数字电路基础解析

第6章数字电路基础

教学重点

1.理解模拟信号与数字信号的区别。

2.掌握基本逻辑门、复合逻辑门的逻辑功能和电路图形符号，会使用真值表。

3.了解TTL、CMOS门电路的型号、引脚功能，会测试其逻辑功能。

4.了解集成门电路的外形与封装，能合理使用集成门电路。

5.会进行二进制数、十进制数和十六进制数之间的相互转换。

6.了解8421BCD码的表示形式。

7.会用逻辑代数基本公式化简逻辑函数，了解其在工程应用中的实际意义。教学难点

1．集成门电路的合理使用。

2．二进制数、十进制数和十六进制数之间的相互转换。

3．用逻辑代数基本公式化简逻辑函数。

学时分配

6.1逻辑门电路

电信号可分为两大类：一类是模拟信号，另一类是数字信号，如图所示。

（a ） （b ）

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，反之为负逻辑。

6.1.1基本逻辑门电路

数字电路中往往用输入信号表示“条件”，用输出信号表示“结果”，而条件与结果之间的因果关系称为逻辑关系，能实现某种逻辑关系的数字电子电路称为逻辑门电路。

基本的逻辑关系有：与逻辑、或逻辑、非逻辑，与之相应的基本逻辑门电路有与门、或门、非门。

做一做：与逻辑、或逻辑和非逻辑

1．与门电路 （1）与逻辑关系

当一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。这样的因果关系称为与逻辑关系，也称为逻辑乘。

（2）与逻辑关系的表示

用逻辑函数表达式表示 Y =A ·B 或Y =AB

用真值表表示（将全部可能的输入组合及其对应的输出值用表格表示称之为真值表）

（3）与门电路

能实现与逻辑功能的电路称为与门电路，简称与门，门电路可以用二极管、三极管、MOS管和电阻等分立元件组成，也可以由集成电路组成。

动画：二极管组成的与门电路。

与门电路的电路图形符号（又称逻辑图）。

2．或门电路

（1）或逻辑关系

当决定一件事情的各个条件中至少具备一个条件，这件就会发事情才能发生，否则不发生。这样的因果关系称为或逻辑关系，也称逻辑加。

（2）或逻辑关系的表示

逻辑函数表达式表示Y=A+B

或逻辑的真值表如下表

（3）或门电路

能实现或逻辑功能的电路称为或门电路，简称或门。

动画：二极管组成的或门电路。

或门电路的电路图形符号。

电路评价：

二极管门电路线路简单，元件少、概念直观。由于二极管导通电压和输出端杂散电容的存在，在实际使用时，会引起信号电平偏离，开关速度变慢，带负载能力变差，容易造成逻辑功能的混乱。因此，实际应用中很少使用二极管门电路。 3．非门电路 （1）非逻辑关系

事情（灯亮）和条件总是呈相反状态。这样的因果关系称为非逻辑关系，也称逻辑非。 （2）非逻辑关系的表示 用逻辑函数表达式表示 Y =A 非逻辑的真值表如表所示。

从真值表分析可以看出，非逻辑功能为“有0出1，有1出0”

（3）非门电路

能实现非逻辑功能的电路称为非门电路，又称反相器，简称非动画：三极管组成的非门电路。

非门电路的电路图形符号。

4．逻辑关系的波形图表示方法

所谓波形图表示方法是用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出端信号波形图表示门电路实现的逻辑关系。由于波形图表示的直观性，也是表示和分析电路逻辑关系常用的方法。

如图所示是或门逻辑关系的波形图，图中在t 1时间段内，A 、B 输入端均为高电平1，此时输出端Y 为高电平1，依照此方法，可得出t 2、t 3和t 4时间段内输出端Y 的波形。从波形图中可以直观地看出，对于

或逻辑关系，只要输入有1输出就为1，只有输入全为0时输出才为0。

例：与门电路的“开门”与“关门”

解：与门的两个输入端A 、B 的输入信号波形，则根据与逻辑功能不难画出与门输出端波形，如图所示。A =0时，Y =0，说明此时B 端信号不能通过与门而出现在输出端； A =1时，Y =B （波形相同），说明此时B 端输入信号通过与门出现在输出端。

这里，A 输入端为控制端（门控端），当门控端A 为1时，与门开放（开门），能让B

，B 端的输入信号不能通过与

6.1.2复合逻辑门

1．与非门

在与门后串接非门就构成了一个与非门。图（a ）所示为与非门的逻辑电路图，图（b ）所示为与非门电路图形符号。

与非门的逻辑函数表达式为 B A Y •=

与非门真值表，其逻辑功能可归纳为“有0出1，全1出0”。

与非门真值表

Y

2．或非门

在或门后串接非门就构成了一个与非门。图（a ）所示为或非门的逻辑电路图，图（b ）所示为或非门电路图形符号。

或非门真值表，其逻辑功能可归纳为“有1出0，全0出1”。

或非门真值表

3．与或非门

与或非门一般由两个或多个与门和一个或门，再和一个非门串联而成。图（a ）为与或非门的逻辑结构图，图（b ）为与或非门电路图形符号。

与或非门的逻辑函数表达式为 BC AB Y +=

根据上式可得与或非门真值表， A 、B 、C 、D 四个输入变量有十六种可能的取值情况。其逻辑功能可归纳为“一组全1出0，各组有0出1”。

与或非门真值表

4．异或门

异或门的逻辑结构及电路图形符号。

异或门的逻辑函数表达式为Y=A B+A B

根据上式可得异或门真值表，其逻辑功能可归纳为“同出0，异出1”。

异或门真值表

异或门在数字电路中作为判断两个输入信号是否相同的门电路，是一种常用的门电路。其逻辑函数表达式还可写成 Y= A⊕B

电路评价：

上述讨论的各种逻辑门电路是由单个分立元件如二极管、三极管、电阻等连接而成的，在集成技术迅速发展和广泛应用的今天，分立元件门电路已很少使用，大量使用的是集成门电路。但不管功能多强大，结构多复杂的集成门电路，都是以分立元件门电路为基础，经改造演变而来的。

6.1.3集成逻辑门

按内部所采用器件的不同，集成逻辑门电路分为TTL和CMOS集成门电路两大类。

1．TTL集成门电路

TTL集成门电路内部输入、输出级都采用三极管，这种电路也称为三极管—三极管逻辑电路。

（1）产品系列和外形封装

74LS系列为现代主要应用产品。

TTL集成电路通常采用双列直插式外形封装。