数字电路
目录
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一、数字电路指的是什么
用于逻辑处理和数值计算的电路,电路中使用数字信号,非0即1;按制造工艺又分为TTL型集成电路、MOS型集成电路,多采用 DIP封装。
二、逻辑代数基础
相邻十进制数的格雷码仅有一位不同、在数据传输中不容易出错,可以由这个数的二进制数转换而来:最高位不变、其他位相邻的异或结果,比如二进制10110得到的格雷码是11101。
1.逻辑代数
因为运算符{·,+,-}的做法和十进制运算容易混淆、而且很难统一各种吸收律,所以采用的是人工智能方面的做法:使用运算符、使用正逻辑体制(1表示高电平、0表示低电平);括号的优先级最高,其次是
运算符,
的优先级高于
;对偶规则:在运算顺序不变的前提下,与变或、或变与得到一个对偶式,如果原式子相等,那么它们的对偶式也相等
与运算 |
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与运算 |
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或运算 |
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或运算 |
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交换律 |
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结合律 |
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分配律 |
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得摩根律 |
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双重否定律 |
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补余律 |
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吸收律 |
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连接词化归律(不会用到,只做了解) |
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逆否律(不会用到,只做了解) |
2.逻辑符号
3.复合逻辑
表达式 |
通用门完备集 |
逻辑门 |
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与非 |
得到与门:整体取非; 得到或门:每个输入都取非; 得到非门:B取值为1 |
||
或非 |
得到与门:每个输入都取非; 得到或门:整体取非; 得到非门:B取值为0 |
||
与或非 |
C、D都取0得到与非门,通过与非门得到其他门 |
||
同或 |
|||
异或 |
4.各进制数之间的相互转换
方法是先转换为十进制数,再由十进制数转换为其他进制的数
(1)其他进制转换为十进制
R进制表示“逢R进一”,每个位置有0~R-1种选择,将它转换成十进制:
(2)十进制转换为其他进制
(3)二进制、八进制、十六进制间的快捷转换
从小数点到数的两边,八进制每一位的数值和3位二进制数一一对应,十六进制每一位的数值和4位二进制数一一对应
二、集成逻辑门
1.集成电路
双极性集成电路TTL、电子和空穴都参与导电,单极性集成电路MOS、只有一种载流子参与导电
将电子元器件和它们的连线封装在半导体基片上,得到具有一定功能的电路,以逻辑门的数量为单位、规模上可以划分为:
2.晶体管
常见的是晶体二极管、晶体三极管,可以用来实现各种门电路,更多的细节应该要再学习模拟电路
(1)二极管
具有单向导电性
(2)三极管
①NPN管
Emitter发射极 Base基极 Collector集电极 |
②输出特性
过损耗区,功率较高容易烧坏三极管器件 |
3.特殊逻辑门
三态门的开关速度高于OC门而且接到总线上的数目不受限制,而OC门的数目是受限制的(和上拉电阻有关)
①OC门
可以多路与输出,这个特性运用在总线分时传输、驱动非逻辑性负载上,但是接到总线上的门数目是有限的(和上拉电阻有关)
②三态门
输出端有三种状态:高电平、低电平、高阻态;三态门可以实现数据的双向传输、开关速度高于OC门,而且接到总线上的数目原则上不受限制的
4.常见的集成逻辑电路产品型号
74…或者CT10… |
TTL系列 |
74H…或者CT20… |
高速TTL系列 |
74S…或者CT30… |
肖特基系列 |
74LS…或者CT40… |
低功耗肖特基系列 |
40…或者CC40… |
CMOS系列 |
5.注意事项
TTL逻辑门的接受的电压是5V±5%;
除OC门、三态门外,其他逻辑门的输出不能并联使用;
根据不同的逻辑需要处理多余的输入端(根据运算律,与非门接高电平、或非门接低电平将不影响其他输入),对于CMOS门来说多余端应该接
三、组合逻辑电路
该时刻的输出仅由该时刻的输入决定,信号总是单向传输的没有用于反馈的电路、没有记忆性的电子元器件
1.根据逻辑表达式写出真值表
原变量取1、反变量取0,计算各种情况下表达式的值;为测试方便也是采用格雷码
2.化简逻辑表达式
采用与或表达式的标准形式、比如项,真值表中计算结果为1就是最小项表达式中的项 ;化简的办法:根据
的值从小到大画圈(除了正常相邻外还需要上下、左右卷起来看,圈要尽可能大、包含项的个数是2^n),之后仅保留相同的元素、合并这些相邻项作为最终与或表达式中的一项
3.连接电路并测试
输入信号做成总线结构;草稿纸上的电路图的连线尽量是直线
四、集成触发器
五、时序逻辑电路
六、附录
1.使用EWB做模拟测试
EWB的器件库从左到右依次是:信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟集成电路库、混合集成电路库、数字集成电路库、逻辑门库、数字器件库、指示器件库、其他器件库、自定义器件库
(1)信号源库
地、直流电压源、直流电流源、交流电压源、交流电流源、电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源、、
、时钟、AM、FM、压控正弦波、压控三角波、压控方波、压控单稳态脉冲、分段线性源、压控分段线性源、频移键控源、多项式源、非线性受控源
(2)基本元件库
连接点、电阻、电容、电感、变压器、继电器、开关、时延开关、压控开关、电流控制开关、上拉电阻、可变电阻、排电阻、压控模拟开关、极性电容、可变电容、可变电感、无芯线圈、磁芯线圈、非线性变压器
(3)二极管库
普通二极管、稳压二极管、发光二极管、整流桥、肖特基二极管、可控硅整流器、双向稳压二极管、双向晶闸管
(4)晶体管库
NPN晶体管、PNP晶体管、N沟道结型场效晶体管、P沟道结型场效晶体管、3端耗尽型N沟道MOS管、3端耗尽型P沟道MOS管、4端耗尽型N沟道MOS管、4端耗尽型P沟道MOS管、3端增强型N沟道MOS管、3端增强型P沟道MOS管、4端增强型N沟道MOS管、4端增强型P沟道MOS管、N沟道砷化镓场效晶体管、P沟道砷化镓畅销晶体管
(5)模拟集成电路库
3、5、7、9端运放,比较器,锁相环
(6)混合集成电路库
A/D转换器、电流式D/A转换器、电压式D/A转换器、单稳触发器、555定时器
(7)数字集成电路库
74系列、4000系列常用数字电路
(8)逻辑门库
AND与、OR或、NOT非、NOR或非、NAND与非、XOR异或、XNOR同或、三态缓冲器、缓冲器、施密特触发器
(9)数字器件库
半加器、全加器、RS触发器、JK触发器、D触发器、多路选择器、编码器、译码器、算数单元、计数器、移位寄存器、通用触发器
(10)指示器件库
电压表、电流表、指示灯、逻辑指示探针、七段数码管显示器、译码显示器、蜂鸣器、条码显示器、译码条码显示器
(11)控制器件库
微分器、积分器、电压增益模块、传递函数模块、乘法器、除法器、三端电压加法器、各种限幅器
(12)其他器件库
熔断器,数据写入器,子电路网表,有损和无损传输线,石英晶体,直流电动机,电子管,开关电源中的升压、降压、升降压变压器
