《城市軌道交通

電工電子技術(shù)及應(yīng)用》

（20學(xué)時(shí)）

單元10數(shù)字電路單元10.數(shù)字電路單元學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)字電路的基本概念；了解常用的幾種數(shù)制和碼制；掌握常用的門電路；掌握邏輯代數(shù)的基本公式和法則；掌握組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法；掌握編碼器和譯碼器的邏輯功能；掌握常見的觸發(fā)器；掌握時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)和分析方法；掌握計(jì)數(shù)器和寄存器的邏輯功能；掌握555定時(shí)器；了解數(shù)模和模數(shù)變換器、ROM和RAM存儲(chǔ)器。用于存儲(chǔ)、傳遞和處理數(shù)字信號(hào)的電子電路稱為數(shù)字電路。數(shù)字電路的主要邏輯單元是邏輯門電路和觸發(fā)器。由于數(shù)字電路具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、便于集成和存儲(chǔ)等特點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、數(shù)字式家用電器、數(shù)字儀表、數(shù)字控制裝置及工業(yè)邏輯系統(tǒng)等領(lǐng)域。1、數(shù)字電路一．概述

數(shù)字電路中的工作信號(hào)通常都是持續(xù)時(shí)間短暫的躍變信號(hào)，稱為脈沖信號(hào)。

2、脈沖信號(hào)一．概述

實(shí)際矩形波及矩形脈沖波形參數(shù)十進(jìn)制：由0、1…9十個(gè)數(shù)碼組成，進(jìn)位規(guī)則是逢十進(jìn)一，計(jì)數(shù)基數(shù)為10。二進(jìn)制：由0、1兩個(gè)數(shù)碼組成，進(jìn)位規(guī)則是逢二進(jìn)一，計(jì)數(shù)基數(shù)為2。BCD碼：3、幾種常用數(shù)制與碼制一．概述

十進(jìn)制數(shù)01234567898421BCD碼0000000100100011010001010110011110001001（1）與邏輯（與門）

與邏輯的定義：僅當(dāng)決定事件（Y）發(fā)生的所有條件（A，B，C，…）均滿足時(shí)，事件（Y）才能發(fā)生。表達(dá)式為：開關(guān)A，B串聯(lián)控制燈泡YＹ＝ＡＢＣ…1、分立元件門電路二．門電路兩個(gè)開關(guān)必須同時(shí)接通，燈才亮。邏輯表達(dá)式為：Ｙ＝ＡＢA、B都斷開，燈不亮。A斷開、B接通，燈不亮。A接通、B斷開，燈不亮。A、B都接通，燈亮。這種把所有可能的條件組合及其對(duì)應(yīng)結(jié)果一一列出來的表格叫做真值表。將開關(guān)接通記作1，斷開記作0；燈亮記作1，燈滅記作0。可以作出如下表格來描述與邏輯關(guān)系：功能表Ｙ＝ＡＢ真值表邏輯符號(hào)二極管與門（2）或邏輯（或門）

或邏輯的定義：當(dāng)決定事件（Y）發(fā)生的各種條件（A，B，C，…)中，只要有一個(gè)或多個(gè)條件具備，事件（Y）就發(fā)生。表達(dá)式為：

開關(guān)A，B并聯(lián)控制燈泡YＹ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…兩個(gè)開關(guān)只要有一個(gè)接通，燈就會(huì)亮。邏輯表達(dá)式為：Ｙ＝Ａ+ＢA、B都斷開，燈不亮。A斷開、B接通，燈亮。A接通、B斷開，燈亮。A、B都接通，燈亮。Y=A+B真值表功能表邏輯符號(hào)二極管或門（3）非邏輯（非門）

非邏輯指的是邏輯的否定。當(dāng)決定事件（Y）發(fā)生的條件（A）滿足時(shí)，事件不發(fā)生；條件不滿足，事件反而發(fā)生。表達(dá)式為：Ｙ＝Ａ開關(guān)A控制燈泡YY=AA斷開，燈亮。A接通，燈滅。真值表功能表邏輯符號(hào)晶體管非門（4）常用復(fù)合門電路邏輯符號(hào)邏輯表達(dá)式與非門或非門異或門與或非門

按所使用的基本開關(guān)元件的不同，可分為雙極型（以晶體管-晶體管TTL門電路為代表）和單極型（互補(bǔ)式金屬-氧化層-半導(dǎo)體CMOS門電路為代表）兩大類。

2、集成門電路二．門電路

74LS00和CD4069引腳圖1、邏輯代數(shù)三．組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

2、組合邏輯電路的分析方法三．組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

其分析步驟為：根據(jù)已知的邏輯圖→寫出邏輯表達(dá)式→用邏輯代數(shù)對(duì)表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)→列邏輯狀態(tài)表→分析邏輯功能。例10-1試分析圖的邏輯功能。解：根據(jù)邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式并化簡(jiǎn)列出邏輯狀態(tài)表，分析此表可知：當(dāng)電路輸入端A和B同為1或同為0時(shí)，輸出端F為1；否則F為0。這種電路稱為同或門電路。3、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法三．組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

其步驟為：根據(jù)實(shí)際問題的邏輯關(guān)系→列出邏輯狀態(tài)表→寫出邏輯表達(dá)式并進(jìn)行化簡(jiǎn)→畫出邏輯圖。半加器

ABSC00000110101011013、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法三．組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

全加器

00000001100101001101100101010111001111113、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法三．組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

全加器

1、編碼器四．編碼器和譯碼器

二進(jìn)制編碼器

二進(jìn)制編碼器是用位二進(jìn)制代碼來表示個(gè)一般信號(hào)的數(shù)字電路。根據(jù)編碼器輸出二進(jìn)制代碼的位數(shù)，二進(jìn)制編碼器可分為2位二進(jìn)制編碼器、3位二進(jìn)制編碼器等等。1、編碼器四．編碼器和譯碼器

二一十進(jìn)制編碼器

二一十進(jìn)制編碼器是將十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)碼0、1、2、…9編成二進(jìn)制代碼的邏輯電路。最常用的二一十進(jìn)制編碼器就是8421BCD碼編碼器。1、編碼器四．編碼器和譯碼器

優(yōu)先編碼器與集成編碼器優(yōu)先編碼器是編碼時(shí)允許多個(gè)信號(hào)同時(shí)輸入，但電路只對(duì)其中級(jí)別最高的信號(hào)優(yōu)先進(jìn)行編碼，級(jí)別低的信號(hào)不起作用的特殊編碼器。使用方便，包括編碼器在內(nèi)一些常用的組合電路都已被制成了通用型中、小規(guī)模集成電路產(chǎn)品。常用的集成8421BCD編碼器產(chǎn)品有CT340、CT1147、CT4147等。2、譯碼器四．編碼器和譯碼器

譯碼器是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。二進(jìn)制譯碼器

二進(jìn)制譯碼器是把二進(jìn)制代碼翻譯成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的電路，又稱變量譯碼器。它若有n個(gè)輸入線，則對(duì)應(yīng)2n個(gè)輸出線。常見的芯片有2線-4線譯碼器、3線-8線譯碼器、4線-16線譯碼器等。CT4138外引腳排列圖2、譯碼器四．編碼器和譯碼器

二-十進(jìn)制譯碼器

二-十進(jìn)制譯碼器是將二-十進(jìn)制代碼（BCD碼）翻譯成對(duì)應(yīng)的10個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路，又叫做4線-10線譯碼器。集成4線-10線譯碼器CT40423、顯示譯碼器四．編碼器和譯碼器

七段發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管

3、顯示譯碼器四．編碼器和譯碼器

集成顯示譯碼器

CT4248是一種功能比較齊全的顯示譯碼器，與共陰極七段數(shù)碼管配合使用。CT4248外引腳排列圖如圖所示。1、RS觸發(fā)器五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

基本RS觸發(fā)器

輸入說明000001××觸發(fā)器狀態(tài)不定，禁用00110100觸發(fā)器置011000111觸發(fā)器置111110101觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變1、RS觸發(fā)器五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

同步RS觸發(fā)器

輸入說明RS00000101觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變00110111觸發(fā)器置111000100觸發(fā)器置0111101××觸發(fā)器狀態(tài)不定2、JK觸發(fā)器五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

JK說明00輸出狀態(tài)不變010觸發(fā)器置0101觸發(fā)器置111計(jì)數(shù)翻轉(zhuǎn)3、D觸發(fā)器五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

D說明00輸出狀態(tài)與D端相同114、T觸發(fā)器和T＇觸發(fā)器

五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

T說明0輸出狀態(tài)不變1翻轉(zhuǎn)五．雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器舉例：三位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

六．計(jì)數(shù)器

1、二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

舉例：三位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器六．計(jì)數(shù)器

2、十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

舉例：同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

六．計(jì)數(shù)器

2、十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

舉例：同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

六．計(jì)數(shù)器

中規(guī)模集成同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CT4160的管腳排列圖如圖所示1、數(shù)碼寄存

由四個(gè)D觸發(fā)器組成的四位并入并出數(shù)碼寄存器如圖10-37所示。使用前，直接在復(fù)位端加負(fù)脈沖將觸發(fā)器清零。數(shù)碼加在輸入端

d3、d2

、d1

、d0

上，當(dāng)時(shí)鐘CP上升沿過后，七．寄存器

2、移位寄存

單向移位寄存器七．寄存器

2、移位寄存

雙向移位寄存器CT4194是一種典型的TTL集成雙向移位寄存器，它的功能比較齊全，有清零、保持、左移位、右移位、并、串行輸入和并、串行輸出等功能。

七．寄存器

2、移位寄存

雙向移位寄存器CT4194是一種典型的TTL集成雙向移位寄存器，由CT4194構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。七．寄存器

1、集成555定時(shí)器的組成和邏輯功能八．集成555定時(shí)器

1、集成555定時(shí)器的組成和邏輯功能八．集成555定時(shí)器

三極管V功能L××L導(dǎo)通直接復(fù)位HL導(dǎo)通復(fù)位H原狀態(tài)原狀態(tài)保持HH截止置位2、集成555定時(shí)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器八．集成555定時(shí)器

2、集成555定時(shí)器的應(yīng)用多諧振蕩器八．集成555定時(shí)器

2、集成555定時(shí)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器

八．集成555定時(shí)器

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）

D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

D/A轉(zhuǎn)換器的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換：將輸入數(shù)字信號(hào)的每一位二進(jìn)制數(shù)碼的1按照它的“權(quán)”值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加。最后將與輸入數(shù)字量成正比的模擬量輸出，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）

D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓與輸入數(shù)字量之間的關(guān)系

若D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量是N位二進(jìn)制數(shù)碼，輸出的是確定大小的模擬電壓(或電流)。當(dāng)輸入的N位二進(jìn)制數(shù)碼全是0時(shí)，輸出的模擬電壓應(yīng)是0V。當(dāng)輸入的N位二進(jìn)制數(shù)碼全是1時(shí)，輸出的模擬電壓應(yīng)是最大值(又稱滿刻度值，用UFSR表示)。其中N位二進(jìn)制數(shù)碼一共有2N個(gè)組態(tài)，每一個(gè)組態(tài)與確定大小的模擬電壓相對(duì)應(yīng)。九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）

D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）分辨率分辨率用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比表示。（2）轉(zhuǎn)換誤差表示D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓的實(shí)際值與理論值之差。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間指從數(shù)字量輸入到模擬量能夠穩(wěn)定輸出之間所需要的時(shí)間。它表示的是D/A轉(zhuǎn)換器的工作速度，轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，工作速度越高。九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）

集成D/A轉(zhuǎn)換器舉例

DAC0832是CMOS單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它由兩個(gè)8位輸入寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器三部分組成。它能與多種微處理器芯片配合使用，且接口電路簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換控制容易

。九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）

A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）分辨率通常用A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼的位數(shù)N表示。（2）相對(duì)精度表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論輸出的數(shù)字量之間的差值，通常用最低有效位LSB的倍數(shù)表示。（3）轉(zhuǎn)換速度A/D轉(zhuǎn)換器從接收到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量為止，即完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。

九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）

集成A/D轉(zhuǎn)換器舉例

ADC0804是應(yīng)用較多的逐次逼近型集成A/D轉(zhuǎn)換器，是CMOS集成電路。其分辨率是8位，相對(duì)精度1LSB，轉(zhuǎn)換速度約為100μs。九．?dāng)?shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、只讀存儲(chǔ)器ROM

常用的ROM有可編程只讀存儲(chǔ)器（ProgrammableRom，簡(jiǎn)稱PROM）和可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（ErasableProgrammableRom，簡(jiǎn)稱EPROM）等類型。ROM的基本結(jié)構(gòu)

能存儲(chǔ)四個(gè)4位二進(jìn)制碼的只讀存儲(chǔ)器(ROM)的原理電路如圖所示