逻辑电路 - 图文

本培训教材是有关逻辑电路基础的教育资料。使用本教材旨在充分理解逻辑电路的基础原理并在工作中灵活应用，注意避免错误的使用方法。

目 录

1． 数字与模拟

⑴关于bit和byte ⑵进制变换

练习题

2．IC的电气特性

3．Threshold电压（阈值电压）和逻辑电平4．基本门电路

⑴与门(AND)电路 ⑵或门(OR)电路 ⑶非门(NOT)电路 ⑷与非门(NAND)电路 ⑸或非门(NOR)电路

练习题 ⑹EX-OR电路 ⑺EX-NOR电路 ⑻门电路变换 ⑼实际的门电路IC

练习题

5．组合逻辑电路

⑴门电路的连接和动作的考虑方法 ⑵禁止电路 ⑶优先顺序电路

练习题

6．FF相关资料

7．电子器件的良否判定

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1．数字电路和模拟电路

电子电路通常分为数字电路和模拟电路。

模拟信号就是温度，电压，水量，压力，速度等随时间的变化而变化的信号，自然界中的数值几乎都是模拟信号。

与模拟信号相对的，整数值（1，2，3，4???）的信号也就是说不连续变化的信号是数字信号。

（a）数字信号 (b) 模拟信号

图1 数字信号和模拟信号

图1（a）表示的是模拟信号。(b)是数字信号，如果用高电压描述比较麻烦，高电压的状态以“1”或“H（High）”来表示，低电压用“0”或“L（Low）”来表示。 （1） 关于Bit和Byte

前面说过数字信号用“1”和“0”表示，用二进制表示比较方便，所以二进制使用较多。用二进制表示的时候，数值的1位数叫做Bit（Bit:Binary Digit）。例如，“110101”由6个“1”和“0”构成的，所以说是6Bit。数学上数字是横列的，一般左侧的是高位，右侧的是低位。 但逻辑电路没有规定数字是竖着还是横着写，也没有规定是从右边向左边写。因此，在逻辑电路中最低位用“LSD”表示，最高位用“MSD”表示。 另外，二进制每列表示的数字只有“0”和“1”。2位二进制数有“00”到“11”4个数字表示，3位二进制数是从“000”到“111”8个数字或23个二进制数。计算机中使用8Bit（28=256）作为一个单位来计算，也被称做1Byte。

通常用“K”来表示“1000”，逻辑电路里210为1024，1Kbit=1024Bit。 (2)进制变换

逻辑电路从使用“0”和“1”2个数字到使用二进制数,这种表达方式比较简单了。如果计算机命令都使用二进制表示，8Bit是8位数，16Bit需要16位数。在这里，如果考虑二进制4位数，对应的是24（16），8Bit是16进制2位数，16Bit是16进制4位数，这些都是简单的计算。

实际上，即使使用着二进制数，但人们还是只熟悉十进制数。这样，机器使用的二进制数和人之间交流使用的十进制数之间有一种换算方

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式。那就是BCD（Binary Coded Decimal）.

因为以上的理由，需要了解二进制数，十进制数，十六进制数，BCD的知识以及相互变换方法。

① 十进制向二进制变换的方法

二进制数是由0-1表示的数字，也叫“Binary”。十进制向二进制变换时，用2除，余数向下排列。例如将“108”这个数字变成二进制数。

用2进制表示

十进制向二进制变换的方法

值得注意的是，一直要除到答案是0（余数是1），最初出来的余数在最末位（LSD），最后出来的余数在最高位（MSD）。如果是“100”这样的数字，是十进制的数字还是二进制的数字，必须要有标注。十进制的下标（10）或（D），二进制的标注（2）或（BIN）。十进制的“100”被读做“一百”，二进制的“100”被读做“一零零”。

② 从二进制数到十进制数的变换

从二进制到十进制的变化，要把二进制数的各位数开位数的平方后求和。如“110100101”求十进制数时，从LSD开始，第1位数20*1=1，（BIN）

第2位数21*0=0，第3位数22*1=4???合计起来就变成了十进制数。

二进制向十进制变换的方法

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③ 从二进制数向十六进制数变换

十六进制在0-9范围和十进制相同，但9以上是用A-F的英文字母来表示的。这样，10-15是用一个字母来表示了。也就是说用0-F来表示数值。表示十六进制数时，取“Hexadecimal”的字头，如“2F（H）”或“2F”。 （16）

二进制的4位数相当于十六进制的1位数，所以从二进制向十六进制变换时，先从LSD一侧开始每4位的二进制数变换成一位十六进制数。也就是说分出的4位数向十进制数变换时，因为就是0-15的十进制数，分别变换成0-F的十六进制数就完成了。

例如，“100101011110101（BIN）”的二进制数变换成十六进制时

④十六进制数向二进制数的变换

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⑤十进制数向BCD的变换

BCD也被称作二进制化的十进制数。人机对话界面经常使用。（数字设备的7位LED和数字开关也使用BCD）

为明确是BCD数字，如下图在数字后面加下缀（BCD）。BCD是十进制数的各位数用二进制的4位数来表示的，从十进制数向BCD变换时，先要把十进制数分割成各个位数，然后分别变换成二进制数。在这里需要注意的是，一定要把十进制数的每位变成4位的二进制数。例如，把“1（D）”变成二进制数的时候是“1（BIN）”，如果向BCD变换，就需要变换成“0001

”。 （BIN）

十进制的各个位数变化后，从原来十进制数的高位开始连续读后二进制数。这时候MSD一侧的“0”是不能省略的。

下图是将“186（D）”变换成BCD的情形。

十进制数向BCD的变换

就是“0001 1000 0110（BCD）”。

MSD一侧的“0”是不能省略的，所以BCD数一定是4的倍数位。BCD是用4位来表示十进制数的1位，所以4位之间留少许空间。BCD是用二进制数表示十进制数的每位数，所以是1010（BIN）到1111（BIN）之间的数字。

⑥BCD向十进制数的变换

BCD的4位数对应十进制数的1位数。所以从BCD向十进制数变换时，先从LSD一侧开始每4位分在一起（从MSD一侧分割也是一样），然后将每4位变换成一位十进制数。

如“100101010110（BCD）”可以参考下图的变换方法。

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BCD向十进制数的变换

BCD总结

一般人们只习惯使用十进，但在逻辑电路（设备）上只使用二进制数。BCD是十进制数的各位是用4位二进制数来表示的，即使是逻辑电路上用的，也是一般人最容易理解的表示方式。 复习

问题1

请简单解释一下下面的术语

①数字和模拟

②Bit 和Byte

③BCD

④LSD和MSD

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问题2

下面的表是同一个数分别用十进制，二进制，十六进制，BCD表示时的

情形。请在

空格处填入适当的数字。

2．IC的电气特性

为了让IC动作正确，需要根据IC已经确定的电气特性进行电路设计。例如，电源电压如果过大，将损坏IC，电源电压过小IC又不动作。电源电压需要根据电气特性来设计。所以要学习电气特性。

⑴ 电源电压（VCC）

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驱动IC的必要电源电压。

⑵ 输入电压（VIN）

加在输入管腿上的最大容许电压。

⑶「H」输入电压（VIH）

在输入管腿输入「H」时IC所判断的电压值

⑷「L」输入电压（VIL）

在输入管腿输入「L」时IC所判断的电压值

⑸「H」输出电压（VOH） 输出「H」时的电压值。 ⑹「L」输出电压（VOL） 输出「L」时的电压值。 ⑺「H」输入电流（IIH）

输入「H」时的流入电流值。 ⑻「L」输入电流（IIL）

输入「L」时的流入电流值。 ⑼「H」输出电流（IOH）

输出「H」时的流出电流值。 ⑽「L」输出电流（IOL）

输出「L」时的流出电流值。

图11-5 TTL的电气特性

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3.阀值电压和逻辑电压

通常逻辑电路是用“H”和“L”2个数值表示的电路。通常不考虑“H”的电压具体是多少。但在实际设计电路的时候根据所使用IC的种类和电源电压，“H”和“L”是多少必须规定。这样，IC的输入是多少V的时候就是“H”，可以这样理解。

实际的IC使用的时候，当电压超过一定值的时候就认为是“H”。这个值表示为“VT”，也叫做阈值电压。例如TTL电路，这个阈值电压约是1.4V。HS-CMOS约是VDD的1/2(电源电压的一半)。阈值电压的具体数值根据IC的不同而不同，实际的设计值如果是VT附近的值，有些IC就可以工作，有些IC也可能不工作。考虑误差和IC自身变化后，人们把任何IC任何情况下，输入时可以看作是“H”的最低电压定义为“VIH”和输入时可以看作是“L”的最高电压定义为“VIL”。输出时，“H”时的最低电压定义为“VOH”，“L”时的最高电压定义为“VOL”。这些电压也被称作是“逻辑电压”。

TTL电路中IC的开放端子约有2V电压，有可能被误认为是“H”。这一点需要注意。

图11-6 各IC的逻辑电压

4.基本门电路

到现在为止,我们知道开关的状态是“ON”和“OFF”2个状态。灯的状态是“灯亮”和“灯灭”。如果是阵列的接点或其它电子电路又会是如何呢？这是比较复杂的问题了。因为只有“ON”和“OFF”或“灯亮”和“灯灭”2种状态。所以将“ON”和“灯亮”表示为“1”，将“OFF”和“灯灭”表示为“0”。高电压用“1”表示，低电压用“0”表示。这样的一种简单的表示方法现在被广泛使用着。这样的考虑方法，也被逻辑电路所使用，也是现在半导体IC所使用逻辑电路的基础。

下面学习一下一般使用的逻辑电路基础的考虑方法。

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逻辑电路的基础是，与（AND）门，或（OR）门，非（NOT）门电路。这3种门电路的组合构成了逻辑电路。

（1） 与（AND）门电路

当输入全是“1”输出才是“1”的电路被称做与（AND）门电路。为表示这个动作，用下面的真值表可以表示，还有一种是用时间轴根据输入信号变化时输出信号画出的时序图。下面是与（AND）门电路一般使用的表示输入和输出关系的逻辑式。

真值表 时序图

Y=A .B

AND电路的记号 逻辑式

（2） 或（OR）门电路

当输入信号中有一个“1”输出结果就是“1”的电路被称做或（OR）电路。下面是或（OR）门电路一般使用的表示输入和输出关系的逻辑式。

真值表 时序图

Y=A +B

OR电路的记号 逻辑式

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