(共15张PPT)
３.３ 数字集成电路
广东省东莞市光明中学 黄利辉
３.３ 数字集成电路
学习目标:
1、了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的作用。
2、知道常见数字集成电路的类型,并能用数字集成电路安装简单的实用电路装置。
广东省东莞市光明中学 黄利辉
一、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用
分析非门开关电路的电压输出
U。
R
S
UCC
S合上时: U0=__
S断开时: U0=__
0
UCC
门电路的开关能不能使用机械开关？为什么？
不能
因为机械开关体积大、寿命短、操作不方便，而且速度低。在高速电子控制系统中，开关每秒要开合上亿次，机械开关是无法胜任的。
必须使用电子开关，即用晶体管或MOS管（金属氧化物半导体场效应管）做成的开关。
U。
R
UCC
A
F
U。
R
S
UCC
试验: 观察晶体三极管的开关特性
试验过程:
按图搭接电路。
1、将输入端接地,用多用电表测量Rc的电压Ur=__V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__,三极管处于__状态;Uce=__V,属于__电平.
3V
Uce
Rc
F
A
R
3DK4C
V
Ur
Ice
2、将输入端接3V电压,用多用电表测量Rc的电压Ur=__ V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__ ,三极管处于__ 状态;Uce= __ V,属于 __ 电平.
3、把发光二极管接在CE两极间，观察发光二极管的发光情况。
330
B
0
很小
截止
3
高
2.8
很大
导通
0.2
低
开关接B时,二极管亮;开关接A时,二极管不亮
认识晶体三极管
U。
R
UCC
A
F
e(发射极)
C(集电极)
基极b
晶体三极管存在截止和饱和两种状态:
饱和——开关闭合。
截止——开关断开;
饱和：条件——
现象——
截止：条件——
现象——
晶体三极管的开关特性
输入信号足够大(高电平)；
三极管流过的电流较大，集电极 与发射极之间的电压只有0.2V左右(低电平)。
输入信号足够小(低电平)；
三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压接近(高电平)。
金属氧化物半导体场效应晶体三极管（MOS管）
也有三个极：
源极S、栅极G、漏极D。
源极相当于发射极，通常接地；
漏极相当于集电极，通常通过电阻接电源；
栅极相当于基极，用来控制漏极电流的大小。
普通晶体三极管是电流控制的器件，基极必须注入电流方能使三极管导通；
MOS管是电压控制器件，在栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。
S
G
D
集成电路是将元器件集中制作在芯片上，减少了元器件的连接导线，使可靠性得到了很大提高。
二、常用数字集成电路的类型
二、常用数字集成电路的类型
小规模集成电路(SSI)：集成晶体管数在100个以内
中规模集成电路(MSI)：晶体管数在102~103个
大规模集成电路(LSI)：晶体管数在103~105个
超大规模集成电路(VLSI)：晶体管数在105~107个
特大规模集成电路(ULSI)：晶体管数在107~109
巨大规模集成电路(GSI)：晶体管数超过109个
一万个以上门电路集成的又叫片上系统（SOC）
晶体管数——门电路数
1、按集成度分可分为六类：
数字电路的类型
构成 运行速度 允许负载流过电流 消耗功率
TTL
晶体管—晶体管逻辑
CMOS
互补MOS电路
快
较大
较小
较慢
较大
较小
CMOS管容易损坏，电源极性不能接反，焊接时要将烙铁的电源切断。
2、按晶体管类型可分为二类：
普通晶体管
MOS管
小资料
1、TTL与CMOS部分参数对照。
2、常用集成门电路的型号。
3、部分集成逻辑门引脚图。
（规律：从顶部看下去按逆时针方向编号1、2……13、14）
集成电路的发展史
1、1958年9月， ______ 研制了世界上第一块集成电路，为此获得了2000年的_____奖。
2、摩尔定律的内容是什么？
杰克.基尔比
诺贝尔物理学
集成电路芯片的集成度大约每3年提高4倍，相应的集成电路加工的特征尺寸缩小为原来的一半。(共16张PPT)
3.1 数 字 信 号
广东省东莞市光明中学 黄利辉
1、通过比较数字信号和模拟信号,了解数字信号的特性。
2、知道数字信号中“１”和“０”的意义。
电子控制系统的是怎样“控制（处理）”信息的
传感器将所获取的信息转换成电信号后，控制部分便对这些信号进行分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换，最后向输出部分发出命令，控制执行机构的操作。
1、数字信号与模拟信号
事物变化的量变有两种情况：连续变化、非连续变化（离散）
请判断下列量中哪些是连续变化的，哪些是非连续变化的。
1、野外环境的亮度与地下仓库中的亮度；
2、人的血压与人的脉搏；
3、运动员滑冰所滑过的轨迹长度与走过同样距离所用的步数；
4、时光的流逝与数字钟所显示的时间的变化。
5、某学校的学生人数
连续变化的量，可用连续变化的曲线或直线描述；非连续变化的量，可用柱状图或数字等表示。
模拟信号——泛指数值可连续变化的信号。
数字信号——非连续的信号的量可用二进制表示，并用高、低两个电平表示二进制中的“０”、“１”
电平
在TTL电路中，
高电平是2.4~5V；
低电平是0~0.8V。
数字信号的高低也可用电流、频率、时间、相伴位等电信号参量。例如移动通信中的手机短信息信号就是以频率的高、低代表1和0的。
马上行动
1、若用高电平表示1，低电平表示0，请问图中数字信号表示二进制数是___，它当于十进制中数值___。
2、收音机、电视机、音响设备输出口的信号是属于哪一类信号？
思考
下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？
1、220V交流电的电压；
2、海洋船只与船只之间的灯光联络信号；
3、手机短信息信号。
马上行动
请判断下列各例中哪些适合用１和０表示。
1、举重比赛中试举成功与否；
2、学生的考试成绩是否及格；
3、一个人的生与死；
4、一个人是好人还是坏人
数字信号具有容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。
（1）容易处理：数字信号只有高、低两个电平，容易识别，失真和干扰对数字信号影响小。
模拟信号在处理过程中会产生失真,并受到各种干扰;
数字信号在处理过程同样也产生失真,受到干扰,但它所代表的数字(高\低)并不改变.
2、数字信号的优点
模拟信号转换为数字信号的方法
模拟信号转换为数字信号的过程可分为四步：
采样：每隔一段时间对模拟信号的幅值抽取样品，使模拟信号变成脉冲信号。
保持：将脉冲信号变成阶梯信号，以便处理。
量化：将阶梯信号中每个阶梯的幅值舍去零头，保留整数。
编码：将量化的信号中每个阶梯的幅值对应的数字用二进制数字表示，并转化为数字信号。
A/D与D/A
将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器（A/D）。
数字信号被处理后，还要恢复成模拟信号，去控制执行元件执行。
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（D/A）。
（ 1）容易处理
（2）处理精度高 阅读案例：电子计时器
（3）便于记录保存
由于数字信号中只有1和0两个值，可很方便地用电路输出电压的高和低、电容上电荷的有和无、磁性物质的极化方向等方式记录保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和无、光盘利用有无凹坑记录1和0，还可以直接将1和0打印在纸上记录保存。
你知道模拟信号是用什么方法记录保存？这种方法有什么缺点？
模拟信号可以用磁带等磁性存储器保存，它所依赖的是磁表面极化的程度，因此其分辨能力受到限制，而且存放时间长了，会受到外界磁场的影响，所存的信息将会逐步丢失。
光盘是利用什么方法记录信号的？
光盘是在塑料片上用激光“烧”出许多直径不到1微米、沿光盘圆周方向排列的凹坑，有凹坑的代表“0”，没有凹坑的代表“1”。
读盘时，光盘逆时针转动，激光射到盘面上，依据凹坑的有和无所造成的反射光的有和无分辨出所记录的信号是1还是0。
技术试验
试验目的：对比模拟信号和数字信号的优劣。
试验准备：电脑、收录机2台、原声带1盘、空白带1盘。
试验过程：
1、使用录音机将原声带中的一段音乐翻录到另一盘空白带上，比较原声带与翻录带的音质。
2、将电脑中的一段音乐复制一份，比较复制件与原件音乐的音色是否有变化。
试验结果：？
试验总结：数字信号与模拟信号相比有什么优点？(共26张PPT)
３.２ 逻 辑 门
广东省东莞市光明中学 黄利辉
３.２ 逻 辑 门
学习目标
１、了解数字电路是一种能够方便地处理“1”和“0”两种状态的电路。
2、熟悉与门、或门和非门三种基本逻辑门的电路符号及各自的逻辑关系，会填写它们的真值表，能画出波形图。
3、知道与非门、或非门的电路符号及各自的逻辑关系，会填写它们的真值表，能画出波形图。
广东省东莞市光明中学 黄利辉
阅读: 三人表决器
实现各种逻辑关系的电路称为数字电路(逻辑电路)。
在数字电路中，“真”用高电平“1”表示，“假”用低电平“0”表示。“1”和“0”称为数字电路的真值或逻辑值。
处理电路
红色指示灯
绿色指示灯
甲乙丙
一、三种基本的逻辑门
三种基本的逻辑关系是：
三种基本逻辑关系的电路是：
“与”、“或”、“非”
与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）
请举出几个日常生活中常见的与逻辑关系的例子
1、火车开动前，所有车门必须关好，如有车门未关不能放行。
2、我国婚姻法规定，男方要到22岁、女方要达到20岁，并且必须双方同时到场方可登记结婚。
3、仓库的门通常用两把锁，由不同的人保管，开门时必须两个保管人同时到场。
(1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。
1、与门
(2)什么是与门？
——实现与逻辑关系的电路称为与门。
A B F
断 断
断 通
通 断
通 通
1、与门 (1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。
F
断
断
断
通
开关串联电路
“全高出高，有低出低”
A B F
假 假 假
假 真 假
真 假 假
真 真 真
A B F
0 0
0 1
1 0
1 1
（3）与门电路的特点：
只有当与门的所有输入端皆为高电平“1”时，输出端才为高电平“1”。即
F
0
0
0
1
(3)特点：
“全高出高，有低出低”
(4)与逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑乘法,记作:
F=A*B F=A.B F=AB
&
(5)与逻辑符号
与门的输入、输出波形图
&
A
B
“全高出高，有低出低”
F
马上行动
&
“全高出高，有低出低”
思 考
“全高出高，有低出低”
2、或门
（1）“逻辑前提中有一个或一个以上为真，逻辑结论就为真”
即:“见高出高,全低出低”
（2）或逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑加法，记作： F=A+B
（3）实现或逻辑关系的电路称为或门。
（并联开关电路）
≥1
（4）或逻辑关系符号
马上行动
列出3个输入端的或门真值表，并画出输出波形
≥1
A
F
B
C
“见高出高,全低出低”
3、非门
逻辑结论与逻辑前提的逻辑值总是相反.
（1）“逻辑前提为假时逻辑结论为真，逻辑结论为真时逻辑结论反而为假”
记作：
（2）实现非逻辑关系的电路称为非门。
O = 1 1=0
F = A 读作“A非”
1
非逻辑符号
(3)非逻辑符号
即：“见高出低，见低出高 ”
思考
与、或、非分别和集合论中的哪些运算是互相对应的？
指出图中表示“A×B”，“A＋B”，A，B，“A×B的非”的范围。
B
A×B的非
A
B
A×B
A＋B
与——交集
或——并集
非——补集
A
三人表决器
只有A、B同为1时才为1，所以l1=_A×B；
只有B、C同为1时才为1，所以l2=_____；
只有A、C同为1时才为1，所以l3=_____；
只有A、B、C同为1时才为1，所以l4=_____；
绿灯L1=_____
红灯L2=_____
l1+l2+l3+l4=AB+BC+AC+ABC
L1
B×C
A×C
A×B×C
三人表决器
&
&
&
&
&
1
非逻辑
≥1
或逻辑
l1
l3
l2
l4
绿灯
C
B
A
红灯
三人表决器（精简）
&
&
&
≥1
&
1
非逻辑
或逻辑
与逻辑
l1
l3
l2
绿灯
C
B
A
红灯
三种门电路的逻辑关系
与门：“全高出高，有低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”
与门：
或门：
非门：
二、与非门和或非门
与门逻辑关系是“全高出高，有低出低”
与非门逻辑关系是“全高出低，有低出高”
1
非门
&
与非门
&
与门
+
=
1、与非门
“全高出低，有低出高”
下图是一与非门的输入信号波形，请画出输出波形
2、或非门
≥1
或非门逻辑符号
≥1
或门逻辑符号
或非门的真值表和或门的真值表相反
或门 F=A+B
或非门 F=A+B
或门: “见高出高，全低出低”
或非门：“见高出低，全低出高”
A B C 或门F 或非门F
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
1
1
1
1
1
1
1
请填写此表
1
0
0
0
0
0
0
0
马上行动
A B C 或门F 或非门F
0 0 0
1 0 0
1 0 1
1 1 1
1 1 0
0 1 0
0 1 1
0 0 1
0 0 0
1 0 0
1 1 1
或非门F
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
或门F
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
≥1
A B C 或门F
或门输出信号
或非门输出信号
请画出下图中或非门输出信号
三种门电路的逻辑关系
与门：“全高出高，见低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”
与非门：“全高出低，见低出高”
或非门：“见高出低，全低出高”
与门：
或门：
非门：
与非门：
或非门：
