【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。