第2章-电路元件及逻辑实现.pptx

,电路元件与逻辑表示,半导体元件逻辑门,CMOS,逻辑门,TTL,逻辑门,#,1.1,电路设计是逻辑实现过程,1,）,电路设计,：,电路是如何设计出来的呢？,设计电路的基本单元是元件，元件上具有导电的引脚；不同元件按照电路系统的连接要求进行连接，连接线必须有导电的特性。,【,实例,1,】,用,5V,电源使额定电压为,1.8V,的发光二极管发光。该如何手工设计实现？,分析：用,DC,插坐连接的,5V,变压器提供电源。,发光二极管额定电压,1.8V-2.5V,，必须串联一个,(1K),的电阻承担,3.2V,左右的电压。,认识使用的元件并连线构成 回路。,关于元件电压、电流特性请在淘宝或者百度搜索,接计算机,USB,1.1,电路设计是逻辑实现过程,2,）,电路逻辑实现,：,电路是否可以以逻辑表示的方式实现？,（,1,）回忆：,逻辑运算有哪些？他们的逻辑符号是怎么绘制？有什么特点？,逻辑运算有与、或、非三种基本运算及其组成的复合逻辑运算。可以使用逻辑符号表示，逻辑符号可以采用国家、国际、自绘逻辑符号。逻辑符号仅体现逻辑变量（隐含其特性）。,（,2,）回忆：,逻辑函数的逻辑图表示法是以什么为基本单位设计的？,逻辑符号,逻辑符号是逻辑图的基本组成单位；根据逻辑表达式通过连线可以将逻辑符号链接为逻辑图，实现逻辑表达式的输出功能。,【,实例,2】,（,3,）猜想：,电路设计以元件为基本单位，逻辑图以逻辑符号为基本单位，如果元件可以表示为逻辑符号，那么电路设计可以用逻辑设计去设计实现？,答案是肯定的：元件可分为分立元件（电阻，电容）和逻辑门元件（与门,74HC08,，或门,74HC32,，非门,74HC04,，异或门,74HC86,）,【,实例,3】,将电阻和与门表示为逻辑运算符,1.1,电路设计是逻辑实现过程,3,）,认识电路元件,：,（,1,）元件分类：,逻辑门和分立元件（辅助逻辑门引脚的元件）,逻辑门：,以逻辑表达式的形式集成的元件,(IC),称为逻辑门电路元件。,分立元件：,不以逻辑表达形式集成的元件，像电阻、二极管、三极管、,MOS,管等具有一定功能的元件，有的分立元件也有输入输出元件的功能，如放光二极管，也可以看做,I/O,元件。,（,2,）逻辑门,：,什么是逻辑门？目前国内外逻辑门市场状况,逻辑门：,根据与、或、非三种基本运算及其组成的复合逻辑运算集成的,IC,元件,目前国内外现状,P58,页，主要是,TTL,与,CMOS,系列（主要是,74,系列），查阅,P257-P264,（,3,）逻辑门引脚（逻辑值）表示的含义：,逻辑门引脚应该用何物理量表示逻辑值？,引脚与高低电平：,逻辑门元件的每个金属脚称为引脚，以插针或贴片形式体现，对应元,件分别称为插针元件和贴片元件。因为元件是按照逻辑形式设计，每个引脚就是一个逻辑变量，赋值可以为,0,或,1,；但是电路只存在电压，也就是说每个脚电压是稳定的，称为高电平和低电平，与门引脚的高电平为,1.2V,，低电平为,0V,。,正逻辑与负逻辑表示：,在二值逻辑中，用高电平表示,1,，低电平表示,0,，称为正逻辑表示法；反之，称为负逻辑表示法。,正负逻辑对应的表达式关系：,对偶关系。,正负逻辑示意图,1.1,电路设计是逻辑实现过程,4,）,赋值：,逻辑门高低电平如何实现？,（,1,）逻辑门输入引脚高低电平设置（赋值,1,、,0,）方法：,可用开关电路实现，开关可以由二极管，三极管构成。,（,2,）,开关电路：,实现高低电平的开关电路有哪些？,一般开关电路（实验中使用拨码开关）获得高（,1,）低（,0,）电平方法：,我们发现当开关,S,断开时，输出电压,v,O,V,cc,，可表示为高电平,“1”,；,当开关闭合时，输出电压,v,O,0,，可表示为低电平,“0”,。,三极管开关电路：,若开关由三极管构成，则控制三级管工作在截止和饱和状态，就相当开关,S,的断开和闭合。,互补开关电路：,单开关电路功耗大，目前出现的互补开关电路，是用一个管子代替开关电路中的电阻,R,，开关,S,1,和,S,2,受同一输入信号,v,I,的控制，而且导通和断开的状态相反。当,S,1,闭合时，,S,2,断开，输出为高电平,“1”,；当,S,1,断开时，,S,2,闭合，输出为高电平,“0”,。由于互补开关电路中的两个开关总有一个是断开的，流过的电流为零，电路的功耗非常低，因此在数字电路中得到广泛的应用。,1.2,电源电路设计,重点：如何设计电源电路？,（,1,）提供电源的两种方法：,DC05,插座和,USB,电源接口？如何选择？,根据使用情况选择，实验使用的是,DC,插座，如前面所述，手机上现在使用的是,USB,插口。,（,2,）设计电路分析：,该电路逻辑图表示？,DC,插座功能与设计使用分析：,电源电路电压一般来自,5V,变压器，以,DC05,为例，插座连接,5V,变压器插口（插针对准插座连接），,DC,插座有,3,个脚，最后面的脚为,1#,脚，引入电源正极，,2,、,3#,脚设计时连接在一起，引进电源负极，正负之间可以设计很多回路，回路中的元件可以进行串、并连接。,六脚自锁开关：,连接正极（,1#,）之后，控制电路电源的开与关。,其后连接下面的回路。原理参照有图理解。,指示灯回路：,指示灯是开还是关，或者检测电路电源是否损坏。,由,1K,的电阻和,1.8V,的发光二极管组成。,电容稳压电路：,对引入的电源电压通过电容充电，,得到更加稳定的电压。选择,0.1uF,的无极性电容。,1.2,电源电路设计,（,3,）实际设计的电源电路：,同学们根据（,2,）的分析确定,引脚的连接关系,（,4,）电源电路的逻辑图：,将逻辑元件换为国际标准的,逻辑符号，获得逻辑图。,J1,，,SW1,称为流水号,DC05,，,SW_6,LED,称为元件型号,（大小），如,74HC08,，在绘制电路时，这两项参变量比不,可少。插针插座流水号用,J,开头，开关用,D,开头，,IC,用,U,开头，,电容为,C,，电阻为,R,，二极管用,D,等。,实际电源正极,1.3,逻辑实现过程举例,【,实例,4,】,设计实现表达式,Y=AB+BC+AC,表示的电路，先画出逻辑图（手工），再考虑电路如何实现。,要求：电路包含电源电路，赋值电路（高低电平实现的电路），逻辑门表达式实现电路，显示结果电路（发光二极管）,（,1,）根据电路元件绘制逻辑符号。,（,2,）绘制逻辑图。,电源电路：提供电源，参照电源逻辑图,赋值电路：实现,A,、,B,、,C,高低电平，选用,3,路拨码开关 和,3,个电阻实现。,逻辑门电路（核心电路）：实现逻辑表达式,或核心元件选择：,1,片与门,74HC08,1,片或门,74HC32,显示电路：显示验证输出结果，用发光二极管显示,（,3,）将逻辑符号用实际元件代替构成实际元件电路。,由同学自己想象完成。,赋值电路,电源电路,核心电路,显示电路,1.4,实验,1,7,）,实验,1,：电路的逻辑设计与连线实现,设计实现表达式,Y=AB+AC,表示的电路，画出逻辑图，并在电路板上连出该电路。,（,1,）电路板实验原理：,元件分散布于电路板上，为了引脚便于连接，用插针将元件引脚一一引出，金属线两端以插座方式设计，便于与插针连接,元件焊接时先以插槽焊接，将元件插于插槽上，便于维护。,电源正负极使用频率高，将正负极以插针方式多次引出。,赋值电路共有,16,路，,16,个电阻上端已经接到电源正极，,16,路拨码开关下,端连接到电源负极。电阻和拨码开关可按顺序一 一对应，也可自由组合，,由线进行连接。变量值由竖向插针引出。注意插针和谁对应。,如果变量多次赋值，赋值数量超过,3,个，则需要将其引导过渡区，扩大，某一变量赋值次数。,发光二极管有,8,个，上面为正极，下面为负极，不能把,5V,电源直接连到正极，可以通过赋值区电阻进行串联。引脚高电平约为,1.2V,，可以直接连接。,插槽,插针,1.1,电路设计是逻辑实现过程,7,）,实验,1,：电路的逻辑设计与连线实现,设计实现表达式,Y=AB+BC,表示的电路，画出逻辑图，并在电路板上连出该电路。,（,2,）在实验板上找出元件：,掌握电源电路元件连接过程；找出,74HC08,74HC32,（,怎么找,）；选择赋值区的,3,个电阻和,3,路拨码开关；指定显示结果发光二极管。,（,3,）画出逻辑符号并绘制逻辑图：,确定电路元件连接关系，绘制所有元件的符号，绘制逻辑图。,（,4,）,根据逻辑图连线：,根据逻辑图在板子上实现连线。,正极插针,负极插针,与门连接正极,与门连接负极,或门连接正极,或门连接负极,A,B,C,AB,或门输出,AB+AC,至二极管显示,1.1,电路设计是逻辑实现过程,【,实验,2】,基于,protel99se,的组合电路,PCB,设计（,Y=AB+AC+BC,）,1,）电路板制作原理（实物）,2,）软件安装及使用,3,）绘制逻辑符号,4,）绘制元件封装,5,）绘制逻辑图,6,）绘制,PCB,板，将原理图转换为印制电路板,（,1,）计算电路板（塑料板）大小，按照实物进行绘制,（,2,）导封装入网络表和,