数字电路基础知识

第11章 数字电路基础知识教学重点：1掌握与门、或门、非门的逻辑功能及逻辑符号。2了解与或非门、同或门、异或门、OC门与三态门等复合门的逻辑功能和逻辑符号。3掌握基本逻辑运算、逻辑函数的表示方法。4掌握逻辑代数的基本公式；熟练应用公式化简逻辑函数。教学难点：1各种逻辑关系的含义。2用公式化简逻辑函数。3根据函数表达式画出逻辑图。序号内 容学 时111.1 数字电路概述0.5211.2 基本逻辑门电路1.5311.3 组合逻辑门电路2411.4 逻辑代数及其在逻辑电路中的应用25本章小结与习题26本章总学时8学时分配：11.1 数字电路概述11.1.1 数字电路及其特点电子线路中的电信号有两大类：模拟信号和数字信号。1概念模拟信号：在数值上和时间上都是连续变化的信号。数字信号：在数值上和时间上不连续变化的信号。模拟电路：处理模拟信号的电路。数字电路：处理数字信号的电路。2数字电路特点(1) 电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。(2) 研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系，分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表，逻辑函数表达式及波形图等。11.1.2 数字电路的发展和应用数字电路的发展：与器件的改进密切相关，集成电路的出现促进了数字电路的发展。数字电路的应用：范围广泛，国民经济许多部门中都将大量应用数字电路。11.2 基本逻辑门电路各种逻辑门电路是组成数字电路的基本单元。11.2.1 关于逻辑电路的几个规定一、逻辑状态的表示方法用数字符号0和1表示相互对立的逻辑状态，称为逻辑0和逻辑1。表11.2.1 常见的对立逻辑状态示例一种状态高电位有脉冲闭合真上是¼1另一种状态低电位无脉冲断开假下非¼0二、高、低电平规定用高电平、低电平来描述电位的高低。高低电平不是一个固定值，而是一个电平变化范围，如图11.2.1(a)所示。图11.2.1 正逻辑和负逻辑单位用“V”表示。在集成逻辑门电路中规定 标准高电平VSH 高电平的下限值；标准低电平VSL 低电平的上限值。应用时，高电平应大于或等于VSH；低电平应小于或等于VSL。三、正、负逻辑规定正逻辑：用1表示高电平，用0表示低电平的逻辑体制。负逻辑：用1表示低电平，用0表示高电平的逻辑体制。11.2.2 与门电路基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑。一、与逻辑1与逻辑关系与逻辑关系如图11.2.2所示。当决定一件事情的几个条件全部具备后，这件事情才能发生，否则不发生。 图11.2.2 用串联开关说明与逻辑关系 图11.2.3 与门电路2与门电路，如图11.2.3(a)所示。A、B 输入端；Y 输出端。3逻辑符号，如图11.2.3(b)所示。二、工作原理1工作原理动画 与门电路2逻辑函数式Y = A ×B或 Y = A × B或 Y = AB (11.2.1)3真值表真值表 表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表。表11.2.2 与门真值表输 入输 出ABY001101010001图11.2.4 四输入端与门4逻辑功能如图11.2.4所示，与门逻辑功能为：“有0出0，全1出1”。即Y = ABCD说明：输入端不论是几个，逻辑关系相同。11.2.3 或门电路一、或逻辑1或逻辑关系或逻辑关系如图11.2.5所示。当决定一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。2或门电路或门电路如图11.2.6(a)所示。3逻辑符号或门的逻辑符号如图11.2.6(b)所示。 图11.2.5 用并联开关说明或逻辑关系 图11.2.6 或门电路二、工作原理1工作原理VA = 0 V，VB = 0 V，V1 、V2均截止，Y = -12 V；VA = 6 V，VB = 0 V，V1导通，V2截止，Y = 6 V；VA = 0 V，VB = 6 V，V1截止，V2导通，Y = 6 V；VA = 6 V，VB = 6 V，V1、V2均导通，Y = 6 V。2逻辑函数式 Y = A + B (11.2.2)3真值表表 11.2.3 或门真值表输 入输 出ABY001101010111图11.2.7 四输入端或门4逻辑功能或门的逻辑功能为“全0出0，有1出1”，其逻辑表达式为Y = A + B + C + D说明：输入端不论是几个，逻辑关系是相同的，如图11.2.7所示。11.2.4 非门电路一、非逻辑关系1非逻辑关系非逻辑关系：事情和条件总是相反状态。图11.2.8 非门电路2非门电路非门电路如图11.2.8(a)所示。3逻辑符号非门逻辑符号如图11.2.8(b)所示。二、工作原理1工作原理VA = 6 V，V导通，Y = 0；VA = 0 V，V截止，Y = VG。2逻辑函数式为 (11.2.3)3真值表表 11.2.4 非门真值表输 入输 出AY01104逻辑功能：有0出1，有1出0。11.3 组合逻辑门电路实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。11.3.1 几种常见的简单组合门电路一、与非门1电路组成图11.3.1 与非门在与门后面接一个非门，就构成了与非门，如图11.3.1所示。2逻辑符号在与门输出端加上一个小圆圈，就构成了与非门的逻辑符号。3函数表达示式与非门的函数逻辑式为 (11.3.1)4真值表表11.3.1给出了与非门的真值表。5逻辑功能与非门的逻辑功能为“全1出0，有0出1”。表11.3.1 与非门真值表ABA × B0011010100011110二、或非门图11.3.2 或非门1电路组成在或门后面接一个非门就构成了或非门，如图11.3.2所示。2逻辑符号在或门输出端加一小圆 圈就变成了或非门的逻辑符号。3逻辑函数式或非门逻辑函数式为 (11.3.2)4真值表表11.3.2给出了或非门的真值表。表11.3.2 或非门真值表ABA × B00110101011110005逻辑功能或非门的逻辑功能为“全0出1，有1出0”。图11.3.3 与或非门三、与或非门1电路组成把两个(或两个以上)与门的输出端接到一个或非门的各个输入端，就构成了与或非门。与或非门的电路如图11.3.3(a)所示。2逻辑符号与或非门的逻辑符号如图11.3.3(b)所示。3逻辑函数式与或非门的逻辑函数式为 (11.3.3)4真值表表11.3.3给出了与或非门真值表。表11.3.3 与或非门真值表ABCDY000000001111111100001111000011110011001100110011010101010101010111101110111000005逻辑功能与或非门的逻辑功能为：当输入端中任何一组全为1时，输出即为0；只有各组输入都至少有一个为0时，输出才为1。图11.3.4 异或门四、异或门1电路组成异或门的电路如图11.3.4(a)所示。2逻辑符号异或门的逻辑符号如图11.3.4(b)所示。3逻辑函数式异或门的逻辑函数式为 (11.3.4)上式通常也写成 Y = A Å B (11.3.5)4真值表表11.3.4给出了异或门真值表。表11.3.4 异或门真值表ABY0011010101105逻辑功能：当两个输入端的状态相同(都为0或都为1)时输出为0；反之，当两个输入端状态不同(一个为0，另一个为1)时，输出端为1。6应用：判断两个输入信号是否不同。图11.3.5 同或门五、同或门1电路组成在异或门的基础上，最后加上一个非门就构成了同或门，如图11.3.5(a)所示。2逻辑符号同或门逻辑符号如图11.3.5(b)所示。3逻辑函数式同或门逻辑函数式为 (11.3.6)同或门逻辑函数式通常也写成 Y = A B (11.3.7)4真值表表11.3.5给出了同或门的真值表。表11.3.5 同或门真值表ABY0011010110015逻辑功能：当两个输入端的状态相同(都为0或都为1)时输出为1；反之，当两个输入端状态不同(一个为0，另一个为1)时，输出端为0。6应用：判断两个输