交通信号灯故障检查电路制作与调试Word文档格式.docx

1、逻辑代数是分析和研究数字逻辑电路的基本工具。它是由英国数学家乔治布尔于19世纪中叶首先提出并用于描述客观事物逻辑关系的数学方法。逻辑代数与普通代数相似之处在于它们都是用字母表示变量，用代数式描述客观事物间的关系。但不同的是，逻辑代数是描述客观事物间的逻辑关系，逻辑函数表达式中的逻辑变量的取值和逻辑函数值都只有两个取值，即0和1。这两个值不具有数量大小的意义，仅表示客观事物的两种相反的状态，如开关的闭合与断开；电位的高与低；真与假；好与坏；对与错等。一个变量有2种取值组合，即0和1；二变量有4种组合，即00、01、10、11；三个变量有8种取值组合；n个变量有个取值组合。所以我们可以用一种表格来

2、描述逻辑函数的真假关系，我们就称这种表格为真值表。如表1-1-1所示为2输入与非门的真值表。表1-1-12输入与非门的真值表。输入输出ABY1想一想1我们知道一个逻辑变量，有2种取值组合，5个逻辑变量应有种取值组合。2如有n个逻辑变量，则应有种取值组合。在实际中我们遇到的逻辑问题是多种多样的，但无论问题是复杂还是简单，它们都可以用“与”、“或”、“非”三种基本的逻辑运算把它们概括出来，下面我们分别讲解。与逻辑当决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生，这种因果关系称为与逻辑关系，如表1-1-2可看出逻辑变量A、B的取值和函数Y的值之间的关系满足逻辑乘的运算规律，因此，可用下式表示：Y=A

3、B或Y=A式中的“”表示逻辑乘，在不需要特别强调的地方常将“”号省掉，写成Y=AB。逻辑乘又称与运算，实现与运算的电路称为与门，其逻辑符号如图1-1-2所示。对于多变量的逻辑乘可写成：Y=ABC表1-1-2与逻辑真值表图1-1-2与门逻辑符号认识2输入四与门CT74LS08。（1） 观看2输入四与门CT74LS08外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。（2） 根据图1-1-3所示的CT74LS08外引线排列图，正确区分四个与门的输入、输出端。图1-1-3CT74LS08外引线排列图做一做选用2输入四与门74LS08，其外引线排列如图1-1-3所示，电源电压为+5V。实验时使用其中一个与

4、门，测试TTL与门的逻辑功能。与门的输入端A、B分别接到两个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表进行测量。实现步骤：（1） 按图1-1-4连接元器件。图1-1-4与门逻辑功能测试接线图（2） 开关K1、K2的电平位置分别按表1-1-3所列要求设置，并将每次输出端的测试结果记录在表1-1-3中。表1-1-32输入端与门逻辑关系K1K2输出代入Y=A是否符合与逻辑关系电平（V）逻辑0或逻辑1分析表1-1-3的输入、输出之间的逻辑关系，与门的逻辑功能可以概括为：。或逻辑当决定某一事件的几个条件中，只要有一个或者几个条件具备，该事件就会发生，这种因果关系称为或逻辑关系。从表1-1-4可看出逻辑变量A、

5、B的取值和函数Y的值之间的关系满足逻辑加的运算规律，因此，可用下式表示：Y=A+B式中的“+”表示逻辑加，又称或运算，实现或运算的电路称为或门，其逻辑符号如图1-1-5所示。对于多变量的逻辑加可写成：Y=A+B+C表1-1-4或逻辑真值表图1-1-5或门逻辑符号认识2输入四或门CT74LS32。（1） 观看2输入四或门CT74LS32外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。（2） 根据图1-1-6所示的CT74LS32外引线排列图，正确区分四个或门的输入、输出端。图1-1-6CT74LS32外引线排图选用2输入四或门74LS32，其外引线排列如图1-1-6所示，电源电压为+5V。实验时使

6、用其中一个或门，测试TTL或门的逻辑功能。或门的输入端A、B分别接到两个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表测量。实验步骤：（1） 按图1-1-7连接元器件。图1-1-7或门逻辑功能测试接线图（2） 开关K1、K2的电平位置分别按表1-1-5所列要求设置，并将每次输出端的测试结果记录在表1-1-5中。表1-1-52输入端或门逻辑关系测试记录代入Y=A+B是否符合或逻辑关系分析表1-1-5的输入、输出之间的逻辑关系，或门的逻辑功能可以概括为：非逻辑非就是反，就是否定。这种互相否定的因果关系称为非逻辑关系。如表1-1-6逻辑非真值表，逻辑非用下式表示：在变量的上方的“”号表示非，是A的反变量，读作

7、“A非”，实现非运算的电路称为非门，其逻辑符号如图1-1-8所示。表1-1-6非逻辑真值表输入输出图1-1-8非门逻辑符号图认识TTL六反相器CT74LS04（1） 观看六非门CT74LS04外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。（2） 根据图1-1-9所示的CT74LS04外引线排列图，正确区分六个非门的输入、输出端。图1-1-9CT74LS04外引线排列图选用六非门74LS04，其外引线排列如图1-1-9所示，电源电压为+5V。实验时使用其中一个非门，测试TTL非门的逻辑功能。非门的输入端A分别接到一个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表进行测量。（1） 按图1-1-10连接元器件

8、。图1-1-10非门逻辑功能测试接线图（2） 开关K的电平位置分别按表1-1-7所列要求设置，并将每次测试的输出端结果记录在表1-1-7中。表1-1-7非门逻辑关系代入是否符合非逻辑关系分析表1-1-7的输入、输出之间的逻辑关系，非门的逻辑功能可以概括为：通过上一节的学习我们已经知道逻辑代数中有三种基本的逻辑运算，事实上我们总是希望用较少的器件来实现较多的逻辑功能，这时我们就必须用到复合逻辑。（1） 经常用到的复合逻辑有三种：它们是“与非”、“或非”、“与或非”。表1-1-8列出了它们的逻辑表达式、逻辑符号和逻辑功能。表1-1-8与非、或非、与或非三种复合逻辑逻辑名称逻辑表达式逻辑符号逻辑门特

9、性“与非”逻辑“有0出1，全1出0”“或非”“有1出0，全0出1”“与或非”任一组输入全为1时输出为0，每一组输入至少有一个为0时输出为1。（2） “异或”逻辑和“同或”逻辑有时我们还会用到“异或”逻辑和“同或”逻辑，它们都是两变量的逻辑函数。“异或”逻辑指输入二变量相异时输出为“1”，相同时输出为“0”。（简述“不同为1，相同为0”）“异或”的逻辑表达式为：，异或门的逻辑符号如图1-1-11所示。图1-1-11异或门的逻辑符号图1-1-12同或门的逻辑符号“同或”逻辑指输入二变量相同时输出为“1”，相异时输出为“0”。（简述“不同为0，相同为1”）“同或”的逻辑表达式为： AB，同或门的逻辑

10、符号如图1-1-12所示。1认识2输入四与非门CT74LS00。（1） 观看2输入四与非门CT74LS00外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。（2） 根据图1-1-13所示的CT74LS00外引线排列图，正确区分三个与非门的输入、输出端。图1-1-13CT74LS00外引线排列图2认识3输入三与非门CT74LS10。（1） 观看3输入三与非门CT74LS10外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。（2） 根据图1-1-14所示的CT74LS10外引线排列图，正确区分三个与非门的输入、输出端。图1-1-14CT74LS10外引线排列图3认识4输入二与非门74LS20。（1） 观看二4

11、输入TTL与非门74LS20外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。（2） 根据图1-1-15所示的74LS20外引线排列图，正确区分二个与非门的输入、输出端。图1-1-1574LS20外引线排列图TTL与非门逻辑功能测试：选用3输入三与非门CT74LS10，其外引线排列如图1-1-14所示，电源电压为5V，测试TTL与非门的逻辑功能。接线如图1-1-16所示。与非门的输入端A、B、C分别接到三个逻辑开关上，输出端Y的电平接万用表测量。根据真值表给定输入A、B、C的逻辑电平观察万用电表显示的结果，并将输出Y的结果填入上表1-1-9中。实验步骤（1） 按图1-1-15连接元器件图1-1-16

12、CT74LS10逻辑功能测试图（2） 开关K1、K2、K3的电平位置分别按表1-1-9所列要求设置，并将每次测试的输出端结果记录在表1-1-9中。表1-1-93输入与非门真值表K3是否符合与非逻辑关系分析表1-1-9的输入、输出之间的逻辑关系，总结出与非门的逻辑功能是为：。TTL与非门主要参数的测试：（1） 按图1-1-17所示电路，正确连接。TTL与非门的输出高电平VOH。图1-1-17VOH的测试接线图图1-1-18VOL的测试接线图（2） 按图1-1-18所示电路，正确连接。测试TTL与非门的输出低电平VOL。1保证输出标准低电平（0.4V）时，允许的最小输入高电平值称为开门电平VON（

13、大于1.4V）2保证输出标准高电平（2.4V）时，允许的最大输入低电平值称为关门电平VOFF（小于1.2V）3电压传输特性曲线是指反映输出电压uO与输入电压ui关系的曲线。TTL与非门电压传输特性的测试：图1-1-19TTL与非门的电压传输特性测试电路（1） 测试电路如图1-1-19所示。根据不同的输入电压，用万用表测出对应的输出电压值，记录测试数据并填入表1-1-10中。表1-1-10TTL与非门电压传输特性测试记录表ui（V）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4uO（V）（2） 根据表1-1-10的测试数据，利用数学中学习的描点作图方法，在图1-1-20

14、所示的直角坐标系中绘制出TTL与非门的电压传输特性曲线。图1-1-20TTL与非门电压传输特性曲线1在保证输出高电平电压不低于额定值90%的条件下所容许叠加在输入低电平电压UIL上的最大噪声（或干扰）电压，称为低电平噪声容限电压，用UNL表示。UNL=UOFFUIL2在保证输出低电平电压的条件下所容许叠加在输入高电平电压UIH上（极性和输入信号相反）的最大噪声电压，称为高电平噪声容限电压，用UNH表示。UNH=UIH UONP1-M1.2CMOS电路逻辑功能测试CMOS门电路具有功耗低、抗干扰能力强、电源电压范围宽、逻辑摆幅大等优点，因而在大规模集成电路中有更广泛的应用，已成为数字集成电路的发

15、展方向。1认识CMOS 2输入四与非门CC4011的外形及外引线排列图。（1） 观看2输入CMOS四与非门CC4011外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。（2） 根据图1-1-21所示的CC4011外引线排列图，正确区分四个与非门的输入、输出端。图1-1-21CC40111外线排列图2认识CMOS六反相器CC4069CC4069是一种CMOS集成电路，内部含有六个反相器，它们的输入分别用1A6A表示，输出分别用1Y6Y表示，逻辑表达式。外引线排列如图1-1-22所示。图1-1-22CC4069外引线排列图3认识四2输入异或门CC4070 CC4070也是一种CMOS集成电路，内部含有

16、四个2输入端异或门，输入分别用1A、1B4A、4B表示，输出分别用1Y4Y表示。外引线排列如图1-1-23所示。图1-1-23CC4070外引线排列图1根据CC4011的外引线排列图1-1-21，选择电源电压VDD=12V，测试2输入CMOS四与非门的主要参数。接线如图1-1-24所示，测出输出高电平VOH；接线如图1-1-25所示，测出输出低电平VOL 。图1-1-24CMOS与非门输出高电平测试图 图1-1-25CMOS与非门输出低电平测试图2CMOS与非门的电压传输特性的测试。（1） 模仿测试TTL与非门电压传输特性的方法，参考图1-1-19所示的测试电路，取电源电压VDD=12V，在输

17、入端加上不同的输入电压，用万用表测出其对应的输出电压值，记录数据并填入下表1-1-11中。表1-1-11TTL与非门电压传输特性测试数据2345678910uo（V）（2）根据表1-1-11的测试数据，利用数学中描点作图的方法，在图1-1-26所示的直角坐标系中绘制出CMOS与非门的电压传输特性曲线。图1-1-26CMOS与非门的电压传输特性曲线从绘制的电压传输特性曲线图1-1-26上可以看出，当电源电压VDD=12V时，CMOS与非门输出高电平VOH约为，输出低电平VOL约为。拓展性知识TTL和CMOS与非门在使用时有很多不同之处，必须严格遵守。1TTL与非门对电源电压的稳定性要求较严，只允

18、许在5V上有10的波动。电源电压超过5.5V易使器件损坏；低于4.5V又易导致器件的的逻辑功能不正常。2TTL与非门不用的输入端允许直接悬空（但最好接高电平），不能接低电平。3TTL与非门的输出端不允许直接接电源电压或接地，也不能并联使用。4CMOS与非门的电源电压允许在较大范围内变化，例如318V电压均可，一般取中间值为宜。5CMOS与非门不用的输入端不能悬空，应按逻辑功能的要求接VDD或VSS。6组装、调试CMOS电路时，电烙铁、仪表、工作台均应良好接地，同时要防止操作人员的静电干扰损坏。7CMOS电路的输入端都设有二极管保护电路，导电时其电流容限一般为1，在可能出现较大的瞬态输入电流时，

19、应串接限流电阻。若电源电压为10V，则限流电阻取10k即可。电源电压切记不能把极性接反，否则保护二极管很快就会因过流而损坏。8CMOS电路的输出端既不能直接与电源VDD相接，也不能直接与接地点VSS相接，否则输出级的MOS管会因过流而损坏。1试述TTL与非门电压传输特性的特点和主要参数。比较TTL电路和CMOS电路的特点。2查阅数字集成电路手册，或上网查询数字集成电路资料检测TTL门电路74LS05、74LS02、74LS12的逻辑功能。3查阅数字集成电路手册，或上网查询数字集成电路资料检测CMOS电路CC4012、CC4081、CC4069、CC4002的逻辑功能。P1-M2用门电路制作简单

20、逻辑电路会叙述集成与非门的逻辑功能。会用74LS00实现其它逻辑函数式。会用74LS20实现其它逻辑函数式。1用集成与非门74LS00实现逻辑函数式：Y=AB+CD 2用集成与非门74LS20实现四输入与逻辑函数式Y=ABCDP1-M2.1逻辑代数的基本定律和规则逻辑代数的基本公式是一些不需证明的、直观可以看出的恒等式。它们是逻辑代数的基础，利用这些基本公式可以化简逻辑函数，还可以用来推证一些逻辑代数的基本定律。1逻辑代数的基本公式逻辑常量只有0和1。对于常量间的与、或、非三种基本运算公式列于表1-2-1。表1-2-1与、或、非三种基本逻辑运算与运算或运算非运算00=00+0=0=0=11=0

21、0+1=111+0=11=11+1=1设A为逻辑变量，则逻辑变量与常量间的运算公式列于表1-2-2中。表1-2-2逻辑变量与常量间的逻辑运算AA+0=A1=AA+1=1A=AA+A=A2逻辑代数的基本定律（1）交换律AB=BAA+B=B+A（2）结合律ABC=（AB）C=A（BC）A+B+C=A+（B+C）=（A+B）+C（3）分配律A（B+C）=AB+ACA+BC=（A+B）（A+C）（4）吸收律A（A+B）=AA+AB=A（5）反演律1用真值表证明下列逻辑等式（1） （2） 2用公式证明下列逻辑等式（1）A（A+B）=AP1-M2.2逻辑函数的化简逻辑函数化简的意义：进行逻辑设计时，根据逻

22、辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑表达式，并且可以有不同的形式。因此，实现这些逻辑函数就会有不同的逻辑电路。对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的函数式和所需要的形式，从而设计出最简洁的逻辑电路。这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场上的竞争力是非常重要的。运用逻辑代数的基本定律和公式对逻辑函数式化简的方法，称为代数化简法。基本的化简方法有以下几种。1并项法利用的关系，将两项合并为一项，并消去一个变量。如：2吸收法利用A+AB=A的关系，消去多余的因子。AB+AB（E+F）=AB3消去法运用消去多余因子。4配项法在不能直接运用公式、定律化简时，可通过乘或加入零项进行配项再化简。1证明下列各逻辑函数等式：（1） （2） （3） 2化简下列各逻辑函数式：（1） Y=AB（BC+A）1常见的逻辑函数式有几种形式？2变换逻辑函数式有什么实际意义？逻辑代数的两个重要规则：1代入规则对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替