电工电子技术及应用教学课件作者刘荣第十章数字电路.ppt

第十章 数字电路,第一节 数字电路基础知识 第二节 逻辑门电路 第三节 触发器 第四节 计数器 第五节 译码及显示电路 第六节 数/模和模/数转换,第一节 数字电路基础知识,一、数制 1.二进制数 二进制数是用0和1两个数码按照一定规律排列来表示数值大小的，其计数规律是“逢二进一”，它是以2为基数的计数体制 与十进制数的表示方法相似，任意一个n位二进制数正整数可展开为,下一页,第一节 数字电路基础知识,一、数制 2.十进数 十进制数是用0-9十个数码按照一定规律排列来表示数值大小的，数码的个数为基数，十进制数的计数规律是“逢十进一”，故称为十进制 任何一个n位十进制整数都可以写成 3.八进制数 在八进制中，有0 -7八个数字符号，计数的基数为8，计数规律是“逢八进一”，各位数的权是8的幂，n位八进制正整数的表达式为,下一页,上一页,第一节 数字电路基础知识,一、数制 4.十六进制 计数的基数为16,有十六个数字符号:0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F计数规律是“逢十六进一”，n位十六进制正整数的表达式为 5.二-十进制数的转换 二进制数转换为十进制数的方法是:“按权展开，取各位加权系数之和”,下一页,上一页,第一节 数字电路基础知识,二、码制 通常把表示文字、符号等信息的二进制数码称为代码 建立这种代码与文字，符号或其他特定对象之间一对应关系的过程，称为编码。

由于在数字电路中经常用到二进制数码，而人们更习惯于使用十进制数码，所以，常用四位二进制数码来表示一位十进制数码，称为二-十进制编码( Binary Coded Decimals System，简称BCD码)，表10-1所示是8421BCD码上一页,返 回,第二节 逻辑门电路,一、与门电路 与逻辑关系是指当几个条件同时满足时其结果才成立 与逻辑关系可用逻辑表达式表示 Y=A·B 称为逻辑与(逻辑乘)但应注意这和普通代数中数的乘法运算完全是两回事，逻辑与运算只有有限的儿种情况，即 0·0=0 0·1=0 1·0=0 1·1=1 与逻辑门电路可以用如图10-4所示的符号表示,下一页,第二节 逻辑门电路,二、或门电路 或逻辑关系是指在几个条件中，只要其中一个得到满足结果就成立 或逻辑用逻辑表达式表示如下 Y=A+B 逻辑或运算有以下几种情况 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 或逻辑门电路的逻辑符号图见图10-7,下一页,上一页,第二节 逻辑门电路,三、非门电路 非逻辑关系是指结果与条件相反，也称逻辑反 非逻辑关系的逻辑表达式为 它的运算只有两种情况 非门逻辑符号见图10-10,下一页,上一页,第二节 逻辑门电路,四、复合门电路 最常见的这类复合逻辑有与非、或非、与或非、异或、同或等。

与非门电路是与门和非门的组合，其逻辑表达式为 与非门逻辑状态表见表10-5，逻辑符号图见图10-11 或非门电路是或门和非门的组合，其逻辑表达式为 或非门逻辑状态表见表10-6，逻辑符号图见图10-12,下一页,上一页,第二节 逻辑门电路,四、复合门电路 与或非门电路由与门、或门、非门组成，其逻辑表达式 与或非门逻辑状态表见表10 -7，逻辑符号图见图10-13 异或门电路的特点是两个输入端信号不同时输出为1;输入信号相同时输出为0它的逻辑表达式为 异或门的逻辑状态表见表10 -8，逻辑符号图见图10-14,上一页,返 回,第三节 触发器,一、JK触发器 JK触发器的结构有多种，无论是何种结构，其共同的特征是消除了输入信号之间的约束关系，从而极大地提高了使用的灵活性JK触发器是一种功能最齐全的触发器，它的应用很广，其图形符号见图10-16 表10 -9是JK触发器的逻辑状态表JK触发器的功能还可用方程表示如下,下一页,第三节 触发器,二、D触发器 D触发器的符号见图10-18，它只有一个同步输入端D图形符号中CP端不标注小圆圈，表明触发器在时钟脉冲上升沿触发触发器的输出决定于时钟脉冲到来之前时D的状态，其逻辑状态表见表10-10，或用方程表示如下,下一页,上一页,第三节 触发器,三、基本RS触发器 基本RS触发器由两个集成与非门或者或非门各自的输入、输出端相互交叉耦合而成。

图10 -19(a)是由与非门构成的基本RS触发器图10 -19(b)是它的符号 表10-11和图10-20给出了基本RS触发器输入、输出端的逻辑关系及工作波形,下一页,上一页,第三节 触发器,四、同步RS触发器 在基本RS触发器的基础上，再增加两个与非门C和D(称为控制门)，就构成厂同步RS触发器，见图10-21(a) (1)当异步输入端 有效时( 或 时)，触发器不受CP的控制直接“置1”或“置0“. (2)当异步输入端 无效( )时，CP控制触发器的动作 表10-12列出厂同步RS触发器各输入端信号与触发器输出之间的关系，图10-22示出了同步RS触发器的工作波形,上一页,返 回,第四节 计数器,一、二进制计数器 图10-23是用JK触发器组成的四位异步二进制计数器，各触发器的J=K=1，触发器处于计数状态 首先，利用四个触发器的 端，同时输入一个负脉冲，使其全部置0，称为清零 当第一个计数脉冲到来时，其下降沿触发F1翻转，Q1由01，计数器的状态为Q4Q3Q2Q1=0001，相当于十进制数的1 当第二个计数脉冲到来时，其下降沿触发F1翻转，Q1由10,计数器的状态为Q4Q3Q2Q1=0010，相当于十进制数的2 依此类推，随着计数脉冲逐一输入F1，后面的触发器将依次翻转，前一位触发器翻转两次即形成一个完整的进位脉冲，使后一位翻转一次。

计数器中的状态随计数器脉冲的不断输入按递增规律计数，故该触发器又称为加法计数器，其工作状态及波形图见图10-24,下一页,第四节 计数器,二、十进制计数器 二进制计数器结构简单，但读数不习惯，所以在有些场合采用十进制计数器较为方便前面已经讲过最常用的8421编码方式，是取四位二进制数的前十种组合“0000-1001”来表示十进制数的0~9十个数码的，这样便可用四位二进制计数器从0计到9(从0000到1001)之后，越过其后6种状态，直接恢复到0(即0000)，并向上发出进位脉冲，构成一个十进制计数器 依据上述思想组成的十进制计数器如图10 -25所示 从图中可见，计数器输出端Q4和Q2接到一个与非门的输入端，这个与非门称为反馈与非门，它的输出端接到所有触发器的置0端 ，即,上一页,返 回,第五节 译码及显示电路,一、常用显示器件 1.液晶显示器(LCD) 液晶是一种既有液体流动性又有晶体光学特性的有机化合物液晶显示器的结构见图10-28 2.半导体数码管(LED ) 用七个条形发光二极管，组成七段笔画数码字形就构成了半导体数码管，如图10-29(a)所示 LED中的一七个发光二极管有共阳极和共阴极两种接法，如图10-29 (b)所示。

因此相应地需要低电平和高电平分别去驭动下一页,第五节 译码及显示电路,二、译码及显示电路 图10-30是一位十进制计数器的译码、显示电路框图 把译码器输入与输出信号的关系列表进行比较，见表10-14,上一页,返 回,第六节 数/模和模/数转换,一、A/D转换器 A/D转换器是用以将模拟信号转换成数字信号的电路 输入的模拟信号是连续变化的电压或电流，通过A/D转换后，输出的数字代码信号是在时间上不连续的信号，因此，在进行A/D转换时，需要在一个采样时钟信号控制下，按一定的时间间隔抽取模拟信号，称为采样为了正确无误(不失真)地用采样信号来反映输入模拟信号的变化，必须满足采样频率fs(采样周期Ts的倒数)大于或等于输入模拟信号最高频率分量的频率fimax的2倍，即 这就是采样定理，它规定厂A/D转换频率的下限下一页,第六节 数/模和模/数转换,一、A/D转换器 ADC0809是8位8路CMOS集成A/D转换电路，共有28个端子，其引线排列如图10-31所示 ADC0809虽然可以输入8路模拟信号，但某一时刻只能对其中一路模拟输入进行转换，当ALE为低电平时，由ADD2 , ADD1, ADD0经过译码选择其中一路进行转换，选通关系见表10-15,下一页,上一页,第六节 数/模和模/数转换,二、D/A转换器 D/A转换器接收数字信号，输出一个与输入数字量成正比的模拟电压或电流。

D/A转换输入数字量一般为n位二进制代码，并且需要一个参考电源UREF 表10-16是输入数字量与输出模拟电压之间的对应关系 n位D/A转换器输出电压为 图10-32是将DAC0832接为直通形式,上一页,返 回,表10-1 8421BCD码编码表,返 回,,图10-4 与门电路符号,返 回,,图10-7 或门电路符号,返 回,,图10-10 非门电路符号,返 回,,表10-5 与非门逻辑状态,返 回,,图10-11 与非门电路符号,返 回,,表10-6 或非门逻辑状态,返 回,,图10-12 或非门电路符号,返 回,,表10-7 与或非门逻辑状态,返 回,,图10-13 与或非门电路符号,返 回,,表10-8 异或门逻辑状态,返 回,,图10-14 异或门电路符号,返 回,,图10-16 JK触发器的符号,返 回,,表10-9 JK触发器的逻辑状态,返 回,,图10-18 D触发器的符号,返 回,,表10-10 D触发器的逻辑状态,返 回,,图10-19 基本RS触发器,返 回,,表10-11 基本RS触发器逻辑状态,返 回,,图10-20 基本RS触发器的工作波形,返 回,,图10-21 同步RS触发器,返 回,,表10-12 RS触发器输入与输出信号间关系,返 回,,图10-22 同步RS触发器的工作波形,返 回,,图10-23 四位异步二进制计数器,返 回,,图10-24 四位二进制计数器的工作波形,返 回,,图10-25 十进制计数器,返 回,,图10-28 液晶显示器的结构,返 回,,图10-29 半导体数码管,返 回,,图10-30 计数、译码、显示电路框图,返 回,,表10-14 显示译码器输入、输出状态表,返 回,,图10-31 ADC0809外引线排列,返 回,,表10-15 ADC0809的选通关系,返 回,,表10-16 四位D/A转换器输入数字量与输出模拟电压之间的对应关系,返 回,图10-32 DAC0832典型直通接线图,返 回,。