逻辑电路、触发器.ppt

逻辑电路基本单元逻辑电路基本单元一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用二、二、触发器的功能及应用触发器的功能及应用一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用l用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为门电路。电路统称为门电路。l门电路是构成数字电路的基本单元门电路是构成数字电路的基本单元。l门电路的工作基础是利用半导体器件的开关特门电路的工作基础是利用半导体器件的开关特性。性。l门电路按构成方式不同，可分为分立元件门电门电路按构成方式不同，可分为分立元件门电路和集成门电路两类。路和集成门电路两类。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l1.晶体二极管开关特性晶体二极管开关特性l晶体二极管的开关特性表现在正向导通和反向晶体二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止两种状态的转换过程。截止两种状态的转换过程。l当二极管加正向电压时，其正向电阻很小，呈当二极管加正向电压时，其正向电阻很小，呈导通状态，相当于开关闭合；当二极管加反向导通状态，相当于开关闭合；当二极管加反向电压时，其反向电阻很大，呈截止状态，相当电压时，其反向电阻很大，呈截止状态，相当于开关断开。于开关断开。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(1)静态静态开关特性开关特性l当当uD大于大于0.5V时时，二极管，二极管导导通通，电电流流iD随随电压电压uD的增加按指数的增加按指数规规律律 很快地增加。很快地增加。l当当uD=0.7V时时，特性，特性 曲曲线线已已经经很陡，即很陡，即iD在在 一定范一定范围围内内变变化化时时，uD基本上保持不基本上保持不变变。l当当uD0.5V时时，iD很小，二极管很小，二极管处处于截止状于截止状态态。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l二极管开关等效电路二极管开关等效电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(2)动态开关特性动态开关特性l指二极管由正向导通到反向截止，或由反向截指二极管由正向导通到反向截止，或由反向截止到正向导通的瞬时特性。止到正向导通的瞬时特性。l由于电荷存储效应的存在，二极管从导通到截由于电荷存储效应的存在，二极管从导通到截止的转换需要一个过程，即存在着一定的时间止的转换需要一个过程，即存在着一定的时间延迟。延迟。l开通时间开通时间l反向恢复时间反向恢复时间一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l2.晶体三极管开关特性晶体三极管开关特性l晶体三极管的开关作用对应于有触点开关的晶体三极管的开关作用对应于有触点开关的“断开断开”与与“闭合闭合”。l三极管作为一个开关来使用三极管作为一个开关来使用时时，只能工作在饱，只能工作在饱和状态和截止状态，对应于开关的闭合和断开。和状态和截止状态，对应于开关的闭合和断开。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(1)三极管的开关特性三极管的开关特性l三极管开关及其等效电路：三极管开关及其等效电路：一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l三极管开关电路在输入电压为低电平时，三极三极管开关电路在输入电压为低电平时，三极管工作在截止状态，相当于开关断开，在开关管工作在截止状态，相当于开关断开，在开关电路的输出端输出高电平；电路的输出端输出高电平；l当输入电压为高电平时，三极管工作在深度饱当输入电压为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，相当于开关闭合，在开关电路的输出和状态，相当于开关闭合，在开关电路的输出端输出低电平。端输出低电平。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(2)三极管的动态开关特性三极管的动态开关特性l当三极管在截止与当三极管在截止与饱饱和和导导通两种状通两种状态间态间迅速迅速转转换时换时，三极管内部，三极管内部电电荷的建立和消散都需要一荷的建立和消散都需要一定的定的时间时间，因而集，因而集电电极极电电流流iC的的变变化必然滞后化必然滞后于于输输入入电压电压uI的的变变化，从而化，从而导导致开关致开关电电路的路的输输出出电压电压uO的的变变化滞后于化滞后于输输入入电压电压uI的的变变化。化。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l1.二极管与门电路二极管与门电路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l设设VCC=5V，A、B输输入入电电平平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V。l当当A=B=0V时时，VD1、VD2均均导导通，通，输输出出Y=0.7V；l当当输输入入A=0V，B=3V时时，VD1优优先先导导通，通，输输出出Y受受VD1钳钳位等于位等于0.7V，即，即Y=0.7V；l当当A=3V，B=0V时时，VD2优优先先导导通，通，VD1截截止，止，Y=0.7V；l当当A=B=3V时时，VD1、VD2均均导导通，通，输输出出Y=3.7V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l2.二极管或门电路二极管或门电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l设设A、B输输入入电电平平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V；l当当A=3V 或或B=3V时时，输输出出Y=2.3V；l当当A=B=0V时时，输输出出Y=0V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l3.三极管非门电路三极管非门电路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l当当输输入入为为低低电电平平时时，三极管截止，三极管截止，输输出出为为高高电电平；当平；当输输入入为为高高电电平平时时，三极管，三极管饱饱和和导导通，通，输输出出为为低低电电平。平。l电电路中接入了路中接入了负电负电源源VBB和和电电阻阻R2，即使，即使输输入入的低的低电电平信号稍大于零，也能使三极管的基极平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电为负电位，从而保位，从而保证证三极管可靠地截止，三极管可靠地截止，输输出出为为高高电电平。平。l当当输输入信号入信号为为高高电电平平时时，应应保保证证三极管工作在三极管工作在深度深度饱饱和状和状态态，以使，以使输输出出电电平近似平近似为为零。零。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路74系列系列l74标标准系列准系列l74L低功耗系列低功耗系列l74H高速系列高速系列l74S肖特基系列肖特基系列l74LS 低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列l74AS 先先进进的肖特基系列的肖特基系列l74ALS先先进进的低功耗肖特基系列的低功耗肖特基系列一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l1.TTL门电门电路路组组成及其工作原理成及其工作原理lTTL与非与非门组门组成成电电路路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l(1)电电路路组组成成l电电路可分路可分为输为输入入级级、中、中间级间级和和输输出出级级三部分三部分：l输输入入级级由多由多发发射极三极管射极三极管T1和和电电阻阻R1组组成，功能成，功能上相当于一个与上相当于一个与门门；l中中间级间级由由T2、R2和和R3组组成，成，T2的集的集电电极和极和发发射极射极提供两个提供两个逻辑电逻辑电平相反的信号，分平相反的信号，分别别用于用于驱动驱动T3和和T5；l输输出出级级由由T3、T4、T5、R4和和R5组组成，它成，它们们采用达采用达林林顿结顿结构，构，T3和和T4组组成的复合管降低了成的复合管降低了输输出出为为高高电电平平时时的的输输出出电电阻，提高了阻，提高了电电路的路的带载带载能力。能力。一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l(2)工作原理工作原理l设设VCC=5V，A、B输输入端的高、低入端的高、低电电平分平分别为别为UIH=3.6V，UIL=0.3Vl当当A=UIL，B=UIH时时，uB1=uBE1+UIL=0.7+0.3 =1V，此，此时时T2、T5 截止，截止，T3、T4导导通，通，输输出出为为高高电电平平UOH，即，即 Y=UOH=VCC-iB3 R2-uBE3-uBE4VCC-uBE3-uBE4=5-0.7-0.7=3.6V一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l当当A=UIH，B=UIH时时，电电源源VCC通通过过R1和和T1的的集集电结电结向向T 2提供提供较较大的基极大的基极电电流，使流，使T2、T5 饱饱和和导导通，通，输输出出为为低低电电平平UOL，即，即 Y=UOL 0.3V一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l2.TTL集成集成门电门电路的技路的技术术参数参数(1)输输出高出高电电平平UOH 指指TTL与非与非门门的一个或几个的一个或几个输输入入为为低低电电平平时时的的输输出出电电平。平。产产品品规规定定值值UOH2.4V。(2)输输出低出低电电平平UOL 指指TTL与非与非门门的的输输入全入全为为高高电电平平时时的的输输出出电电平。平。产产品品规规定定值值UOL0.4V。(3)开开门电门电平平UIHmin 指指输输入入电压电压由高由高电电平向低平向低电电平平变变化，化，输输出端仍出端仍维维持低持低电电平平时时的最小的最小输输入高入高电电平数平数值值。一般。一般UIHmin1.8V。2.1 门电路的功能及应用门电路的功能及应用2.1.3 TTL集成门电路集成门电路(4)关关门电门电平平UILmax 指指输输入入电压电压由低由低电电平向高平向高电电平平变变化，化，输输出端仍出端仍维维持高持高电电平平时时的最大的最大输输入低入低电电平数平数值值。一般。一般UILmax0.8V。(5)阈值电压阈值电压UTH 指指输输出出电电平由高到低或由低到平由高到低或由低到高高变变化化时时所所对应对应的的输输入入电压电压，也称，也称门槛电压门槛电压。一般一般UTH 1.4V。(6)低低电电平噪声容限平噪声容限UNL 指保指保证输证输出出为为高高电电平平UOH时时，输输入低入低电电平的允平的允许许上限上限值值UILmax与与输输入入低低电电平平UIL之差，即之差，即UNL=UILmax-UIL。一般在。一般在0.3V左右。左右。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路(7)高高电电平噪声容限平噪声容限UNH 指保指保证输证输出出为为低低电电平平UOL时时，输输入高入高电电平的允平的允许许下限下限值值UIHmin与与输输入入高高电电平平UIH之差，即之差，即UNH=UIHmin-UIH。一般在。一般在-0.9V左右。左右。(8)平均延平均延迟时间迟时间tpd 指由于半指由于半导导体器件的开关特体器件的开关特性及性及输输出端出端电电容容负载负载的影响，的影响，输输出波形将比出波形将比输输入波形滞后，并入波形滞后，并产产生一定的失真生一定的失真。一般一般约为约为10ns。因平均延。因平均延迟时间迟时间的存在，限制了的存在，限制了输输入端入端脉冲信号的最高工作脉冲信号的最高工作频频率，它决定了率，它决定了门电门电路的路的开关速度。开关速度。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路(9)扇入系数扇入系数N I 指指TTL与非与非门输门输入端的个数。入端的个数。N I越大使用越灵活。越大使用越灵活。(10)扇出系数扇出系数N O 指指TTL与非与非门门能能带带同同类门类门的个的个数，它反映了与非数，它反映了与非门带负载门带负载的能力。一般的能力。一般NO为为8 10。一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l3.常用常用TTL集成门电路集成门电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l4.其它其它类类型型TTL集成集成门电门电路路l(1)OC门门lOC门门电电路路 及其符号及其符号一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路lOC门门的特点是的特点是驱动驱动能力大，能力大，带负载带负载能力能力强强，主要主要应应用有：用有：l1)实现线实现线与：两个或多个与：两个或多个OC 门门的的输输出信号在出信号在输输出端直接相出端直接相 与的与的逻辑逻辑功能，称功能，称为线为线与。与。l任一个任一个OC门门的所有的所有输输入都入都为为 高高电电平平时时，输输出出为为低低电电平；只平；只 有每个有每个OC门门的的输输入中有低入中有低电电 平平时时，输输出才出才为为高高电电平。平。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l2)驱动显示器：驱动显示器：l该电路只有在输入都为高电平该电路只有在输入都为高电平 时，输出才为低电平，发光二时，输出才为低电平，发光二 极管导通发光，否则，输出高极管导通发光，否则，输出高 电平，发光二极管熄灭。电平，发光二极管熄灭。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l3)实现电实现电平平转换转换：l输输入入A、B的信号来自的信号来自TTL 与非与非门门的的输输出出电电平。它平。它输输出出 的高的高电电平可以适平可以适应应下一下一级电级电 路路对对高高电电平的要求。平的要求。输输出的出的 低低电电平仍平仍为为0.3V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l5.TTL集成集成门电门电路使用注意事路使用注意事项项(1)电电源源电压电压及及电电源干源干扰扰的消除的消除(2)输输出端的出端的连连接接(3)闲闲置置输输入端的入端的处处理理 原则是：保证门电路工作性能稳定、可靠、损原则是：保证门电路工作性能稳定、可靠、损耗要小。耗要小。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用l触触发发器有两个基本特征器有两个基本特征:l一是它有两个一是它有两个稳稳定状定状态态，可分，可分别别用来表示二用来表示二进进制数制数码码0和和1；l二是在二是在输输入信号作用下，触入信号作用下，触发发器的两个器的两个稳稳定状定状态态可互相可互相转换转换，输输入信号消失后，已入信号消失后，已转换转换的的稳稳定状定状态态可可长长期保持下来期保持下来。l触触发发器由器由门电门电路路组组成，它有一个或多个成，它有一个或多个输输入端，入端，有两个互有两个互补输补输出端，分出端，分别别用用Q和和 表示。表示。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用l触触发发器器分分类类l按按逻辑逻辑功能分功能分：RS（复位置位）、（复位置位）、D（数据）、（数据）、JK（多功能）、（多功能）、T（可控）、（可控）、T（计计数式）触数式）触发发器器等；等；l按有无时钟信号控制分按有无时钟信号控制分：基本触发器基本触发器、时钟触时钟触发器发器；l按空翻电路结构分按空翻电路结构分：主从触发器、维持阻塞触主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等发器、边沿触发器等。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l1.电路结构电路结构二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l2.逻辑逻辑功能功能l(1)当当 =0、=1时时，触，触发发器置器置0。l(2)当当 =1、=0时时，触，触发发器置器置1。l(3)当当 =1、=1时时，触，触发发器保持原状器保持原状态态不不变变。l(4)当当 =0、=0时时，触，触发发器器输输出状出状态态不定。不定。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l3.特性表特性表二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l1.电路结构电路结构二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l2.逻辑功能逻辑功能二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l3.特性方程特性方程l同步同步RS触触发发器器特性方程为特性方程为二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l4.时序图时序图二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用3、边沿、边沿触发器触发器l1.JK触触发发器器l逻辑逻辑符号符号 J、K为为触触发发器的两个激励器的两个激励 信号信号输输入端，入端，时钟输时钟输入端入端 CP的小的小圆圆圈表示下降沿触圈表示下降沿触 发发。l特性方程特性方程二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用3、边沿、边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l2.D触触发发器器l逻辑逻辑符号符号 D为为激励信号激励信号输输入端，入端，时钟时钟 输输入端入端CP的的“”表示表示边边沿沿 触触发发。l特性方程特性方程2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l3.T触触发发器及器及T触触发发器器l(1)T触触发发器器l逻辑逻辑符号符号 T为为激励信号激励信号输输入端，入端，时钟时钟 输输入端入端CP的的“”表示表示边边沿沿 触触发发。l特性方程特性方程2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l(2)T触触发发器器 在时钟脉冲在时钟脉冲CP作用下，只具有翻转功能的触发作用下，只具有翻转功能的触发器称作器称作T触发器触发器。由于每来一个时钟由于每来一个时钟CP，T触发器的状态就改触发器的状态就改变一次，好像在对变一次，好像在对CP个数进行计数，故也称个数进行计数，故也称作计数触发器。作计数触发器。