汽車電工電子 課件 單元八 數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識汽車電工電子單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識數(shù)字電路基礎(chǔ)知識數(shù)字電路基礎(chǔ)知識邏輯門電路基本邏輯門電路復(fù)合邏輯門電路寄存器數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)制和碼制關(guān)于邏輯電路的幾個規(guī)定計(jì)數(shù)器組合邏輯門電路基本數(shù)字部件二—十進(jìn)制顯示譯碼器單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識1.了解數(shù)字信號與模擬信號的特點(diǎn)及區(qū)別。2.了解二進(jìn)制和十進(jìn)制的特點(diǎn)。3.理解與門、或門、非門、與非門和異或門的邏輯功能、邏輯表達(dá)式、真值表和邏輯符號。4.了解寄存器、計(jì)數(shù)器和譯碼器的作用。5.了解數(shù)字部件在汽車?yán)锏膽?yīng)用。6.了解汽車電子控制系統(tǒng)的組成。1.會進(jìn)行二進(jìn)制和十進(jìn)制的互換。2.會簡單分析組合邏輯電路的功能。3.會簡單測試74LS20和74LS138的功能。1.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考并分析解決問題的能力。2.培養(yǎng)學(xué)生能夠在實(shí)踐中選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源和信息技術(shù)工具，能夠主動與團(tuán)隊(duì)成員合作開展工作，完成團(tuán)隊(duì)分配的工作，承擔(dān)團(tuán)隊(duì)成員的角色和責(zé)任。知識目標(biāo)能力目標(biāo)育人目標(biāo)任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識一、數(shù)字電路的特點(diǎn)1.模擬電路和數(shù)字電路電子電路中的電信號有兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。（1）模擬信號和模擬電路模擬信號是指在數(shù)值上和時間上都是連續(xù)變化的信號。處理模擬信號的電路稱為模擬電路。（2）數(shù)字信號和數(shù)字電路數(shù)字信號是指在數(shù)值上或時間上不連續(xù)變化的信號，如圖所示。處理數(shù)字信號的電路稱為數(shù)字電路。數(shù)字信號任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.數(shù)字電路的特點(diǎn)（1）數(shù)字電路中工作的半導(dǎo)體管多數(shù)工作在開關(guān)狀態(tài)。即三極管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)，而放大區(qū)只是其過渡狀態(tài)。（2）數(shù)字電路的研究對象是電路輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系，分析工具是邏輯代數(shù)，表達(dá)電路的功能主要用真值表、邏輯函數(shù)表達(dá)式及波形圖等。（3）數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，便于集成，成本低。它所組成的數(shù)字系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，穩(wěn)定性好。任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識二、數(shù)制和碼制1.數(shù)制數(shù)制是用一組統(tǒng)一的符號和規(guī)則表示數(shù)的方法。一般都是按照進(jìn)位方式來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的，稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡稱進(jìn)位制。（1）十進(jìn)制十進(jìn)制有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個數(shù)碼，基數(shù)為10，其進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”。十進(jìn)制的各個數(shù)位的位權(quán)是基數(shù)10的冪。對于任意一個十進(jìn)制數(shù)N，可以用位權(quán)展開式表示。如：

(3457.3)10=3×103+4×102+5×101+7×100+3×10-1任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識（2）二進(jìn)制二進(jìn)制是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣泛的一種數(shù)制。在二進(jìn)制中，只有0和1兩個數(shù)碼，基數(shù)為2。每個數(shù)位的位權(quán)值是2的冪，其進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。對于任意一個二進(jìn)制數(shù)N，可以用位權(quán)展開式表示。如：

(1101.1)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識（3）數(shù)制互換①十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，其整數(shù)部分采用“除2取余倒記法”進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如：將十進(jìn)制數(shù)19轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

即(19)10＝(10011)2。任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識②二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，采用“乘權(quán)相加法”進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

如：

（1011）2=（1×23+1×21+1×20）10=（11）10任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.碼制碼制是指編碼的規(guī)則，即用數(shù)字、字母或符號表示對象或信號的規(guī)則。用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)的編碼方法稱二—十進(jìn)制編碼，簡稱BCD碼。常用的BCD碼有8421碼、2421碼和5421碼等。8421BCD碼，它每一位的權(quán)是固定不變的，按高位到低位排序，依次為8（即23）、4（即22）、2（即21）、1（即20），故稱為8421BCD碼。任務(wù)一數(shù)字電路基礎(chǔ)知識單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

8421BCD碼和十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系見下表：

如：

(147)10＝(000101000111)8421BCD(010110000110)8421BCD=（586）10十進(jìn)制8421BCD碼十進(jìn)制8421BCD碼00000501011000160110200107011130011810004010091001任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識門電路就是一種開關(guān)電路，它能按照一定的條件去“開”或“關(guān)”。門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系），所以門電路又稱為邏輯門電路。一、關(guān)于邏輯電路的幾個規(guī)定1.邏輯狀態(tài)的表示方法自然界中存在大量相互對立的邏輯關(guān)系，常見的對立邏輯狀態(tài)如表所示。用數(shù)字符號0和1表示相互對立的邏輯狀態(tài)，稱為邏輯0和邏輯1。一種狀態(tài)高電位有脈沖閉合真亮上是…1另一種狀態(tài)低電位無脈沖斷開假暗下非…0常見的對立邏輯狀態(tài)任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.高、低電平規(guī)定

在邏輯電路中，常用高電平、低電平來描述電位的高低，如下圖所示。高低電平不是一個固定值，而是一個電平變化范圍。在集成邏輯門電路中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)高電平VSH（高電平的下限值）和標(biāo)準(zhǔn)低電平VSL（低電平的上限值）。應(yīng)用時，高電平應(yīng)大于或等于VSH；低電平應(yīng)小于或等于VSL。3.正、負(fù)邏輯規(guī)定如圖所示：正邏輯是指用1表示高電平，用0表示低電平的邏輯體制；負(fù)邏輯是指用1表示低電平，用0表示高電平的邏輯體制。高、低電平和正、負(fù)邏輯的規(guī)定任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識二、基本邏輯門電路基本的邏輯關(guān)系有三種：與邏輯關(guān)系、或邏輯關(guān)系、非邏輯關(guān)系。與之對應(yīng)的邏輯門電路就有三種：與門電路、或門電路、非門電路。1.與邏輯和與門電路（1）與邏輯當(dāng)決定一件事情的幾個條件全部具備后，這件事情才能發(fā)生，這種因果關(guān)系稱為與邏輯關(guān)系。與邏輯關(guān)系可用開關(guān)電路表示，如圖所示。與邏輯電路任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識（2）與門電路二極管與門電路圖（a）為二極管組成的與門電路。它有兩個輸入端A、B，一個輸出端F。

假定輸入信號的高定平為+6V，低電平為0V，則按輸入信號的不同可分為以下情況：VA=0V，VB

=0V，VD1、VD2均導(dǎo)通，VF=0V（低電平）；VA

=0V，VB=6V，VD1導(dǎo)通，VD2截止，VF=0V（低電平）；VA=6V，VB=0V，VD1截止，VD2導(dǎo)通，VF=0V（低電平）；VA

=6V，VB

=6V，VD1、VD2均導(dǎo)通，VF=6V（高電平）。輸入輸出VAVBVF0V0V0V0V6V0V6V0V0V6V6V6V與門電平表任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識輸入輸出VAVBVF0V0V0V0V6V0V6V0V0V6V6V6V與門電平表ABF001101010001與門真值表低電平0V用邏輯0表示高電平6V用邏輯1表示與門邏輯符號與門的邏輯符號如圖（b）所示。與門的邏輯功能可概括為“有0出0，全1出1”。與門的邏輯函數(shù)表達(dá)式為F=A·B=AB任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

如果與門有四個輸入端A、B、C、D，一個輸出端Y，則它的邏輯符號應(yīng)如何畫？邏輯表達(dá)式應(yīng)如何寫？任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識與邏輯的邏輯運(yùn)算也叫邏輯乘。邏輯乘的基本運(yùn)算規(guī)則為0·0=00·1=01·0=01·1=1由此可推演出其一般形式為0·A=01·A=AA·A=A任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.或邏輯和或門電路（1）或邏輯當(dāng)決定一件事情的幾個條件中，只要有一個或一個以上條件具備，這件事情就會發(fā)生，這種因果關(guān)系稱為或邏輯關(guān)系。或邏輯關(guān)系可用開關(guān)電路表示，如圖所示?；蜻壿嬰娐啡蝿?wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識（2）或門電路圖（a）為二極管組成的或門電路。它有兩個輸入端A、B，一個輸出端F。假定輸入信號的高電平為+6V，低電平為0V，則按輸入信號的不同可分為以下情況：

VA=0V，VB=0V，VD1、VD2均導(dǎo)通，VF=0V（低電平）；VA=0V，VB=6V，VD1截止，VD2導(dǎo)通，VF=6V（高電平）；VA=6V，VB=0V，VD1導(dǎo)通，VD2截止，VF=6V（高電平）；VA

=6V，VB=6V，VD1、VD2均導(dǎo)通，VF=6V（高電平）。

根據(jù)以上的分析，可列出或門電路的真值表，如右表所示。ABF001101010111或門真值表二極管或門電路任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識或門的邏輯符號如圖（b）所示?；蜷T的邏輯功能可概括為“有1出1，全0出0”?；蜷T的邏輯函數(shù)表達(dá)式為F=A+B或門邏輯符號或邏輯的邏輯運(yùn)算也叫邏輯加，其基本運(yùn)算規(guī)則為0+0=00+1=11+0=11+1=1可推演出其一般形式為0+A=A1+A=1A+A=A任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識3.非邏輯和非門電路（1）非邏輯條件具備時事情不發(fā)生；條件不具備時事情才發(fā)生，這種因果關(guān)系稱為非邏輯關(guān)系。非邏輯關(guān)系可用開關(guān)電路表示，如圖所示。非邏輯電路（2）非門電路左下圖（a）為三極管組成的非門電路。它有一個輸入端A，一個輸出端F。假定輸入信號的高定平為+6V，低電平為0V，則按輸入信號的不同可分為以下情況：三極管非門電路和邏輯符號VA=0V，VT截止，VF=UCC（高電平）；VA=6V，VT飽和導(dǎo)通，VF=0V（低電平）。

根據(jù)以上的分析，可列出非門電路的真值表，如左表所示。AF0110非門真值表

任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識三種基本邏輯符號對照任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識三、復(fù)合邏輯門電路將基本邏輯門電路組合起來就構(gòu)成了復(fù)合邏輯門電路。1.與非門與非門的邏輯關(guān)系是先“與”后“非”,其邏輯電路如圖（a）所示,邏輯符號如圖（b）所示。與非門邏輯電路和邏輯符號AB001011101110與非門真值表

與非門邏輯功能：

“有0出1，全1出0”任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.或非門或非門的邏輯關(guān)系是先“或”后“非”,其邏輯電路如圖（a）所示,邏輯符號如圖（b）所示。AB001010100110或非門真值表

或非門邏輯功能：

“有1出0，全0出1”或非門邏輯電路和邏輯符號任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識3.異或門異或門邏輯電路異或門的邏輯表達(dá)式為

通常也寫成F=A⊕B異或門邏輯符號AB000011101110異或門真值表

異或門的邏輯功能可概括為：當(dāng)兩個輸入端的狀態(tài)相同時輸出為0；反之，輸出為1。任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識四、組合邏輯電路1.組合邏輯電路的功能特點(diǎn)組合邏輯電路是由不加反饋（信號從輸出返回到輸入的反向傳輸通道）的基本邏輯門電路和復(fù)合邏輯門電路組合而成。組合邏輯電路的功能特點(diǎn)是任何時刻電路的輸出狀態(tài)直接由當(dāng)時的輸入狀態(tài)決定，與電路原有狀態(tài)無關(guān)，電路沒有記憶能力。任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.組合邏輯電路的分析（1）邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)是研究邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。邏輯代數(shù)的變量稱為邏輯變量。它只有0和1兩種取值。邏輯代數(shù)的基本定律如表所示。定律名稱基本公式0－1律A·0＝0A·1＝AA＋1＝1A＋0＝A互補(bǔ)律重疊律A·A＝AA＋A＝A交換律A·B＝B·AA＋B＝B＋A結(jié)合律A(BC)＝(AB)CA＋(B＋C)＝(A＋B)＋C分配律A(B＋C)＝AB＋ACA＋BC＝(A＋B)(A＋C)反演律(摩根定律)吸收律多余項(xiàng)律邏輯代數(shù)基本定律任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識（2）組合邏輯電路的分析組合邏輯電路分析大致分為四個步驟：第一步根據(jù)給定邏輯電路圖，寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式；第二步化簡邏輯函數(shù)表達(dá)式；第三步列出邏輯函數(shù)的真值表；第四步根據(jù)真值表或表達(dá)式分析、確定電路的邏輯功能。任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

任務(wù)二邏輯門電路單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識第三步列出邏輯函數(shù)的真值表。第四步根據(jù)真值表或表達(dá)式分析、確定電路的邏輯功能。從真值表分析來看，當(dāng)輸入變量A、B、C不完全相同時，輸出L＝1；當(dāng)A、B、C相同時，則L＝0。所以該電路是一種輸入不一致鑒別器：當(dāng)電路輸入信號相同時，電路正常工作；當(dāng)電路輸入信號不相同時，發(fā)出報警信號。ABCLABCL00001001001110110101110101111110任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識在數(shù)字電路中，把一些能夠執(zhí)行某種單一功能的組合邏輯電路和時序邏輯電路稱為基本數(shù)字部件。一、寄存器寄存器是計(jì)算機(jī)及數(shù)字電子系統(tǒng)中用以存放數(shù)據(jù)或代碼的一種基本邏輯部件。寄存器常分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器兩種。1.數(shù)碼寄存器如圖所示為四位數(shù)碼寄存器。四位數(shù)碼寄存器任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識四位數(shù)碼寄存器功能如下：（1）清零。當(dāng)CR=1時，4個D觸發(fā)器都全部復(fù)位：Q3Q2Q1Q0=0000。

（2）存入數(shù)碼。當(dāng)CR=0時，CP上升沿到來，加在并行數(shù)碼輸入端D3

～D0的四個數(shù)碼，一次性被存入FF3～FF0觸發(fā)器中，即Q3～Q0上同時存入了這四個數(shù)碼。（3）保持。當(dāng)CR=0、CP=0時，各位輸出端Q的狀態(tài)與輸入無關(guān)。任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.移位寄存器右圖所示為左移寄存器。其工作過程如下：設(shè)寄存器初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0000，輸入數(shù)據(jù)為1011；

第一CP上升沿出現(xiàn)前：Q3Q2Q1Q0=0000，D3D2D1D0=0001；

第一CP上升沿出現(xiàn)時：Q3Q2Q1Q0=0001，D3D2D1D0=0010；

第二CP上升沿出現(xiàn)時：Q3Q2Q1Q0=0010，D3D2D1D0=0101；

第三CP上升沿出現(xiàn)時：Q3Q2Q1Q0=0101，D3D2D1D0=1011；

第四CP上升沿出現(xiàn)時：Q3Q2Q1Q0=1011。左移寄存器CPQ3Q2Q1Q00000010001200103010141011左移寄存器狀態(tài)表任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識若要將數(shù)碼從Q3串行輸出，只需再經(jīng)過4個CP脈沖即可。工作波形如圖所示。左移寄存器工作波形任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識二、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器是一種能夠記錄脈沖數(shù)目的裝置，是數(shù)字電路中最常用的邏輯部件之一。計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)脈沖輸入方式分為同步型和異步型，按進(jìn)位方式分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和其它進(jìn)制計(jì)數(shù)器，按計(jì)數(shù)功能分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識1.異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是各種類型計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)。下圖是用JK觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作原理為：

每來一個計(jì)數(shù)脈沖，最低位觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次，而高一位的觸發(fā)器是在低一位觸發(fā)器的Q端由1變?yōu)?時翻轉(zhuǎn)即以低一位的輸出作為高一位的計(jì)數(shù)脈沖輸入。任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識計(jì)數(shù)脈沖數(shù)二

進(jìn)

制

數(shù)計(jì)數(shù)脈沖數(shù)二

進(jìn)

制

數(shù)Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0000008100010001910012001010101030011111011401001211005010113110160110141110701111511114位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作波形任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識2.異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器用一個4位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來表示十進(jìn)制數(shù)中的一位，但是，必須剔除其中多余的6種狀態(tài)。異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識計(jì)數(shù)脈沖數(shù)8421BCD編碼十進(jìn)制數(shù)碼Q3Q2Q1Q00000001000112001023001134010045010156011067011178100089100191000000十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作波形任務(wù)三基本數(shù)字部件單元八數(shù)字電路基礎(chǔ)知識三、二—十進(jìn)制顯示譯碼器1.數(shù)碼顯示器

常用的數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、輝光數(shù)碼管、液晶數(shù)碼管