第二章 基本逻辑运算及集成逻辑门精选PPT.ppt

第二章 基本逻辑运算及集成逻辑门第1页，本讲稿共39页常用复合逻辑v2.2基本逻辑运算v2.1概述v2.0第二章第二章 基本逻辑运算与集成门电路基本逻辑运算与集成门电路v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 第2页，本讲稿共39页 从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题。从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题。逻辑运算是逻辑运算是逻辑思维逻辑思维和和逻辑推理逻辑推理的数学描述。的数学描述。概述v2.0 逻辑问题的前提是二值性问题，即一个问题只有逻辑问题的前提是二值性问题，即一个问题只有二种答案，不是二种答案，不是“真真”就是就是“假假”，不存在第三种似，不存在第三种似是而非的答案。这样逻辑问题也可用二种代码表示，是而非的答案。这样逻辑问题也可用二种代码表示，一般用一般用“1”和和“0”表示二种答案。此处的表示二种答案。此处的“1”和和“0”仅表示一个问题的二种结果，不表示数仅表示一个问题的二种结果，不表示数,无大小无大小之分。之分。“1”和和“0”称逻辑常量。称逻辑常量。第3页，本讲稿共39页非逻辑（非运算、逻辑反）或逻辑（或运算、逻辑加）2.1.2与逻辑（与运算、逻辑乘）2.1.1基本逻辑运算v2.1第4页，本讲稿共39页 只有前提均具备了，结果才发生，这种关系称为只有前提均具备了，结果才发生，这种关系称为“与与”逻辑。下面我们用逻辑。下面我们用开关开关A、B 串联控制灯串联控制灯F 的亮与灭，说明与逻辑的功能。的亮与灭，说明与逻辑的功能。与逻辑（与运算、逻辑乘）2.1.1定义：定义：开关合上为开关合上为“1”，断，断开为开为“0”。灯亮为灯亮为“1”，灯灭为，灯灭为“0”。描述逻辑功能有不同的手描述逻辑功能有不同的手段。段。一、真值表一、真值表 将将ABAB各种可能的情况与灯各种可能的情况与灯 F F的关系列表表示如右图的关系列表表示如右图：111010001000FAB真值表真值表真值表真值表BAFREBAFRE第5页，本讲稿共39页二、逻辑函数表达式二、逻辑函数表达式F=F=A AB B 将逻辑常量代入：将逻辑常量代入：00=001=010=011=10A=01A=AAA=A与逻辑（与运算、逻辑乘）2.1.1三、逻辑符号三、逻辑符号 目前存在三种符号表示，目前存在三种符号表示，逐渐应统一到国际标准。逐渐应统一到国际标准。&（c）国际标准（b）国外流行ABFBAFFAB（a）国家标准第6页，本讲稿共39页四、波形关系四、波形关系高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”与逻辑（与运算、逻辑乘）2.1.1AFB第7页，本讲稿共39页2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑(或运算、逻辑加或运算、逻辑加)只要具备了一个前提，结果就发生，这种关系称为只要具备了一个前提，结果就发生，这种关系称为“或或”逻辑。下面我们用开关逻辑。下面我们用开关A A、B B 并联控制灯并联控制灯F F 的亮与灭，的亮与灭，说明说明“或或”逻辑的功能。逻辑的功能。定义：开关定义：开关 A 或或 B 合上为合上为“1”，断开为，断开为“0”。灯亮为灯亮为“1”，灯灭为，灯灭为“0”。描述逻辑功能四种不同的手段。描述逻辑功能四种不同的手段。FREAB第8页，本讲稿共39页一、真值表一、真值表 将将AB各种可能的情况与各种可能的情况与灯灯F的关系列表表示如右图的关系列表表示如右图：111110101000FAB真值表真值表真值表真值表 2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑(或运算、逻辑加或运算、逻辑加)二、逻辑函数表达式二、逻辑函数表达式F=A+B 将逻辑常量代入：将逻辑常量代入：0+0=00+1=11+0=11+1=1A+0=AA+1=1A+A=AFREAB第9页，本讲稿共39页三、逻辑符号三、逻辑符号FFFABABAB+1（a）（b）（c）2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑(或运算、逻辑加或运算、逻辑加)四、波形关系四、波形关系 高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”AFB第10页，本讲稿共39页2.1.3 非逻辑非逻辑(非运算、逻辑反非运算、逻辑反)前提与结果相反；前提为真，结果为假。这种关系前提与结果相反；前提为真，结果为假。这种关系称为称为“非非”逻辑。下面我们用开关逻辑。下面我们用开关A 控制灯控制灯F 的亮与的亮与灭，说明灭，说明“非非”逻辑的功能。逻辑的功能。定义：开关合上为定义：开关合上为“1”，断开为，断开为“0”。灯亮为灯亮为“1”，灯灭为，灯灭为“0”。EARF第11页，本讲稿共39页一、真值表一、真值表 将将AB各种可能的情况各种可能的情况与灯与灯F 的关系列表表示为：的关系列表表示为：2.1.3 非逻辑非逻辑(非运算、逻辑反非运算、逻辑反)EARF0110FA真值表真值表真值表真值表二、逻辑函数表达式 F=A 将逻辑常量代入：0=1 1=0第12页，本讲稿共39页三、逻辑符号三、逻辑符号2.1.3 非逻辑非逻辑(非运算、逻辑反非运算、逻辑反)四、波形关系四、波形关系 高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”AF第13页，本讲稿共39页 将基本逻辑运算进行简单的组合将基本逻辑运算进行简单的组合组合成如下常组合成如下常用复合逻辑。用复合逻辑。“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4“与或非与或非”逻辑逻辑2.2.3“或非逻辑或非逻辑”2.2.2“与非逻辑与非逻辑”2.2.1常用复合逻辑v2.2第14页，本讲稿共39页“与与与与”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“非非非非”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。先的组合。先的组合。先的组合。先“与与与与”再再再再“非非非非”。BAAB11FABA&F=ABB“与非逻辑与非逻辑”2.2.1第15页，本讲稿共39页AFB波形图波形图波形图波形图 “与与与与”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“非非非非”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。先的组合。先的组合。先的组合。先“与与与与”再再再再“非非非非”。011110101100FAB真值表真值表真值表真值表见见见见0 0得得得得1 1全全全全1 1得得得得0 0“与非逻辑与非逻辑”2.2.1第16页，本讲稿共39页 “或或或或”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“非非非非”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。先的组合。先的组合。先的组合。先“或或或或”再再再再“非非非非”。1BAA+B11FA+BAF=A+BB1“或非逻辑或非逻辑”2.2.2第17页，本讲稿共39页波形关系波形关系波形关系波形关系AFB “或或或或”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“非非非非”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。先的组合。先的组合。先的组合。先“或或或或”再再再再“非非非非”。011010001100FAB真值表真值表真值表真值表全全全全0 0得得得得1 1见见见见1 1得得得得0 0“或非逻辑或非逻辑”2.2.2第18页，本讲稿共39页 “与与与与”逻辑逻辑逻辑逻辑、“或或或或”逻辑逻辑逻辑逻辑、“非非非非”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。的组合。的组合。的组合。先先先先“与与与与”后后后后“或或或或”最后再最后再最后再最后再“非非非非”。1F=AB+CD11ABCDF=AB+CD1 1AB+CD11CDABBADC“与或非与或非”逻辑逻辑2.2.3第19页，本讲稿共39页 这是具有特殊功能的逻辑，它们的定义均是对二变量而言。“异或异或”电路的特殊功能电路的特殊功能 多变量的多变量的“异或异或”“异或异或”“同或同或”逻辑逻辑“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4第20页，本讲稿共39页其真值表如下：其真值表如下：输入二变量相异为输入二变量相异为“0”，相同为，相同为“1”，称为，称为“同或同或”F2。输入二变量相异为输入二变量相异为“1”，相同为，相同为“0”，称为，称为“或或”F1。“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4A B F1F20 0010 1101 0101 101 异或异或 同或同或由真值表可得出下式由真值表可得出下式 ：第21页，本讲稿共39页 异或逻辑符号异或逻辑符号“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4 同或逻辑符号 （a a）（b b）（c c）=1AFBABFAFB=1AFBAFB=BFA （a a）（b b）（c c）第22页，本讲稿共39页 例如 F=ABCD 由于不存在多变量的由于不存在多变量的“异或异或”电路，故多变量的电路，故多变量的“异或异或”通过二变量通过二变量“异或异或”实现。实现。多变量的多变量的“异或异或”“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.41F2F1&=1BA=1DC=1FF=F1 F2F1=A B F2=CD代入得：代入得：F=ABCD同理实现多变量的同或电路同理实现多变量的同或电路第23页，本讲稿共39页 “异或异或”电路的特殊功能电路的特殊功能 故可十分方便得A，A控制电路如下图所示：C=0 F=AC=1 F=A 00=0 01=1 10=1 11=0 0A=A 1A=AFCA=1控制端“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4第24页，本讲稿共39页奇数个奇数个“1”相异或相异或结果为结果为“1”。偶数个偶数个“1”相异或相异或结果为结果为“0”。“异或异或”电路的特殊功能电路的特殊功能 奇偶检测电路例例题题“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4第25页，本讲稿共39页 利用此特性可十分方便组成奇偶校验位的产利用此特性可十分方便组成奇偶校验位的产生电路。也可十分方便组成奇偶校验码的检验电生电路。也可十分方便组成奇偶校验码的检验电路。路。8421BCD奇校验位产生电路和校验码检测电奇校验位产生电路和校验码检测电路如下图所示：路如下图所示：“异或异或”电路的特殊功能电路的特殊功能“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4第26页，本讲稿共39页&0001000=1BA00=1DC=1P100=1BA00=1DC=1P=1奇偶检验位产生电路奇校验码检测电路检验输出000000011 0111 “异或异或”电路的特殊功电路的特殊功能能“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4011 0第27页，本讲稿共39页&0100=1BA0=1DC=1P10=1BA00=1DC=1P=1奇偶检验位产生电路奇校验码检测电路检验输出00 “异或异或”电路的特殊功电路的特殊功能能“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.410 0 0 10 10 0 0 0第28页，本讲稿共39页 接收接收ABCDP=1 结果正确结果正确 =0 结果出错结果出错 输入输入 ABCD=0110 则则 P=0110=1 ABCD=1000 则则 P=1000=0 “异或异或”电路的特殊功电路的特殊功能能“异或异或”“”“同或同或”逻辑逻辑2.2.4第29页，本讲稿共39页1.1.输出高电平输出高电平UOH输入低电输入低电平平UOI一般认为一般认为UO 0.5V即即为合格为合格,标称值为标称值为3V，最高最高可达到可达到3.6V，输出低电平一输出低电平一般认为小于般认为小于0.5V为合格，标为合格，标称值为称值为0.3V。一、特性和参数一、特性和参数 TTL与非门传输特性如图所示与非门传输特性如图所示3.6V U3.6V UOHOH 0.350.350.350.35V V V Vu u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题 前面已讲过集成电路分为双极性型即前面已讲过集成电路分为双极性型即TTL电路和单电路和单极性极性MOS电路。一般以电路。一般以TTL电路为主讲述有关问题。电路为主讲述有关问题。第30页，本讲稿共39页.开门电平UON和关门电平Voff 开门电平：开门电平：输出低电平时与非门处于开门状输出低电平时与非门处于开门状态，为保证输出低电平低于态，为保证输出低电平低于0.350.35V V是允是允许输入高电平的最小值称为开门电许输入高电平的最小值称为开门电UON；U UONON0.350.350.350.35V V V VU UOOu u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题 关门电平：关门电平：输出为高电平时与非门处于关门状输出为高电平时与非门处于关门状态，为保证输出高电平高态，为保证输出高电平高2.72.7V V所所允许允许输入低电平的最高值称为关门电平输入低电平的最高值称为关门电平Voff；0.350.350.350.35V V V VU Uoffoffu u u ui i i i2.72.7第31页，本讲稿共39页3.噪声容限噪声容限UNL 和和UNH此参数是用来说明门电路的抗干扰能力的。此参数是用来说明门电路的抗干扰能力的。输入低电平时，输出应为高电平，如果此时输入端在低电平基础上输入低电平时，输出应为高电平，如果此时输入端在低电平基础上叠加一个正向干扰信号，叠加一个正向干扰信号，如超过如超过Uoff时，输出将低于所规定高电平值，产生时，输出将低于所规定高电平值，产生逻辑错误。所允许的最大干扰信号幅度称为输入低电平时的噪声容逻辑错误。所允许的最大干扰信号幅度称为输入低电平时的噪声容 UNL。U Uoffoffu u u ui i i iV VNLNLU UNLNL=U=U0FF0FFU UILIL=0.8=0.80.3=0.50.3=0.5 v2.3 关于使用集成电路的有关问题 第32页，本讲稿共39页 输入为高电平时，输出应为输入为高电平时，输出应为低低电平，如果此时输入端在高电平基础上叠加电平，如果此时输入端在高电平基础上叠加一个负向干扰信号，如低于一个负向干扰信号，如低于UON时，输出将高于规定低电平值，产生逻辑错误。时，输出将高于规定低电平值，产生逻辑错误。所允许最大干扰信号幅度称为输入高电平时的噪声容限所允许最大干扰信号幅度称为输入高电平时的噪声容限UNH。U UNHNH=U=UIHIHU UONON=3=31.8V=1.2V1.8V=1.2V U UONONU UNHNHU UIHIHu u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题 第33页，本讲稿共39页4 4 输入短路电流输入短路电流IIS 对对 TTL门而言当输入端接地时，将有一个电流门而言当输入端接地时，将有一个电流1.41.4毫毫安左右的电流由管子流出。安左右的电流由管子流出。I IISISv2.3 关于使用集成电路的有关问题 当输入通过电阻接地，当输入通过电阻接地，IIS将在将在电阻上产生电压，影响该输入端的状电阻上产生电压，影响该输入端的状态。态。一般为了保证输出为高电平，输一般为了保证输出为高电平，输入端电阻满足：入端电阻满足：Ri0.7K为了保证输出低电平，输入端电阻满足：为了保证输出低电平，输入端电阻满足：Ri2K 场效应管无输入短路电流，通过电阻接地时，输入始终是低电平。场效应管无输入短路电流，通过电阻接地时，输入始终是低电平。第34页，本讲稿共39页5.门电路的门电路的扇扇入系数入系数NI和和NO 门电路允许输入端数为扇入系数门电路允许输入端数为扇入系数NI，一般，一般NI 8门门,为为保证门电路输出正确逻辑电平时，保证门电路输出正确逻辑电平时，不超过功耗的前提下，其输出端允许带动同类不超过功耗的前提下，其输出端允许带动同类门的输入端数称为门的输入端数称为扇扇出系数，一般出系数，一般NO 8。NO愈大，表明门的负载能力愈强。愈大，表明门的负载能力愈强。v2.3 关于使用集成电路的有关问题 第35页，本讲稿共39页二、二种特殊门电路二、二种特殊门电路 1.输出开路门输出开路门(OC门）门）一般的一般的TTL电路不输出不允许并联使用。电路不输出不允许并联使用。否则当一个输出为高电平，另一个输出为低否则当一个输出为高电平，另一个输出为低电平时，高电平将向低电平门产生一个很大电平时，高电平将向低电平门产生一个很大电流，将烧坏器件，即是器件没坏，输出电电流，将烧坏器件，即是器件没坏，输出电平不正常平不正常 (不高也不低）将产生逻辑错误。不高也不低）将产生逻辑错误。电路符号如图电路符号如图v2.3 关于使用集成电路的有关问题 第36页，本讲稿共39页OC门使用时应注意两点门使用时应注意两点 OC门使用时，输出端与电源间应接一个电阻，才能工作。门使用时，输出端与电源间应接一个电阻，才能工作。OC门门并联使用时，完成逻辑与的功能通常称为门门并联使用时，完成逻辑与的功能通常称为“线与线与”功能。功能。U UC CR RU U0 0 U UC CF=ABCD=AB+CDF=ABCD=AB+CDF Fv2.3 关于使用集成电路的有关问题 第37页，本讲稿共39页2.三态门三态门(TS门或门或TSL门）门）由于计算机由于计算机CPU采用总线结构，外设均挂在采用总线结构，外设均挂在总线上，总线上，CPU每一时刻仅能与一个外设交换信息，每一时刻仅能与一个外设交换信息，此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线的状态。否则将破坏系统的正常工作，这就要求的状态。否则将破坏系统的正常工作，这就要求连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了0 态和态和1态外，还增加一个高阻态。态外，还增加一个高阻态。v2.3 关于使用集成电路的有关问题 第38页，本讲稿共39页A1A0ABDBCBCPU0123译码器v2.3 关于使用集成电路的有关问题 第39页，本讲稿共39页