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1、电子电路分析、制作与调试,全国高职高专院校规划教材 精品与示范系列,学习情境1,想到了什么？,电路复杂 涉及专业面广,学习目的,了解典型电子电路,分析典型电子电路,调试典型电子电路,测试典型电子电路,焊接工具和常用仪器仪表的使用能力典型电子电路分析、制作能力电子电路调试、排故能力标准电子电路原理图的绘图能力电子产品成本估算能力信息查询和资料整理能力技术文档编纂能力团队合作能力和创新能力制作成果展示能力,能力培养目标,电信号,模拟信号,数字信号,在时间上和数值上都是连续变化的信号,时间上和数值上都是断续变化的离散信号,什么是连续变化?什么是断续变化?,传输、处理模拟信号的电路称为模拟电路。传输、
2、处理数字信号的电路称为数字电路。,模拟信号,数字信号,电子电路分析制作与调试学习情境,11小型电子产品的综合开发,1三位简易抢答器电路分析与调试,2叫号显示电路设计与调试,3数字钟电路设计与调试,4直流稳压电源的设计与调试,5电子秤压力信号放大电路制作与调试,7可燃气体报警器制作与调试,8电子秤低通滤波电路制作与调试,6变速运动小车功率放大电路分析与调试,9小车变速运动DA转换电路分析与测试,10水温控制系统分析与调试,学习情境1 三位简易抢答器电路分析与调试,工作过程,资讯,决策计划,实施,检查评价,资讯,抢答器的设计,如何实现？,设计要求:,器件,优先权,逻辑实现,资讯,高电平和低电平为某
3、规定范围的电位值，而非一固定值。,正逻辑,负逻辑,资讯,数字电路的二值逻辑,数字电路中传送的各类数据和信息均可利用二值逻辑来表示，即由逻辑1和逻辑0的组合表现出来。,数字电路的特点,1、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。和二进制信号的要求是对应的。分别用0 和1来表示。2、数字电路信号的1和0没有任何数量的含义，而只是状态的含义，所以电路在工作时要能可靠地区分开1和0两种状态。3、对已有电路分析其逻辑功能，叫做逻辑分析；按逻辑功能要求设计电路，叫做逻辑设计。4、数字电路工作状态主要是用逻辑代数和卡诺图法等 进行分析化简。5、数字电路能够对数字信号1和0进行各种逻辑
4、运算 和算术运算。,资讯,资讯,数制与码制,被概括的以某种形式表达的逻辑自变量和逻辑结果的函数关系称为逻辑函数。,在逻辑代数中，逻辑变量也是用字母来表示的。逻辑变量的取值只有两个：1和0。,注意,逻辑代数中的 1 和 0 不表示数量大小，仅表示两种相反的状态。,例如：开关闭合为 1 晶体管截止为 1 电位高为 1 断开为 0 导通为 0 低为 0,决定事物的因素（原因）为逻辑自变量，被决定的事物的结果为逻辑因变量。,基本逻辑运算,资讯,基本逻辑函数及运算,资讯,1.与逻辑,决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才发生。,若有 0 出 0；若全 1 出 1,资讯,1.与逻辑,逻辑表达式 Y=A
5、B 或 Y=AB,资讯,四2输入与门74LS08管脚图,与门逻辑符号,2.或逻辑,决定某一事件的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，该事件就发生。,若有 1 出 1若全 0 出 0,逻辑表达式Y=A+B,资讯,2.或逻辑,或门(OR gate),资讯,74LS32四2输入或门管脚图,3.非逻辑,决定某一事件的条件满足时，事件不发生；反之事件发生。,资讯,非门(NOT gate)又称“反相器”,74LS04六非门管脚图,与非逻辑,先与后非,由基本逻辑运算组合而成,复合逻辑函数,资讯,与非门,复合逻辑函数,资讯,74LS00 两输入与非门管脚图,74LS20 四输入与非门管脚图,或非逻辑,复合逻
6、辑函数,资讯,先或后非,？如何得到真值表？,或非门,复合逻辑函数,资讯,74LS02两输入或非门管脚图,CD4001两输入或非门管脚图,掌握的知识点,资讯,逻辑关系真值表逻辑符号对应芯片,门电路逻辑功能测试,实施,74HC20推荐工作条件,门电路逻辑功能测试,实施,逻辑电平的产生,如何调整电路，使开关断开时输出高电平，开关按下时输出低电平？,门电路逻辑功能测试,实施,光信号的产生,门电路逻辑功能测试,实施,光信号的产生,门电路逻辑功能测试,实施,门电路逻辑功能测试,实施,有没有发现不同组的输出高电平和低电平电压数值不同？,门电路逻辑功能测试,实施,74HC20,74LS20,门电路逻辑功能测试
7、项目总结,实施,供电电源不仅需连接Vcc端，也需要连接GND端；芯片安装不仅需要关注方向，同时应注意观察确保所有管脚均插入管座；逻辑状态的判断应注意观察和记录；万用表表笔插孔、档位、电源开关、保持按键（Hold)都是需要仔细检查的地方；用万用表测量电压时一定要把黑表笔与参考点相接，红表笔与待测点相接，才能准确得到待测电压值。,与或非逻辑,先与后或再非,复合逻辑函数,资讯,与或非逻辑,复合逻辑函数,资讯,异或逻辑,若相异出 1若相同出 0,复合逻辑函数,资讯,同或逻辑(即异或非),若相同出 1若相异出 0,注意：异或和同或互为反函数，即,只能是二个输入变量,复合逻辑函数,资讯,试画出下图中各门电
8、路的输出波形，输入端A、B的波形已给出。,资讯,已知逻辑函数式求真值表和逻辑图,已知逻辑图求逻辑函数式和真值表,逻辑函数的几种表示方法及其相互转换,资讯,资讯,某控制系统示意图,资讯,真值表,资讯,逻辑表达式,或逻辑关系,资讯,非门与门或门,芯片选择,逻辑化简,与非门,逻辑化简,已知逻辑函数式求真值表和逻辑图,例题：已知逻辑函数式，求与它对应的真值表和逻辑图。,解：将输入变量A、B、C的各组取值代入函数式，算出函数Z的值，并对应地填入表中就是真值表。,资讯,还可以怎么画逻辑图？,已知逻辑图求逻辑函数式和真值表,例如：写出下图所示逻辑图的逻辑函数式。,解：首先从输入端门电路开始，逐级给每个门标号
9、（G1G5），然后依次写出各个门的输出端函数表达式，分别为：,资讯,写写真值表？,三位简易抢答器逻辑电路调试,实施,选择芯片：74HC0474HC20,选择外围器件：开关及其电路发光二极管及其电路,1）了解逻辑原理图的基本识图方法；2）了解由逻辑原理图选择芯片的基本原则；3）练习逻辑电路的连线和通电调试。,实施,实施目标,举重裁判电路设计,确定变量符号；填写真值表；写出函数表达最小式；化简；绘制逻辑原理图。,决策计划,举重比赛有三名裁判，他们的判决根据少数服从多数的原则成为最终判决。裁判长坐在举重台前方，其左右各坐有一名裁判员。当两名或以上裁判同时判决选手试举成功时立即会有一声喇叭响起。,举重
10、裁判电路设计,确定变量符号：输入（裁判）A、B、C；输出（指示）Y。填写真值表：写出函数表达最小式,决策计划,举重裁判电路设计,化简,决策计划,绘制逻辑原理图器件：按钮、发光二极管、逻辑芯片,资讯,十进制(Decimal),数码K共有十个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十进一，借一当十,二进制(Binary),数码K共有两个，为0、1逢二进一，借一当二,十六进制(Hexadecimal),数码K共有十六个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六进一，借一当十六,资讯,十进制(Decimal),逢十进一，借一当十,二进制(Binary),逢二进一，借一
11、当二,十六进制(Hexadecimal),逢十六进一，借一当十六,几种进制的比较,以十进制和二进制作比较，十进制在日常生活中应用最多，是人们最熟悉和习惯的计数体制，但其十个数码在数字电路中难于找到十个状态与之对应。数字电路的两个状态可用两个数码表示,故采用二进制。二进制计算规则简单，但人们对它不习惯，另外其数位较多，不易读写。利用二进制与十进制和十六进制的对应关系对十进制和十六进制以及二进制编码，用起来就很方便了。,资讯,几种不同数制间的转换,(11010)2,=124+123+022+121+020=24+23+21=(26)10,(1A)16,=1161+10160=16+10=(26)1
12、0,资讯,(1010)2,=123+022+121+020=23+21=(10)10,想到了什么？,(1A)16=(1 1010)2,资讯,二进制与十六进制间的转换,验算,资讯,十进制转换为二进制,26 余数,13,6,3,1,2,2,2,2,读数顺序,(26)10=(11010)2,0,1,0,1,整数和小数分别转换 整数部分：除 2 取余法 小数部分：乘 2 取整法,资讯,十进制转换为十六进制,81 余数,5,16,读数顺序,(81)D=（51）H=(1010001)B,1,除 16 取余法,资讯,资讯,特殊的数,（FF）H,（FFFF）H,（1K）D,用二进制码表示十进制码的编码方法称为
13、二-十进制码，即BCD码。,常用的BCD码几种编码方式如表所示,权为 8、4、2、1,比 8421BCD 码多余 3,取四位自然二进制数的前 10 种组合，去掉后 6 种组合 1010 1111。,资讯,用 BCD 码表示十进制数,(473)10=（010001110011）8421 BCD,(36)10=(00110110)8421 BCD,(50)10=(01010000)8421 BCD,注意区别 BCD 码与数制：,(150)10=(00010101 0000)8421 BCD,=(96)16=(1001 0110)2,资讯,可靠性代码,奇偶校验码,组成,信 息 码：需要传送的信息本身
14、。,1 位校验位：取值为 0 或 1，以使整个代码 中“1”的个数为奇数或偶数。,使“1”的个数为奇数的称奇校验，使“1”的个数为偶数的称偶校验。,资讯,一、逻辑代数的基本公式,1.与普通代数相似的定律,交换律:AB=B A A+B=B+A,结合律:(A B)C=A(B C)(A+B)+C=A+(B+C),分配律:A(B+C)=AB+AC,与对或的分配,分配律:A+BC=(A+B)(A+C),或对与的分配,逻辑代数,资讯,资讯,逻辑运算的运算顺序先“非”后“与”再“或”，若有括号先进行括号内运算，若括号与“非”号下变量一致，括号可省略。,2.变量常量关系定律,01律:A1=A A 0=0 A+
15、1=1 A+0=A,注:A代表1和0,3.逻辑代数的特殊定律,重叠律:A A=A A+A=A,资讯,4.吸收律,推广公式：,总之：,资讯,1.逻辑函数表达式的标准形式和最简式含义,一个逻辑函数确定以后，其真值表是唯一的，但其函数式的表达形式却有多种。不管哪种表达式，对同一个逻辑函数来说所表达的逻辑功能是一致的，各种表达式是可以相互转换的。,逻辑函数的代数化简法,资讯,（与或式）,（与非-与非式）,（或-与非式）,（或非-或非式）,资讯,根据,（与或非式）,（与非与式）,（或与式）,（或非-或非式）,资讯,常用的代数化简法,代数化简法也称公式化简法，其实质就是反复使用逻辑代数的基本定律和常用公式
16、，消去多余的乘积项和每个乘积项中多余的因子，以求得最简式。,使逻辑式最简，以便设计出最简的逻辑电路，从而节省元器件、优化生产工艺、降低成本和提高系统可靠性。,资讯,并项法:,运用，将两项合并为一项，并消去一个变量。,例：,资讯,（1）,例：,A+AB=A 将多余的乘积项AB吸收掉,资讯,和,消去法：,消去乘积项中的多余因子；,消去多余的项BC。,例：,资讯,、A+A=A 或,配项法：,用该式乘某一项，可使其变为两项，再与其它项合并化简。用该式在原式中配重复乘积或互补项，再与其它项合并化简。,例：,资讯,资讯,一、逻辑函数的最小项及最小项表达式,对于n变量函数，如果其与或表达式的每个乘积项都包含
17、n个因子，而这n个因子分别为n个变量的原变量或反变量，每个变量在乘积项中仅出现一次，这样的乘积项称为函数的最小项，这样的与或式称为最小项表达式。,逻辑函数的卡诺图化简法,资讯,一、逻辑函数的最小项及最小项表达式,由函数的真值表可直接写出函数的最小项表达式，即将真值表中所有使函数值为1的各组变量的取值组合以乘积项之和的形式写出来，在乘积项中，变量取值为1写原变量文字符号，变量取值为0写反变量文字符号。,逻辑函数的卡诺图化简法,资讯,逻辑函数的卡诺图化简法,资讯,写出最小项表达式,例：,的真值表为：,资讯,二、逻辑函数的卡诺图表示方法,1.卡诺图的画法规则,卡诺图是逻辑函数的图形表示方法，它以其发
18、明者美国贝尔实验室的工程师卡诺而命名。,将n 变量函数填入一个矩形或正方形的二维空间即一个平面中，把矩形或正方形等分为2n个小方格，这些小方格分别代表n变量函数的2n个最小项，每个最小项占一格。在画卡诺图时，标注变量区域划分的方法是分别以各变量将矩形或正方形的有限平面一分为二，其中一半定为原变量区，在端线外标原变量符号并写为1，另一半定为反变量区（可不标反变量符号）并写成0。,资讯,卡诺图画法规则,要求上下、左右、相对的边界、四角等相邻格只允许一个因子发生变化（即相邻最小项只有一个因子不同）。,左上角第一个小方格必须处于各变量的反变量区。,变量位置是以高位到低位因子的次序，按先行后列的序列排列
19、。,将 n 变量的 2n 个最小项用 2n 个小方格表示，并且使相邻最小项在几何位置上也相邻且循环相邻，这样排列得到的方格图称为 n 变量最小项卡诺图，简称为变量卡诺图。,资讯,2.用卡诺图表示逻辑函数,具体做法：,如果逻辑函数式为最小项表达式，就在卡诺图上把式中各最小项所对应的小方格内填1，其余的方格填入0，这样就得到表示该逻辑函数的卡诺图了。,例1：,用卡诺图表示逻辑函数：,（1）根据逻辑函数画卡诺图,资讯,画出四变量卡诺图，将对应于函数式中各最小项的方格位置上填入1，其余方格位置上填入0，就得到了如图所示的函数Z的卡诺图。,资讯,（2）由卡诺图求函数式,例2：已知逻辑函数F的卡诺图如图所
20、示，试写出F的函数式。,解：因为F等于卡诺图中填入1的那些最小项之和,因此：,资讯,（3）用与或式直接填入卡诺图,首先将函数变换为与或表达式（不必变换为最小项之和的形式），然后在变量卡诺图中将每个乘积项中各因子所共同占有的区域的方格中都填入1，其余的填0，就得到了函数的卡诺图。这种做的依据是，任何一个非最小项的乘积项使用配项的方法都可以写为最小项之和的形式，这个乘积项就是那些被展开的最小项的公因子。,资讯,例3：试将函数 填入卡诺图。,解：首先将 Z 变换为与或式,资讯,最小项的性质,根据最小项的定义，不难证明最小项有如下性质:,对输入变量任何一组取值在所有最小项（2n个）中，必有一个而且仅有
21、一个最小项的值为1。,在输入变量的任何一组取值下，任意两个最小项的乘积为0。,全体最小项的和为1。,资讯,3.用卡诺图法化简逻辑函数,例：某四变量函数用代数法化简时写成：,资讯,而在卡诺图中，这四项几何相邻，很直观，可以把它们圈为一个方格群，直接提取其公因子BC，如图所示：,用卡诺图化简逻辑函数的步骤,1.首先将逻辑函数变换为与或表达式。,2.画出逻辑函数的卡诺图。,3.将2n个为1的相邻方格分别画方格群，整理每个方格群的公因子，作为乘积项。,4.将整理后的乘积项加起来，就是化简后的与或式。,卡诺图化简实例,卡诺图化简实例,卡诺图化简实例,卡诺图化简实例,在画包围圈时必须注意：,（1）包围圈越
22、大越好；,（2）包围圈个数越少越好；,（3）同一个“1”方块可以被圈多次（A+A=A）；,（4）每个包围圈要有新成分；,（5）画包围圈时，先圈大，后圈小；,（6）不要遗漏任何“1”方块。,例1：利用图形法化简函数,解：1.先把函数Z 填入四变量卡诺图，如图。,2.画包围圈。从图中看出，m(6,7,14,15)不必再圈了，尽管这个包围最大，但它不是独立的，这四个最小项已被其它四个方格群全圈过了。,3.提取每个包圈圈中最小项的公因子构成乘积项，然后将这些乘积相加得到简化的与或表达式：,例2：利用图形法将下式化为最简与或逻辑式,解：1.首先将函数Z填入四变量卡诺图。,2.画方格群。,3.整理每个方格
23、群的公因子作为乘积项。,4.将上一步骤中各乘积项加起来，得到最简与或函数式为：,例3：函数Y的卡诺图如图所示，求其最简与或式,解：1.在图中将0圈为方格群，写出反函数 的表达式,2.将 取反求原函数。,得：,四、具有无关项的逻辑函数及其化简,无关项的含义：,有些n变量的逻辑函数，并不一定与2n个最小项都有关系，有时它仅与其中一部分有关，而与另一部分无关。这部分不论是“0”还是“1”均与逻辑函数的逻辑值无关。这些最小项称为无关最小项，也称随意项、约束项，用 d 表示。具有无关项的逻辑函数称为有约束条件的逻辑函数。,例如：8421BCD码，只有00001001十种输入组合有效，其余六种101011
24、11不能出现，也就是说，它们与8421BCD码无关。,无关项在卡诺图化简函数中的应用,例：化简具有约束项的函数：,解：首先将m项、d 项填卡诺图，其余位置填0，如图所示。然后按规则画方格群，整理出化简后的函数式为：,因为约束项是不会出现的项，或是对函数值无影响的项，所以将其取为0 还是取为1 都可以。在卡诺图中，无关项所对应的小方格内填 或。,注意：,卡诺图中的无关项“”既可当作1也可当作0来对待，画方格时可以把“”包括在里面。其原则仍然是相邻最小项构成方格最大、方格群数目最少为好。但要注意方格群中必须包含有效最小项，不能全是无关项，而且，只要按此原则把1圈完，有些无关项不是非得用不可。这样得到的各乘积项既具有独立性又最简化。,卡诺图作为简便可靠的逻辑分析工具，在解析逻辑电路和设计逻辑电路时经常会用到，所以应当熟练地掌握。,请写出四变量逻辑函数 的最小项并把卡诺图补充完整。,Thank You!,
