數字電路及其應用(一)

編者的話(huà)
　　
　　當今時(shí)代，數字電路已廣泛地應用于各個(gè)領(lǐng)域。本報將在“電路與制作”欄里，刊登系列文章介紹數字電路的基本知識和應用實(shí)例。
　　
　　在介紹基本知識時(shí)，我們將以集成數字電路為主，該電路又分TTL和CMOS兩種類(lèi)型，這里又以CMOS集成數字電路為主，因它功耗低、工作電壓范圍寬、扇出能力強和售價(jià)低等，很適合電子愛(ài)好者選用。
　　
　　介紹應用時(shí)，以實(shí)用為主，特別介紹一些家電產(chǎn)品和娛樂(lè )產(chǎn)品中的數字電路。這樣可使剛入門(mén)的電子愛(ài)好者盡快學(xué)會(huì )和使用數字電路。
　　
一、基本邏輯電路
　　
1.數字電路的特點(diǎn)　

　　在電子設備中，通常把電路分為模擬電路和數字電路兩類(lèi)，前者涉及模擬信號，即連續變化的物理量，例如在24小時(shí)內某室內溫度的變化量；后者涉及數字信號，即斷續變化的物理量，如圖1所示。當把圖1的開(kāi)關(guān)K快速通、斷時(shí)，在電阻R上就產(chǎn)生一連串的脈沖(電壓)，這就是數字信號。人們把用來(lái)傳輸、控制或變換數字信號的電子電路稱(chēng)為數字電路。
　　
　　數字電路工作時(shí)通常只有兩種狀態(tài)：高電位(又稱(chēng)高電平)或低電位(又稱(chēng)低電平)。通常把高電位用代碼“1”表示，稱(chēng)為邏輯“1”；低電位用代碼“0”表示，稱(chēng)為邏輯“0”(按正邏輯定義的)。注意：有關(guān)產(chǎn)品手冊中常用“H”代表“1”、“L”代表“0”。實(shí)際的數字電路中，到底要求多高或多低的電位才能表示“1”或“0”，這要由具體的數字電路來(lái)定。例如一些TTL數字電路的輸出電壓等于或小于0.2V，均可認為是邏輯“0”，等于或者大于3V，均可認為是邏輯“1”(即電路技術(shù)指標)。CMOS數字電路的邏輯“0”或“1”的電位值是與工作電壓有關(guān)的。
　　
　　討論數字電路問(wèn)題時(shí)，也常用代碼“0”和“1”表示某些器件工作時(shí)的兩種狀態(tài)，例如開(kāi)關(guān)斷開(kāi)代表“0”狀態(tài)、接通代表“1”狀態(tài)。
　　
2.三種基本邏輯電路　

　　數字電路中的基本電路是與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)(反相器)。與門(mén)和或門(mén)電路的基本形式有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端、一個(gè)輸出端。因輸入和輸出可以各自為“0”或“1”狀態(tài)，具有判定的功能，所以把它們稱(chēng)為基本邏輯電路。三種基本邏輯電路的符號(圖形)和主要表達式如附表所示。該表對初學(xué)者可能難于理解，一旦了解之后就會(huì )覺(jué)得比通常的模擬電路還簡(jiǎn)單些。
　　
　　(1)與門(mén)電路。以下討論的與門(mén)是2輸入端的，它對多端輸入的與門(mén)同樣適用。2輸入端與門(mén)的功能設計成這樣：當輸入端A、B同時(shí)都為邏輯“1”狀態(tài)時(shí)，輸出Z才是邏輯“1”狀態(tài)。2輸入端與門(mén)的這種邏輯關(guān)系可以用圖2模式的電路描述。對圖2，這里作如下規定：開(kāi)關(guān)K1、K2斷開(kāi)時(shí)，代表輸入A、B的“0”狀態(tài)、接通時(shí)代表輸入A、B的“1”狀態(tài)；燈L滅代表輸出的Z的“0”狀態(tài)，燈L亮代表輸出Z的“1”狀態(tài)。之后將開(kāi)關(guān)K1、K2“接通”和“斷開(kāi)”的各種組合狀態(tài)，以及由此引起燈“亮”和“滅”的輸出狀態(tài)列成表格，該表格叫做真值表，，如附表中所示。從真值表中看出，要使燈L點(diǎn)亮，即輸出Z必須是“1”狀態(tài)，輸入的A、B也必須是“1”狀態(tài)。
　　
　　具有圖2模式電路功能(指輸入、輸出關(guān)系)的電路稱(chēng)為2輸入端與門(mén)，并用附表中的邏輯符號來(lái)代表。
　　
　　(2)或門(mén)和非門(mén)?；蜷T(mén)的邏輯關(guān)系如下：各輸入端只要有一個(gè)狀態(tài)為“1”時(shí)，輸出便是“1”。非門(mén)只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并且其輸出狀態(tài)總是和輸入狀態(tài)相反的，即求“反”。這里同樣可以用圖3和圖4模式的電路分別描述或門(mén)和非門(mén)的功能，也可以作相應的真值表，繪出邏輯符號，如附表中所示。
　　
　　3.邏輯函數的表示方法　在邏輯電路的設計時(shí)，常用四種方法表示邏輯電路的函數關(guān)系(指輸入、輸出關(guān)系)，即邏輯圖、真值表、函數表達式和卡諾圖。附表中僅列出了三種表達式，實(shí)際應用中邏輯圖和真值表是最常用的，應必須掌握的；函數表達式和卡諾圖主要供設計人員按要求設計數字邏輯電路時(shí)使用。