簡介:,,,,,,,,,,,電工電子技術(shù)基礎,,第1O章組合邏輯電路,學習要點二進制、二進制與十進制的相互轉(zhuǎn)換邏輯代數(shù)的公式與定理、邏輯函數(shù)化簡邏輯門電路的邏輯符號及邏輯功能組合電路的分析方法和設計方法典型組合邏輯電路的功能,第1O章組合邏輯電路,101數(shù)字電路概述102邏輯門電路103邏輯函數(shù)及其化簡104組合邏輯電路的分析與設計105組合邏輯部件,101數(shù)字電路概述,1011數(shù)字信號與數(shù)字電路,,模擬信號在時間上和數(shù)值上連續(xù)的信號。,數(shù)字信號在時間上和數(shù)值上不連續(xù)的(即離散的)信號。,U,U,,模擬信號波形,數(shù)字信號波形,T,T,,對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。,對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。,,,,,(1)工作信號是二進制的數(shù)字信號,在時間上和數(shù)值上是離散的(不連續(xù)),反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)(即0和1兩個邏輯值)。(2)在數(shù)字電路中,研究的主要問題是電路的邏輯功能,即輸入信號的狀態(tài)和輸出信號的狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。(3)對組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高,只要在工作時能夠可靠地區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可。,數(shù)字電路的特點,(1)進位制表示數(shù)時,僅用一位數(shù)碼往往不夠用,必須用進位計數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進位規(guī)則稱為進位計數(shù)制,簡稱進位制。,1012數(shù)制與編碼,,(2)基數(shù)進位制的基數(shù),就是在該進位制中可能用到的數(shù)碼個數(shù)。,(3)位權(quán)(位的權(quán)數(shù))在某一進位制的數(shù)中,每一位的大小都對應著該位上的數(shù)碼乘上一個固定的數(shù),這個固定的數(shù)就是這一位的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)是一個冪。,,,1、數(shù)制,數(shù)碼為0~9;基數(shù)是10。運算規(guī)律逢十進一,即9+1=10。十進制數(shù)的權(quán)展開式,1、十進制,5555,5103=5000,5102=500,5101=50,5100=5,,,,,,=5555,103、102、101、100稱為十進制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。,同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。,+,任意一個十進制數(shù)都可以表示為各個數(shù)位上的數(shù)碼與其對應的權(quán)的乘積之和,稱權(quán)展開式。,即555510=5103+5102+5101+5100,又如2090410=2102+0101+9100+010-1+410-2,2、二進制,數(shù)碼為0、1;基數(shù)是2。運算規(guī)律逢二進一,即1+1=10。二進制數(shù)的權(quán)展開式如101012=122+021+120+02-1+12-2=52510,加法規(guī)則000,011,101,1110乘法規(guī)則000,010,100,111,運算規(guī)則,各數(shù)位的權(quán)是2的冪,,,,,,,二進制數(shù)只有0和1兩個數(shù)碼,它的每一位都可以用電子元件來實現(xiàn),且運算規(guī)則簡單,相應的運算電路也容易實現(xiàn)。,數(shù)碼為0~7;基數(shù)是8。運算規(guī)律逢八進一,即7+1=10。八進制數(shù)的權(quán)展開式如2070410=282+081+780+08-1+48-2=135062510,3、八進制,4、十六進制,數(shù)碼為0~9、A~F;基數(shù)是16。運算規(guī)律逢十六進一,即F+1=10。十六進制數(shù)的權(quán)展開式如D8A2=13161+8160+1016-1=21662510,各數(shù)位的權(quán)是8的冪,,,,,,各數(shù)位的權(quán)是16的冪,,,,結(jié)論,①一般地,N進制需要用到N個數(shù)碼,基數(shù)是N;運算規(guī)律為逢N進一。②如果一個N進制數(shù)M包含N位整數(shù)和M位小數(shù),即AN1AN2A1A0A-1A-2A-M2則該數(shù)的權(quán)展開式為M2=AN1NN1+AN2NN2++A1N1+A0N0+A-1N1+A-2N2++A-MNM③由權(quán)展開式很容易將一個N進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。,數(shù)制轉(zhuǎn)換,(1)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)將二進制數(shù)由小數(shù)點開始,整數(shù)部分向左,小數(shù)部分向右,每3位分成一組,不夠3位補零,則每組二進制數(shù)便是一位八進制數(shù)。,將N進制數(shù)按權(quán)展開,即可以轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。,1、二進制數(shù)與八進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,110101001,,,00,0,,=15228,(2)八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)將每位八進制數(shù)用3位二進制數(shù)表示。,011111100010110,,,374268,2、二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,111010100011,,,000,0,,=1D4616,10101111010001110110,AF47616,二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,按照每4位二進制數(shù)對應于一位十六進制數(shù)進行轉(zhuǎn)換。,3、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),采用的方法基數(shù)連除、連乘法原理將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分采用基數(shù)連除法,小數(shù)部分采用基數(shù)連乘法。轉(zhuǎn)換后再合并。,,整數(shù)部分采用基數(shù)連除法,先得到的余數(shù)為低位,后得到的余數(shù)為高位。,小數(shù)部分采用基數(shù)連乘法,先得到的整數(shù)為高位,后得到的整數(shù)為低位。,所以4437510=1011000112,,,采用基數(shù)連除、連乘法,可將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意的N進制數(shù)。,用一定位數(shù)的二進制數(shù)來表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息稱為編碼。,用以表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息的一定位數(shù)的二進制數(shù)稱為代碼。,,,數(shù)字系統(tǒng)只能識別0和1,怎樣才能表示更多的數(shù)碼、符號、字母呢用編碼可以解決此問題。,二十進制代碼用4位二進制數(shù)B3B2B1B0來表示十進制數(shù)中的09十個數(shù)碼。簡稱BCD碼。,,2421碼的權(quán)值依次為2、4、2、1;余3碼由8421碼加0011得到;格雷碼是一種循環(huán)碼,其特點是任何相鄰的兩個碼字,僅有一位代碼不同,其它位相同。,用四位自然二進制碼中的前十個碼字來表示十進制數(shù)碼,因各位的權(quán)值依次為8、4、2、1,故稱8421BCD碼。,2、編碼,102邏輯門電路,獲得高、低電平的基本方法利用半導體開關(guān)元件的導通、截止(即開、關(guān))兩種工作狀態(tài)。,邏輯0和1電子電路中用高、低電平來表示。,邏輯門電路用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。簡稱門電路。,,,,基本和常用門電路有與門、或門、非門(反相器)、與非門、或非門、與或非門和異或門等。,1021基本邏輯關(guān)系及其門電路,1、與邏輯和與門電路,當決定某事件的全部條件同時具備時,結(jié)果才會發(fā)生,這種因果關(guān)系叫做與邏輯。實現(xiàn)與邏輯關(guān)系的電路稱為與門。,FAB,與門的邏輯功能可概括為輸入有0,輸出為0;輸入全1,輸出為1。,FAB,邏輯與(邏輯乘)的運算規(guī)則為,與門的輸入端可以有多個。下圖為一個三輸入與門電路的輸入信號A、B、C和輸出信號F的波形圖。,2、或邏輯和或門電路,在決定某事件的條件中,只要任一條件具備,事件就會發(fā)生,這種因果關(guān)系叫做或邏輯。實現(xiàn)或邏輯關(guān)系的電路稱為或門。,FAB,或門的邏輯功能可概括為輸入有1,輸出為1;輸入全0,輸出為0。,FAB,邏輯或(邏輯加)的運算規(guī)則為,或門的輸入端也可以有多個。下圖為一個三輸入或門電路的輸入信號A、B、C和輸出信號F的波形圖。,3、非邏輯和非門電路,決定某事件的條件只有一個,當條件出現(xiàn)時事件不發(fā)生,而條件不出現(xiàn)時,事件發(fā)生,這種因果關(guān)系叫做非邏輯。實現(xiàn)非邏輯關(guān)系的電路稱為非門,也稱反相器。,輸入A為高電平13V時,三極管飽和導通,輸出F為低電平0(0V;輸入A為低電平00V時,三極管截止,輸出F為高電平1(3V。,邏輯非(邏輯反)的運算規(guī)則為,4、復合門電路,將與門、或門、非門組合起來,可以構(gòu)成多種復合門電路。,由與門和非門構(gòu)成與非門。,(1)與非門,與非門的邏輯功能可概括為輸入有0,輸出為1;輸入全1,輸出為0。,由或門和非門構(gòu)成或非門。,(2)或非門,或非門的邏輯功能可概括為輸入有1,輸出為0;輸入全0,輸出為1。,1022集成門電路,1、TTL與非門,①輸入信號不全為1如UA03V,UB36V,,1V,,,,則UB103071V,V2、V5截止,V3、V4導通,忽略IB3,輸出端的電位為,輸出F為高電平1。,UF≈50707=36V,②輸入信號全為1如UAUB36V,,21V,,,,則UB121V,V2、V5導通,V3、V4截止,輸出端的電位為,UFUCES=03V,輸出F為低電平0。,功能表,真值表,邏輯表達式,輸入有0,輸出為1;輸入全1,輸出為0。,內(nèi)含4個兩輸入端的與非門,電源線及地線公用。,內(nèi)含兩個4輸入端的與非門,電源線及地線公用。,2、CMOS門電路,(1)UA=0V時,VN截止,VP導通。輸出電壓UF=VDD=10V。(2)UA=10V時,VN導通,VP截止。輸出電壓UF=0V。,CMOS非門,CMOS與非門,①A、B當中有一個或全為低電平0時,VN1、VN2中有一個或全部截止,VP1、VP2中有一個或全部導通,輸出F為高電平1。,②只有當輸入A、B全為高電平1時,VN1和VN2才會都導通,VP1和VP2才會都截止,輸出F才會為低電平0。,CMOS或非門,①只要輸入A、B當中有一個或全為高電平1,VP1、VP2中有一個或全部截止,VN1、VN2中有一個或全部導通,輸出F為低電平0。,②只有當A、B全為低電平0時,VP1和VP2才會都導通,VN1和VN2才會都截止,輸出F才會為高電平1。,103邏輯函數(shù)及其化簡,將門電路按照一定的規(guī)律連接起來,可以組成具有各種邏輯功能的邏輯電路。分析和設計邏輯電路的數(shù)學工具是邏輯代數(shù)(又叫布爾代數(shù)或開關(guān)代數(shù))。邏輯代數(shù)具有3種基本運算與運算(邏輯乘)、或運算(邏輯加)和非運算(邏輯非)。,1031邏輯代數(shù)的公式和定理,(2)基本運算,(1)常量之間的關(guān)系,分別令A0及A1代入這些公式,即可證明它們的正確性。,(3)基本定理,利用真值表很容易證明這些公式的正確性。如證明ABBA,ABACAAABACBC,分配率ABCABAC,AABACBC,AAA,A1BCBC,分配率ABCABAC,ABC,A11,證明分配率ABAABAC,證明,,,,分配率ABCABAC,A11,,邏輯函數(shù)有5種表示形式真值表、邏輯表達式、卡諾圖、邏輯圖和波形圖。只要知道其中一種表示形式,就可轉(zhuǎn)換為其它幾種表示形式。,1032邏輯函數(shù)的表示方法,1、真值表,真值表是由變量的所有可能取值組合及其對應的函數(shù)值所構(gòu)成的表格。,真值表列寫方法每一個變量均有0、1兩種取值,N個變量共有2I種不同的取值,將這2I種不同的取值按順序(一般按二進制遞增規(guī)律)排列起來,同時在相應位置上填入函數(shù)的值,便可得到邏輯函數(shù)的真值表。,,,例如當A、B取值相同時,函數(shù)值為0;否則,函數(shù)取值為1。,,2、邏輯表達式,邏輯表達式是由邏輯變量和與、或、非3種運算符連接起來所構(gòu)成的式子。,,,3、邏輯圖,邏輯圖是由表示邏輯運算的邏輯符號所構(gòu)成的圖形。,,F=AB+BC,AB,BC,4、波形圖,波形圖是由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對應的輸出函數(shù)值的高、低電平所構(gòu)成的圖形。,,F=AB+BC,0000,0010,0100,0111,1000,1010,1101,1111,0000,,,,,F,,,,1033邏輯函數(shù)的化簡,若兩個乘積項中分別包含同一個因子的原變量和反變量,而其他因子都相同時,則這兩項可以合并成一項,并消去互為反變量的因子。,,運用摩根定律,,,,,運用分配律,,,,,,運用分配律,邏輯函數(shù)化簡的意義邏輯表達式越簡單,實現(xiàn)它的電路越簡單,電路工作越穩(wěn)定可靠。,如果乘積項是另外一個乘積項的因子,則這另外一個乘積項是多余的。,,,,,運用摩根定律,利用公式A+AB=A,消去多余的項。,,,,,,如果一個乘積項的反是另一個乘積項的因子,則這個因子是多余的。,利用公式A=A(B+B),為某一項配上其所缺的變量,以便用其它方法進行化簡。,,,,利用公式A+A=A,為某項配上其所能合并的項。,,,組合邏輯電路輸出僅由輸入決定,與電路當前狀態(tài)無關(guān);電路結(jié)構(gòu)中無反饋環(huán)路(無記憶)。,104組合邏輯電路的分析與設計,1041組合邏輯電路的分析,邏輯圖,邏輯表達式,,,1,1,,最簡與或表達式,化簡,2,,,2,從輸入到輸出逐級寫出,最簡與或表達式,,3,真值表,,3,,4,電路的邏輯功能,當輸入A、B、C中有2個或3個為1時,輸出Y為1,否則輸出Y為0。所以這個電路實際上是一種3人表決用的組合電路只要有2票或3票同意,表決就通過。,,4,邏輯圖,邏輯表達式,例,最簡與或表達式,真值表,用與非門實現(xiàn),電路的輸出Y只與輸入A、B有關(guān),而與輸入C無關(guān)。Y和A、B的邏輯關(guān)系為A、B中只要一個為0,Y1;A、B全為1時,Y0。所以Y和A、B的邏輯關(guān)系為與非運算的關(guān)系。,電路的邏輯功能,1042組合邏輯電路的設計,真值表,電路功能描述,,例用與非門設計一個交通報警控制電路。交通信號燈有紅、綠、黃3種,3種燈分別單獨工作或黃、綠燈同時工作時屬正常情況,其他情況均屬故障,出現(xiàn)故障時輸出報警信號。,設紅、綠、黃燈分別用A、B、C表示,燈亮時其值為1,燈滅時其值為0;輸出報警信號用F表示,燈正常工作時其值為0,燈出現(xiàn)故障時其值為1。根據(jù)邏輯要求列出真值表。,,1,窮舉法,1,,2,邏輯表達式,,最簡與或表達式,化簡,3,,2,,4,邏輯變換,,,3,4,,5,邏輯電路圖,,5,真值表,電路功能描述,,例用與非門設計一個舉重裁判表決電路。設舉重比賽有3個裁判,一個主裁判和兩個副裁判。杠鈴完全舉上的裁決由每一個裁判按一下自己面前的按鈕來確定。只有當兩個或兩個以上裁判判明成功,并且其中有一個為主裁判時,表明成功的燈才亮。,設主裁判為變量A,副裁判分別為B和C;表示成功與否的燈為Y,根據(jù)邏輯要求列出真值表。,,1,窮舉法,1,,2,,2,邏輯表達式,,3,最簡與或表達式,化簡,4,,5,邏輯變換,,邏輯電路圖,,3,,化簡,4,5,,105組合邏輯電路部件,組合邏輯部件是指具有某種邏輯功能的中規(guī)模集成組合邏輯電路芯片。常用的組合邏輯部件有加法器、數(shù)值比較器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器等。,1、半加器,1051加法器,能對兩個1位二進制數(shù)進行相加而求得和及進位的邏輯電路稱為半加器。,,,,,加數(shù),,本位的和,向高位的進位,,,2、全加器,能對兩個1位二進制數(shù)進行相加并考慮低位來的進位,即相當于3個1位二進制數(shù)相加,求得和及進位的邏輯電路稱為全加器。,,AI、BI加數(shù),CI1低位來的進位,SI本位的和,CI向高位的進位。,全加器的邏輯圖和邏輯符號,實現(xiàn)多位二進制數(shù)相加的電路稱為加法器。,串行進位加法器,,構(gòu)成把N位全加器串聯(lián)起來,低位全加器的進位輸出連接到相鄰的高位全加器的進位輸入。,特點進位信號是由低位向高位逐級傳遞的,速度不高。,為了提高運算速度,在邏輯設計上采用超前進位的方法,即每一位的進位根據(jù)各位的輸入同時預先形成,而不需要等到低位的進位送來后才形成,這種結(jié)構(gòu)的多位數(shù)加法器稱為超前進位加法器。,1052數(shù)值比較器,用來完成兩個二進制數(shù)的大小比較的邏輯電路稱為數(shù)值比較器。,,設A>B時L1=1;A<B時L2=1;A=B時L3=1。得1位數(shù)值比較器的真值表。,1位數(shù)值比較器,邏輯表達式,邏輯圖,1053編碼器,實現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。,,1、3位二進制編碼器,輸入8個互斥的信號輸出3位二進制代碼,真值表,邏輯表達式,邏輯圖,2、8421碼編碼器,輸入10個互斥的數(shù)碼輸出4位二進制代碼,真值表,邏輯表達式,邏輯圖,3、3位二進制優(yōu)先編碼器,在優(yōu)先編碼器中優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的,即具有單方面排斥的特性。設I7的優(yōu)先級別最高,I6次之,依此類推,I0最低。,真值表,邏輯表達式,邏輯圖,8線3線優(yōu)先編碼器,如果要求輸出、輸入均為反變量,則只要在圖中的每一個輸出端和輸入端都加上反相器就可以了。,1054譯碼器,把代碼狀態(tài)的特定含義翻譯出來的過程稱為譯碼,實現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。,,設二進制譯碼器的輸入端為N個,則輸出端為2N個,且對應于輸入代碼的每一種狀態(tài),2N個輸出中只有一個為1(或為0),其余全為0(或為1)。,二進制譯碼器可以譯出輸入變量的全部狀態(tài),故又稱為變量譯碼器。,1、二進制譯碼器,3位二進制譯碼器,真值表,輸入3位二進制代碼輸出8個互斥的信號,邏輯表達式,邏輯圖,電路特點與門組成的陣列,二十進制譯碼器的輸入是十進制數(shù)的4位二進制編碼(BCD碼),分別用A3、A2、A1、A0表示;輸出的是與10個十進制數(shù)字相對應的10個信號,用Y9~Y0表示。由于二十進制譯碼器有4根輸入線,10根輸出線,所以又稱為4線10線譯碼器。,2、8421碼譯碼器,把二十進制代碼翻譯成10個十進制數(shù)字信號的電路,稱為二十進制譯碼器。,,,真值表,邏輯表達式,邏輯圖,3、顯示譯碼器,數(shù)碼顯示器,用來驅(qū)動各種顯示器件,從而將用二進制代碼表示的數(shù)字、文字、符號翻譯成人們習慣的形式直觀地顯示出來的電路,稱為顯示譯碼器。,,BCFG1,ADE0時,CDEFG1,AB0時,共陰極,顯示譯碼器真值表,真值表僅適用于共陰極LED,10554選1數(shù)據(jù)選擇器,真值表,邏輯表達式,,地址變量,,輸入數(shù)據(jù),,,由地址碼決定從4路輸入中選擇哪1路輸出。,邏輯圖,10561路4路數(shù)據(jù)分配器,由地址碼決定將輸入數(shù)據(jù)D送給哪1路輸出。,真值表,邏輯表達式,,地址變量,,輸入數(shù)據(jù),,,邏輯圖,
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簡介:第20章門電路與組合邏輯電路,授課老師蒙自明(物理與光電工程學院)EMAILDIANZIJISHU12126COMCODECHELIANG10,,201數(shù)制和脈沖信號202基本門電路及其組合203和204TTL門電路CMOS門電路205邏輯代數(shù)206組合邏輯電路的分析與綜合207加法器208編碼器209譯碼器和數(shù)字顯示,1掌握基本門電路的邏輯功能、邏輯符號、真值表(邏輯狀態(tài)表)和邏輯表達式。了解TTL門電路、CMOS門電路的特點,3會分析和設計簡單的組合邏輯電路,理解加法器、編碼器、譯碼器等常用組合邏輯電路的工作原理和功能,5學會數(shù)字集成電路的使用方法。,本章要求,2會用邏輯代數(shù)的基本運算法則化簡邏輯函數(shù),,201數(shù)制和脈沖信號202基本門電路及其組合203和204TTL門電路CMOS門電路205邏輯代數(shù)206組合邏輯電路的分析與綜合207加法器208編碼器209譯碼器和數(shù)字顯示,數(shù)制,十進制(0123456789)二進制(01)21八進制(01234567)23十六進制(0123456789ABCDEF)24,數(shù)制間相互轉(zhuǎn)化,十進制二進制轉(zhuǎn)換分為整數(shù)和小數(shù)部分,十進制八進制轉(zhuǎn)換,十進制十六進制轉(zhuǎn)換,整數(shù)除以2,提取余數(shù),直到商為1,1作為最高位,小數(shù)除以1/2,提取整數(shù),直到小數(shù)為0或者滿足規(guī)定的位數(shù),模擬信號隨時間連續(xù)變化的信號,201脈沖信號,1模擬信號,2脈沖信號是一種躍變信號,并且持續(xù)時間短暫。,如,脈沖幅度A,脈沖上升沿TR,脈沖周期T,脈沖下降沿TF,脈沖寬度TP,,實際的矩形波,脈沖信號的部分參數(shù),,201數(shù)制和脈沖信號202基本門電路及其組合203和204TTL門電路CMOS門電路205邏輯代數(shù)206組合邏輯電路的分析與綜合207加法器208編碼器209譯碼器和數(shù)字顯示,202基本門電路及其組合,邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯元件。所謂門就是一種開關(guān),它能按照一定的條件去控制信號的通過或不通過。門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系因果關(guān)系,所以門電路又稱為邏輯門電路。,邏輯門電路的基本概念,基本邏輯關(guān)系為“與”、“或”、“非”三種。,下面通過例子說明邏輯電路的概念及“與”、“或”、“非”的意義。,2“或”邏輯關(guān)系,“或”邏輯關(guān)系是指當決定某事件的條件之一具備時,該事件就發(fā)生。,邏輯表達式Y(jié)AB,狀態(tài)表,1,1,1,0,,設開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示,開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。,邏輯表達式Y(jié)AB,1“與”邏輯關(guān)系,“與”邏輯關(guān)系是指當決定某事件的條件全部具備時,該事件才發(fā)生。,,,0,1,0,B,Y,A,狀態(tài)表,,3“非”邏輯關(guān)系,“非”邏輯關(guān)系是否定或相反的意思。,Y,220V,,,,,A,,,,,,,,,,R,,,,,電平的高低一般用“1”和“0”兩種狀態(tài)區(qū)別,若規(guī)定高電平為“1”,低電平為“0”則稱為正邏輯。反之則稱為負邏輯。若無特殊說明,均采用正邏輯。,1,0,,,高電平,低電平,1二極管“與”門電路,1電路,2工作原理,輸入A、B、C全為高電平“1”,輸出Y為“1”。,輸入A、B、C不全為“1”,輸出Y為“0”。,0V,0V,3V,1二極管“與”門電路,即有“0”出“0”,全“1”出“1”,YABC,邏輯表達式,,,2二極管“或”門電路,1電路,0V,3V,3V,2工作原理,輸入A、B、C全為低電平“0”,輸出Y為“0”。,輸入A、B、C有一個為“1”,輸出Y為“1”。,2二極管“或”門電路,即有“1”出“1”,全“0”出“0”,3晶體管“非”門電路,“0”,“1”,1電路,“0”,“1”,,1與非門電路,有“0”出“1”,全“1”出“0”,“非”門,基本邏輯門電路的組合,,2或非門電路,有“1”出“0”,全“0”出“1”,3與或非門電路,邏輯表達式,邏輯符號,例根據(jù)輸入波形畫出輸出波形,A,B,有“0”出“0”,全“1”出“1”,,B所圈取值為“1”的相鄰小方格的個數(shù)應為2N,N0,1,2,3應用卡諾圖化簡邏輯函數(shù),解,,,,三個圈最小項分別為,?合并最小項,?寫出簡化邏輯式,卡諾圖化簡法保留一個圈內(nèi)最小項的相同變量,而消去相反變量。,,201數(shù)制和脈沖信號202基本門電路及其組合203和204TTL門電路CMOS門電路205邏輯代數(shù)206組合邏輯電路的分析與綜合207加法器208編碼器209譯碼器和數(shù)字顯示,組合邏輯電路的分析與綜合,組合邏輯電路任何時刻電路的輸出狀態(tài)只取決于該時刻的輸入狀態(tài),而與該時刻以前的電路狀態(tài)無關(guān)。,組合邏輯電路框圖,2061組合邏輯電路的分析,1由邏輯圖寫出輸出端的邏輯表達式,2運用邏輯代數(shù)化簡或變換,3列邏輯狀態(tài)表,4分析邏輯功能,已知邏輯電路,,確定,邏輯功能,分析步驟,例1分析下圖的邏輯功能,1寫出邏輯表達式,2應用邏輯代數(shù)化簡,,反演律,反演律,,3列邏輯狀態(tài)表,邏輯式,1寫出邏輯式,例2分析下圖的邏輯功能,化簡,2列邏輯狀態(tài)表,3分析邏輯功能輸入相同輸出為“1”,輸入相異輸出為“0”,稱為“判一致電路”“同或門”,可用于判斷各輸入端的狀態(tài)是否相同。,邏輯式,2062組合邏輯電路的綜合,設計步驟如下,例1設計一個三人A、B、C表決電路。每人有一按鍵,如果贊同,按鍵,表示“1”;如不贊同,不按鍵,表示“0”。表決結(jié)果用指示燈表示,多數(shù)贊同,燈亮為“1”,反之燈不亮為“0”。,1列邏輯狀態(tài)表,2寫出邏輯表達式,取Y“1”或Y“0”列邏輯式,取Y“1”,,3用“與非”門構(gòu)成邏輯電路,在一種組合中,各輸入變量之間是“與”關(guān)系,各組合之間是“或”關(guān)系,,,,三人表決電路,
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簡介:第24章現(xiàn)代通信技術(shù),241概述,242移動通信,243程控交換系統(tǒng),244IP電話,245現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢,第24章現(xiàn)代通信技術(shù),通信實際上是由一地向另一地傳送含有信息的消息。通信中所傳遞的消息,有各種不同的形式,如符號、文字、語言、數(shù)據(jù)等,因而根據(jù)所傳遞消息的類別,在通信業(yè)務上中分為電報、電話、數(shù)據(jù)傳輸及可視電話等。,圖2411通信系統(tǒng)的一般框圖,241概述,,2411通信系統(tǒng)的分類,1按照傳輸媒質(zhì)分類,1有線通信,消息的傳輸是用“導線”作為傳輸媒質(zhì)來進行通信的。,圖2412有線通信系統(tǒng)的示意圖,將話筒的微弱電信號進行放大,使之符合一定的標準要求。,,將該信號繼續(xù)進行必要的轉(zhuǎn)換,使之符合網(wǎng)絡或信道的傳輸。,,接收端進行相反的轉(zhuǎn)換工作,恢復原始信號。,,,2無線通信,無線通信不需要架設線路而用無線電波在空間傳播來傳遞消息。,圖2413無線通信系統(tǒng)的示意圖,揚聲器,話筒,話筒的聲電轉(zhuǎn)換器把語音變成電信號,需經(jīng)電臺用高頻射頻振蕩信號“運載”低頻語音信號,然后再輻射出去。這一過程稱為調(diào)制。高頻振蕩波稱為載波。,調(diào)制方式分類,A調(diào)幅方式,調(diào)幅方式是將低頻信號“加”到高頻載波信號的幅度上。,在接收端收到已調(diào)制的高頻信號時,要將有用的低頻語音信號分離出來解調(diào),再經(jīng)揚聲器的聲電轉(zhuǎn)換恢復為原始語音信號。由于信號較弱,在兩端均有放大環(huán)節(jié)。,B調(diào)頻方式,低頻信號將導致高頻載波瞬時頻率的變化。,兩種調(diào)制方式相比,調(diào)頻方式載波幅度恒定,在傳輸中抗干擾特性優(yōu)于調(diào)幅方式。,無線通信中頻段的劃分,不同頻段的電波傳播方式也不同。,2按照傳輸信號分類,1數(shù)字通信系統(tǒng),圖2416數(shù)字通信系統(tǒng),,數(shù)字通信系統(tǒng),模擬通信系統(tǒng),信源編碼盡可能壓縮冗余信息,使要發(fā)送的信息量減少。,信道編碼針對信道的干擾和噪聲,對要傳輸?shù)男畔⑦M行編碼,提高信息傳輸?shù)目煽啃浴?信道解碼負責按照編碼規(guī)則進行檢查和糾正錯誤。,信源解碼負責恢復原始信息。,2模擬通信系統(tǒng),圖2417數(shù)字通信系統(tǒng),與數(shù)字系統(tǒng)相比,模擬系統(tǒng)的主要優(yōu)點是頻帶利用率高,缺點是抗干擾能力差,不易保密,設備不易大規(guī)模集成,不適應飛速發(fā)展的計算機通信要求等。,2412電纜通信與微波中繼通信,電纜通信是較早發(fā)展起來的通信手段,用于長途通信已有60年歷史,在有線通信中占有突出地位。,微波中繼通信是20世紀60年代發(fā)展的,它彌補了電纜通信的缺點。,微波通信系統(tǒng)示意圖,微波中繼通信分為模擬微波中繼通信和數(shù)字微波中繼通信兩類,模擬微波中繼通信雖然出現(xiàn)早、技術(shù)成熟,但正逐漸被數(shù)字微波中繼通信所取代。目前數(shù)字微波中繼通信已成為通信領域中一種重要的傳輸手段,并與衛(wèi)星通信、光纖通信一起成為當今三大通信傳輸技術(shù)。,2413光纖通信,光纖通信與電纜通信相比具有容量大、傳輸距離長、抗電磁干擾性能好,并可以大量節(jié)省有色金屬。,光纖的全稱是光導纖維,是用石英玻璃制成的纖維絲直徑約01MM在實際應用上是幾條或幾百條光線絞合成光纜其結(jié)構(gòu)如圖所示。,2413光纖通信,圖2419光纜的一般結(jié)構(gòu)圖,A層絞式,B單位式,C骨架式,D帶狀式,,,,光纖,光纖,光纖,光纖帶,加強構(gòu)件,單位,塑料骨架,加強構(gòu)件,綜合護套,防熱層,光纖的結(jié)構(gòu)示意圖,,,,,,,,,再生站為了彌補光波在傳輸過程中的損耗,系統(tǒng)設有再生站,即光中繼站。,光纖通信的優(yōu)點,1傳輸頻帶寬、通信容量大載波頻率越高,通信容量越大。目前使用的光波頻率比微波頻率高出百倍,通信容量可增加103~104倍。光纖通信適合于高速、寬帶信息的傳輸。,圖24111光纖通信系統(tǒng)示意圖,2損耗低、中繼距離遠目前制造的石英玻璃纖維絲純凈度極高,故其損耗極低。從而在通信線路中可以減少中繼站數(shù)量,可以達到100KM以上的無中繼傳輸距離。同樣速率的同軸電纜通信,無中繼站距離僅為16KM左右。,3抗干擾能力強、無串話光纖是非導體、無電感,不受電磁干擾。因而在光纖通信中就不存在串話現(xiàn)象。,4保密性強光纖內(nèi)傳播的光波基本不輻射,難以竊聽,所以光纖通信和其它通信方式相比有更好的保密性。,5線徑細、重量輕光纖直徑很小,制成光纜比電纜細而輕,便于敷設。,2414衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖,衛(wèi)星通信的特點是通信距離遠,覆蓋面大,不受地形條件限制,傳輸容量大,可靠性高。,衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個以衛(wèi)星為中繼站,實現(xiàn)各個地面站間通信的系統(tǒng)。,2414衛(wèi)星通信,圖24112衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)軌道的不同可分為同步軌道和中、低軌道系統(tǒng),但系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)相同。,同步軌道是衛(wèi)星處于地球赤道上空35860KM處的圓形軌道,衛(wèi)星在這個軌道上繞地球一周的時間恰好為24H,衛(wèi)星與地球處于相對靜止狀態(tài),兩者同步運行,這種衛(wèi)星也稱為地球同步衛(wèi)星。,,圖24114同步衛(wèi)星建立全球通信示意圖,三顆同步衛(wèi)星可把地球表面除極地以外的地區(qū)覆蓋,實現(xiàn)全球通信。覆蓋區(qū)域如圖,每兩顆相鄰衛(wèi)星都有一定的重疊覆蓋區(qū),但南、北兩極地區(qū)則為盲區(qū)。目前正在使用的國際通信衛(wèi)星系統(tǒng)就是按這個原理建立的,其衛(wèi)星分別位于大西洋、,,印度洋和太平洋上空。其中,印度洋衛(wèi)星能覆蓋我國的全部領土,太平洋衛(wèi)星覆蓋我國的東部地區(qū),即我國東部地區(qū)處在印度洋衛(wèi)星和太平洋衛(wèi)星的重疊覆蓋區(qū)中。,242移動通信,移動通信是的現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段,它是固定通信的延伸,也是實現(xiàn)人類理想通信必不可少的手段。,2421無線電尋呼系統(tǒng),無線尋呼系統(tǒng)RADIOPAGINGSYSTEM是一種單向傳輸指令的選擇呼叫系統(tǒng),屬于一種費用低廉,使用方便,易于普及的個人移動通信業(yè)務系統(tǒng)。,無線電尋呼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,2421無線電尋呼系統(tǒng),尋呼中心與市公用電話網(wǎng)相連,市話用戶要尋找外出用戶時,通過尋呼中心發(fā)出被呼用戶的號碼,用戶的接收機就顯示呼叫用戶的電話號碼,以及簡單的內(nèi)容。,242移動通信,公用移動電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,2422公用移動電話系統(tǒng),1公用移動電話系統(tǒng)的組成,2移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋,移動通信網(wǎng)的覆蓋方式一般分為小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制兩類。,大區(qū)制是指一個基站覆蓋整個服務區(qū)。,小區(qū)制將整個服務區(qū)劃分為若干個小區(qū),每一小區(qū)設一基站,負責與小區(qū)內(nèi)所有移動用戶臺無線通信。,3GSM移動通信系統(tǒng),TDMA的基本想法是系統(tǒng)中各移動臺占用同一頻道,但占用不同的時隙。各移動臺只在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)送信號,這些信號通過基站的控制在時間上依次排,當前GSM通信系統(tǒng)應用廣泛,它主要采用了時分多址TDMA技術(shù)。,列,互不重疊;同樣,各移動站只要在指定的時隙內(nèi)接收信號,就能從各路信號中把發(fā)給它的信號分出來。,圖2423GSM頻段分配與頻道劃分,4第三代(3G)移動通信系統(tǒng),隨著用戶對移動通信的不斷需求,它不斷發(fā)展,第三代移動通信系統(tǒng)已被提出,它將取代目前的GSMH或窄帶CDMA系統(tǒng)。,3G系統(tǒng)網(wǎng)絡劃分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。接入網(wǎng)負責將用戶通過無線通信手段接入核心網(wǎng),核心網(wǎng)負責提供業(yè)務、鑒權(quán)等服務。,3G網(wǎng)絡有以下特點,1第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準,而第三代移動通信系統(tǒng)將是一個在全球范圍覆蓋和使用的系統(tǒng)。,2具有支持多媒體業(yè)務能力,特別是支持INTER_NET業(yè)務。,3快速移動環(huán)境,最高速率達144KBIT/S;步行環(huán)境,最高速率可達384KBIT/S2MBIT/S。4便于過渡、演進。5高頻譜效率。6高服務質(zhì)量,低成本,高保密性。,3集群系統(tǒng),4無繩電話系統(tǒng),集群系統(tǒng)是集群移動通信系統(tǒng)的簡稱,屬于調(diào)度性專用網(wǎng)。集群包含兩個方面一是將各單位或各部門所需的基站及控制設備,集中建站、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一使用,各單位只需建立各自的調(diào)度臺、調(diào)度終端;二是多信道共用,采取動態(tài)分配空閑信道的方式,充分利用頻率資源和信道設備。,圖2424無繩電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,普通電話機不能隨便移動,利用無繩電話可以使打電話的人在一定范圍內(nèi)自由的移動進行通話。,,243程控交換機,所謂程控,就是“存儲程序控制”,設計者預先把電話交換功能編制成相應的程序。存儲在存儲器中,當進行電話接續(xù)時由程序的自動執(zhí)行來控制交換機的操作,已完成電話的接續(xù)任務。這種交換機成為程控交換機。,2431電話交換網(wǎng),電話交換網(wǎng)由電話終端設備、傳輸鏈路和電話機交換設備三個基本部分組成。,電話終端設備即為電話機,是電話網(wǎng)的源點和終點。終端設備的主要功能是把傳送的話音信息和在信道上傳送的電信號相互轉(zhuǎn)換,此外還能發(fā)出和接收控制信息。,圖2431電話網(wǎng)絡的一般結(jié)構(gòu),2432程控交換機,交換機可分為局用交換機和用戶交換機兩類。局用交換機用于所轄區(qū)域內(nèi)用戶電話的交換和局間電話的交換一般的端局和匯接局內(nèi)采用的都是局用交換機。用戶交換機也稱小交換機,用于單位內(nèi)的電話交換以及內(nèi)部電話與公用電話網(wǎng)的連接。,1程控交換機基本結(jié)構(gòu),程控交換機實質(zhì)上是通過計算機的“存儲程序控制”來實現(xiàn)各種接口的電路接續(xù)、信息交換及其它的控制、維護管理功能?;窘Y(jié)構(gòu)如圖,圖2432程控交換機的基本結(jié)構(gòu),1外圍接口單元,外圍接口單元包括模擬用戶線電路ALC、數(shù)字用戶線電路DLC、模擬中繼線單元ATU、數(shù)字中繼線單元DTU及各種其它接口單元。,用戶線接口電路簡稱用戶電路的作用是實現(xiàn)各種用戶線與交換網(wǎng)絡直間的連接。,中繼線接口,通過局間的中繼線與其它交換機聯(lián)結(jié)所傳送的信號一般為多路復用信號,即頻帶信號。,2交換網(wǎng)絡,交換網(wǎng)絡的作用為話音信號提供接續(xù)通路并完成交換過程。,3控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的作用是對呼叫進行處理,并對交換機的運行進行管理、監(jiān)測和維護。,控制系統(tǒng)包括中央處理器CPU、掃描器、存儲器和輸入/輸出設備等。,程控交換機可分為集中控制、分級控制和全分散控制三種方式。,A集中控制方式整個程控交換機的控制功能有一對處理器來完成,雖便于控制,但一般要配備大型處理器。,B分級控制方式在程控交換機里配備若干個處理器作為區(qū)域處理器來完成如監(jiān)視用戶摘、掛機等比較簡單重復的工作,減輕中央處理器的大量處理工作。,C全分散控制方式信號控制是終端設備的任務,交換網(wǎng)絡的作用可在網(wǎng)絡內(nèi)設置。,2用戶電路的功能BORSCHT,1饋電B,BATTERYFEED。交換機通過用戶線向共電式話機直流饋電,我國規(guī)定饋電電壓為48V,容差為6,4V。,2過壓保護O,OVERVOLTAGEPROTECTION。提供保護措施,防止用戶線上的電壓沖擊或過壓、過流而損壞交換機。,3振鈴R,RING。向被叫用戶話機提供鈴流信號。我國采用90V15V有效值、25HZ交流電壓作為鈴流信號。,4監(jiān)視S,SUPERIVISION。借助掃描器監(jiān)視用戶線通斷狀態(tài),以監(jiān)測話機的摘機、掛機與撥號脈沖等用戶線信號并轉(zhuǎn)送給控制設備,以表示用戶忙閑情況,并利用脈沖收號器進行撥號號碼識別,確定其接續(xù)要求。,,5編譯碼C,CODE。用戶講話時,模擬話音信號不能直接通過交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡。因此,在用戶電路中設置編譯碼電路。如是發(fā)送方,則通過編碼完成A/D變換,如是接收方,則通過譯碼完成D/A變換,并經(jīng)相應得濾波器濾除50HZ的電源干擾,而后與程控交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡接口。,6混合H,HYBRID。用戶線上的模擬話音信號是二線雙向傳送,而數(shù)字交換是四線單向交換。因此,要在用戶電路中設置2/4線轉(zhuǎn)換器。,7測試T,TEST。提供測試端口,通過測試繼電器或電子開關(guān)、交換機測試程序,對用戶電路進行自動測試,其結(jié)果可在交換機維護終端上加以顯示。,2轉(zhuǎn)移呼叫,轉(zhuǎn)移呼叫也叫隨我來。當某用戶離開辦公室去他處時,可事先向電話局登記臨時去處的電話號碼。此后,如有用戶呼叫他原來的電話號碼,就可自動轉(zhuǎn)移到他的臨時去處。,3熱線服務,熱線服務也叫“不撥號就接通”,即用戶摘機后不需要撥號就可以和事先被指定的被叫用戶接通。,3程控交換機的服務功能,1縮位撥號,縮位撥號就是主叫用戶在呼叫經(jīng)常聯(lián)系的被叫用戶時,用12位的縮位號碼來代替原來的多為被叫號碼。,8遇忙轉(zhuǎn)移或無應答轉(zhuǎn)移,9截接服務,10限制呼出或呼入,11詢問第三者,12會議電話,4呼叫等待,6自動叫醒服務,7免打擾服務,5自動回叫,244IP電話,IP電話就是利用計算機互聯(lián)網(wǎng)IP網(wǎng)進行的一種語音傳輸業(yè)務,也互聯(lián)網(wǎng)與公共電話網(wǎng)PSTN相結(jié)合的產(chǎn)物,也可稱為網(wǎng)絡電話。其最大的特點是比普通電話收費便宜。,IP電話的工作過程可分為5個步驟。,2441IP電話的工作過程,1語音信號數(shù)字化,2信號壓縮,3信號分組,4解包與解壓縮,5語音恢復,2442IP電話的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),IP電話系統(tǒng)一般由終端和網(wǎng)絡組成,它由電話網(wǎng)絡和計算機共同發(fā)展而成,其結(jié)構(gòu)方式有以下幾種。,1電話到電話,網(wǎng)關(guān)是IP電話網(wǎng)絡系統(tǒng)中重要的組成部分之一,是實現(xiàn)IP電話的關(guān)鍵,它把公共電話網(wǎng)PSTN和IP網(wǎng)聯(lián)接起來。,圖2442電話到電話的結(jié)構(gòu)方式,工作原理用戶的語音信號經(jīng)過PSTN送到網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)對它進行壓縮、分組和一些保證質(zhì)量的處理,將IP語音信號分組發(fā)送到IP網(wǎng)上傳送,到達對方所在地的網(wǎng)關(guān)后,對語音信號分組進行相反的處理,形成原始語音信號,再經(jīng)過PSTN傳輸?shù)綄Ψ降碾娫挋C上。,圖2442電話到電話的結(jié)構(gòu)方式,2計算機到電話,圖2443計算機到電話結(jié)構(gòu)方式,3計算機到計算機,圖2444計算機到計算機結(jié)構(gòu)方式,2443中國電信網(wǎng)通IP電話網(wǎng),中國電信網(wǎng)通從1999年開通IP電話業(yè)務,中國電信網(wǎng)通的IP電話網(wǎng)的服務接入碼為“17900”,在IP電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)上,中國電信采用通用結(jié)構(gòu),再所有城市都有溫暖、網(wǎng)關(guān),負責本城市的用戶的接入,網(wǎng)關(guān)的一端連中國電信分組網(wǎng)(CHINANET),另一端聯(lián)公共電話網(wǎng),北京有一個全網(wǎng)的網(wǎng)管中心。,245現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢,從各國發(fā)展的趨勢來看,通信系統(tǒng)正朝著綜合化、智能化、數(shù)字化、標準化的方向發(fā)展。,
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上傳時間:2024-01-06
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