数字电路基础教程.pptx

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1、 1.1 1.1 数字电路的基本概念数字电路的基本概念5V(V)0t(ms)1020304050数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。一、模拟信号与数字信号模拟信号时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。数字信号在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。第1页/共30页 有两种逻辑体制：有两种逻辑体制：正逻辑体制正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。负逻辑体制负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。下图为采用正逻辑体制所表的示逻辑信号：二、正逻辑与负逻辑 数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值

2、（逻辑1和逻辑0）。逻辑逻辑0 逻辑逻辑0 逻辑逻辑0 逻辑逻辑1 逻辑逻辑1 第2页/共30页 三、数字信号的主要参数 一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：Vm信号幅度。T信号的重复周期。tW脉冲宽度。q占空比。其定义为：5V(V)0t(ms)twTVm第3页/共30页 图中所示为三个周期相同（T T=20ms=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。第4页/共30页 1.2 1.2 数数 制制例 将二进制数10011.10110011.101转换成十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得 (10011.101)(10011.101)B B 121

3、24 4 02023 3 02022 2 12121 1 12120 012121 102022 212123 3 （19.625)19.625)D D一、几种常用的计数体制 1.1.十进制(Decimal)(Decimal)2.2.二进制(Binary)(Binary)3.3.十六进制(Hexadecimal)(Hexadecimal)与八进制（OctalOctal）二、不同数制之间的相互转换 1 1二进制转换成十进制第5页/共30页例 将十进制数2323转换成二进制数。解：用“除2 2取余”法转换:2.2.十进制转换成二进制则（23)23)D D=（10111)10111)B B第6页/共

4、30页 1.3 1.3 二二十进制码（十进制码（BCDBCD码）码）BCDBCD码用二进制代码来表示十进制的0 09 9十个数。要用二进制代码来表示十进制的09十个数，至少要用4位二进制数。4位二进制数有16种组合，可从这16种组合中选择10种组合分别来表示十进制的09十个数。选哪10种组合，有多种方案，这就形成了不同的BCD码。第7页/共30页位权0123456789十进制数8 4 2 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 18421码2 4 2 10 0 0 00 0 0 10 0 1 0

5、0 0 1 10 1 0 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 12421码0 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 01 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 05 4 2 15421码无权余3码 常用常用BCDBCD码码第8页/共30页 1.4 1.4 数字电路中的二极管与三极数字电路中的二极管与三极管管(1)(1)加正向电压V VF F时，二极管导通，管压降V VD D可

6、忽略。二极管相当于一个闭合的开关。一、二极管的开关特性1 1二极管的静态特性第9页/共30页 可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)(2)加反向电压V VR R时，二极管截止，反向电流I IS S可忽略。二极管相当于一个断开的开关。第10页/共30页 2 2二极管开关的动态特性 给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ts为存储时间，tt称为渡越时间。trets十tt称为反向恢复时间反向恢复时间第11页/共30页 反向恢复时间：t trer

7、et ts s十t tt t产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间t trere就是存储电荷消散所需要的时间。同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。第12页/共30页 二、三极管的开关特性1 1三极管的三种工作状态 （1 1）截止状态：当V VI I小于三极管发射结死区电压时，I IB BI ICBOCBO00，I IC CI ICEOCEO00，V VCECEV VCCCC，三极管工作在截止区，对应图中的A A点。三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压第13页/共30页 此时，若调节R Rb b，则I

8、IB B，I IC C，V VCECE，工作点沿着负载线由A A点B B点C C点D D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特点为I IC CIIB B。三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏 （2 2）放大状态：当V VI I为正值且大于死区电压时，三极管导通。有 第14页/共30页 再减小R Rb b，I IB B会继续增加，但I IC C不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的V VCECE电压称为饱和压降V VCESCES，其典型值为：V VCESCES0.3V0.3V。三极管工作在饱和状态的电流条件为：I IB B I IBS BS 电压条件为：集电结和发射结均

9、正偏 （3 3）饱和状态：V VI I不变，继续减小R Rb b，当V VCECE 0.7V0.7V时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应E E点。此时的集电极电流用I ICSCS表示，基极电流用I IBSBS表示，有:第15页/共30页工作状态工作状态截截 止止放放 大大饱饱 和和条条 件件工工作作特特点点偏值情况偏值情况集电极电集电极电流流管压降管压降近似的等近似的等效电路效电路C、E间等间等效电阻效电阻 三种工作状态比较发射结电压死区电压发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏很大相当开关断开可变很小相当开关闭合第16页/共30页解：解：根据饱和条件IBIBS解题。例例 电路及参数如

10、图所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。（1 1）若6060，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。（2）将RC改为6.8kW W，重复以上计算。IBIBS 三极管饱和。IB不变，仍为0.023mA IBIBS 三极管处在放大状态。第17页/共30页（3）将RC改为6.8kW W，再将Rb改为60kW W，重复以上计算。由此可见，Rb、RC、等参数都能决定三极管是否饱和。即在在VI一定（要保证发射结正偏）和一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，一定的条件下，Rb越小，越小，越大，越大，RC越大，三极管越容易饱和。越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理地选择这

11、在数字电路中总是合理地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。IBS0.029 mA IBIBS 三极管饱和。饱和条件可写为：第18页/共30页 2 2三极管的动态特性（1）延迟时间td从vi正跳变的瞬间开始，到iC上升到 0.1ICS所需的时间（2）上升时间triC从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。（3）存储时间ts从vi下跳变的瞬间开始，到iC下降到0.9ICS所需的时间。（4）下降时间tfC从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间。开通时间ton=td+tr关断时间toff=ts+tf第19页/共30页一、基本逻辑运算设：开关闭合=“

12、1 1”开关不闭合=“0 0”灯亮，L=1L=1 灯不亮，L=0L=0 1.5 1.5 基本逻辑运算基本逻辑运算 与逻辑与逻辑只有当决定一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生。1 1与运算与逻辑表达式：AB灯灯L不闭合不闭合不闭合不闭合闭合闭合闭合闭合不闭合不闭合闭合闭合不闭合不闭合闭合闭合不亮不亮不亮不亮不亮不亮亮亮0101BLA0011输 入0001输出 与逻辑真值表与逻辑真值表第20页/共30页2 2或运算或逻辑表达式：LA+B 或或逻逻辑辑当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生。AB灯灯L不闭合不闭合不闭合不闭合闭合闭合闭合闭合不闭合不闭合闭合闭

13、合不闭合不闭合闭合闭合不亮不亮亮亮亮亮亮亮0101BLA0011输 入0111输出 或逻辑真值表或逻辑真值表第21页/共30页3 3非运算非逻辑表达式：非逻辑某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生。A灯灯L闭合闭合不闭合不闭合不亮不亮亮亮LA0110非逻辑真值表第22页/共30页 二、其他常用逻辑运算 2 2或非 由或运算和非运算组合而成。1 1与非 由与运算 和非运算组合而成。0101BLA0011输 入1110输出“与非非”真值真值表表0101BLA0011输 入1000输出“或非非”真值真值表表第23页/共30页3 3异或

14、异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0 0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1 1。0101BLA0011输 入0110输出“异或”真值真值表表异或的逻辑表达式为：第24页/共30页 1.6 1.6 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法解：第一步：设置自变量和因变量。第二步：状态赋值。对于自变量A、B、C设：同意为逻辑“1”，不同意为逻辑“0”。对于因变量L设：事情通过为逻辑“1”，没通过为逻辑“0”。一、逻辑函数的建立例 三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。第三步：根据题义及上述规定 列出函数的真值表。0 0 00 0 10

15、1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111 L三人表决电路真值表第25页/共30页 一一般般地地说说，若若输输入入逻逻辑辑变变量量A、B、C的的取取值值确确定定以以后后，输输出出逻逻辑辑变变量量L的的值值也唯一地确定了，就称也唯一地确定了，就称L是是A、B、C的逻辑函数，写作：的逻辑函数，写作：L=f（A，B，C）逻逻辑辑函函数数与与普普通通代代数数中中的的函函数数相相比比较较，有有两两个个突出的特点：突出的特点：（1 1）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0 0和和1 1。（2 2）函函数数和和变变量量之之间间的的关关系系是

16、是由由“与与”、“或或”、“非非”三种基本运算决定的。三种基本运算决定的。第26页/共30页 二、逻辑函数的表示方法 1 1真值表真值表将输入逻辑变量的各种可能取值和相应的函数值排列在一起而组成的表格。2 2函数表达式函数表达式由逻辑变量和“与”、“或”、“非”三种运算符所构成的表达式。由真值表可以转换为函数表达式。例如，由“三人表决”函数的真值表可写出逻辑表达式：解：解：该函数有两个变量，有4 4种取值的可能组合，将他们按顺序排列起来即得真值表。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111 L三人表决电路真值表 反之，由函数表达式

17、也可以转换成真值表。例例 列出下列函数的真值表：真值表0 00 11 01 1A B 1001 L第27页/共30页 3 3逻辑图逻辑图由逻辑符号及它们之间的连线而构成的由逻辑符号及它们之间的连线而构成的图形。图形。例例 写出如图所示逻辑图的函数表达式。由函数表达式可以画出逻辑图。解：解：可用两个非门、两个与门和一个或门组成。例例1.6.31.6.3 画出函数 的逻辑图：由逻辑图也可以写出表达式。解：解：第28页/共30页 本章小结本章小结1 1数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在时间上和数值上均是离散的。2 2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑数字电路中用高电平和低电平分别来

18、表示逻辑1 1和逻辑和逻辑0 0，它和二进制，它和二进制数中的数中的0 0和和1 1正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。3 3常常用用BCDBCD码码有有84218421码码、242l242l码码、542l542l码码、余余3 3码码等等，其其中中842l842l码码使使用用最最广泛。广泛。4 4在在数数字字电电路路中中，半半导导体体二二极极管管、三三极极管管一一般般都都工工作作在在开开关关状状态态，即即工工作作于于导导通通（饱饱和和）和和截截止止两两个个对对立立的的状状态态，来来表表示示逻逻辑辑1 1和和逻逻辑辑0 0。影影响它们开关特性的主要因素是管子内部电荷存储和消散的时间。响它们开关特性的主要因素是管子内部电荷存储和消散的时间。5 5逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。6 6描描述述逻逻辑辑关关系系的的函函数数称称为为逻逻辑辑函函。逻逻辑辑函函数数中中的的变变量量和和函函数数值值都都只只能能取取0 0或或1 1两个值。两个值。7 7常常用用的的逻逻辑辑函函数数表表示示方方法法有有真真值值表表、函函数数表表达达式式 、逻逻辑辑图图等等，它它们们之之间可以任意地相互转换。间可以任意地相互转换。第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页