數(shù)字電路基礎(chǔ)6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)1.?數(shù)字信號圖6-1-1a所示為發(fā)動機溫度傳感器輸出的電壓信號，其數(shù)值隨發(fā)動機溫度的變化而連續(xù)變化，這類在時間上和數(shù)值上都是連續(xù)的信號稱為模擬信號。圖6-1-1b所示為汽車光電式曲軸位置傳感器輸出的信號，這是在曲軸轉(zhuǎn)動過程中，光線間斷通過遮光盤上的透光孔，在光敏元件上產(chǎn)生的高、低兩種電平信號，這類在時間上和數(shù)值上都是離散的信號稱為數(shù)字信號。一、數(shù)字信號與脈沖波處理模擬信號的電路稱為模擬電路，處理數(shù)字信號的電路稱為數(shù)字電路。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)模擬信號的強弱與被檢測參數(shù)的大小具有一一對應(yīng)的關(guān)系，在信號的傳輸和處理過程中，即使只有微小的失真，也可能產(chǎn)生錯誤的信息。但數(shù)字信號只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，通常規(guī)定高電平為1，低電平為0，數(shù)字電路中的高電平和低電平有一定的允許范圍（見圖6-1-2），所以對電路元器件的精度要求不高，工作可靠，抗干擾能力強。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)如果將高電平、低電平分別用“1”和“0”表示，并規(guī)定每一個“1”和“0”有相同的時間間隔，那么脈沖就變成了一串由“1”和“0”組成的數(shù)碼，如圖6-1-3所示。這些數(shù)碼可以用電路輸出電壓的高與低、電容器上電荷的有與無、磁性物質(zhì)的極化方向N與S或光盤上有無凹坑等不同狀態(tài)，很方便地進行記錄和保存。實際上，數(shù)字信號中的1和0不僅可以用于表示數(shù)字，對于控制對象的各種狀態(tài)，如信號燈亮還是不亮、開關(guān)閉合還是斷開等，也都可以用1和0來表示。所以數(shù)字信號不僅能進行數(shù)值運算，還可以進行邏輯判斷和運算。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)2.?脈沖波由于數(shù)字信號的波形具有突變和間斷的特點，所以這種波形稱為脈沖波，也正因為如此，又把數(shù)字電路稱為脈沖數(shù)字電路。常見的脈沖波形有矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、鐘形波、尖脈沖波和階梯形波等，如圖6-1-4所示。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)3.?矩形波典型的數(shù)字信號是具有一定幅度的矩形波，矩形波主要可用脈沖幅度Um、脈沖重復(fù)周期T和脈沖寬度tW

三個參數(shù)進行描述，如圖6-1-5所示。其中，tr

表示上升時間，tf

表示下降時間，tw

為脈沖寬度，占空比。矩形脈沖開始躍變的一邊稱為脈沖前沿（或上升沿），脈沖結(jié)束時躍變的一邊稱為脈沖后沿（或下降沿）。如果躍變后的幅值比起始值大，稱為正脈沖；反之，則稱為負脈沖。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)制是進位計數(shù)的方法。十進制是生活中習(xí)慣使用的計數(shù)方法，但數(shù)字電路只能“識別”二進制數(shù)，計算機程序則一般用十六進制數(shù)表示。十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)換和運算方法，是學(xué)習(xí)數(shù)字電路必備的基礎(chǔ)知識。二、數(shù)制與編碼6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)1.?十進制和二進制（1）十進制十進制數(shù)有10個不同的數(shù)碼0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，稱它的基數(shù)為10。任何一個十進制數(shù)都可以用這10個數(shù)碼按一定規(guī)律排列起來進行表示。十進制數(shù)的進位規(guī)則是“逢十進一”。在一個十進制數(shù)中，每個數(shù)碼位置不同時，它代表的數(shù)值也不同。（2）二進制二進制數(shù)只有兩個數(shù)碼0和1，它的基數(shù)為2，進位規(guī)則是“逢二進一”。一個二進制數(shù)也可以按權(quán)位展開。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)2.?十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)可以采用乘權(quán)相加法進行數(shù)制轉(zhuǎn)換，即將相應(yīng)二進制數(shù)按權(quán)展開，然后各項相加，其結(jié)果就是對應(yīng)的十進制數(shù)。（2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)可以采用除2取余倒排法進行數(shù)制轉(zhuǎn)換，即不斷地用2去除某個十進制數(shù)，并依次記下余數(shù)，直到商為0為止，將每次整除得到的余數(shù)進行倒序排列，即最先得到的余數(shù)為最低位，最后得到的余數(shù)為最高位，這樣就得到與該十進制數(shù)等值的二進制數(shù)了。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)如：（396）10=（110001100）2，轉(zhuǎn)換過程如下。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)3.?編碼用數(shù)碼、符號、文字來表示特定對象的過程稱為編碼。例如，各地的郵政編碼、個人的身份證號、學(xué)校教學(xué)樓每一個教室的代碼等，這些代碼包含對象的特定信息，并不表示數(shù)值的大小。對于數(shù)字技術(shù)的編碼，不同的編碼方式稱為碼制。常用的碼制有二進制代碼、BCD碼、格雷碼等。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)（1）二進制代碼數(shù)字系統(tǒng)的信息通常采用多位二進制數(shù)表示，稱為二進制代碼。一個二進制數(shù)有1和0兩個代碼，可以表示兩個信息，n

位二進制代碼可以表示2n

個不同的信息。如果需要編碼的信息有N

項，則應(yīng)滿足N≤2n。（2）BCD碼用二進制數(shù)表示十進制數(shù)的編碼方式稱為二—十進制編碼，簡稱BCD碼。由于十進制數(shù)有十個（0～9）不同的數(shù)碼，所以需要用4位二進制數(shù)表示，而4位二進制數(shù)可以組成24=16種不同的組合，根據(jù)從16種組合中選出10種組合方式的不同，可以得到多種二—十進制編碼方案。表6-1-1中列出了幾種常用的BCD碼。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)1）8421BCD碼最常用的BCD碼是8421BCD碼，它是一種有權(quán)碼，從高位（左）到低位（右）的權(quán)分別為8（23）、4（22）、2（21）、1（20），所以稱為8421BCD碼。它選取0000～1001前10種組合來表示十進制數(shù)。2）5421BCD碼5421BCD碼也是一種有權(quán)碼，從高位到低位分別是5、4、2、1。例如，（1011）5421

按位展開可得1×5+0×4+1×2+1×1=8。此外，還有2421BCD碼、余3碼、格雷碼等。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字電路中最基本的單元是門電路。所謂門，就相當(dāng)于一種開關(guān)，它能按照一定的條件控制信號的通過或不通過。門電路的輸出狀態(tài)是由輸入狀態(tài)決定的，兩者之間具有一定的邏輯關(guān)系。所以門電路又稱邏輯門電路，基本的邏輯門電路有與門、或門和非門。三、基本邏輯門電路6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)1.?與門（AND）在圖6-1-6所示的與邏輯控制電路中，只有當(dāng)SB1、SB2兩個按鈕都按下，即A、B兩個繼電接觸器的線圈都得電時，燈才亮；只要有一個線圈不得電，燈就不亮。這說明，只有當(dāng)決定一件事情的幾個條件全部具備時，這件事情才能發(fā)生，否則就不發(fā)生，這樣的關(guān)系稱為與邏輯關(guān)系。圖6-1-7所示為與門邏輯符號。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)把線圈通斷與燈泡亮滅的關(guān)系列在表6-1-2中。如果設(shè)線圈得電為1、不得電為0，燈亮為1、不亮為0，可得表6-1-3，這便是與門的真值表，它反映與門輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)與門的邏輯功能可概括為“有0出0，全1出1”。與門的邏輯表達式為

Y=A·B=AB讀作“Y等于A與B”或“Y等于A乘B”，通常也把與邏輯稱為邏輯乘。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)2.?或門（OR）在圖6-1-8所示的或邏輯控制電路中，Ａ和B兩個線圈只要有一個得電，燈就亮。這說明，當(dāng)決定一件事情的幾個條件中，只要有一個條件具備，這件事情就會發(fā)生，這樣的邏輯關(guān)系稱為或邏輯關(guān)系。圖6-1-9所示為或門邏輯符號，或門真值表見表6-1-4。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)或門的邏輯功能可概括為“全0出0，有1出1”?；蜷T的邏輯表達式為Y=A+B讀作“Y等于A或B”或“Y等于A+B”，所以或邏輯也稱邏輯加。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)3.?非門（NOT）在圖6-1-10所示的非邏輯控制電路中，當(dāng)線圈A不得電時，A的常閉觸點閉合，燈泡亮；線圈A得電時，A的常閉觸點斷開，燈泡就不亮。這說明，事情的結(jié)果與條件總是呈相反狀態(tài)，這種關(guān)系稱為非邏輯關(guān)系。圖6-1-11所示為非門邏輯符號，非門真值表見表6-1-5。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)非門的邏輯功能可概括為“有0出1，有1出0”。非門邏輯表達式為讀作“Y等于A非”。6-1數(shù)字電路基礎(chǔ)由與門、或門、非門三種基本邏輯門電路可以組合成復(fù)合邏輯門電路。常用復(fù)合邏輯門電路見表6-1-6。應(yīng)用鏈接汽車門鎖控制電路如圖6-1-12所示，該電路的功能是產(chǎn)生門鎖控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作，正常開關(guān)車門以及在發(fā)生異常情況時提醒駕駛員注意。邏輯電路在汽車門鎖控制電路中的應(yīng)用應(yīng)用鏈接1.正常開關(guān)車門（1）通過車外門鎖開關(guān)控制將鑰匙插入門鎖開關(guān)并且旋向鎖止位置時，非門h輸入低電平，輸出高電平，或門m輸出高電平，發(fā)出鎖止信號，驅(qū)動門鎖電動機將車門鎖死。相反，將車門鑰匙旋向解鎖位置時，非門i輸入低電平，輸出高電平，或門l輸出高電平，發(fā)出解鎖信號，驅(qū)