电子技术数电第二章 门电路
数电讲义--2章
1.0
VOL（max）0.5
输入标 准低电
平
0.4V
VNL
D VNH
E
V V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
SL VOFF VON
SH
Vi (V)
输入标准
高电平
2. 输入特性
+VCC
1) 输入伏安特性
iI
R1 3kΩ
1
-1.6 mA
<50 uA vI A
31
B
T1
1.4 V
和边沿，T4放大。 VO随iOH变化不大。 当由i于Oi以OHH受↑：线时功性,R耗变4上的化压限。降制增，大i0，H过T大3 、会T4烧饱毁和T，4管V，O随所
功耗 1mW IOH 400 A
输出高电平时的扇出系数 3.6V
R2 750Ω 2T3 Vc2 1 3 R4
VO
+VCC
R 4 +5V 100Ω
抗干扰能力越强。 高电平噪声容限
VNH= VSH ¯ VON 。
VNH越大，输入为1态下
抗干扰能力越强。
Vo (V)
4.0 A B
3.5
3.0
VOH（min）2.5 2.4V
C
2.0
1.5
A(0V, 3. 6V) B(0.6V, 3.6V) C(1.3V, 2.48V) D(1.4V, 0.3V) E(3.6V, 0.3V)
• 导通(VD>VTH) • 2、二极管的开关时间
截止5V(VDR<VT+H)
0V
D VD
uo
_
VF Vi
二极管开关状态的转换需要时间：
t1 t2
数电-门电路
六.思考题
当输出波形和输入波形反相时,导通延迟时间 当输出波形和输入波形反相时,
tPdL和截止延迟时间tPdH分别指的是什么? 分别指的是什么?
如何用数字示波器的Cusor来测量导通延迟时 如何用数字示波器的Cusor来测量导通延迟时 Cusor 请详细叙述. 间tPdL和截止延迟时间tPdH?请详细叙述.
74LS04
三.实验原理(续) 实验原理(
3.1 3.1门电路的传输延迟时间
相对于输入波形延迟的时间. 相对于输入波形延迟的时间. 平均传输延迟时间: 平均传输延迟时间:tPd=(tPdL +tPdH)/2
导通延 迟时间 截止延 迟时间
门电路在输入脉冲波形的作用下, 门电路在输入脉冲波形的作用下,其输出波形
五.注意事项
来说,引脚14→Vcc 引脚7→GND 14→Vcc, 7→GND( ),不要 对74LS04 来说,引脚14→Vcc,引脚7→GND(地),不要 忘记或接错. 忘记或接错. Vcc=5V,所以引脚14只能接实验板上的5V插孔, Vcc=5V,所以引脚14只能接实验板上的5V插孔,一定不 14只能接实验板上的5V插孔 要接15V插孔. 15V插孔. 插孔 接插集成块时,要认清定位标记,不得接反. 接插集成块时,要认清定位标记,不得接反. 注意芯片引脚中的门电路的输入 输出. 输入, 注意芯片引脚中的门电路的输入,输出. 两个输出端不能接在一起. 两个输出端不能接在一起. 接在一起 实验中改动接线必须先断开电源,接好后再通电实验. 实验中改动接线必须先断开电源,接好后再通电实验. 如果实验箱发出报警,应立即关掉开关. 如果实验箱发出报警,应立即关掉开关. 关掉开关
�
四.实验内容
4.1 逻辑门传; 找到74LS04,按图1.5接线; 74LS04 1.5接线 输入20KHz脉冲,用双踪示波器测量总的导通延迟时间 输入20KHz脉冲,用双踪示波器测量总的导通延迟时间tPdL 20KHz脉冲 和总的截止延迟时间t 和总的截止延迟时间 PdH ; 计算每个门的平均传输延迟时间t 计算每个门的平均传输延迟时间 Pd值.
数电逻辑门电路
数电逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中常见的一种电路结构，用于处理不同的逻辑运算和控制信号。
逻辑门电路通常由不同类型的逻辑门组成，如与门、或门、非门、异或门等。
在这篇文章中，我们将介绍几种常见的逻辑门电路以及它们的应用。
1. 与门电路与门电路是最基本的逻辑门之一，其功能是将两个输入信号进行逻辑与运算，输出结果为如果两个输入信号同时为高电平时输出高电平，否则输出低电平。
与门电路通常用于逻辑运算和控制信号的处理，比如电脑中的逻辑电路、开关控制等。
2. 或门电路或门电路是另一种常见的逻辑门，其功能是将两个输入信号进行逻辑或运算，输出结果为如果任一输入信号为高电平时输出高电平，否则输出低电平。
或门电路也广泛应用于逻辑运算和控制信号处理中，例如电脑中的逻辑电路、开关控制等。
3. 非门电路非门电路是一种单输入单输出的逻辑门，其功能是将输入信号取反输出，即如果输入信号为高电平则输出低电平，如果输入信号为低电平则输出高电平。
非门电路通常用于信号反转、逻辑反相等应用。
4. 异或门电路异或门电路是一种常见的逻辑门，其功能是将两个输入信号进行逻辑异或运算，输出结果为如果两个输入信号不相同则输出高电平，否则输出低电平。
异或门电路在数字电路设计中经常被使用，例如数据的误码检测、加法器电路等。
以上是几种常见的逻辑门电路，下面我们将介绍一个简单的逻辑门电路示例：4位全加器电路。
4位全加器电路是由4个异或门、3个与门和1个或门组成的逻辑电路，用于实现4位二进制数的加法运算。
该电路的原理是将两个4位二进制数相加，得到和输出以及进位输出。
当输入信号为A3-A0、B3-B0时，输出信号为S3-S0代表和值，C代表进位位。
在4位全加器电路中，每个异或门接收两个输入信号A和B，输出一个异或运算结果；每个与门接收三个输入信号A、B和C_in，输出一个与运算结果；一个或门接收四个输入信号S0-S3，输出一个或运算结果。
将这些逻辑门按照接线图正确连接，就可以实现全加器电路的功能。
数电课后习题及答案
第1章 数字电路基础知识1 电子电路主要分为两类：一类是电子电路主要分为两类：一类是 模拟电路 ，另一类是，另一类是 数字电路 。
2 模拟电路处理的是模拟电路处理的是 模拟信号 ，而数字电路处理的是，而数字电路处理的是 数字信号 。
3 晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：截止截止、 放大和 饱和。
在模拟电路中，晶体管主要工作在体管主要工作在 放大状态 。
4 在数字电路中，晶体管工作在在数字电路中，晶体管工作在 截止与 饱和状态，也称为状态，也称为 “开关”状态。
状态。
5 模拟信号是一种模拟信号是一种大小随时间连续变化大小随时间连续变化的电压或电流，数字信号是一种的电压或电流，数字信号是一种突变突变的电压和电流。
6 模拟信号的电压或电流的大小是模拟信号的电压或电流的大小是随时间连续缓慢变化的随时间连续缓慢变化的，而数字信号的特点是“保持”（一段时间内维持低电压或高电压）和“段时间内维持低电压或高电压）和“突变突变”（低电压与高电压的转换瞬间完成）。
7 在数字电路中常将0~1v 范围的电压称为范围的电压称为低电平低电平，用，用““0”来表示；将3~5v 范围的电压称为高电平，用，用““1”来表示。
来表示。
介绍了数字电路的发展状况和数字电路的一些应用领域，并将数字电路和模拟电路进行了比较，让读者了解两者的区别，以利于后面数字电路的学习。
以利于后面数字电路的学习。
第2章 门电路1 基本门电路有基本门电路有与门与门、或门、非门三种。
三种。
2 与门电路的特点是：只有输入端都为只有输入端都为 高电平 时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出输出端就会输出 低电平 。
与门的逻辑表达式是与门的逻辑表达式是 Y A B =· 。
3 或门电路的特点是：只要有一个输入端为只要有一个输入端为 高电平 ，输出端就会输出高电平。
只有输入端都为 低电平 时，输出端才会输出低电平。
数字电子技术基础第二章门电路PPT课件
或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入 为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时， 输出为高电平。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。
数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
第三节 TTL逻辑门电路
一、标准生产工艺的TTL非门的工作原理
TTL的含义：Transistor Transistor
（一）输入VI为高电平3.6V时
（二）输入VI为低电平0.3V 时
二、标准生产工艺的TTL非门的电 路结构特点
1、输入级采用三极管以提高工作速度。
➢ （2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设 三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态 也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域， 此时时的三特极征管IC=既ßI有B）饱，和求状此态时时三的极特管征的VC集ES电=极0.临3V界，饱又和有电放流大I状CS 态， 进极而管求的出集基 电极极临可界能饱流和过电的流最大IBS电。流集。电极临界饱和电流ICS是三
5 60 10
0.0083(mA)
因为iB＞IBS 所以三极管处于饱和状态，如图2-15中的 E点所示。
（2）vi＝-2V
（二）双极型三极管的动态开关特性
（1）延迟时间td—— 从输入信号vi正跳变的 瞬 间开始，到集电极电流iC上升到0.1ICS所需的 时间
（2）上升时间tr——集电极电流从0.1ICS上升到 0.9ICS所需的时间。
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 0V 0V 5V
A
&
L=A·B
B
负逻辑体制
A
≥1
B
L=A+B
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 0V 0V 5V
《数字电子技术(第二版)》 第2章 门电路
2.1.3 场效应管的开关特性
RD G ui +VDD
D
S
ui
工作原理电路 截止状态 G RD
转移特性曲线
输出特性线 RD
+VD
D
导通状态
uo=+VDD
+VD
D
D
G
ui>UT
D
S
ui<UT
uo≈0
S
2.2 分立元件
门电路
2.2.1 二极管与门
Y=AB
2.2.2 二极管或门
Y=A+B
2.2.3 晶体管非门
2.1 半导体元件的开关特性 2.2 分立元件门电路
2.3 TTL集成门电路
2.4 CMOS集成门电路
2.5 集成门电路的使用
退出
件的开关特性
2.1 半导体元
逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电 路。简称门电路。 基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、 与非门、或非门、与或非门和异或门等。 逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件 的导通、截止（即开、关）两种工作状态。
2.1.1 二极管的开关特性
＋ uD 二极管符号： 正极
－
负极
Ui<0.5V时，二 极管截止，iD=0。
Ui>0.5V时， 二极管导通。
uo
uo
ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui ＝ 5V 时，二极管导通，如 同 0.7V 的电压源， uo ＝ 4.3V 。
二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。
三极管临界饱和时 的基极电流为：
iB＞IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电 压uY＝UCES＝0.3V。
数电-门电路练习题
数字电子技术
第 2 章 门电路
单项选择题
7、图示为CMOS与或非门，输出逻辑表达式为
+VDD & A B 100kΩ
≥1
(
)。
A
Y
Y A B
× × √ ×
B C
Y AB
Y 0
Y 1
D
分析提示
接 VDD 的输入端为逻辑 1；因 MOS 门的输入电流为 0，接 100kΩ 电阻的输入端为逻辑 0。 输出逻辑表达式为 Y 1 1 1 A B 0 0
。
图A 为OC与非门， Y A B A B
A B 1 图B为三态与非门， Y 高阻态 图C为与非门，Y A B A B
图D为或非门，Y A 第 B
11
A B。
B 0
。
。
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数字电子技术
第 2 章 门电路
单项选择题
11、OC门组成的电路如图所示，其输出逻辑表达式为
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数字电子技术
第 2 章 门电路
单项选择题
8、图示电路中均为CMOS门，输出逻辑表达式为 A
C B A 1
(
)。
Y A BC Y AC
× ×
B
TG ≥1
Y
C D
Y A B C A C ×
不能正常工作
√
分析提示
当C= 0时，传输门TG为高阻态输出，后边 CMOS或非门的 一个输入端相当于悬空，是不允许的。
填空题
5、 能保证有多余输入端的任何逻辑门电路工作逻辑正确的多余输入端 处理方法是 。
参考答案 分析提示
和一个使用的输入端并联
电子技术应用《数电》教案
电子技术应用《数电》教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述了解数字电路的定义、特点和应用领域熟悉数字电路与模拟电路的区别1.2 数制和码制学习二进制、八进制、十六进制的表示方法掌握不同码制（如ASCII码、BCD码）的转换方法1.3 逻辑门学习与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门电路掌握逻辑门的功能和真值表第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述了解组合逻辑电路的定义和特点熟悉组合逻辑电路的分类和应用2.2 常用组合逻辑电路学习译码器、编码器、多路选择器、多路分配器等电路掌握组合逻辑电路的设计方法2.3 组合逻辑电路的设计实例设计一个4x1多路选择器设计一个全加器第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述了解时序逻辑电路的定义和特点熟悉时序逻辑电路的分类和应用3.2 触发器学习SR触发器、JK触发器、T触发器、CTR触发器等电路掌握触发器的真值表、时序图和功能3.3 时序逻辑电路的设计实例设计一个2位同步计数器设计一个顺序检测器第四章：数字电路仿真4.1 数字电路仿真概述了解数字电路仿真的定义和意义熟悉数字电路仿真工具的使用4.2 常用数字电路仿真工具学习Multisim、Proteus等仿真工具的基本操作掌握仿真工具中元器件的选型和连接方法4.3 数字电路仿真实例利用仿真工具验证组合逻辑电路的功能利用仿真工具验证时序逻辑电路的功能第五章：数字电路实验5.1 数字电路实验概述了解数字电路实验的目的和意义熟悉数字电路实验步骤和注意事项5.2 数字电路实验器材和仪器学习数字电路实验所需的器材和仪器使用方法掌握实验器材和仪器的连接和调试方法5.3 数字电路实验实例完成一个组合逻辑电路的实验完成一个时序逻辑电路的实验第六章：数字电路测试与维护6.1 数字电路测试概述理解数字电路测试的目的和方法熟悉测试用例的设计和测试过程6.2 数字电路测试方法学习静态测试和动态测试两种方法掌握测试电路的搭建和测试结果的分析6.3 数字电路维护与故障排除了解数字电路维护的基本原则学习故障排除的步骤和方法第七章：数字系统设计流程7.1 数字系统设计概述理解数字系统设计的基本流程熟悉各个设计阶段的任务和目标7.2 需求分析与规格说明学习如何进行需求分析掌握编写数字系统规格说明书的方法7.3 数字系统设计实现学习数字系统设计的具体步骤掌握硬件描述语言（如Verilog）的使用第八章：数字信号处理器（DSP）8.1 DSP概述理解DSP的定义、特点和应用熟悉DSP与其他处理器的比较8.2 DSP的结构与工作原理学习DSP的内部结构和工作流程掌握DSP的指令集和编程方法8.3 DSP应用实例学习DSP在音频处理、图像处理等领域的应用设计一个简单的DSP应用系统第九章：数字电路与系统的安全与保护9.1 数字电路与系统的安全了解数字电路与系统的安全问题学习加密算法和数字签名技术9.2 硬件安全措施学习物理不可克隆功能（PUF）和硬件安全模块（HSM）掌握安全启动和安全存储的实现方法9.3 系统保护与版权保护了解系统保护的重要性学习数字版权管理（DRM）和软件保护的方法第十章：未来数字电路技术的发展趋势10.1 新兴数字电路技术了解量子计算、神经形态计算等新兴技术学习这些技术对传统数字电路的影响10.2 数字电路设计的未来趋势分析数字电路设计的发展方向探讨可持续发展和环保在数字电路设计中的作用10.3 教育与培训强调终身学习在数字电路技术发展中的重要性探讨在线教育和虚拟实验室在数字电路教学中的应用重点和难点解析一、数字电路基础：理解不同数制和码制之间的转换，以及逻辑门的功能和真值表。
数字电子技术基础 第二章 门电路1PPT课件
+VCC +12V 2 k
+ T 100uo
IBSICSVCRCcUCESVC RcC110202mA 0.06mA
因为 iB IBS 所以 T 饱和 uOUCE≤S0.3V
二、动态特性 三极管饱和程 t度 off
uI / V
3
0
-2
iC
0.9ICS 0.1ICS
0
uO / V ton
3
t
t t off
超大规模集成电路VLSI
> 10 000 门/片
(Very Large Scale Integration) 或 > 100 000 元器件/片
2. 2 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性
理想开关的开关特性
一、 静态特性
A
1. 断开
R OF F， IOF 0 F
2. 闭合 R O N0， U AK 0
< 10 门/片 或 < 100 元器件/片
中规模集成电路 MSI
10 ~ 99 门/片
(Medium Scale Integration) 或 100 ~ 999 元器件/片
大规模集成电路 LSI
(Large Scale Integration)
100 ~ 9 999 门/片 或 1 000 ~ 99 999 元器件/片
一、门电路
概述
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路
与与 门 或或 门 非非 门
与与非非门 或或非非门 与与或或非非门 异异或或门
二、逻辑变量与两状态开关
二值逻辑: 所有逻辑变量只有两种取值(1 或 0)。
数字电路: 通过电子开关 S 的两种状态(开或关)
数电第二章 门电路
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y
数电组合逻辑电路门电路设计
数电组合逻辑电路门电路设计
数电组合逻辑电路的设计包括确定逻辑功能和选择适当的门电路进行实现。
首先，确定所需的逻辑功能。
这可能是一个布尔代数的表达式，如与、或、非等。
例如，如果需要实现一个逻辑与门，可以使用以下布尔代数表达式：Y = A * B。
然后，选择适当的门电路进行实现。
常见的门电路有与门、或门、非门等。
与门用于实现逻辑与功能，或门用于实现逻辑或功能，非门用于实现逻辑非功能。
对于上面的例子，可以选择一个与门电路进行实现。
与门电路有两个输入端和一个输出端。
根据布尔表达式，将输入A和
B连接到与门的两个输入端，将输出Y连接到与门的输出端。
最后，根据具体的设计需求，选择合适的门电路芯片进行设计。
常见的门电路芯片有与门芯片、或门芯片、非门芯片等。
可以根据需要的输入输出端口数目和电压要求选择合适的芯片。
综上所述，数电组合逻辑电路门电路设计包括确定逻辑功能、选择适当的门电路和门电路芯片进行实现。
电子技术应用《数电》教案
电子技术应用《数电》教案第一章：数字逻辑基础1.1 数字逻辑电路概述了解数字逻辑电路的基本概念和特点掌握数字逻辑电路的主要组成部分1.2 逻辑代数熟悉逻辑代数的基本原理和规则掌握逻辑代数的常用公式和运算法则1.3 逻辑门电路了解逻辑门电路的分类和功能掌握逻辑门电路的符号表示和真值表第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路的基本概念了解组合逻辑电路的特点和应用掌握组合逻辑电路的分析和设计方法2.2 常见的组合逻辑电路掌握编码器、译码器、多路选择器和算术逻辑单元等常见组合逻辑电路的工作原理和应用2.3 组合逻辑电路的设计方法学习组合逻辑电路的设计方法和步骤练习组合逻辑电路的设计和仿真第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路的基本概念了解时序逻辑电路的特点和应用掌握时序逻辑电路的分析和设计方法3.2 常见的时序逻辑电路掌握触发器、计数器和寄存器等常见时序逻辑电路的工作原理和应用3.3 时序逻辑电路的设计方法学习时序逻辑电路的设计方法和步骤练习时序逻辑电路的设计和仿真第四章：数字电路仿真与实验4.1 数字电路仿真软件的使用熟悉数字电路仿真软件的功能和操作界面掌握数字电路仿真软件的基本操作和技巧4.2 组合逻辑电路的仿真与实验进行组合逻辑电路的仿真实验观察和分析实验结果，验证电路的功能和性能4.3 时序逻辑电路的仿真与实验进行时序逻辑电路的仿真实验观察和分析实验结果，验证电路的功能和性能第五章：数字电路应用实例5.1 数字电路设计实例学习数字电路的设计方法和步骤分析实例电路的功能和性能，理解电路的工作原理5.2 数字电路在实际应用中的应用了解数字电路在实际应用中的典型应用案例掌握数字电路在实际应用中的设计和应用方法第六章：数字电路设计与仿真软件6.1 常见数字电路设计软件概述了解常见的数字电路设计软件及其功能掌握至少一种数字电路设计软件的基本操作6.2 原理图绘制与仿真学习原理图的绘制方法进行原理图仿真实验，观察和分析实验结果6.3 代码编写与仿真学习数字电路代码的编写方法进行代码仿真实验，观察和分析实验结果第七章：数字电路测试与维护7.1 数字电路测试概述了解数字电路测试的目的和方法掌握数字电路测试的基本原理7.2 数字电路测试工具与仪器熟悉数字电路测试工具与仪器的作用和操作掌握至少一种测试工具与仪器的使用方法7.3 数字电路的维护与故障排除学习数字电路的维护方法掌握数字电路常见故障的排除方法第八章：数字控制系统简介8.1 数字控制系统的概念了解数字控制系统的组成和特点掌握数字控制系统与模拟控制系统的区别8.2 常见数字控制系统学习常见数字控制系统的原理和应用了解数字控制系统的发展趋势第九章：数字电路在通信技术中的应用9.1 数字通信概述了解数字通信的基本概念和优点掌握数字通信系统的基本组成9.2 数字电路在通信技术中的应用实例学习数字电路在通信技术中的典型应用案例掌握数字电路在通信技术中的应用方法第十章：数字电路在其他领域中的应用10.1 数字电路在计算机中的应用了解数字电路在计算机硬件中的作用掌握数字电路在计算机中的典型应用案例10.2 数字电路在工业自动化中的应用学习数字电路在工业自动化中的作用和应用了解数字电路在工业自动化领域的发展趋势10.3 数字电路在其他领域中的应用实例学习数字电路在其他领域的典型应用案例掌握数字电路在其他领域中的应用方法第十一章：数字电路与系统的优化11.1 数字电路与系统优化的目标了解数字电路与系统优化的目的和重要性掌握数字电路与系统优化的基本原则11.2 数字电路与系统的性能指标学习数字电路与系统的性能评价指标了解不同优化目标对电路性能的影响11.3 数字电路与系统的优化方法掌握数字电路与系统的常用优化方法学习如何进行电路与系统的性能优化设计第十二章：数字集成电路12.1 集成电路的基本概念了解集成电路的分类和特点掌握集成电路的基本组成和制作工艺12.2 数字集成电路的封装与测试学习数字集成电路的封装形式和工艺掌握数字集成电路的测试方法和流程12.3 集成电路的设计与验证了解集成电路设计的流程和步骤学习集成电路设计的工具和验证方法第十三章：现代数字电路技术进展13.1 深亚微米技术了解深亚微米技术的概念和发展趋势掌握深亚微米技术对数字电路的影响13.2 光电器件在数字电路中的应用学习光电器件的原理和特性掌握光电器件在数字电路中的应用案例13.3 新型数字电路技术展望了解新兴数字电路技术的研究方向学习新兴数字电路技术的潜在应用领域第十四章：数字电路项目的实践与案例分析14.1 数字电路项目实践流程学习数字电路项目的设计、实现和测试流程掌握数字电路项目实践中的关键环节14.2 数字电路项目案例分析分析具体的数字电路项目案例了解项目成功的原因和可以改进的地方掌握项目报告的交流和评价方式第十五章：数字电路在现代社会中的作用和影响15.1 数字电路在信息社会中的作用了解数字电路在信息处理、传输和存储中的关键作用掌握数字电路在现代通信系统中的应用15.2 数字电路对社会的潜在影响学习数字电路技术发展对社会的影响了解数字电路技术发展可能带来的社会挑战和机遇15.3 数字电路技术的未来发展趋势掌握数字电路技术发展的趋势和方向学习如何适应和应对数字电路技术的未来挑战重点和难点解析本文主要介绍了电子技术应用《数电》教案，内容涵盖了数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字电路仿真与实验、数字电路应用实例、数字电路设计与仿真软件、数字电路测试与维护、数字控制系统简介、数字电路在通信技术中的应用、数字电路在其他领域中的应用、数字电路与系统的优化、数字集成电路、现代数字电路技术进展、数字电路项目的实践与案例分析以及数字电路在现代社会中的作用和影响等十五个章节。
数电实验门电路
实验二门电路一、实验目的1.验证常用TTL、CMOS集成门电路逻辑功能。
2.掌握各种门电路的逻辑符号。
3.了解集成块的外引线排列及其使用方法。
二、实验原理和电路集成逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件。
任何复杂的组合电路和时序电路都可用逻辑门通过适当的组合连接而成。
目前已有门类齐全的集成门电路，例如“与门”、“或门”、“非门”、“与非门”等。
虽然，中、大规模集成电路相继问世，但组成某一系统时，仍少不了各种门电路。
因此，掌握逻辑门的工作原理，熟练、灵活地使用逻辑门是数字技术工作者所必备的基本功之一。
1.TTL门电路TTL集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，特别对学生进行实验论证，选用TTL电路比较合适。
因此，本实验指导书大多采用74LS（或74）系列TTL集成电路。
它的工作电源电压为5V±0.5V，逻辑高电平1时≥2.4V，低电平0时≤0.4V。
图1.2.1为2输入“与门”，2输入“或门”，2输入4输入“与非门”和反相器的逻辑符号图。
它们的型号分别是74LS08 2输入端四“与门”。
74LS32 2输入端四“或门”，74LS00 2输入端四“与非门”，74LS20 4输入端二“与非门”和74LS04 六反相器（“反相器”即“非门”）。
各自的逻辑表达式分别为：与门Q=A·B，或门Q=A+B，与非门Q= ,Q= ,反相器Q=。
（a）与门（b）或门（c）与非门（d）反相器图1.2.1 TTL基本逻辑门电路TTL集成门电路外引脚分别对应逻辑符号图中的输入、输出端。
电源和地一般为集成块的两端，如14脚集成电路，则7脚为电源地（GND），14脚为电源正（Vcc），其余引脚为输入和输出，如图1.2.2所示。
外引脚的识别方法是：将集成块正面对准使用者，以凹口左边或小标点“·”为起始脚1，逆时针方向向前数1，2，3,……………n脚。
使用时，查找IC手册即可知各管脚功能。
或门电路
或门电路
1. 或逻辑关系
几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生, 这种关系称为“或”逻辑关系。
202
“或”逻辑关系
或门电路
2. 或逻辑关系的表示
或逻辑关系可用逻辑函数 表达式表示：
Y=A+B
或门电路
3.真值表 除了用逻辑函数表达式表示外，还可以用真值表表示。 或逻辑功能为“有1出1，全0出0”，A、B两个输入变量有 四种可能的取值情况。如表所示。
解： 一、关系图：
二、表达式： Y=A· B 三、真值表： 四、逻辑符号：
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Y 0 0 0 地描述逻辑关系，通常用符号0和1来表 示条件和结果的两个对立状态，比如条件的“有 ”或“无”，结果的“真”或“假”，这里的0和 1并不是通常数学中表示数量的大小，而是作为一 种表示符号，0表示无信号或不满足条件，1表示 有信号或满足条件，故称为逻辑0和逻辑1。在数 字电路中，通常用电位的高、低去控制门电路,输 入与输出信号只有两种状态：高电平状态和低电 平状态。规定用1表示高电平，用0表示低电平， 称为正逻辑，反之称为负逻辑，若无特殊说明均 采用正逻辑。
二、表达式： Y=A+B 三、真值表： 四、逻辑符号：
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
或门电路的逻辑符号
或门的真值表
或门电路
4.或门电路的逻辑符号 能实现或逻辑功能的电路称为或门电路，简称或门， 如图所示。门电路可以用二极管、三极管、MOS管和电阻 等分立元件组成，也可以是集成电路。
或门电路的逻辑符号
或门电路
• 判断此门逻辑电路，并用四种方法表示。 （其中A或B表示输入端，Y表示输出端）
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电子技术数字电路部分第二章门电路第二章门电路§2.1 概述§2.2 分离元件门电路§2.3 TTL集成门电路§2.4 其它类型的TTL门电路§2.5 MOS门电路§2.1 概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。
在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。
1V iV oKV ccR 只要能判断高低电平即可K 开------V o =1, 输出高电平K 合------V o =0, 输出低电平可用三极管代替R 1R 2AF+V cc u Atu Ft+V cc0.3V三极管的开关特性：二极管与门FD 1D 2AB+12V u A u B u F 0V 0V 0.3V 0V 3V 0.3V 3V 0V 0.3V 3V3V3.3V设二极管的饱和压降为0.3伏。
§2.2 分立元件门电路二极管或门u A u B u F 0V 0V -0.3V 0V 3V 2.7V 3V0V 2.7V 3V3V2.7VFD 1D 2A B-12VR 1DR 2AF+12V +3V 三极管非门u A u F 3V 0.3 0V3.3嵌位二极管（三极管的饱和压降假设为0.3付）R 1DR 2F+12V +3V 三极管非门D 1D 2A B+12V 二极管与门与非门分立元件门电路的缺点1. 体积大、工作不可靠。
2. 需要不同电源。
3. 各种门的输入、输出电平不匹配。
§2.3 TTL集成门电路与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。
根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路等。
2.3.1 TTL与非门的基本原理TTL 与非门的内部结构+5VFR 4R 2R 13k T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5b 1c 1A B CCB A F ⋅⋅=∙∙∙∙∙∙∙“0”1V 不足以让T 2、T 5导通三个PN 结导通需2.1V+5VFR 4R 2R 13k T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5b 1c 1A B C ∙∙∙∙∙∙∙+5VF R 4R 2R 13k R 5T 3T 4T 1b 1c 1A B C “0”1V u ou o =5-u R2-u be3-u be4≈3.4V 高电平！∙∙∙∙“1”全导通电位被嵌在2.1V 全反偏≈1V截止+5VFR 4R 2R 13k T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5b 1c 1A B C∙∙∙∙∙∙∙+5VFR 2R 13k T 2R 3T 1T 5b 1c 1A B C全反偏“1”饱和u F =0.3VABCF =∙∙一、电压传输特性2.3.2 TTL 与非门的特性和技术参数测试电路&+5V u iu 0u 0(V)u i (V)123U OH (3.4V)U OL (0.3V)传输特性曲线u 0(V)u i (V)123U OH“1”U OL (0.3V)阈值U T =1.4V理想的传输特性输出高电平输出低电平1. 输出高电平U OH、输出低电平U OLU OH≥2.4V U OL≤0.4V 便认为合格。
=3.4V U OL≤0.3V 。
典型值UOH2. 阈值电压U Tu i<U T时，认为u i是低电平。
u i>U T时，认为u i是高电平。
U T=1.4V二、输入、输出负载特性&&？1. 前后级之间电流的联系R 1T 1+5V前级后级反偏前级流出电流I OH（拉电流）+5VR 4R 2R 5T 3T 4∙∙∙∙∙R 1T 1+5V前级后级流入前级的电流I OL 约1.4mA (灌电流)+5VR 2R 13kT 2R 3T 1T 5b 1c 1∙∙∙1155R be T T I OL结压降的压降--=mA4.137.03.05≈--=灌电流的计算饱和名称及符号含义输入低电平电流I iL 输入为低电平时流入输入端的电流-1 .4mA。
输入高电平电流I iH 输入为高电平时流入输入端的电流几十μA。
I OL及其极限I OL（max）当I OL> I OL(max)时，输出不再是低电平。
I OH及其极限I OH (max)当I OH >I OH(max)时，输出不再是高电平。
关于电流的技术参数2. 扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR 4R 2R 5T 3T 4T 1前级T 1T 1I iH1I iH3I iH2I OH前级输出为高电平时例如：∙∙∙∙∙+5VR 2R 13kT 2R 3T 1T 5b 1c 1前级I OL I iL1I iL2I iL3前级输出为低电平时∙∙∙∙输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：++=21iL iL O L I I I 输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：++=21iH iH O H I I I 一般与非门的扇出系数为10。
由于I OL 、I OH 的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。
3. 输入端通过电阻R 接地的情况Ru i输入端“1”,“0”？+5VFR 4R 2R 13k T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5b 1c 1A B C∙∙∙∙∙∙∙R 较小时R 较小时，u i <U T 相当输入低电平，所以输出为高电平。
Ru i+5VFR 4R 2R 13k T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5b 1c 1A B C∙∙∙∙∙∙)5(11be i U R R R u -+=RR +=33.4∴R增大R↑→u i↑→u i≥U T时，输入变高，输出变低电平。
RR+=33.4)V(4.1R临界=1.45KΩR u i+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1A B C ∙∙∙∙∙∙1. 悬空的输入端相当于接高电平。
2. 为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。
4. 平均传输时间t u io tu oo50%50%t pd1t pd2平均传输时间)(2121pd pd pdt t t +=2.4.1 集电极开路的与非门（OC 门）集电极悬空无T 3,T 4+5VFR 2R 13k T 2R 3T 1T 5b 1c 1A B C∙∙∙∙T 3T 4§2.4 其它类型的TTL 门电路符号！&应用时输出端要接一上拉负载电阻R LR LU CC +5VFR 2R 13k T 2R 3T 1T 5b 1c 1A B C∙∙∙∙1. OC 门可以实现“线与”功能&&&U CCF 1F 2F 3FF=F 1F 2F 3R L输出级∙∙U CCR LT 5T 5T 5∙∙F123任一导通F =0U CCR L F 1F 2F 3F∙∙全部截止F =1123所以：F=F 1F 2F 3U CCR L F 1F 2F 3F∙∙2. 负载电阻R L和电源U CC可以根据情况选择&J+30V220VJ如RL 用继电器线圈（J）替代，可以实现对其它电路的控制。
?（R L(max)R L(min)）如何确定上拉电阻RL参考：阎石《数字电子技术基础》P80 2. 一般的TTL与非门能否线与？参考：杨福生《电子技术》P3202.4.2 三态门E---控制端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5A B∙∙∙∙∙∙DE E∙∙01截止ABF =+5VFR 4R 2R 1T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5A B∙∙∙∙∙∙DEE∙∙10导通截止截止高阻态+5VFR 4R 2R 1T 2R 5R 3T 3T 4T 1T 5A B∙∙∙∙∙∙DEE∙∙&A BFE符号输出高阻0=E 1=E ABF =功能表低电平起作用&A BFE符号输出高阻1=E 0=E ABF =功能表高电平起作用０１０三态门主要作为TTL 电路与总线间的接口电路用途：E 1、E 2、E 3轮流接入高电平，将不同数据（A 、B 、C ）分时送至总线。
E 1E 2E 3公用总线 ∙∙ABC2.5.1 MOS 反相器0U DSID负载线u i=“1”u i =“0”u o =“0”u o =“1”u iu oU CC RDS§2.5 MOS 门电路u iu oU CCu iu oU CC实际结构等效结构2.5.2 CMOS 反相器U CC ST 2DT 1AFNMOS 管PMOS 管CMOS 电路U CC ST 2DT 1u iu ou i =0截止u gs2= U CC导通u ０=“１”工作原理：。