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入门必看!数字电路中的几个经典“逻辑电路”

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一、什么是"模拟"和"数字"?

在自然界中,像声音、温度、光等信息,是以连续的值进行变化的,这种连续值就称作“模拟”。

而在计算机的世界里,信息是以一段一段的离散值表示的,这种离散值就称作“数字”。

比方说,模拟和数字就相当于实数与整数的关系。实数可以表示直线上的每一个点,就像是模拟;而整数只能表示直线上的特定点,就像是数字。

于是,我们把处理连续信息的模拟信号的电路就称作“模拟电路”,把处理离散信息的数字信号的电路就称作“数字电路”。

(模拟与数字的不同)

为了将自然界的模拟信息输入到像是计算机那样的数字电路中,需要将信息数字化(模拟信号→数字信号)。而进行“模拟信号→数字信号”转换的是A/D转换器,A/D转换器按时间有规律地读取(采样)输入信号,并将其转换成用“0”和“1”表现的数值(2进制)。

为了将连续值(模拟信号)转换为离散值(数字信号),需要对模拟信号进行“舍去”和“进位”处理。这种处理就会造成信息缺失,并且产生误差。然而,为了减少误差,则需要缩短转换间隔和增加转换时的位数。

那么,“把模拟信号数字化”的好处是什么?其好处就在于数字信号有较强的抗噪音能力,不容易被破坏,计算机处理起来比较容易。如今,随着微处理器性能的不断提高,已经可以高速、大量地处理数字信息了。由于在信号传输和再现的过程中都不会造成信号质量下降,从而使数字电路得到了十分广泛的应用。

二、强大的“2进制”

数字信号表现数值的方法之一,就是“2进制”。

2进制是以“0”和“1”表现数值的,各位数都是2的阶乘。比如,4位2进制可以表现的整数是从0到15的值,如下图所示:

(10进制的2进制换算)

而更大的数值,就要通过增加位数来表现了。

最初在数字信号中使用2进制的原因是,电路的“开”和“关”可以很方便地用“1”和“0”来表示。并且,开(“1”)和关(“0”)在实际的 IC中,分别用“H”和“L”表现高电压状态和低电压状态。

在一般的CMOS IC中,当电源电压为5V时,L表现为1.35V以下,H表现为3.15以上。像这样用“0”和“1”表示一定的电压范围,就可以形成在一定范围噪音下,不会发生误操作的牢固电路结构。

数字电路抗噪音强的理由,大家明白了吗?没错,是因为用了2进制来表现数值。

三、什么是逻辑电路?

数字电路进行逻辑运算,也被称为“逻辑电路”。逻辑电路的基本要素只有AND电路、OR电路、NOT电路三种。通过这三种电路的不同组合,可以做出具有各种功能的电路。

逻辑电路使用逻辑表达式和电路符号(这里使用MIL符号,其它还有JIS符号)进行表示,通常把逻辑电路的输入信号和输出信号的一览表称为“真值表”。

接下来,将对三种基本逻辑电路进行说明。

1、AND电路

AND电路也被称为“逻辑与”,只有当两个输入同时为1时,才会输出1。

逻辑表达式用“・”表示,例如Y=A・B。

(电路符号)

(真值表)

下面,让我们仔细看一看AND电路的工作方式。

如果用开关和LED来表现AND电路的话,就是如下图所示的串联电路:

◆ 开关A(SW A)的“开”和“关”表示输入A的“1”和“0”;

◆ 开关B(SW B)的“开”和“关”表示输入B的“1”和“ 0”;

◆ LED Y的亮起和熄灭,用输出Y的“1”和“0”表示。

(AND电路的运作方式)

该AND电路的工作方式如下:

◆ 开关A和开关B都为“开”时,LED Y点亮;

◆ 开关A或B只有一个为“开”,另一个为“关”时,LED Y熄灭;

◆ 开关A和开关B都为“关”时,LED Y熄灭。

基本逻辑电路也称作“门电路”,可以通过单个输入来固定输出(关闭门),或反映输出(打开门)。AND电路的门电路的工作情况,可以用上面的电路图进行说明——A或B的开关之一固定为“关”,LED保持熄灭,也就是说,输出固定为“关”(关闭门);相反,A或B的开关之一固定为“开”,未固定的另一个输入能够直接反映输出(打开门)。

2、OR电路

OR电路也被称为“逻辑或”,只要有任何一个输入为1,或者都为1的情况下,均会输出1。

逻辑表达式用“+”表示,例如Y=A+B。

(电路符号)

(真值表)

如果用开关和LED来表现OR电路的工作方式的话,就是如下图所示的并联电路。由于是并联电路,因此开关A(SW A)或开关B(SW B)中任意一个为“开”,或两者均为“开”时,LED Y就会点亮。

(OR电路的运作方式)

OR电路的门功能与AND电路的工作方式正好相反——A和B的开关之一固定为“开”时,LED保持点亮,也就是说,输出固定为“开”(关闭门);相反,A和B的开关之一固定为 “关”,未固定的另一个输入能够直接反映输出(打开门)。

3、NOT电路

NOT电路也被称作“变频”或者“反向电路”,具有将输入反向输出的功能,是一种“输入为1时输出为0、输入为0时输出为1”的电路,逻辑表达式用“¯”表示。

(电路符号)

(真值表)

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hobbye501 2020-3-20 08:40 回复TA
都是电路基础啊 还好没有落下 

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沙发
shaler| | 2020-3-20 09:32 | 只看该作者
不错

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