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何为与门电路,存在的意义是为了什么?

2020-07-29 11:25 来源:互联网 编辑:Emma

今天我们要分享的与门电路,其实是跟单片机能关联上。在阐述与门电路之前,先简单科普下单片机的相关知识!单片机与传统的数字电路又有所不同:传统数字电路和单片机的关系就像非智能手机和智能手机的关系一样,智能手机最大的优势在于它可以安装各种软件游戏,而非智能手机就没有这么强大的功能。单片机也是如此,同样的电路,你可以给它下载各种程序,让它按照你的想法去工作。对于单片机来说,硬件电路是单片机的躯体。

在学习单片机之前,有必要来学习一下单片机的基础电路。

单片机内部主要由数字电路组成,如果我们对这些基础电路有一定的了解,那么在后面的单片机学习中,会更容易理解单片机的内部、外部电路原理。

1. 与门电路的结构

与门电路的结构如图1所示。从图中可以看出,与门电路是由二极管和电阻组成的电路,其中A、B是输入端口,S1、S2为开关,VD1、VD2为二极管,Y是输出端口。+5V的电压经过R1和R2分压后,在E点得到+3V的电压。

何为与门电路,存在的意义是为了什么?

图1 与门的电路结构

2. 与门电路的原理

我们结合上面的与门电路来分析。

当开关S1、S2的位置都位于位置“2”时,A、B端都被连接到地,因此这两点的电压都为0V,此时由于E点的电压是3V,所以二极管VD1和VD2都导通,这样E点的电压马上被拉低到0.7V,因此Y端口输出的电压也变为0.7V。(想一想,为什么E点的电平没有被拉到0V,而是被拉低到0.7V呢?提示一下,二极管都有压降,硅二极管、锗二极管的压降分别是多少呢?集成电路内的二极管一般是硅二极管)

当开关S1拨至位置“2”,同时开关S2拨至位置“1”,则A端接地,电压为0V,B端接到+5V,所以B点电压为5V。由于E点电压为3V,则此时二极管VD1马上导通,E点电压降到0.7V,此时VD2正极电压为0.7V,负极电压为5V,VD2处于截止状态,Y端输出的电压是0.7V。

当开关S1拨至位置“1”,同时开关S2拨至位置“2”,则A端接+5V,电压为5V,B端接到地,所以B点电压为0V。由于E点电压为3V,则二极管VD1截止,此时VD2正极电压为3V,负极电压为0V,VD2处于导通状态,E点电压为0.7V,Y端输出的电压是0.7V。

当开关S1、S2的位置都位于位置“1”时,A、B端都被连接到+5V,因此这两点的电压都为5V,此时由于E点的电压是3V,所以二极管VD1和VD2都截止,这样E点的电压保持为3V,因此Y端口输出的电压也为3V。

在单片机系统中,一般端口电压为0~0.3VCC的,都认为是低电平,用二进制数字“0”表示;电压为0.7VCC~VCC的,都认为是高电平,用二进制数字“1”表示。基于此,我们可以将与门电路的工作原理作如下归纳总结:

当A=0,B=0时,Y=0;

当A=0,B=1时,Y=0;

当A=1,B=0时,Y=0;

当A=1,B=1时,Y=1。

由此可以看出,与门电路的功能是:只有输入端的电平都为高电平时,输出端才会输出高电平。只要有一个输入端为低电平,输出端就会输出低电平。

3. 与门电路的真值表关于真值表,我们一定不陌生,在数字电路中,最常见,最方便分析数字电路的就是真值表。

真值表的目的和功能就是用来来列举电路中各种输入值和输出值得对应关系的表格。它能够让我们直观的看出电路输入与输出之间的关系。

何为与门电路,存在的意义是为了什么?

图2 与门电路的真值表

4. 与门电路的逻辑表达式真值表能够非常直观的描述数字电路中输入和输出的关系,但是它也有缺点:表格绘制比较麻烦并且不便于记忆。

为此数字电路中还有一种逻辑表达式来表示电路输入和输出之间的逻辑关系。

与门电路的逻辑表达式是

Y=A·B

式中的“·”表示“与”,读作A与B(当然,也可读作A乘B)

5. 与门电路的图形符号图1所示的与门电路有多个元件组成,如果我们在电路设计中每用到一个与门都按照图1所示的结构来画的的话,会非常的不方便,所以,一般都会用一个简单的符号来表示与门电路,这个符号一般称为图形符号。

何为与门电路,存在的意义是为了什么?

图3 与门电路的图形符号

6. 与门电路芯片随着集成电路工艺的发展,在现在的数字电路中,已经基本上很少有采用分立元件的与门电路了,现在有专门的集成化的与门集成电路。其外形和结构分别如图4、图5所示。从图5可以看出,74LS08内部有4个与门,每个与门由两个输入端、一个输出端组成。

何为与门电路,存在的意义是为了什么?

图4 与门电路芯片74LS08实物图片

何为与门电路,存在的意义是为了什么?

图5 与门电路芯片74LS08内部结构

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