf脉冲周期:脉冲周期:T脉冲频率:脉冲频率:f=1/TT0.9A0.5A0.
5、1A实际脉冲信号实际脉冲信号9.1.1脉冲信号和数字信号脉冲信号和数字信号数字电路中的信号是脉冲信号。数字电路中的信号是脉冲信号。6青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III正脉冲:正脉冲:跃变后的跃变后的电位比跃电位比跃变前高变前高0V3V(-3V)(0V)负脉冲:负脉冲:跃变后的跃变后的电位比跃电位比跃变前低变前低0V-3V(3V)(0V)2、正、负脉冲信号、正、负脉冲信号7青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III脉冲信号脉冲信号tu脉冲信号脉冲信号3、数字信号、数字信号可用两种逻辑电平可用两种逻辑电
6、平0和和1来描述的信号。来描述的信号。正负逻辑正负逻辑这里的这里的0和和1只表示两个对立的逻辑状态,不表示只表示两个对立的逻辑状态,不表示具体的数值,如电位的低高(具体的数值,如电位的低高(0表示低电位,表示低电位,1表表示高电位)、开关的开合等。示高电位)、开关的开合等。8青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III研究数字电路时注重研究数字电路时注重电路输出电路输出、输入间的逻辑输入间的逻辑关系关系,因此不能采用模拟电路的分析方法。主,因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的工具是要的工具是逻辑代数逻辑代数,电路的功能用,电路的功能用逻辑状态逻辑状态
7、表(真值表)表(真值表)、逻辑表达式逻辑表达式及及波形图波形图表示。表示。在数字电路中,三极管工作在开关状态,在数字电路中,三极管工作在开关状态,即工作在饱和和截止状态。即工作在饱和和截止状态。9青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIUiUoKUccRK开开-Uo=1,输出高电平输出高电平K合合-Uo=0,输出低电平输出低电平可用三极管代替可用三极管代替10青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIR1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性:三极管的开关特性:截止截止饱和饱和11青
8、岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III在数字电路中,一般用高电平代表在数字电路中,一般用高电平代表1、低电平代表低电平代表0,即所谓的,即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。10只要能判断高只要能判断高低电平即可低电平即可12青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III十进制:十进制:以十为基数的计数体制以十为基数的计数体制表示数的十个数码:表示数的十个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9遵循遵循逢十进一逢十进一的规律的规律157=常用数制常用数制9.1.2二进制二进制位权:位权:10n13青岛大学电工电子
9、实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III一个十进制数数一个十进制数数N可以表示成:可以表示成:若在数字电路中采用十进制,必须要若在数字电路中采用十进制,必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难,而且很这样将在技术上带来许多困难,而且很不经济。不经济。14青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III二进制:二进制:以二为基数的计数体制以二为基数的计数体制表示数的两个数码:表示数的两个数码:0、1遵循遵循逢二进一逢二进一的规律的规律(1001)B=(9)D位权:位权:
10、2n15青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III用电路的两个状态用电路的两个状态-开、关来表开、关来表示二进制数,数码的存储和传输示二进制数,数码的存储和传输简单、可靠。简单、可靠。位数较多,使用不便;不合人们位数较多,使用不便;不合人们的习惯,输入时将十进制转换成的习惯,输入时将十进制转换成二进制,运算结果输出时再转换二进制,运算结果输出时再转换成十进制数。成十进制数。16青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III十六进制十六进制十六进制记数码:十六进制记数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A
11、(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)(4E6)H=4 162+14 161+6 160=(1254)D位权位权:16n17青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III二进制与十进制之间的转换二进制与十进制之间的转换二进制转换为十进制二进制转换为十进制按权展开按权展开(1011)B=(11)D012321212021+十进制转换为二进制十进制转换为二进制求商取余求商取余(25)D=(11001)B十进制与二进制之间的转十进制与二进制之间的转换,可以用二除十进制数,余换,可以用二除十进制数,余数是二进制数的第数是二进制数的第
12、0位(位(K0),),然后依次用二除所得的商,余然后依次用二除所得的商,余数依次是第一位(数依次是第一位(K1)、第、第二位(二位(K2)、。18青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III225余余 1K0122余余 0K162余余 0K232余余 1K312余余 1K40转换过程:转换过程:(25)D=(11001)B高位高位低位低位19青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III二二十进制(十进制(BCD码):码):用二进制码表示的十进制数:用二进制码表示的十进制数:09十个状态,用四位二进制码表示一位十
13、进制数:十个状态,用四位二进制码表示一位十进制数:0000000110001001010011010011001001011100BCD码码十进制数十进制数210376589420青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III十六进制与二进制之间的转换十六进制与二进制之间的转换(01011001)B=0 27+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D=(0 23+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160D=(59)H每四位每四位2进进制数对应制数对应一位一位16进进制数制数21青
14、岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III二进制转换为十六进制:二进制转换为十六进制:B=从末位开始从末位开始四位一组四位一组(10011100101101001000)B=()H84BC9=(9CB48)H十六进制转换为二进制呢?十六进制转换为二进制呢?22青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III9.2逻辑代数和逻辑函数逻辑代数和逻辑函数逻辑代数逻辑代数在数字电路中,我们要研究的是电路的输入在数字电路中,我们要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系,所以数字电路又称输出之间的逻辑关系,所以数字电路又称逻辑电
15、逻辑电路路,相应的研究工具是,相应的研究工具是逻辑代数(布尔代数)逻辑代数(布尔代数)。在逻辑代数中,逻辑函数的变量只能取两个在逻辑代数中,逻辑函数的变量只能取两个值(值(二值变量二值变量),即),即0和和1,中间值没有意义,这,中间值没有意义,这里的里的0和和1只表示两个对立的逻辑状态,如电位的只表示两个对立的逻辑状态,如电位的低高(低高(0表示低电位,表示低电位,1表示高电位)、开关的开表示高电位)、开关的开合、电灯的亮、灭等。合、电灯的亮、灭等。23青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III(1)“与与”逻辑运算和与门逻辑运算和与门A、B、C都
16、具备时,事件都具备时,事件F才发生。才发生。EFABC设设开关闭为开关闭为“1”开关开为开关开为“0”灯亮为灯亮为“1”不亮为不亮为“0”则则A、B、C与灯与灯F的关系的关系为为“与与”逻辑逻辑与逻辑与逻辑1.基本逻辑运算及其表示方法基本逻辑运算及其表示方法24青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIF=ABC逻辑式逻辑式逻辑与逻辑与(逻辑乘)(逻辑乘)AFBC00001000010011000010101001101111逻辑状态表逻辑状态表全全1出出1有有0出出025青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技
17、术III逻辑符号逻辑符号二极管与门电路二极管与门电路BAFVD1VD2R+5V输入:输入:A、B:3V逻辑逻辑“1”输入:输入:A、B:0V逻辑逻辑“0”输出:输出:F:3V逻辑逻辑“1”;0V逻辑逻辑“0”&ABF26青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III(2)“或或”逻辑运算和或门逻辑运算和或门A、B、C只有一个具备时,事件只有一个具备时,事件F就发生。就发生。AEFBC开关闭为开关闭为“1”开关开为开关开为“0”灯亮为灯亮为“1”不亮为不亮为“0”则则A、B、C与灯与灯F的关系的关系为为“或或”逻辑逻辑或逻辑或逻辑27青岛大学电工电子实验教
18、学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIF=A+B+C或逻辑式或逻辑式逻辑或逻辑或(逻辑加逻辑加)AFBC00001001010111010011101101111111逻辑状态表逻辑状态表全全0出出0有有1出出128青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III逻辑符号逻辑符号BAFVD1VD2R-5V二极管或门电路二极管或门电路输入:输入:A、B:3V逻辑逻辑“1”0V逻辑逻辑“0”输出:输出:F3V逻辑逻辑“1”0V逻辑逻辑“0”1ABF29青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术II
19、I(3)“非非”逻辑运算和非门逻辑运算和非门A具备时具备时,事件,事件F不发生;不发生;A不具备时,事件不具备时,事件F发生。发生。AEFR非逻辑非逻辑开关闭为开关闭为“1”开关开为开关开为“0”灯亮为灯亮为“1”灯不亮为灯不亮为“0”则开关则开关A与灯与灯F的关系的关系为为“非非”逻辑逻辑30青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III逻辑式逻辑式逻辑非逻辑非逻辑反逻辑反逻辑状态表逻辑状态表AF0110有有1出出0有有0出出131青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III逻辑符号逻辑符号三极管非门电路三极管
20、非门电路输入:输入:A:3V逻辑逻辑“1”0V逻辑逻辑“0”输出:输出:F3V逻辑逻辑“1”0V逻辑逻辑“0”AF1AFRB+UCCRC+3V限幅二极管限幅二极管反相器反相器32青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIA+0=AA+1=1A0=0A=0A1=A所以,可以得到以下逻辑运算:所以,可以得到以下逻辑运算:00=01=10=011=10+0=00+1=1+0=1+1=12.2.逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律基基本本运运算算法法则则33青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III逻逻辑辑代代数数
21、的的基基本本定定律律交换律交换律结合律结合律分配律分配律A+B=B+AAB=BAA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA(BC)=(AB)CA(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)普通代普通代数不适数不适用用!34青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIA+AB=A证明:证明:A+AB=A(1+B)=A1=A利用运算规则可以对逻辑式进行化简。利用运算规则可以对逻辑式进行化简。例如:例如:被吸收被吸收吸收律吸收律(原变量的吸收)(原变量的吸收)35青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术I
22、II(反变量的吸收)(反变量的吸收)证明:证明:例如:例如:DEBCADEBCAA+=+被吸收被吸收吸收律吸收律36青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III可以用列真值表的方法证明:可以用列真值表的方法证明:反演律(狄反演律(狄摩根定理)摩根定理)思考:三思考:三个变量时个变量时是否成立是否成立?37青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3.几种常用的逻辑运算几种常用的逻辑运算“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑关系,是三种基本的逻辑关系,任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。任何其它的逻
23、辑关系都可以以它们为基础表示。与非与非:条件:条件A、B、C都都具备,则具备,则F不发生。不发生。&ABCF或非:或非:条件条件A、B、C任任一具备,则一具备,则F不发生。不发生。1ABCF38青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIR1DR2F+5V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+5V二极管与门二极管与门与非门与非门39青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIR1DR2F+5V+3V三极管非门三极管非门BAVD1VD2R-5V二极管或门二极管或门或非门或非门40青岛大学电工电子实验教学中心青岛
24、大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III异或异或:输入不:输入不同时,输出为同时,输出为“1”,输入,输入相同时,输出相同时,输出为为“0”=1AB同或同或:输入不:输入不同时,输出为同时,输出为“0”,输入,输入相同时,输出相同时,输出为为“1”=1ABF41青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III9.2.2逻辑函数及其表示法逻辑函数及其表示法1、逻辑函数、逻辑函数如果以逻辑变量作为输入,以运算结果作为输出,如果以逻辑变量作为输入,以运算结果作为输出,那么输入变量取值确定后,输出的取值随之确定。那么输入变量取值确定后,输出的取值随之
25、确定。任何一个具体的逻辑因果关系都可以用一个确定任何一个具体的逻辑因果关系都可以用一个确定的逻辑函数来描述。的逻辑函数来描述。2、逻辑函数的表示法逻辑函数的表示法逻辑表达式逻辑表达式把逻辑函数的输入、输出关系写成与、或、把逻辑函数的输入、输出关系写成与、或、非等逻辑运算的组合式,即逻辑代数式,称为逻非等逻辑运算的组合式,即逻辑代数式,称为逻辑表达式,我们通常采用辑表达式,我们通常采用“与或与或”的形式。的形式。比如:比如:ABCCBACBACBACBAF+=42青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III逻辑图逻辑图把相应的逻辑关系用逻辑符号把相应的逻
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