1、了解数字集成电路的命名方法；了解数字集成电路的命名方法；了解逻辑函数的意义，能进行逻辑函数的化简；了解逻辑函数的意义，能进行逻辑函数的化简；了解组合逻辑电路的设计流程，能进行简单应用电路的设计。了解组合逻辑电路的设计流程，能进行简单应用电路的设计。学习目标学习目标学习目标学习目标掌握数字集成电路的识别；掌握数字集成电路的识别；掌握仿真测试集成电路逻辑功能的方法，进而掌掌握仿真测试集成电路逻辑功能的方法，进而掌握实际数字集成电路的测试；握实际数字集成电路的测试；掌握如何选用数字集成电路芯片，能按照逻辑电掌握如何选用数字集成电路芯片，能按照逻辑电路图搭建实际电路；路图搭建实际电路；能使用仿真软件进
2、行应用电路的设计。能使用仿真软件进行应用电路的设计。举重比赛中，运动员的成绩有效与否由裁判判定，举重比赛中，运动员的成绩有效与否由裁判判定，裁判共四位，其中主裁判一位，副裁判三位，主裁判裁判共四位，其中主裁判一位，副裁判三位，主裁判有有2 2个票权，副裁判每位有个票权，副裁判每位有1 1个票权。当每位裁判认为个票权。当每位裁判认为运动员成绩有效时，投出赞成票，本着多数票有效的运动员成绩有效时，投出赞成票，本着多数票有效的原则，当裁判组认为运动员举重成绩有效时，白灯亮；原则，当裁判组认为运动员举重成绩有效时，白灯亮；当裁判组认为运动员举重成绩无效时，红灯亮。当裁判组认为运动员举重成绩无效时，红灯
3、亮。裁判表决器电路就是为了解决裁判的表决问题而设计的，裁判同意时，只需按下其对应的按钮，运动员的成绩有效与否的结果就直观地显示出来了。裁判表决器电路设计的流程如图5-1所示。本项目需要完成下列内容。（1）完成裁判表决器电路的设计。（2）画出裁判表决器电路的逻辑图。（3）完成裁判表决器电路的仿真调试。（4）完成裁判表决器电路的连接。（一）模拟信号和数字信号（一）模拟信号和数字信号 电子线路中的信号可分为两类。一类是时间连续的信号，称为模拟信号，如温度、速度、压力、磁场及电场等物理量通过传感器转换成的电信号，模拟语音的音频信号和模拟图像的视频信号等。图5-3(a)所示为模拟信号的波形。图5-3(b
4、)所示为数字信号的波形。（二）脉冲信号和数字信号（二）脉冲信号和数字信号 脉冲信号是指在短时间内作用于电路的离散的电流和电压信号。图5-4(a)所示是理想矩形脉冲的波形，它从一种状态变化到另一种状态不需要时间。而实际矩形脉冲波形与理想波形是不同的，图5-4(b)所示为尖顶脉冲波形。1.脉冲信号 数字信号是指可以用两种逻辑电平0和1来描述的信号。逻辑电平0和1不表示具体的数量，而是一种逻辑值。若逻辑电路中的高电平用逻辑1表示、低电平用逻辑0表示时，称之为正逻辑；若高电平用逻辑0表示、低电平用逻辑1表示时，称之为负逻辑。目前在逻辑电路中习惯采用正逻辑，今后如无特殊说明，本书一律采用正逻辑。理想脉冲
5、信号的前沿和后沿可视为零，因此可以用两个离散的电压值来表示脉冲波形，这时数字波形和脉冲波形是一致的，只不过前者用逻辑电平表示，而后者用电压值表示。2.数字信号（三）数字电路的特点（三）数字电路的特点（1）电子器件(如二极管、三极管)的导通与截止两种状态的外部表现是电流的有无或电平的高低，所以数字电路在稳态时，电子器件处于开关状态，即工作在饱和区和截止区。这种有和无、高和低相对立的两种状态，分别用1和0两个数值来表示。（2）数字信号中的1和0没有任何数量的含义，只表示两种不同的状态，所以在数字电路的基本单元电路中，对元件的精度要求不高，允许有较大的误差，电路在工作时只要能可靠地区分开1和0两种状
6、态就可以了。相应地，组成数字电路的单元结构也比较简单，具有便于集成化和系列化生产、工作准确可靠、精度高、成本低廉、使用方便等优点。（3）在数字电路中，人们关心和研究的主要问题是输出信号的状态(0或1)与输入信号的状态(0或1)之间的逻辑关系，以反映电路的逻辑功能，所以在数字电路中不能采用模拟电路的分析方法，而是以逻辑代数作为主要工具，利用真值表、逻辑表达式、波形图等来表示电路的逻辑功能，所以数字电路又称为逻辑电路。（4）数字电路不仅具有算术运算能力，还具有逻辑推理和逻辑判断能力，所以人们才能够制造出各种数控装置、智能仪表、数字通信设备以及数字电子计算机等现代化的科技产品，使数字电路得到广泛的应
7、用。能实现基本和常用逻辑运算的电子电路称为门电路。由于在二值逻辑中，需要用两种截然相反的状态来表示，而电路的状态是靠半导体元件的导通与截止来控制和实现的，所以半导体元件称为电子开关。二极管、晶体管和场效应管在数字电路中就是构成这种电子开关的基本开关元件。相应地，门电路也称为开关电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。通用型是指已被定型的标准化、系列化的产品，适用于各种不同的数字电路。专用型是指为某种特殊用途专门设计、具有特定的复杂而完整功能的产品，只适用于专用的数字电路。典型的专用型数字集成电路如计算机中的存储器芯片(RAM、ROM)、微处理器芯片(CPU)及语音芯片等。（一
8、）（一）TTLTTL与与CMOSCMOS集成电路集成电路 在数字电路中，应用最为广泛的是TTL集成门电路和CMOS集成门电路，TTL是英文“transistor transistor logic”的缩写，意为“晶体管晶体管逻辑电路”。当逻辑门电路的输入级和输出级都采用三极管时，将这种逻辑门电路称为TTL逻辑门电路。（二）数字集成电路的命名方法（二）数字集成电路的命名方法 我国集成电路的型号是按照国家标准（国标）的规定命名的。国标GB 34301989半导体集成电路型号命名方法规定了我国集成电路各个品种和系列的命名方法，集成电路国标命名方法见表5-1。见P1341.国产集成电路的型号命名方法 目
9、前电子市场上除国产的集成电路外，还有世界各大半导体器件公司生产的大量产品。由于集成电路的命名国际上还没有一个统一的标准，各制造公司都有自己的一套命名方法，给识别集成电路带来很大的困难，但各制造公司对集成电路的命名总是还存在一些规律的。2.国外集成电路的型号命名方法 门电路是组成数字电路的基本单元电路，了解门电路的工作原理和逻辑功能，才能更好地使用集成逻辑门电路。本任务通过仿真测试的方式学习并掌握集成逻辑门电路的功能和特点。（一）基本逻辑关系（一）基本逻辑关系或逻辑2非逻辑3 3与逻辑3 1（二）逻辑函数的表示方法（二）逻辑函数的表示方法由逻辑表达式转换到真值表2逻辑表达式与逻辑图的转换3 3由
10、真值表转换到与或表达式3 1（三）逻辑函数表示形式的转换（三）逻辑函数表示形式的转换（一）基本的逻辑运算（一）基本的逻辑运算（二）逻辑代数的基本定律（二）逻辑代数的基本定律交换律（1）结合律（2）分配律（3）吸收律（4）反演律（5）（三）几种常用的逻辑运算（三）几种常用的逻辑运算与非运算：F=AB（1）或非运算：F=A+B（2）异或运算：F=AB+AB（3）同或运算：F=AB+AB（4）（四）逻辑代数运算的基本规则（四）逻辑代数运算的基本规则代入规则（1）反演规则（2）对偶规则（3）（一）分立元件门电路（一）分立元件门电路1.二极管与门2.二极管或门3.三极管或门（二）（二）TTLTTL集成门
11、电路集成门电路1.基本TTL与非门工作原理2.其他类型的TTL门电路 在实际的数字系统中，为了便于实现各种不同的逻辑函数，在TTL门电路的定型产品中，除了与非门之外，还有或非门、与门、或门、与或非门、异或门和反相器等几种常见的类型。它们尽管功能不同，但输入端和输出端的电路结构均与TTL与非门基本相同，所以前面介绍的各种特性和参数，对这些门电路同样适用。3.集电极开路的门电路和三态门1）集电极开路的门电路2）三态门（三）（三）CMOSCMOS集成门电路集成门电路1.常用CMOS逻辑门1）CMOS非门电路2）CMOS与非门电路2.CMOS传输门3.CMOS集成电路的特点（1）由于CMOS管的导通电
12、阻比双极型晶体管的导通电阻大，所以CMOS集成电路的工作速度比TTL集成电路低。（2）CMOS集成电路的输入阻抗很高，在频率不高的情况下，电路的扇出能力较大，即带负载的能力比TTL集成电路强。（3）CMOS集成电路的电源电压允许范围较大，为318 V，使电路的输出高、低电平的摆幅大，因此COMS集成电路的抗干扰能力比TTL集成电路强。（4）由于CMOS集成电路工作时总是一管导通，另一管截止，而截止管的电阻很高，这就使在任何时候流过电路的电流都很小，因此CMOS集成电路的功耗比TTL集成电路小得多。门电路的功耗只有几微瓦，中规模集成电路的功耗也不会超过100 W。（5）因为CMOS集成电路的功耗
13、很小，所以其内部发热量小，因此CMOS集成电路的集成度比TTL集成电路高。（6）CMOS集成电路的温度稳定性好，抗辐射能力强，因此CMOS集成电路适合于在特殊环境下工作。（7）由于CMOS集成电路的输入阻抗高，所以其容易受静电感应而击穿，因此在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS集成电路中多余不用的输入端绝对不能悬空，应根据需要接地或接高电平。（一）逻辑函数的公式化简法（一）逻辑函数的公式化简法（二）逻辑函数的卡诺图化简法（二）逻辑函数的卡诺图化简法1.逻辑函数的最小项及最小项表达式2.逻辑函数的卡诺图表示方法1）卡诺图的画法规则2）用卡诺图表示逻辑函数3.用卡诺
14、图法化简逻辑函数1）卡诺图的性质2）用卡诺图化简逻辑函数的基本步骤（三）含随意项的逻辑函数的化简（三）含随意项的逻辑函数的化简 化简含随意项的逻辑函数时，充分利用随意项可以得到更加简单的逻辑表达式，因而其相应的逻辑电路也更简单。在化简过程中，随意项的取值可视具体情况取0或者取1。简单地说，如果随意项对化简有利，则取1；如果随意项对化简不利，则取0。组合逻辑电路分析的主要任务是根据给出的逻辑图确定逻辑功能。其一般步骤如下。（1）写出逻辑图输出端的逻辑表达式。（2）化简和变换逻辑表达式。（3）列出真值表。（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定电路的逻辑功能。组合逻辑电路设计的任务
15、是根据给定的逻辑问题，设计出能实现其逻辑功能的逻辑电路，最后画出实现逻辑功能的逻辑图。用逻辑门实现组合逻辑电路时，要求使用的芯片最少，连线最少。组合逻辑电路的设计与组合逻辑电路的分析过程相反。（一）产生竞争冒险的原因（一）产生竞争冒险的原因（二）竞争冒险的识别方法（二）竞争冒险的识别方法用实验的方法判断2用卡诺图法判断3 3代数法判断3 1（三）竞争冒险的消除（三）竞争冒险的消除引入选通脉冲2接滤波电容3 3引入封锁脉冲3 1修改逻辑设计4（1）了解并掌握裁判表决器电路的设计和制作方法。（2）掌握用仿真软件进行实际电路的设计和调试方法。（1）设计电路应能完全满足项目题目的要求。（2）绘出裁判表
16、决器电路的逻辑图。（3）完成裁判表决器电路的仿真调试。（4）完成裁判表决器电路的模拟接线安装。（1）根据项目要求列出真值表。设A代表主裁判，B、C、D分别代表副裁判，真值表如图5-28所示。（2）由真值表到逻辑表达式和电路的逻辑图。逻辑表达式为F=BCD+AB+AC+AD或F=BCDABACAD。由仿真软件生成的逻辑图如图5-29所示。（3）选择合适的集成电路芯片连接并调试。（4）发现调试中的问题并解决。（5）最后确定合适的裁判表决器设计电路，如图5-30所示。（6）进行裁判表决器电路的模拟接线安装，打开控制工具栏中的调用面包板按钮，如图5-31所示。模拟接线后的效果，如图5-32所示。（1）模拟接线完全按照在实际接线时的操作要求，在面包板上进行接线。（2）表决结果的显示可以用灯泡，也可以选用发光二极管。
