數(shù)字邏輯電路

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1、數(shù)字邏輯電路前面學(xué)習(xí)了能夠處理隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(模擬信號)的模擬電路，本章將繼續(xù)學(xué)習(xí)能夠處理不連續(xù)的突變信號(數(shù)字信號)的數(shù)字電路(digitalcircuit)。目前，數(shù)字電路正快速向多功能、高集成方向發(fā)展，其中電子計(jì)算機(jī)技術(shù)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。數(shù)字電路與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療儀器和設(shè)備中。本章主要闡述邏輯控制、脈沖計(jì)數(shù)和數(shù)字顯示的基本原理，介紹常用的計(jì)數(shù)器和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。主要內(nèi)容第一節(jié)基本邏輯電路第二節(jié)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第三節(jié)脈沖的計(jì)數(shù)和顯示第四節(jié)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換第一節(jié)基本邏輯電路所謂邏輯是指“條件”與“結(jié)果”的關(guān)系。邏輯電路(logiccircu

2、it)是用電路的輸入信號反映“條件”，用電路的輸出信號反映“結(jié)果”。電路的輸出與輸入之間構(gòu)成一定的邏輯關(guān)系。邏輯變量是指具有“真”、“假”兩個值的量，在邏輯運(yùn)算中用0和1兩個數(shù)碼代表邏輯值，0代表“假”，1代表“真”。在電子線路中，如果一個電壓變量只取高、低兩個電平，且在這兩個電平之間的轉(zhuǎn)換都是快速的，那么它們就可以作為邏輯變量。在正邏輯中，把低電平作為邏輯值0，把高電平作為邏輯值1。而負(fù)邏輯則相反。以下的內(nèi)容只使用正邏輯。一.基本邏輯門電路基本邏輯門電路有與門(ANDgate)、或門(ORgate)及非門(NOTgate)，分別可以完成與、或、非三種邏輯運(yùn)算。這三種邏輯運(yùn)

3、算可以用晶體二極管和晶體三極管等分立元件組成的電路來實(shí)現(xiàn)，也可以用集成電路來實(shí)現(xiàn)。1.與門電路上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極管與門電路、常用邏輯符號、邏輯表達(dá)式及真值表。其中A、B分別為兩個輸入端，F(xiàn)為輸出端。這種電路之所以能實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算，是因?yàn)檩敵龆说碾娖奖蛔畹碗娖降妮斎攵算Q位，只有在輸入端全為高電平時(shí)，輸出端才能是高電平。也就是說輸入全為1時(shí)，輸出才為1。從電路的結(jié)構(gòu)來看，這種基本的與門電路有它的局限性：①輸出低電平時(shí)，其值比輸入端低電平高一個二極管的正向電壓降，因此一個邏輯量連續(xù)通過2~3個這樣的門電路后，代表0值的低電平就不再符合要求。②輸出端為高電平時(shí)，向負(fù)載供應(yīng)

4、電流的能力受電阻R的限制，負(fù)載電流過大時(shí)，R兩端的壓降就不容忽視，代表1值的高電平就不再符合要求。③當(dāng)輸入端電平變化時(shí)，輸出端電平的變化總是要落后一定的時(shí)間。此時(shí)間主要是由二極管在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程而產(chǎn)生的，稱為門電路的延遲時(shí)間。2.或門電路上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極管或門電路、常用邏輯符號、邏輯表達(dá)式及真值表。其中A、B分別為兩個輸入端，F(xiàn)為輸出端。這種電路之所以能實(shí)現(xiàn)或運(yùn)算，是因?yàn)檩敵龆说碾娖奖蛔罡唠娖降妮斎攵算Q位，只要輸入端有一個高電平時(shí)，輸出就是高電平。也就是說輸入有一個為1時(shí)，輸出即為1。輸入端全為0時(shí)，輸出才為0。這種或門電路的局限性與前面的

5、與門相類似。3.非門電路非門電路只有一輸入端，輸出端與輸入端的狀態(tài)總是相反。當(dāng)輸入端A是高電平時(shí)，輸出端F是低電平；當(dāng)輸入端是低電平時(shí)，輸出端則是高電平。簡單的非門電路實(shí)際就是一個反相器，適當(dāng)選擇RC和RB，當(dāng)輸入端A為高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，輸出端F為低電平(約為0．2伏)；當(dāng)輸入端A為低電平時(shí)(0伏左右)，三極管截止，輸出端F為高電子(約為Ec)。這就是說，輸入1時(shí)，輸出0；輸入0時(shí)，輸出1，實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算。上圖為電路、邏輯符號、邏輯表達(dá)式及真值表。這種簡單的非門電路具有如下特點(diǎn)：①由于晶體三極管是有源器件，輸出電平不但不會逐級惡化，而且比輸入端有所改善，作串聯(lián)使用時(shí)無

6、電平偏移。所以常用它和與門、或門組成與非門及或非門。②這種電路向負(fù)載提供電流的能力一般比較差。③電路的延時(shí)主要發(fā)生在輸出電平由0變1時(shí)，這是由于三極管的延時(shí)主要產(chǎn)生在由飽和變?yōu)榻刂沟幕謴?fù)階段上。為了擴(kuò)展邏輯功能，由上述三種基本邏輯門電路還可以組成多種復(fù)合門電路。如與門和非門串聯(lián)可組成與非門，或門和非門串聯(lián)可組成或非門，與門、或門和非門串聯(lián)組成與或非門等。實(shí)際應(yīng)用的邏輯系統(tǒng)往往具有較復(fù)雜的邏輯關(guān)系。它需要用一些基本門電路和復(fù)合門電路組合起來，以實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能。這種由若干個門電路組成的電路稱為組合邏輯電路。常用的組合邏輯電路有編碼器、譯碼器等，它們在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用

7、。上圖是數(shù)字頻率計(jì)控制電路，其中的與門是用來控制脈沖信號能否進(jìn)入計(jì)數(shù)器的開關(guān)。它有兩個輸入端；被測信號（頻率為fx）經(jīng)脈沖形成電路變成計(jì)數(shù)脈沖（重復(fù)頻率fx）加到A端；控制與門開和關(guān)的信號（門控制信號）加到B端。二.集成門電路集成門電路可分為兩大類：一類是以半導(dǎo)體三極管為主要器件，稱為雙極型集成門電路；另一類是以MOS型場效應(yīng)管為主要器件，稱為MOS型或單極型集成門電路。1.雙極型集成門電路雙極型集成門電路以與非門為基礎(chǔ)。圖為與非門的邏輯符號及邏輯表達(dá)式，其邏輯關(guān)系可解釋為：當(dāng)輸入有低電平“0”時(shí)，輸出為高電平“1