簡單搶答器的制作目錄學習目標工作任務知識鏈接知識小結1.會識別和測試常用TTL、CMOS集成電路產(chǎn)品。2.能完成簡單搶答器的制作。了解數(shù)字邏輯的概念，理解與、或、非三個基本邏輯關系；熟悉邏輯代數(shù)的基本定律和常用公式；掌握邏輯函數(shù)的正確表示方法；熟悉邏輯門電路的邏輯功能，了解集成邏輯門的常用產(chǎn)品，掌握集成邏輯門的正確使用。學習目標知識目標能力目標素質(zhì)目標1.培養(yǎng)邏輯思維及自我學習能力。2.培養(yǎng)創(chuàng)新意識及奉獻、專研等職業(yè)素養(yǎng)。工作任務A、B、C、D為搶答操作按鈕開關。任何一個人先將某一開關按下且保持閉合狀態(tài)，則與其對應的發(fā)光二極管（指示燈）被點亮，表示此人搶答成功；而緊隨其后的其他開關再被按下，與其對應的發(fā)光二極管則不亮。制作簡易型四人搶答器1.實訓目標

（1）了解集成邏輯門芯片的結構特點。

（2）體驗由集成邏輯門實現(xiàn)復雜邏輯關系的一般方法。（3）掌握集成邏輯門的正確使用方法。（1）各小組制訂工作計劃。（2）識別簡單搶答器電路原理圖,明確元器件連接和電路連線。（3）畫出裝配圖。（4）完成電路所需元器件的購買與檢測。（5）根據(jù)裝配圖制作搶答器電路。（6）完成搶答器電路功能檢測和故障排除。（7）通過小組討論完成電路的詳細分析并撰寫任務工單。2.任務要求3.實訓電路與說明（1）電路組成

電路原理圖如圖8.1所示,電路中采用了兩種不同的集成門電路,其中,74LS20為雙四輸入與非門,可以實現(xiàn)4個輸入信號與非的邏輯關系。74LS04為六非門,又稱反相器,可以實現(xiàn)非邏輯關系。（2）電路的工作過程初始狀態(tài)（無開關按下）時，a、b、c、d端均為低電平，各與非門的輸出端為高電平，反相器的輸出則都為低電平（小于0.7V），因此全部發(fā)光二極管都不亮。當某一開關被按下后(如開關A被按下),則與其連接的與非門的輸入端變?yōu)楦唠娖?此與非門的輸出端變?yōu)榈碗娖?與之相連反相器的輸出端為高電平,因此發(fā)光二極管L1亮,A組搶答。4.實訓設備與元器件

實訓設備：數(shù)字電路實驗裝置1臺實訓器件：雙四輸入與非門74LS202片，

六非門74LS04（或CH40106）1片，

發(fā)光二極管4只，

1kΩ電阻8個，

按鈕開關4個，

面包板、配套連接線等。5.安裝與調(diào)試

圖8.2

簡單搶答器裝配圖（1）安裝5.安裝與調(diào)試

圖8.2

簡單搶答器裝配圖（2）功能驗證①通電后,分別按下A、B、C、D各開關,觀察對應發(fā)光二極管是否點亮。②當其中某一發(fā)光二極管點亮時,再按其他開關,觀察其他發(fā)光二極管的變化。③分別測試IC芯片輸入、輸出引腳的電平變化,自擬表格記錄測試結果。6.評價反饋

評分表(與項目1任務工單的評分表一樣)。8.1邏輯代數(shù)的基本知識知識鏈接邏輯代數(shù)又稱為布爾代數(shù)，是用于描述客觀事物邏輯關系的數(shù)學方法，也是分析和設計邏輯電路的主要數(shù)學工具。邏輯指事物因果關系的規(guī)律。例如：開關通為1燈亮為1電位高為1

斷為0滅為0低為0邏輯代數(shù)中的0和1不表示數(shù)量大小，只表示事物的兩種對立的狀態(tài)。

控制樓道照明的開關電路開關A開關B燈合向上合向上亮合向上合向下滅合向下合向上滅合向下合向下亮ABF001010100111ABF均為僅有二個取值的變量，稱為邏輯變量。真值表其中A、B為輸入變量，F(xiàn)為輸出變量。

由上可知，開關的通、斷決定了發(fā)光二極管的亮、滅，反過來也可以從發(fā)光二極管的狀態(tài)推出開關的相應狀態(tài)，這樣的關系稱為邏輯函數(shù)關系。它可用邏輯函數(shù)式（也稱邏輯表達式）來描述，其一般形式為：Y=f（A、B、C、…）。8.1.1邏輯變量和邏輯函數(shù)1、基本邏輯運算基本邏輯函數(shù)

與邏輯

或邏輯

非邏輯與運算(邏輯乘)

或運算(邏輯加)

非運算(邏輯非)

邏輯運算即邏輯函數(shù)的運算，它包括基本邏輯運算和復合邏輯運算兩類。8.1.2邏輯運算（1）與邏輯與的含義是只有當決定一事件的所有條件全部具備時，這個事件才會發(fā)生。111FAB000001010真值表若有0出0；若全1出1

邏輯表達式

F

=A·B

或

F

=AB多輸入變量的與邏輯表達式為F=ABCD…邏輯符號與門(ANDgate)電路或的含義是在決定一事件的各條件中，只要有一個條件具備，這個事件就會發(fā)生。000111FA

B101110邏輯表達式

F=A+B多輸入變量的或邏輯表達式為F=A+B

+C+D真值表（2）或邏輯有1出1全0出0邏輯符號或門(ORgate)

電路（3）非邏輯真值表00FA

11非的含義是當條件不具備時，事件才發(fā)生。邏輯表達式

F

=A

送1出0送0出1邏輯符號

非門(NOTgate)

又稱“反相器”

電路（由三種基本邏輯運算組合而成）（1）與非運算先與后非100011FA

B101110（2）或非運算先或后非011100FA

B001010有0出1全1出0有1出0全0出12、復合邏輯運算（3）與或非運算（4）異或和同或運算100011FAB001010100111FAB001010100011FA

B101110

表示一個邏輯函數(shù)有多種方法，常用的有：邏輯函數(shù)表達式、真值表、卡諾圖、邏輯電路圖等。它們各有特點，又相互聯(lián)系，還可以相互轉(zhuǎn)換。1．邏輯函數(shù)表達式用與、或、非等邏輯運算表示邏輯變量之間關系的代數(shù)式，叫邏輯函數(shù)表達式，例如，F(xiàn)=A+B，Y=AB+C+D等。(1)把任意一組變量取值中的1代以原變量,0代以反變量,由此得到一組變量的與組合,如A、B、C三個變量的取值為110時,代換后得到的變量與組合為ABC。(2)把邏輯函數(shù)值為1所對應的變量的與組合進行或運算,便得到標準與或邏輯表達式。8.1.3邏輯函數(shù)的表示方法2.真值表

列出輸入變量的各種取值組合及其對應輸出邏輯函數(shù)值的表格稱真值表。變量函數(shù)AＢＡＢA⊕B000011010111100111111100兩個變量函數(shù)真值表１１１０該函數(shù)有兩個輸入變量，共有4種輸入取值組合,分別將它們代入邏輯表達式,并進行求解,可得到相應的輸出函數(shù)值。例8.1列出函數(shù)的真值表。ABF00011011１１１１００００例8.2列出函數(shù)的真值表。該函數(shù)有3個輸入變量，共有23=8種輸入取值組合,分別將它們代入邏輯表達式,并進行求解,可得到相應的輸出函數(shù)值。ABCF000001010011100101110111注意：在列真值表時，輸入變量的取值組合應按照二進制遞增的順序排列，這樣做既不易遺漏，也不會重復。4.邏輯圖

例如畫F=+AB的邏輯圖反變量用非門實現(xiàn)

與項用與門實現(xiàn)相加項用或門實現(xiàn)運算次序為先非后與再或，因此用三級電路實現(xiàn)之。由邏輯符號及相應連線構成的電路圖。

3.卡諾圖

卡諾圖是圖形化的真值表。

邏輯代數(shù)表示的是邏輯關系,而不是數(shù)量關系,這是它與普通代數(shù)的本質(zhì)區(qū)別。邏輯代數(shù)的基本定律顯示了邏輯運算應遵循的基本規(guī)律,是化簡和變換邏輯函數(shù)的基本依據(jù)。這些定律有其自身的特性,但也有一些和普通代數(shù)相似,因此要嚴格區(qū)分,不能混淆。在邏輯代數(shù)中只有與邏輯、或邏輯和非邏輯3種基本運算。根據(jù)這3種基本運算可以導出邏輯代數(shù)的基本法則和定律,如表8.6所示。8.1.4邏輯代數(shù)的基本定律8.2邏輯門電路的基礎知識知識鏈接

邏輯門電路：能實現(xiàn)一些基本邏輯關系的電路。簡稱門電路或邏輯元器件。

基本門電路有與門、或門、非門。8.2.1基本邏輯門電路

門電路可以由二極管、三極管及阻容等分立元件構成，也可由TTL型或CMOS型集成電路構成。三種基本門電路邏輯關系邏輯表達式電路組成邏輯功能簡述邏輯符號與Y=A·B全1出1見0出0或Y=A+B全0出0見1出1非見0出1見1出0常見的復合門電路與非門

異或門

同或門

或非門

與或非門

8.2.2復合邏輯門

異或門同或門幾種常見的復合門電路邏輯關系邏輯表達式邏輯功能簡述邏輯符號與非全1出0見0出1或非全0出1見1出0與或非只要有1個乘積項為1,則輸出為0;其余輸出全為1異或相同出0相異出1同或相同出1相異出08.2.3TTL集成門電路

TTL集成門電路，即晶體管-晶體管邏輯（Transistor-transistorLogic）電路，該電路的內(nèi)部各級均由晶體管構成。

74LS00四2輸入與非門的邏輯電路芯片結構及引腳1.常用的TTL集成門（1）TTL與非門74LS00內(nèi)含四個2輸入與非門，輯表達式為：74LS20內(nèi)含兩個4輸入與非門，邏輯表達式為：74LS20的引腳排列圖（2）TTL與門74LS08內(nèi)含四個2輸入與門，輯表達式為：Y=AB74LS08的引腳排列圖（3）TTL非門74LS04內(nèi)含6個非門，邏輯表達式為：74LS04的引腳排列圖（4）TTL或非門74LS02內(nèi)含四個2輸入或非門，輯表達式為：74LS02的引腳排列圖（5）TTL異或門74LS86內(nèi)含四個2輸入異或門，邏輯表達式為：74LS04的引腳排列圖（6）TTLOC門

OC門主要用途：（1）實現(xiàn)“線與”（2）驅(qū)動顯示（3）電平轉(zhuǎn)換返回74LS03內(nèi)含四個2輸入TTLOC門，輯表達式為：74LS03的引腳排列圖（7）三態(tài)輸出門（TSL門）控制端高電平有效的三態(tài)功能表EN（控制端）Y（輸出端）EN=1

（正常）EN=0Y呈高阻（懸空）

控制端低電平有效的三態(tài)功能表

（控制端）Y（輸出端）

（正常）Y呈高阻（懸空）三態(tài)輸出門的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，簡稱三態(tài)門。2、TTL集成門電路參數(shù)（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

UOH典型值3.6V,UOL典型值0.3V。對通用的TTL與非門，UOH≥2.4V，UOL≤0.4V。（2）閾值電壓UTH當Ui＜UTH時，輸出高電平UOH保持不變；當Ui＞UTH

后，輸出很快下降為低電平UOL并保持不變。（3）扇出系數(shù)N0與非門帶負載能力。對TTL與非門，N0≥8。（4）平均傳輸延遲時間tpd

TTL與非門的理想傳輸特性TTL與非門的傳輸延遲時間從輸入脈沖上升沿的50%處起到輸出脈沖下降沿的50%處止的時間稱為導通延遲時間tpd1。從輸入脈沖下降沿的50%處起到輸出脈沖上升沿的50%處止的時間稱為截止延遲時間tpd2。tpd1和tpd2的平均值稱為平均傳輸延遲時間tpd。它是表示門電路開關速度的一個參數(shù)。tpd越小，開關速度就越快，所以此值越小越好。在集成與非門中，TTL與非門的開關速度比較高。典型值是3～4ns。

ICCL是指輸出為低電平時，該電路從直流電源吸取的直流電流。ICCH是指輸出為高電平時，該電路從直流電源吸取的直流電流，通常ICCH＜ICCL。（5）輸出低電平時電源電流ICCL和輸出高電平時電源電流ICCH3.TTL集成門電路使用注意事項（1）TTL電路（OC門、三態(tài)門除外）的輸出端不允許并聯(lián)使用，也不允許直接與+5V電源或地線相連。（2）多余輸入端的處理或門、或非門等,多余輸入端不能懸空，只能接地。與門、與非門等,多余輸入端可以做如下處理：①懸空：相當于接高電平；②與其他輸入端并聯(lián)使用：可增加電路的可靠性；③直接或通過電阻（100Ω～10KΩ）與電源相接以獲得高電平輸入。（3）電源濾波。一般可在電源的輸入端并接一個100μF的電容作為低頻濾波，在每塊集成電路電源輸入端接一個0.01～0.1μF的電容作為高頻濾波。（4）嚴禁帶電操作。電源濾波CMOS門電路是由N溝道增強型MOSFET和P溝道增強型MOSFET構成的一種互補對稱場效應管集成門。8.2.4

CMOS集成門（1）CMOS與非門

CD4011是一種常用的四2輸入與非門CD4011（四2輸入與非門）（2）CMOS反相器

CD40106是一種常用的六輸入反相器CD40106（六輸入反相器）1.常用CMOS集成門

CC4016模擬開關真值表控制端開關通道1導通0截止（3）CMOS傳輸門CC4016是4雙向模擬開關傳輸門CC4016的邏輯符號CC4016的引腳排列圖

（1）靜態(tài)功耗低（2）電源電壓范圍寬從3～18V均可正常工作。（3）抗干擾能力強

輸出高、低電平的差值大。（4）制造工藝較簡單。（5）集成度高，宜于實現(xiàn)大規(guī)模集成。（6）缺點是速度比74LS系列慢。2．CMOS門電路的主要特點(1)應注意存放的環(huán)境,防止外來感應電勢將柵極擊穿。(2)焊接時不能使用25W以上的電烙鐵,通常采用20W內(nèi)熱式烙鐵,并用帶松香的焊錫絲,焊接時間不宜過長,焊接量不宜過大。(3)CMOS集成門電路不用的輸入端,不允許懸空,必須按邏輯要求接VDD或VSS,否則不僅會造成邏輯混亂,而且容易損壞器件。輸出端不允許直接與VDD或VSS連接,否則將導致器件損壞。(4)VDD接電源正極,VSS接電源負極(通常接地),不允許反接,在接裝電路、插拔電路器件時,必須切斷電源,嚴禁帶電操作。(5)器件的輸入信號不允許超出電壓范圍,若不能保證這一點,則必須在輸入端串聯(lián)限流電阻,以起到保護作用。(6)所有測試儀器,外殼必須良好接地。若信號源需要換擋,則最好先將輸出幅度減到最小。3.CMOS集成門電路使用注意事項8.3不同類型集成門的接口知識鏈接

不同類型集成門電路在同一個數(shù)字電路系統(tǒng)中使用時，考慮門電路之間的連接問題。門電路在連接時，前者稱為驅(qū)動門，后者稱為負載門。驅(qū)動門必須能為負載門提供符合要求的高、低電平和足夠的輸入電流，具體條件是：驅(qū)動門負載門連接條件UOH

＞

UIHUOL

＜

UILIOH

＞

IIHIOL

＞

IILTTL系列和CMOS系列的參數(shù)比較參數(shù)TTL集成門CMOS集成門CT74SCT74LSCT74ASCT74ALS4000CC74HCCC74HCT電源電壓/V5555555UOH/V2.72.72.72.74.954.94.9UOL/V0.50.50.50.50.050.10.1IOH/mA-1-0.4-2-0.4-0.51-4-4IOL/mA2082080.5144UIH/V22