中职 电工与电子技术及应用项目7电子课件 高教版 .ppt
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1、中职 电工与电子技术及应用项目7电子课件 高教版 项目七装调简单数字电路主讲:电工与电子技术及应用电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路任务2 认识逻辑门电路任务3 制作四路抢答器任务4 制作24s倒计时器电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路 知识目标 (1)了解数字信号的特点及应用。(2)了解二进制的表示方法和二进制与十进制数之间的转换方法。(3)了解8421BCD码的表示形式。能力目标 (1)理解二进制的真实含义。(2)掌握数制表示方法及相互转换。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路一、数字电路的
2、基本知识1.脉冲的基本概念 脉冲信号是一种离散信号,形状多种多样,与普通模拟信号(如正弦波)相比,波形之间在时间轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔),但具有一定的周期性,这就是它的特点。最常见的脉冲波有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、梯形波、阶梯波等,如图7-1-1所示。图7-1-1常见的脉冲波形电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路2.矩形脉冲的主要参数 如图7-1-2所示,矩形脉冲的主要参数有脉冲幅度Um、脉冲上升时间tr、脉冲下降时间tf、脉冲宽度tw、脉冲周期T和占空比q等。图7-1-2矩形脉冲的主要参数电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任
3、务1 认识数字电路 3数字信号 通常把脉冲的出现或消失用l和0来表示,这样一串脉冲就变成由一串1和0组成的代码,如图7-1-3所示,这种信号称为数字信号。需注意的是,这里的1和0并不表示数量的大小,而是代表电路的工作状态。例如,开关闭合,二极管、三极管导通用1状态表示;反之,开关断开,二极管、三极管截止就用0表示。图7-1-3数字信号电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路二、数制与数制的转换 数制是计数进位制的简称。日常生活中采用的是十进制数,在数字电路和计算机中采用的有二进制、八进制、十六进制等。1十进制 十进制是人们最习惯采用的一种数制。十进制数是用0、1、2
4、、3、4、5、6、7、8、9 十个不同数字按一定规律排列起来。向高位数的进位规则是“逢十进一”,给低位借位的规则是“借一当十”,数码处于不同位置,它所代表的数量含义是不同的。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路 2二进制 二进制的数码只有0和1。运算规律:逢二进一。按照十进制数的一般表示法,把10改为2就可得到二进制数的一般表达式。3八进制 运算规律:逢八进一。按照十进制数的一般表示法,把10改为8就可得到八进制数的一般表达式。4十六进制 数码为09、AF。运算规律:逢十六进一。按照十进制数的一般表示法,把10改为8就可得到十六进制数的一般表达式。电工与电子技术
5、及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路 5数制转换1)十进制数转换为二进制数 将十进制整数转换为二进制数采用“除2取余”法;十进制小数转换为二进制数采用“乘2取整”法。2)各种进制转换对照表(见表7-1-1)例如,把十进制数44.375转换为二进制数,其转换方法如图7-1-4所示。图7-1-4十进制数转换为二进制数转换方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路三、码制的概念 在电子计算机和数字式仪器中,往往采用二进制码表示十进制数。通常,把用一组四位二进制码来表示一位十进制数的编码方法称为二十进制码,也称BCD码,其编码方法简称为码制。四位二进制码
6、共有十六种组合,可从中任取十种组合来表示09这十个数,根据不同的选取方法,可以编成8421码、余3码、格雷码、2421码和5421码等。常用BCD编码表见表7-1-2。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路测量脉冲波形1准备测量仪表 测量脉冲波形所需主要仪器如图7-1-5所示。图7-1-5测量脉冲波形所需主要仪器电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务1 认识数字电路2波形测试 波形测试主要包括通电前检查和上电后测试。测量脉冲波形流程图如图7-1-6所示。图7-1-6测量脉冲波形流程图电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务2 认识逻辑门电
7、路 知识目标 (1)熟悉基本逻辑门、复合逻辑门的逻辑功能,能识别其电路符号。(2)了解TTL、CMOS门电路的型号及使用常识,能识别引脚。能力目标 (1)熟练掌握CMOS门电路的安全操作方法。(2)掌握逻辑门电路的逻辑功能测试方法。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 我们把“条件”和“结果”之间的关系称为逻辑关系。基本逻辑关系有与逻辑、或逻辑和非逻辑,能完成相应因果关系的逻辑电路称为逻辑门电路。逻辑门电路由半导体开关元件等组成,其电路种类很多,基本逻辑门电路有与门、或门和非门;复合逻辑门电路有与非门、或非门、与或非门等。集成逻辑门电路有TTL电路(三极管为结构)、COMS电路(MO
8、S管为结构)。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 一、基本逻辑门电路1与门与门逻辑代数表达式为 任务2 认识逻辑门电路图7-2-1 与门的逻辑功能表示方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 2或门或门逻辑代数表达式为任务2 认识逻辑门电路图7-2-2 或门的逻辑功能表示方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 3非门非门逻辑代数表达式为 任务2 认识逻辑门电路图7-2-3 非门的逻辑功能表示方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 4复合门电路 用上述三种基本的逻辑门电路可以组合成复合逻辑门电路,常用的复合逻辑门电路有与非门、或
9、非门、与或非门。1)与非门任务2 认识逻辑门电路图7-2-4 与非门的逻辑功能表示方法与非门逻辑代数表达式为 电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 2)或非门或非门逻辑代数表达式为 任务2 认识逻辑门电路图7-2-5 或非的逻辑功能表示方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 3)与或非门或非门逻辑代数表达式为 任务2 认识逻辑门电路图7-2-6 与或非的逻辑功能表示方法电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 二、集成逻辑门电路 逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成,称为分立元件门。也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上,构成集成
10、逻辑门电路。集成逻辑门电路若是由三极管为主要元件,输入端和输出端都是三极管结构,这种电路称为三极管三极管逻辑电路,简称TTL电路。TTL电路具有运行速度较高、负载能力较强、工作电压低等特点。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 1.TTL门电路 74系列集成电路是应用广泛的通用数字逻辑门电路,它包含各种TTL门电路和其他逻辑功能的电路。任务2 认识逻辑门电路图7-2-7 双列直插型集成芯片引脚识读电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务2 认识逻辑门电路图7-2-8 TTL门电路应用举例电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 2CMOS门电路
11、 CMOS逻辑门电路功耗极低,成本低,电源电压范围宽,逻辑度高,抗干扰能力强,输入阻抗高,扇出能力强。任务2 认识逻辑门电路图7-2-9 CMOS门电路应用举例电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 三、安全操作常识 CMOS和TTL集成门电路在实际使用时经常遇到这样一个问题,即输入端有多余的,如何正确处理这些多余的输入端才能使电路正常而稳定地工作呢?任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 1CMOS门电路 (1)CMOS 门电路一般由MOS管构成,由于MOS管的栅极和其他各极间有绝缘层相隔,在直流状态下,栅极无电流,所以静态时栅极不取电流,输入电平与外接
12、电阻无关。由于MOS管在电路中是压控元件,基于这一特点,输入端信号易受外界干扰,所以在使用CMOS门电路时输入端特别注意不能悬空。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (2)与门、与非门电路:由于与门电路的逻辑功能是输入信号只要有低电平,输出信号就为低电平,只有全部为高电平时,输出端才为高电平。而与非门电路的逻辑功能是输入信号只要有低电平,输出信号就是高电平,只有当输入信号全部为高电平时,输出信号才是低电平。所以某输入端的输入电平为高电平时,对电路的逻辑功能并无影响,即其他使用的输入端与输出端之间仍具有与或者与非逻辑功能。这样对于CMOS与门、与非门电路的多余输
13、入端就应采用高电平,即可通过限流电阻(500)接电源。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (3)或门、或非门电路:或门电路的逻辑功能是输入信号只要有高电平,输出信号就为高电平,只有输入信号全部为低电平时,输出信号才为低电平。而或非门电路的逻辑功能是输入信号只要有高电平,输出信号就是低电平,只有当输入信号全部是低电平时输出信号才是高电平。这样,当或门或者或非门电路某输入端的输入信号为低电平时并不影响门电路的逻辑功能。所以,或门和或非门电路多余输入端的处理方法应是将多余输入端接低电平,即通过限流电阻(500)接地。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7
14、 装调简单数字电路 2TTL门电路 根据TTL电路的输入伏安特性可知,当输入电压小于阐值电压UTH,即输入低电平时,输入电流比较大。当输入电压大于阈值电压UTH时,即输入高电平时,输入电流比较小。由于输入电流的存在,如果TTL门电路输入端串接有电阻,则会影响输入电压。其输入阻抗特性:当输入电阻较低时,输入电压很小,随外接电阻的增加,输入电平增大,当输入电阻大于1k时,输入电平就变为阈值电压UTH,即为高电平,这样即使输入端不接高电平,输入电压也为高电平,影响了低电平的输入。对于TTL电路多余输入端的处理,应采用以下方法。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (1
15、)TTL与门、与非门电路:对于TTL与门电路,只要电路输入端有低电平输入,输出就是低电平。只有输入端全为高电平时,输出才为高电平。对于TTL与非门而言,只要电路输入端有低电平输入,输出就为高电平,只有输入端全部为高电平时,输出才为低电平。根据其逻辑功能,当某输入端外接高电平时,对其逻辑功能无影响,根据这一特点应采用以下四种方法。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 将多余输入端接高电平,即通过限流电阻与电源相连接。根据TTL门电路的输入特性可知,当外接电阻为大电阻时,其输入电压为高电平,这样可以把多余的输入端悬空,此时输入端相当于外接高电平。通过大电阻(大于1k
16、)接地,这也相当于输入端外接高电平。若TTL门电路的工作速度不高,信号源驱动能力较强,多余输入端也可与使用的输入端并联使用。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (2)TTL或门、或非门:对于TTL或门电路,只要输入端有高电平,输出端就为高电平,只有输入端全部为低电平时,输出端才为低电平。对于TTL或非门电路,只要输入端有高电平,输出端就为低电平,只有输入端全部为低电平时,输出才为高电平,根据上述逻辑功能,TTL或门、或非门电路多余输入端的处理应采用以下方法。接低电平。接地。由TTL输入端的输入伏安特性可知,当输入端接小于1k的电阻时,输入端的电压很小,相当于接
17、低电平,所以可以通过接小于1k(500)的电阻接地。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 3三态门之高阻态的理解 (1)高阻态是一个数字电路里常见的术语,指的是电路的一种输出状态,既不是高电平也不是低电平,如果高阻态再输入下一级电路,对下级电路无任何影响,和没接一样,如果用万用表测量,有可能是高电平,也有可能是低电平,其电压值可以浮动在高低电平之间的任意数值上,随它后面所接的电路而定。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (2)高阻态的实质:电路分析时高阻态可做开路理解。你可以把它看作输出(输入)电阻非常大,极限可以认为悬空(也就
18、是说理论上高阻态不是悬空),它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几乎是一样的。当门电路的输出上拉管导通而下拉管截止时,输出为高电平;反之就是低电平;如上拉管和下拉管都截止时,输出端就相当于浮空(没有电流流动),其电平随外部电平高低而定,即该门电路放弃对输出端电路的控制。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (3)悬空(浮空,floating):就是逻辑器件的输入引脚既不接高电平,也不接低电平。由于TTL逻辑器件的内部结构,当它输入引脚悬空时,相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时,引脚不建议悬空,易受干扰。对于TTL或非门要接地处理,对于TT
19、L与非门可以悬空或接高电平。至于COMS不能悬空,那是因为COMS的栅极和衬底是被二氧化硅隔开,它比较脆弱,只能承受几百伏的电压,而静电能达到上千伏,COMS悬空时电压为UDD/2。(4)由于TTL集成电路的低电平驱动能力比高电平驱动能力大得多,所以常用低电平有效OC门输出的七段译码器来驱动。任务2 认识逻辑门电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 集成逻辑门电路的功能测试 1所需工具及元器件所需工具有万用表、数字电路实验箱、示波器,如图7-2-12所示,还有被测芯片74LS00、74LS32、74LS86。任务2 认识逻辑门电路图7-2-12集成逻辑门电路的功能测试仪表电工与电子
20、技术及应用项目 7 装调简单数字电路 2测试原理用74LS00、74LS32、74LS86组成一个全加器,如图7-2-13所示。任务2 认识逻辑门电路图7-2-13 用基本门电路构成的全加器电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 3测试内容 1)TTL门电路逻辑功能的测试 2)用74LS00、74LS32、74LS86组成一个全加器,验证其真值表 4波形测试 波形测试主要包括通电前检查和上电后测试。与非门输出波形测试流程图如图7-2-14所示。任务2 认识逻辑门电路图7-2-14与非门输出波形测试流程图电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 任务3 制作四路抢答器 知识目标 (
21、1)了解半导体数码管的基本结构和工作原理。(2)熟悉二进制编码器、译码器的逻辑功能。能力目标 (1)掌握组合逻辑电路的设计方法。(2)会设计并制作四路抢答器。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 一、组合逻辑电路的读图方法 组合逻辑电路的读图是数字电路的重要环节,只有看懂、理解电路图,才能明确电路的基本功能,进而才能对电路进行应用、测试和维修。组合逻辑电路的读图一般步骤如图7-3-1所示。任务3 制作四路抢答器图7-3-1组合逻辑电路的读图一般步骤口诀:逐级写出表达式,化简得到与或式。真值表真直观,分析功能作用大。电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 例1:分析如图7-3-
22、2所示的逻辑电路。任务3 制作四路抢答器图7-3-2例1的逻辑电路解:(1)逐级写出表达式。Y1=,Y2=Y3=,Y4=F=(2)化简得到最简与或式。F=电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (3)列真值表。(4)叙述逻辑功能。当A=B=0 时,F=1;当B=C=1时,F=1。任务3 制作四路抢答器A B CF0 0 010 0 110 1 000 1 111 0 001 0 101 1 001 1 11电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 例2:分析如图7-3-3所示的逻辑电路。任务3 制作四路抢答器图7-3-3例2的逻辑电路解:(1)逐级写出表达式。Y1=ABC,Y2=
23、A+B+C,Y3=AB,Y4=ACY5=BC,Y6=Y3+Y4+Y5,Y7=Y6Y8=Y2Y7 F=Y1+Y8=ABC+(A+B+C)(2)化简。F=ABC+(A+B+C)=ABC+(A+B+C)=电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (3)列真值表。(4)叙述逻辑功能。在A、B、C三个输入变量中,有奇数个1时,输出F为1,否则F为0,此电路为三位判奇电路,又称为“奇校验电路”。任务3 制作四路抢答器A B CF0 0 000 0 110 1 010 1 101 0 011 0 101 1 001 1 11电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 例3:分析如图7-3-4所示电
24、路的功能。任务3 制作四路抢答器图7-3-4例3的逻辑电路解:(1)逐级写出表达式。Y1=,Y2=Y1A,Y3=Y1B,Y4=Y1C F=(2)化简。F=电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 (3)列真值表。(4)叙述逻辑功能。三个输入量A、B、C同为1或同为0时,输出F=1。电路功能用来判断输入信号是否相同,相同时输出为1,不相同时输出为0,此电路称为“一致判别电路”。任务3 制作四路抢答器A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 10电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 二、编码器 在数字电路中,经常要把输入的各种信号(如十进制数、文字、符号等)转换成若干
25、位二进制码,这种转换过程称为编码。能够完成编码功能的组合逻辑电路称为编码器,常见的有二进制编码器、二十进制编码器等。任务3 制作四路抢答器电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 1二进制编码器 能够将各种输入信息编成二进制代码的电路称为二进制编码器。1位二进制代码可以表示1、0两种不同的输入信号,2位二进制代码可以表示00、01、10、11四种不同的输入信号。二进制编码器逻辑电路如图7-3-5所示。任务3 制作四路抢答器图7-3-5二进制编码器逻辑电路电工与电子技术及应用项目 7 装调简单数字电路 输入信号为高电平有效(有效:表示有编码请求),输出代码编为原码(对应自然二进制数)。任务
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