電工與電子技術(shù)項(xiàng)目五課件

1、了解數(shù)字集成電路的命名方法；了解邏輯函數(shù)的意義，能進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡；了解組合邏輯電路的設(shè)計(jì)流程，能進(jìn)行簡單應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。知識目標(biāo)：裁判表決器的電路設(shè)計(jì)與制作學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握數(shù)字集成電路的識別；掌握仿真測試集成電路邏輯功能的方法，進(jìn)而掌握實(shí)際數(shù)字集成電路的測試；掌握如何選用數(shù)字集成電路芯片，能按照邏輯電路圖搭建實(shí)際電路；能使用仿真軟件進(jìn)行應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。技能目標(biāo)：裁判表決器的電路設(shè)計(jì)與制作 舉重比賽中，運(yùn)動(dòng)員的成績有效與否由裁判判定，裁判共四位，其中主裁判一位，副裁判三位，主裁判有2個(gè)票權(quán)，副裁判每位有1個(gè)票權(quán)。當(dāng)每位裁判認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員成績有效時(shí)，投出贊成票，本著多數(shù)票有效的原則，當(dāng)裁判組認(rèn)

2、為運(yùn)動(dòng)員舉重成績有效時(shí)，白燈亮；當(dāng)裁判組認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員舉重成績無效時(shí)，紅燈亮。項(xiàng)目分析裁判表決器的電路設(shè)計(jì)與制作裁判表決器的電路設(shè)計(jì)與制作 裁判表決器電路就是為了解決裁判的表決問題而設(shè)計(jì)的，裁判同意時(shí)，只需按下其對應(yīng)的按鈕，運(yùn)動(dòng)員的成績有效與否的結(jié)果就直觀地顯示出來了。裁判表決器電路設(shè)計(jì)的流程如圖5-1所示。裁判表決器的電路設(shè)計(jì)與制作 本項(xiàng)目需要完成下列內(nèi)容。（1）完成裁判表決器電路的設(shè)計(jì)。（2）畫出裁判表決器電路的邏輯圖。（3）完成裁判表決器電路的仿真調(diào)試。（4）完成裁判表決器電路的連接。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別一、數(shù)字電路概述（一）模擬信號和數(shù)字信號 電子線路中的信號可分為兩類。一類是時(shí)間連

3、續(xù)的信號，稱為模擬信號，如溫度、速度、壓力、磁場及電場等物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成的電信號，模擬語音的音頻信號和模擬圖像的視頻信號等。圖5-3(a)所示為模擬信號的波形。圖5-3(b)所示為數(shù)字信號的波形。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別（二）脈沖信號和數(shù)字信號 脈沖信號是指在短時(shí)間內(nèi)作用于電路的離散的電流和電壓信號。圖5-4(a)所示是理想矩形脈沖的波形，它從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)不需要時(shí)間。而實(shí)際矩形脈沖波形與理想波形是不同的，圖5-4(b)所示為尖頂脈沖波形。1.脈沖信號任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別 數(shù)字信號是指可以用兩種邏輯電平0和1來描述的信號。邏輯電平0和1不表示具體的數(shù)量，而是一種邏輯值。

4、若邏輯電路中的高電平用邏輯1表示、低電平用邏輯0表示時(shí)，稱之為正邏輯；若高電平用邏輯0表示、低電平用邏輯1表示時(shí)，稱之為負(fù)邏輯。目前在邏輯電路中習(xí)慣采用正邏輯，今后如無特殊說明，本書一律采用正邏輯。理想脈沖信號的前沿和后沿可視為零，因此可以用兩個(gè)離散的電壓值來表示脈沖波形，這時(shí)數(shù)字波形和脈沖波形是一致的，只不過前者用邏輯電平表示，而后者用電壓值表示。2.數(shù)字信號（三）數(shù)字電路的特點(diǎn)任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別（1） 電子器件(如二極管、三極管)的導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)的外部表現(xiàn)是電流的有無或電平的高低，所以數(shù)字電路在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電子器件處于開關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。這種有和無、高和低相對立的兩種

5、狀態(tài)，分別用1和0兩個(gè)數(shù)值來表示。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別（2） 數(shù)字信號中的1和0沒有任何數(shù)量的含義，只表示兩種不同的狀態(tài)，所以在數(shù)字電路的基本單元電路中，對元件的精度要求不高，允許有較大的誤差，電路在工作時(shí)只要能可靠地區(qū)分開1和0兩種狀態(tài)就可以了。相應(yīng)地，組成數(shù)字電路的單元結(jié)構(gòu)也比較簡單，具有便于集成化和系列化生產(chǎn)、工作準(zhǔn)確可靠、精度高、成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別（3） 在數(shù)字電路中，人們關(guān)心和研究的主要問題是輸出信號的狀態(tài)(0或1)與輸入信號的狀態(tài)(0或1)之間的邏輯關(guān)系，以反映電路的邏輯功能，所以在數(shù)字電路中不能采用模擬電路的分析方法，而是以邏輯代數(shù)作為主要

6、工具，利用真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等來表示電路的邏輯功能，所以數(shù)字電路又稱為邏輯電路。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別（4） 數(shù)字電路不僅具有算術(shù)運(yùn)算能力，還具有邏輯推理和邏輯判斷能力，所以人們才能夠制造出各種數(shù)控裝置、智能儀表、數(shù)字通信設(shè)備以及數(shù)字電子計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化的科技產(chǎn)品，使數(shù)字電路得到廣泛的應(yīng)用。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別二、數(shù)字集成電路 能實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路稱為門電路。由于在二值邏輯中，需要用兩種截然相反的狀態(tài)來表示，而電路的狀態(tài)是靠半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通與截止來控制和實(shí)現(xiàn)的，所以半導(dǎo)體元件稱為電子開關(guān)。二極管、晶體管和場效應(yīng)管在數(shù)字電路中就是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。相應(yīng)

7、地，門電路也稱為開關(guān)電路。任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別 集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。通用型是指已被定型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，適用于各種不同的數(shù)字電路。專用型是指為某種特殊用途專門設(shè)計(jì)、具有特定的復(fù)雜而完整功能的產(chǎn)品，只適用于專用的數(shù)字電路。典型的專用型數(shù)字集成電路如計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器芯片(RAM、ROM)、微處理器芯片(CPU)及語音芯片等。（一）TTL與CMOS集成電路任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別 在數(shù)字電路中，應(yīng)用最為廣泛的是TTL集成門電路和CMOS集成門電路，TTL是英文“transistor transistor logic”的縮寫，意為“晶體管晶體管邏輯電路”。

8、當(dāng)邏輯門電路的輸入級和輸出級都采用三極管時(shí)，將這種邏輯門電路稱為TTL邏輯門電路。（二）數(shù)字集成電路的命名方法 我國集成電路的型號是按照國家標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)）的規(guī)定命名的。國標(biāo)GB 34301989半導(dǎo)體集成電路型號命名方法規(guī)定了我國集成電路各個(gè)品種和系列的命名方法，集成電路國標(biāo)命名方法見表5-1。見P134任務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別1.國產(chǎn)集成電路的型號命名方法 目前電子市場上除國產(chǎn)的集成電路外，還有世界各大半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的大量產(chǎn)品。由于集成電路的命名國際上還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各制造公司都有自己的一套命名方法，給識別集成電路帶來很大的困難，但各制造公司對集成電路的命名總是還存在一些規(guī)律的。任

9、務(wù)一 數(shù)字集成電路的識別2.國外集成電路的型號命名方法任務(wù)二 門電路的邏輯功能 門電路是組成數(shù)字電路的基本單元電路，了解門電路的工作原理和邏輯功能，才能更好地使用集成邏輯門電路。本任務(wù)通過仿真測試的方式學(xué)習(xí)并掌握集成邏輯門電路的功能和特點(diǎn)。一、邏輯代數(shù)（一）基本邏輯關(guān)系任務(wù)二 門電路的邏輯功能或邏輯2非邏輯33與邏輯31任務(wù)二 門電路的邏輯功能（二）邏輯函數(shù)的表示方法任務(wù)二 門電路的邏輯功能任務(wù)二 門電路的邏輯功能由邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換到真值表2邏輯表達(dá)式與邏輯圖的轉(zhuǎn)換33由真值表轉(zhuǎn)換到與或表達(dá)式31任務(wù)二 門電路的邏輯功能（三）邏輯函數(shù)表示形式的轉(zhuǎn)換二、邏輯運(yùn)算（一）基本的邏輯運(yùn)算任務(wù)二 門電路的

10、邏輯功能（二）邏輯代數(shù)的基本定律任務(wù)二 門電路的邏輯功能交換律（1）結(jié)合律（2）分配律（3）吸收律（4）反演律（5）（三）幾種常用的邏輯運(yùn)算任務(wù)二 門電路的邏輯功能與非運(yùn)算：F=AB（1）或非運(yùn)算：F=A+B（2）異或運(yùn)算：F=AB+AB（3）同或運(yùn)算：F=AB+AB（4） （四）邏輯代數(shù)運(yùn)算的基本規(guī)則任務(wù)二 門電路的邏輯功能代入規(guī)則（1）反演規(guī)則（2）對偶規(guī)則（3）三、邏輯門電路與集成邏輯電路（一）分立元件門電路任務(wù)二 門電路的邏輯功能1.二極管與門2.二極管或門任務(wù)二 門電路的邏輯功能3.三極管或門任務(wù)二 門電路的邏輯功能（二）TTL集成門電路任務(wù)二 門電路的邏輯功能1.基本TTL與非門工

11、作原理2.其他類型的TTL門電路 任務(wù)二 門電路的邏輯功能 在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯函數(shù)，在TTL門電路的定型產(chǎn)品中，除了與非門之外，還有或非門、與門、或門、與或非門、異或門和反相器等幾種常見的類型。它們盡管功能不同，但輸入端和輸出端的電路結(jié)構(gòu)均與TTL與非門基本相同，所以前面介紹的各種特性和參數(shù)，對這些門電路同樣適用。3.集電極開路的門電路和三態(tài)門任務(wù)二 門電路的邏輯功能1）集電極開路的門電路任務(wù)二 門電路的邏輯功能2）三態(tài)門（三）CMOS集成門電路任務(wù)二 門電路的邏輯功能1.常用CMOS邏輯門1）CMOS非門電路任務(wù)二 門電路的邏輯功能2）CMOS與非門電路任務(wù)二 門

12、電路的邏輯功能2.CMOS傳輸門任務(wù)二 門電路的邏輯功能3.CMOS集成電路的特點(diǎn)（1） 由于CMOS管的導(dǎo)通電阻比雙極型晶體管的導(dǎo)通電阻大，所以CMOS集成電路的工作速度比TTL集成電路低。（2） CMOS集成電路的輸入阻抗很高，在頻率不高的情況下，電路的扇出能力較大，即帶負(fù)載的能力比TTL集成電路強(qiáng)。任務(wù)二 門電路的邏輯功能（3） CMOS集成電路的電源電壓允許范圍較大，為318 V，使電路的輸出高、低電平的擺幅大，因此COMS集成電路的抗干擾能力比TTL集成電路強(qiáng)。（4） 由于CMOS集成電路工作時(shí)總是一管導(dǎo)通，另一管截止，而截止管的電阻很高，這就使在任何時(shí)候流過電路的電流都很小，因此C

13、MOS集成電路的功耗比TTL集成電路小得多。門電路的功耗只有幾微瓦，中規(guī)模集成電路的功耗也不會(huì)超過100 W。任務(wù)二 門電路的邏輯功能（5） 因?yàn)镃MOS集成電路的功耗很小，所以其內(nèi)部發(fā)熱量小，因此CMOS集成電路的集成度比TTL集成電路高。（6） CMOS集成電路的溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，因此CMOS集成電路適合于在特殊環(huán)境下工作。（7） 由于CMOS集成電路的輸入阻抗高，所以其容易受靜電感應(yīng)而擊穿，因此在使用和存放時(shí)應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOS集成電路中多余不用的輸入端絕對不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。一、邏輯函數(shù)的化簡法任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路

14、的實(shí)現(xiàn)（一）邏輯函數(shù)的公式化簡法（二）邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡法1.邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)及最小項(xiàng)表達(dá)式任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn)任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn)2.邏輯函數(shù)的卡諾圖表示方法任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn)1）卡諾圖的畫法規(guī)則2）用卡諾圖表示邏輯函數(shù)3.用卡諾圖法化簡邏輯函數(shù)任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn)1）卡諾圖的性質(zhì)2）用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的基本步驟（三）含隨意項(xiàng)的邏輯函數(shù)的化簡任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn) 化簡含隨意項(xiàng)的邏輯函數(shù)時(shí)，充分利用隨意項(xiàng)可以得到更加簡單的邏輯表達(dá)式，因而其相應(yīng)的邏輯電路也更簡單。在化簡過程中，隨意項(xiàng)的取值可視具體情

15、況取0或者取1。簡單地說，如果隨意項(xiàng)對化簡有利，則取1；如果隨意項(xiàng)對化簡不利，則取0。二、邏輯函數(shù)門電路的實(shí)現(xiàn)任務(wù)三 邏輯函數(shù)的化簡及其門電路的實(shí)現(xiàn)任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)一、組合邏輯電路的分析 組合邏輯電路分析的主要任務(wù)是根據(jù)給出的邏輯圖確定邏輯功能。其一般步驟如下。（1）寫出邏輯圖輸出端的邏輯表達(dá)式。（2）化簡和變換邏輯表達(dá)式。（3）列出真值表。（4）根據(jù)真值表和邏輯表達(dá)式對邏輯電路進(jìn)行分析，最后確定電路的邏輯功能。任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)二、組合邏輯電路的設(shè)計(jì) 組合邏輯電路設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)給定的邏輯問題，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)其邏輯功能的邏輯電路，最后畫出實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯圖。用邏

16、輯門實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路時(shí)，要求使用的芯片最少，連線最少。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與組合邏輯電路的分析過程相反。任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)三、組合邏輯電路的競爭冒險(xiǎn)（一）產(chǎn)生競爭冒險(xiǎn)的原因任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)（二）競爭冒險(xiǎn)的識別方法任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)用實(shí)驗(yàn)的方法判斷2用卡諾圖法判斷33代數(shù)法判斷31（三）競爭冒險(xiǎn)的消除任務(wù)四 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)引入選通脈沖2接濾波電容33引入封鎖脈沖31修改邏輯設(shè)計(jì)4項(xiàng)目實(shí)施一、項(xiàng)目目的（1）了解并掌握裁判表決器電路的設(shè)計(jì)和制作方法。（2）掌握用仿真軟件進(jìn)行實(shí)際電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。項(xiàng)目實(shí)施二、項(xiàng)目要求（1）設(shè)計(jì)電路應(yīng)能完全滿足項(xiàng)目題目的要求。（2）繪出裁判表決器電路的邏輯圖。（3）完成裁判表決器電路的仿真調(diào)試。（4）完成裁判表決器電路的模擬接線安裝。項(xiàng)目實(shí)施三、項(xiàng)目步驟 （1）根據(jù)項(xiàng)目要求列出真值表。設(shè)A代表主裁判，B、C、D分別代表副裁判，真值表如圖5-28所示。項(xiàng)目實(shí)施 （2）由真值表到邏輯表達(dá)式和電路的邏輯圖。邏輯表達(dá)式為F=BCD+AB+AC+AD