单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十三章 数字电路基础,第一节,数字电路概述,第二节 基本逻辑关系及其门电路,第三节,TTL,集成门电路,第六节 逻辑代数的基本公式和定律,第一节,数字电路概述,数字电路与模拟电路,集成数字电路的分类,脉冲信号,晶体管的开关作用,一、数字电路与模拟电路,模拟信号随时间连续变化的信号。,模拟电路处理模拟信号的电路。,数字信号不随时间连续变化的脉冲,信号。,数字电路处理数字信号的电路。,模拟电路与数字电路的区别,所处理的信号不同；,研究电路的着重点不同；,晶体管的工作状态不同。,二、集成数字电路的分类,小规模集成电路,(SSI),110门片或10100元件片,中规模集成电路,(MSI),10100门片或 1000元件片,大规模集成电路,(LSI),1001000门片或1000门片或 10万元件片,三、脉冲信号,脉冲宽度t,P,-前后沿之间的时间间隔。,正脉冲,负脉冲,脉冲幅度A脉冲变化最大值。,A,脉冲周期T,脉冲频率,f,-,f,=1/T,T,脉冲前沿:正脉冲的上升沿或负脉冲的下降沿。,脉冲后沿:正脉冲的下降沿或负脉冲的上升沿。,前沿,后沿,t,P,四、晶体管的开关作用,二极管,A,B,A,B,A,B,U,A,U,B,U,A,U,A,3V,VD,B,率先导通，,U,F,U,B,3V,VD,A,截止,解：,三极管,R,C,U,O,U,CC,R,B,U,i,T,当U,I,0.5V，,i,B,I,BS,=U,CC,/,R,C,U,O,=U,OL,0.3V,BE、BC正偏，T饱和,b,c,e,b,c,e,当0,i,B,I,BS,，T 放大,只要用U,I,的高、低电平控制三,极管，使之工作在截止、饱和状,态，就可以控制它的开关状态，,并可在输出端得到高低电平。,开关合向a,I,B,5R,B1,550010,3,0.01mA,U,B,0,I,BS,15,R,C,=15100510,3,0.03mA,0 I,B,I,BS,，T 处于饱和状态,R,C,15V,a,b,c,5V,1.5V,R,B1,R,B2,解：,开关合向c,I,B,0,I,C,0,T处于截止状态,第二节 基本逻辑关系及其 门电路,与 门,或 门,非 门,与非门和或非门,条件与结果的关系称为逻辑关系，用以实现基本逻辑关系的电子电路称为门电路。,基本逻辑关系：与、或、非,相对应的基本门电路：与门、或门、非门,门电路用二值逻辑中的“,0”,、“,1”,分别表示高低电平。,1 高电平,0 低电平,正逻辑,1 低电平,0 高电平,负逻辑,一、与 门,与逻辑,只有决定事物结果的各种条件(A、B)同时具备时，结果（F）才会发生，这种逻辑叫做与逻辑。,A,B,F,U,与门电路,输入量作为条件，输出量作为结果，输入、输出之间满足,与,逻辑的电路。,A,F,V,CC,R,B,VD,A,VD,B,U,A,U,B,U,F,0.3 0.3,0.3 3,3 0.3,3 3,0.3,0.3,0.3,3,与门真值表,真值表能够完整的表达输入与输出间所有可能逻辑关系的表格，有n个输入端，就有2,n,种组合。,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,0,0,0,1,有0出0,全1出1,与门逻辑符号及表达式,&,A,B,F,F=A B,例：有一条传输线，用来传送连续的方波信号。现在要求增设一个控制信号，使得方波在某种条件下才能送出，试问如何解决？,解：,&,方波信号,控制信号,输出,控制信号为 0 时，输出为0，门关闭。,控制信号为 1 时，输出为方波，门打开。,二、或 门,A,B,F,U,或逻辑,决定事物结果的各种条件(A、B)只要有任意一个具备时，结果（F）就会发生，这种逻辑叫做或逻辑。,或门电路,A,F,V,CC,R,B,VD,A,VD,B,U,A,U,B,U,F,0.3 0.3,0.3 3,3 0.3,3 3,0.3,3,3,3,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,1,或门真值表,有1出1,全0出0,或门逻辑符号及表达式,1,A,B,F,F=A B,例：图示电路为保险柜的报警电路，保险柜的两层门上各装有一个开关S,1,和S,2,。门关上时，开关闭合。当任一层门被打开时，报警灯亮，试分析工作原理。,解：,1,S,1,S,2,+5V,1K,1K,30,A0，B0，F0,报警灯不亮。,任一层门被打开时，相对应的开关断开.A1，B0,A,B,F,故 F1，报警灯亮。,两层门都关上时，,三、非 门,A,F,U,非逻辑,决定事物结果的条件A具备时，结果F 就不会发生，这种逻辑叫做非逻辑。,非门电路,U,A,U,F,0.3,3,3,R,C,F,U,CC,R,B,A,0.3,A,F,0,1,0,1,非门逻辑符号及表达式,非门真值表,1,A,F,四、与非门和或非门,与非门,&,A,B,F,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,1,1,1,0,或非门,1,A,B,F,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,1,0,0,0,A,B,F,1,例：已知与门、或门输入端A、B、C的波形，试画出输出波形。,1,A,C,F,2,&,A,B,F,1,C,F,2,第三节 TTL集成门电路,TTL,与非门,一、TTL与非门,电路结构,U,CC,F,A,B,T,1,T,2,T,1,-多发射极三极管,A,B,T,1,A,B,TTL与非门的输入电压与输出电压之间的关系曲线称为电压传输曲线。,U,OH,U,OL,u,O,u,I,U,ON,U,OFF,输出高电平,U,OH,和输出低电平,U,OL,U,OH,3.6V,U,OL,0.3V,规定 U,OH,2.4V,U,OL,0.4V,开门电平,U,ON,和关门电平,U,OFF,输出为低电平时，称为开门；输出为高电平时，称为关门。,电压传输特性及主要参数,U,ON,在额定负载下，使输出电平达到标准低电平的输入电平的最小值。,U,OFF,空负载时，使输出电平达到标准高电平的输入电平的最大值。,U,ON,、U,OFF,反映TTL 与非门的抗干扰能力，U,ON,与U,OFF,越接近，抗干扰能力越强，与非门的开关性能越好。,扇出系数,N,即带负载能力，表示TTL与非门输出端最多能带同类与非门的个数。,一般N8,平均传输延迟时间,t,pd,t,pd,表示门电路的开关速度。,50,50,U,I,U,O,t,pd1,t,pd2,t,pd1,导通延迟时间,t,pd2,截止延迟时间,第六节,逻辑代数的基本公式 和定律,基本定律,重要规则,逻辑函数的代数化简法,一、基本定律,基本运算规则,0A=0,1A=A,0+A=A,1+A=1,AA=A,A+A=A,交换律,AB=BA,A+B=B+A,结合律,ABC=(AB)C=A(BC),A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C),分配律,A(B+C)=AB+AC,A+B C=(A+B)(A+C),吸收律,AABA,A（AB）A,反演律（摩根定理）,证明：,二、重要规则,代入规则,任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都代之以一个逻辑函数，则等式仍然成立。,B(A+C)=BA+BC,B(A+D)+C=B(A+D)+BC=BA+BD+BC,反演规则,求一个逻辑函数F的非函数 时，可以将F中的,与,（）换成,或,()，,或,()换成,与,（）；再将,原,变量换成,非,变量，,非,变量换成,原,变量；,1,换成,0,，,0,换成,1,，所得的逻辑函数式就是 。,变换时保持先,与,后,或,的顺序。,对偶规则,一个逻辑函数F，如果将F中的,与,（）换成,或,()，,或,()换成,与,（）；再将,1,换成,0,，,0,换成,1,，所得的逻辑函数式就是 F的对偶式，记作F。,例:利用摩根定理将下列逻辑函数转换成独立变量。,反之利用摩根定理将下列逻辑函数转换成与非式.,三、逻辑函数的代数化简法,并项法,例：,吸收法,配项法,如：,例：,证明,例:,化简,例:,化简,