6.1.1 数字电路（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

第6章 数字电路基础 本章主要介绍数字电路的基础知识，包括各种数制、常用的编码以及逻辑代数的基本概念、基本公式、若干常用公式等。在此基础上，讨论逻辑函数的各种表示方法及其公式化简法。 知识目标 了解数字电路的特点及应用，熟知脉冲波形和5个主要参数。 熟知二进制、十进制表示方法，会进行数制间的转换，熟知8421码的表示形式。 了解逻辑函数和逻辑变量。熟知3种基本逻辑运算及常用复合逻辑运算。 熟知逻辑函数的表示方法。 了解公式法对逻辑函数进行化简的方法。 技能目标 初步具有使用示波器观察脉冲波形并读出主要参数的能力。 会查阅数字集成电路手册，能根据逻辑功能选用和代替集成门电路。 通过实验，初步掌握基本集成电路的逻辑功能测试方法。 6.1 数字电路概述 注意一下我们的周围，就不难发现，现在人们的日常生活已经离不开计算机了，它支撑着生活的信息数字化，如图6.1所示。如果没有计算机，就不能从ATM上提取现金，也不能进行各种网上交易等。 信息数字化，使得广播及通信多频道化、双向化和多媒体化。 相对前5章所讲的模拟信号而言，数字信号不易失真，在传送过程中不易受到干扰，能有效地利用计算机进行各种处理，而且数字化的数据及信息还能被简单可靠地存储。 图6.1 支撑着生活的信息数字化 数字化的应用在我们的生活中无处不在，而我们平时所接触的几乎都是模拟信号，如风、气温、光照、说话的声音、听到的音乐等。 如何将生活中的物理量实现数字化，这就是我们将要研究的数字电路问题。 6.1.1 数字电路 1．数字信号与模拟信号 如图6.2所示，利用传统的电话线，即采用模拟传送线路的通信方式进行信息传递（即上网）还是许多家庭正在使用的一种方式。 此种方式只能在一条通道上传递信息，因此用计算机进行数据传递时，还要通过Modem与传统的电话线路的模拟传送通路相连接，需将模拟信号转换为数字信号。 图6.2 模拟信号与数字信号之间的传输 我们将这两种信号以工作的变化特点划分，一类为模拟信号，另一类为数字信号。 模拟信号是指在时间上和数值上都连续变化的电信号，如图6.3（a）所示。例如，声音、温度、压力等电信号就是模拟信号，处理模拟信号的电路称为模拟电路。 数字信号是指在时间上和数值上都离散的信号，如图6.3（b）所示。 数字信号常用“0”与“1”表示，反映在电路中就是高电平与低电平两种状态的信号。处理数字信号的电路称为数字电路。 （a）模拟信号 （b）数字信号 图6.3 模拟信号和数字信号 2．数字电路的特点 ① 数字信号简单，只有0和1两个基本数字，反映在电路中就是高电平与低电平两种状态，电路结构简单，对元件的精度要求不高，便于集成和制造，价格便宜。 ② 数字电路中，半导体管均处于开关状态，并利用管子的饱和与截止来表示数字信号的高、低电平。因此，数字系统具有工作可靠性高、抗干扰能力强等优点。 ③ 数字电路中侧重研究输入、输出的0、1序列间的逻辑关系及其所反映的逻辑功能。 ④ 数字电路分析所使用的数学工具主要是逻辑代数。 ⑤ 数字电路具有算术运算和逻辑运算能力，可用在工业中进行各种智能化控制，减轻劳动强度，提高产品质量。 3．矩形脉冲信号的参数 数字电路中常用理想的矩形波作为电路的工作信号，如图6.4（a）所示。 实际的矩形脉冲前后沿都不可能达到理想脉冲那么陡峭，而是如图6.4（b）所示的形式。为了具体地说明矩形脉冲波形，常用到以下几个参数。 （a）理想矩形波 （b）实际矩形脉冲 图6.4 矩形脉冲 ① 脉冲幅度Um：脉冲信号变化的最大值，单位为伏（V）。 ② 脉冲前沿tr：从脉冲幅度的10％上升到90％所需的时间，单位为秒（s）。 ③ 脉冲后沿tf：从脉冲幅度的90％下降到10％所需的时间，单位为秒（s）。 ④ 脉冲宽度tw：从脉冲前沿幅度的50％到后沿50％所需的时间，单位为秒（s）。 ⑤ 脉冲周期T：在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需要时间，单位为秒（s）。 ⑥ 脉冲频率f：单位时间的脉冲数，f =1/T，单位为赫兹（Hz）。 矩形脉冲有正脉冲和负脉冲之分，如图6.5所示。如果脉冲跃变后的值比初始值高，则为正脉冲，如图6.5（a）所示；反之，则为负脉冲，如图6.5（b）所示。 其他形式的脉冲波还有尖峰波、锯齿波、阶