第10 章 数字逻辑电路简单应用与知识扩展

　　10.0 本章引言

　　不知如何应用的学习是一种很痛苦很郁闷的学习！

　　理论与实际之间还有一段路要走，还有一座桥要过！

　　希望本章的内容对你能有所助益！为你铺路搭桥！

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　　任何知识的学习与应用都是相辅相成的。学习主要是为了应用，而合适的应用活动会增强和巩固所学的知识，促进对所学知识点的理解和掌握。这一点无论是对于学生还是教师，都是适用的。

　　固然，“数字逻辑电路”课程是专业基础课程，但是因此而忽视该课程的实践与应用，甚至刻意强调该课程的“入门与基础”性质，那是错误的认识！即使二极管这样的简单器件，要想学好也是需要很多应用实例来支撑的，更遑论其他。

　　2004 年秋天在“教育部电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会”的主持下，重新修订了“数字电子技术基础课程教学基本要求”。基本要求再次强调了本门课程的性质是“电子技术方面入门性质的技术基础课”，其任务在于“使学生获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，为深入学习数字电子技术及其在专业中的应用打下基础”。

　　似乎说得没错！而且很多《数电》教材的前言中也都刻意强调这个“入门与基础”的性质。很多讲授者也都以“基本要求”中的“入门与基础”性质为尚方宝剑，不讲或刻意回避应用方面的内容，或以其为由规避学生的质疑。

　　不错，“数字逻辑电路”也好，还是“数字电子技术基础”也罢，因为它们是专业基础课程，固然具有“入门和基础”的性质。但是如果因此而心安理得地不去安排、编写和讲授有关知识的（适度）应用，那就大错特错了！

　　与课程对应的实验课有一定程度的“实践”和“应用”作用。但是“实验”和“试验”不是一个概念，“实验”在于其“实证”性，在实验室教师的刻意安排下，去“验证”和巩固所学的知识。而合适的应用实践例子不但可以帮助理解、掌握和巩固所学的知识，还可以使学生了解和掌握如何利用所学的知识来完成实际任务要求，还可以延伸扩展学生们的知识面。

　　本章的内容取舍、例子选择都颇费心思。基本想法（或主旨或原则）如下。

　　① 内容围绕课程大纲所要求的主要知识点来组织；

　　② 结合实际要适度：太难、太偏、太宽泛的应用例子都不宜采用；

　　③ 内容例子要有“双向延展”性：既可巩固所学知识，又可一定程度上扩展延伸知识面；

　　④ 容易找到的且不是很重要的例子不讲。

　　另外，一个稍具规模的实际应用例子单靠数字电子电路和技术（或单靠模拟电子电路和技术）是不能完成的，一般至少要包含数字电路和逻辑电路，甚至还要采用单片机。仅含有数字电路或模拟电路的往往是较大应用电路中的一个功能子模块。

　　由此可见，“合适”的应用实例是多么难找啊！但为了使学生能够更好地掌握所学的知识内容并扩展延伸知识面，以及提高动手能力和解决实际问题的能力，笔者还是尝试着来编写这一章的内容，希望本章内容能够对学生的学习和将来的工作有所助益。

　　10.1 与门（与非门）和或门（或非门）的应用基础

　　在第1、2 章就学过与门、与非门、或门、或非门的内容：

　　与门：YAB；与非门：Y AB；

　　或门：YAB；或非门：YA  B 。

　　它们在实际电路中是如何应用的呢？当然最直接最基本的应用就是在电路中对输入的两个逻辑信号进行“与”、“与非”、“或”、“或非”逻辑运算，这个千真万确、一点都没错。原创微信公众号：卧龙会IT技术

　　但是，如果我们学习知识仅仅停留在这个基本层面，而不是在更高的层面上多角度地看问题，那么当每次遇到问题时，都要“从头再来”：从最低层面开始运用你所学的知识来判断和解决问题，那就要花费很多时间、耗费不少精力，而且效率低下，不能高效率地分析问题和解决问题。最典型的例子是你在考研和应聘的考场上将花费很多宝贵时间而不能有效解答主要的问题。

　　回忆一下第2 章中的习题2.2 ，题中（图P2-2 中）给定了与门G1、或门G2 和异或门G3 的两个输入端的信号，要求画出它们的输出信号的波形，并注意仔细观察输入与输出波形之间的逻辑关系，从中可以得到对实际逻辑电路的分析与设计相当有用的结论。

　　另外，第1 章的表1-15 中提到过0-1 律（对与逻辑：A· 0=0 和A· 1=A；对或逻辑：A+0=A和A+1=1）。那么从实际应用角度看，这个0-1 律和与门、或门有什么联系呢？

　　首先以“与门”为例，将习题2.2 中的与门G1 的输入输出波形重画为图10-1 。

　　图10-1 与门的应用例子之一

　　（1）试问：从实际应用角度该与门叫做什么？A和B输入端分别叫做什么？

　　（2）回答：该与门叫做“逻辑闸门”，起“逻辑闸门”控制信号作用。在图10-1 中，A输入端为“被测信号输入端”，B输入端为“逻辑闸门控制端”，或叫“闸门控制端”，或简称“门控端”。

　　（3）分析：由图10-1 和与门的逻辑表达式YAB以及0-1 律中的A0=0 和A1=A可知：

　　

　　1）当B=0 时，Y=A0=0 。无论输入端A怎样变化，输出端Y始终为0，不随A而变化，这相当

　　于逻辑闸门“关断”。

　　2）当B=1 时，Y=A1=A。（在B=1 期间）Y随A而变化，相当于逻辑闸门“打开”。

　　3）如果将与门换成与非门，仅是其输出Y反相而已，其“逻辑闸门”作用这个实质性质是不

　　变的。

　　（4）结论：用与门（与非门）作为逻辑闸门时，在其控制端用“1”开，用“0”关。将图10-1 中的门G 换成或门时，分析如下（读者自己画一下或门的图及其输出波形）。1）分析：根据或门逻辑表达式YAB以及0-1 律中的A+1=1 和A+0=A可知：

　　① 当B=1 时，Y=A+1=1 。无论A怎样变化，输出端Y始终为1，不随A而变化，相当于逻辑闸门“关断”。

　　② 当B=0 时，Y=A+0=A。（在B=0 期间）Y随A而变化，相当于逻辑闸门“打开”。

　　③ 如果将或门换成或非门，仅是其输出Y反相而已，其“逻辑闸门”作用这个实质性质是不

　　变的。

　　2）结论：用或门（或非门）作逻辑闸门时，在其控制端用“0”开，用“1”关。

　　可见，在实际工作中遇到类似的电路图时，就不要再从与门（与非门）、或门（或非门）的基本

　　逻辑功能开始分析了，从更高层面和实用角度来讲，采用“逻辑闸门”的概念可以迅速分析出电路各

　　部分之间的关系，甚至一眼就能看出电路的功能和作用（本书中很多逻辑图都可以用逻辑闸门的道理

　　来分析）。在考研时你可以节省很多时间来做更难更复杂的题目，在应聘笔试时你可以很“在行”、很

　　“老道”地答题，在面试时你可以很“内行”地与考官交流沟通，会令考官对你刮目相看。下面将与门（与非门）、或门（或非门）的逻辑闸门作用的知识小结如表10-1 所示。

　　表10-1 与门（与非门）、或门（或非门）逻辑闸门作用小结

门电路从书本基本理论上看从实际应用角度看表达式功能0-1 律开/关门定理功能解释与门Y  A B与逻辑A  0=0“ 关门” 定理与逻辑闸门“1” 开“0” 关A  1=A“ 开门” 定理与非门Y  A B与非逻辑0 1A  “ 关门” 定理A 1  A“ 开门” 定理或门Y A B 或逻辑A+0=A“ 开门” 定理或逻辑闸门“0” 开“1” 关A+1=1“ 关门” 定理或非门Y A B 或非逻辑0A A “ 开门” 定理1 0A  “ 关门” 定理

　　简记为：

　　① 与和与非用“1”开、用“0”关；

　　② 或和或非用“0”开、用“1”关。下面继续讲解逻辑闸门的扩展应用。

　　撰文 | 杭州电子科技大学 张文超

　　张文超---《数字逻辑电路》一书主编

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　　此为本书其中第十章的引文及第一小节，本文由作者提供给卧龙会进行知识分享。继续关注我们卧龙会IT技术公众号，获知本文的后续章节！作者也请大家多多指教！