如何看懂电路图6数字电路Word格式文档下载.docx
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(1)门电路
门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件。
目前有大量集成化产品可供选用。
最基本的门电路有3种:
非门、与门和或门。
非门就是反相器,它把输入的0信号变成1,1变成0。
这种逻辑功能叫“非”,如果输入是A,输出写成P=A。
与门有2个以上输入,它的功能是当输入都是1时,输出才是1。
这种功能也叫逻辑乘,如果输入是A、B,输出写成P=A·
B。
或门也有2个以上输入,它的功能是输入有一个1时,输出就是1。
这种功能也叫逻辑加,输出就写成P=A+B。
把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路,如与门加非门成与非门,或门加非门成或非门。
图1是它们的图形符号和真值表。
此外还有与或非门、异或门等等。
数字集成电路有TTL、HTL、CMOS等多种,所用的电源电压和极性也不同,但只要它们有相同的逻辑功能,就用相同的逻辑符号。
而且一般都规定高电平为1、低电平为0。
(2)触发器
触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路,它的电路和功能都比门电路复杂,它也可看成是数字逻辑电路中的元件。
目前也已有集成化产品可供选用。
常用的触发器有D触发器和J—K触发器。
D触发器有一个输入端D和一个时钟信号输入端CP,为了区别在CP端加有箭头。
它有两个输出端,一个是Q一个是Q,加有小圈的输出端是Q端。
另外它还有两个预置端RD和SD,平时正常工作时要RD和SD端都加高电平1,如果使RD=0(SD仍为1),则触发器被置成Q=0;
如果使SD=0(RD=1),则被置成Q=1。
因此RD端称为置0端,SD端称为置1端。
D触发器的逻辑符号见图2,图中Q、D、SD端画在同一侧;
Q、RD画在另一侧。
RD和SD都带小圆圈,表示要加上低电平才有效。
D触发器是受CP和D端双重控制的,CP加高电平1时,它的输出和D的状态相同。
如D=0,CP来到后,Q=0;
如D=1,CP来到后,Q=1。
CP脉冲起控制开门作用,如果CP=0,则不管D是什么状态,触发器都维持原来状态不变。
这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表,见图2。
表中Qn+1表示加上触发信号后变成的状态,Qn是原来的状态。
“X”表示是0或1的任意状态。
有的D触发器有几个D输入端:
D1、D2…它们之间是逻辑与的关系,也就是只有当D1、D2…都是1时,输出端Q才是1。
另一种性能更完善的触发器叫J-K触发器。
它有两个输入端:
J端和K端,一个CP端,两个预置端:
RD端和SD端,以及两个输出端:
Q和Q端。
它的逻辑符号见图3。
J-K触发器是在CP脉冲的下阵沿触发翻转的,所以在CP端画一个小圆圈以示区别。
图中,J、SD、Q画在同一侧,K、RD、Q画在另一侧。
J-K触发器的逻辑功能见图3。
有CP脉冲时(即CP=1):
J、K都为0,触发器状态不变;
Qn+1=Qn,J=0、K=1,触发器被置0:
Qn+1=0;
J=1、K=0,Qn+1=1;
J=1、K=1,触发器翻转一下:
Qn+1=Qn。
如果不加时钟脉冲,即CP=0时,不管J、K端是什么状态,触发器都维持原来状态不变:
有的J—K触发器同时有好几个J端和K端,J1、J2…和K1、K2…之间都是逻辑与的关系。
有的J-K触发器是在CP的上升沿触发翻转的,这时它的逻辑符号图的CP端就不带小圆圈。
也有的时候为了使图更简洁,常常把RD和SD端省略不画。
能够把数字、字母变换成二进制数码的电路称为编码器。
反过来能把二进制数码还原成数字、字母的电路就称为译码器。
(1)编码器
图4(a)是一个能把十进制数变成二进制码的编码器。
一个十进制数被表示成二进制码必须4位,常用的码是使从低到高的每一位二进制码相当于
十进制数的1、2、4、8,这种码称为8-4-2-1码或简称BCD码。
所以这种编码器就称为“10线-4线编码器”或“DEC/BCD编码器”。
从图看到,它是由与非门组成的。
有10个输入端,用按键控制,平时按键悬空相当于接高电平1。
它有4个输出端ABCD,输出8421码。
如果按下“1”键,与“1”键对应的线被接地,等于输入低电平0、于是门D输出为1,整个输出成0001。
如按下“7”键,则B门、C门、D门输出为1,整个输出成0111。
如果把这些电路都做在一个集成片内,便得到集成化的10线4线编码器,它的逻辑符号见图4(b)。
左侧有10个输入端,带小圆圈表示要用低电平,右侧有4个输出端,从上到下按从低到高排列。
使用时可以直接选用。
(2)译码器
要把二进制码还原成十进制数就要用译码器。
它也是由门电路组成的,现在也有集成化产品供选用。
图5是一个4线—10线译码器。
它的左侧为4个二进制码的输入端,右侧有10个输出端,从上到下按0、1、…9排列表示10个十进制数。
输出端带小圆圈表示低电平有效。
平时10个输出端都是高电平1,如输入为1001码,输出“9”端为低电平0,其余9根线仍为高电平1,这表示“9”线被译中。
二极管,如每段都接低电平0,七段都被点亮,显示出数字“8”;
如b、c段接低电平0,其余都接1,显示的是“1”。
可见要把十进制数用七段显示管显示出来还要经过一次译码。
如果使用“4线—7线译码器”和显示管配合使用,就很简单,输入二进制码可直接显示十进制数,见图6。
译码器左侧有4个二进制码的输入端,右侧有7个输出可直接和数码管相连。
左上侧另有一个灭灯控制端IB,正常工作时应加高电平1,如不需要这位数字显示就在IB上加低电平0,就可使这位数字熄灭。
如果要想把十进制数显示出来,就要使用数码管。
现以共阳极发光二极管(LED)七段数码显示管为例,见图6。
它有七段发光
寄存器和移位寄存器
(1)寄存器
能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器,简称寄存器。
图7是用4个D触发器组成的寄存器,它能存贮4位二进制数。
4个CP端连在一起作为控制端,只有CP=1时它才接收和存贮数码。
4个RD端连在一起成为整个寄存器的清零端。
如果要存贮二进制码1001,只要把它们分别加到触发器D端,当CP来到后4个触发器从高到低分别被置成1、0、0、1,并一直保持到下一次输入数据之前。
要想取出这串数码可以从触发器的Q端取出。
(2)移位寄存器
有移位功能的寄存器叫移位寄存器,它可以是左移的、右移的,也可是双向移位的。
图8是一个能把数码逐位左移的寄存器。
它和一般寄存器不同的是:
数码是逐位串行输入并加在最低位的D端,然后把低位的Q端连到高一位的D端。
这时CP称为移位脉冲。
先从RD端送低电平清零,使寄存器成0000状态。
假定要输入的数码是1001,输入的次序是先高后低逐位输入。
第1个CP后,1被打入第1个触发器,寄存器成0001;
第2个CP后,Qo的1被移入Q1,新的0打入D1,成为0010;
第3个CP后,成为0100;
第4个CP后,成为1001。
可见经过4个CP,寄存器就寄存了4位二进制码1001。
目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。
计数器和分频器
(1)计数器
能对脉冲进行计数的部件叫计数器。
计数器品种繁多,有作累加计数的称为加法计数器,有作递减计数的称为减法计数器;
按触发器翻转来分又有同步计数器和异步计数器;
按数制来分又有二进制计数器、十进制计数器和其它进位制的计数器等等。
现举一个最简单的加法计数器为例,见图9。
它是一个16进制计数器,最大计数值是1111,相当于十进制数15。
需要计数的脉冲加到最低位触发器的CP端上,所有的J、K端都接高电平1,各触发器Q端接到相邻高一位触发器的CP端上。
J—K触发器的特性表告诉我们:
当J=1、K=1时来一个CP,触发器便翻转一次。
在全部清零后,①第1个CP后沿,触发器C0翻转成Q0=1,其余3个触发器仍保持0态,整个计数器的状态是0001。
②第2个CP后沿,触发器C0又翻转成“Q0=0,C1翻转成Q1=1,计数器成0010。
……到第15个CP后沿,计数器成1111。
可见这个计数器确实能对CP脉冲计数。
(2)分频器
计数器的第一个触发器是每隔2个CP送出一个进位脉冲,所以每个触发器就是一个2分频的分频器,16进制计数器就是一个16分频的分频器。
为了提高电子钟表的精确度,普遍采用的方法是用晶体
生32768赫标准信号脉冲,经过15级2分频处理得到1赫的秒信号。
因为晶体振荡器的准确度和稳定度很高,所以得到的秒脉冲信号也是精确可靠的。
把它们做到一个集成片上便是电子手表专用集成电路产品,见图10。
数字逻辑电路读图要点和举例
数字逻辑电路的读图步骤和其它电路是相同的,只是在进行电路分析时处处要用逻辑分析的方法。
读图时要:
①先大致了解电路的用途和性能。
②找出输入端、输出端和关键部件,区分开各种信号并弄清信号的流向。
③逐级分析输出与输入的逻辑关系,了解各部分的逻辑功能。
④最后统观全局得出分析结果。
例1三路抢答器
图11是智力竞赛用的三路抢答器电路。
裁判按下开关SA4,触发器全部被置零,进入准备状态。
这时Q1~Q3均为1,抢答灯不亮;
门1和门2输出为0,门3和门4组成的音频振荡器不振荡,扬声器无声。
竞赛开始,假定1号台抢先按下SA1,触发器C1翻转成Q1=1、Q1=0。
于是:
①门2输出为1,振荡器振荡,扬声器发声;
②HL1灯点亮;
③门1输出为1,这时2号、3号台再按开关也不起作用。
裁判宣布竞赛结果后,再按一下SA4,电路又进入准备状态。
例2彩灯追逐电路
图12是4位移位寄存器控制的彩灯电路。
开始时按下SA,触发器C1~C4被置成1000,彩灯HL1被点亮。
CP脉冲来到后,寄存器移1位,触发器C1~C4成0100,彩灯HL2点亮。
第2个CP脉冲点亮HL3,第3个点亮HL4,第4个CP又把触发器C1~C4置成1000,又点亮HL1。
如此循环往复,彩灯不停闪烁。
只要增加触发器可使灯数增加,改变CP的频率可变化速度。
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