學看電路圖六

2023-02-05 03:18:06 字數 4764 閱讀 5970

數字電子電路中的後起之秀是數字邏輯電路。把它叫做數位電路是因為電路中傳遞的雖然也是脈衝,但這些脈衝是用來表示二進位制數碼的,例如用高電平表示「 1 」,低電平表示「 0 」。聲音影象文字等資訊經過數位化處理後變成了一串串電脈衝,它們被稱為數碼訊號。

能處理數碼訊號的電路就稱為數位電路。

這種電路同時又被叫做邏輯電路,那是因為電路中的「 1 」和「 0 」還具有邏輯意義,例如邏輯「 1 」和邏輯「 0 」可以分別表示電路的接通和斷開、事件的是和否、邏輯推理的真和假等等。電路的輸出和輸入之間是一種邏輯關係。這種電路除了能進行二進位制算術運算外還能完成邏輯運算和具有邏輯推理能力,所以才把它叫做邏輯電路。

由於數字邏輯電路有易於整合、傳輸質量高、有運算和邏輯推理能力等優點,因此被廣泛用於計算機、自動控制、通訊、測量等領域。一般家電產品中,如定時器、告警器、控制器、電子鐘錶、電子玩具等都要用數字邏輯電路。

數字邏輯電路的第乙個特點是為了突出「邏輯」兩個字,使用的是獨特的圖形符號。數字邏輯電路中有閘電路和觸發器兩種基本單元電路,它們都是以電晶體和電阻等元件組成的,但在邏輯電路中我們只用幾個簡化了的圖形符號去表示它們,而不畫出它們的具體電路,也不管它們使用多高電壓,是 ttl 電路還是 cmos 電路等等。按邏輯功能要求把這些圖形符號組合起來畫成的圖就是邏輯電路圖,它完全不同於一般的放大振盪或脈衝電路圖。

數位電路中有關資訊是包含在 0 和 1 的數字組合內的,所以只要電路能明顯地區分開 0 和 1 , 0 和 1 的組合關係沒有破壞就行,脈衝波形的好壞我們是不大理會的。所以數字邏輯電路的第二個特點是我們主要關心它能完成什麼樣的邏輯功能,較少考慮它的電氣引數效能等問題。也因為這個原因,數字邏輯電路中使用了一些特殊的表達方法如真值表、特徵方程等,還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數、卡諾圖等等,這些也都與放大振盪電路不同。

閘電路和觸發器

( 1 )閘電路

閘電路可以看成是數字邏輯電路中最簡單的元件。目前有大量整合化產品可供選用。

最基本的閘電路有 3 種:非門、與門和或門。非門就是反相器,它把輸入的 0 訊號變成 1 , 1 變成 0 。

這種邏輯功能叫「非」,如果輸入是 a ,輸出寫成 p=a 。與門有 2 個以上輸入,它的功能是當輸入都是 1 時,輸出才是 1 。這種功能也叫邏輯乘,如果輸入是 a 、 b ,輸出寫成 p=a·b 。

或門也有 2 個以上輸入,它的功能是輸入有乙個 1 時,輸出就是 1 。這種功能也叫邏輯加,輸出就寫成 p=a + b 。

把這三種基本閘電路組合起來可以得到各種復合閘電路,如與門加非門成與非門,或門加非門成或非門。圖 1 是它們的圖形符號和真值表。此外還有與或非門、異或門等等。

數字積體電路有 ttl 、 htl 、 cmos 等多種,所用的電源電壓和極性也不同,但只要它們有相同的邏輯功能,就用相同的邏輯符號。而且一般都規定高電平為 1 、低電平為 0 。

( 2 )觸發器

觸發器實際上就是脈衝電路中的雙穩電路,它的電路和功能都比閘電路複雜,它也可看成是數字邏輯電路中的元件。目前也已有整合化產品可供選用。常用的觸發器有 d 觸發器和 j—k 觸發器。

d 觸發器有乙個輸入端 d 和乙個時鐘訊號輸入端 cp ,為了區別在 cp 端加有箭頭。它有兩個輸出端,乙個是 q 乙個是 q ,加有小圈的輸出端是 q 端。另外它還有兩個預置端 r d 和 s d ,平時正常工作時要 r d 和 s d 端都加高電平 1 ,如果使 r d =0 ( s d 仍為 1 ),則觸發器被置成 q=0 ;如果使 s d =0 ( r d =1 ),則被置成 q=1 。

因此 r d 端稱為置 0 端, s d 端稱為置 1 端。 d 觸發器的邏輯符號見圖 2 ,圖中 q 、 d 、 sd 端畫在同一側; q 、r d 畫在另一側。 r d 和 s d 都帶小圓圈,表示要加上低電平才有效。

d 觸發器是受 cp 和 d 端雙重控制的, cp 加高電平 1 時,它的輸出和 d 的狀態相同。如 d=0 , cp 來到後, q=0 ;如 d=1 , cp 來到後, q=1 。 cp 脈衝起控制開門作用,如果 cp=0 ,則不管 d 是什麼狀態,觸發器都維持原來狀態不變。

這樣的邏輯功能畫成**就稱為功能表或特性表,見圖 2 。表中 q n+1 表示加上觸發訊號後變成的狀態, qn 是原來的狀態。「 x 」表示是 0 或 1 的任意狀態。

有的 d 觸發器有幾個 d 輸入端: d 1 、 d 2 … 它們之間是邏輯與的關係,也就是只有當 d 1 、 d 2 … 都是 1 時,輸出端 q 才是 1 。

另一種效能更完善的觸發器叫 j - k 觸發器。它有兩個輸入端: j 端和 k 端,乙個 cp 端,兩個預置端:

r d 端和 s d 端,以及兩個輸出端: q 和 q 端。它的邏輯符號見圖 3 。

j - k 觸發器是在 cp 脈衝的下陣沿觸發翻轉的,所以在 cp 端畫乙個小圓圈以示區別。圖中, j 、 s d 、 q 畫在同一側, k 、 r d 、 q 畫在另一側。

j - k 觸發器的邏輯功能見圖 3 。有 cp 脈衝時(即 cp=1 ): j 、 k 都為 0 ,觸發器狀態不變; q n + 1 =qn , j = 0 、 k=1 ,觸發器被置 0 :

q n + 1 =0 ; j=1 、 k=0 , q n+1 =1 ; j=1 、 k=1 ,觸發器翻轉一下: q n + 1 =qn 。如果不加時鐘脈衝,即 cp=0 時,不管 j 、 k 端是什麼狀態,觸發器都維持原來狀態不變:

q n + 1 =qn 。有的 j—k 觸發器同時有好幾個 j 端和 k 端, j 1 、 j 2 … 和 k 1 、 k 2 … 之間都是邏輯與的關係。有的 j - k 觸發器是在 cp 的上公升沿觸發翻轉的,這時它的邏輯符號圖的 cp 端就不帶小圓圈。

也有的時候為了使圖更簡潔,常常把 r d 和 s d 端省略不畫。

能夠把數字、字母變換成二進位制數碼的電路稱為編碼器。反過來能把二進位制數碼還原成數字、字母的電路就稱為解碼器。

( 1 )編碼器

圖 4 ( a )是乙個能把十進位制數變成二進位製碼的編碼器。乙個十進位制數被表示成二進位製碼必須 4 位,常用的碼是使從低到高的每一位二進位製碼相當於

十進位制數的 1 、 2 、 4 、 8 ,這種碼稱為 8 - 4 - 2 - 1 碼或簡稱 bcd 碼。所以這種編碼器就稱為「 10 線 -4 線編碼器」或「 dec / bcd 編碼器」。

從圖看到,它是由與非門組成的。有 10 個輸入端,用按鍵控制,平時按鍵懸空相當於接高電平 1 。它有 4 個輸出端 abcd ,輸出 8421 碼。

如果按下「 1 」鍵,與「 1 」鍵對應的線被接地,等於輸入低電平 0 、於是門 d 輸出為 1 ,整個輸出成 0001 。

如按下「 7 」鍵,則 b 門、 c 門、 d 門輸出為 1 ,整個輸出成 0111 。如果把這些電路都做在乙個整合片內,便得到整合化的 10 線 4 線編碼器,它的邏輯符號見圖 4 ( b )。左側有 10 個輸入端,帶小圓圈表示要用低電平,右側有 4 個輸出端,從上到下按從低到高排列。

使用時可以直接選用。

( 2 )解碼器

要把二進位製碼還原成十進位制數就要用解碼器。它也是由閘電路組成的,現在也有整合化產品供選用。圖 5 是乙個 4 線 —10 線解碼器。

它的左側為 4 個二進位製碼的輸入端,右側有 10 個輸出端,從上到下按 0 、 1 、 …9 排列表示 10 個十進位制數。輸出端帶小圓圈表示低電平有效。平時 10 個輸出端都是高電平 1 ,如輸入為 1001 碼,輸出「 9 」端為低電平 0 ,其餘 9 根線仍為高電平 1 ,這表示「 9 」線被譯中。

二極體,如每段都接低電平 0 ,七段都被點亮,顯示出數字「 8 」;如 b 、 c 段接低電平 0 ,其餘都接 1 ,顯示的是「 1 」。可見要把十進位制數用七段顯示管顯示出來還要經過一次解碼。如果使用「 4 線 —7 線解碼器」和顯示管配合使用,就很簡單,輸入二進位製碼可直接顯示十進位制數,見圖 6 。

解碼器左側有 4 個二進位製碼的輸入端,右側有 7 個輸出可直接和數碼管相連。左上側另有乙個滅燈控制端 i b ,正常工作時應加高電平 1 ,如不需要這位數字顯示就在 i b 上加低電平 0 ,就可使這位數字熄滅。

如果要想把十進位制數顯示出來,就要使用數碼管。現以共陽極發光二極體( led )七段數碼顯示管為例,見圖 6 。它有七段發光

暫存器和移位暫存器

( 1 )暫存器

能夠把二進位制數碼存貯起來的的部件叫數碼暫存器,簡稱暫存器。圖 7 是用 4 個 d 觸發器組成的暫存器,它能存貯 4 位二進位制數。 4 個 cp 端連在一起作為控制端,只有 cp=1 時它才接收和存貯數碼。

4 個 r d 端連在一起成為整個暫存器的清零端。如果要存貯二進位製碼 1001 ,只要把它們分別加到觸發器 d 端,當 cp 來到後 4 個觸發器從高到低分別被置成 1 、 0 、 0 、 1 ,並一直保持到下一次輸入資料之前。要想取出這串數碼可以從觸發器的 q 端取出。

( 2 )移位暫存器

有移位功能的暫存器叫移位暫存器,它可以是左移的、右移的,也可是雙向移位的。

圖 8 是乙個能把數碼逐位左移的暫存器。它和一般暫存器不同的是:數碼是逐位序列輸入並加在最低位的 d 端,然後把低位的 q 端連到高一位的 d 端。這時 cp 稱為移位脈衝。

先從 r d 端送低電平清零,使暫存器成 0000 狀態。假定要輸入的數碼是 1001 ,輸入的次序是先高後低逐位輸入。第 1 個 cp 後, 1 被打入第 1 個觸發器,暫存器成 0001 ;第 2 個 cp 後, qo 的 1 被移入 q 1 ,新的 0 打入 d 1 ,成為 0010 ;第 3 個 cp 後,成為 0100 ;第 4 個 cp 後,成為 1001 。

可見經過 4 個 cp ,暫存器就寄存了 4 位二進位製碼 1001 。目前已有品種繁多的整合化暫存器供選用。

計數器和分頻器

( 1 )計數器

能對脈衝進行計數的部件叫計數器。計數器品種繁多,有作累加計數的稱為加法計數器,有作遞減計數的稱為減法計數器;按觸發器翻轉來分又有同步計數器和非同步計數器;按數制來分又有二進位制計數器、十進位制計數器和其它進製的計數器等等。

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