- 数字电路及其应用复习资料
- 发布日期时间：2007-1-14 来源：网络 点击数： 作者：佚名
电路切入，同时介绍它们的使用方法，以便能快速掌握它们的应用。
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（三）
1999年电子报第18期
2.CMOS门电路的应用门电路是一种基本逻辑部件，用它们可以构成组合逻辑和时序逻辑电路。
CMOS门电路产品种类很多，均可从相应的手册上查到，但归纳起来有八类：反相器、与非门、或非门、与门、或门、缓冲/电平变换器、组合逻辑和具有三态输出的逻辑门等。熟悉门电路的特性和应用，可为学习各种数字设备（包括PC机硬件）的工作原理打下良好的基础。
（1）环形振荡器。CD4069是六反相器集成电路（IC），采用双列式塑封装（14引脚），如图6所示。该IC内含六个独立的反相器。每个反相器均可执行逻辑的反相操作。用它还可构成振荡器、脉冲整形和小信号的电压放大等。图7是用奇数级（3）的反相器串联，并首尾相接构成的环形振荡器电路，它的输出波形如图8所示。振荡器的工作是基于电平通过每个反相器时，需要一定的传输时间τ，即每个反相器均存在电平传输的延迟而形成的方波输出。例如，当图7电路加电时，其输出端设定为“0”电平（也可设定为“1”电平），按图的环形连接法，A点也为“0”电平。根据反相器求反逻辑，反相器Ⅰ的输出为“1”电平，从Ⅰ的输入到Ⅰ的输出电平的传输延时为τ。同理电平通过反相器Ⅱ和Ⅲ时，共需传输2τ的时间。“0”电平从A的输入到Ⅲ的输出端需传输3τ的时间。按反相器求反的功能，从Ⅰ的A点“0”电平经3τ后，Ⅲ的输出端从原来的“0”电平转为“1”电平。该“1”
电平又到A点，再经3τ又到Ⅲ的输出端使输出又从“1”电平转到“0”电平。结果，在Ⅲ的输出端形成图8的方波。从方波的形成过程可知，该方波的周期T=6τ。
由于τ的时间很短，所以方波的频率很高，只有用示波器才能把波形显示出来。由于该电路简单，所以工厂中批量用它时，常用图7的电路并配上示波器以检查CD4069产品的好坏，并从波形的周期上估算它们的传输特性。
图9是图7方波发生器的改进电路，特点是输出的方波频率是可调的。图9电路中，增加了附加的RC电路，使电平从反相器Ⅱ的输入端到Ⅱ的输出端，因RC的充放电时间常数远大于反相器的传输时间，电平通过反相器Ⅱ时，延时大大增加，加之R是可调电阻，结果在Ⅲ的输出端形成的方波，其频率是可调的。输出的方波周期可根据公式T=2RC估算，按图的RC值，方波的频率下限约1Hz.图9的电路，因电路简单，一装即成，对频率稳定度要求不高的场合是很适用的。若再配上图10的LED驱动电路，并把R值取大些，可观察到LED的发光闪动。利用该组合电路，无需配接示波器，就可批量、快速检查CD4069产品的好坏。如果将驱动级管子BG换成9018，其集电极上插入电声器件（LED、R2去掉），调整R值，使组合电路工作在音频段，就可作讯响器。过去一些电码练习器就是用了这种电路作讯响器的。
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（四）
1999年电子报第19期
（2）与非和或非门的调制型振荡器。CD4011（MC14011B）和CD4001（MC14001B）分别是一种4－2输入端与非门和或非门IC，如图11和图12所示。它们都可以构成调制振荡器且电路形式完全相同，也极其简单，用途很广。
把CD4011或CD4001的各输入端并联在一起就成了非门，再按图13外接RC元件就组成改进型的多谐振荡器。振荡器的周期T2.2RC，RS是稳频电阻，设计时取RSR，一般取RS>3R.当RS=10R时，其振荡器的频率稳定性为5％。
利用与非门和或非门的一个输入端受控，就可组成脉冲键控多谐振荡器，如图14所示。根据门电路的逻辑关系，对图中的与非门，当控制端A点为高电平时，电路振荡，当A点为低电平时，电路停振。对或非门正好相反。
因此，若输入端A点加上控制脉冲，就组成了脉冲键控振荡器，输出端的波形如图15所示。这里在A点上的控制脉冲频率必须低于多谐振荡器的频率。
如果将CD4011 4－2输入与非门，用其中的两个门组成低频多谐振荡器，另两个门组成38kHz高频振荡器，再将它们按键控方式连接就组成38kHz的调制振荡器，如图16所示。该振荡器中IC－1、IC－2组成低频振荡器，IC－3和IC－4组成38kHz的高频振荡器，输出端C点信号即为38kHz的调制波。该调制波电路再与图17的红外管发射电路组合就构成常用的单通道红外遥控器（发射）电路。若再配上红外接收解调器电路把低频脉冲解调出来，就可用作各种家电产品的遥控信号。
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（五）
1999年电子报第20期
三、组合电路和时序电路的应用以上介绍的各种门电路均可组成组合电路。组合电路的特点是电路的输出信号仅与该时刻的输入信号有关而与电路原来所处的状态无关，通常称他们为组合逻辑电路，简称组合电路。常见的组合电路有编码器、译码器、数字分配器和数字选择器等。时序电路是指电路的输出状态与电路输入信号时间顺序有关，所以称为时序电路，如各类数码寄存器、各种计数器和顺序脉冲发生器等。上述的两类电路均有相应的器件，用户只需学会他们的使用方法。
鉴于这两类电路的器件品种繁多，涉及的专业术语一时难于理解，要想系统地介绍他们实为困难，所以笔者以应用实例出发介绍以上两类电路的特点和使用方法，初学者可以按照所介绍的内容再找有关书籍学习，即可深入学习数字电路了。
1.BCD码和数码显示电路数码显示在电子领域中处处需要、且制作十分容易，一装即成。图18是数码显示电路的原理框图。初学者通过制作数码显示电路还可学到数字电路很多的基本知识。
（1）编码器编码和译码是数字电路（包括工业控制、单片机和PC机）常用的一种手段。通过编译码器可以解决家电、工业和工程上的许多问题，也是初学者必须掌握的数字电路知识。
所谓“编码”是指用若干数字或文字符号按照预先的约定（又称规定或定义）表示特定对象的过程。例如电信局给某用户编制了一个电话号码3245110，实际上就是把这个用户用代码3245110表示出来，这就是编码。
日常生活中的一个数按一定的计数方式（制）写出来也叫编码，如写成十进制，就是按十进制编码；如果写成二进制，就是按二进制编码。一旦编码的规则定义后，由此派生的问题都应遵循编码的规定。例如十进制编码规定，十进制的一位数是按十个符号0、1、2……9来表示十种不同的代码，若超过9的数，则用多位数表示，且低位和高位关系是“逢十进一”。在二进制中，每个数位（即二进制的1位）只能取两种不同的数码即“0”和“1”，其特点是：“逢二进一”，即当本位是1，又
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（三）
1999年电子报第18期
2.CMOS门电路的应用门电路是一种基本逻辑部件，用它们可以构成组合逻辑和时序逻辑电路。
CMOS门电路产品种类很多，均可从相应的手册上查到，但归纳起来有八类：反相器、与非门、或非门、与门、或门、缓冲/电平变换器、组合逻辑和具有三态输出的逻辑门等。熟悉门电路的特性和应用，可为学习各种数字设备（包括PC机硬件）的工作原理打下良好的基础。
（1）环形振荡器。CD4069是六反相器集成电路（IC），采用双列式塑封装（14引脚），如图6所示。该IC内含六个独立的反相器。每个反相器均可执行逻辑的反相操作。用它还可构成振荡器、脉冲整形和小信号的电压放大等。图7是用奇数级（3）的反相器串联，并首尾相接构成的环形振荡器电路，它的输出波形如图8所示。振荡器的工作是基于电平通过每个反相器时，需要一定的传输时间τ，即每个反相器均存在电平传输的延迟而形成的方波输出。例如，当图7电路加电时，其输出端设定为“0”电平（也可设定为“1”电平），按图的环形连接法，A点也为“0”电平。根据反相器求反逻辑，反相器Ⅰ的输出为“1”电平，从Ⅰ的输入到Ⅰ的输出电平的传输延时为τ。同理电平通过反相器Ⅱ和Ⅲ时，共需传输2τ的时间。“0”电平从A的输入到Ⅲ的输出端需传输3τ的时间。按反相器求反的功能，从Ⅰ的A点“0”电平经3τ后，Ⅲ的输出端从原来的“0”电平转为“1”电平。该“1”
电平又到A点，再经3τ又到Ⅲ的输出端使输出又从“1”电平转到“0”电平。结果，在Ⅲ的输出端形成图8的方波。从方波的形成过程可知，该方波的周期T=6τ。
由于τ的时间很短，所以方波的频率很高，只有用示波器才能把波形显示出来。由于该电路简单，所以工厂中批量用它时，常用图7的电路并配上示波器以检查CD4069产品的好坏，并从波形的周期上估算它们的传输特性。
图9是图7方波发生器的改进电路，特点是输出的方波频率是可调的。图9电路中，增加了附加的RC电路，使电平从反相器Ⅱ的输入端到Ⅱ的输出端，因RC的充放电时间常数远大于反相器的传输时间，电平通过反相器Ⅱ时，延时大大增加，加之R是可调电阻，结果在Ⅲ的输出端形成的方波，其频率是可调的。输出的方波周期可根据公式T=2RC估算，按图的RC值，方波的频率下限约1Hz.图9的电路，因电路简单，一装即成，对频率稳定度要求不高的场合是很适用的。若再配上图10的LED驱动电路，并把R值取大些，可观察到LED的发光闪动。利用该组合电路，无需配接示波器，就可批量、快速检查CD4069产品的好坏。如果将驱动级管子BG换成9018，其集电极上插入电声器件（LED、R2去掉），调整R值，使组合电路工作在音频段，就可作讯响器。过去一些电码练习器就是用了这种电路作讯响器的。
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（四）
1999年电子报第19期
（2）与非和或非门的调制型振荡器。CD4011（MC14011B）和CD4001（MC14001B）分别是一种4－2输入端与非门和或非门IC，如图11和图12所示。它们都可以构成调制振荡器且电路形式完全相同，也极其简单，用途很广。
把CD4011或CD4001的各输入端并联在一起就成了非门，再按图13外接RC元件就组成改进型的多谐振荡器。振荡器的周期T2.2RC，RS是稳频电阻，设计时取RSR，一般取RS>3R.当RS=10R时，其振荡器的频率稳定性为5％。
利用与非门和或非门的一个输入端受控，就可组成脉冲键控多谐振荡器，如图14所示。根据门电路的逻辑关系，对图中的与非门，当控制端A点为高电平时，电路振荡，当A点为低电平时，电路停振。对或非门正好相反。
因此，若输入端A点加上控制脉冲，就组成了脉冲键控振荡器，输出端的波形如图15所示。这里在A点上的控制脉冲频率必须低于多谐振荡器的频率。
如果将CD4011 4－2输入与非门，用其中的两个门组成低频多谐振荡器，另两个门组成38kHz高频振荡器，再将它们按键控方式连接就组成38kHz的调制振荡器，如图16所示。该振荡器中IC－1、IC－2组成低频振荡器，IC－3和IC－4组成38kHz的高频振荡器，输出端C点信号即为38kHz的调制波。该调制波电路再与图17的红外管发射电路组合就构成常用的单通道红外遥控器（发射）电路。若再配上红外接收解调器电路把低频脉冲解调出来，就可用作各种家电产品的遥控信号。
湖北王绍华成都遥约
数字电路及其应用（五）
1999年电子报第20期
三、组合电路和时序电路的应用以上介绍的各种门电路均可组成组合电路。组合电路的特点是电路的输出信号仅与该时刻的输入信号有关而与电路原来所处的状态无关，通常称他们为组合逻辑电路，简称组合电路。常见的组合电路有编码器、译码器、数字分配器和数字选择器等。时序电路是指电路的输出状态与电路输入信号时间顺序有关，所以称为时序电路，如各类数码寄存器、各种计数器和顺序脉冲发生器等。上述的两类电路均有相应的器件，用户只需学会他们的使用方法。
鉴于这两类电路的器件品种繁多，涉及的专业术语一时难于理解，要想系统地介绍他们实为困难，所以笔者以应用实例出发介绍以上两类电路的特点和使用方法，初学者可以按照所介绍的内容再找有关书籍学习，即可深入学习数字电路了。
1.BCD码和数码显示电路数码显示在电子领域中处处需要、且制作十分容易，一装即成。图18是数码显示电路的原理框图。初学者通过制作数码显示电路还可学到数字电路很多的基本知识。
（1）编码器编码和译码是数字电路（包括工业控制、单片机和PC机）常用的一种手段。通过编译码器可以解决家电、工业和工程上的许多问题，也是初学者必须掌握的数字电路知识。
所谓“编码”是指用若干数字或文字符号按照预先的约定（又称规定或定义）表示特定对象的过程。例如电信局给某用户编制了一个电话号码3245110，实际上就是把这个用户用代码3245110表示出来，这就是编码。
日常生活中的一个数按一定的计数方式（制）写出来也叫编码，如写成十进制，就是按十进制编码；如果写成二进制，就是按二进制编码。一旦编码的规则定义后，由此派生的问题都应遵循编码的规定。例如十进制编码规定，十进制的一位数是按十个符号0、1、2……9来表示十种不同的代码，若超过9的数，则用多位数表示，且低位和高位关系是“逢十进一”。在二进制中，每个数位（即二进制的1位）只能取两种不同的数码即“0”和“1”，其特点是：“逢二进一”，即当本位是1，又
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