電路圖中的數(shù)字邏輯電路
作者：佚名 文章來源：本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊數(shù)： 7587 更新時(shí)間：2008-1-12
數(shù)字邏輯電路的用途和特點(diǎn)
數(shù)字電子電路中的后起之秀是數(shù)字邏輯電路。把它叫做數(shù)字電路是因?yàn)殡娐分袀鬟f的雖然也是脈沖，但這些脈沖是用來表示二進(jìn)制數(shù)碼的，例如用高電平表示“ 1 ”，低電平表示“ 0 ”。聲音圖像文字等信息經(jīng)過數(shù)字化處理后變成了一串串電脈沖，它們被稱為數(shù)字信號。能處理數(shù)字信號的電路就稱為數(shù)字電路。
這種電路同時(shí)又被叫做邏輯電路，那是因?yàn)殡娐分械?#8220; 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(guān)系。這種電路除了能進(jìn)行二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算外還能完成邏輯運(yùn)算和具有邏輯推理能力，所以才把它叫做邏輯電路。
由于數(shù)字邏輯電路有易于集成、傳輸質(zhì)量高、有運(yùn)算和邏輯推理能力等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信、測量等領(lǐng)域。一般家電產(chǎn)品中，如定時(shí)器、告警器、控制器、電子鐘表、電子玩具等都要用數(shù)字邏輯電路。
數(shù)字邏輯電路的第一個(gè)特點(diǎn)是為了突出“邏輯”兩個(gè)字，使用的是獨(dú)特的圖形符號。數(shù)字邏輯電路中有門電路和觸發(fā)器兩種基本單元電路，它們都是以晶體管和
電阻等元件組成的，但在邏輯電路中我們只用幾個(gè)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，它完全不同于一般的放大振蕩或脈沖電路圖。
數(shù)字電路中有關(guān)信息是包含在 0 和 1 的數(shù)字組合內(nèi)的，所以只要電路能明顯地區(qū)分開 0 和 1 ， 0 和 1 的組合關(guān)系沒有破壞就行，脈沖波形的好壞我們是不大理會(huì)的。所以數(shù)字邏輯電路的第二個(gè)特點(diǎn)是我們主要關(guān)心它能完成什么樣的邏輯功能，較少考慮它的電氣參數(shù)性能等問題。也因?yàn)檫@個(gè)原因，數(shù)字邏輯電路中使用了一些特殊的表達(dá)方法如真值表、特征方程等，還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數(shù)、卡諾圖等等，這些也都與放大振蕩電路不同。
門電路和觸發(fā)器
（ 1 ）門電路
門電路可以看成是數(shù)字邏輯電路中最簡單的元件。目前有大量集成化產(chǎn)品可供選用。
最基本的門電路有 3 種：非門、與門和或門。非門就是反相器，它把輸入的 0 信號變成 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(gè)以上輸入，它的功能是當(dāng)輸入都是 1 時(shí)，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(gè)以上輸入，它的功能是輸入有一個(gè) 1 時(shí)，輸出就是 1 。這種功能也叫邏輯加，輸出就寫成 P=A ＋ B 。
把這三種基本門電路組合起來可以得到各種復(fù)合門電路，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(shù)字集成電路有 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(guī)定高電平為 1 、低電平為 0 。
（ 2 ）觸發(fā)器
觸發(fā)器實(shí)際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路，它的電路和功能都比門電路復(fù)雜，它也可看成是數(shù)字邏輯電路中的元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有 D 觸發(fā)器和 J—K 觸發(fā)器。
D 觸發(fā)器有一個(gè)輸入端 D 和一個(gè)時(shí)鐘信號輸入端 CP ，為了區(qū)別在 CP 端加有箭頭。它有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是 Q 一個(gè)是 Q ，加有小圈的輸出端是 Q 端。另外它還有兩個(gè)預(yù)置端 R D 和 S D ，平時(shí)正常工作時(shí)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(fā)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(fā)器的邏輯符號見圖 2 ，圖中 Q 、 D 、 SD 端畫在同一側(cè)； Q 、R D 畫在另一側(cè)。 R D 和 S D 都帶小圓圈，表示要加上低電平才有效。
D 觸發(fā)器是受 CP 和 D 端雙重控制的， CP 加高電平 1 時(shí)，它的輸出和 D 的狀態(tài)相同。如 D=0 ， CP 來到后， Q=0 ；如 D=1 ， CP 來到后， Q=1 。 CP 脈沖起控制開門作用，如果 CP=0 ，則不管 D 是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變。這樣的邏輯功能畫成表格就稱為功能表或特性表，見圖 2 。表中 Q n+1 表示加上觸發(fā)信號后變成的狀態(tài)， Qn 是原來的狀態(tài)。“ X ”表示是 0 或 1 的任意狀態(tài)。
有的 D 觸發(fā)器有幾個(gè) D 輸入端： D 1 、 D 2 … 它們之間是邏輯與的關(guān)系，也就是只有當(dāng) D 1 、 D 2 … 都是 1 時(shí)，輸出端 Q 才是 1 。
另一種性能更完善的觸發(fā)器叫 J － K 觸發(fā)器。它有兩個(gè)輸入端： J 端和 K 端，一個(gè) CP 端，兩個(gè)預(yù)置端： R D 端和 S D 端，以及兩個(gè)輸出端： Q 和 Q 端。它的邏輯符號見圖 3 。 J － K 觸發(fā)器是在 CP 脈沖的下陣沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，所以在 CP 端畫一個(gè)小圓圈以示區(qū)別。圖中， J 、 S D 、 Q 畫在同一側(cè)， K 、 R D 、 Q 畫在另一側(cè)。
J － K 觸發(fā)器的邏輯功能見圖 3 。有 CP 脈沖時(shí)（即 CP=1 ）： J 、 K 都為 0 ，觸發(fā)器狀態(tài)不變； Q n ＋ 1 =Qn ， J ＝ 0 、 K=1 ，觸發(fā)器被置 0 ： Q n ＋ 1 =0 ； J=1 、 K=0 ， Q n+1 =1 ； J=1 、 K=1 ，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下： Q n ＋ 1 =Qn 。如果不加時(shí)鐘脈沖，即 CP=0 時(shí)，不管 J 、 K 端是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變： Q n ＋ 1 =Qn 。有的 J—K 觸發(fā)器同時(shí)有好幾個(gè) J 端和 K 端， J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 之間都是邏輯與的關(guān)系。有的 J － K 觸發(fā)器是在 CP 的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，這時(shí)它的邏輯符號圖的 CP 端就不帶小圓圈。也有的時(shí)候?yàn)榱耸箞D更簡潔，常常把 R D 和 S D 端省略不畫。
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