第九章门电路与组合电路优秀课件.ppt
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1、第九章门电路与组合电路第1 页,本讲稿共49 页一、数制数制即计数的方法。在我们的日常生活中,最常用的是十进制。数字电路中采用的数制有二进制、八进制、十六进制等。1.十进制十进制是最常用的数制。在十进制数中有09这10个数码,任何一个十进制数均用这10个数码来表示。计数时以10为基数,逢十进一,同一数码在不同位置上表示的数值不同。例如:9999=9103910291019100第2 页,本讲稿共49 页其中,100、101、102、103称为十进制各位的“权”。对于任意一个十进制整数M,可用下式来表示:M=(an10n-1an-110n-2+a2101a1100)上式中a1、a2、an-1、a
2、n为各位的十进制数码。2.二进制在 数 字 电 路 中 广 泛 应 用 的 是 二 进 制。在 二 进 制 数 中,只 有“0”和“1”两 个 数 码,计 数 时 以2为 基 数,逢 二 进 一,即1+1=10,同 一数 码 在 不 同 位 置 所 表 示 的 数 值 是 不 同 的。对 于 任 何 一 个 二 进 制 整 数N,可用下式表示:第3 页,本讲稿共49 页N=(Kn2n-1 Kn-12n-2+K221 K120)例 如:(1011)2=123022121120其中,20、21、22、23为二进制数各位的“权”。3.二进制数与十进制数之间的转换数 字 电 路 采 用 二 进 制 比
3、 较 方 便,但 人 们 习 惯 用 十 进 制,因此,经常需在两者间进行转换。(1)二进制数转换为十进制数按权相加法。例如,将二进制数1101 转换成十进制数。(1101)2=123122021120=8+4+0+1=(13)10(2)十进制数转换为二进制数除二取余法。例如,将十进制数29转换为二进制数。第4 页,本讲稿共49 页2 2912140271231211低位高位换算结果为(29)10=(11101)2。由 以 上 可 以 看 出,把 十 进 制 整 数 转 换 为 二 进 制 整 数 时,可 将 十进 制 数 连 续 除2,直 到 商 为0,每 次 所 得 余 数 就 依 次 是
4、 二 进 制 由 低 位 到高位的各位数字。4.十六进制十 六 进 制 数 有16 个 数 码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,其 中,AF 分 别 代 表 十 进 制 的1015,计 数 时,逢十六进一。第5 页,本讲稿共49 页为 了 与 十 进 制 区 别,规 定 十 六 进 制 数 通 常 在 末 尾 加 字 母H,例 如28H、5678H 等。十 六 进 制 数 各 位 的“权”从 低 位 到 高 位 依 次 是160、161、162。例如,5C4H=5162121614160=(1476)10可 见,将 十 六 进 制 数 转 换 为 十 进 制 数
5、时,只 要 按“权”展 开 即 可。要 将 十进 制 数 转 换 为 十 六 进 制 数 时,可 先 转 换 为 二 进 制 数,再 由 二 进 制 数 转 换 为十六进制数。例如,(29)10=(11101)2=(1D)16第6 页,本讲稿共49 页三种数制的数值比较:十进 十进制数 制数0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15二进 二进制数 制数0 0 1 1 10 10 11 11 100 100 101 101 110 110 111 111 100 1000 0100 100
6、1 1101 1010 0101 1011 1110 1100 0110 1101 1111 1110 0111 1111 1十六 十六进制 进制数 数0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 A A B B C C D D E E F F二、编码用 数 字 或 某 种 文 字 符 号 来 表 示 某 一 对 象 和 信 号 的 过 程 叫 编 码。在 数 字 电 路 中,十 进 制 编 码 或 某 种 文 字 符 号 难 于 实 现,一 般 采 用 四位 二 进 制 数 码 来 表 示 一 位 十 进 制 数 码,这 种 方 法 称 为 二十 进 制 编
7、码,即BCD 码。由 于 这 种 编 码 的 四 位 数 码 从 左 到 右 各 位 对 应 值 分 别为23、22、21、20,即8、4、2、1,所 以BCD 码 也 叫8421 码,其 对 应 关系如下:第7 页,本讲稿共49 页十进 十进制数 制数0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 98421 8421(B BCD CD码 码)0000 0000 0001 0001 0010 0010 0011 0011 0100 0100 0101 0101 0110 0110 0111 0111 1000 1000 1001 1001例如,一个十进制数369可
8、用8421码表示为:十进制数:369BCD 码:001101101001 除此之外,还有一些其它编码方式,这里不再介绍。第8 页,本讲稿共49 页9.2基本逻辑门电路所 谓 逻 辑,是 指 条 件 与 结 果 之 间 的 关 系。输 入 与 输 出 信 号 之 间 存 在一 定 逻 辑 关 系 的 电 路 称 为 逻 辑 电 路。门 电 路 是 一 种 具 有 多 个 输 入 端 和 一个 输 出 端 的 开 关 电 路。由 于 它 的 输 出 信 号 与 输 入 信 号 之 间 存 在 着 一 定 的逻辑关系,所以称为逻辑门电路。门电路是数字电路的基本单元。1.与逻辑与 逻 辑 是 指 当
9、决 定 事 件 发 生 的 所 有 条 件A、B 均 具 备 时,事 件F 才 发生。如图9-1 所示,只有当开关S1与S2同时接通时灯泡才亮。完整地表示输入输出之间逻辑关系的表格称为真值表。第9 页,本讲稿共49 页若 开 关 接 通 为“1”、断 开 为“0”灯 亮 为“1”、不 亮 为“0”,则图9-1 所示关系的真值表如表9.1所示。与逻辑通常用逻辑函数表达式表示为F AB。A A B B F F0 0 0 0 0 00 0 1 1 0 01 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1表4.1 真值表图 9 1 与逻辑举例 第10 页,本讲稿共49 页2.与门电路实现与逻辑运算的电路叫与
10、门电路,二极管与门电路如图9-2(a)所示,输入端A、B代表条件,输出端F 代表结果。图 9-2 与门电路和符号(a)二极管“与”门电路;(b)与逻辑符号第1 1 页,本讲稿共49 页当UA=UB=0 时,V1、V2均 导 通,输 出UF被 限 制 在0.7V;当UA=0V,UB=3 V 时,V1先 导 通,UF=0.7 V,V2承 受 反 压 而 截 止;当UA=3V,UB=0V 时,V2先 导 通,V1承 受 反 压 而 截 止;当UA=UB=3V 时,V1、V2导 通,输 出 端 电 压UF=3.7V,若 忽 略 二 极 管 压 降,高 电 平 用1、低 电 平 用0代 替,其 结 果
11、与 真 值 表 是 一 致 的,与 门 电 路 逻 辑 符 号 如 图9-2(b)所 示。逻辑又称为逻辑乘,逻辑乘的基本运算规则如下:00=0,01=1,10=0,11=1 第12 页,本讲稿共49 页二、或逻辑及或门电路1.或逻辑或 逻 辑 是 指 当 决 定 事 件 发 生 的 各 种 条 件A、B 中 只 要 具 备 一个 或 一 个 以 上 时,事 件F 就 发 生。例 如,把 两 个 开 关 并 联 后 与 一 盏灯 串 联 接 到 电 源 上,当 两 只 开 关 中 有 一 个 或 一 个 以 上 闭 合 时 灯 均能 亮,只 有 两 个 开 关 全 断 开 时 灯 才 不 亮,如
12、 图9-3(a)所 示,真值 表 见 表9.2,其 逻 辑 函 数 表 达 式 为F A+B。2.或 门 电 路用 二 极 管 实 现“或”逻 辑 的 电 路 如 图9-3(b)所 示;图9-3(c)是 或 门 的 逻 辑 符 号。或 逻 辑 又 称 为 逻 辑 加,逻 辑 加 的 基 本 运算规则如下:0+0 0,0+1 1,1+0 1,1+1 1第13 页,本讲稿共49 页表9.2真值表 A A B B F F0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 11 1 0 0 1 11 1 1 1 1 1图9-3 或门(a)或逻辑;(b)二极管或门电路;(c)或门逻辑符号第14 页,本讲稿共49
13、页三、非逻辑及非门电路1.非逻辑非 逻 辑 是 指 某 事 件 的 发 生 取 决 于 某 个 条 件 的 否 定,即 某 条 件 成 立,这事 件 不 发 生;某 条 件 不 成 立,这 事 件 反 而 会 发 生。如 图9-4(a)所 示,开 关S 接 通,灯EL 灭;开 关 断 开。灯EL 亮,灯 亮 与 开 关 断 合 满 足 非 逻 辑 关系。其真值表见表9.3,其逻表达式为F=。2.非门电路用 三 极 管 连 接 的 非 门 如 图9-4(b)所 示,在 实 际 电 路 中,若 电 路 参 数选 择 合 适,当 输 入 为 低 电 平 时,三 极 管 因 发 射 结 反 偏 而 截
14、 止,则 输 出 为 高电 平;当 输 入 为 高 电 平 时,三 极 管 饱 合 导 通,则 输 出 为 低 电 平。所 以 输 入与 输 出 符 合 非 逻 辑 关 系,非 门 也 称 为 反 相 器。图9-4(c)是 非 门 的 逻 辑 符号。第15 页,本讲稿共49 页图 9-4 非门(a)非逻辑;(b)三极管“非”门电路;(c)非门逻辑符号 A A F F0 0 1 11 1 0 0表9.3 真值表第16 页,本讲稿共49 页将与门、或门、非门组合起来,可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门。(1)与非门与非门的逻辑功能可概括为:输入有 与非门的逻辑功能可概括为:输入有 0
15、0,输出为,输出为 1 1;输入全;输入全 1 1,输出为,输出为 0 0。四、复合门电路第17 页,本讲稿共49 页由或门和非门构成或非门。(2)或非门或非门的逻辑功能可概括为:输入有 或非门的逻辑功能可概括为:输入有 1 1,输出为,输出为 0 0;输入全 输入全 0 0,输出为,输出为 1 1。第18 页,本讲稿共49 页(2)异或门异或门的逻辑功能可概括为:同出 异或门的逻辑功能可概括为:同出 0 0,异出,异出 1 1。真值表:第19 页,本讲稿共49 页例9.1 两 个 输 入 端 的 与 门、或 门 和 与 非 门 的 输 入 波 形 如 图9-7 所示,试画出其输出信号的波形。
16、解:设 与 门 的 输 出 为F1,或 门 的 输 出 为F2,与 非 门 的 输 出 为F3,根据逻辑关系其输出波形如图9-7(b)所示。图 9 7 例 9.1 图第20 页,本讲稿共49 页9.3基本逻辑及应用 逻 辑 代 数 也 称 为 布 尔 代 数,是 分 析 和 设 计 逻 辑 电 路 的 一 种 数学 工 具,可 用 来 描 述 数 字 电 路、数 字 的 结 构 和 特 性。逻 辑 代 数由 逻 辑 变 量、逻 辑 常 数 和 运 算 符 组 成。逻 辑 代 数 有“0”和“1”两 种 逻 辑 值,它 们 并 不 表 示 数 量 的 大 小,而 表 示 逻 辑“假”与“真”两
17、种 状 态,如 开 关 的 开 与 关 等。所 以,逻 辑“1”与逻辑“0”与自然数1和0有着本质的区别。一、基本逻辑关系根据逻辑门电路的逻辑关系则有:与逻辑:F AB 或逻辑:F A+B 第21 页,本讲稿共49 页非逻辑:F 二、逻辑代数的运算法则的基本规律1.基本运算法则0A=01A=A A=0AA=A 0+A=A1+A=1 A+=1A+A=A 第22 页,本讲稿共49 页2.逻辑代数的基本定律交换律:AB=BAA+B=B+A 结 合 律:ABC=(AB)C=A(BC)A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C)分 配 律:A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)反演律:第2
18、3 页,本讲稿共49 页3.基本规律代入规则:在任何一个逻辑等式中,对等式两边的同一个逻辑变量,都用一个逻辑函数代入(替代)该变量,则新的逻辑等式依然成立。例题9.6例题9.7对偶规则:设F 是一个逻辑函数,F 与其对偶函数F*之间的关系是两种互换:与运算()和或运算(+)互换、逻辑常量1与0互换。例题9.8反演规律:与运算()和或运算(+)互换、逻辑常量1与0互换、原变量与反变量互换。例题9.9第24 页,本讲稿共49 页4.逻辑函数的化简一个最简的与-或表达式应当满足以下条件:所含的与相个数最少每个与项中的变量个数也最少。逻辑函数的化简方法:公式法、“卡诺图”法、“克瓦因 马可拉斯基法”。
19、第25 页,本讲稿共49 页例9.2试证:证明推论第26 页,本讲稿共49 页例9.3用逻辑代数运算法则化简逻辑式:解第27 页,本讲稿共49 页9.4 组合逻辑电路的分析z z 1 1、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的分析 z z 如 如 果 果 数 数 字 字 电 电 路 路 的 的 输 输 出 出 只 只 决 决 定 定 于 于 电 电 路 路 当 当 前 前 输 输 入 入,而 而 与 与 电 电 路 路 以 以 前 前 的 的状 状 态 态 无 无 关 关,这 这 类 类 数 数 字 字 电 电 路 路 就 就 是 是 组 组 合 合 逻 逻 辑 辑 电 电 路 路。对 对 组 组
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