第七章 数字电路基础,第一节 数字电路概述 第二节 基本逻辑门电路 第三节 集成触发器 第四节 基本数字部件 第五节 半导体存储器 第六节 数字电路应用举例,第一节 数字电路概述,一、数字信号与数字电路 电子线路中的电信号可分为模拟信号和数字信号两大类。,图7-1 电信号波形,1)数字电路的工作信号是离散的数字信号。 2)数字电路的研究对象是电路输入与输出之间的逻辑关系，因而不能采用模拟电路的分析方法。,第一节 数字电路概述,3)数字电路多数在开关状态，由于只考虑信号的有无、数目，无需考虑信号的大小，因此抗干扰能力强，可靠性高。 二、数制和码制 1.数制 (1)十进制 其特点是数字的每一位都由09中的一个数码构成，计数的基数为10，进位规律是“逢十进一”，常用D表示。 (2)二进制 其特点是数字的每一位仅为0或1这两种数码，计数的基数为2，进位规律是“逢二进一”，常用B表示。 (3)八进制 其特点是数字的每一位由07中的一个数码构成，计数基数为8，进位规律是“逢八进一”。,第一节 数字电路概述,(4)十六进制 其特点是数字的每一位由09、A、B、C、D、E、F中的一个数码构成，计数基数为16，进位规律是“逢十六进一”。 2.不同进制数的相互转换 (1)二进制数转换成十进制数 二进制数转换成十进制数的方法是按权展开，求加权系数之和。 (2)十进制数转换成二进制数 十进制数转换成任意进制数都可以用基数乘除法。 解：整数部分转换用除式如下，小数部分转换用如下乘式 (3)二进制数转换成八进制数和十六进制数 3.码制,第一节 数字电路概述,表7-1 常用的BCD码,第二节 基本逻辑门电路,一、与门电路 1.与逻辑关系 2.与门的逻辑符号和逻辑功能,表7-2 与门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,表7-3 或门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,图7-3 与门逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,图7-3 与门逻辑符号,二、或门电路,第二节 基本逻辑门电路,1.或逻辑关系 2.或门的逻辑符号和逻辑功能,图7-5 或门逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,图7-5 或门逻辑符号,三、非门电路,第二节 基本逻辑门电路,1. 非逻辑关系 2.非门的逻辑符号和逻辑功能,图7-6 由开关组成的 非逻辑电路,第二节 基本逻辑门电路,图7-7 非门逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,表7-4 非门逻辑状态表,四、复合门,第二节 基本逻辑门电路,与门、或门、非门是基本逻辑门，把基本逻辑门作适当的组合，便可组成复合逻 1.与非门,图7-8 与非门逻辑结构图及逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,表7-5 与非门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,2.或非门,图7-9 或非门逻辑结构图及逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,表7-6 或非门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,3.与或非门 4.异或门,第二节 基本逻辑门电路,表7-7 与或非门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,表7-8 异或门逻辑状态表,第二节 基本逻辑门电路,图7-10 与或非门逻辑结构图及逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,图7-11 异或门逻辑符号,五、集成逻辑门,第二节 基本逻辑门电路,基本逻辑门是用二极管、晶体管组成的分立元件门电路，这种门电路的缺点是使用元件多、体积大、工作速度低、可靠性差、带负载能力弱。 1.集成门电路的分类,表7-9 数字集成电路的主要产品系列,1)将闲置端悬空(相当于1态)，这样处理的缺点是易受干扰。 2)将闲置端与信号输入端并接，这样处理的优点是可以提高工作可靠性，缺点是增加前级门的负载电流。,第二节 基本逻辑门电路,3)通过一个数千欧的电阻将闲置端接到电源UCC的正极(相当于高电平1)。,图7-12 CMOS传输 门的逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,2.数字集成门电路外形举例,图7-13 三态门逻辑符号,第二节 基本逻辑门电路,图7-14 集成电路的外形,第二节 基本逻辑门电路,图7-15 四2输入与非门CT74LS00外引脚和CC4011外引脚,第二节 基本逻辑门电路,图7-16 常用集成门电路外引脚,第三节 集成触发器,一、RS触发器 1.基本RS触发器,图7-17 基本RS触发器,第三节 集成触发器,1)当S=1，R=0时，则1门有一个输入端为0，因而 =1；此时2门的输入全为1，因而Q=0。 2)当S=0，R=1时，D2门有一个输入端为0，因而Q=1；此时D1门的输入全为1，因而=0。 3)当S=R=1时，若触发器原状态是Q=0，=1则D1门输入有0出1，D2门输入全1出0，此时Q=0，=1状态不变。 4)当S=R=0时，D1门和2门都因输入有0出1而暂时为1态。,第三节 集成触发器,表7-10 基本RS触发器逻辑状态表,2.同步RS触发器,第三节 集成触发器,图7-18 同步RS触发器,第三节 集成触发器,表7-11 同步RS触发器逻辑状态表,二、JK触发器 从上述分析可看出，同步RS触发器是在CP为高电平时触发翻转，与基本RS触发器相比，对触发器翻转增加了时间控制，但这种翻转只能被控制在CP=1这一时间间隔之内，而不能控制在一个特定的时刻。,第三节 集成触发器,图7-19 主从型JK触发器,第三节 集成触发器,表7-12 JK触发器逻辑状态表,三、D触发器 主从JK触发器有多种逻辑功能，而且J、K可以是任意变量组合，因此是一种性能优良用途广泛的触发器，但它有两个输入端，在有些场合仅允许有1个输入控制端，我们把J端通过一级非门与K端相连，这样两个输入端合二为一，如图720所示，就构成了只有一个输入端的D触发器，其逻辑符号如图721所示。,第三节 集成触发器,图7-20 JK触发器转换成D触发器,第三节 集成触发器,图7-21 D触发器逻辑符号,第三节 集成触发器,表7-13 D触发器逻辑状态表,四、T触发器 T触发器是把主从型JK触发器的J、K端连在一起构成的，如图722所示，图723是它的逻辑符号。,第三节 集成触发器,图7-22 JK触发器转换成T触发器,第三节 集成触发器,图7-22 JK触发器转换成T触发器,第四节 基本数字部件,一、二进制加法器 算术运算电路是数字系统和计算机中不可缺少的单元电路，而加法器是最基本运算单元电路。 1.半加器,表7-15 半加器逻辑真值表,第四节 基本数字部件,图7-24 半加器,2.全加器,第四节 基本数字部件,图7-25 全加器,第四节 基本数字部件,表7-16 全加器逻辑状态表,第四节 基本数字部件,图7-26 4位全加器283外 引脚排列图,第四节 基本数字部件,3.全加器集成电路 二、译码器 把二进制代码代表的特定含义翻译出来的过程称为译码，完成译码功能的数字电路称之为译码器。 1.通用译码器,表7-17 4/10线译码器输入与输出关系表,2.显示译码器,第四节 基本数字部件,图7-28 7段,第四节 基本数字部件,图7-28 7段 显示器,第四节 基本数字部件,表7-18 8421十进制编码七段译码器的字段控制要求,三、编码器 把若干位二进制数码0和1，按一定规律进行编排，组成不同的代码，并且赋予每组代码以特定的含义，叫做编码。,第四节 基本数字部件,四、寄存器 用来存储数码的逻辑部件称为寄存器，它被广泛地用于各类数字系统和数字计算机中。,图7-29 BCD码七段显示译码器,第四节 基本数字部件,图7-30 3位二进制优先编码器,第四节 基本数字部件,表7-19 优先编码器74LS148,第四节 基本数字部件,图7-31 D触发器组成的四位寄存器,1.数码寄存器,第四节 基本数字部件,2.移位寄存器,图7-32 用触发器组成的四位左移寄存器,3.寄存器集成电路,第四节 基本数字部件,表7-20 状态转换表,第四节 基本数字部件,图7-33 四位寄存器74175 外引脚排列图,第四节 基本数字部件,表7-21 四位寄存器74175功能表,表7-22 四位双向移位寄存器74194功能表,五、计数器,第四节 基本数字部件,图7-34 四位双向移位 寄存器74194 外引脚排列图,第四节 基本数字部件,1.异步二进制加法计数器,图7-35 用触发器组成的异步二进制四位加法计数器,第四节 基本数字部件,表7-23 四位二进制加法计数器状态表,第四节 基本数字部件,图7-36 各级触发器的波形图,2.集成计数器,第四节 基本数字部件,图7-37 7490二五十进制 集成计数器外引线排列图,第四节 基本数字部件,表7-24 7490功能表,(1)编码选择 若QA与CP2连接，计数脉冲从CP1输入执行8421BCD编码；若QD与CP1连接，计数脉冲从CP2输入执行5421BCD编码。,第四节 基本数字部件,表7-25 8421码,表7-26 5421码,(2)进位制选择 若由CP1输入，QA输出，则是二进制计数器；若由CP2输入，QDQCQB输出，为五进制计数器；将QA接CP2，由CP1输入，QDQCQBQA输出，为8421BCD码十进制计数器；,第四节 基本数字部件,若QD接CP1，由CP2输入，QAQDQCQB输出，则为5421BCD码十进制计数器。 (3)置0、置9和计数选择 若R0（1）=R0（2）=1且S9（1）或S9（2）中任一端为0，则计数器清零；若S9（1）=S9（2）=1，则计数器置9，处于“1001”状态；用于计数时，R0（1）、R0（2）和S9（1）、S9（2）均至少有一个为低电平。 (4)电源电压 4.55.5V，通常VCC=5V。,第五节 半导体存储器,一、概述 半导体存储器可以存放数据、指令以及运算的中间结果等信息，它实际上是大量寄存器按一定规律结合起来的整体。 二、只读存储器ROM 只读存储器是存放固定不变信息的存储器，它所存储的信息是预先写入的，一旦写入，信息便固定于存储器内，正常工作时只能读出不能写入，即使断电信息也不会丢失，因此称为只读存储器，简称ROM。 1)固定ROM：其存储的信息在生产厂制造时即固定下来，用户不能改变其存储内容。,第五节 半导体存储器,2)可编程ROM：又称为PROM(Programmable ROM)，其存储的内容由用户按自己的需要写入，但只能写1次，一旦写入便不能再改动。 3)可改写ROM：又称为EPROM(Erasable PROM)，其所存内容也可由用户写入，而且可以反复擦除再写入。,图7-38 的原理结构图,第五节 半导体存储器,三、随机存取存储器RAM 随机存取存储器简称RAM，它可以在工作中随时从任何一个指定地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元中去，因此这种存储器又称为随机读/写存储器。,图7-39 的原理结构图,第六节 数字电路应用举例,图7-40 数字闹钟显示图,第六节 数字电路应用举例,图7-41 数字闹钟结构框图,1)标准时间源产生的秒脉冲是计时的基准信号，,第六节 数字电路应用举例,要求有高稳定度，通常由晶体稳频振荡器产生，再经分频电路获得，如所示。 2)计数译码显示器如图7-43所示。,图7-42 标准时间源组成电路,