数字电路简介,课件.

第11章数字电路11.1 数字电路的基本知识11.2 逻辑门电路11.3 触发器11.4 计数器11.5 寄存器11.6 译码器与显示器件11.7 集成555定时器及应用11.8 数/模与模/数转换器的概念11.1 数字电路的基本知识11.1.1 数字电路概述电信号分为模拟信号与数字信号两类。

模拟信号：时间上和幅度上都是连续变化的信号。

数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。

模拟电路：处理模拟信号的电路；数字电路：研究数字信号的产生、变换、传输、储存、控制、运算等的电路。

数字电路的输出与输入间有一定的逻辑关系，因此数字电路也称为逻辑电路。

数字电路分类组合逻辑电路：电路任意时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，与信号作用前电路原来的状态无关。

时序逻辑电路：电路任意时刻的输出信号不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于信号作用前电路原来的状态。

即，时序逻辑电路具有记忆。

数字电路的特点信号为二值量信号。

可用电平的高低或脉冲的有无来表示，因此基本单元电路结构简单、抗干扰能力强。

11.1.2 数制和码制1. 数制常用的数值有十进制和二进制。

人们日常生活中使用十进制；数字电路中使用二进制。

(1) 十进制有 0 ~ 9 十个数码，基数为十，“逢十进一”；低位到高位各位的“权”依次为 100、101、102 、···；[例]：[1851]10 = 1×103 + 8×102 + 5×101 + 1×100任意一个十进制数可展开为： ∑=110-ii K D(2) 二进制有 0 、1 两个数码，基数为二，“逢二进一”；低位到高位各位的“权”依次为 20、21、22 、···例：[1001]2 = 1 ⨯ 23 + 0 ⨯ 22 + 0 ⨯ 21 + 1 ⨯ 20任意一个二进制正整数可展开为： ∑=1-2i i K D (3) 二-十进制数的相互转换二进制数转换为十进制数：按权展开后相加。

例：[1001]2 = 1 ⨯ 23 + 0 ⨯ 22 + 0 ⨯ 21 + 1 ⨯ 20 = 8 + 0 + 0 + 1 = [ 9 ]10十进制数转换为二进制数：除 2 取余，倒排列。

例：[13]10 = 13 2 2 2 2 6 ······ 余1······ 余03 1 0 ······ 余1 ······ 余1 [1101 ]22. 码制编码：用二进制数码表示文字、符号或其它特定对象的过程。

BCD码：用 4 位二进制数码表示 1 位十进制数码。

8421 BCD码编码表十进制数码二进制数码位权8 位权4 位权2 位权10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 011111111111111111.2 逻辑门电路逻辑门：能实现一定因果逻辑关系的单元电路。

三种基本逻辑关系：与逻辑、或逻辑、非逻辑。

三种基本逻辑门电路：与门、或门、非门。

11.2.1 与逻辑及与门1. 与逻辑决定一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生。

[例] 只有当开关A与B都闭合，灯Y才会亮。

若以“1” 表示灯亮、开关闭合；“0” 表示灯暗、开关断开，可得到逻辑真值表。

真值表：将输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格。

与门真值表A B Y0 0 0 0 1 0 111 1与逻辑表达式： Y = A · B结论：与逻辑关系为全 1 出 1，有 0 出 0 2. 与门 实现与逻辑运算的电路与门符号：与门电路在不同输入逻辑变量时对应输出的逻辑函数波形图：A BY11.2.2 或逻辑及或门2. 或逻辑在决定一事件的几个条件中，只要有一个或几个条件具备，该事件就会发生。

只要开关A 与B 有一个闭合，灯Y 就会亮。

[例]：或门真值表A B Y0 0 00 1 11 0 1 1 1 1或逻辑表达式：Y = A + B结论：或逻辑关系为全 0 出0，有 1 出 1。

或门符号：或门实现或逻辑运算的电路11.2.3 非逻辑及非门非逻辑就是否定。

[例]：开关断开时，灯亮；闭合时反而不亮。

非门真值表A Y0 11 0 非逻辑表达式：非门符号：Y非门实现非逻辑运算的电路。

11.2.4 复合逻辑门1. 与非门符号与非门真值表A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 11逻辑表达式： ABY 集成与非门 T4000(74LS00)的外引线排列图：与非逻辑关系：有 0 出 1，全 1 出 0。

2. 或非门符号或非门真值表A B Y0 0 10 1 01 0 0 1 1 0 逻辑表达式：BAY+=或非逻辑关系：有 1 出 0，全 0 出 1。

11.3 触发器触发器：具有记忆功能的逻辑部件，有两种相反的稳定输出状态。

11.3.1 R -S 触发器1. 基本 R -S 触发器(1) 电路组成将两个集成与非门的输出端和输入端交叉反馈相接。

;D D S R 、两个输入端(2) 符号逻辑状态相反、两个输出端Q Q”状态。

时，称触发器为“、当”状态；时，称触发器为“、当0 10 1 01 ====Q Q Q Q 定义 Q 端的状态为触发器的状态。

(3) 逻辑功能, 0 , 1 D D 时当==S R 触发器状态为 1； , 1 , 0 D D 时当==S R 触发器状态为 0； ,1 , 1 D D 时当==S R 触发器保持原状态不变；触发器的状态不定。

信号同时撤除后、当这是不稳定状态时当 , , , 1 , 0 , 0 D D D D R S Q Q S R ====D R D S 1 0 1 110 DRDS 1 1 11 D R DS 1 1 D R D S 0 0(4) 逻辑状态表应禁止不定 0 0 保 持 原状态 1 1 置 1 1 0 1 置 0 0 1 0 逻辑功能 Q D R D S (5) 结论基本 R -S 触发器为负脉冲触发有效。

因而逻辑符号中输入端靠近方框处有小圆圈。

负脉冲触发2. 同步 R -S 触发器触发器的翻转时刻受时钟脉冲 CP 控制，翻转到什么状态，仍由输入 R 、S 决定。

(1) 电路组成一个基本 R -S 触发器； 一个控制门(G 3、G 4)不用时接高电平或悬空端直接置端直接置, 1 , 0 D D S R(2) 逻辑符号CP 端及输入端R、S 无小圆圈――正脉冲触发有效。

(3) 工作原理CP = 0 时，G3、G4 输出为 1，触发器维持原态；CP = 1 时，触发器状态由R、S 决定(见逻辑状态表)。

(4) 逻辑状态表(5) 工作波形CP R S Q 逻辑功能0 任意任意原状态保持1 0 0 原状态保持1 0 1 1 置11 1 0 0 置01 1 1 不定应禁止存在问题：在CP = 1 期间，如果输入信号发生多次变化，触发器的输出可能发生多次翻转——空翻。

11.3.2 主从 J-K 触发器1. 电路组成 3. 工作原理当 CP = 1 时，主触发器的状态由输入信号 J 、K 和触发器的原状态决定；由两个同步 R-S 触发器构成，从触发器的状态为触发器的状态。

触发器的状态不变。

因而主从 不变 原状态从触发器被封锁而保持 此时 , , 0 , K J CP - 2. 逻辑符号当 CP 由 1 变为 0 时，主触发器被封锁，状态不变；触发器状态一致。

主从 的状态传送到从触发器 主触发器将保存从触发器打开 此时 J-K CP , , , 1 , 4. 结论主从 J -K 触发器在 CP = 1时，接收输入信号；在 CP 下降沿输出相应的状态。

符号中 CP 端的小圆圈表示同步脉冲的下降沿触发。

下降沿触发5. 逻辑状态表6. 工作波形翻转11置 1 00 1 置0 1 1 0 保持原状态逻辑功能 Q K J Q当 J = K = 1 时，触发器工作在计数状态。

符号：CP 处不加小圆圈，表明触发器是由CP 脉冲的上升沿触发。

CP 脉冲上升沿到来后触发器的状态，等于上升沿到来之前输入端D 的状态。

工作波形：逻辑状态表：D Q 逻辑功能0 0 置 01 1 置 1符号： 由 CP 脉冲的下降沿触发。

T 等于 0 时，触发器保持原状态不变；T 等于 1 时，触发器翻转。

逻辑状态表：工作波形：翻转1 保持 原状态 0 逻辑功能 Q T Q11.4 计数器计数器：对输入脉冲的个数进行计数的电路。

由具有记忆功能的触发器组成。

一个触发器可以计 1 位二进制数，n个触发器可计n位二进制数。

同步计数器：计数脉冲同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端；异步计数器：计数脉冲不是同时加到计数器中各个触发器的时钟脉冲端，各触发器翻转有先有后。

11.4.1 异步二进制加法计数器工作原理： 触发器 J 、K 端悬空，工作于计数状态。

计数脉冲作为触发器 FF1 的 CP 脉冲，每当 CP 脉冲下降沿到来时，触发器状态翻转一次；每当 Q 1下降沿到来时，触发器 FF2 翻转一次；每当 Q 2下降沿到来时，触发器 FF3 翻转一次；发器初始状态均为零。

触端加一清零负脉冲，各D可见：各触发器的状态，代表了输入计数脉冲的个数。

10 1 00 1 2 3 01 1 7 1 1 1 80 0 3 位二进制计数器状态表计数脉冲 触发器状态 十进制数CPQ 3 Q 2 Q 10 0 0 0 0 10 0 1 1 2 0 1 0 2 3 0 1 1 3 4 1 0 0 4 51 0 1 5 6 1 1 0 6 7 11178 0 0 0 0由波形可见，Q 1 端的波形为二分频； Q 2 端的波形为四分频等。

所以计数器也可作为分频器。

11.4.2 十进制计数器十进制有十个状态，需用四个触发器。

采用 8421BCD 编码方式，十进制加法计数器的状态表如下：十进制计数器状态表计数脉冲触发器状态十进制数 CP Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 51156 0 1 1 0 67 0 1 1 1 78 1 0 0 0 0 911910 0 0 0 0 0使用集成计数器可以方便地构成任意进制计数器。

11.4.3 集成计数器集成计数器种类繁多，功能完善，可扩展性、通用性较强。

T210 是集成异步二-五-十进制计数器。

外引线排列图逻辑符号R 0(1)、R 0(2)是复位端；S 9(1)、S 9(2)是置位端；Q 3、Q 2、Q 1、Q 0 是输出端；CP 0、CP 1 是脉冲输入端；U CC 接 + 5 V 电源；GND 接地。