1. 什么是"模拟"和"数字"
2. AND电路
3. OR电路
4. NOT电路
什么是"模拟"和"数字"
在自然界中,象声音、温度、光等信息是以连续的值进行变化的。这种连续值就称作"模拟"。而在计算机的世界里，信息是以一段一段的离散值表示的。这种离散值就称作"数字"。
于是，我们把处理连续信息的——模拟信号的电路称作"模拟电路"，把处理离散信息——数字信号的电路称作"数字电路"。
为了将连续值（模拟信号）转换为离散值（数字信号），要对模拟信号进行"舍去"和"进位"处理。这种处理造成信息缺失,而产生了误差。而为了减少误差，就需要缩短转换间隔和增加转换时的位数。
那么，"把模拟信号数字化"的好处在哪里呢？它的好处就在于，数字信号有较强的抗噪音能力，不容易被破坏，计算机处理起来比较容易。
强大的"2进 制"
数字信号表现数值的方法之一是"2进制"。2进制是以"0"和"1"表现数值的，各位数都是2的阶乘。比如，4位2进制可以表现的整数是从0到15的值（ 表1）。更大的数值就要通过增加位数来表现了。
最初在数字信号中使用2进制的原因是因为电路的"开"和"关"可以很方便地用"1"和"0"来表示。并且，开（"1"）和关（"0"）在实际的 IC中分别用"H"和"L" 表现高电压状态和低电压状态。
在一般的CMOS IC中，当电源电压为5V时，L表现为1.35V以下，H表现为3.15以上。像这样用"0" 和"1"表示一定的电压范围，就可以形成在一定范围噪音下，不会发生误操作的牢固电路结构。
数字电路抗噪音强的理由，大家明白了吗？没错，是因为用了2进制来表现数值。
下面我们对3种基本逻辑电路进行说明。
串联电路，AND电路
AND电路也被称为“ 逻辑与”，只有当两个输入同时为1时，才会输出1。
◇逻辑表达式
用“・”表示 （例）Y=A・B
◇电路符号
- 开关A（SW A）的“开”和“关”表示输入A的“1”和“0”
- 开关B（SW B）的“开”和“关”表示输入B的“1”和“ 0”
- LED Y的亮起和熄灭以输出Y的“1”和“0”表示
- 开关A和开关B都为“开”时，LED Y点亮
- 开关A或B只有一个为“开”，另一个为“关”时，LED Y熄灭
- 开关A和开关B都为“关”时，LED Y熄灭
基本逻辑电路也称作门（gate）电路，可以通过单个输入来固定输出（关闭门），或反映输出（打开门）。
AND电路的门电路的工作情况可以用图2的电路图进行说明。
- A或B的开关之一固定为“关”，LED保持熄灭，也就是说输出固定为“关”（关闭门）
- 相反，A或B的开关之一固定为“开”，未固定的另一个输入能够直接反映输出（打开门）
并联电路、OR电路
OR电路也被称为“逻辑或”，只要有任何一个输入为1，或者都为1的情况下，都会输出1。
◇逻辑表达式
用“＋”表示 （例）Y=A＋B
◇电路符号
- 由于是并联电路，因此开关A（SW A）或开关B（SW B）中任意一个为“开”，或两者均为“开”时，LED Y就点亮。
OR电路的门功能与 AND电路的工作方式正好相反。
- A和B的开关之一固定为“开”时，LED保持点亮，也就是说输出固定为“开”（关闭门）
- 相反，A和B的开关之一固定为 “关”，未固定的另一个输入能够直接反映输出（打开门）
NOT电路也被称作变频或反向电路，具有将输入反向输出的功能。是输入为1时输出0，输入0时输出1的电路。
◇逻辑表达式
用“¯”表示 （例）Y=A
◇电路符号
接下来讲将讲解数字IC的基础和组合电路。
1. 概述
2. 逻辑IC
3. 扇出
4. 组合逻辑
5. 输出信号
6. 解码器
数字集成电路是指集成了一个或多个门电路的半导体元器件。数字集成电路拥有多个种类，根据用途不同，可分为如下几类。
微处理器(microcomputer)：进行各种处理的集成电路
存储器：记录数据的集成电路
标准逻辑IC：通过集成电路的组合实现各类功能的逻辑电路
专用逻辑IC：特定用途集成电路，允许用户设计自己专用的逻辑电路
标准逻辑IC”是将逻辑电路的基本要素和可共通使用的功能集合于一体的小规模集成电路，是构成逻辑电路的基本要素。
本期将着重讲解“标准逻辑IC”，学习数字IC的知识。
数字IC和标准逻辑IC
“标准逻辑IC”的种类约有600多种，有最单纯的逻辑电路IC，也有高功能的、含有逻辑运算的IC。
大致可分为TLL集成电路与CMOS集成电路两种。
TTL (Transistor-transistor logic) IC：电路的主要部分由双极性晶体管构成，工作电压为5V。
不同的逻辑电平，将无法传输信号，还有可能损坏集成电路。
在TTL IC中，判断标准如下：
输入信号时，2.0V以上为“高（High）”，0.8V以下为“低（Low）”
输出信号时，0.4V以下为“低（Low）”，2.4V以上“高（High）”
TTL IC就是根据规定的TTL接口标准制作的，该标准规定了输入输出电压与逻辑之间的关系。因此，在TTL IC之间传递信号时，不需要考虑逻辑电平的问题。
但是，CMOS IC拥有许多系列，各个系列的逻辑电平各不相同。有时还会根据电源电压发生变化。因此，需要根据逻辑电平进行连接。
注意误操作和扇出
在连接“标准逻辑IC”时，需要考虑一个输出最大可连接的IC数量。
在TTL IC中，可连接IC的数量受到输出电流的限制，我们把允许连接的IC上限个数称为扇出。只要想起TTL IC是由双极性晶体管构成的，就能容易地想象出开关切换时是需要电流的。TTL IC的扇出可以通过输出电流除以输入电流来求出（图3）。需要注意的是如果连接的IC个数超过了扇出数，将无法保证输出的逻辑电平。
在CMOS IC的数据表中，通过传播延迟时间的测量方法明确记载了负载容量。如超过负载容量，传播延迟时间将变长，可能引起误操作，需要注意。
漏极开路是指不能输出高电平(High)的FET(如图A右图)。在漏极开路的电路中，不存在通常CMOS IC输出段（如图A左图）中和VCC相连的MOSFET，所以，无法输出高电平。只能输出Low或高阻抗（输出端和电路是断开的，是一个无法输出电流和电压的状态）。
在高阻抗的情况下，由于输出不稳定，因此需要通过电阻和电源相连，把输出端固定在High电平下使用。该电阻称为上拉电阻。
由于上拉电阻连接的电压不需要与电源电压相同，因此可以连接逻辑电平不同的IC。
逻辑电路中，只通过输入信号的组合方式决定输出的逻辑电路称作“组合逻辑电路”。
相反，内部拥有记忆电路和同步电路，只通过输入信号的组合无法决定输出的逻辑电路被称作“时序逻辑电路”。
本期只对前者“组合逻辑电路”进行讲解。
“组合逻辑电路”是通过组合多个AND、OR、NOT、XOR等逻辑门而构成的。可以理解为用多个逻辑门的排列就能实现多种功能的电路。
首先让我们来看看“组合逻辑电路”的代表元器件，多路复用器和解码器。
可选择输出信号的多路复用器
多路复用器是可以从多个输入信号中选择一个输出信号的信号切换器。可以通过自动售货机来想象其工作模式。各种饮料的按钮就是输入信号，当按下选择按钮后，从同一出货口可以拿到各种饮料。
如果用开关说明多路复用器的工作原理，如图5所示。开关A包括4个纵向联动开关。开关B也是一样。那么，当开关A为0，开关B也为0时，可以看到输入0连接到输出上，也就是输入0的信号被输出。同样，当开关A为1，开关B为0时，输入1的信号将连接到输出上。当开关A为0，开关B为1时，输出2的信号将连接到输出上。当开关A为1，开关B为1时，输入3的信号将连接到输出上。也就是说，可以通过开关A和开关B从4个输入中选择一个输出。这就是实现信号切换的多路复用器电路。
判断输入的解码器
请看解码器的真值表（图8）。由该表可知， 2个输入信号可通过4个输出信号中的一个输出。比如当两个输入为二进制时，让4个输出信号分别对应十进制的0、1、2、3，就可以认为这是一个将二进制解码为十进制的电路。
来源：renesas
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