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1、第九章D简单逻辑电路信息技术的迅猛发展是现代社会的一个重要特征，我们经常会听到“数字化”“信息化”这样的名词。1946年2月，世界上第一台电子计算机“ENIAC”在美国研制成功(图9-23),揭开了电子计算机发展的序幕，第一代电子计算机主要使用电子管作为逻辑元件；1954年，第一台使用晶体管线路的计算机“TRADIC”在美国贝尔实验室研制成功；1958年，世界上诞生了第一个集成电路如今，人们已能制造出功能强大，但体积微小的超大规模集成电路，并广泛应用在各个领域。图9-24所示是植入蜜蜂体内的集成电路芯片。图 9-23图 9-24现在信息技术已经成为我们生活和工作中不可或缺的一个重要部分,而现代
2、信息技术一系列令人目不暇接的发展变化都离不开逻辑电路。大家谈什么是数字化？家庭中有哪些数字化家用电器？电信号分为两类：一类是电压随时间连续变化的模拟信号，例如音频信号图9-25(a)J;另一类是不连续变化的信号,它只有高电压和低电压两种状态,通常我们规定高电压为“1”，低电压为“0”，这样就形成了由“1”或“0”组成的数字信号图9-25(b)o处理数字信号的电路称为数字电路。数字电路主要实现输入和输出信号之间的逻辑关系,所以又称为数字逻辑电路。(b)数字信号图9-25我们不妨规定某个电路的“通”为“1”状态，“断”为“0”状态，那么该电路的“通”和“断”这两种状态就数字化了，这“1”和“0”就
3、构成了二进制数的基数，数字电路也因此得名。数字电路的基本单元是逻辑电路，逻辑电路中最基本的电路叫做“门”电路，它们在工作时输入端和输出端的电压只有两种情况：一种为高电压(比如5V),另一种为低电压(比如0V）。电路工作好像处在一种“是”和“非”的判断之中，因此叫做逻辑电路。任何复杂的逻辑电路都由门电路组合而成，最基本的门电路是与门、或门和非门。“门”可看作是一种开关，当条件满足时，允许信号通过；如果条件不满足，则不允许信号通过。图 9-26以及开关、小灯等模块组成,图9-26所示是逻辑电路实验器，由与门、或门、非门,通过各模块不同的组合，可以构造成各种形式的逻辑电路。什么是与门？某仓库在门上安
4、装了一把自动锁和一把挂锁，只有把自动锁和挂锁都打开时，人才能进出。这里的“两把锁”和“人可以进出”之间体现了“与”逻辑关系。在图9-27所示电路中，我们利用开关作为控制条件,灯作为控制结果，也可以模拟“与”逻辑关系。在图中，两个开关SI和S2可以控制灯L的亮和灭。只有当开关Sl和开关S2都闭合时，灯L才会亮；而在Sl和S2都断开、Sl断开S2闭合、S闭合S2断开三种情况下，灯L都处于灭的状态（表4）。表4如果规定开关闭合为“1”，断开为“0”，灯L亮为“1”，灯L灭为“0”（以后都采用这种定义），那么表4中开关和灯所处的状态就数字化了（表5）。表5中Sl和S2是控制条件，而L是控制的结果。我们
5、把这种罗列各种控制条件和控制结果的表格，叫做真值表。与门就是用来实现表5所示逻辑关系的电路。它有两个输入端分别为A和B,有一个输出端Z,它的电路符号如图9-28所示。表6是反映与门的输入与输出之间的逻辑关系的真值表。&图 9-28i开关Sl开关Sz表51 .与门(ANDgate)输入A与输入B均是高电压时，输出Z才是高电压的逻辑电路叫做与门。表6与门的真值表拓展联想与门电路的内部结构和相关集成电路图9-29(a)是一种实用的与门电路，其内部由很多二极管、三极管和电阻构成。在实际应用中，是将若干个如图9-29(a)所示的电路集成在一块硅片上，制成如图9-29(b)所示的集成电路。图9-29图9-
6、30(a)是利用“逻辑电路实验器”，通过组合后形成的与门电路，我们可以通过实验来验证与门输入和输出信号之间的逻辑关系。将两个开关模块分别插入“与门”模块的输入端，将小灯模块插入“与门”模块的输出端，如图9-30(b)所示。接通电源，当两个开关模块的逻辑状态都为“1”时，“与门”模块上对应的绿色指示灯点亮，输出逻辑状态为“1”；任一开关模块逻辑状态为“0”或两者均为“0”时，对应的指示灯熄灭，输出逻辑状态为“0”。什么是或门？宿舍里住着三位同学，每人配了一把钥匙，他们都可以用自己的钥匙进入宿舍。这里的“三把钥匙”和“进入宿舍”之间体现了“或”逻辑关系，生活中这种逻辑关系时常可见。图9-31是用开
7、关和灯组成的电路。很显然，开关Sl和S?中，只要其中一只开关闭合,灯L就会点亮，这就是“或”逻辑关系。图9-32是或门电路的符号。图%322 .或门(ORgate)输入A和输入B任一个或者两个都是高电压时，输出Z就是高电压的逻辑电路称为或门。表7或门的真值表我们可以利用如图9-31所示的电路，观察在开关S和S2控制下灯L的不同状态，并将实验结果填写在表8中，以此来验证或门的输入和输出之间的逻辑关系。表8或门同样可以用“逻辑电路实验器”加以验证。什么是非门？自主活动我们分析图9-33所示的电路，并在表9中标出开关S断开和闭合时，灯L的“亮”“灭”情况。3 .非门(NOTgate)输入A为高电压时
8、输出Z为低电压而输入A为低高电压时输出Z为高电压的逻辑电路叫做非门。表10非门的真值表很明显，当开关S断开时，灯L“亮”，当开关S闭合时，灯L“灭:这种输出状态和输入状态截然相反的关系，我们称为“非”逻辑关系，具有“非”逻辑关系的电路称为非门。非门只有一个输入端A,有一个输出端Z,它的电路符号如图9-34所示，表10是非门的真值表。经过非门后，信号变化如图9-35所示。所以非门又称为反相器。图9-34点击与门、或门、非门在逻辑电路中是最小的结构单位，因此把它们叫做基本门电路。用这三个基本门可以组合成复合门和更加复杂的逻辑电路。【示例】图9-36是应用非门构成的简易火警报警器示意电路。只是可变电
9、阻（用于电路调试，经调试后，保持阻值不变），/?是热敏电阻（当热敏电阻温度较低时，它的电阻值非常大，即R远大于R而当热敏电阻温度较高时，它的阻值就会变得很小，从而远小于电阻H的阻值），L是蜂鸣器，G是非门。请说明工作原理。解答：由图9-36可知，C点接地，B、C间电压为5V。当未发生火警时温度较低，由于R的电阻非常大，A、C间电压非常接近5V,则非门的输出端为低电压，蜂鸣器两端电压接近零，蜂鸣器不报警。当火警发生时，温度升高导致R的阻值变得很小，使得输入端A点的电压接近0V,非门输出端为高电压，这样蜂鸣器两端获得工作电压，从而发出声音报警。讨论：由于电阻R和R之间存在电压分配的问题，因此，调节可变电阻R,可以改变报警器的灵敏度。想一想，为了提高报警器灵敏度，R应取得大一些，还是小一些？拓展联想用基本门电路通过各种组合方式，可以构成各种组合逻辑电路，从而达到不同的设计要求。例如，把与门的输出端接入非门的输入端（图9-37）,利用逻辑电路实验器，通过实验来研究它的输入、输出情况。O Z图 9-37表11图 9-38表11列出了这个组合逻辑电路的真值表。ZO是与门的输出端,同时又是非门的输入端,因此这个由基本门组合而成的电路叫做与非门电路，它的电路符号如图9-38所示。A&0ZB
