14、数字逻辑电路：从基础到实践

数字逻辑电路：从基础到实践

一、数字电路基础应用

1.1 开关消抖与数字输出到灯光

在数字电路中，开关消抖是一个常见的问题。有一种方法是使用振荡器来实现开关消抖，不过要注意，该电路产生的数字信号会与方波同步，这在某些应用（如游戏）中可能并不理想。

数字输出到灯光是数字电路的一个常见应用。过去的科幻电影常把计算机描绘成带有许多闪烁灯光的复杂设备，这些灯光其实就是数字输出的结果。如今，发光二极管（LED）成为了数字输出的主力军，它能传达简单直观的“是/否”信息。

LED 要正常发光，需要特定方向且约 20 mA 的电流通过。有一个简单的电路可用于用数字门驱动 LED，该电路虽简单，但有一些特殊之处：LED 在逻辑 0 时点亮，这与门的布线方式有关，门善于吸收电流但不善于提供电流。此外，与 LED 串联的电阻用于限制电流（约 180Ω），同时要注意 LED 的引脚方向，较长的引脚电位应高于较短的引脚。

1.2 数字版井字棋游戏电路设计

假设要构建一个数字版的井字棋游戏，无需计算机，仅用数字电路即可。需要一个 3×3 的九宫格区域，“×”用红色 LED 表示，“〇”用绿色 LED 表示。每个区域都需要一个包含两个开关和两个 LED 的电路，在选择“×”或“〇”之前，两个灯都应熄灭。

为实现这一功能，每个 LED 都需要一个触发器，这里选择 D 触发器。由于逻辑 0 激活灯光，所以将每个 LED 连接到相应触发器的 Q 输出端。游戏结束时，需要一个全局复位按钮连接到所有触发器的预设输入端。在这个设计中，触发器的 D 输入永久为逻辑 1，时钟输入连接到（消抖后的）按钮。按下按钮时，相应触发器的 Q 输出变