07 模块3 数字电子技术1-数字电路基础.pptx

第1页：数字电路基础项目封面

数字电路基础项目封面

时序逻辑电路项目8组合逻辑电路项目7数字电路基础电工电子技术项目教程模块3数字电子技术

第2页：项目7 数字电路基础任务导览

项目7 数字电路基础任务导览

7.2电话防盗打指示器7.1逻辑电平测试笔项目7数字电路基础

第3页：任务7.1 逻辑电平测试笔

任务7.1 逻辑电平测试笔

7.1逻辑电平测试笔

• （1）认识数字电路；
• （2）了解数制与码制，了解常用BCD码；
• （3）掌握二进制、八进制、十进制、十六进制数的组成及其相互转换。

第4页：逻辑电平测试笔引入

逻辑电平测试笔引入

电路的组成逻辑笔是采用不同颜色指示灯表示数字电平高低的仪器。

第5页：数制与基数位权

数制与基数位权

一、数制 日常生活中，人们常用的计数制是十进制，数字系统中广泛使用的是二进制(用字母B表示)、八进制(用字母O表示)和十六进制(用字母H表示)。

• （1）基数：在该进位制中用到的数码的个数。如二进制有0和1两个数码，基数是2；十进制有0～9十个数码，基数是10。
• （2）位权：任意一种进位制的数中，每一位的数码代表的权不同，例如十进制数535=5×102+3×101+5×100，显然百位的5代表500,个位的5代表5个；其中位权是10的幂。两个概念

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第6页：十进制与二进制

十进制与二进制

十进制

• ①十进制计数各位的基数是10；
• ②十进制数的每一位必定是0～9十个数码中的一个；
• ④同一个数字符号在不同的数位代表的权不同，权是10的幂。
• ①二进制计数各位的基数是2；
• ②二进制数的每一位必定是1和0两个二进制数码中的一个；
• ③二进制数低位和相邻高位之间的进位关系是“逢2进1”；
• ④同一个数字符号在不同的数位代表的权不同，权是2的幂。1.二进制(Binary)

第7页：用电平表示二进制数

用电平表示二进制数

0”或“1”表示，8个数位(bit)

称为1个字节(byte)。字节是表示信息的基本单位。在数字电路中，数以电路的状态来表示。找一个具有十种状态的电子器件要比找一个具有两种状态的器件难，故数字电路中广泛使用二进制。二进制数值负数的表示在数字电路中，负数用2补码(two'scomplement)表示。

第8页：二进制补码

二进制补码

2补码可以通过“求反(反码)+1”得到负数4位整数表示10进制表示1000-81001-71010-61011-51100-41101-31110-21111-10000000011001020011301004010150110601117更简单的方法：从右往左找到第一个1，这一位左边的全部位取反。

用2补码表示4位整数

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第9页：八进制与十六进制

八进制与十六进制

2.八进制和十六进制八进制

• ①基数是8，每一位必定是0～7中八个数码中的一个；
• ②八进制数低位和相邻高位之间的进位关系是“逢8进1”；
• ③同一个数字符号在不同的数位代表的权不同，权是8的幂。十六进制
• ①基数是16，每一位必定是0～15中十五个数码中的一个；
• ②十六进制数低位和相邻高位之间的进位关系是“逢16进1”；
• ③同一个数字符号在不同的数位代表的权不同，权是16的幂。

第10页：数制变换

数制变换：数制变换讲解页，说明十进制与非十进制之间相互转换的基本方法与思路。

二、数制变换

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第11页：十进制转二进制

十进制转二进制

整数部分——除2取余小数部分——乘2取整所以：(44.375)D＝(101100.011)B十进制数转换成二进制数

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第12页：二进制与八进制的转换

二进制与八进制的转换

3.非十进制数之间的转换1）二进制数与八进制数之间的相互转换1101010.01000＝(152.2)O

• （2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。=011111100.010110(374.26)O
• （1）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。

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第13页：二进制与十六进制的转换

二进制与十六进制的转换

111010100.0110000＝(1D4.6)H=（101011110100.01110110）B(AF4.76)H二进制数与十六进制数之间的相互转换，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。

2）二进制数与十六进制数之间的相互转换３）八进制数和十六进制数之间的转换先转换成二进制数，再进行转换。

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第14页：二进制的加减运算

二进制的加减运算

三、二进制的运算2.N位数的运算1.一位数的运算

• ①正数+正数0011+0010=0101(3+2=5)0011+0101=1000(3+5→溢出)
• ②正数+负数0011+1011=1110(3+(-5)=-2
• ③负数+负数1101+1110=1011(-3+(-2)=-5)1101+1010=0111(-3+(-6)→溢出)带符号的正整数X和Y的加法从低位开始依次相加，若最高位是1，则认为是溢出(overflow)。X、Y都是负数时，各位相加后，若最高位是0，则认为是溢出。

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第15页：BCD码与常用编码

BCD码与常用编码

字母、符号等信息的一定位数的二进制数

称为代码。用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的0~9十个数码。简称BCD码。2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421BCD码每个代码加0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任意相邻的两个字码，仅有一位代码不同，其它位相同。用四位自然二进制码中的前10个数码来表示十进制数码，让各位的权值依次为8、4、2、1，称为8421BCD码。1.二进制编码的十进制表示法(BCD码)

第16页：ASCII码

ASCII码

2.ASCII码111110101100011010001000高位低位p`P@0SPDLENUL0000qaQA1!DC1SOH0001rbRB2“DC2STX0010scSC3#DC3ETX0011tdTD4$DC4EOT0100ueUE5%NAKENQ0101vfVF6&SYNACK0110wgWG7‘ETBBEL0111xhXH8(CANBS1000yiYI9)EMHT1001zjZJ:*SUBLF1010{k[K;+ESCVT1011|l\L<，PSFF1100}m]M=-GSCR1101~n^n>.RSSO1110DELo_O?/USSI1111

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第17页：逻辑笔任务实施

逻辑笔任务实施

①当探针悬空或测试点为高阻状态时，黄色LED指示灯亮，其余两个LED指示灯灭；

• ②当探针接触高电平时，绿色灯亮，其余两个灯灭；当探针接触低电平时，红色灯亮，其余两个灯灭；
• ③当探针接触低频脉冲序列时，红、绿灯轮流闪亮，黄灯灭；
• ④当探针接触较高频率的方波序列时，红绿灯均亮(亮度稍弱)，黄灯不亮，若脉冲的高低电平不等宽，那么红、绿灯中有一个较亮、一个较暗。和模拟电路相比，数字信号相对简单，只需要用两种不同的状态来表示1和0，在工作中只要能够可靠地区别“0和1”两种状态就可以，使用逻辑笔基本上就可满足要求。

第18页：任务7.2 电话防盗打指示器

任务7.2 电话防盗打指示器

7.2电话防盗打指示器

• （1）认识逻辑函数及其常用表示方法；
• （2）掌握基本逻辑函数：与、或、非，常用逻辑函数：与非、或非、异或的逻辑功能；
• （3）掌握逻辑函数运算规则，了解逻辑函数的完备性，最小项和标准表达式；
• （4）了解DTL、TTL、CMOS门电路的特点，了解三态门的概念。

第19页：电话防盗打指示器引入

电话防盗打指示器引入

电路的组成日常生活中，常常会遇到在同一条电话线上被动(被偷接)或主动(客厅、卧室分处等)同时并联两部电话机的情况。

在电话线上接入“电话防盗打指示器”装置后，可以使用户不必提起电话机话筒就能知道另一部电话是否正在使用。

第20页：逻辑函数的定义与表示

逻辑函数的定义与表示

一、逻辑函数 1.逻辑函数的定义2.逻辑函数的表示方法1)真值表法(truthtable)O(I1，I2)I2I10110010100112)布尔代数(booleanalgebra)3)逻辑符号4)硬件设计语言法目前采用广泛的硬件设计语言有ABLE-HDL、VHDL等

本页含表格内容，源文件未提取到规整的行列结构，为避免列数错配暂不还原，待人工对照原课件补充。

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第21页：与逻辑AND

与逻辑AND

发生，这种因果关系叫做“与”逻辑，也

称为逻辑乘。布尔表达式X·Y或XY逻辑符号真值表ANDYX000101010011

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第22页：与门的运算规则

与门的运算规则

运算规则与门的输入端可以有多个。

下图为一个三输入与门电路的输入信号A、B、C和输出信号F的波形图。

ABCF有0出0有0出0全1出1

第23页：或逻辑OR

或逻辑OR

发生，这种因果关系叫做“或”逻辑，也

称为逻辑加。布尔表达式X+Y逻辑符号真值表ORYX011101010011

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第24页：或门的运算规则

或门的运算规则

或门的输入端也可以有多个。

下图为一个三输入或门电路的输入信号A、B、C和输出信号F的波形图。

ABCF全0出0全0出0有1出1运算规则

第25页：非逻辑NOT

非逻辑NOT

3)非逻辑(NOT)布尔表达式逻辑符号真值表NOTX1001当某事件相关的条件不满足时，事件必然发生；当条件满足时，事件决不会发生，这种因果关系叫做“非”逻辑。

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第26页：与非逻辑NAND

与非逻辑NAND

4.常用逻辑函数1)与非(NAND)逻辑布尔表达式逻辑符号真值表与非运算的逻辑功能：有0出1；全1出0。

或NANDYX111001010011

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第27页：或非逻辑NOR

或非逻辑NOR

2)或非(NOR)逻辑布尔表达式逻辑符号真值表或非运算的逻辑功能：全0出1；有1出0。

或NORYX100001010011

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第28页：异或逻辑XOR

异或逻辑XOR

3)异或(XOR)逻辑(排他的和)布尔表达式逻辑符号真值表XORYX011001010011对异或输出求反得到的逻辑函数是同或(Equivalence)输入为1的数是奇数时，输出是1；输入为1的数是偶数时输出是0(对于两输入也可以说两个输入变量值不同时输出为1；相同时输出为0)

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第29页：多输入逻辑单元

多输入逻辑单元：多输入单元图示页，展示多输入端逻辑门的符号与连接方式。

5.多输入单元

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第30页：逻辑函数的运算规则

逻辑函数的运算规则

6.逻辑函数的运算规则与逻辑函数之间的转换NOTORANDX+0=XX+1=1X+X=XX+X’=1X+Y=Y+X(交换法则)X+(Y+Z)=(X+Y)+Z(结合法则)X·0=0X·1=1X·X=XX·X’=0X·Y=Y·X(交换法则)X·(Y·Z)=(X·Y)·Z(结合法则)X·(Y+Z)=X·Y+X·Z(分配法则)X+YZ=(X+Y)(X+Z)(分配法则)(X+Y)’=X’·Y’(X·Y)’=X’+Y’(反演法则)逻辑函数的运算规则

第31页：逻辑函数之间的转换

逻辑函数之间的转换

逻辑函数之间的转换反向器转换缓冲器转换AND门(ANDGate)转换12NAND门(NANDGate)转换OR门(ORGate)转换

第32页：逻辑函数的完备性

逻辑函数的完备性

逻辑函数组合而成时，这些基本逻辑函数

称为组合具有完备性。AND、OR、NOT三个的组合就具有完备性。与非(NAND)和或非(NOR)都是具有完备性的基本逻辑函数，只用与非(NAND)或者只用或非(NOR)就可以构成所有的逻辑函数。用与非实现与、或、非

第33页：最小项

最小项

8.最小项和标准表达式1)最小项设有n个变量，它们组成的与项中每个变量以原变量或以反变量形式出现一次，且仅出现一次，此与项称之为n个变量的最小项。

对于n个变量就可构成2n个最小项，分别记为mn；其中下标值n：当各最小项变量按一定顺序排好后，用1代替其中的原变量，0代替其中的反变量，便得一个二进制数，该二进制数的等值十进制即为n的值。

ABC=m0ABC=m1ABC=m2ABC=m3ABC=m4ABC=m5ABC=m6ABC=m7例如：三变量的8个最小项可以表示为：同理，两变量有4个最小项：00（m0），01（m1），10（m2），11（m3）；四变量有16个最小项m0～m15.

第34页：与或标准表达式

与或标准表达式

2)与或标准表达式(disjunctivenormalform)逻辑函数被表达成一系列乘积项之和，则称之为“与或”表达式。

如果构成函数的“与或”表达式中每一个乘积项(与项)均为最小项时，则这种表达式称之为“与或”标准表达式，且这种表示是唯一的。

如：F(A,B,C)=AC+AB+BC=ABC+ABC+ABC+ABC=m2＋m3＋m5＋m7=∑m(2,3,5,7)

第35页：二极管与晶体管逻辑电路

二极管与晶体管逻辑电路

二、逻辑电路的实现1.基于晶体二极管的基本逻辑电路基于二极管的AND(左)和OR(右)逻辑2.DTL和TTL用晶体管实现的非逻辑NOTDiodeTransistorLogicTransistorTransistorLogic现在，几乎所有数字电路中的逻辑器件都是用半导体晶体管制作的。

第36页：CMOS逻辑电路与三态门

CMOS逻辑电路与三态门

3.基于CMOS的逻辑电路现在的半导体集成电路主要是由CMOS构成的。

用CMOS构成的MOSFET分为n沟道MOS和p沟道MOS两种，CMOS和TTL相比，拥有电路简单，功耗低，宜于提高集成度等优点，在计算机的CPU、存储器、外围电路等方面得到了广泛的应用。

4.基于三态输出门的输出电路在三态输出电路中有输入A、信号选择(或控制)S、输出B三个端子。

当S是高电位，B输出A的值。

S是低电位时，来自A的信号被隔断，输出端表现为高阻抗状态（high-impedance）。

第37页：三态门的应用

三态门的应用

三态门的应用在应用三态输出电路的总线中，如果2个以上的S同时有效时，总线上的信号会由于发生冲突而把器件损坏，使用时要注意。

三态门的符号

第38页：核心器件CD4069

核心器件CD4069

核心器件CD4069外形、框图和符号14引脚双列直插封装(DIP14)CMOS六非门CD4069(CMOS电路耗电比较少)可使用2节锂电池供电。

第39页：指示器电路实施

指示器电路实施

经R1和R2分压得到的2.5V直流电压加到CMOS非门CD4069的F1的输入端。

当F1输入端为2.5V的高电压时，能使其F1的输出为低电平，进而使F2输出高电平，F3、F4输出低电平。

复合三极管V1和V2不能导通，LED指示灯不亮。

第40页：线路电压下降的指示

线路电压下降的指示

当其它人使用电话时，电话线路电压下降至约10V左右，经分压后，F1输入端的电压降至约0.5V以下，这使F1输出高电平，F2输出低电平，于是F3、F4输出高电平，经R3向晶体管V1进而向V2提供基极电流，使V1、V2导通，LED指示灯点亮。

图中电容C的作用是消除振铃信号及干扰信号的影响。