第13章數字電子技術基礎學習目標【知識目標】1.了解模擬信號與數字信號的特點

2.了解常用數制及數制之間的轉換方法

3.了解8421BCD碼的表示形式

4.了解與門、或門、非門等基本邏輯門的邏輯功能及其電氣符號

5.了解與非門、或非門等復合邏輯門的邏輯功能及其電氣符號

6.了解常用TTL及CMOS集成門電路的型號、使用常識及其引腳排列【技能目標】

1.能識別常用集成邏輯門電路的型號及引腳功能。

2.會測試常用集成門電路的邏輯功能并判斷其好壞。主要內容13.1數字電路基礎知識

13.1.1模擬信號與數字信號

13.1.2數制

13.1.3BCD碼13.2邏輯門電路

13.2.1基本邏輯門

13.2.2復合邏輯門

13.2.3集成門電路13.2.4邏輯函數及其化簡13.1數字電路基礎知識13.1.1模擬信號與數字信號在電子電路中傳輸和處理的信號是電信號，即指隨時間變化的電壓或電流。比如電視、手機接收的無線電信號和固定電話中傳輸的電流信號等。電子技術中的電信號大致可分為兩大類：模擬信號和數字信號。

【模擬信號】：如圖13-2a所示，在數值上和時間上都是連續變化的信號，稱為模擬信號。用來處理模擬信號的電路稱為模擬電路。

【數字信號】：如圖13-2b所示,在數值和時間上均離散（也就是不連續）的信號，稱為數字信號。對數字信號進行傳遞、處理、運算和存儲的電路稱為數字電路。（a）模擬信號（b）數字信號圖13-2數字信號和模擬信號13.1.2數制

1.常用數制

【十進制】

十進制是日常生活和工作中最常使用的進位計數制，在十進制數中，有0、1、2、3、4、5、6、7、8和9十個數碼，通常把數碼的個數稱為基數，所以十進制數的基數是10，超過9的數必須用多位表示，其中低位和相鄰高位之間的關系是“逢十進一”，故稱之為十進制數。十進制數中不同位置上的數的單位數值，稱為權值，例如，123.123，從小數點開始，左起第一位（個位）的權為100，第二位（十位）的權為101，從小數點開始，右起第一位（十分位）的權為10－1，第二位（百分位）的權為10－2。故123.123可按權展開成多項式形式：

(123.123)10＝1×102＋2×101＋3×100＋1×10－1＋2×10－2＋3×10－3

所以，任意一個十進制數可表示為：

式中ki是第i位的系數，它可以是0~9十個數碼中的任意一個。如果以N取代上式中的10，則可得到任意進制數按權展開的形式：

式中，ki為第i位的系數，Ni為第i位的權。

【二進制】

二進制數在數字電路中使用，其只有二個數碼，即0和1，遵循“逢二進一”的進位規律，比如二進制數1101.11的權展開式為：

(1101.11)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋1×2－2

所以，任意一個二進制數可表示為：

2.二進制與十進制數的相互轉換

【二進制轉換為十進制】

二進制數轉換為十進制數的換算方法是：“按權展開相加法”,即將二進制數按權的形式展開，然后按十進制數求和,所得結果即為對應的十進制數。例如：(1101.101)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=8+4+1+0.5+0.125=(13.625)10【十進制轉換為二進制】

十進制數轉換為二進制數可采用“除2取余法”，即用二進制的基數2不斷去除待轉換十進制數，直到商為0，將每次除基數所得余數從后往前按順序排列，也就是先得到的余數為低位，后得到的余數為高位。得到的結果就是對應的二進制數。例如將(35)10轉換成二進制數?！径M制數和十六進制數之間的轉換】

由于十六進制數的基數16=24，所以一個四位二進制數相當于一位十六進制數。二進制數轉換為十六進制數的方法，是將一個二進制數從高位到低位，每四位分成一組，每組應轉換成一位十六進制數。十六進制數轉換為二進制數的方法，是從高位到低位，將每一位十六進制數轉換成四位二進制數。

例如將二進制數（1100101111）2轉換成十六進制數。

（1100101111）2=（32F）1613.1.3BCD碼在數字系統中，對十進制數的運算處理通常都是將其轉換成二進制數，再進行運算。這種用二進制代碼表示的十進制數的方法，稱為二—十進制編碼，簡稱BCD碼。

BCD編碼的方式有很多，其中最常用的是8421BCD碼。這種方法是用4位二進制碼表示十進制數的0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十個數碼。這四位二進制數各位的權值從左至右依次為8、4、2、1，每組代碼加權系數之和，就是它代表的十進制數，例如代碼0101，即代表十進制數0+4+0+1=5。故稱8421碼。表13-1為十進制數和8421BCD編碼的對應關系表。

表13-18421BCD碼13.2邏輯門電路13.2.1基本邏輯門

1、與門電路

【與邏輯關系】

與邏輯關系是指，只有當決定某一事件的全部條件都具備之后，該事件才發生，否則就不發生的一種邏輯關系。例如圖13-3a所示電路中，只有當開關A與B全部閉合時，燈泡Y才亮；若開關A或B其中有一個不閉合，燈泡Y就不亮。在數字電路中，這種邏輯關系表示為Y＝AB或Y=AB，讀作“A與B”。如果設開關的接通狀態為1，斷開狀態為0，指示燈亮為1，指示燈滅為0，則可得與邏輯關系的運算規則為：00=0，01=0，10=0，11=1。與邏輯真值表ABY000110110001a)與邏輯舉例b)電路符號c)真值表圖13-3與邏輯運算關系

【與門電路】

與門指能夠實現與邏輯關系運算的電路，其電路符號如圖14-3b所示。一個與門有兩個或兩個以上的輸入端，只有一個輸出端，輸入、輸出之間的邏輯函數，即邏輯關系為：

Y＝AB

與門的邏輯功能可以用真值表來描述，見圖14-3c所示。由真值表可以看出與門電路的邏輯功能為：當輸入只要有一端為0時，輸出就為0；只有當輸入全為1時，輸出才為1。2、或邏輯及或門

【或邏輯關系】

或邏輯是指：在決定某事件的諸條件中，只要有一個或一個以上的條件具備，該事件就會發生；當所有條件都不具備時，該事件才不發生的一種邏輯關系。例如圖13-4a所示電路中，只要開關A或B其中任一個閉合，燈泡Y就亮；只有A、B都不閉合時，燈泡Y才不亮。在數字電路中，這種邏輯關系表示為Y＝A＋B，讀作“A或B”

邏輯關系的運算規則為：0＋0=0，0＋1=1，1＋0=1，1＋1=1。或邏輯真值表ABY000110110111a)或邏輯舉例b)電路符號c)真值表圖13-4或邏輯運算關系

【或門電路】或門指能夠實現或邏輯關系運算的電路，其電路符號如圖14-4b所示。一個或門有兩個或兩個以上的輸入端，只有一個輸出端，輸入、輸出之間的邏輯函數為：

Y＝A＋B

或門電路的邏輯功能如真值表14-4c所示。由真值表可知或門電路的邏輯功能為：當輸入只要有一端為1時，輸出就為1；只有當輸入全為0時，輸出才為0。3、非邏輯及非門

【非邏輯關系】非邏輯是指：決定某事件的唯一條件不滿足時，該事件就發生；而條件滿足時，該事件反而不發生的一種因果關系。如圖13-5a所示電路，當開關A閉合時，燈泡Y不亮；當開關A斷開時，燈泡Y才亮。這種因果關系就是非邏輯關系。在數字電路中，這種邏輯關系表示為Y＝，讀作“A非”或“非A”。在邏輯代數中，非邏輯稱為“求反”?！狈沁壿嬯P系的運算規則為：=1，=0。非邏輯真值表AY0110a)非邏輯舉例b)電路符號c)真值表圖13-5非邏輯運算關系【非門電路】

非門是指能夠實現非邏輯關系的門電路。它有一個輸入端，一個輸出端。其電路符號如圖13-5b所示。邏輯函數為：

Y＝非門電路的真值表如表13-5c所示。由表可見，非門電路的邏輯功能就是取反。13.2.2復合邏輯門電路

1.與非門與非門電路符號如圖13-6b所示，實際就相當于是將一個與門和一個非門按圖13-6a所示連接，它的邏輯函數式為：

Y＝＝與非門電路的真值表見表13-6c所示。由此可知，與非門的邏輯功能為：當輸入全為高電平時，輸出為低電平；當輸入有低電平時，輸出為高電平。或邏輯真值表ABY000110111110a)與非門電路結構b)圖形符號c)真值表圖13-6與非邏輯運算關系2、或非門

把一個或門和一個非門連接起來就可以構成一個或非門，如圖13-7a所示。或非門也可有多個輸入端和一個輸出端?；蚍情T的電路符號如圖13-7b所示，它的邏輯表達式為：

Y=

或非門真值表如表13-7c所示。由表可知，或非門的邏輯功能為：當輸入全為低電平時，輸出為高電平；當輸入有高電平時，輸出為低電平。或邏輯真值表ABY000110111000a)或非門電路結構b)圖形符號c)真值表圖13-7或非邏輯運算關系13.2.3集成門電路

將若干個門電路，經集成工藝制作在同一芯片上，加上封裝，引出管腳便成為集成門電路，常見的集成門電路有TTL系列和CMOS系列兩大類。

1.TTL集成電路簡介雙極型三極管—三極管邏輯電路，簡稱TTL電路，它是一種性能優良的門電路，它的開關速度快，抗干擾能力強，帶負載能力強因而得到廣泛應用。

TTL集成門電路有許多不同的系列，總體可分為54系列和74系列，54系列為滿足軍用需要設計，工作溫度范圍為－50～+125℃；74系列為滿足民用要求設計，工作溫度范圍為0～+70℃。而每一大系列中可分為以下幾個子系列（以74為例）：

【74系列】

又稱標準TTL系列，屬中速TTL器件。

【74L系列】

為低功耗TTL系列，又稱LTTL系列。

【74H系列】

為高速TTL系列，又稱HTTL系列。

【74S系列】

為肖特基TTL系列，又稱STTL系列。

【74LS系列】

為低功耗肖特基系列，又稱LSTTL系列。

【74AS系列】

為先進肖特基系列，又稱ASTTL系列。

【74ALS系列】

為先進低功耗肖特基系列，又稱ALSTTL系列，是74LS系列的后繼產品。其中74（基本型）子系列為早期TTL產品，已基本淘汰，74LS子系列以其性價比高、綜合性能好而應用最廣，目前仍為主流應用品種之一。2.CMOS集成電路簡介

CMOS電路是互補金屬氧化物半導體集成電路的簡稱，由于功耗低（25～100μW），電源電壓范圍寬（3～18V），輸入阻抗高（大于100MΩ），扇出能力強，抗干擾能力強，集成度高，成本低等特點，應用范圍很廣，正在逐漸取代TTL電路。在我國CMOS集成門電路分為CC4000系列和C000系列兩大類。CC4000系列產品與國際標準相同，只要4后面的數字相同，即為相同功能，相同特性的器件，可直接互換使用。C000系列產品與CC4000系列的引線排列不盡形同，大多不能直接代換，使用時應注意區別。3.常見集成門電路

【集成邏輯門的內部結構】一般一個邏輯門集成塊內部包含幾個相同模塊的邏輯功能單元，它們在集成塊內部相對獨立，占用不同的管腳作為輸入和輸出端，但共用電源和接地管腳，如圖13-9所示是四路二輸入與非門74LS00內部邏輯和管腳排列圖，“四路”表示它有相同的四個邏輯功能單元，“二輸入”指每個邏輯功能單元有二個輸入端，“與非門”表示每個邏輯單元的功能。從圖13-8可以清晰的看到該集成塊包含四個相同的相對獨立的與邏輯門，各自占用不同的集成塊管腳，在變量字母后加不同的數字加