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            數字電路之如雷貫耳的“邏輯電路”

            作者:時間:2017-10-27來源:網絡收藏

              本文我們將從“數字意味著什么?”開始,講解的基本設計方法。什么是“模擬”和“數字”。在自然界中,象聲音、溫度、光等信息是以連續的值進行變化的。這種連續值就稱作“模擬”。

            本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/201710/368900.htm

              而在計算機的世界里,信息是以一段一段的離散值表示的。這種離散值就稱作“數字”。

              比方說模擬和數字就相當于實數與整數的關系。實數可以表示直線上的每一個點,就象是模擬,而整數只能表示直線上的特定點,就象是數字。

              于是,我們把處理連續信息的——模擬信號的電路稱作“”,把處理離散信息——數字信號的電路稱作“”。

              

              圖1:模擬與數字的不同

              為了將自然界的模擬信息輸入到象計算機那樣的,需要將信息數字化(模擬信號→數字信號)。

              進行“模擬信號→數字信號”轉換的是A/D轉換器。A/D轉換器按時間有規律地讀?。ú蓸樱┹斎胄盘?,并將其轉換成用“0”和“1”表現的數值(2進制)。

              為了將連續值(模擬信號)轉換為離散值(數字信號),要對模擬信號進行“舍去”和“進位”處理。這種處理造成信息缺失,而產生了誤差。而為了減少誤差,就需要縮短轉換間隔和增加轉換時的位數。

              那么,“把模擬信號數字化”的好處在哪里呢?它的好處就在于,數字信號有較強的抗噪音能力,不容易被破壞,計算機處理起來比較容易。

              現在,隨著微處理器性能的不斷提高,已經可以高速、大量地處理數字信息。由于在信號傳輸和再現的過程中都不會造成信號質量下降,從而使數字電路得到了十分廣泛的應用。

              強大的“2進制”

              數字信號表現數值的方法之一是“2進制”。2進制是以“0”和“1”表現數值的,各位數都是2的階乘。比如,4位2進制可以表現的整數是從0到15的值(表1)。更大的數值就要通過增加位數來表現了。

                

              表1:10進制的2進制換算

              最初在數字信號中使用2進制的原因是因為電路的“開”和“關”可以很方便地用“1”和“0”來表示。并且,開(“1”)和關(“0”)在實際的IC中分別用“H”和“L” 表現高電壓狀態和低電壓狀態。

              在一般的CMOS IC中,當電源電壓為5V時,L表現為1.35V以下,H表現為3.15以上。像這樣用“0”和“1”表示一定的電壓范圍,就可以形成在一定范圍噪音下,不會發生誤操作的牢固電路結構。

              數字電路抗噪音強的理由,大家明白了嗎?沒錯,是因為用了2進制來表現數值。

              什么是數字電路

              數字電路進行邏輯運算,也被稱為。

              的基本要素只有AND電路、OR電路和NOT電路這3種,通過這`3種電路的不同組合可以做出具有各種功能的電路。

              使用邏輯表達式和電路符號(這里使用MIL符號。其他還有JIS符號。)進行表示。另外,我們把邏輯電路的輸入信號和輸出信號的一覽表稱為真值表。

              下面我們對3種基本邏輯電路進行說明。

              串聯電路,AND電路

              AND電路也被稱為“邏輯與”,只有當兩個輸入同時為1時,才會輸出1。

              ◇邏輯表達式

              用“?”表示?。ɡ℡=A?B

              ◇電路符號

              

              ◇真值表  

              讓我們仔細看一看AND電路的工作方式。如果用開關和LED來表現AND電路的話,就是如下圖2所示的串聯電路。

              ◇開關A(SW A)的“開”和“關”表示輸入A的“1”和“0”

              ◇開關B(SW B)的“開”和“關”表示輸入B的“1”和“0”

              ◇LED Y的亮起和熄滅以輸出Y的“1”和“0”表示

              

              圖2:AND電路的運作方式

              該AND電路的工作方式如下。

              ◇開關A和開關B都為“開”時,LED Y點亮

              ◇開關A或B只有一個為“開”,另一個為“關”時,LED Y熄滅

              ◇開關A和開關B都為“關”時,LED Y熄滅

              基本邏輯電路也稱作門(gate)電路,可以通過單個輸入來固定輸出(關閉門),或反映輸出(打開門)。

              AND電路的門電路的工作情況可以用圖2的電路圖進行說明。

              ◇A或B的開關之一固定為“關”,LED保持熄滅,也就是說輸出固定為“關”(關閉門)

              ◇相反,A或B的開關之一固定為“開”,未固定的另一個輸入能夠直接反映輸出(打開門)

              并聯電路、OR電路

              OR電路也被稱為“邏輯或”,只要有任何一個輸入為1,或者都為1的情況下,都會輸出1。

              ◇邏輯表達式

              用“+”表示 (例)Y=A+B

              ◇電路符號

              

              ◇真值表

              如果用開關和LED來表現OR電路的工作方式的話,就是如下圖3所示的并聯電路。

              ◇由于是并聯電路,因此開關A(SW A)或開關B(SW B)中任意一個為“開”,或兩者均為“開”時,LED Y就點亮。

              OR電路的門功能與AND電路的工作方式正好相反。

              ◇A和B的開關之一固定為“開”時,LED保持點亮,也就是說輸出固定為“開”(關閉門)

              ◇相反,A和B的開關之一固定為“關”,未固定的另一個輸入能夠直接反映輸出(打開門)

              

              圖3:OR電路的運作方式

              反向輸出的NOT電路

              NOT電路也被稱作變頻或反向電路,具有將輸入反向輸出的功能。是輸入為1時輸出0,輸入0時輸出1的電路。

              ◇邏輯表達式

              用“¯”表示 (例)Y=

              ◇電路符號

              

              ◇真值表



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