数字逻辑电路的用途和特点
数字逻辑电路
数字逻辑电路数字逻辑电路是现代电子领域中的重要概念，它是指在数字信号处理中使用的集成线路电子设备。
数字逻辑电路通过控制与门、或门、非门等组合来实现逻辑运算，从而处理数字信息。
数字逻辑电路在计算机、通信系统、数字信号处理等领域中都有着广泛的应用。
1. 数字逻辑电路的基本概念数字逻辑电路使用不同的门电路（如与门、或门、非门）来实现不同的逻辑功能。
其中，与门输出为1的条件是所有输入均为1；或门输出为1的条件是至少有一个输入为1；非门将输入反转。
数字逻辑电路的设计和分析通常基于布尔代数，它是由乔治·布尔于19世纪中叶创立的代数体系。
利用布尔代数，可以描述逻辑运算的基本规则，并通过代数表达式描述数字逻辑电路的功能。
2. 数字逻辑电路的分类数字逻辑电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。
•组合逻辑电路：组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入的状态，与时间无关。
最简单的组合逻辑电路为三种基本门电路的组合，通过组合不同的门电路可以实现不同的逻辑功能。
•时序逻辑电路：时序逻辑电路的输出不仅受当前输入的影响，还受到系统内部状态的影响。
时序逻辑电路中通常包含寄存器、触发器等时序元件，可以实现存储和时序控制功能。
3. 通用逻辑门通用逻辑门是数字逻辑电路设计中常用的元件，它可以实现不同的逻辑功能。
常见的通用逻辑门包括与非门（NAND门）、或非门（NOR门）和异或门（XOR 门）等。
通用逻辑门的特点在于可以通过适当的电路连接和组合来实现各种复杂的逻辑功能，是数字逻辑电路设计中的核心组成部分。
4. 数字逻辑电路在计算机领域的应用数字逻辑电路在计算机体系结构设计中发挥着重要作用。
如CPU内部的控制逻辑、寄存器文件、算术逻辑单元（ALU）等模块，都是由数字逻辑电路实现的。
在计算机的数据通路设计中，数字逻辑电路用于数据的选择、传输、处理等操作，确保计算机可以正确高效地完成各种计算任务。
5. 结语数字逻辑电路作为数字电子技术的基础，对现代电子设备的设计和功能发挥起着至关重要的作用。
数字逻辑电路基础知识
第一章数字逻辑电路基础知识1.1 数字电路的特点1.2 数制与转换1．3 二进制代码1．4 基本逻辑运算．本章重点1.数字电路的特点2.二进制、十进制、八进制、十六进制的表示3. 二进制、十进制、八进制、十六进制转换4.掌握BCD码编码方法5.了解ASCII码1.1 数字电路的特点数字电路的基本概念1. 数字量与数字信号模拟量:具有时间上连续变化、值域内任意取值的物理量。
例如温度、压力、交流电压等就是典型的模拟量。
数字量：具有时间上离散变化、值域内只能取某些特定值的物理量。
例如训练场上运动员的人数、车间仓库里元器件的个数等就是典型的数字量。
表示模拟量的电信号叫作模拟信号；表示数字量的电信号叫作数字信号。
正弦波信号、话音信号就是典型的模拟信号，矩形波、方波信号就是典型的数字信号。
数字信号通常又称为脉冲信号。
脉冲信号具有边沿陡峭、持续时间短的特点。
广义讲，凡是非正弦信号都称为脉冲信号。
数字信号有两种传输波形，一种称为电平型，另一种称为脉冲型。
010011010电平型信号脉冲型信号2. 数字电路及其优点模拟电路：产生、变换、传送、处理模拟信号的电路数字电路：产生、存储、变换、处理、传送数字信号的电数字电路主要具有以下优点：1)电路结构简单，制造容易，便于集成，成本低。
2)数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完成逻辑运算，因此被称为数字逻辑电路或逻辑电路。
3)数字电路组成的数字系统，抗干扰能力强，可靠性高，稳定性好。
数字集成电路的发展趋势大规模、低功耗、高速度、可编程、可测试、多值化1.2 数制数制1.数制数制：表示数值大小的各种方法的统称。
一般都是按照进位方式来实现计数的，称为进位计数制，简称进位制。
基数：数制中允许使用的数符个数；R进制的基就等于R。
权：处于不同位置上的相同数符所代表的数值大小。
2. 数制转换任意进制数转换为十进制数：按权展开法。
例：将二进制数(1011001.101)2和十六进制数(AD5.C) 16转换为十进制数。
数字逻辑电路
数字逻辑电路1. 概述数字逻辑电路是计算机科学和电子工程领域中的一种重要组成部分。
它是由逻辑门和触发器等基本组件组成的电路，用于处理和运算数字信号。
数字逻辑电路广泛应用于计算机、通信设备、数字仪表、自动控制系统等领域。
数字逻辑电路根据具体应用的需要，可以实现不同的功能，如加法器、多路选择器、译码器、寄存器等。
这些电路通过将逻辑门和触发器连接在一起，以实现特定的功能。
2. 逻辑门逻辑门是数字逻辑电路的基本组件，它根据输入的信号值产生相应的输出信号值。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
•与门（AND Gate）：当所有输入信号都为高电平时，输出为高电平；否则，输出为低电平。
•或门（OR Gate）：当任意输入信号为高电平时，输出为高电平；否则，输出为低电平。
•非门（NOT Gate）：当输入信号为高电平时，输出为低电平；否则，输出为高电平。
•异或门（XOR Gate）：当输入信号的数量为奇数时，输出为高电平；否则，输出为低电平。
逻辑门可以通过不同的组合方式实现复杂的逻辑运算，如与非门（NAND Gate）和异或门（XOR Gate）等。
3. 触发器触发器是数字逻辑电路的另一种常见组件，它可以存储和处理电平变化。
触发器有很多种类，如RS触发器、JK触发器、D触发器等。
•RS触发器：RS触发器有两个输入信号（R和S）和两个输出信号（Q和Q’）。
当R=0、S=1时，Q=0、Q’=1；当R=1、S=0时，Q=1、Q’=0；当R=1、S=1时，根据之前的状态决定Q和Q’的值。
•JK触发器：JK触发器类似于RS触发器，但是它引入了一个时钟输入。
当J=1、K=0时，下降沿时，触发器的状态发生变化；当J=0、K=1时，上升沿时，触发器的状态发生变化；当J=1、K=1时，翻转触发器的状态。
•D触发器：D触发器只有一个输入信号D和两个输出信号（Q和Q’）。
当时钟信号为上升沿时，Q的值等于D的值；当时钟信号为下降沿时，Q的值保持不变。
数字逻辑电路的分类与特点
数字逻辑电路的分类与特点从整体上来看，数字逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
在逻辑功能方面，组合逻辑电路在任一时刻的输出信号仅与当时的输入信号有关，与信号作用前电路原来所处的状态无关；而时序逻辑电路在任一时刻的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。
在电路结构方面，组合逻辑电路仅由若干逻辑门组成，没有存储电路，也没有输出到输入的反馈回路，因而无记忆能力；而时序逻辑电路除包含组合电路外，还含有存储电路，因而具有记忆能力。
在时序逻辑电路中，存储电路常由触发器组成，根据这些触发器时钟接法的不同，时序分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。
在同步时序逻辑电路中，存储电路内所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而，所有触发器的状态（即时序逻辑电路的状态）的变化都与所加时钟脉冲信号同步。
在异步时序逻辑电路中，没有统一的时钟脉冲，某些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他触发器状态的变化并不与时钟脉冲同步。
同步时序电路的速度高于异步时序电路，但电路结构一般较后者复杂；而异步时序电路的瞬时功耗要小于同步时序电路，但各触发器不同时翻转，容易引发事故。
数字电路研究和处理的对象是数字信号，而数字信号在时间上和数值上均是离散的，因而数字电路中的电子器件通常工作在饱和区和截止区，信号通常只有高电平和低电平两种状态。
这两种状态可用二进制的1和0来表示，因而可以用二进制对数字信号进行编码。
由于数字信号的高电平和低电平表示的都是一定的电压范围，所以我们可以着重考虑信号的有无，而不必过多关心信号的大小。
数字电路主要研究电路单元系统的输入和输出状态之间的逻辑关系，即逻辑功能。
数字电路的以上特点，决定了数字电路具有速度快、精度高、抗干扰能力强和易于集成等优点，在当今的自动控制、测量仪表、数字通信和智能计算等领域，都得到了相当广泛的应用。
数字逻辑电路的应用
数字逻辑电路的应用数字逻辑电路，作为电子技术领域的一门基础知识，广泛应用于各个领域。
它通过将信号转换为数字形式，并利用逻辑门进行逻辑运算，实现了诸多实际应用。
数字逻辑电路在计算机领域有着重要的应用。
计算机的运算、控制和存储等功能都是通过数字逻辑电路来实现的。
例如，计算机的中央处理器（CPU）中包含了大量的逻辑门电路，用于进行运算和控制操作。
同时，存储器模块也是由数字逻辑电路构成的，用于存储数据和指令。
数字逻辑电路的高速运算和可靠性，为计算机的高效工作提供了保障。
数字逻辑电路在通信领域也有广泛的应用。
通信设备中的信号处理、编解码、调制解调等功能，都是通过数字逻辑电路来实现的。
例如，数字电视机顶盒中的解码器，利用逻辑门电路将接收到的数字信号解码成图像和声音信号，实现了高清晰度的电视播放。
此外，数字逻辑电路还在移动通信领域中扮演着重要角色，用于实现手机等设备的信号处理和数据传输。
数字逻辑电路还在工业控制领域有着广泛的应用。
工业生产中的自动化控制系统通过数字逻辑电路来实现对各种设备和过程的控制。
例如，PLC（可编程逻辑控制器）就是一种基于数字逻辑电路的自动化控制设备，它能够对生产线上的各个设备进行精确的控制和调度。
数字逻辑电路的高稳定性和可靠性，使得工业控制系统能够实现高效、精确的生产控制。
数字逻辑电路在家庭电子产品中也有着广泛的应用。
例如，电视、音响、DVD播放器等家庭娱乐设备都采用了数字逻辑电路来实现信号处理和控制功能。
数字逻辑电路的高速运算和低功耗，使得这些设备能够提供更好的音视频效果，并且具有更高的能效。
数字逻辑电路还在安全领域有着重要的应用。
例如，安防系统中的入侵报警器，使用数字逻辑电路来实现对感应器信号的处理和报警控制。
此外，数字逻辑电路还被应用于身份识别系统、智能门禁系统等安全设备中，提供了高效、可靠的安全保障。
数字逻辑电路在计算机、通信、工业控制、家庭电子和安全等领域都有广泛的应用。
它的高速运算、低功耗和可靠性，为现代科技的发展提供了重要支持。
第一章.数字逻辑电路基础知识
A
Z
Z=A A Z
实际中存在的逻辑关系虽然多种多样，但归结 起来，就是上述三种基本的逻辑关系，任何复杂 的逻辑关系可看成是这些基本逻辑关系的组合。
B Z
E
真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Z 0 1 1 1
逻辑符号 曾用符号
A B Z
逻辑表达式
Z A B
Z=A∨B 完成“或”运算功能的电路叫“或”门
3．“非”（反）逻辑-----实现 的电路叫非门（或反相器
定义：如果条件具备了，结果 便不会发生；而条件不具备时结果 一定发生。因为“非”逻辑要求对 应的逻辑函数是“非”函数，也叫 “反”函数 或“补”函数
数字集成电路发展非常迅速-----伴
随着计算机技术的发展： • 2．中规模集成电路
（MSI） 1966年出现， 在一块硅片上包含 • 1．小规模集成电 100-1000个元件或10路（SSI） 1960 100个逻辑门。如 ： 集成记时器，寄存器， 年出现，在一块硅 译码器。 片上包含10-100 • TTL：Transister个元件或1-10个逻 Transister Logic 辑门。如 逻辑门 • SSI：Small Scale 和触发器。 Integration • MSI：Mdeium Scale Integration）
f(t)
t 模拟信号
f(t)
Ts 2Ts 3Ts
t
抽样信号
f(KT)
数字信号T 2T 3T
t
二．数字电路的特点：
模拟电路的特点：主要是研究微弱信号的放 大以及各种形式信号的产生，变换和反馈等。
数字电路的特点：
1 基本工作信号是二进制的数字信号，只 有0，1两个状态，反映在电路上就是低电平 和高电平两个状态。（0，1不代表数量的大 小，只代表状态 ） 2 易实现：利用三极管的导通（饱和）和 截止两个状态。-----（展开：基本单元是 连续的，从电路结构介绍数字和模拟电路的 区别）
数字逻辑电路的特点
数字逻辑电路的特点
数字逻辑电路是由逻辑门、触发器、计数器等元件按照一定的逻辑功能和连接关系组成的电路。
它具有以下特点：
1. 二进制输入输出：数字逻辑电路的输入和输出信号都以二进制形式表示，只有两个状态（0和1）。
这大大简化了信号的
处理和传输。
2. 确定性：数字逻辑电路的运算过程是确定的，根据特定的逻辑规则进行操作。
对于相同的输入，始终得到相同的输出。
3. 可靠性：由于数字逻辑电路中只有两种状态，电路的工作状态更加稳定可靠。
数字信号可以通过正定低音噪声的方式进行传输和处理，从而降低误差率。
4. 可编程性：数字逻辑电路可以通过对逻辑门的布尔函数进行编程，实现不同的逻辑功能。
这使得数字逻辑电路具有较强的灵活性和可扩展性。
5. 高集成度：数字逻辑电路可以通过集成电路技术实现高度集成，将多个逻辑门或其他元件集成到同一芯片上。
这样可以大大提高电路的集成度和运算速度。
6. 低功耗：数字逻辑电路在计算机和其他数字设备中广泛应用，因为它们的功耗较低。
与模拟电路相比，数字逻辑电路不需要进行放大和滤波等复杂的处理，从而节省了能量消耗。
总的来说，数字逻辑电路具有简单、稳定、灵活、可靠、高效等特点，为计算机和其他数字设备提供了强大的计算和控制能力。
数字逻辑电路的原理和应用
数字逻辑电路的原理和应用前言数字逻辑电路是计算机系统中关键的组成部分，它可以实现数字信号的处理和控制。
本文将介绍数字逻辑电路的原理以及它们在实际应用中的一些常见场景。
数字逻辑电路的基本原理逻辑门逻辑门是数字逻辑电路的基本构建块，它可以根据输入信号的逻辑状态（通常为0或1）产生相应的输出信号。
常见的逻辑门包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
这些逻辑门可以通过组合和连接实现更复杂的逻辑功能。
组合逻辑电路组合逻辑电路由逻辑门和连接它们的导线组成，其中逻辑门的输出信号直接取决于其输入信号的状态。
组合逻辑电路通常用于执行特定的操作或运算，如加法、乘法、选择等。
它使用了逻辑门的特性来实现所需的功能。
时序逻辑电路时序逻辑电路通过引入时钟信号来控制逻辑门的行为。
时序逻辑电路中的输出信号不仅取决于输入信号的状态，还取决于时刻。
这使得时序逻辑电路能够存储和处理信息，从而实现更复杂的功能，如计数器、存储器等。
数字逻辑电路的应用场景计算机系统在计算机系统中，数字逻辑电路被广泛应用于控制单元、算术逻辑单元（ALU）和存储器等核心部件。
控制单元使用时序逻辑电路来处理指令，从而控制计算机的运行。
ALU负责执行各种算术和逻辑运算。
存储器用于存储计算机的数据和程序。
通信系统数字逻辑电路在通信系统中起着重要的作用。
例如，在数字通信中，数据必须被编码成数字信号，然后通过数字逻辑电路进行调制和解调。
这些电路能够快速地将原始数据转换为数字信号，并将其传输到远程位置。
数字逻辑电路还可以实现各种编码和解码技术，如差分编码、哈夫曼编码等。
汽车电子系统数字逻辑电路在汽车电子系统中也有广泛的应用。
例如，车载娱乐系统中的音频处理和信号传输需要使用数字逻辑电路。
汽车安全系统中的传感器和控制单元也使用数字逻辑电路来实现各种功能，如碰撞检测、自动刹车等。
工业控制系统数字逻辑电路在工业控制系统中扮演着关键角色。
它们可以控制各种设备和机器的运行，如自动化生产线、机器人等。
论数字逻辑电路的特点在教学中的重要性
论数字逻辑电路的特点在教学中的重要性
数字逻辑电路是电子技术应用有着十分广泛的一个核心知识点，它能够将逻辑
信号进行转换，为后续的运算提供数据基础，在教学中，它扮演了至关重要的角色。
首先，数字逻辑电路天生具备了很强的逻辑功能，能够提供准确、快速的运算
操作，而且不受环境状况和人为因素影响，因此在控制运算方面有着至关重要的作用。
其次，数字逻辑电路相对简单易懂，不仅拥有对图形的操作体验，还能够从容地进行数据的转换，甚至编写代码，教学中可以起到一定的示范作用。
此外，数字逻辑电路的学习能够有效地培养学生的学习能力，整个学习过程不
仅是一个抽象的概念把握，一个务实的数字掌控，将逻辑推演和编码控制等实际操作过程结合，可以真正激发学生学习兴趣。
总之，数字逻辑电路在高校及高等教育中具有非凡的重要性，不仅可以在实际
的运算操作中发挥其功能，在教学中仍然可以发挥其拭目以待的价值。
什么是数字电路_优点有哪些
什么是数字电路_优点有哪些 ⽤数字信号完成对数字量进⾏算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，那么你对数字电路了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是数字电路的内容，希望⼤家喜欢! 数字电路的简介 数字电路具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以⼜称数字逻辑电路。
现代的数字电路由半导体⼯艺制成的若⼲数字集成器件构造⽽成。
逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。
存储器是⽤来存储⼆进制数据的数字电路。
从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两⼤类。
从教学⽅法上看，数字电路可以分为邵通天和邵通地两⼤类。
数字电路的分类 按功能来分： 组合逻辑电路 简称组合电路，它由最基本的逻辑门电路组合⽽成。
特点是：输出值只与当时的输⼊值有关，即输出惟⼀地由当时的输⼊值决定。
电路没有记忆功能，输出状态随着输⼊状态的变化⽽变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。
时序逻辑电路 简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路(输出到输⼊)或器件组合⽽成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输⼊值，⽽且还与电路过去的状态有关。
它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。
按电路有⽆集成元器件来分，可分为分⽴元件数字电路和集成数字电路。
按集成电路的集成度进⾏分类，可分为⼩规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、⼤规模集成数字电路(LSI)和超⼤规模集成数字电路(VLSI)。
按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。
数字电路的特点 1、同时具有算术运算和逻辑运算功能 数字电路是以⼆进制逻辑代数为数学基础，使⽤⼆进制数字信号，既能进⾏算术运算⼜能⽅便地进⾏逻辑运算(与、或、⾮、判断、⽐较、处理等)，因此极其适合于运算、⽐较、存储、传输、控制、决策等应⽤。
数字逻辑电路的用途和特点
数字逻辑电路的用途和特点数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路。
把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲，但这些脉冲是用来表示二进制数码的，例如用高电平表示“ 1 ”，低电平表示“ 0 ”。
声音图像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲，它们被称为数字信号。
能处理数字信号的电路就称为数字电路。
这种电路同时又被叫做逻辑电路，那是因为电路中的“ 1 ”和“ 0 ”还具有逻辑意义，例如逻辑“ 1 ”和逻辑“ 0 ”可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等。
电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。
这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力，所以才把它叫做逻辑电路。
由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等优点，因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。
一般家电产品中，如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。
数字逻辑电路的第一个特点是为了突出“逻辑”两个字，使用的是独特的图形符号。
数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路，它们都是以晶体管和电阻等元件组成的，但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们，而不画出它们的具体电路，也不管它们使用多高电压，是TTL 电路还是CMOS电路等等。
按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图，它完全不同于一般的放大振荡或脉冲电路图。
数字电路中有关信息是包含在 0 和 1 的数字组合内的，所以只要电路能明显地区分开 0 和 1 ， 0 和 1 的组合关系没有破坏就行，脉冲波形的好坏我们是不大理会的。
所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能，较少考虑它的电气参数性能等问题。
也因为这个原因，数字逻辑电路中使用了一些特殊的表达方法如真值表、特征方程等，还使用一些特殊的分析工具如逻辑代数、卡诺图等等，这些也都与放大振荡电路不同。
数字逻辑电路
数字逻辑电路数字逻辑电路是一种基于数字信号的电子电路，用于处理和操控数字信息。
它是计算机、通信系统和其他电子设备的核心组成部分。
数字逻辑电路可以执行诸如加法、乘法、逻辑运算等基本操作，并且可以通过逻辑门和触发器等元件组合成更复杂的电路，实现数字数据的存储、处理和传输。
数字逻辑电路的基本元件是逻辑门。
逻辑门根据输入信号的不同组合产生输出信号，它们包括与门、或门、非门、异或门等。
与门的输出信号只有当所有输入信号都为1时才为1，否则为0；或门的输出信号只有当至少一个输入信号为1时才为1，否则为0；非门的输出信号与输入信号相反；异或门则在输入信号中有奇数个1时输出为1，否则为0。
这些逻辑门可以根据需要灵活地组合，形成不同功能的数字逻辑电路。
数字逻辑电路在计算机的运算单元中起到了关键作用。
在计算机中，最基本的数字逻辑电路是加法器。
加法器用于实现数字的二进制相加，其基本原理是将两个二进制数的对应位相加，并将结果保存在相应的输出位上。
复杂的电子计算器和计算机处理器中，会使用多级加法器来实现多位数的相加。
除了加法器，还有减法器、乘法器等用于实现数字运算的数字逻辑电路。
除了基本的算术操作，数字逻辑电路还可以实现逻辑运算。
逻辑运算可以判断输入信号的真假，并根据逻辑关系产生相应的输出信号。
逻辑门是实现逻辑运算的基本元件，通过组合不同的逻辑门可以实现逻辑门电路。
常见的逻辑门电路有与门电路、或门电路、非门电路等。
例如，在计算机的控制单元中，通过与门电路和非门电路的组合可以实现条件分支和循环控制等逻辑功能。
数字逻辑电路还可以实现存储和传输数字信息。
触发器是一种常用的数字逻辑电路，用于存储和传输数字信息。
触发器可以在时钟脉冲的驱动下改变其输出信号，从而实现数字信号的存储和传输。
在计算机的内存系统中，使用触发器来存储和读取计算过程中的数据。
另外，计算机的通信接口中也会使用触发器来处理输入和输出的数字信号。
数字逻辑电路在现代科技中发挥着重要作用。
数字电路及其应用
当今时代，数字电路已广泛地应用于各个领域。
本报将在“电路与制作”栏里，刊登系列文章介绍数字电路的基本知识和应用实例。
在介绍基本知识时，我们将以集成数字电路为主，该电路又分TTL和CMOS两种类型，这里又以CMOS集成数字电路为主，因它功耗低、工作电压范围宽、扇出能力强和售价低等，很适合电子爱好者选用。
介绍应用时，以实用为主，特别介绍一些家电产品和娱乐产品中的数字电路。
这样可使刚入门的电子爱好者尽快学会和使用数字电路。
一、基本逻辑电路1.数字电路的特点在电子设备中，通常把电路分为模拟电路和数字电路两类，前者涉及模拟信号，即连续变化的物理量，例如在24小时内某室内温度的变化量；后者涉及数字信号，即断续变化的物理量，如图1所示。
当把图1的开关K快速通、断时，在电阻R上就产生一连串的脉冲（电压），这就是数字信号。
人们把用来传输、控制或变换数字信号的电子电路称为数字电路。
数字电路工作时通常只有两种状态：高电位（又称高电平）或低电位（又称低电平）。
通常把高电位用代码“1”表示，称为逻辑“1”；低电位用代码“0”表示，称为逻辑“0”（按正逻辑定义的）。
注意：有关产品手册中常用“H”代表“1”、“L”代表“0”。
实际的数字电路中，到底要求多高或多低的电位才能表示“1”或“0”，这要由具体的数字电路来定。
例如一些TTL 数字电路的输出电压等于或小于0.2V，均可认为是逻辑“0”，等于或者大于3V，均可认为是逻辑“1”（即电路技术指标）。
CMOS数字电路的逻辑“0”或“1”的电位值是与工作电压有关的。
讨论数字电路问题时，也常用代码“0”和“1”表示某些器件工作时的两种状态，例如开关断开代表“0”状态、接通代表“1”状态。
2.三种基本逻辑电路数字电路中的基本电路是与门、或门和非门（反相器）。
与门和或门电路的基本形式有两个或两个以上的输入端、一个输出端。
因输入和输出可以各自为“0”或“1”状态，具有判定的功能，所以把它们称为基本逻辑电路。
TTL和CMOS电路特点及区别
TTL和CMOS电路特点及区别TTL（Transistor-Transistor Logic）是由双极性晶体管构成的数字逻辑电路家族。
TTL电路的运行电压通常为5V，它们能够提供高电平的输出电压为 2.4-5V，低电平的输出电压为0-0.6V。
TTL电路有较高的功耗，因为电流在工作状态下一直流过晶体管，即使没有输入时也会有静态功耗。
TTL电路具有较高的工作速度，典型的延迟时间为10-15纳秒。
此外，TTL电路对于噪声有着较大的容忍度，可以在较恶劣的环境下工作。
1.电压要求：TTL电路的工作电压通常为5V，而CMOS电路的工作电压范围更灵活，可以从3V到15V不等。
2.功耗：TTL电路的功耗较高，因为在工作状态下电流一直流过晶体管。
相反，CMOS电路的功耗较低，因为只在切换时有电流流过晶体管。
3.速度：TTL电路具有较高的工作速度，典型的延迟时间为10-15纳秒。
而CMOS电路的工作速度较慢，典型的延迟时间为100纳秒到数微秒。
4.噪声容忍度：TTL电路对噪声有着较大的容忍度，在较恶劣的环境下仍能正常工作。
然而，CMOS电路对噪声比TTL电路更敏感，可能需要额外的噪声抑制措施。
5.抗干扰性能：CMOS电路具有较好的抗干扰性能，可以减少电源电压的波动对电路的影响。
而TTL电路可能对电源电压波动较为敏感。
总的来说，TTL电路适用于要求快速操作和较高噪声容忍度的应用，如计算机和信号传输系统。
而CMOS电路适用于要求较低功耗和较好抗干扰性能的应用，如移动设备和电池供电的应用。
在实际应用中，需要根据具体的需求来选择适合的电路家族。
数字逻辑电路
4)逻辑符号 1)电路
图2.5.14 三极管“非”门电路
2)工作原理3)逻辑表达式：Y=A NhomakorabeaA
1
F
5.4
门电路
“或非” 门电 路
“与非” 门电 路
5.4
门电路
逻辑关系及其符号
表2.5.6“与非”门和“或非”门的逻辑关系 逻辑关系 含义 与非 逻辑表达 式 记忆口诀 逻辑符号
条件A、B、 C都具备 时，事件 Y=A · · B C Y则不发 生 条件A、B 、C中任 一具备时， Y=A+B+C 事件Y则 不发生
图2.5.22 例 5.5.5题图
5.5
组合逻辑电路
【解】 写出逻辑表达式
G1：X=ABCD
G2：Y=X=ABCD G3：F= YS G4：Z= XS 已知开锁时，S=1。 要开锁， F= 1 Y=1 密码为：A=1，B = 0，C =0， D =1
密码不对时：X=1，则Z =1，拨通警铃。
5.5
全1则0 有 0出1
A B C
＆
Y
或非
全0则1 有1出0
A B C
≥1
Y
5.4
门电路
【例5.4.1 】对TTL门电路，输入端A、B分别加上如图2.5.17 的脉冲波形，C端不接,画出通过下列逻辑电路后的输出波形。
【解】分析
C端不接,等效于 接高电平.即:C=1
图1
图1中F=ABC
图2中F=A+B+C
事件才发生，这样的因果关系称为“与”逻辑关系。 例如图2.5.6 中,F代表电灯,A、B、C代表各个开关。设 开关闭合为逻辑“1” ，开关断开为逻辑“0” ；电灯亮为 逻辑“1” ，电灯灭为逻辑“0” 。
数字逻辑及数字集成电路
数字逻辑及数字集成电路
数字逻辑和数字集成电路都是数字电路的核心技术，它们提供了安全、可靠的电路设计。
数字逻辑指的是使用逻辑来表达电路的一种方法，是把信号编码为二进制数字信号，根据逻辑符号来设计和分析电路的。
逻辑电路的设计目的是控制、记录或者处理数字信号，满足一定的功能需求，它们是计算机系统的基础。
数字集成电路是一种集成式电子装置，它把元件（如阻值、电感、变换器）、器件（如功率放大器、比较器）和电路（如反馈电路、模拟/数字转换器）整合在一起，用于存储、信号处理和控制电路中。
它们相比其它的晶体管和晶体管的电路非常的小，具有体积小、可靠性高、功耗低以及安装方便等优点。
数字集成电路实际上是以比特信号形式表示的，把复杂的功能作为一种芯片，可以应用于现在的大多数数码产品中。
数字逻辑和数字集成电路以其无与伦比的优势，已广泛应用于计算机、通信和电子系统等领域中。
它们为计算机、信息处理系统、智能家居系统、汽车电子系统、安全认证系统等提供了安全、可靠的电路设计。
未来的数字技术将会发展的更加智能化，智能化的电子产品也会在不久的未来普及，数字逻辑和数字集成电路将会为这一切发展提供支持和贡献。
数电 第1章 数字逻辑电路基础
关系。
A
或逻辑真值表
AB
F=A+ B
E
B
F
或逻辑电路
00
0
01
1
10
1
11
1
A
≥1
B
或门逻辑符号
F=A+B
或门的逻辑功能概括为: 1) 有“1”出“1”; 2) 全“0” 出“0”.
3. 非逻辑运算 定义:假定事件F成立与否同条件A的具备与否有关,
若A具备,则F不成立;若A不具备,则F成立.F和A之间的这 种因果关系称为“非”逻辑关系.
才成立；如果有一个或一个以上条件不具备，则这件事就 不成立。这样的因果关系称为“与”逻辑关系。
AB
E
F
与逻辑电路
与逻辑电路状态表
开关A状态 开关 B状态 灯F状态
断
断
灭
断
合
灭
合
断
灭
合
合
亮
若将开关断开和灯的熄灭状态用逻辑量“0”表示;将开关 合上和灯亮的状态用逻辑量“1”表示,则上述状态表可表 示为:
73.5
0111 0011 . 0101
故 (73.5)10 =(01110011.0101)8421BCD码
2. 格雷码(Gray码)
格雷码为无权码,特点为：相邻两个代码之间仅有一位 不同,其余各位均相同.
格雷码和四位二进制码之间的关系:
设四位二进制码为B3B2B1B0,格雷码为R3R2R1R0,
George Boole在1847年提出的，逻辑代数也称布尔代数.
1.3.1 基本逻辑运算
在逻辑代数中,变量常用字母A,B,C,……Y,Z, a,b, c,……x.y.z等表示，变量的取值只能是“0”或“1”.
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数字逻辑电路的用途和特点数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路。
把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲，但这些脉冲是用来表示二进制数码的，例如用高电平表示"1"，低电平表示"0"。
声音图像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲，它们被称为数字信号。
能处理数字信号的电路就称为数字电路。
这种电路同时又被叫做逻辑电路，那是因为电路中的"1"和"0"还具有逻辑意义，例如逻辑"1"和逻辑"0"可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等。
电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。
这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力，所以才把它叫做逻辑电路。
由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等优点，因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。
一般家电产品中，如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。
数字逻辑电路的第一个特点是为了突出"逻辑"两个字，使用的是独特的图形符号。
数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路，它们都是以晶体管和电阻等元件组成的，但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们，而不画出它们的具体电路，也不管它们使用多高电压，是TTL电路还是CMOS电路等等。
按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图，它完全不同于一般的放大振荡或脉冲电路图。
数字电路中有关信息是包含在0和1的数字组合内的，所以只要电路能明显地区分开0和1，0和1的组合关系没有破坏就行，脉冲波形的好坏我们是不大理会的。
所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能，较少考虑它的电气参数性能等问题。
也因为这个原因，数字逻辑电路中使用了一些特殊的表达方法如真值表、特征方程等，还使用一些特殊的分析工具如逻辑代数、卡诺图等等，这些也都与放大振荡电路不同。
门电路和触发器(1)门电路门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件。
目前有大量集成化产品可供选用。
最基本的门电路有3种：非门、与门和或门。
非门就是反相器，它把输入的0信号变成1，1变成0。
这种逻辑功能叫"非"，如果输入是A，输出写成P=A。
与门有2个以上输入，它的功能是当输入都是1时，输出才是1。
这种功能也叫逻辑乘，如果输入是A、B，输出写成P=A·B。
或门也有2个以上输入，它的功能是输入有一个1时，输出就是1。
这种功能也叫逻辑加，输出就写成P=A+B。
把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路，如与门加非门成与非门，或门加非门成或非门。
图1是它们的图形符号和真值表。
此外还有与或非门、异或门等等。
数字集成电路有TTL、HTL、CMOS等多种，所用的电源电压和极性也不同，但只要它们有相同的逻辑功能，就用相同的逻辑符号。
而且一般都规定高电平为1、低电平为0。
(2)触发器触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路，它的电路和功能都比门电路复杂，它也可看成是数字逻辑电路中的元件。
目前也已有集成化产品可供选用。
常用的触发器有D触发器和J-K触发器。
D触发器有一个输入端D和一个时钟信号输入端CP，为了区别在CP端加有箭头。
它有两个输出端，一个是Q一个是Q，加有小圈的输出端是Q端。
另外它还有两个预置端R D和S D，平时正常工作时要R D和S D端都加高电平1，如果使R D=0(S D仍为1)，则触发器被置成Q=0；如果使S D=0(R D=1)，则被置成Q=1。
因此R D端称为置0端，S D端称为置1端。
D触发器的逻辑符号见图2，图中Q、D、SD端画在同一侧；Q、R D画在另一侧。
R D和S D都带小圆圈，表示要加上低电平才有效。
D触发器是受CP和D端双重控制的，CP加高电平1时，它的输出和D的状态相同。
如D=0，CP来到后，Q=0；如D=1，CP来到后，Q=1。
CP脉冲起控制开门作用，如果CP=0，则不管D是什么状态，触发器都维持原来状态不变。
这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表，见图2。
表中Qn+1表示加上触发信号后变成的状态，Qn是原来的状态。
"X"表示是0或1的任意状态。
有的D触发器有几个D输入端：D 1、D 2…它们之间是逻辑与的关系，也就是只有当D 1、D 2…都是1时，输出端Q才是1。
另一种性能更完善的触发器叫J-K触发器。
它有两个输入端：J端和K端，一个CP端，两个预置端：R D端和S D端，以及两个输出端：Q和Q端。
它的逻辑符号见图3。
J-K触发器是在CP脉冲的下阵沿触发翻转的，所以在CP端画一个小圆圈以示区别。
图中，J、S D、Q画在同一侧，K、R D、Q画在另一侧。
J-K触发器的逻辑功能见图3。
有CP脉冲时(即CP=1)：J、K都为0，触发器状态不变；Q n+1=Qn，J=0、K=1，触发器被置0：Q n+1=0；J=1、K=0，Q n+1=1；J=1、K=1，触发器翻转一下：Q n+1=Qn。
如果不加时钟脉冲，即CP=0时，不管J、K端是什么状态，触发器都维持原来状态不变：Q n+1=Qn。
有的J-K触发器同时有好几个J端和K 端，J 1、J 2…和K 1、K 2…之间都是逻辑与的关系。
有的J-K触发器是在CP 的上升沿触发翻转的，这时它的逻辑符号图的CP端就不带小圆圈。
也有的时候为了使图更简洁，常常把R D和S D端省略不画。
编码器和译码器能够把数字、字母变换成二进制数码的电路称为编码器。
反过来能把二进制数码还原成数字、字母的电路就称为译码器。
(1)编码器图4(a)是一个能把十进制数变成二进制码的编码器。
一个十进制数被表示成二进制码必须4位，常用的码是使从低到高的每一位二进制码相当于十进制数的1、2、4、8，这种码称为8-4-2-1码或简称BCD码。
所以这种编码器就称为"10线-4线编码器"或"DEC/BCD编码器"。
从图看到，它是由与非门组成的。
有10个输入端，用按键控制，平时按键悬空相当于接高电平1。
它有4个输出端ABCD，输出8421码。
如果按下"1"键，与"1"键对应的线被接地，等于输入低电平0、于是门D输出为1，整个输出成0001。
如按下"7"键，则B门、C门、D门输出为1，整个输出成0111。
如果把这些电路都做在一个集成片内，便得到集成化的10线4线编码器，它的逻辑符号见图4(b)。
左侧有10个输入端，带小圆圈表示要用低电平，右侧有4个输出端，从上到下按从低到高排列。
使用时可以直接选用。
(2)译码器要把二进制码还原成十进制数就要用译码器。
它也是由门电路组成的，现在也有集成化产品供选用。
图5是一个4线-10线译码器。
它的左侧为4个二进制码的输入端，右侧有10个输出端，从上到下按0、1、…9排列表示10个十进制数。
输出端带小圆圈表示低电平有效。
平时10个输出端都是高电平1，如输入为1001码，输出"9"端为低电平0，其余9根线仍为高电平1，这表示"9"线被译中。
如果要想把十进制数显示出来，就要使用数码管。
现以共阳极发光二极管(LED)七段数码显示管为例，见图6。
它有七段发光二极管，如每段都接低电平0，七段都被点亮，显示出数字"8"；如b、c段接低电平0，其余都接1，显示的是"1"。
可见要把十进制数用七段显示管显示出来还要经过一次译码。
如果使用"4线-7线译码器"和显示管配合使用，就很简单，输入二进制码可直接显示十进制数，见图6。
译码器左侧有4个二进制码的输入端，右侧有7个输出可直接和数码管相连。
左上侧另有一个灭灯控制端I B，正常工作时应加高电平1，如不需要这位数字显示就在I B上加低电平0，就可使这位数字熄灭。
寄存器和移位寄存器(1)寄存器能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器，简称寄存器。
图7是用4个D触发器组成的寄存器，它能存贮4位二进制数。
4个CP端连在一起作为控制端，只有CP=1时它才接收和存贮数码。
4个R D端连在一起成为整个寄存器的清零端。
如果要存贮二进制码1001，只要把它们分别加到触发器D端，当CP来到后4个触发器从高到低分别被置成1、0、0、1，并一直保持到下一次输入数据之前。
要想取出这串数码可以从触发器的Q端取出。
(2)移位寄存器有移位功能的寄存器叫移位寄存器，它可以是左移的、右移的，也可是双向移位的。
图8是一个能把数码逐位左移的寄存器。
它和一般寄存器不同的是：数码是逐位串行输入并加在最低位的D端，然后把低位的Q端连到高一位的D 端。
这时CP称为移位脉冲。
先从R D端送低电平清零，使寄存器成0000状态。
假定要输入的数码是1001，输入的次序是先高后低逐位输入。
第1个CP后，1被打入第1个触发器，寄存器成0001；第2个CP后，Qo的1被移入Q 1，新的0打入D 1，成为0010；第3个CP后，成为0100；第4个CP后，成为1001。
可见经过4个CP，寄存器就寄存了4位二进制码1001。
目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。
计数器和分频器(1)计数器能对脉冲进行计数的部件叫计数器。
计数器品种繁多，有作累加计数的称为加法计数器，有作递减计数的称为减法计数器；按触发器翻转来分又有同步计数器和异步计数器；按数制来分又有二进制计数器、十进制计数器和其它进位制的计数器等等。
现举一个最简单的加法计数器为例，见图9。
它是一个16进制计数器，最大计数值是1111，相当于十进制数15。
需要计数的脉冲加到最低位触发器的CP端上，所有的J、K端都接高电平1，各触发器Q端接到相邻高一位触发器的CP端上。
J-K触发器的特性表告诉我们：当J=1、K=1时来一个CP，触发器便翻转一次。
在全部清零后，①第1个CP后沿，触发器C0翻转成Q0=1，其余3个触发器仍保持0态，整个计数器的状态是0001。
②第2个CP后沿，触发器C0又翻转成"Q0=0，C1翻转成Q1=1，计数器成0010。
…到第15个CP后沿，计数器成1111。
可见这个计数器确实能对CP脉冲计数。
(2)分频器计数器的第一个触发器是每隔2个CP送出一个进位脉冲，所以每个触发器就是一个2分频的分频器，16进制计数器就是一个16分频的分频器。
为了提高电子钟表的精确度，普遍采用的方法是用晶体振荡器产生32768赫标准信号脉冲，经过15级2分频处理得到1赫的秒信号。
因为晶体振荡器的准确度和稳定度很高，所以得到的秒脉冲信号也是精确可靠的。