緒論全套可編輯PPT課件緒論裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試8路搶答器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試密碼電子鎖的設(shè)計(jì)與調(diào)試多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與調(diào)試流水彩燈的設(shè)計(jì)與調(diào)試蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器目錄一、數(shù)字電子技術(shù)概述二、電子產(chǎn)品制造技術(shù)三、芯片技術(shù)四、工匠勞模CONTENTS一、數(shù)字電子技術(shù)概述二、電子產(chǎn)品制造技術(shù)三、芯片技術(shù)四、工匠勞模（一）數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展史

電子技術(shù)是19世紀(jì)末到20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，在20世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。電子技術(shù)水平是現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化的重要技術(shù)基礎(chǔ)。電子工業(yè)的發(fā)展速度和技術(shù)水平，直接影響到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國(guó)防建設(shè)，關(guān)系著社會(huì)主義建設(shè)的發(fā)展速度和國(guó)家的安危，也直接影響到人民的物質(zhì)、文化生活，關(guān)系著廣大群眾的切身利益。01

1883年，美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生發(fā)現(xiàn)了熱電子效應(yīng)。02

1895年，荷蘭物理學(xué)家洛倫茲假定了電子的存在。03

1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)試驗(yàn)找出電子。04

1904年，英國(guó)物理學(xué)家弗萊明利用熱電子效應(yīng)制成電子二極管，并證實(shí)了電子管具有“閥

門(mén)”作用，將其用于無(wú)線(xiàn)電檢波。05

1906年，美國(guó)物理學(xué)家福雷斯特在弗萊明的二極管中放進(jìn)第三電極——柵極而發(fā)明了電子

三極管，從而建樹(shù)了早期電子技術(shù)上最重要的里程碑。（二）數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用科技的進(jìn)一步提高，對(duì)我國(guó)的國(guó)防提出了更高的要求，而數(shù)字電子技術(shù)由于巨大的優(yōu)勢(shì)，被普遍應(yīng)用到國(guó)防建設(shè)中。數(shù)字電子技術(shù)是推動(dòng)國(guó)防發(fā)展的基礎(chǔ)，全面改善了軍事裝備，在國(guó)防順利發(fā)展的基礎(chǔ)上，還讓國(guó)防電子格局發(fā)生了改變。對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，讓國(guó)防事業(yè)得到了很大的發(fā)展。2在電力行業(yè)中的應(yīng)用如果電力系統(tǒng)能夠運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)，那么系統(tǒng)會(huì)變得十分完善，還能提高傳送電能的效率，以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。同時(shí)，采用數(shù)字電子技術(shù)，能夠提高電力系統(tǒng)的傳送管控能力，如果在工作期間出現(xiàn)了突發(fā)性狀況，那么就能有效地采取及時(shí)的處理，這樣能讓電力企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，讓電力企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中占據(jù)一席之地。3在電子商務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用隨著經(jīng)濟(jì)全球化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提升，電子商務(wù)得到快速發(fā)展。其具有非常好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，很難被地點(diǎn)、時(shí)間等因素制約。參加商務(wù)活動(dòng)時(shí)，靈活采用數(shù)字電子技術(shù)，如RFID、人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、數(shù)字監(jiān)控等技術(shù)，各類(lèi)資源也能夠完成整合，交易成本下降，效率提高。4在家用電器中的應(yīng)用在日常生活中，電子產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。例如，利用數(shù)字電子技術(shù)對(duì)溫度采取有效控制，對(duì)照明裝置的照度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)智能電視的各種操作，自動(dòng)煙霧報(bào)警等。5在汽車(chē)行業(yè)里的應(yīng)用將汽車(chē)配件和數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以很大程度地加強(qiáng)汽車(chē)行駛的安全性，如ASR、VDC等電子系統(tǒng)，加強(qiáng)了汽車(chē)的穩(wěn)定性。另外，采用智能交通系統(tǒng)，還可以給駕駛員提供安全的行車(chē)路線(xiàn)，較少交通事故的發(fā)生。（三）數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)字化和信息化技術(shù)越來(lái)越普及，勢(shì)必促進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)數(shù)字電子的需求呈明顯上升趨勢(shì)。如今科技信息更新?lián)Q代愈發(fā)快速，這極大地推動(dòng)了數(shù)字電子技術(shù)的更新升級(jí)，以滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境。1.數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)的融合2.大規(guī)模3.綠色環(huán)保二、電子產(chǎn)品制造技術(shù)三、芯片技術(shù)四、工匠勞模（一）印制電路板的裝配與焊接

印制電路板(PCB)是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，由于它是采用電子印刷技術(shù)制作的，故稱(chēng)為印制電路板。印制電路板分為單面印制電路板（單面板）、雙面印制電路板（雙面板）和多層印制電路板。單面板由基板、導(dǎo)線(xiàn)、焊盤(pán)和阻焊層組成，單面板只有一面有銅箔導(dǎo)線(xiàn)，主要應(yīng)用于低檔電子產(chǎn)品。雙面板兩面都有銅箔導(dǎo)線(xiàn)，應(yīng)用較為廣泛。電子技術(shù)的發(fā)展要求電路集成度和裝配密度不斷提高，連接復(fù)雜的電路就需要使用多層印制電路板。1印制電路板的裝配（1）把各種元器件按照產(chǎn)品裝配的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)檢和裝配前預(yù)處理，淘汰不合格元器件。（2）對(duì)元器件進(jìn)行整形，使之符合電路板上的位置要求。（3）將元器件插裝到印制電路板上。（4）對(duì)裝配過(guò)的電路板進(jìn)行檢查。2印制電路板的焊接

1）波峰焊在電子產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的企業(yè)里，印制電路板的焊接主要采用波峰焊、浸焊、回流焊等。

波峰焊是指將熔化的軟釬焊料，經(jīng)電動(dòng)泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，也可通過(guò)向焊料池注入氮?dú)鈦?lái)形成，使預(yù)先裝有元器件的印制電路板通過(guò)焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制電路板焊盤(pán)之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。波峰焊的工藝流程如下。（1）零件準(zhǔn)備。（2）插裝元器件。（3）涂助焊劑。（4）干燥和預(yù)熱。（5）波峰焊。（6）強(qiáng)迫風(fēng)冷。（7）剪腿和整理。（8）檢驗(yàn)和修補(bǔ)。

2）浸焊

浸焊是將插裝好元器件的PCB在熔化的錫爐內(nèi)浸錫，一次完成眾多焊點(diǎn)焊接的方法。浸焊分為手工浸焊和自動(dòng)浸焊。手工浸焊是由專(zhuān)業(yè)操作人員手持夾具，夾住已插裝好元器件的PCB，以一定的角度浸入焊錫槽內(nèi)來(lái)完成的焊接工藝。手工浸焊機(jī)如圖所示。其操作過(guò)程如下。（1）加熱錫爐，錫溫控制在250~280℃。（2）在PCB上涂一層(或浸一層)助焊劑。（3）用夾具夾住PCB浸入錫爐中，焊盤(pán)表面與PCB接觸，浸錫厚度以PCB厚度的1/2~2/3為宜，浸錫的時(shí)間為3~5s。（4）以PCB與錫面成5°~10°的角度使PCB離開(kāi)錫面，略微冷卻后檢查焊接質(zhì)量。如有較多的焊點(diǎn)未焊好，要重復(fù)浸錫一次。自動(dòng)浸焊是利用自動(dòng)浸焊機(jī)完成，將已插有元器件的待焊PCB由傳送帶送到工位時(shí)，焊料槽自動(dòng)上升，待焊板上的元器件引腳與PCB焊盤(pán)完全浸入焊料槽，保持足夠的時(shí)間后，焊料槽下降，脫離焊料，冷卻形成焊點(diǎn)完成焊接。自動(dòng)浸焊主要用于電視機(jī)主板等面積較大的電路板的焊接，相對(duì)于波峰焊，錫渣量減少，并且板面受熱均勻，變形相對(duì)較小。自動(dòng)浸焊機(jī)如圖所示。其操作過(guò)程如下。（1）PCB在浸焊機(jī)內(nèi)運(yùn)行至錫爐上方。（2）錫爐做上下運(yùn)動(dòng)或PCB做上下運(yùn)動(dòng)，使PCB浸入錫爐焊料內(nèi)，浸入深度為PCB厚度的1/2~2/3，浸錫時(shí)間3~5s。（3）PCB離開(kāi)浸錫位，出浸錫機(jī)，完成焊接。

3）回流焊

隨著電子產(chǎn)品PCB不斷小型化，出現(xiàn)了片狀元件，傳統(tǒng)的焊接方法已不能適應(yīng)需要?；亓骱冈O(shè)備內(nèi)部有一個(gè)加熱電路，將空氣或氮?dú)饧訜岬阶銐蚋叩臏囟群蟠迪蛞呀?jīng)貼好元件的PCB，讓元件兩側(cè)的焊料融化后與主板黏結(jié)?；亓骱腹に囀琴N裝技術(shù)的重要部分。起先，只在混合集成電路板組裝中采用回流焊工藝，組裝焊接的元件多數(shù)為片狀電容、片狀電感、貼裝型晶體管及二極管等。隨著表面裝配技術(shù)發(fā)展日趨完善，多種貼片元件和貼裝器件的出現(xiàn)，回流焊工藝技術(shù)及設(shè)備也得到相應(yīng)發(fā)展，其應(yīng)用日趨廣泛，幾乎在所有電子產(chǎn)品領(lǐng)域都已得到應(yīng)用。需要進(jìn)行表面貼裝工藝的電子產(chǎn)品首先施加焊錫膏，然后貼裝元器件，最后回流焊接?；亓骱笝C(jī)如圖所示。其操作過(guò)程如下。01

PCB進(jìn)入140~160℃的預(yù)熱溫區(qū)時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤(rùn)濕焊盤(pán)、元器件焊端和引腳，焊膏軟化、塌落，覆蓋焊盤(pán)，將焊盤(pán)、元器件引腳與氧氣隔離。02表貼元件充分預(yù)熱后進(jìn)入焊接區(qū)，溫度以2~3℃/s迅速上升時(shí)，焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫在PCB的焊盤(pán)、元器件焊端和引腳潤(rùn)濕、擴(kuò)散、漫流和回流混合在焊接界面上生成金屬化合物，形成焊錫接點(diǎn)。03

PCB進(jìn)入冷卻區(qū)，焊點(diǎn)凝固。（二）表面裝配技術(shù)

表面裝配技術(shù)（surfacemountedtechnology，SMT）是指在PCB基礎(chǔ)上進(jìn)行貼片加工的系列工藝流程。它是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝，具有易實(shí)現(xiàn)微型化，電氣性能大大提高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、大批量、高效率生產(chǎn)，材料成本、生產(chǎn)成本普遍降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高等優(yōu)點(diǎn)。1封裝方式貼片式集成電路按照封裝方式可以分為SO（shortout－line）封裝、QFP（quadflatpackage）封裝、PLCC（plasticleadedchipcarrier）封裝等，如圖所示。1）SO封裝

引線(xiàn)比較少的小規(guī)模集成電路大多采用這種小型封裝方式。SO封裝又分為幾種：芯片寬度小于3.8mm、電極引腳數(shù)目少于18的，稱(chēng)為SOP（shortout～linepackage）封裝；薄形封裝（TSOP封裝）；6.35mm寬的，電極引腳數(shù)目在20以上的，稱(chēng)為SOL封裝。SO封裝的引腳大部分采用翼形電極，引腳間距有1.27mm、1.0mm、0.8mm、0～65mm和0.5mm，但SOJ封裝的引腳兩邊向內(nèi)鉤回，稱(chēng)為鉤形（J形）電極，引腳數(shù)目在12~48。2）QFP封裝

矩形四邊都有電極引腳的SMT集成電路采用QFP封裝，其中，PQFP（plasticQFP）封裝的芯片四角有突出（角耳）；薄形TQFP封裝的厚度已經(jīng)降到1.0mm或0.5mm。QFP封裝的芯片一般都是大規(guī)模集成電路，在商品化的QFP芯片中，電極引腳數(shù)目最少為20，最多可能達(dá)到300以上。引腳間距最小的是0.4mm（最小極限是0.3mm），最大的是1.27mm。3）PLCC封裝

PLCC封裝的引腳在芯片底部向內(nèi)彎曲，呈鉤形（J形）電極，電極引腳數(shù)目為16~84，間距為1.27mm。在芯片的俯視圖中看不到芯片引腳。4）BGA封裝

BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，如圖所示。BGA封裝的優(yōu)點(diǎn)是I/O引腳數(shù)增加，但引腳間距并沒(méi)有減小反而增加，提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA封裝能用可控塌陷芯片法焊接，可以改善芯片的電熱性能；厚度和質(zhì)量都較以前的封裝技術(shù)有所減??；寄生參數(shù)減小，信號(hào)傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。2工藝流程表面裝配技術(shù)生產(chǎn)電子設(shè)備主要包括錫膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊機(jī)和自動(dòng)焊接質(zhì)量檢測(cè)裝置，簡(jiǎn)單示意圖如圖所示。其生產(chǎn)工藝流程一般如下。（1）涂膏。（2）貼裝。（3）固化。（4）回流焊接。（5）清洗。（6）檢測(cè)。（7）返修。三、芯片技術(shù)四、工匠勞模

芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱(chēng)，也稱(chēng)為集成電路（integratedcircuit，IC）或微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）；在電子學(xué)中是一種把電路（主要包括半導(dǎo)體設(shè)備，也包括被動(dòng)組件等）小型化的方式，并時(shí)常制造在半導(dǎo)體晶圓表面，其外觀如圖所示。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，芯片制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為以下方面。1.集成電路走向系統(tǒng)芯片2.石墨烯有望替代半導(dǎo)體3.微機(jī)電技術(shù)和生物信息技術(shù)將成為下一代半導(dǎo)體的主流技術(shù)四、工匠勞模

黨的十九大報(bào)告明確提出：“建設(shè)知識(shí)型、技能型、創(chuàng)新型的勞動(dòng)者大軍，弘揚(yáng)勞模精神和工匠精神，營(yíng)造勞動(dòng)光榮的社會(huì)風(fēng)尚和精益求精的敬業(yè)風(fēng)氣。工匠精神，是工人在長(zhǎng)期崗位工作中形成的對(duì)崗位技能的更高要求，對(duì)崗位的熱愛(ài)、對(duì)高質(zhì)量不斷追求的態(tài)度。在數(shù)字電子技術(shù)課程培養(yǎng)過(guò)程中。倡導(dǎo)工匠精神也是為《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供一批具有精益求精、追求完美極致、對(duì)社會(huì)有強(qiáng)烈責(zé)任感的工匠。具體到課程本身，基于工匠精神培養(yǎng)的數(shù)字電子技術(shù)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)過(guò)程中，需對(duì)學(xué)生提出以下培養(yǎng)要求。清楚掌握并遵守學(xué)校的各種行為規(guī)范。上課時(shí)仔細(xì)傾聽(tīng)老師的講解、實(shí)訓(xùn)任務(wù)安排、作業(yè)等，不懂就問(wèn)。制訂合理的學(xué)習(xí)計(jì)劃、學(xué)習(xí)筆記與學(xué)習(xí)總結(jié)。主動(dòng)學(xué)習(xí)，借助學(xué)校的各種資源獲取學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)等。THANKSFORLISTENING

項(xiàng)目一裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試目錄任務(wù)一數(shù)字集成電路的識(shí)別任務(wù)二仿真測(cè)試門(mén)電路邏輯功能任務(wù)三仿真測(cè)試邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)任務(wù)四仿真設(shè)計(jì)三人投票表決電路CONTENTS項(xiàng)目分析舉重比賽中，運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)有效與否由裁判判定，裁判共4位，其中主裁判1位，副裁判3位，主裁判有2個(gè)票權(quán)，每位副裁判有1個(gè)票權(quán)。當(dāng)每位裁判認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員成績(jī)有效時(shí)，投出贊成票。按照多數(shù)票有效的原則，當(dāng)裁判組認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員舉重成績(jī)有效時(shí)，白燈亮；當(dāng)裁判組認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員舉重成績(jī)無(wú)效時(shí)，紅燈亮。裁判表決器電路就是為了解決裁判的表決問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，裁判同意時(shí)，只需按下對(duì)應(yīng)的按鈕，運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)有效與否的結(jié)果就直觀地顯示出來(lái)。裁判表決器電路設(shè)計(jì)流程圖如圖所示。項(xiàng)目分析本項(xiàng)目需要完成下列內(nèi)容。（1）完成裁判表決器電路的設(shè)計(jì)。（2）畫(huà)出裁判表決器電路的邏輯圖。（3）完成裁判表決器電路的仿真調(diào)試。（4）完成裁判表決器電路的連接。要完成裁判表決器電路的設(shè)計(jì)，需要從數(shù)字電路的基礎(chǔ)入手，相應(yīng)的知識(shí)環(huán)節(jié)如圖所示。了解數(shù)字集成電路的命名方法；了解邏輯函數(shù)的意義，能進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)；了解組合邏輯電路的設(shè)計(jì)流程，能進(jìn)行簡(jiǎn)單應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)掌握數(shù)字集成電路的識(shí)別；掌握仿真測(cè)試集成電路邏輯功能的方法，進(jìn)而掌握實(shí)際數(shù)字集成電路的測(cè)試；掌握選用數(shù)字集成電路芯片的方法，能按照邏輯電路圖搭建實(shí)際電路；能使用仿真軟件進(jìn)行應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。一、數(shù)字電路概述二、數(shù)字集成電路任務(wù)一數(shù)字集成電路的識(shí)別任務(wù)目標(biāo)在集成技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的今天，由半導(dǎo)體元件組成的分立元件門(mén)電路已經(jīng)很少使用，現(xiàn)在的數(shù)字電路一般都由集成電路組成。本任務(wù)要求學(xué)生完成數(shù)字集成電路型號(hào)、生產(chǎn)廠商的識(shí)別，同時(shí)掌握查找數(shù)字集成電路芯片參數(shù)的方法。一、數(shù)字電路概述

現(xiàn)代社會(huì)中,數(shù)字電路有著廣泛的應(yīng)用和高速的發(fā)展。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字式儀表、數(shù)字控制裝置和工業(yè)邏輯系統(tǒng)等現(xiàn)代電子控制設(shè)備都是以數(shù)字電路為基礎(chǔ)的。數(shù)字電路大致包括信號(hào)的產(chǎn)生、放大、整形、傳送、控制、存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等組成部分。

（一）數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路1概述電子線(xiàn)路中的信號(hào)可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是時(shí)間連續(xù)的信號(hào)，稱(chēng)為模擬信號(hào)，如溫度、速度、壓力、磁場(chǎng)及電場(chǎng)等物理量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，模擬語(yǔ)音的音頻信號(hào)和模擬圖像的視頻信號(hào)等。圖(a)所示為模擬信號(hào)的波形。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線(xiàn)路稱(chēng)為模擬電路，如放大器、濾波器及信號(hào)發(fā)生器等都是由模擬電路組成的。另一類(lèi)是時(shí)間和幅值都是離散的(即不連續(xù)的)信號(hào)，稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。圖(b)所示為數(shù)字信號(hào)的波形。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線(xiàn)路稱(chēng)為數(shù)字電路，如數(shù)字電子鐘和數(shù)字萬(wàn)用表等都是由數(shù)字電路組成的。2脈沖信號(hào)和數(shù)字信號(hào)1）脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)是指在短時(shí)間內(nèi)作用于電路的離散的電流和電壓信號(hào)。上頁(yè)圖(a)所示是理想矩形脈沖波形，它從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)不需要時(shí)間。而實(shí)際矩形脈沖波形與理想波形是不同的，圖(b)所示為尖頂脈沖波形。

下面以圖所示的實(shí)際矩形脈沖波形為例來(lái)說(shuō)明描述脈沖信號(hào)的各種參數(shù)。（1）脈沖幅值Um。脈沖幅值Um是脈沖信號(hào)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的最大變化幅度。（2）脈沖前沿tr。脈沖前沿tr是脈沖信號(hào)由幅值的10％上升到幅值的90％所需的時(shí)間。（3）脈沖后沿tf。脈沖后沿tf是脈沖信號(hào)由幅值的90％下降到幅值的10％所需的時(shí)間。（4）脈沖寬度tW。脈沖寬度tW是脈沖信號(hào)由前沿幅值的50％變化到后沿幅值的50％所需的時(shí)間。（5）脈沖周期T。脈沖周期T是周期性變化的脈沖信號(hào)完成一次變化所需的時(shí)間。（6）脈沖頻率f。脈沖頻率f是單位時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)變化的次數(shù)。2）正、負(fù)脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)可以分為正脈沖信號(hào)和負(fù)脈沖信號(hào)兩種。變化后比變化前的電平值高的脈沖信號(hào)稱(chēng)為正脈沖信號(hào)，其波形如圖(a)所示；變化后比變化前的電平值低的脈沖信號(hào)稱(chēng)為負(fù)脈沖信號(hào)，其波形如圖(b)所示。3）數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是指可以用兩種邏輯電平0和1來(lái)描述的信號(hào)。邏輯電平0和1不表示具體的數(shù)量，而是一種邏輯值。若邏輯電路中的高電平用邏輯1表示、低電平用邏輯0表示，稱(chēng)之為正邏輯；若高電平用邏輯0表示、低電平用邏輯1表示，稱(chēng)之為負(fù)邏輯。在邏輯電路中習(xí)慣采用正邏輯，今后如無(wú)特殊說(shuō)明，本書(shū)一律采用正邏輯。理想脈沖信號(hào)的前沿和后沿可視為零，因此可以用兩個(gè)離散的電壓值來(lái)表示脈沖波形，這時(shí)數(shù)字波形和脈沖波形是一致的，只不過(guò)前者用邏輯電平表示，而后者用電壓值表示。3數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)與模擬電路相比，數(shù)字電路具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)。(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成化、系列化生產(chǎn)，成本低廉，使用方便。(2)抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，精度高。(3)處理功能強(qiáng)，不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)值運(yùn)算，還可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和判斷。(4)可編程數(shù)字電路可容易地實(shí)現(xiàn)各種算法，具有很大的靈活性。(5)數(shù)字信號(hào)更易于存儲(chǔ)、加密、壓縮、傳輸和再現(xiàn)。

（二）數(shù)字電路的特點(diǎn)與分類(lèi)1數(shù)字電路的特點(diǎn)電子器件(如二極管、三極管)的導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)的外部表現(xiàn)是電流的有無(wú)或電平的高低，所以數(shù)字電路在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電子器件處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。這種有和無(wú)、高和低相對(duì)立的兩種狀態(tài)，分別用1和0兩個(gè)數(shù)值來(lái)表示。數(shù)字信號(hào)中的1和0沒(méi)有任何數(shù)量的含義，只表示兩種不同的狀態(tài)，所以在數(shù)字電路的基本單元電路中，對(duì)元件的精度要求不高，允許有較大的誤差，電路在工作時(shí)只要能可靠地區(qū)分開(kāi)1和0兩種狀態(tài)即可。相應(yīng)地，組成數(shù)字電路的單元結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，具有便于集成化和系列化生產(chǎn)、工作準(zhǔn)確可靠、精度高、成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)字電路中，人們關(guān)心和研究的主要問(wèn)題是輸出信號(hào)的狀態(tài)(0或1)與輸入信號(hào)的狀態(tài)(0或1)之間的邏輯關(guān)系，以反映電路的邏輯功能，所以在數(shù)字電路中不能采用模擬電路的分析方法，而是以邏輯代數(shù)作為主要工具，利用真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等來(lái)表示電路的邏輯功能，所以數(shù)字電路又稱(chēng)為邏輯電路。數(shù)字電路不僅具有算術(shù)運(yùn)算能力，還具有邏輯推理和邏輯判斷能力，所以人們才能夠制造出各種數(shù)控裝置、智能儀表、數(shù)字通信設(shè)備及數(shù)字電子計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化的科技產(chǎn)品，使數(shù)字電路得到廣泛的應(yīng)用。2數(shù)字電路的分類(lèi)最基本的數(shù)字電路由二極管、三極管和電阻等元器件組成，實(shí)際應(yīng)用中已很少見(jiàn)到。現(xiàn)在的數(shù)字電路一般由集成電路組成。數(shù)字電路的種類(lèi)繁多，其分類(lèi)方式也較多，大致可以從以下幾個(gè)方面對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行分類(lèi)。(1)由于數(shù)字電路由集成電路構(gòu)成，因而可將數(shù)字電路按集成電路芯片的集成度分為小規(guī)模(SSI，每片數(shù)十器件)、中規(guī)模(MSI，每片數(shù)百器件)、大規(guī)模(LSI，每片數(shù)千器件)和超大規(guī)模(VLSI，每片器件數(shù)大于1萬(wàn))數(shù)字集成電路。(2)按所用器件制作工藝的不同，可將數(shù)字電路分為雙極型(TTL型)和單極型(CMOS型)兩類(lèi)。雙極型電路開(kāi)關(guān)速度快、頻率高、信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，但制造工藝較復(fù)雜。單極型電路輸入阻抗高、功耗小、工藝簡(jiǎn)單、集成密度高，且易于大規(guī)模集成。(3)按電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，可將數(shù)字電路分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類(lèi)。組合邏輯電路沒(méi)有記憶功能，其輸出信號(hào)只與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)，如加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都是典型的組合邏輯電路。時(shí)序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號(hào)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與電路以前的狀態(tài)有關(guān)，如觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、寄存器、順序脈沖發(fā)生器等都是典型的時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路是各種數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備(如數(shù)字電子計(jì)算機(jī))的基本組成部件。二、數(shù)字集成電路

能實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路稱(chēng)為門(mén)電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專(zhuān)用型兩大類(lèi)型。在集成技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的今天，由半導(dǎo)體元件組成的分立元件門(mén)電路已經(jīng)很少使用，但不管功能多么強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜的集成門(mén)電路，都是以分立元件門(mén)電路為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)改造演變而來(lái)的。本書(shū)重點(diǎn)介紹集成邏輯電路。

（一）TTL與CMOS集成電路在數(shù)字電路中，應(yīng)用最為廣泛的是TTL集成門(mén)電路和CMOS集成門(mén)電路。TTL是英文“transistortransistorlogic”的縮寫(xiě)，意為“晶體管晶體管邏輯”。當(dāng)邏輯門(mén)電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用三極管時(shí)，將這種邏輯門(mén)電路稱(chēng)為T(mén)TL邏輯門(mén)電路。CMOS集成電路的許多最基本的邏輯單元都是用P溝道增強(qiáng)型MOS管和N溝道增強(qiáng)型MOS管，按照互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)形式連接起來(lái)構(gòu)成的，并因此而得名。這種電路具有電壓控制、功耗極小、連接方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的集成電路之一。常用數(shù)字集成電路的分類(lèi)及特點(diǎn)見(jiàn)下表。（二）數(shù)字集成電路的命名方法

我國(guó)集成電路的型號(hào)是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)）的規(guī)定命名的，國(guó)標(biāo)《半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名方法》GB3430—1989規(guī)定了我國(guó)集成電路各個(gè)品種和系列的命名方法。集成電路國(guó)標(biāo)命名方法見(jiàn)表。1國(guó)產(chǎn)集成電路的型號(hào)命名方法

目前電子市場(chǎng)上除國(guó)產(chǎn)的集成電路外，還有世界各大半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的大量產(chǎn)品。集成電路的命名在國(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各制造公司各有自己的一套命名方法，這給識(shí)別集成電路帶來(lái)很大的困難，但各制造公司對(duì)集成電路的命名也存在一些規(guī)律。下表列出了國(guó)外集成電路型號(hào)前綴字母與生產(chǎn)公司對(duì)照，供參考。2國(guó)外集成電路的型號(hào)命名方法

需要說(shuō)明的是，由于集成電路的生產(chǎn)廠家眾多，且命名方法各異，即使同一前綴名的集成電路，也有不同的廠家在生產(chǎn)，所以使用者在選擇具體集成電路的時(shí)候，要查閱相應(yīng)的集成電路手冊(cè)，或到相關(guān)的網(wǎng)站查詢(xún)。下圖所示為數(shù)字集成電路型號(hào)舉例。3集成電路的使用常識(shí)1）常見(jiàn)數(shù)字集成電路的封裝集成電路就是采用一定的生產(chǎn)工藝將晶體管、電阻和電容等元器件及連接線(xiàn)路都集中在一個(gè)很小的硅片上，這個(gè)小硅片稱(chēng)為晶片。將晶片用塑料或陶瓷封起來(lái)，并引出外部連接線(xiàn)，其外形大小、形狀和外部連接線(xiàn)的引出方式、尺寸標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為集成電路的封裝。為滿(mǎn)足不同的應(yīng)用場(chǎng)合，同一型號(hào)的集成電路一般都有不同形式的封裝，在使用集成電路前一定要查清集成電路的封裝，特別是在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，初學(xué)者往往會(huì)發(fā)生印制電路板制作完成后，在組裝器件時(shí)因封裝不對(duì)而造成印制電路板報(bào)廢的情況。隨著集成電路安裝工藝技術(shù)的發(fā)展，封裝技術(shù)也在不斷發(fā)展。目前集成電路的封裝規(guī)格不下數(shù)百種，圖所示為數(shù)字集成電路常見(jiàn)的幾種封裝形式。

TTL與非門(mén)在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用?？筛鶕?jù)電路的邏輯需要，選用四2輸入與非門(mén)、三3輸入與非門(mén)、雙4輸入與非門(mén)、8輸入與非門(mén)或相應(yīng)型號(hào)的開(kāi)路門(mén)(OC門(mén))。其中四2輸入與非門(mén)的含義為，在1個(gè)集成電路芯片中集成了4個(gè)一樣的與非門(mén)電路，每個(gè)與非門(mén)電路為2個(gè)輸入端和1個(gè)輸出端。其他有關(guān)芯片的內(nèi)容，會(huì)在后續(xù)章節(jié)中結(jié)合實(shí)際應(yīng)用陸續(xù)介紹。表列出了常用TTL與非門(mén)產(chǎn)品的型號(hào)和功能。知識(shí)拓展——TTL與非門(mén)電路的型號(hào)及通用性

上述的11種與非門(mén)(含OC門(mén))均采用雙列直插(DIP)式14腳封裝形式，如圖所示為CT7400和CT7420兩種與非門(mén)的引腳排列示意圖。

TTL門(mén)電路是基本邏輯單元，是構(gòu)成各種TTL集成電路的基礎(chǔ)。實(shí)際生產(chǎn)的TTL集成電路品種齊全，種類(lèi)繁多，應(yīng)用十分普遍。TTL集成電路產(chǎn)品有多個(gè)系列，其常用集成邏輯電路參數(shù)見(jiàn)表。知識(shí)拓展——TTL集成電路的技術(shù)參數(shù)74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列。TTL集成電路參數(shù)很多，現(xiàn)以TTL與非門(mén)為例介紹一些反映性能的主要參數(shù)。1電壓傳輸特性電壓傳輸特性是指輸出電壓uO隨輸入電壓uI變化的特性。如果將TTL與非門(mén)的某輸入端電壓由0V逐漸增加到5V，其他輸入端接5V，測(cè)量輸出端電壓，可以得到一條電壓變化的曲線(xiàn)，這就是電壓傳輸特性曲線(xiàn)，如圖所示。2其他類(lèi)型的TTL門(mén)電路在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯函數(shù)，在TTL門(mén)電路的定型產(chǎn)品中，除了與非門(mén)之外，還有或非門(mén)、與門(mén)、或門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)和反相器等幾種常見(jiàn)的類(lèi)型。它們盡管功能不同，但輸入端和輸出端的電路結(jié)構(gòu)均與TTL與非門(mén)基本相同，所以前面介紹的各種特性和參數(shù)，對(duì)這些門(mén)電路同樣適用。同一系列數(shù)字集成電路中邏輯功能相同的數(shù)字集成電路，其外部引腳相同，如74系列中四2輸入與非門(mén)有7400、74LS00（見(jiàn)圖）、74HC00、74ALS00、74HCT00等類(lèi)型。盡管它們有著相同的邏輯功能和外形，但它們的技術(shù)參數(shù)卻不相同，使用中是否能直接互換需要根據(jù)技術(shù)參數(shù)來(lái)決定。技能訓(xùn)練——數(shù)字集成電路的識(shí)別1實(shí)訓(xùn)目的學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字集成電路的識(shí)別方法。2實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材如表所示。技能訓(xùn)練——數(shù)字集成電路的識(shí)別3實(shí)訓(xùn)原理及操作根據(jù)本任務(wù)中有關(guān)數(shù)字電路芯片的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找或查閱技術(shù)資料的方式，了解掌握集成電路芯片參數(shù)的獲取方法。（1）根據(jù)型號(hào)判斷出集成電路芯片的生產(chǎn)廠家、引腳數(shù)量和芯片的邏輯功能。（2）畫(huà)出芯片的引腳圖和內(nèi)部邏輯圖并標(biāo)出引腳號(hào)。（3）寫(xiě)出芯片的主要技術(shù)參數(shù)，填寫(xiě)表。一、邏輯代數(shù)二、邏輯運(yùn)算三、邏輯門(mén)電路與集成邏輯電路任務(wù)二仿真測(cè)試門(mén)電路邏輯功能任務(wù)目標(biāo)門(mén)電路是組成數(shù)字電路的基本單元電路，了解了門(mén)電路的工作原理和邏輯功能，才能更好地使用集成邏輯門(mén)電路。本任務(wù)通過(guò)仿真測(cè)試的方式學(xué)習(xí)并掌握集成邏輯門(mén)電路的功能和特點(diǎn)。一、邏輯代數(shù)

所謂邏輯，就是指事物的各種因果關(guān)系。就其整體而言，數(shù)字電路輸出量與輸入量之間的關(guān)系是一種因果關(guān)系，它可以用邏輯表達(dá)式來(lái)描述，因而數(shù)字電路又稱(chēng)為邏輯電路。邏輯代數(shù)（布爾代數(shù))是研究邏輯電路的數(shù)學(xué)工具，它為分析和設(shè)計(jì)邏輯電路提供了理論基礎(chǔ)。邏輯代數(shù)用二值函數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。利用邏輯代數(shù)可以將客觀事物之間復(fù)雜的邏輯關(guān)系用簡(jiǎn)單的代數(shù)式描述出來(lái)，從而方便地研究各種復(fù)雜的邏輯問(wèn)題。邏輯代數(shù)與普通代數(shù)一樣，也是用字母表示變量，但是變量的取值只有0和1。這里的0和1并不表示數(shù)量的大小，而是兩種對(duì)立的邏輯狀態(tài)，例如，“是”與“不是”，“通”與“斷”，“高電平”與“低電平”等。0和1的含義要根據(jù)所研究的具體事件來(lái)確定。

（一）基本邏輯關(guān)系基本的邏輯關(guān)系有三種：與邏輯、或邏輯和非邏輯。下面用圖所示的指示燈控制電路來(lái)說(shuō)明邏輯函數(shù)的實(shí)際意義。首先確定各邏輯值的含義：設(shè)開(kāi)關(guān)閉合為1，斷開(kāi)為0；燈亮為1，燈滅為0。用A、B作為開(kāi)關(guān)S1、S2的狀態(tài)變量，用F作為燈H的狀態(tài)變量。只有當(dāng)決定事物結(jié)果的所有條件全部具備時(shí)，這個(gè)結(jié)果才會(huì)發(fā)生，這樣的邏輯關(guān)系稱(chēng)為與邏輯關(guān)系。對(duì)于圖(a)所示的電路，只有當(dāng)開(kāi)關(guān)S1與S2都閉合，即A與B均為1時(shí)，F(xiàn)才能為1，燈才能亮。所以燈和開(kāi)關(guān)之間的邏輯關(guān)系為邏輯與，表示為F=A·B。1與邏輯在決定事物結(jié)果的所有條件中，只要具備一個(gè)或一個(gè)以上的條件，這個(gè)結(jié)果就會(huì)發(fā)生，這樣的邏輯關(guān)系稱(chēng)為或邏輯關(guān)系。對(duì)于圖(b)所示電路，只要開(kāi)關(guān)S1或S2有一個(gè)閉合，即A或B有一個(gè)為1時(shí)，F(xiàn)就能為1，燈就能亮。所以燈和開(kāi)關(guān)之間的邏輯關(guān)系為邏輯或，表示為F=A+B。2或邏輯當(dāng)決定事物結(jié)果的條件不具備時(shí)，這件事情才會(huì)發(fā)生，這樣的邏輯關(guān)系稱(chēng)為非邏輯關(guān)系。對(duì)于圖(c)所示電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)時(shí)燈亮，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)燈滅。因此，燈和開(kāi)關(guān)之間的邏輯關(guān)系為邏輯非，表示為F=A。3非邏輯將上述的與邏輯、或邏輯和非邏輯的因果關(guān)系用字母代號(hào)和數(shù)字0、1的形式，列出所有變化的狀態(tài)表，即為該邏輯運(yùn)算的真值表。除了與、或、非三種基本邏輯關(guān)系外，還有與非、或非、與或非、異或和同或等復(fù)合邏輯關(guān)系。

（二）邏輯函數(shù)的表示方法任何邏輯函數(shù)都可以用邏輯表達(dá)式、邏輯符號(hào)圖(簡(jiǎn)稱(chēng)為邏輯圖)、真值表和卡諾圖四種形式來(lái)表示。表所示為幾種常用邏輯函數(shù)的表示方法。

（三）邏輯函數(shù)表示形式的轉(zhuǎn)換同一個(gè)邏輯函數(shù)可以用邏輯表達(dá)式、真值表和邏輯圖三種形式中的任意一種來(lái)表示。其中邏輯表達(dá)式又有多種形式，如與或表達(dá)式、或與表達(dá)式、與非-與非表達(dá)式、或非-或非表達(dá)式、與或非表達(dá)式等。因此，對(duì)同一個(gè)邏輯函數(shù)，根據(jù)需要可以采用任意一種形式來(lái)表示，各種形式之間也可以相互轉(zhuǎn)換。例如：由真值表轉(zhuǎn)換到與或表達(dá)式的方法是：將真值表中每一組使輸出函數(shù)值為1的輸入變量都寫(xiě)成一個(gè)乘積項(xiàng)；在這些乘積項(xiàng)中，取值為1的變量，該因子寫(xiě)成原變量，取值為0的變量，該因子寫(xiě)成反變量；將這些乘積項(xiàng)相加，就得到了邏輯函數(shù)的與或表達(dá)式。1由真值表轉(zhuǎn)換到與或表達(dá)式由邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換到真值表的方法是：把函數(shù)中變量各種取值的組合有序地填入真值表中(有n個(gè)變量時(shí)，變量取值的組合有2n個(gè))，再計(jì)算出變量各組取值時(shí)對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，并填入表中，就得到了邏輯函數(shù)的真值表。由邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換到真值表的轉(zhuǎn)換就是將所有變量對(duì)應(yīng)的所有賦值運(yùn)算一遍，將變量的賦值與運(yùn)算的結(jié)果以填表的形式表示出來(lái)。2由邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換到真值表

3邏輯表達(dá)式與邏輯圖的轉(zhuǎn)換二、邏輯運(yùn)算

1基本的邏輯運(yùn)算

基本邏輯運(yùn)算的法則見(jiàn)表。

（1）交換律。A+B=B+AA·B=B·A

（2）結(jié)合律。A+B+C=A+（B+C）ABC=A（BC）=（AB）C2邏輯代數(shù)的基本定律

除了基本的邏輯運(yùn)算以外，還經(jīng)常用到與非、或非、異或、同或等邏輯運(yùn)算來(lái)處理邏輯問(wèn)題。3幾種常用的邏輯運(yùn)算

邏輯代數(shù)有三個(gè)重要規(guī)則，利用這三個(gè)規(guī)則，可以得到更多的公式，從而使公式的應(yīng)用范圍更為廣泛，使用也更為靈活。4邏輯代數(shù)運(yùn)算的基本規(guī)則

1）代入規(guī)則在任何一個(gè)邏輯等式中，如果將等式兩邊所有出現(xiàn)某一變量的地方都用同一個(gè)邏輯函數(shù)代替，則等式依然成立。這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為代入規(guī)則。

2）反演規(guī)則對(duì)于任何一個(gè)邏輯表達(dá)式F，如果將表達(dá)式中所有的“·”換成“+”，“+”換成“·”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，原變量換成反變量，反變量換成原變量，那么所得到的表達(dá)式就是函數(shù)F的反函數(shù)F。這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為反演規(guī)則。需要注意的是，在運(yùn)用反演規(guī)則求一個(gè)函數(shù)的反函數(shù)的時(shí)候，必須按照邏輯運(yùn)算的優(yōu)先順序進(jìn)行，即先算括號(hào)，接著與運(yùn)算，然后或運(yùn)算，最后非運(yùn)算，否則容易出錯(cuò)。

3）對(duì)偶規(guī)則

對(duì)于任何一個(gè)邏輯表達(dá)式F，如果將表達(dá)式中所有的“·”換成“+”，“+”換成“·”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，而變量保持不變，那么所得到的表達(dá)式是一個(gè)新函數(shù)F′。F′稱(chēng)為函數(shù)F的對(duì)偶函數(shù)。這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為對(duì)偶規(guī)則。需要注意的是，在求一個(gè)函數(shù)的對(duì)偶函數(shù)時(shí)，同樣需要注意運(yùn)算的先后順序。對(duì)偶規(guī)則的意義在于，如果兩個(gè)函數(shù)相等，則它們的對(duì)偶函數(shù)也相等。

對(duì)于一個(gè)邏輯函數(shù)，當(dāng)用不同電路來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，其邏輯表達(dá)式的形式也不同，這時(shí)就需要將邏輯表達(dá)式進(jìn)行變換。下面的兩個(gè)例子是常用的變換。5利用邏輯運(yùn)算的法則進(jìn)行邏輯表達(dá)式的變換三、邏輯門(mén)電路與集成邏輯電路

能實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路稱(chēng)為門(mén)電路。由于在二值邏輯中，邏輯變量的取值0和1是兩種截然不同的邏輯狀態(tài)，在電路中也需要用兩種截然相反的狀態(tài)來(lái)表示，而電路的狀態(tài)是靠半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通與截止來(lái)控制和實(shí)現(xiàn)的，所以半導(dǎo)體元件稱(chēng)為電子開(kāi)關(guān)。二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管在數(shù)字電路中就是構(gòu)成這種電子開(kāi)關(guān)的基本開(kāi)關(guān)元件。相應(yīng)地，門(mén)電路也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電路。

（一）分立元件門(mén)電路在集成技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的今天，分立元件門(mén)電路已經(jīng)很少使用，但不管功能多么強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜的集成門(mén)電路，都是以分立元件門(mén)電路為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)改造演變而來(lái)的。了解分立元件門(mén)電路的工作原理，有助于學(xué)習(xí)和掌握集成門(mén)電路。分立元件門(mén)電路是由二極管、三極管和MOS管以及電阻等元件組成的門(mén)電路。

圖(a)所示是由二極管構(gòu)成的有兩個(gè)輸入端的與門(mén)電路，其中A和B為輸入端，F(xiàn)為輸出端。圖(b)所示是與門(mén)的邏輯符號(hào)。1二極管與門(mén)假設(shè)二極管是硅管，正向壓降為0.7V，輸入高電平為3V，低電平為0V?，F(xiàn)在來(lái)分析這個(gè)電路如何實(shí)現(xiàn)與邏輯運(yùn)算。輸入A和B的高、低電平共有四種不同的組合，下面分別討論。（1）VA＝VB＝0V。在這種情況下，二極管DA和DB都處于正向偏置，DA和DB均導(dǎo)通。由于二極管的正向?qū)▔航禐?.7V，使VF被鉗制在VF=VA(或VB)+0.7V＝0.7V。（2）VA＝0V，VB＝3V。VA=0V，故DA先導(dǎo)通。由于二極管的鉗位作用，VF＝0.7V。此時(shí)DB反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)。（3）VA＝3V，VB＝0V。顯然DB先導(dǎo)通，VF＝0.7V。此時(shí)DA反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)。（4）VA＝VB＝3V。在這種情況下，DA和DB均導(dǎo)通，因二極管的鉗位作用，VF＝VA(或VB)+0.7V＝3.7V。將上述輸入與輸出電平之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系列表，見(jiàn)下表。如果將高電平3V或3.7V代表邏輯1，低電平0V或0.7V代表邏輯0，則可以把上表中輸入與輸出電平關(guān)系表轉(zhuǎn)換為輸入與輸出的邏輯關(guān)系表，見(jiàn)右表，這個(gè)表即為與邏輯真值表。

由此可見(jiàn)，輸入變量A、B與F之間的邏輯關(guān)系是與邏輯。因此，圖（a）所示電路是實(shí)現(xiàn)與邏輯運(yùn)算的與門(mén)，其邏輯表達(dá)式為F=A·B。

圖(a)所示是由二極管構(gòu)成的有兩個(gè)輸入端的或門(mén)電路，其中A和B為輸入端，F(xiàn)為輸出端。圖(b)所示是或門(mén)的邏輯符號(hào)，其電路分析可分為以下兩種情況。2二極管或門(mén)

（1）VA=VB=0V或VA=VB=3V。顯然，二極管DA和DB都導(dǎo)通。當(dāng)VA=VB=0V時(shí)，VF＝VA（或VB）－0.7V＝－0.7V；當(dāng)VA=VB=3V時(shí)，VF＝VA（或VB）－0.7V＝2.3V。

（2）VA、VB任意一個(gè)為3V。當(dāng)VA=3V時(shí)，DA先導(dǎo)通，因二極管鉗位作用，VF＝VA－0.7V＝2.3V。此時(shí)，DB截止。同理，當(dāng)VB=3V時(shí)，VF＝2.3V。

如果將高電平2.3V和3V代表邏輯l，低電平－0.7V和0V代表邏輯0，那么根據(jù)上述分析結(jié)果，可以得到表所示的邏輯真值表。通過(guò)真值表可看出，只要輸入有一個(gè)1，輸出就為1。否則，輸出就為0。

圖(a)所示是由三極管構(gòu)成的有一個(gè)輸入端的非門(mén)電路，其中A為輸入端，F(xiàn)為輸出端。圖(b)所示是非門(mén)邏輯符號(hào)，其電路分析可分為以下兩種情況。3三極管非門(mén)

（1）VA=0V。由于VA=0V，－5V電壓經(jīng)R1和R2分壓后使三極管VT的基極電平VB<0，所以，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓VF將接近于VCC，即VF≈VCC=3V。

(2)VA=3V。由于VA＝3V，三極管VT發(fā)射結(jié)正向偏置，VT導(dǎo)通并處于飽和狀態(tài)（可以設(shè)計(jì)電路使基極電流大于臨界飽和基極電流，在這種情況下，三極管為飽和狀態(tài)），三極管VT為飽和狀態(tài)時(shí)，VCE=0.3V，因此，VF=0.3V。如果將高電平3V代表邏輯1，低電平0V和0.3V代表邏輯0，根據(jù)上述分析結(jié)果，可得到表所示的邏輯真值表。通過(guò)真值表可以看出，輸入為1時(shí)，輸出為0；輸入為0時(shí)，輸出為1。由此可知，輸入變量A與輸出變量F之間的邏輯關(guān)系是非邏輯，其邏輯表達(dá)式為F=A。

二極管與門(mén)和或門(mén)電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是存在電平偏移、帶負(fù)載能力差、工作速度低、可靠性差。非門(mén)的優(yōu)點(diǎn)恰好是沒(méi)有電平偏移、帶負(fù)載能力強(qiáng)、工作速度高、可靠性高。因此，常將二極管與門(mén)、或門(mén)和三極管非門(mén)連接起來(lái)，構(gòu)成與非門(mén)和或非門(mén)。這種門(mén)電路稱(chēng)為二極管－三極管邏輯門(mén)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為DTL電路。無(wú)論是分立元件組成的門(mén)電路還是集成門(mén)電路，只要其邏輯功能相同，在邏輯電路圖中都可以用相應(yīng)的邏輯符號(hào)來(lái)表示。4復(fù)合門(mén)電路

（二）TTL集成門(mén)電路分立元件門(mén)電路體積大、可靠性差，而集成門(mén)電路不僅微型化、可靠性高、耗電少，而且運(yùn)行速度快，便于多級(jí)連接。以半導(dǎo)體器件為基本單元，集成在一塊硅片上，并具有一定邏輯功能的電路稱(chēng)為邏輯集成電路。輸入端和輸出端都用雙極型晶體管的邏輯電路稱(chēng)為晶體管晶體管邏輯電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)TL電路。TTL電路的開(kāi)關(guān)速度較快，其缺點(diǎn)是功耗較大（相對(duì)CMOS電路而言）。圖所示為T(mén)TL與非門(mén)電路。

圖所示為T(mén)TL與非門(mén)電路，它由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成。輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管VT1、二極管VD1和VD2構(gòu)成。多發(fā)射極晶體管中的基極和集電極是共用的，發(fā)射極是獨(dú)立的。VD1和VD2為輸入端限幅二極管，限制輸入負(fù)脈沖的幅度，起到保護(hù)多發(fā)射極晶體管的作用。中間級(jí)由VT2構(gòu)成，其集電極和發(fā)射極產(chǎn)生相位相反的信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)的VT3和VT4。輸出級(jí)由VT3、VT4和VD3構(gòu)成推拉式輸出。1基本TTL與非門(mén)的工作原理

在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯函數(shù)，在TTL門(mén)電路的定型產(chǎn)品中，除了與非門(mén)之外，還有或非門(mén)、與門(mén)、或門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)和反相器等幾種常見(jiàn)的類(lèi)型。它們盡管功能不同，但輸入端和輸出端的電路結(jié)構(gòu)均與TTL與非門(mén)基本相同，所以前面介紹的各種特性和參數(shù)，對(duì)這些門(mén)電路同樣適用。2其他類(lèi)型的TTL門(mén)電路3集電極開(kāi)路的門(mén)電路和三態(tài)門(mén)

1）集電極開(kāi)路的門(mén)電路集電極開(kāi)路的門(mén)電路是基于線(xiàn)與邏輯的實(shí)際需要而產(chǎn)生的。線(xiàn)與就是將兩個(gè)以上的門(mén)電路的輸出端直接并聯(lián)起來(lái)，用以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)函數(shù)的邏輯乘，這在理論上是可行的，但用普通的門(mén)電路實(shí)現(xiàn)線(xiàn)與卻是不安全的。因?yàn)槠胀ㄩT(mén)電路的輸出級(jí)大部分采用互補(bǔ)的工作方式，如果將兩個(gè)與非門(mén)的輸出端直接相連，就可能出現(xiàn)一條自VCC到地的低阻通路，則必然有很大的電流流過(guò)兩個(gè)門(mén)的輸出級(jí)，這個(gè)電流的數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作的電流，從而造成門(mén)電路的損壞。為了解決線(xiàn)與問(wèn)題，在TTL電路中把門(mén)電路輸出級(jí)改為集電極開(kāi)路的三極管結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)為OC門(mén)。圖(a)和圖(b)所示分別為OC門(mén)的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號(hào)。這種門(mén)工作時(shí)需要在輸出級(jí)開(kāi)路的集電極和電源之間加負(fù)載電阻，該負(fù)載電阻稱(chēng)為上拉電阻RC，只要RC的數(shù)值選擇適當(dāng)，就能做到既保證輸出高、低電平符合要求，又保證輸出級(jí)三極管不過(guò)載。線(xiàn)與功能是OC門(mén)在應(yīng)用中的主要特點(diǎn)。兩個(gè)OC門(mén)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)與的電路如圖(c)所示。當(dāng)兩個(gè)門(mén)的輸出F1和F2均為高電平時(shí)，電路的輸出F為高電平，F(xiàn)1和F2中有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出F為低電平，顯然完成的是與運(yùn)算F=F1·F2=AB·CD。這種不用與門(mén)而完成的與運(yùn)算稱(chēng)為線(xiàn)與邏輯。

設(shè)n個(gè)OC門(mén)線(xiàn)與，后面帶m個(gè)負(fù)載門(mén)，則上拉電阻（外接電阻）RC的取值范圍為

2）三態(tài)門(mén)三態(tài)門(mén)簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)SL門(mén)，它是在普通門(mén)的基礎(chǔ)上，加上使能控制電路和控制信號(hào)構(gòu)成的。三態(tài)門(mén)的輸出有三種狀態(tài)，即高電平、低電平和高阻態(tài)（開(kāi)路狀態(tài)）。在高阻態(tài)時(shí)，其輸出與外接電路呈斷開(kāi)狀態(tài)。圖所示為三態(tài)與非門(mén)邏輯圖。圖(a)所示的三態(tài)門(mén)是控制端為高電平時(shí)有效。當(dāng)EN=1時(shí)，與普通與非門(mén)的邏輯功能相同；當(dāng)EN=0時(shí)，不論A、B的狀態(tài)如何，其輸出均為高阻態(tài)(與外電路隔斷)。圖(b)所示的三態(tài)門(mén)是控制端為低電平時(shí)有效。當(dāng)EN=0時(shí)，與普通與非門(mén)的邏輯功能相同；當(dāng)EN=1時(shí)，不論A、B的狀態(tài)如何，其輸出均為高阻態(tài)。4TTL邏輯門(mén)電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題為防止干擾，增強(qiáng)工作的穩(wěn)定性，與非門(mén)多余輸入端一般不應(yīng)懸空（懸空相當(dāng)于邏輯1），而應(yīng)將其接正電源或接固定高電平，也可以接至使用端，如圖所示?；蜷T(mén)和或非門(mén)多余輸入端可直接接地。

1）多余輸入端的處理

2）使用中的注意事項(xiàng)（1）對(duì)已經(jīng)選定的元器件一定要進(jìn)行測(cè)試，參數(shù)的性能指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并留有余量。要準(zhǔn)確識(shí)別各元器件的引腳，以免接錯(cuò)造成人為故障甚至損壞元器件。（2）TTL電路的電源電壓應(yīng)滿(mǎn)足（5±0.5）V，使用時(shí)不能將電源與“地”引線(xiàn)端顛倒接錯(cuò)，否則將會(huì)因電流過(guò)大造成器件損壞。（3）電路的各輸入端不能直接與高于+5.5V、低于-0.5V的低內(nèi)阻電源連接，因?yàn)榈蛢?nèi)阻電源能提供較大電流，會(huì)因過(guò)熱而燒毀器件。（4）除三態(tài)門(mén)和OC門(mén)外，輸出端不允許并聯(lián)使用，OC門(mén)線(xiàn)與時(shí)應(yīng)按要求配好上拉電阻。（5）輸出端不允許與電源或“地”短路，否則會(huì)造成器件損壞，但可以通過(guò)電阻與電源相連，輸出高電平。（6）在電源接通的情況下，不要移動(dòng)或插入集成電路，因?yàn)殡娏鞯臎_擊會(huì)造成集成電路永久性損壞。（7）一個(gè)集成塊中一般包括幾個(gè)門(mén)電路，為了降低功耗，可將不使用的與非門(mén)和或非門(mén)等器件的所有輸入端接地，并且將它們的輸出端連到不使用的與門(mén)輸入端上，如圖所示。（8）為了防止動(dòng)態(tài)尖峰或脈沖電流通過(guò)公共電源內(nèi)阻耦合到邏輯電路造成干擾，在電源與地線(xiàn)間通常接入10～100μF的低頻去耦濾波電容。大電容有分布電感，不能濾除高頻干擾，因此每一個(gè)芯片電源端還應(yīng)加接0.1pF的電容，以濾除高頻開(kāi)關(guān)噪聲。（9）為了減少噪聲，應(yīng)將電源“地”和信號(hào)“地”分開(kāi),先將信號(hào)“地”匯集一點(diǎn)，然后用最短的導(dǎo)線(xiàn)將二者連在一起。如果系統(tǒng)中含有模擬和數(shù)字兩種電路，同樣應(yīng)將二者的“地”分開(kāi)，然后選一個(gè)合適的公共點(diǎn)接地。必要時(shí)可設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字兩塊電路板，各配直流電源，然后將二者恰當(dāng)?shù)摹暗亍边B接在一起。（10）TTL電路通常要求輸入信號(hào)上升沿或下降沿小于50～100ns/V，當(dāng)外加輸入信號(hào)不滿(mǎn)足此要求時(shí)，必須加施密特觸發(fā)器整形。

（三）CMOS集成電路

CMOS集成電路的許多最基本的邏輯單元，都是用P溝道增強(qiáng)型MOS管和N溝道增強(qiáng)型MOS管按照互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)形式連接起來(lái)構(gòu)成的，故稱(chēng)為互補(bǔ)型MOS集成電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為CMOS集成電路。CMOS集成電路具有電壓控制、功耗極低和連接方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的集成電路之一。

CMOS器件的系列較多，有4000、HC、HCT、AC和ACT等。其中4000為普通CMOS，HC為高速CMOS，HCT為能夠與TTL兼容的CMOS，AC為先進(jìn)的CMOS，ACT為先進(jìn)的能夠與TTL兼容的CMOS。

CMOS器件的電源電壓：4000系列為3～18V，HC系列為2～6V，HCT、AC和ACT等與TTL系列相同，為5V。1常用CMOS邏輯門(mén)圖所示是CMOS非門(mén)電路，是CMOS電路的基本單元。它由一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管T1和一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管T2構(gòu)成，兩管漏極相連作為輸出端F，兩管柵極相連作為輸入端A。T1源極接正電源VDD，T2源極接地，VDD大于T1和T2開(kāi)啟電壓絕對(duì)值之和。

1）CMOS非門(mén)電路圖所示是兩輸入CMOS與非門(mén)電路。與CMOS非門(mén)電路相比，其增加了一個(gè)P溝道MOS管與原P溝道MOS管并接，增加了一個(gè)N溝道MOS管與原N溝道MOS管串接。每個(gè)輸入分別控制一對(duì)P、N溝道MOS管。

2）CMOS與非門(mén)電路2CMOS傳輸門(mén)圖所示為CMOS傳輸門(mén)電路及其邏輯符號(hào)，其中N溝道增強(qiáng)型MOS管TN的襯底接地，P溝道增強(qiáng)型MOS管TP的襯底接電源+VDD，兩管的源極和漏極分別連在一起作為傳輸門(mén)的輸入端和輸出端，在兩管的柵極上加上互補(bǔ)的控制信號(hào)C和C。3CMOS集成電路的特點(diǎn)和TTL集成電路比較，CMOS集成電路具有以下特點(diǎn)。（1）由于CMOS管的導(dǎo)通電阻比雙極型晶體管的導(dǎo)通電阻大，所以CMOS集成電路的工作速度比TTL集成電路低。（2）CMOS集成電路的輸入阻抗很高，在頻率不高的情況下，電路的扇出能力較大，即帶負(fù)載的能力比TTL集成電路強(qiáng)。（3）CMOS集成電路的電源電壓允許范圍較大，為3～18V，使電路的輸出高、低電平的擺幅大，因此COMS集成電路的抗干擾能力比TTL集成電路強(qiáng)。（4）由于CMOS集成電路工作時(shí)總是一管導(dǎo)通，另一管截止，而截止管的電阻很高，這就使在任何時(shí)候流過(guò)電路的電流都很小，因此CMOS集成電路的功耗比TTL集成電路小得多。門(mén)電路的功耗只有幾微瓦，中規(guī)模集成電路的功耗也不會(huì)超過(guò)100μW。（5）因?yàn)镃MOS集成電路的功耗很小，所以其內(nèi)部發(fā)熱量小，因此CMOS集成電路的集成度比TTL集成電路高。（6）CMOS集成電路的溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，因此CMOS集成電路適合于在特殊環(huán)境下工作。（7）由于CMOS集成電路的輸入阻抗高，所以其容易受靜電感應(yīng)而擊穿，因此在使用和存放時(shí)應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOS集成電路中多余不用的輸入端絕對(duì)不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。4CMOS邏輯門(mén)電路的正確使用

CMOS邏輯門(mén)電路由于輸入電阻高，因而極易接收靜電電荷。為了防止發(fā)生靜電擊穿，生產(chǎn)CMOS管時(shí)，在輸入端都加了標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電路，但這并不能保證絕對(duì)安全，因此使用CMOS集成電路時(shí)，必須采取以下預(yù)防措施。（1）存放CMOS集成電路時(shí)要屏蔽，一般放在金屬容器內(nèi)，也可以用金屬箔將其引腳短路。（2）組裝、調(diào)試時(shí)，電烙鐵、儀表和工作臺(tái)應(yīng)有良好的接地。操作人員服裝和手套等應(yīng)選用無(wú)靜電材料制作。焊接時(shí)電烙鐵功率不應(yīng)超過(guò)20W，最好用電烙鐵余熱快速焊接，也可以將插件座焊在電路板上，而后器件插在座上，這樣最安全。（3）多余的輸入端絕對(duì)不能懸空，否則會(huì)因受干擾而破壞邏輯關(guān)系。可以根據(jù)邏輯功能的需要，分情況對(duì)多余輸入端加以處理。（四）CMOS電路與TTL電路的連接

在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要同時(shí)使用CMOS電路和TTL電路。由于兩類(lèi)電路的電平并不能完全兼容，因此存在相互連接的匹配問(wèn)題。

（1）電平匹配。驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出高電平要大于負(fù)載門(mén)的輸入高電平，驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出低電平要小于負(fù)載門(mén)的輸入低電平。（2）電流匹配。驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出電流要大于負(fù)載門(mén)的輸入電流。1CMOS電路和TTL電路之間的連接條件

只要兩者的電壓參數(shù)兼容，一般情況下不用另加接口電路，僅按電流大小計(jì)算扇出系數(shù)即可。2CMOS電路驅(qū)動(dòng)TTL電路

因?yàn)門(mén)TL電路的VOH小于CMOS電路的VIH，所以TTL電路一般不能直接驅(qū)動(dòng)CMOS電路，可采用圖所示電路，提高TTL電路的輸出高電平，其中RUP為上拉電阻。如果CMOS電路VDD高于5V，則需要電平變換電路。3TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路技能訓(xùn)練——用仿真軟件Multisim10仿真測(cè)試門(mén)電路邏輯功能1實(shí)訓(xùn)目的（1）掌握基本門(mén)電路的邏輯功能及測(cè)試方法。（2）熟悉仿真軟件Multisim10的使用。2實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材如表所示。技能訓(xùn)練——數(shù)字集成電路的識(shí)別3實(shí)訓(xùn)原理及操作

1.測(cè)試與非門(mén)集成電路74LS00的邏輯功能（1）按圖連線(xiàn)，燈泡作為輸出的指示，同時(shí)接有虛擬萬(wàn)用表XMM1進(jìn)行電平數(shù)值的測(cè)定。（2）自行設(shè)計(jì)真值表并將測(cè)試結(jié)果填入。（3）查閱集成電路74LS00的引腳圖及其邏輯功能的相關(guān)資料。技能訓(xùn)練——數(shù)字集成電路的識(shí)別

2.測(cè)試與非門(mén)集成電路74LS20的邏輯功能（1）按圖連線(xiàn)，燈泡作為輸出的指示，同時(shí)接有虛擬萬(wàn)用表XMM1進(jìn)行電平數(shù)值的測(cè)定。（2）自行設(shè)計(jì)真值表并將測(cè)試結(jié)果填入。（3）查閱集成電路74LS２0的引腳圖及其邏輯功能的相關(guān)資料。實(shí)訓(xùn)操作一、元器件清單元器件清單如表所示。二、實(shí)訓(xùn)電路圖實(shí)物安裝圖分別如圖1和圖2所示。三、實(shí)訓(xùn)步驟（1）按照元器件清單，識(shí)別準(zhǔn)備元器件。（2）查閱集成電路74LS00和74LS20的數(shù)據(jù)手冊(cè)，熟悉所用集成電路的引腳圖及其邏輯功能。（3）檢測(cè)電子元器件的好壞。用數(shù)字集成電路測(cè)試儀測(cè)試IC的好壞。如果IC上的字跡模糊，型號(hào)顯示不清楚，通過(guò)自動(dòng)掃描檢測(cè)的方式可以檢測(cè)其型號(hào)。（4）根據(jù)電路原理圖，參照?qǐng)D示，合理布局元器件，并進(jìn)行電路安裝。（5）通電前要認(rèn)真檢查線(xiàn)路，檢查無(wú)誤后方可通電。通電后，分別撥動(dòng)各撥碼開(kāi)關(guān)，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。（6）列表記錄撥碼開(kāi)關(guān)的位置及其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)。開(kāi)關(guān)閉合或發(fā)光二極管亮用“1”表示，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或發(fā)光二極管滅用“0”表示。（7）整理表格，分析總結(jié)74LS00輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。（8）根據(jù)電路原理圖，參照?qǐng)D示，合理布局元器件，并進(jìn)行電路安裝。（9）通電前要認(rèn)真檢查線(xiàn)路，檢查無(wú)誤后方可通電。通電后，分別撥動(dòng)各撥碼開(kāi)關(guān)，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。（10）列表記錄撥碼開(kāi)關(guān)的位置及其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)。開(kāi)關(guān)閉合或發(fā)光二極管亮用“1”表示，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或發(fā)光二極管滅用“0”表示。（11）整理表格，分析總結(jié)74LS20輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。（12）整理元器件，保持桌面地面整潔。一、邏輯函數(shù)的公式化簡(jiǎn)法二、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法三、邏輯函數(shù)門(mén)電路的實(shí)現(xiàn)任務(wù)三仿真測(cè)試邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)任務(wù)目標(biāo)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)關(guān)系到實(shí)際電路的簡(jiǎn)單與復(fù)雜，在數(shù)字電路中，實(shí)現(xiàn)同一邏輯功能的邏輯表達(dá)式不盡相同，從而選用的集成電路芯片也有所區(qū)別，構(gòu)成的實(shí)際電路也會(huì)不同。本任務(wù)通過(guò)仿真的方式，學(xué)習(xí)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)方法，為后續(xù)實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)的電路簡(jiǎn)化打好基礎(chǔ)。一、邏輯函數(shù)的公式化簡(jiǎn)法

為了便于了解函數(shù)的邏輯功能，或者為了使實(shí)現(xiàn)該函數(shù)的電路更為簡(jiǎn)單，常需對(duì)函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)。邏輯函數(shù)最簡(jiǎn)式對(duì)不同形式的表達(dá)式有不同的標(biāo)準(zhǔn)和含義。如與非與非表達(dá)式的最簡(jiǎn)式要求與運(yùn)算的因子最少，非運(yùn)算的次數(shù)最少。對(duì)于與或表達(dá)式，最簡(jiǎn)式是指式中包含的乘積項(xiàng)最少，而且每個(gè)與項(xiàng)中變量的個(gè)數(shù)最少。因?yàn)榕c或表達(dá)式比較常見(jiàn)，而且又比較容易轉(zhuǎn)換為其他形式，故在本書(shū)中先介紹與或表達(dá)式的常用公式化簡(jiǎn)法。公式化簡(jiǎn)法簡(jiǎn)稱(chēng)公式法，其實(shí)質(zhì)是反復(fù)使用邏輯代數(shù)的基本定律和常用公式，消去多余的乘積項(xiàng)和每個(gè)乘積項(xiàng)中的多余的因子，以求得最簡(jiǎn)式。公式法化簡(jiǎn)時(shí)沒(méi)有固定的方法可循，能否得到滿(mǎn)意的結(jié)果，與掌握公式的熟練程度和運(yùn)用技巧有關(guān)。常用的公式化簡(jiǎn)方法見(jiàn)表。二、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法

（一）邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)及最小項(xiàng)表達(dá)式

有了最小項(xiàng)的代號(hào)形式，邏輯函數(shù)表達(dá)式就可以用代號(hào)的形式來(lái)表示。上述邏輯函數(shù)F可以表示為

（二）邏輯函數(shù)的卡諾圖表示方法1卡諾圖的畫(huà)法規(guī)則

卡諾圖也可以這樣理解：將邏輯函數(shù)真值表中的最小項(xiàng)重新排列成矩陣形式，并且使矩陣的橫向和縱向的邏輯變量的取值按照格雷碼的順序排列，這樣的構(gòu)成圖形就是卡諾圖。卡諾圖是真值表的圖形化的表達(dá)形式。圖（a）、圖（b）和圖（c）分別給出了二變量、三變量和四變量卡諾圖的畫(huà)法。

2用卡諾圖表示邏輯函數(shù)具體做法是：如果邏輯函數(shù)為最小項(xiàng)和的表達(dá)形式，就在卡諾圖上把邏輯表達(dá)式中存在的各最小項(xiàng)在卡諾圖中所對(duì)應(yīng)的小方格內(nèi)填入1，邏輯表達(dá)式不存在的最小項(xiàng)在卡諾圖中其余的方格里填入0，這樣就得到表示邏輯函數(shù)的卡諾圖。下面舉例說(shuō)明卡諾圖與邏輯函數(shù)式的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（三）用卡諾圖法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)1卡諾圖的性質(zhì)

（1）卡諾圖中任意2個(gè)標(biāo)1的相鄰最小項(xiàng)，可以合并為一項(xiàng)，并消去1個(gè)變量。在邏輯函數(shù)與或表達(dá)式中，如果兩乘積項(xiàng)僅有一個(gè)因子不同，而這一因子又是同一變量的原變量和反變量，則兩項(xiàng)可合并為一項(xiàng)，消除其不同的因子，合并后的項(xiàng)為這兩項(xiàng)的公因子。如將四變量卡諾圖中的m14、m15兩項(xiàng)相加得

（2）卡諾圖中任意4個(gè)標(biāo)1的相鄰最小項(xiàng)，可以合并為一項(xiàng)，并消去2個(gè)變量。如某四變量函數(shù)中包含m6、m7、m14、m15，則用公式法化簡(jiǎn)時(shí)可寫(xiě)為

BC為該四項(xiàng)的公因子，消去2個(gè)變量A和D。而在卡諾圖中，這四項(xiàng)幾何相鄰，很直觀，可以把它們?nèi)橐粋€(gè)方格群，直接提取其公因子BC，如圖所示，這就是幾何相鄰與邏輯相鄰的一致性。2用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的基本步驟根據(jù)上述原理，利用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)可以按以下步驟進(jìn)行。(1)將邏輯函數(shù)變換為與或表達(dá)式。(2)畫(huà)出邏輯函數(shù)的卡諾圖。

（4）將整理后的乘積項(xiàng)加起來(lái)就是化簡(jiǎn)后的最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。（5）在利用卡諾圖進(jìn)行邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)時(shí)應(yīng)注意遵循下列幾項(xiàng)原則，以保證化簡(jiǎn)結(jié)果準(zhǔn)確、無(wú)遺漏。01

02包圍圈越大，即方格群中包含的最小項(xiàng)越多，公因子越少，化簡(jiǎn)結(jié)果越簡(jiǎn)單。03在畫(huà)包圍圈時(shí)，最小項(xiàng)可以被重復(fù)包圍，但每個(gè)方格群至少要有一個(gè)最小項(xiàng)與其他方格群不重復(fù)，以保證該化簡(jiǎn)項(xiàng)的獨(dú)立性。04必須把組成函數(shù)的全部最小項(xiàng)都圈完。為了不遺漏，一般應(yīng)先圈定孤立項(xiàng)，再圈只有一種合并方式的最小項(xiàng)。05方格群的個(gè)數(shù)越少，化簡(jiǎn)后的乘積項(xiàng)就越少。三、邏輯函數(shù)門(mén)電路的實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)之后，得到了最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，根據(jù)邏輯表達(dá)式，就可采用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T(mén)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)邏輯電路圖表現(xiàn)出來(lái)的。邏輯電路圖是由邏輯符號(hào)及其他電路符號(hào)構(gòu)成的電路連接圖。邏輯電路圖是除真值表、邏輯表達(dá)式和卡諾圖之外，表達(dá)邏輯函數(shù)的另一種方法。邏輯電路圖更接近于邏輯電路設(shè)計(jì)的工程實(shí)際。由于采用的邏輯門(mén)不同，實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的電路形式也不同。例如，邏輯函數(shù)F=AB+AC+BC可用3個(gè)與門(mén)和1個(gè)或門(mén)，連接成先“與”后“或”的邏輯電路，實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)F，如圖(a)所示。

一、組合邏輯電路的定義與特點(diǎn)二、組合邏輯電路的分析三、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)四、組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)任務(wù)四仿真設(shè)計(jì)三人投票表決電路任務(wù)目標(biāo)本任務(wù)通過(guò)仿真設(shè)計(jì)三人投票表決電路，介紹數(shù)字電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單過(guò)程，學(xué)習(xí)仿真在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，領(lǐng)會(huì)組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn)。一、組合邏輯電路的定義與特點(diǎn)

在任何時(shí)刻，輸出狀態(tài)只決定于同一時(shí)刻各輸入狀態(tài)的組合，而與先前狀態(tài)無(wú)關(guān)的邏輯電路稱(chēng)為組合邏輯電路。組合邏輯電路是根據(jù)實(shí)際需要將邏輯門(mén)進(jìn)行組合，構(gòu)成具有各種邏輯功能的電路。圖所示是組合邏輯電路的框圖，A為輸入變量，F(xiàn)為輸出變量。

組合邏輯電路的特點(diǎn)如下。（1）輸出與輸入之間沒(méi)有反饋延遲通路。（2）電路中不含記憶元件。二、組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路分析的主要任務(wù)是根據(jù)給出的邏輯圖確定邏輯功能。其一般步驟如下。（1）寫(xiě)出邏輯圖輸出端的邏輯表達(dá)式。（2）化簡(jiǎn)和變換邏輯表達(dá)式。（3）列出真值表。（4）根據(jù)真值表和邏輯表達(dá)式對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析，最后確定電路的邏輯功能。二、組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路分析的主要任務(wù)是根據(jù)給出的邏輯圖確定邏輯功能。其一般步驟如下。（1）寫(xiě)出邏輯圖輸出端的邏輯表達(dá)式。（2）化簡(jiǎn)和變換邏輯表達(dá)式。（3）列出真值表。（4）根據(jù)真值表和邏輯表達(dá)式對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析，最后確定電路的邏輯功能。三、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

組合邏輯電路設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)給定的邏輯問(wèn)題，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)其邏輯功能的邏輯電路，最后畫(huà)出實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯圖。用邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路時(shí)，要求使用的芯片最少，連線(xiàn)最少。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與組合邏輯電路的分析過(guò)程相反。用小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的一般步驟如下。（1）分析設(shè)計(jì)任務(wù)，確定輸入變量和輸出變量，找到輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，列出真值表。（2）由真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式。（3）化簡(jiǎn)變換邏輯表達(dá)式。（4）根據(jù)表達(dá)式畫(huà)出邏輯圖。四、組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

先分析圖所示電路的工作情況，以建立競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的概念。在圖(a)中，與門(mén)G2的輸入是A和A兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)。由于G1的延遲，A的下降沿要滯后于A的上升沿，因而在很短的時(shí)間間隔內(nèi)，G2的兩個(gè)輸入端都會(huì)出現(xiàn)高電平，從而使它的輸出出現(xiàn)一個(gè)高電平窄脈沖(按邏輯設(shè)計(jì)要求不應(yīng)出現(xiàn)的干擾脈沖)，如圖(b)所示。與門(mén)G2的兩個(gè)輸入信號(hào)A和A在不同的時(shí)刻到達(dá)的現(xiàn)象，通常稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)，由此而產(chǎn)生輸出干擾脈沖的現(xiàn)象稱(chēng)為冒險(xiǎn)。1產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的原因

2競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的判斷方法

試判斷圖所示的電路是否存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。2）用實(shí)驗(yàn)的方法判斷在電路的輸入端加入所有可能發(fā)生狀態(tài)變化的波形，觀察輸出端是否有尖峰脈沖，這個(gè)方法比較直觀可靠。3）用卡諾圖法判斷在實(shí)際電路應(yīng)用中，可以用畫(huà)卡諾圖的方式判斷競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)是否存在。凡是卡諾圖中存在相切（相鄰）而不相交的包圍圈(方格群)的邏輯函數(shù)都存在著競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。例如，已經(jīng)判斷過(guò)前面的的兩個(gè)電路存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，觀察它們的卡諾圖，可以看到，它們都存在著相切（相鄰）而不相交的方格群，如圖所示。3競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的消除1）引入封鎖脈沖在輸入信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)，把可能產(chǎn)生尖峰脈沖輸出的門(mén)封鎖，如圖中的負(fù)脈沖P1。封鎖脈沖要與輸入信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換同步，其脈寬要大于電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間。圖（a）為電路，圖（b）為波形。2）引入選通脈沖如圖中的P2，在信號(hào)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，在選通脈沖高電平期間可使門(mén)電路有正常的輸出。3）接濾波電容因?yàn)榧夥迕}沖一般很窄(幾十納秒)，在門(mén)的輸出端并接一只幾百皮法的電容，就可把尖峰脈沖的幅度削弱至門(mén)電路的閾值電壓以下，如圖中的Cf。

技能訓(xùn)練——仿真設(shè)計(jì)三人投票表決電路1實(shí)訓(xùn)目的（1）掌握簡(jiǎn)單應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)及測(cè)試方法。（2）掌握使用仿真軟件Multisim10進(jìn)行電路的仿真調(diào)試。（3）熟悉邏輯電路設(shè)計(jì)的流程。2實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材如表所示。技能訓(xùn)練——仿真設(shè)計(jì)三人投票表決電路3實(shí)訓(xùn)原理及操作

1.設(shè)計(jì)題目

試設(shè)計(jì)一個(gè)三人投票表決電路，多數(shù)人同意，提案通過(guò)，否則提案不通過(guò)。

2.設(shè)計(jì)步驟

用小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的一般步驟如下。（1）分析設(shè)計(jì)任務(wù)，確定輸入變量、輸出變量，找到輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，列出真值表。（2）由真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式。（3）化簡(jiǎn)變換邏輯表達(dá)式。（4）根據(jù)表達(dá)式畫(huà)出邏輯圖。3.進(jìn)行仿真（1）根據(jù)邏輯圖選擇集成電路芯片。（2）連接電路，進(jìn)行仿真。仿真電路如圖所示。

4.記錄結(jié)果自己設(shè)計(jì)表格，將仿真結(jié)果填入表格中。實(shí)訓(xùn)操作一、元器件清單元器件清單如表所示。二、實(shí)訓(xùn)電路圖實(shí)物安裝圖如圖所示。三、實(shí)訓(xùn)步驟（1）按照元器件清單，識(shí)別準(zhǔn)備元器件。（2）查閱集成電路74LS00和74LS10的數(shù)據(jù)手冊(cè)，熟悉所用集成電路的引腳圖及其邏輯功能。（3）檢測(cè)電子元器件的好壞。（4）根據(jù)電路原理圖，參照?qǐng)D，合理布局元器件，并進(jìn)行電路安裝。（5）通電前要認(rèn)真檢查線(xiàn)路，檢查無(wú)誤后方可通電。通電后，分別撥動(dòng)各撥碼開(kāi)關(guān)，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。（6）列表記錄撥碼開(kāi)關(guān)的位置及其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)。開(kāi)關(guān)閉合或發(fā)光二極管亮用“1”表示，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或發(fā)光二極管滅用“0”表示。（7）整理表格，分析總結(jié)電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。（8）整理元器件，保持桌面地面整潔。項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試1項(xiàng)目制作目的（1）了解并掌握裁判表決器電路的設(shè)計(jì)和制作方法。（2）掌握用仿真軟件進(jìn)行實(shí)際電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試2項(xiàng)目要求（1）設(shè)計(jì)電路應(yīng)能完全滿(mǎn)足項(xiàng)目要求。（2）繪制裁判表決器電路的邏輯圖。（3）完成裁判表決器電路的仿真調(diào)試。（4）完成裁判表決器電路的模擬接線(xiàn)安裝。項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試3項(xiàng)目步驟（1）根據(jù)項(xiàng)目要求列出真值表。設(shè)A代表主裁判，B、C、D分別代表副裁判，真值表如圖所示。項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試3項(xiàng)目步驟

項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試3項(xiàng)目步驟（3）選擇合適的集成電路芯片連接并調(diào)試。（4）發(fā)現(xiàn)調(diào)試中的問(wèn)題并解決。（5）確定合適的裁判表決器設(shè)計(jì)電路，如圖所示。項(xiàng)目制作裁判表決器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試3項(xiàng)目步驟（6）進(jìn)行裁判表決器電路的模擬接線(xiàn)安裝。打開(kāi)控制工具欄中的調(diào)用面包板按鈕，如圖所示。模擬接線(xiàn)后的效果，如圖所示。實(shí)訓(xùn)操作一、元器件清單元器件清單如表所示。二、實(shí)訓(xùn)電路圖實(shí)物安裝圖如圖所示。三、實(shí)訓(xùn)步驟（1）按照元器件清單，識(shí)別準(zhǔn)備元器件。（2）查閱集成電路74LS00、74LS10、74LS20和74LS08的數(shù)據(jù)手冊(cè)，熟悉所用集成電路的引腳圖及其邏輯功能。（3）檢測(cè)電子元器件的好壞。（4）根據(jù)電路原理圖，參照?qǐng)D，合理布局元器件，并進(jìn)行電路安裝。（5）電路調(diào)試。通電前要認(rèn)真檢查線(xiàn)路，檢查無(wú)誤后方可通電。首先按表決器功能進(jìn)行操作，若電路滿(mǎn)足要求，說(shuō)明電路沒(méi)有故障。若某些功能不能實(shí)現(xiàn)，就要設(shè)法查找并排除故障。排除故障可從輸入到輸出查找，也可按由輸出到輸入查找。（6）電路功能測(cè)試。按照表決器的功能，撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。記錄撥碼開(kāi)關(guān)的位置及其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)。整理表格，分析總結(jié)電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。（7）整理元器件，保持桌面地面整潔。四、思考題（1）什么是邏輯門(mén)電路？邏輯門(mén)電路有多少種？在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該如何選擇邏輯門(mén)電路？在上述實(shí)訓(xùn)任務(wù)中能否用其他門(mén)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)？（2）輸入、輸出信號(hào)間的邏輯關(guān)系應(yīng)該如何描述？共有多少種方法？（3）在安裝與調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)該如何檢驗(yàn)線(xiàn)路的好壞并用相應(yīng)的設(shè)備快速而準(zhǔn)確地判斷并排除故障？（4）按照實(shí)際邏輯控制的要求，設(shè)計(jì)控制電路有哪些具體步驟？應(yīng)該如何選擇元器件？THANKSFORLISTENING

項(xiàng)目二8路搶答器電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試目錄任務(wù)一仿真測(cè)試編碼器的邏輯功能任務(wù)二仿真測(cè)試譯碼器的邏輯功能CONTENTS項(xiàng)目分析在很多競(jìng)賽或娛樂(lè)節(jié)目的場(chǎng)合，需要有搶答的環(huán)節(jié)。如何確定搶答者的先后順序，是主持人較難把握的，搶答器電路可以很好地解決有關(guān)搶答的先后問(wèn)題。

8路搶答器電路應(yīng)具有以下功