《數(shù)字電路中的基本單元》本課件旨在深入淺出地介紹數(shù)字電路的基本單元，為學(xué)習(xí)數(shù)字電路理論和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程大綱基本邏輯門電路與非門(NAND)或非門(NOR)與門(AND)或門(OR)非門(NOT)復(fù)合邏輯門電路半加器和全加器編碼器和解碼器觸發(fā)器計(jì)數(shù)器電路移位寄存器其他重要電路數(shù)據(jù)選擇器和多路復(fù)用器分頻器和計(jì)數(shù)器集成運(yùn)算放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)數(shù)字電路系統(tǒng)存儲(chǔ)單元(RAM和ROM)單片機(jī)的基本組成CPU和內(nèi)存輸入輸出接口數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)例數(shù)字電路的基本概念數(shù)字信號(hào)表示為離散的邏輯值0和1，用于表示數(shù)字信息。邏輯門電路基本的數(shù)字電路單元，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的處理。邏輯代數(shù)用于描述數(shù)字電路邏輯關(guān)系，使用邏輯運(yùn)算符進(jìn)行表達(dá)式運(yùn)算。布爾代數(shù)一種特殊的邏輯代數(shù)，用于分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路，使用真值表和卡諾圖進(jìn)行運(yùn)算?；具壿嬮T電路與非門(NAND)輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)所有輸入為假?；蚍情T(NOR)輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)所有輸入為假。與門(AND)輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)所有輸入都為真?；蜷T(OR)輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)至少有一個(gè)輸入為真。非門(NOT)輸出為真，當(dāng)且僅當(dāng)輸入為假。與非門(NAND)符號(hào)符號(hào)包含一個(gè)倒置的與門。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。邏輯表達(dá)式用邏輯運(yùn)算符表示輸入與輸出之間的關(guān)系?；蚍情T(NOR)符號(hào)符號(hào)包含一個(gè)倒置的或門。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。邏輯表達(dá)式用邏輯運(yùn)算符表示輸入與輸出之間的關(guān)系。與門(AND)符號(hào)符號(hào)包含一個(gè)與門。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。邏輯表達(dá)式用邏輯運(yùn)算符表示輸入與輸出之間的關(guān)系?；蜷T(OR)符號(hào)符號(hào)包含一個(gè)或門。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。邏輯表達(dá)式用邏輯運(yùn)算符表示輸入與輸出之間的關(guān)系。非門(NOT)符號(hào)符號(hào)包含一個(gè)倒置的三角形。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。邏輯表達(dá)式用邏輯運(yùn)算符表示輸入與輸出之間的關(guān)系。復(fù)合邏輯門電路1組合邏輯電路輸出僅取決于當(dāng)前輸入。2時(shí)序邏輯電路輸出取決于當(dāng)前輸入和過去狀態(tài)。3半加器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的加法。4全加器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)和進(jìn)位位的加法。5編碼器和解碼器將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制代碼或反之。半加器和全加器半加器包含兩個(gè)輸入，A和B，以及兩個(gè)輸出，S和C。S表示和，C表示進(jìn)位。全加器包含三個(gè)輸入，A、B和Cin，以及兩個(gè)輸出，S和Cout。S表示和，Cout表示進(jìn)位。編碼器和解碼器編碼器將多個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)唯一的二進(jìn)制代碼。例如，將十進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。解碼器將一個(gè)二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為多個(gè)輸出信號(hào)。例如，將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)字。觸發(fā)器存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)單個(gè)二進(jìn)制位的信息。時(shí)序邏輯電路輸出不僅取決于當(dāng)前輸入，還取決于過去狀態(tài)。類型包括D型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、RS觸發(fā)器和T型觸發(fā)器。D型觸發(fā)器符號(hào)包含一個(gè)時(shí)鐘輸入和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。功能在時(shí)鐘脈沖上升沿將數(shù)據(jù)輸入到輸出。JK觸發(fā)器符號(hào)包含兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入，J和K。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。功能在時(shí)鐘脈沖上升沿根據(jù)J和K的值改變狀態(tài)。RS觸發(fā)器符號(hào)包含兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入，R和S。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。功能根據(jù)R和S的值設(shè)置或復(fù)位觸發(fā)器。T型觸發(fā)器符號(hào)包含一個(gè)時(shí)鐘輸入和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入T。真值表描述了所有可能的輸入組合和對(duì)應(yīng)的輸出。功能在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿改變狀態(tài)。計(jì)數(shù)器電路1同步計(jì)數(shù)器所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入連接到同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。2異步計(jì)數(shù)器每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入由前一個(gè)觸發(fā)器的輸出驅(qū)動(dòng)。3計(jì)數(shù)器類型包括二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、可編程計(jì)數(shù)器等。移位寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸將數(shù)據(jù)位依次移位到寄存器中的不同位置。類型包括串行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出、并行輸入串行輸出、并行輸入并行輸出。應(yīng)用用于數(shù)據(jù)處理、通信、控制等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)選擇器和多路復(fù)用器數(shù)據(jù)選擇器從多個(gè)數(shù)據(jù)輸入中選擇一個(gè)輸出。多路復(fù)用器將多個(gè)信號(hào)通道組合成一個(gè)信號(hào)通道。分頻器和計(jì)數(shù)器分頻器將輸入信號(hào)頻率降低到一定倍數(shù)。用于時(shí)鐘信號(hào)頻率控制。計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)的脈沖次數(shù)。用于時(shí)間測(cè)量和控制。集成運(yùn)算放大器高增益放大器用于放大微弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和運(yùn)算。線性放大器在輸入信號(hào)較小的范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成線性關(guān)系。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于音頻電路、儀器儀表、控制系統(tǒng)等。運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用非反相放大器將信號(hào)放大，增益大于1。反相放大器將信號(hào)放大，增益小于1。積分器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分。微分器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行微分。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用于將來自傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。類型包括逐次逼近型、雙斜坡型、并行型。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于測(cè)量、控制、通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用于將數(shù)字音頻或視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行輸出。類型包括權(quán)重型、并行型、逐次逼近型。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于音頻、視頻、通信、控制等領(lǐng)域。存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)信息用于保存數(shù)據(jù)，例如程序代碼、數(shù)據(jù)、指令。類型包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。特點(diǎn)RAM可以讀寫，ROM只能讀，但速度更快。RAM和ROMRAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，用于存放程序和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在斷電后會(huì)丟失。ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存放固定的程序和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在斷電后不會(huì)丟失。單片機(jī)的基本組成中央處理器(CPU)負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，控制整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。存儲(chǔ)器包括程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。輸入/輸出(I/O)接口用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于時(shí)間測(cè)量和控制。中斷控制器用于處理來自外部設(shè)備的中斷請(qǐng)求。CPU和內(nèi)存CPU中央處理器，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。包含運(yùn)算器、控制器、高速緩存等部件。內(nèi)存主存儲(chǔ)器，用于存放程序和數(shù)據(jù)。包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。輸入輸出接口連接計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，例如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)。類型包括串行接口、并行接口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口等。功能將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備可以識(shí)別的信號(hào)。數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)例1交通燈控制系統(tǒng)使用計(jì)數(shù)器和定時(shí)器控制交通燈的亮滅時(shí)間。2數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)