一周搞定系列之?dāng)?shù)電全集

1、一、邏輯門,數(shù)電,一、邏輯門電路的分類,按功能特點不同分,,按邏輯功能不同分,,按電路結(jié)構(gòu)不同分,,輸入端和輸出端都用三極管的邏輯門電路。,用互補對稱 MOS 管構(gòu)成的邏輯門電路。,二、高電平和低電平的含義,高電平和低電平為某規(guī)定范圍的電位值，而非一固定值。,高電平信號是多大的信號？低電平信號又是多大的信號？,正邏輯：一般高電平為3.5~5V，低電平為0~0.3V負(fù)邏輯：一般高電平為0~0.3V，低電平為3.5~5V,一、與門電路,Y

2、=AB,表達式：,真值表：,與門：只有當(dāng)輸入全為‘1’時， 輸出才為‘1’，否則為‘0’,二、或門,Y=A+B,真值表：,真值表：,三、非門,或門：只要一個輸入為1，輸出為1，全0輸出為0,非門：輸入和輸出相反,異或門：輸入相異，輸出為1,同或門：輸入相同，輸出為1,異或邏輯,同或邏輯,⊙,,,,“與非” 門電路,有“0”出“1”，全“1”出“0”,,“或非” 門電路,有“1”出“0”，全“0”出“1”

3、,(一)OC門 （Open collector gate）介紹：集電極開路的門電路,OC作用 1、自己加上拉電阻和電源，可增加驅(qū)動能力 （但注意灌電流，即流入芯片所能承受的最大電流）,2、實現(xiàn)“線與邏輯”。,OD門 為漏極開路的門電路，功能和OC門差不多,(二)三態(tài)輸出門,介紹：具有三種狀態(tài)的門電路，分別為高電平，低電平 高阻態(tài)。,當(dāng) EN = 0 時，

4、Y = A，三態(tài)門處于工作狀態(tài)；,當(dāng) EN = 1 時，三態(tài)門輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)，又稱禁止態(tài)。,,,,,,,高阻態(tài)：就好像輸入引腳懸空，對后級無影響，它的狀態(tài)由后級電路的狀態(tài)決定。,由一對參數(shù)對稱一致的增強型 NMOS 管和 PMOS 管并聯(lián)構(gòu)成。,(三)CMOS 傳輸門,工作原理,MOS 管的漏極和源極結(jié)構(gòu)對稱，可互換使用，因此 CMOS 傳輸門的輸出端和輸入端也可互換。,,當(dāng) C = 0V，uI = 0 ~ VDD 時，VN、

5、VP 均截止，輸出與輸入之間呈現(xiàn)高電阻，相當(dāng)于開關(guān)斷開。,uI 不能傳輸?shù)捷敵龆耍Q傳輸門關(guān)閉。,當(dāng) C = VDD，uI = 0 ~ VDD 時，VN、VP 中至少有一管導(dǎo)通，輸出與輸入之間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。,uO = uI，稱傳輸門開通。,CMOS 門電路比之 TTL 的主要特點,1、功耗極低,2、抗干擾能力強,3、電源電壓范圍寬,4、輸出信號擺幅大(UOH ? VDD，UOL ? 0 V)

6、 （對于TTL門低電平大約為0.3V）,5、輸入阻抗高,6、扇出系數(shù)大（帶負(fù)載能力強）,7、對于一般情況下，TTL門比COMS門電平翻轉(zhuǎn)快一些,閑置輸入端的處理,TTL 電路輸入端懸空時相當(dāng)于輸入高電平，CMOS 電路多余輸入端不允許懸空。,CMOS電路多余輸入端與有用輸入端的并接僅適用于工作頻率很低的場合。,或門和或非門,與門和與非門,多余輸入端接地或與有用輸入端并接,多余輸入端接正電源或與有用輸入端并接,二、集成邏輯門電路的選

7、用,1、工作頻率要求（高低電平翻轉(zhuǎn)所需時間）,2、輸入電源電壓要求,3、功耗問題,4、電平翻轉(zhuǎn)對輸入電壓的要求,5、注意灌電流和拉電流,數(shù)電,二、組合邏輯電路,什么組合邏輯電路？,它就是有一些邏輯門電路搭建，為實現(xiàn)某種功能而組合的電路。,,特點： 在任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。,,分析下面邏輯電路圖實現(xiàn)的功能,一、根據(jù)電路圖分析邏輯功能,根據(jù)圖分析組合邏輯的方法：,第一步：組合邏輯電路圖,第二

8、步：邏輯表達式,第三步：最簡表達式,第四步：真值表,第五步：確切電路功能,注意：我們可以用multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換儀幫我們 實現(xiàn)上述步驟，方便、簡潔。,二、根據(jù)題目要求設(shè)計邏輯電路,[例] 有一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報警，只有當(dāng)其中兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才產(chǎn)生報警信號，試用與非門設(shè)計產(chǎn)生報警信號的電路。,設(shè)計方法：,第一步：問題的提出,

9、第三步：邏輯表達式,第四步：最簡表達式,第二步：真值表,第五步：邏輯電路,題目分析：,1、探測器發(fā)出報警信號就兩種可能 A、有火災(zāi)，高電平（邏輯1） B、無火災(zāi)，低電平（邏輯0）,2、假定煙感、溫感、紫外光感分別為 輸入信號A、B、C，三信號，當(dāng) 有兩個以上信號成立時，則有火災(zāi)。,設(shè)計一個4人表決電路。如果3人或3人以上同意，則通過；反之，則被否決。用與非門實現(xiàn)。

10、,思考題：,數(shù)電,三、編碼器和譯碼器,譯碼器和編碼器,（特定含義：規(guī)則、順序）,二進制代碼,某種代碼,,譯 碼,,編 碼,譯碼器,,編碼器,,一、編碼器的類型,二、二進制編碼器,,用 n 位二進制數(shù)碼對 2n 個輸入信號進行編碼的電路,I0,三、二－十進制編碼器,將 0 ~ 9 十個十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制代碼的電路。又稱十進制編碼器。,I0,為何要使用優(yōu)先編碼器？,四、優(yōu)先編碼器 (即 Priority Encoder),允許同時輸入數(shù)個

11、編碼信號，并只對其中優(yōu)先權(quán)最高的信號進行編碼輸出的電路。,普通編碼器在任何時刻只允許一個輸入端請求編碼，否則輸出發(fā)生混亂。,二 - 十進制優(yōu)先編碼器 CT74LS147,優(yōu)先編碼器測試,型號：74LS148D,特點：,8端輸入3端輸出，是8線—3線優(yōu)先編碼器，7端優(yōu)先級最高，0端優(yōu)先級最低,真值表：,EI 選通輸入端(低電平有效),GS 寬展端,EO 選通輸出端,一、譯碼的概念與類型,譯碼是編碼的逆過程。,二、二進制譯碼器,將輸入二進

12、制代碼譯成相應(yīng)輸出信號的電路。,譯碼輸出高電平有效,譯碼輸出低電平有效,( 一 ) 3 線 － 8 線譯碼器 CT74LS138 簡介,(一) 3 線 － 8 線譯碼器 CT74LS138,將 BCD 碼的十組代碼譯成 0 ~ 9 十個對應(yīng)輸出信號的電路，又稱 4 線 – 10 線譯碼器。,三、二－十進制譯碼器,四、數(shù)碼顯示譯碼器,(一) 數(shù)碼顯示譯碼器的結(jié)構(gòu)和功能示意,3. 七段顯示譯碼器,LE為鎖存控制端，高電平鎖存，低電平傳

13、輸數(shù)據(jù),LT為燈測試端，高電平顯示正常，低電平各段都亮,BI為消隱功能端，低電平各段都不亮，為消隱狀態(tài),數(shù)電,三、觸發(fā)器,(4-36),概 述,數(shù)字電路：分組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。組合邏輯電路的基本單元是門電路。時序邏輯電路的基本單元是觸發(fā)器。,一、觸發(fā)器與門電路的區(qū)別 門電路某一時刻的輸出信號完全取決于該時刻的輸入信號，無記憶功能。 觸發(fā)器具有記憶功能，能夠在無信號的情況下，保持上一次的信號。

14、 二、觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài) 現(xiàn)態(tài)Qn——觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài) 次態(tài)Qn+1——觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài),(4-37),從電路結(jié)構(gòu)不同分1、基本觸發(fā)器2、同步觸發(fā)器3、邊沿觸發(fā)器,從邏輯功能不同分1、RS觸發(fā)器2、JK觸發(fā)器3、D觸發(fā)器4、T觸發(fā)器5、T’觸發(fā)器,三、觸發(fā)器的分類,觸發(fā)器,基本觸發(fā)器,同步觸發(fā)器,邊沿觸發(fā)器,輸入信號直接加到輸入端，是觸發(fā)器的基本電路結(jié)構(gòu)，是構(gòu)成其

15、他類型觸發(fā)器的基礎(chǔ)。,輸入信號經(jīng)過控制門輸入，控制門受時鐘信號CP控制。,只在時鐘信號CP的上升沿或下降沿時刻，輸入信號才能被接收。,,1、基本RS觸發(fā)器,,2、S、R端不能同時為0，當(dāng)S和R都為1時 ，輸出保持為上一狀態(tài),1、S 為置位端，低電平有效，輸出為1 R為復(fù)位端，低電平有效，輸出為0,RS觸發(fā)器特點：,特性方程：,芯片型號：CC4044,基本電路測試,2、時鐘控制R-S觸發(fā)器,,特點：1、具有時鐘輸入引腳CP

16、 2、輸出信號不僅和輸入信號有 關(guān)還和時鐘信號相關(guān),1、當(dāng)CP=1時， S 為置位端，高電平有效，輸出為1 R為復(fù)位端，高電平有效，輸出為0,2、S、R端不能同時為1，當(dāng)S和R都為0 或CP=1時，輸出保持為上一狀態(tài),特性方程：,一、邊沿觸發(fā)器邏輯功能分類 1、JK觸發(fā)器 凡具有保持、置1、置0、翻轉(zhuǎn)功能的電路都稱為JK型時鐘觸發(fā)器，簡稱JK觸發(fā)器。,CP下降

17、沿(或上升沿)有效,特性方程,芯片型號：74LS112D,74LS112DJK觸發(fā)器測試電路,(4-43),⑶ 邏輯符號,⑴ 特性表,⑵ 特性方程,凡具有保持、翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T=0是保持狀態(tài)不變，T=1時翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。,3、T型觸發(fā)器,CP下降沿(或上升沿)有效,(4-44),T觸發(fā)器特性方程：,與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：,JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器,JK觸發(fā)器變T觸發(fā)器測試電路,特性表,,CP下降沿(或上升沿)時刻

18、有效,特性方程,2、D型觸發(fā)器 凡具有置1、置0功能的電路都稱為D型時鐘觸發(fā)器，簡稱D型觸發(fā)器或D觸發(fā)器。,芯片型號：74LS74D,JK觸發(fā)器→D觸發(fā)器,D觸發(fā)器的特性方程,JK觸發(fā)器的特性方程,(4-48),D觸發(fā)器→T 觸發(fā)器,邏輯功能：每來一次時鐘脈沖，信號就翻轉(zhuǎn)一次,D觸發(fā)器到T’觸發(fā)器,計數(shù)器,,,,,,,定義,原理,應(yīng)用,用以統(tǒng)計輸入計數(shù)脈沖(CP)個數(shù)的電路,計數(shù)器內(nèi)部由觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器具有記憶功能，1個觸發(fā)器

19、單元能存儲1位二進制數(shù),計數(shù)、定時和分頻,,,分類,CP脈沖引入的方式：同步、異步計數(shù)器計數(shù)值的增減趨勢：加法、減法、循環(huán)計數(shù)器計數(shù)容量： 二進制、十進制、 任意進制計數(shù)器,相關(guān)概念,同步計數(shù)器和異步計數(shù)器的區(qū)別,異步計數(shù)器,同步計數(shù)器,區(qū)別：,1、同步計數(shù)器的外部時鐘端都連在一起，而異步計數(shù)器沒有。,2、同步計數(shù)器在外部信號到來時觸

20、發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)，而異步計數(shù)器的觸發(fā)器為串行連接。工作頻率較低,3、異步計數(shù)器輸出狀態(tài)的建立，要比CP慢一個傳輸時間，容易存在競爭冒險,同步二進制計數(shù)器——74LS161集成計數(shù)器,,（2）74LS161功能表,,,,分析：,1、當(dāng) 為0時，輸出全0,2、當(dāng) 為1， 為0時， 輸入和輸出相同,3、 = =ET=EP=1時，為計數(shù)功能,（1）各引腳功能符號的意義：,D0~D3：并行數(shù)據(jù)預(yù)置輸

21、入端,Q0~Q3：數(shù)據(jù)輸出端,ET、EP：計數(shù)控制端,CP：時鐘脈沖輸入端（↑）,C：進位端（進位輸出高電平）,異步清除控制端（低電平有效）,置數(shù)控制端（低電平有效）,74LS161電路測試,4. 十進制計數(shù)器,同步十進制計數(shù)器——74LS192集成計數(shù)器,▲ 邏輯符號,,,,,▲ 74LS192功能表,各引腳功能符號的意義：D0~D3：并行數(shù)據(jù)輸入端 Q0~Q3：數(shù)據(jù)輸出端CU：加法計數(shù)脈沖輸入端 CD：減法

22、計數(shù)脈沖輸入端RD ：異步置 0 端（高電平有效） ：置數(shù)控制端（低電平有效）,：加法計數(shù)時，進位輸出端（低電平有效）,：減法計數(shù)時，借位輸出端（低電平有效）,應(yīng)用電路設(shè)計,▲ 利用74LS192實現(xiàn)100進制計數(shù)器,將多個74LS192級聯(lián)可以構(gòu)成高位計數(shù)器。例如：用兩個74LS192可以組成100進制計數(shù)器。,,,,,,,,,,,,,,,應(yīng)用電路設(shè)計,（1）直接選用已有的計數(shù)器。 例如，欲構(gòu)成十進制

23、計數(shù)器，可直接選用十進制異步計數(shù)器74LS192。,（2）用兩個計數(shù)器串接 可以構(gòu)成模為兩者之積的計數(shù)器。例如，用模6和模10計數(shù)器串接起來，可以構(gòu)成模60計數(shù)器。,（3）利用反饋法改變原有計數(shù)長度 這種方法是，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，由電路產(chǎn)生的置位脈沖或復(fù)位脈沖，加到計數(shù)器預(yù)置數(shù)控制端或各個觸發(fā)器清零端，使計數(shù)器恢復(fù)到起始狀態(tài)，從而達到改變計數(shù)器模的目的。,任意進制計數(shù)器的方法,通常有三種:,74LS

24、160 集成計數(shù)器(十進制同步計數(shù)器),▲ 邏輯符號,74LS160的功能表,,,,,▲ 引腳功能說明,D0~D3：并行數(shù)據(jù)輸入端 Q0~Q3：數(shù)據(jù)輸出端EP、ET：計數(shù)控制端 C：進位輸出端CP：時鐘輸入端 ：異步清除輸入端 ：同步并行置入控制端,74LS160 反饋法構(gòu)成6進制計數(shù)器進行舉例,例1：反饋置0法,由此可見，N進制計數(shù)器可以利用在（N-1）時將

25、 變?yōu)?0 的方法構(gòu)成，這種方法稱為反饋置0法。,例2：直接清0法,當(dāng)計數(shù)器計到6 時（狀態(tài)6出現(xiàn)時間極短），Q2和Q1均為1，使 為0，計數(shù)器立即被強迫回到0狀態(tài)，開始新的循環(huán)。,應(yīng)用電路設(shè)計,數(shù)電,電路設(shè)計,簡易秒表設(shè)計,1、具有時鐘源產(chǎn)生1S的信號,2、能夠通過數(shù)碼管顯示，顯示最大值為59， 具有時間暫停功能,3、能夠通過按鍵清除上次計數(shù)時間值,要求：,簡易秒表設(shè)計電路測試,簡易密碼鎖設(shè)計,1、設(shè)定三位密碼鎖

26、,2、能夠通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前所輸入的密碼,3、密碼正確時，用LED燈點亮指示,簡易密碼鎖設(shè)計電路測試,簡易測頻儀,用數(shù)字電路搭建一個簡易測頻儀，能夠測出范圍為10HZ~9KHZ的頻率。,簡易測頻儀電路測試,1、搶答器同時提供6名選手或6個代表隊賽，分別用6個按鈕S1~S6表示。,搶答器設(shè)計,要求：,2、設(shè)置一個系統(tǒng)清除開關(guān)，該開關(guān)由主持人控制。,3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示。選