【备战软考(嵌入式系统设计师)】11 - 硬件电路基础

逻辑门电路

首先我们需要先了解三个最基础的门电路,可以说我们一切的电子产品的基石就是这哥仨,它们就与,或,非。

与门和或门有两个输入端,一个输出端;非门有一个输入端一个输出端。

在我们数字电路中,使用逻辑'1'和逻辑'0'来表示高电平和低电平,也就是两种状态,这也是计算机中普遍(之前苏联搞过三进制计算机)用的是二进制,因为我们的电路只有高低电平两种状态,我们可以使用高电平来表示二进制里的1,低电平表示二进制里的0。

那么知道了我们的电子元件工作状态分为逻辑0和逻辑1之后我们再回过头看看上面哥仨,它们的工作状态又是怎么样的呢。

先来看看与门,我下面的演示使用的是proteus,不仅可以画原理图还可以直接仿真运行,缺点就是需要破解以及操作很反人类,所以我基本不用,这里需要演示一下电路图才用一用。

与门一共有两个输入端,每个端口的工作状态是两种,因此对应着的有2^2种不同的情况,也就是上面四种,我们可以发现只有第一种情况输出的是逻辑1,其他都是逻辑0。这是因为只有当两个输入都为逻辑1时,与门的输出才会为1,否则都是0。

接下来看看或门。

或门可以说是和与门相反,只有当两个输入端都为逻辑0时输出才会0,其他情况都会是逻辑1。

接下来看看非门,非门只有一个输入端,因此只有两种情况,从它的名字我们也可以猜出,它的功能就是将输入端的信号反过来。

除了这仨之外还有两个门电路比较常见,不过这俩是由上面三个组合而来的,分别是与非门和或非门,也就是在与门和或门的输出端再加个非门。在符号表示上面就是在与门和或门的输出的地方加个小圆圈。

看得出来与非门的输出结果和与门的结果是相反的,或非门和或门的结果也是相反的。

上面各个门电路的不同输入对应的输出的表格叫做真值表,下面以与门的真值表来举例。

真值表要求包含所有的输入情况,以及每种输入情况只能有一种输出情况。

刚接触数字电路的小伙伴可能会说,难道我要把这五种门电路的真值表都背下来嘛。实际上是不需要的,我们只需要理解性记忆即可,就记住与门是两个输入都需要为逻辑1,输出才为1,或门是只要一个输入为逻辑1,输出就为1,非门就是翻转输入。剩下的与非和或非就是与门+非门和或门+非门。

组合逻辑电路

逻辑电路可以分为两种,一种是可以存储数据的,另一种是不能存储数据的。

不能存储数据的是组合逻辑电路,它的输出值只取决于当前的输入值。

LED数码管

数码管由多个LED发光二极管组成。

我们知道,LED发光二极管需要让其正向导通才会亮,因此要让这个数码管亮起来就需要让它内部的LED正向导通。

首先我们需要确认的是手上的数码管是共阳极还是共阴极。共阳极的意思就是数码管内所有LED的阳极都是固定接在一起,并且阳极给的是高电平,如果要让LED亮,只需要在特定的管脚接入低电平即可。

如果是共阴极,那么就代表着数码管内所有LED的阴极都是固定接在一起,并且阴极给的是低电平,如果要让LED亮,我们就给高电平。

低电平的驱动能力要强于高电平,因此一般来说共阳极的数码管用的比较多。

译码器

如果我们要驱动一个数码管的话,需要7个管脚(具体情况具体分析,上面举例的数码管是7管脚的)。如果我们使用单片机去驱动的话对应GPIO口有些浪费,那么有没有什么办法能省一些引脚呢?答案是译码器。

如果是使用二进制去表示8个数,只需要三个bit,因此我们省管脚的思路就在这里了,我们只需要三个管脚就可以去表示八个数,跟上面直接使用七个管脚相比省了一半还多。

译码器的原理就是将我们输入端的二进制翻译成十进制,比如上图,左边输入的逻辑电平是101,翻译成十进制就是5,因此右侧输出端的五号引脚就输出了低电平,其余为高电平,同理,如果我们要右侧7号引脚输出低电平,则只需要控制左侧的输入为111即可。

左侧下面三个管脚是使能信号,E1~3都需要高电平,译码器才会工作,由于E2和E3在输入端加了个小圆圈,是取非的意思,因此要使能译码器就是给E1逻辑1,给E2和E3逻辑0即可。

时序逻辑电路

可以存储数据的是时序逻辑电路,它的输出值不仅取决于当前的输入状态,还取决于存储单元中的值。

最经典的时序逻辑电路是触发器,触发器可以存储一个bit的二值信号。

触发器又分为电位触发方式触发器和边沿触发方式触发器。

我就不画了(protues不好用,而且我懒),直接从百度拿图了。

电位触发方式触发器

边沿触发方式触发器

不同去记这些触发器是如何构成的,感兴趣的小伙伴可以去研究研究它们是如何存储数据的,剩下我们就记住几个时序逻辑电路,就是能认出啥啥元器件是时序逻辑电路还是组合逻辑电路就行。

常见的时序逻辑电路有寄存器,移位器,计数器等。

其实很好分辨的,能存数据的就是时序逻辑电路,存不了数据的就是组合逻辑电路。

相关推荐
幽兰的天空1 小时前
默语博主的推荐:探索技术世界的旅程
学习·程序人生·生活·美食·交友·美女·帅哥
Rstln1 小时前
【DP】个人练习-Leetcode-2019. The Score of Students Solving Math Expression
算法·leetcode·职场和发展
嵌新程1 小时前
day03(单片机高级)RTOS
stm32·单片机·嵌入式硬件·freertos·rtos·u575
Lin2012301 小时前
STM32 Keil5 attribute 关键字的用法
stm32·单片机·嵌入式硬件
电工小王(全国可飞)2 小时前
STM32 RAM在Memory Map中被分为3个区域
stm32·单片机·嵌入式硬件
maxiumII2 小时前
Diving into the STM32 HAL-----DAC笔记
笔记·stm32·嵌入式硬件
行則独善其身4 小时前
计算机网络-VPN虚拟专用网络概述
程序人生
陪学4 小时前
百度遭初创企业指控抄袭,维权还是碰瓷?
人工智能·百度·面试·职场和发展·产品运营
美式小田4 小时前
单片机学习笔记 9. 8×8LED点阵屏
笔记·单片机·嵌入式硬件·学习
兰_博5 小时前
51单片机-独立按键与数码管联动
单片机·嵌入式硬件·51单片机