(完整)数字电路项目一：三人表决器

null 项目一 三人决器任务一: 认识电路 任务一: 认识电路 1.电路原理图：null2、工作原理 开关A、B、C分别表示小组三个成员，如果对某决议同意，各人就把对应开关拨到高电平（上方），不同意就把开关拨到低电平（下方），由电路原理图可知，开关拨到上方或者下方相当于给电路输入高、低电平信号，然后通过逻辑电路进行判决。如果对某个决议有任意2到3人同意（即对应开关拨到上方），那么此决议通过，此时绿灯亮；如果对某个决议只有一个人或没人同意，那么此决议不通过，此时红灯亮。null3、连接实物图null1. 模拟信号：在时间和数值上是连续变化的信号。 对模拟信号进行传输、处理的电子线路叫模拟电路电信号分为模拟信号及数字信号两大类。 电路分为模拟电路和数字电路两大类。知识链接一 数字电路的基本知识 模拟信号波形null数字信号波形2. 数字信号：在时间和数值上是离散的信号。 对数字信号进行传输、处理的电子线路叫数字电路讨论： 请同学们列举几种常见的数字信号和模拟信号。 数字电路的特点及应用 数字电路的特点及应用1. 电路结构简单，便于实现数字电路集成化  2. 抗干扰能力强，可靠性高（例如手机） 3. 数字电路实际上是一种逻辑运算电路，电路分析与设计方法简单、方便 4. 数字电路可以方便地保存、传输、处理数字信号（例如计算机） 5. 精度高、功能完备、智能化（如数字电视和数码照相机） 数字电路的特点：null 数字电路的应用：数字电路广泛应用在：家电产品、测量仪器、通信设备、控制装置等领域数字化的发展前景非常宽阔。 讨论： 你用过哪些数字电路产品，请列出1~2个较为典型的例子，并就其中一个产品说明它的功能及优点和缺点。 课堂思考：谈谈如何才能学好数字电路课程？ null进位制：多位数码从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制1．十进制 （1）数码为0~9， 基数是10。（2）运算规律是加法运算时遵循“逢十进一”，作减法运算时遵循“借一当十” 。 数制与编码一、 数制null （3）任意一个十进制数都可以表示为n数位上的数码与其对应的权（10n-1）的乘积之和，称该表达式为权展开式。 (5555)10的权展开式如下所示：同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。100、101、102、103称为十进制的权。各数位的权是10的幂。即：(5555)10＝5×103＋ 5×102＋5×101+ 5×100在实际的数字电路中，因为十进制有十个数码，要想严格地区分开必须有十种不同的电路状态与之相对应，这在技术上实现起来比较困难。因此，在实际的数字电路中一般不直接采用十进制数。null2．二进制（1）数码为0~1， 基数是2。（2）运算规律是加法运算时遵循“逢二进一”，作减法运算时遵循“借一当二” 。（3）二进制数的权位展开式：(1111)2＝1×23＋ 1×22＋1×21+ 1×20(110101)2＝1×25＋ 1×24＋0×23+ 1×22+ 0×21+ 1×20二进制是数字电路中使用最广泛的一种数制。因为二进制数只有0、1两个数码，容易通过电路或器件的状态来表示；其次，二进制的运算规则简单。二进制的运算规则： 加法规则： 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 规则： 0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1 数制间的转换数制间的转换1．二进制数转换为十进制数 转换方法：写出二进制的权展开式，然后将各数值按十进制相加，即可得到等值的十进制数。例 将二进制数(1011)2转换为十进制数 解：(1011)2＝1×23＋0×22＋1×21＋1×20 ＝8＋2＋1＝(11)10null2．十进制数转换为二进制数 转换方法是：将十进制整数逐次用2除取余数，一直除到商为零。其中最先出现的余数为二进制数的最低位数码。这种转换方法通常称为短除取余倒计法。例 将十进制数192转换成二进制数。解：采用短除取余倒计法， 有null所以，（192）10=（11000000）2null十进制数0～15对应的二进制数二、 编码二、 编码编码：用二进制数按一定的规律编制在一起，用于表示各种数字、字母、符号等信息，这个过程称为编码。1．二—十进制代码：最常用的BCD码是8421BCD码，在8421BCD码中，利用4位二进制数 的前10种组合0000～1001代表十进制数的0～9，后6种组合1010～1111为无效码.二—十进制代码是用4位二进制数表示1位十进制数，也称BCD码。null十进制数0~10对应的8421BCD码null例 将十进制数149用8421BCD码表示。解： 十进制数 　 1 　 4　 9 每一位对应的8421BCD码为：即（149）10＝（0001 0100 1001）8421 3．将下列十进制数用8421BCD码表示。 （1）37 （2)352 （3）5881.将下列二进制数转换成十进制数。 （1）(101011)2 (2)（10100)2 2.分别求出10~20所对应的二进制数。课堂练习： 知识链接二 基本逻辑门电路 知识链接二 基本逻辑门电路 （1）逻辑关系：相互对立而在一定条件下又可以相互转换的两种状态（上与下，真与假，电位的高与低）之间的相互关系。（2）逻辑门电路：实现逻辑关系的开关电路,是数字电路的基本单元电路。基本逻辑门电路：与门、或门和非门 1.相关基本知识复合逻辑门电路：与非门、或非门、与或非门、异或门等（3）逻辑门电路的种类：基本逻辑门基本逻辑门 1.与逻辑门（1）与逻辑关系： 与逻辑关系可用图1.3表示。从图中看出，只当两个开关A、B都闭合时，电路中才有电流流动，灯泡Y才会亮，即“当某件事情(灯亮)的所有条件(开关A、B闭合)全部具备之后，这件事情(灯亮)才能发生，否则不发生”。这种因果关系称为与逻辑关系,也称为逻辑乘。 图1.3 用串联开关说明与逻辑关系null图1.4 与门电路的逻辑符号 （2）与门：实现与逻辑功能的门电路叫与门。图1.4所示为与门电路的逻辑符号。A、B为输入端，Y为输出端。 （3）与逻辑函数表达式：Y=A·B（4）与逻辑真值表：假设开关闭合为1，断开为0，灯亮为1，灯灭为0。可将逻辑变量和函数的各种取值列表如1.8所示，这种将输入与输出的逻辑关系用表格的形式表示出来通常称为真值表。 表1.8 与逻辑关系真值表 由真值表分析可知，与逻辑关系的功能为“全1出l，有0出O”。A、B两个输入变量有四种可能的取值情况，应满足以下运算规则 0·0=0 0·1=0 1·0=0 1·1=1 null（5）集成与门电路 将逻辑门电路的各个元件制作在一块面积很小的硅片上，即成为集成逻辑门电路。 集成逻辑门电路具有体积小，重量轻，功耗低及负载能力强等优点。 图1.5 集成与门74LS08的外形及管脚排列图双列直插式外形封装半月形缺口向左左下角第一脚为第1脚有些数字集成电路有小圆点标记第1脚管脚的序号依次如（b）图中的箭头方向增加正电源管脚接地管脚或负电源管脚null一个集成门电路(俗称集成块)内部通常包含有多个逻辑功能相同的单元电路，它们在集成块内部相互独立，各自占用不同的引脚作为输入、输出端，但共用电源和接地引脚。 图1.6 集成与门74LS08的内部逻辑结构图图1.6所示为四2输入与门74LS08的内部逻辑结构图。其中，“四”表示该集成块有四个逻辑功能相同的单元，“2”表示每个逻辑功能单元有两个输入端，“与门”表示每个逻辑单元的功能。 图中，1A、1B表示第一个逻辑门电路的两个输入端，1Y表示第一个逻辑门电路的输出端，其它引脚以此类推。 对于14引脚的集成块而言，通常第14脚为电源端，第7脚为地端，又称公共引脚或电源负端。 在实际的数字电路中，可根据需要选用集成块中的一个或多个门电路，没有用到的逻辑门可以闲置，不会影响到其他门电路的正常工作。 null常见的集成与门电路除了上面讲述的2输入外，还有3输入和4输入等多种。 图1.7 常见集成与门电路 null2、或逻辑门 （1）或逻辑关系：决定一件事情(灯亮)的各种条件(开关A、B闭合)中至少具备一个条件，这件事情(灯亮)就会发生。这种因果关系称为或逻辑关系,也称为逻辑加。 开关A与开关B并联控制灯泡Y，灯泡是否点亮与两个开关是否闭合之间的关系，即是“或逻辑”的关系。 （2）或门：实现或逻辑功能的门电路叫或门。图1.8（a）所示为或门电路的逻辑符号。A、B为输入端，Y为输出端。 （b）图为常见的或门电路74LS32 null（3）或门电路的逻辑表达式为： Y =A+B，读作Y等于A或B或读作Y等于A加B。 讨论：联系生活说说有哪些常见的与逻辑。（4）或逻辑关系真值表由真值表分析可知，或门逻辑功能为“全0出0，有1出1”。A、B两个输入变量有四种可能的取值情况，应满足以下运算规则： 0+0=0 0+l=1 l+0=1 l+1=1 null常见的集成或门有2输入、3输入等。如下图1.9 图1.9 常见基础或门电路 null 3.非门电路（1）非逻辑关系是指： “事情的结果和条件总是呈相反状态.”。这种因果关系称为非逻辑关系， 简称逻辑非。非逻辑关系实例非逻辑关系实例灯泡是否点亮与开关是否闭合之间的关系，即是“非逻辑”的关系。 null(3)非门电路的逻辑符号:图1.10(a)是非门电路的图形符号 图1.10(b)图为74LS04 六输入非门引脚图 null讨论：联系生活说说有哪些常见的与逻辑。非门电路的逻辑功能可概括为：“入1出0，入0出1” 。(5)非逻辑关系真值表 null 课堂练习：1.写出下列各门电路的输出结果：Y1= , Y2= , Y3= , Y4= , Y5= .复合逻辑门复合逻辑门复合逻辑门电路：由基本逻辑门电路组合而成的逻辑门电路。1. 与非门 常见的复合逻辑门电路有：与非门、或非门、与或非门和异或门等电路结构:由与门和非门串联而构成。 逻辑符号: 电路结构图 逻辑符号 逻辑真值表： 逻辑功能：“有0出1，全1出0” 与非逻辑真值表null2. 或非门 逻辑真值表：或非逻辑功能：“有1出0，全0出1” 电路结构:由或门和非门串联而构成。 逻辑符号:或非逻辑真值表电路结构图逻辑符号null3、异或门 异或门的逻辑符号如图 其逻辑表达式为: 上式通常表示为 : 异或门真值表 其逻辑功能可概括为：当输入端相同时，输出端为0；当输入端相异时，输出端才能为1。 null4、同或门在异或门的基础上加一个非门，就组成同或门 逻辑符号如图 其逻辑函数表达式为: Y=上式通常表示为 : Y=A⊙B 同或门真值表 同或门的逻辑功能是：当两个输入端的状态相同时，输出为高电平（状态1）；当两个输入端的状态不同时，输出为低电平（状态0），即“相同出1，相异出0”。 null5.与或非门 电路结构:由与门、或门和非门串联而构成。 逻辑符号:电路结构图逻辑符号null与或非逻辑功能：“当输入端的任何一组全1时，输出为0；当输入端的每一组都为0时，输出端才能为1。与或非逻辑真值表null课堂练习： 3. 在一条长廊中，想用三个开关去控制一盏灯，如奇数个开关合上时，则灯亮；如偶数个开关合上时（0是偶数），则灯熄。根据该文字描述建立真值表。1. 写出下列各门电路的输出结果：2.如何判别双列直插式集成电路引脚的编号顺序？Y1= , Y2= , Y3= , Y4= , Y5= .null知识链接四 逻辑函数的化简逻辑函数化简的意义：在数字电路中，对于同一个逻辑函数，可以有多个不同的逻辑表达式，有的表达式复杂，有的表达式简单，为了得到最简单的逻辑电路，必须对逻辑函数式进行化简。1.逻辑函数的表示方法 （1）逻辑真值表：描述逻辑函数中输入变量的各种取值组合与函数值对应关系的表格。 （2）逻辑函数式：用与、或、非等运算符号表示函数中各变量间逻辑关系的代数式。 （3）逻辑图：用逻辑符号表示各变量间逻辑关系或基本单元电路的符号图。null一、逻辑代数的基本定律null 例1 利用真值表反演律证明： 逻辑代数的基本定律可用真值表进行证明。 null二、 逻辑代数常用公式 公式1：　　　　 证明：公式2：　　　　 证明：公式3：　　　　 证明：null公式4：证明：＝　　 ＝＝＝  ＝ 熟练地掌握和运用上述公式，可以为逻辑表达式的化简提供方便。 null三、逻辑函数的化简方法1.概念： 逻辑函数化简就是利用基本定律和常用公式，消去逻辑函数表达式中多余的乘积项和多余的变量，得到最简单的“与或”表达式，这个过程称为逻辑函数的代数化简法。 2.逻辑函数化简的基本原则 (1)乘积项的个数最少。(2)在乘积项的个数最少的前提下，每一个乘积项中变量的个数最少。3.常用化简方法： null(1)合并项法利用分配律 A(B+C)= AB+AC利用01律 A·1=Anull 解： 利用分配律 A(B+C)= AB+AC利用01律 A+1=1利用01律 A·1=A  解：利用分配律 A(B+C)= AB+AC利用反演律利用分配律 A+(BC)=(A+B)(A+C)(2)吸收法（3）消去法例：化简逻辑函数 null解：利用分配律 A(B+C)= AB+AC课堂思考： 2.逻辑函数化简的基本原则是什么？（4）配项法1.逻辑函数有几种表示方法，各有什么特点？null知识链接五 组合逻辑电路基础知识 一、组合逻辑电路的概念 在数字电路中，由与门、或门、与非门、或非门等多种逻辑门电路组合而成，且任何时刻的输出状态仅取决于该时刻各个输入信号状态的电路，称为组合逻辑电路。实际上，与非门（与门加非门）、或非门（或门加非门）等就是最简单的组合逻辑电路。如下图所示电路为一个由或门、非门和与非门组成的组合逻辑电路 null组合逻辑电路组成框图任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号 状态有关，与电路原来的输出状态无关. 这种 电路没有记忆功能。 常见的组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数据分配器等。组合逻辑电路的特点:null二、 组合逻辑电路的分析要了解组合逻辑电路的逻辑功能，就必须先分析电路图，进而才能对电路进行应用、测试和维修。分析组合逻辑电路的方法和步骤如下： （1）根据给定的逻辑电路图，推导输出端的逻辑表达式。 （2）化简和变换：如果写出的逻辑表达式不是最简表达式，必须利用公式法 进行化简。（3）列真值表：根据逻辑表达式求出真值表。 （4）分析说明：对真值表或逻辑表达式进行分析和，通过文字描述电路的功能。null组合逻辑电路的分析举例:例：分析如图所示逻辑电路的逻辑功能。逻辑电路图（1）根据电路写出输出端的逻辑表达式。（2）对逻辑表达式进行化简。 null（3）由化简逻辑函数表达式列出真值表 真值表 null（4）分析说明课堂练习： 1. 分析组合逻辑电路的功能一般要经过哪几个步骤？ 2、已知逻辑电路如图所示，试分析其逻辑功能，要求写出分析过程。从真值表可以看出：三个输入量A、B、C同为1或同为0时，输出为0，否则为1，所以该电路的功能是用来判别三个输入信号是否相同，相同时输出为0，不同时输出为1。 任务二 元器件的认识与检测 任务二 元器件的认识与检测 null（1）电阻的检测 色环电阻器：主要识读其色环阻值，并用万用表检测其实际阻值； （2）发光二极管和拨动开关的检测 发光二极管：用万用表电阻档X10K档测量正、反向电阻，根据阻值判断质量的好坏； 按健开关：用万用表电阻档X1档检测开关的导通，判断其质量好坏； （3）74LS08、74LS32、74LS04集成电路引脚排列及引脚功能（知识链接二） 任务三 电路制作与调试 任务三 电路制作与调试 1、电路安装制作步骤 （1）按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。 （2）对应电路板的元器件位置依次进行元器件的插装。发光二极管注意正负极性。74LS04、74LS08、74LS32集成电路注意引脚方向。 （3) 发光二极管采用立式安装，74LS04、74LS08、74LS32集成电路采用底座安装。 （4）按焊接工艺要求对元器件进行焊接。 （5）该电路连线较复杂，可对照连线实物图进行连接。null2、焊接注意事项 先将所有元件按要求焊接在电路板上，注意焊接顺序及焊接的时间，防止损坏元件，只要焊接无误一般都能正常工作。特别是74LS04,74LS08,74LS32集成电路的焊接，引脚不能被折弯或折断，不能将方向焊反。接线完毕应仔细检查电路，避免发生短路或者断路的情况。 3、电路调试 接通电源，任意两个或者两个以上开关拨向上时，绿灯亮，否则红灯亮。 该电路可能出现的故障情况： （1）电路接上电源后，两个发光二极管均不亮，首先应检查电源是否连接，第二检查电路中是否有短路或断路情况，第三检查发光二极管的极性是否正确。 （2）电路接上电源后，有两个以上的开关闭合，但发光二极管（绿）不亮。首先检查绿色发光二极管的极性是否正确，然后检查集成块是否有插反的情况。 若电路焊接和二极管的质量均无问题则，直接在数字箱上检查集成电路的质量。 任务四 电路测试与分析任务四 电路测试与分析测试1. 测试并记录74LS08的逻辑功能于表1.2（数字箱完成）null测试2. 测试并记录74LS04的逻辑功能于表1.3（数字箱完成） 测试3. 测试并记录74LS32的逻辑功能表1.4（数字箱完成） null测试4. 接上+5V电源，按照表1.5对应拨动开关（0表示开关向下，1表示开关向上），观察红绿灯情况， 绿灯亮时输出填“1”，红灯亮时输出填“0”。并根据结果分析三人表决器的工作原理。 实训项目评价 实训项目评价