本文主要介紹數(shù)字邏輯電路的分析方法、重點(diǎn)、難點(diǎn)和綜合應(yīng)用舉例。讀者可從這些實(shí)際應(yīng)用舉例中,加深對(duì)理論的理解和認(rèn)識(shí)。
1.數(shù)字邏輯電路的看圖方法
實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的電路,稱為邏輯電路,又稱為開(kāi)關(guān)電路、數(shù)字電路。這種電路中的晶體管一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。數(shù)字電路可以由分立元件構(gòu)成(如反相器、自激多諧振蕩器等),但現(xiàn)在絕大多數(shù)是由集成電路構(gòu)成(如與門電路、或門電路等)。要看懂?dāng)?shù)字電路圖,首先應(yīng)掌握一些數(shù)字電路的基本知識(shí);二是為了了解二進(jìn)制邏輯單元的各種邏輯符號(hào)及輸出、輸入關(guān)系;三是還應(yīng)掌握一些邏輯代數(shù)的知識(shí)。具備了這些基本知識(shí),也就是為看懂?dāng)?shù)字電路圖奠定了良好基礎(chǔ)。
(1)“是是非非看邏輯”
通過(guò)閱讀電路說(shuō)明書來(lái)了解邏輯電路的結(jié)構(gòu)組成、功能、用途,也可通過(guò)閱讀真值表,了解輸出與輸入間的“是”或“非”的邏輯關(guān)系,掌握各單元模塊的邏輯功能。
(2)元器件功能看引腳
數(shù)字電路中往往使用具有各種邏輯功能的集成電路,這樣會(huì)使整個(gè)電路更簡(jiǎn)單、可靠,但也為識(shí)圖帶來(lái)一定困難。因?yàn)榭床坏郊蓧K內(nèi)部元器件及電路組成情況,只能看到外部的許多引腳,這些引腳各有各的作用,可與外部其他元器件或電路連接,以實(shí)現(xiàn)一定的功能。實(shí)際上很多時(shí)候我們并不需要知道集成塊內(nèi)部電路組成情況,只需了解外部各引腳的功能即可。集成電路各引腳的功能用文字加以注明,如電路中沒(méi)給出文字說(shuō)明或參數(shù),則應(yīng)查閱有關(guān)手冊(cè),了解集成塊的邏輯功能和各引腳的作用。對(duì)一些常用的集成電路,如常用的LM324運(yùn)算放大器、74LS00四二輸入與非門、555時(shí)基電路等,讀者應(yīng)記住各引腳的功能,這對(duì)快速、準(zhǔn)確識(shí)圖有所幫助。圖1和圖2分別為74LS00、CH7555的引腳圖。
圖1 74LS00引腳圖
圖2 CH7555引腳圖
(3)功能分解看模塊
對(duì)數(shù)字電路可按信號(hào)流向把系統(tǒng)分成若干個(gè)功能模塊,每個(gè)模塊完成相對(duì)獨(dú)立的功能,對(duì)模塊進(jìn)行互操作狀態(tài)分析,必要時(shí)可列出各模塊的輸入、輸出邏輯真值表。
(4)綜合起來(lái)看整體
將各模塊連接起來(lái),分析電路從輸入到輸出的完整工作過(guò)程,必要時(shí)可畫出有關(guān)工作波形圖,以幫助對(duì)電路邏輯功能的分析、理解。
2.邏輯圖
采用邏輯符號(hào)表達(dá)電路各部分之間的邏輯關(guān)系的工作原理圖稱為邏輯圖。它廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路中,用以表示各種具有邏輯功能的單元電路。由于大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,在繪制數(shù)字電路圖時(shí),不必考慮元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成情況,而代之以邏輯圖。
(1)邏輯圖的繪制方法
同原理圖一樣,繪制邏輯圖要求層次清楚、布局合理、線條均勻,有利于閱讀,如圖3所示。
圖3 二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器
二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器是用二進(jìn)制計(jì)數(shù)單元構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖中由4個(gè)J-K觸發(fā)器構(gòu)成8421編碼二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器F4的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自Q1,它的兩J輸入端分別接到
Q2和Q3。在F4觸發(fā)器置“0”后,欲翻轉(zhuǎn)為“1”狀態(tài),必須在第8個(gè)脈沖后沿到來(lái)后,即F4輸出Q4后才能由“0”變?yōu)椤?”。第9個(gè)脈沖輸入后,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)從1000變?yōu)?001。第10個(gè)脈沖輸入后計(jì)數(shù)器狀態(tài)變成0000。
繪制時(shí)應(yīng)注意:
1)符號(hào)統(tǒng)一 同一元器件在同一電路,同一張邏輯圖中不能出現(xiàn)兩種符號(hào)。必須采用復(fù)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào),大規(guī)模集成電路的引腳名稱保留外文字母標(biāo)注方法。
2)信號(hào)流向 一般信號(hào)流向由左向右,自下而上(這點(diǎn)與其他原理圖不同),即輸入在左(下),輸出在右(上)。
3)分組連線 為了有利于電路原理分析和應(yīng)用,應(yīng)將功能相同的或有關(guān)聯(lián)的線排在一組,保持間距。如單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線、地址總線等。
4)引腳標(biāo)注 大規(guī)模集成塊、引腳之間距離太小,引腳名稱和引腳標(biāo)號(hào)不能同時(shí)標(biāo)注,可以擇其一種標(biāo)注,而另一張圖標(biāo)引腳排列及功能;對(duì)于多只相同的集成元件,可標(biāo)注其中一個(gè)即可。
(2)邏輯圖的花間
簡(jiǎn)化邏輯圖的規(guī)則,同樣適合邏輯圖。關(guān)于連線較多,可采取單線表示法、同組省略法和斷線表示法。