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数字逻辑电路基础第1页，共78页，编辑于2022年，星期六 1.1 1.1 数字电路基本概念数字电路基本概念5V(V)0t(ms)1020304050数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号模拟信号模拟信号时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。等。数字信号数字信号在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。号，生产线上记录零件个数的记数信号等。第2页，共78页，编辑于2022年，星期六模拟信号数字信号研究对象大小、相位逻辑电平基本单元放大器门电路、触发器分析计算方法工程计算法微变等效分析法图解法真值表、逻辑代数式、卡诺图、波形图晶体管工作状态晶体管工作在放大状态 晶体管工作在开关状态有时候可以用数学函数来表示，有时候完全是随机的第3页，共78页，编辑于2022年，星期六使用高低电平来表示信号。使用高低电平来表示信号。门电路起开关作用。门电路起开关作用。逻辑状态只有逻辑状态只有0，1。易于存储。易于存储。抗干扰，对元件的要求不高。抗干扰，对元件的要求不高。集成度高，通用性强。集成度高，通用性强。1、数字信号的特点、数字信号的特点第4页，共78页，编辑于2022年，星期六2、用逻辑电平描述的数字波形：、用逻辑电平描述的数字波形：第5页，共78页，编辑于2022年，星期六数字波形数字波形逻辑电平对时间的图形表示。逻辑电平对时间的图形表示。脉冲波：脉冲波：当某波形仅有两个离散值时。当某波形仅有两个离散值时。分为：周期波和非周期波分为：周期波和非周期波第6页，共78页，编辑于2022年，星期六矩形波矩形波三角波三角波梯形波梯形波尖顶波尖顶波脉冲信号脉冲信号具有连续和突变特性的信号是脉冲信号脉冲可以分为正脉冲、负脉冲第7页，共78页，编辑于2022年，星期六3、数字信号的主要参数：数字信号的主要参数：一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：Vm信号幅度。信号幅度。T信号的重复周期。信号的重复周期。tW脉冲宽度。脉冲宽度。q占空比。其定义为：占空比。其定义为：第8页，共78页，编辑于2022年，星期六trtfUm0.9Um0.5Um0.1UmtwT实际的矩形脉冲实际的矩形脉冲脉冲周期脉冲幅度脉冲宽度上升时间下降时间第9页，共78页，编辑于2022年，星期六4、数字电路的分类、数字电路的分类（2）制作工艺的不同：双极型（TTL型）单极型（MOS型）（3）工作原理的不同：组合逻辑电路时序逻辑电路（1）按集成度分类：数字电路可分为小规模（SSI，每片数十器件）、中规模（MSI，每片数百器件）、大规模（LSI，每片数千器件）超大规模（VLSI，每片器件数目大于1万）第10页，共78页，编辑于2022年，星期六（1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。（2）基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。（3）位权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。1.2 1.2 数制和码制数制和码制多位数码中每一位的构成方法和低位向高位进位的规则。多位数码中每一位的构成方法和低位向高位进位的规则。一、数制一、数制第11页，共78页，编辑于2022年，星期六数码为：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9110。十进制数的权展开式：1、十进制、十进制1234112233441234103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。即：(1234)101103210231014100又如：(209.04)1021020101910001014102第12页，共78页，编辑于2022年，星期六2、二进制、二进制数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一，即：1110。二进制数的权展开式：如：(101.01)2 122 0211200211 22(5.25)10加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1运算运算规则规则各数位的权是的幂各数位的权是的幂二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。第13页，共78页，编辑于2022年，星期六数码为：07；基数是8。运算规律：逢八进一，即：7110。八进制数的权展开式：如：(207.04)8 282 0817800814 82 (135.0625)103、八进制、八进制4、十六进制、十六进制数码为：09、AF；基数是16。运算规律：逢十六进一，即：F110。十六进制数的权展开式：如：(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)10各数位的权是各数位的权是8的幂的幂各数位的权是各数位的权是16的幂的幂第14页，共78页，编辑于2022年，星期六结论结论一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算规律为逢N进一。如果一个N进制数M包含位整数和位小数，即(an-1an-2a1a0a1a2am)2则该数的权展开式为：(M)2an-1Nn-1an-2Nn-2a1N1a0N0a1N-1a2N-2amN-m由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。第15页，共78页，编辑于2022年，星期六第16页，共78页，编辑于2022年，星期六二进制数的波形表示：二进制数的波形表示：第17页，共78页，编辑于2022年，星期六二、数制转换二、数制转换（1）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。2、二进制数与八进制数的相互转换、二进制数与八进制数的相互转换1101010.01000(152.2)8（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。=011111100.010110(374.26)81、N进制数转换为进制数转换为10进制数进制数第18页，共78页，编辑于2022年，星期六3、二进制数与十六进制数的相互转换、二进制数与十六进制数的相互转换111010100.0110000(1D4.6)16=101011110100.01110110(AF4.76)16二进制数与十六进制数的相互转换，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。4、十进制数转换为二进制数、十进制数转换为二进制数采用的方法基数连除、连乘法原理：将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用基数连除法，小数部分采用基数连乘法。转换后再合并。第19页，共78页，编辑于2022年，星期六整数部分采用基数连除法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采用基数连乘法，先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。所以：(44.375)10(101100.011)2采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的N进制数。第20页，共78页，编辑于2022年，星期六用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。三、编码三、编码 数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。编码2进制8进制10进制 16进制1位2810162位464100256n位2n8n10n16n第21页，共78页，编辑于2022年，星期六 二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。BCD码又分为有权BCD码和无权BCD码。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421BCD码。第22页，共78页，编辑于2022年，星期六第23页，共78页，编辑于2022年，星期六一、基本逻辑运算一、基本逻辑运算设：开关闭合设：开关闭合=“1 1”开关不闭合开关不闭合=“0 0”灯亮，灯亮，L=1L=1 灯不亮，灯不亮，L=0L=0 1.3 1.3 基本逻辑运算基本逻辑运算1 1与运算与运算与逻辑表达式：与逻辑表达式：AB灯L不闭合不闭合闭合闭合不闭合闭合不闭合闭合不亮不亮不亮亮0101BLA0011输输入入0001输出输出与逻辑真值表与逻辑真值表第24页，共78页，编辑于2022年，星期六00=001=0A0010=0A1AY=AB11=1AAA读作：A逻辑乘逻辑乘B，A与与B 与与逻逻辑辑只只有有当当决决定定一一件件事事情情的的条条件件全全部部具具备备之之后后，这这件件事事情情才才会发生。有会发生。有0 0出出0 0，全，全1 1出出1 1。结论：ABY波形图第25页，共78页，编辑于2022年，星期六2 2或运算或运算或逻辑表达式：或逻辑表达式：LA+BAB灯L不闭合不闭合闭合闭合不闭合闭合不闭合闭合不亮亮亮亮0101BLA0011输输入入0111输出输出或逻辑真值表或逻辑真值表第26页，共78页，编辑于2022年，星期六或或逻逻辑辑当当决决定定一一件件事事情情的的几几个个条条件件中中，只只要要有有一一个个或或一一个个以以上条件具备，这件事情就发生。有上条件具备，这件事情就发生。有1 1出出1 1，全，全0 0出出0 0。00=001=1A0A10=1A11Y=AB11=1AAA读作：A逻辑加逻辑加BA或或B结论：第27页，共78页，编辑于2022年，星期六例：图所示为一保险柜的防盗报警电路。保险柜的两层例：图所示为一保险柜的防盗报警电路。保险柜的两层门上各装有一个开关。门关上时，开关闭合。当任一层门上各装有一个开关。门关上时，开关闭合。当任一层门打开时，报警灯亮，试说明该电路的工作原理。门打开时，报警灯亮，试说明该电路的工作原理。F1K 130+5VS1S2第28页，共78页，编辑于2022年，星期六3 3非运算非运算A灯L闭合不闭合不亮亮LA0110非逻辑真值表非逻辑真值表非逻辑表达式：非逻辑表达式：第29页，共78页，编辑于2022年，星期六结论：非非逻逻辑辑某某事事情情发发生生与与否否，仅仅取取决决于于一一个个条条件件，而而且且是是对对该该条条件件的的否否定定。即即条条件件具具备备时时事事情情不不发发生生；条条件件不具备时事情才发生。不具备时事情才发生。1 1出出0 0，0 0出出1 1。读作A非（反）第30页，共78页，编辑于2022年，星期六4 4三种常用复合逻辑三种常用复合逻辑一、与非逻辑0101BLA0011输输入入1110输出输出“与与非非”真值真值表表第31页，共78页，编辑于2022年，星期六4 4三种常用复合逻辑三种常用复合逻辑二、或非逻辑0101BLA0011输输入入1000输出输出“或或非非”真值真值表表第32页，共78页，编辑于2022年，星期六三、与或非逻辑ABCD Y11*0*1100*0*10*01第33页，共78页，编辑于2022年，星期六 异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。0101BLA0011输输入入0110输出输出“异或异或”真值真值表表异或的逻辑表达式为：异或的逻辑表达式为：4异或异或第34页，共78页，编辑于2022年，星期六1.4 1.4 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法一、逻辑变量和逻辑函数一、逻辑变量和逻辑函数普通函数YABC自变量因变量逻辑函数YABC输入逻辑变量输出逻辑变量 逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：（1 1）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0 0和和1 1。（2 2）函函数数和和变变量量之之间间的的关关系系是是由由“与与”、“或或”、“非非”三三种种基基本本运算决定的。运算决定的。第35页，共78页，编辑于2022年，星期六建立逻辑函数实例建立逻辑函数实例例1控制楼道照明开关电路，A、B分别装于楼上楼下，上楼之前，楼下开灯，上楼之后，楼上关灯解：设A、B合于左侧为0态，右侧0为1态，灯亮为1，灯灭为0提问：开关A、B共有几种组态？、状态分析：真值表ABY0（左）01（亮）0101（右）00111（亮）第36页，共78页，编辑于2022年，星期六、灯亮逻辑表达式：与或式逻辑分析：“同出1，异出0”称为同或门ABYY并记为、逻辑图：第37页，共78页，编辑于2022年，星期六二、逻辑函数的表示方法二、逻辑函数的表示方法 1 1真值表真值表将输入逻辑变量的各种可能取值和相应的函将输入逻辑变量的各种可能取值和相应的函数值排列在一起而组成的表格。数值排列在一起而组成的表格。2 2函数表达式函数表达式由逻辑变量和由逻辑变量和“与与”、“或或”、“非非”三种运算符所构成的表达式。三种运算符所构成的表达式。3 3逻辑图逻辑图由逻辑符号及它们之间的连线而构成的图形。由逻辑符号及它们之间的连线而构成的图形。4 4。波形图，是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平。波形图，是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。第38页，共78页，编辑于2022年，星期六（1）常量之间（2）基本公式1.5 1.5 逻辑代数运算逻辑代数运算一、常用公式一、常用公式第39页，共78页，编辑于2022年，星期六（3）基本定理第40页，共78页，编辑于2022年，星期六（4）常用公式第41页，共78页，编辑于2022年，星期六（5）代入规则：任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入规则。*（6）反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“”换成“”，“”换成“”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原原原原变变变变量量量量换换换换成成成成反反反反变变变变量量量量，反反反反变变变变量量量量换换换换成成成成原原原原变变变变量量量量，那么所得到的表达式就是函数Y的反函数Y（或称补函数）。这个规则称为反演规则。第42页，共78页，编辑于2022年，星期六一个逻辑函数的表达式如下5种表示形式。一种形式的函数表达式相应于一种逻辑电路。尽管一个逻辑函数表达式的各种表示形式不同，但逻辑功能是相同的。二、逻辑函数的表达式二、逻辑函数的表达式第43页，共78页，编辑于2022年，星期六逻辑函数化简的意义：逻辑表达式越简单，实现它的电路越简单，电路工作越稳定可靠。三、最简与或表达式三、最简与或表达式乘积项最少、并且每个乘积项中的变量也最少的与或表达式。最简与或表达式最简与或表达式其他略第44页，共78页，编辑于2022年，星期六四、逻辑函数的公式化简法四、逻辑函数的公式化简法1 1、并项法、并项法逻辑函数的公式化简法就是运用逻辑代数的基本公式、定理和规则来化简逻辑函数。利用公式1，将两项合并为一项，并消去一个变量。第45页，共78页，编辑于2022年，星期六2 2、吸收法、吸收法（）利用公式，消去多余的项。（）利用公式+，消去多余的变量。第46页，共78页，编辑于2022年，星期六、配项法、配项法（）利用公式（），为某一项配上其所缺的变量，以便用其它方法进行化简。（）利用公式，为某项配上其所能合并的项。第47页，共78页，编辑于2022年，星期六、消去冗余项法、消去冗余项法利用冗余律，将冗余项消去。第48页，共78页，编辑于2022年，星期六例例3.1化简逻辑函数：化简逻辑函数：解：解：（利用（利用）（利用（利用A+AB=A）（利用（利用 ）代数化简法的优点：不受变量数目的限制。代数化简法的优点：不受变量数目的限制。缺缺点点：没没有有固固定定的的步步骤骤可可循循；需需要要熟熟练练运运用用各各种种公公式式和和定定理理；需需要要一一定的技巧和经验；不易判定化简结果是否最简。定的技巧和经验；不易判定化简结果是否最简。第49页，共78页，编辑于2022年，星期六1.3 1.3 逻辑门电路逻辑门电路一、半导体元件的开关特性一、半导体元件的开关特性二、分立元件门电路二、分立元件门电路三、复合逻辑门电路三、复合逻辑门电路四、四、TTLTTL集成与非门集成与非门五、其他五、其他TTLTTL门门六、六、CMOSCMOS集成逻辑门集成逻辑门第50页，共78页，编辑于2022年，星期六一、半导体元件的开关特性一、半导体元件的开关特性1 1、二极管开关特性二极管开关特性二极管开关特性二极管开关特性正极负极uDUi0.5V时，二极管导通。第51页，共78页，编辑于2022年，星期六晶体管的三种工作状态：晶体管的三种工作状态：（二）（二）饱和状态饱和状态集电结、发射结均反向偏置，即集电结、发射结均反向偏置，即UBE0（2）IC UC/RC UCE 0（三）（三）截止状态截止状态即即UCEVBVE且且IC=IB（一）（一）放大状态放大状态2 2、三、三极管的开关特性极管的开关特性第52页，共78页，编辑于2022年，星期六饱和区截止区放大区第53页，共78页，编辑于2022年，星期六1二极管与门电路二极管与门电路输 入输出VA（V）VB（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V0V0V5V0101BLA0011输输入入0001输出输出与逻辑真值表与逻辑真值表二、分立元件门电路二、分立元件门电路第54页，共78页，编辑于2022年，星期六 2或门电路或门电路输 入输出VA（V）VB（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V5V5V5V0101BLA0011输输入入0111输出输出或逻辑真值表或逻辑真值表第55页，共78页，编辑于2022年，星期六3、三极管非门电路、三极管非门电路输 入输 出VA（V）VL（V）0V5V5V0VLA01输输入入10输输出出非逻辑真值表非逻辑真值表第56页，共78页，编辑于2022年，星期六1.与门和非门构成与非门与门和非门构成与非门 Y=ABCY=A+B+CABCY&2.或门和非门构成或非门或门和非门构成或非门 ABCY1有有0出出1全全1则则0有有1出出0全全0则则1三、三、复合逻辑门电路复合逻辑门电路第57页，共78页，编辑于2022年，星期六3.3.异或门异或门异或门异或门 Y=AB+AB4.4.同或门同或门同或门同或门AC=YY=AB+ABABY=1真值表真值表AB00011011Y0110=A B真值表真值表AB00011011Y1001=A B.第58页，共78页，编辑于2022年，星期六1、TTL与非门的内部基本结构与非门的内部基本结构四、四、TTL集成与非门集成与非门+5vABCR1C1B1有有0出出1全全1出出0第59页，共78页，编辑于2022年，星期六2 2、TTLTTL集成与非门芯片集成与非门芯片TTL集成集成与非门就是将若干个与非门电路，经过集与非门就是将若干个与非门电路，经过集成电路工艺制作在同一芯片上。成电路工艺制作在同一芯片上。&+VC1413121110981234567地地74LS00&74LS00组件含有四个两输入端的与非门。第60页，共78页，编辑于2022年，星期六74LS10内含内含3个个3输入与非门，输入与非门，74LS20内含内含2个个4输入与非门。输入与非门。第61页，共78页，编辑于2022年，星期六1 17474系列系列为为TTL集成电路的早期产品，属中速集成电路的早期产品，属中速TTL器件。器件。2 27474L系列系列为低功耗为低功耗TTL系列，又称系列，又称LTTL系列。系列。3 37474H系列系列为高速为高速TTL系列。系列。4 47474S系列系列为肖特基为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。系列，进一步提高了速度。574LS系列系列为低功耗肖特基系列。为低功耗肖特基系列。674AS系列系列为先进肖特基系列，为先进肖特基系列，774ALS系列系列为先进低功耗肖特基系列。为先进低功耗肖特基系列。3 3、TTLTTL集成芯片的发展和分类集成芯片的发展和分类第62页，共78页，编辑于2022年，星期六ABCDE4 4、TTLTTL芯片的电压传输特性及相关参数芯片的电压传输特性及相关参数电压传输特性曲线：电压传输特性曲线：Vo=f（Vi）AB截止区BC下降段CD转折段DE低电平段UiUon=1.5V输出低电平阈值电压UT1.4V输出高电平UOH3.4V输出低电平UOL0.4V第63页，共78页，编辑于2022年，星期六（1）输出高电平电压VOH在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。VOH的理论值为3.6V，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V。（2）输出低电平电压VOL在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。VOL的理论值为0.3V，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V。（3）阈值电压（4）扇出系数几个重要参数几个重要参数第64页，共78页，编辑于2022年，星期六电子液位控制器电路原理图电子液位控制器电路原理图提示：液面上升，液体导电提示：液面上升，液体导电&G3R31A3R3R32&G1R11A1R1R12&G2R21A2R2R22G4VKDK1230控制电路控制用KSVCC与非门的应用液箱HAD1D2D3第65页，共78页，编辑于2022年，星期六五、五、其它类型的其它类型的TTL集成与非门集成与非门AYB&1、集电极开路与非门（、集电极开路与非门（OC门门OpenCollector）电路及逻辑符号：电路及逻辑符号：特点：特点：1、应用时必须外接、应用时必须外接RL2、VCC可大于可大于5V，也可小于，也可小于5VABY+VY12312313CC（+5V）ABVVRV1.6K4K1KR11252R3在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，称为线与。称为线与。普通的普通的TTL门电路不能进行线与门电路不能进行线与。为此，专门生产了一种可以。为此，专门生产了一种可以进行线与的门电路进行线与的门电路集电极开路门。集电极开路门。第66页，共78页，编辑于2022年，星期六（b）驱动继电器）驱动继电器应用举例：应用举例：（1 1）OCOC门可直接驱动显示器件和执行机构：门可直接驱动显示器件和执行机构：VCC（5V）360LEDAYB&AB&+20V220VMKK（a）驱动发光二极管）驱动发光二极管LED第67页，共78页，编辑于2022年，星期六（2）OC门的线与功能：门的线与功能：OC门的输出端可以直接并接，图中门的输出端可以直接并接，图中只要有一个门的输出为低电平，则只要有一个门的输出为低电平，则Y输出为低电平，只有所有门的输出输出为低电平，只有所有门的输出为高电平，为高电平，Y输出才为高电平，因此输出才为高电平，因此相当于在输出端实现了线与的逻辑相当于在输出端实现了线与的逻辑功能：功能：ABCDVCC&RL（图3-23）若使用与非门实现线与的逻辑功能若使用与非门实现线与的逻辑功能&ABCDY第68页，共78页，编辑于2022年，星期六2 2、三态输出与非门：、三态输出与非门：（TSL门门ThreeStategateLogic)电路及逻辑符号：电路及逻辑符号：&ENABYEN+VY13123D123D13ABV11R5VRCCV42V2R2R35EN1GEN（图3-24）2V3R4功能说明：功能说明：EN为控制端且低电平有效，为控制端且低电平有效，当当EN=0时，时，Y=AB，正常态；，正常态；当当EN=1时，时，V4、V5均截止，高均截止，高阻态。阻态。第69页，共78页，编辑于2022年，星期六三态门的应用三态门的应用作为作为TTL电路与总线间的接口电路：电路与总线间的接口电路：EN1=EN3=0时，门时，门1、3输出输出为高阻态，相当于开路为高阻态，相当于开路EN21，允许门，允许门2接入总线。接入总线。AEN&BAEN&BAEN&BENENEN111222333总线Y1Y2Y3123第70页，共78页，编辑于2022年，星期六六、六、CMOS集成逻辑门集成逻辑门常用的CMOS门电路在类型、种类上几乎与TTL数字电路相同，因此前面以TTL门电路为例所介绍的各种应用同样适用于CMOS门电路。MOS电路电路又称场效应集成电路，属于单极型数字集成电路单极型数字集成电路。单极型数字集成电路中只利用一种极性的载流子（电子或空穴）进行电传导。它的主要优点是输入阻抗高输入阻抗高、功耗低功耗低、抗干扰能力强抗干扰能力强且适适合大规模集成合大规模集成。特别是其主导产品CMOS集成电路有着特殊的优点，如静态功耗几乎为零，输出逻辑电平可为VDD或VSS，上升和下降时间处于同数量级等，因而CMOS集成电路产品已成为集成电路的主流之一。1、预备知识：、预备知识：第71页，共78页，编辑于2022年，星期六逻辑关系：逻辑关系：（1 1）当）当uI=“0 0”时，时，V VN截止，截止，V VP导通，导通，输出输出u uO=“1 1”（2 2）当）当uI=“1 1”时，时，V VN导通，导通，V VP截止，截止，输出输出u uO=“0 0”2、CMOS逻辑门电路的基本单元逻辑门电路的基本单元CMOS逻辑门电路是由逻辑门电路是由N沟道沟道MOSFET和和P沟道沟道MOSFET互补而成。互补而成。CMOS反相器：反相器：VDDVPVN（图（图3-26）uIuo第72页，共78页，编辑于2022年，星期六（1 1）当当C=1，=0=0时时，VN管管导导通通，VP管管导导通通,相相当当于于一一闭闭合合开开关关，将将输输入传到输出，即入传到输出，即u uo=u=ui。（2 2）当当C=0 0，=1=1时，时，V VN和和V VP都截止，输出呈高阻状态，都截止，输出呈高阻状态，相当于开关相当于开关断开。断开。CMOS传输门：传输门：CCTGui/uouou/i uuCCV0VDDVNVPi/uoo/ui第73页，共78页，编辑于2022年，星期六传传输输门门的的一一个个重重要要用用途途是是作作模模拟拟开开关关，它它可可以以用用来来传传输输连连续续变变化化的的模模拟拟电压信号。电压信号。模模拟拟开开关关的的基基本本电电路路由由CMOS传传输输门门和和一一个个CMOS反反相相器器组组成成，如如图图所所示示。当当C=1时时，开开关关接接通通，C=0时时，开开关关断断开开，因因此此只只要要一一个个控控制制电电压压即即可可工工作作。和和CMOS传输门一样，模拟开关也是双向器件。传输门一样，模拟开关也是双向器件。UI/UOUO/UISWUI/UOUO/UIC(b)TG1C(a)3、CMOS逻辑门逻辑门:模拟开关模拟开关第74页，共78页，编辑于2022年，星期六4、CMOS集成电路系列集成电路系列CMOS门电路不断改进工艺，正朝着高速、低耗、大驱动能力、低电源电压的方向发展。BiCMOS集成电路的输入门电路采用CMOS工艺，其输出端采用双极型推拉式输出方式，既具有CMOS的优势，又具有双极型的长处，已成为集成门电路的新宠。普通4000系列CMOS电路74系列的高速CMOS电路CMOS电路分类：输入电平输出电平74LSTTL电平TTL电平74HCCOMS电平COMS电平74HCTTTL电平COMS电平HCU适用于无缓冲级的CMOS电路。第75页，共78页，编辑于2022年，星期六5、CMOS集成电路特点集成电路特点功耗低，比功耗低，比TTL小小工作电压范围宽工作电压范围宽逻辑摆幅大逻辑摆幅大抗干扰能力比抗干扰能力比TTL强强输入阻抗高，带负载能力比输入阻抗高，带负载能力比TTL强。强。温度稳定性能好温度稳定性能好扇出能力强扇出能力强抗辐射能力强抗辐射能力强可控性好可控性好接口方便接口方便低速低速CMOS芯片工作速度一般比芯片工作速度一般比TTL慢。慢。容易受静电感应击穿，使用时应注意静电屏蔽，容易受静电感应击穿，使用时应注意静电屏蔽，工作时不用的输入端不能悬空。工作时不用的输入端不能悬空。功耗低功耗低CMOS集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗（在1MHz工作频率时）也仅为几mW。工作电压范围宽工作电压范围宽CMOS集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产CC4000系列的集成电路，可在318V电压下正常工作。逻辑摆幅大逻辑摆幅大CMOS集成电路的逻辑高电平1、逻辑低电平0分别接近于电源高电位VDD及电源低电位VSS。当VDD=15V，VSS=0V时，输出逻辑摆幅近似15V。因此，CMOS集成电路的电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。抗干扰能力强抗干扰能力强CMOS集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于VDD=15V的供电电压（当VSS=0V时），电路将有7V左右的噪声容限。输入阻抗高输入阻抗高CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达1031011，因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。温度稳定性能好温度稳定性能好由于CMOS集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而CMOS集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55 +125；塑料封装的电路工作温度范围为-45 +85。扇出能力强扇出能力强扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于CMOS集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当CMOS集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，一般可以驱动50个以上的输入端。抗辐射能力强抗辐射能力强CMOS集成电路中的基本器件是MOS晶体管，属于多数载流子导电器件。各种射线、辐射对其导电性能的影响都有限，因而特别适用于制作航天及核实验设备。可控性好可控性好CMOS集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制，其输出的上升和下降时间的典型值为电路传输延迟时间的125%140%。接口方便接口方便因为CMOS集成电路的输入阻抗高和输出摆幅大，所以易于被其他电路所驱动，也容易驱动其他类型的电路或器件。第76页，共78页，编辑于2022年，星期六6、CMOS与与TTL门电路的连接门电路的连接图TTL门驱动CMOS门连接电路TTL/CMOS电平转换器TTL驱动驱动CMOS与门电路与门电路CMOS驱动驱动TTL与门电路略，见书与门电路略，见书P15第77页，共78页，编辑于2022年，星期六第78页，共78页，编辑于2022年，星期六