第6章 门电路与组合逻辑电路精选PPT.ppt

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1、第6章 门电路与组合逻辑电路第1页，本讲稿共129页学习要点学习要点基本门电路基本门电路组合逻辑电路的分析方法和设计方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法典型组合逻辑电路的逻辑功能和使典型组合逻辑电路的逻辑功能和使用方法用方法编码器、译码器和数据选择器、加编码器、译码器和数据选择器、加法器、比较器的电路构成与功能法器、比较器的电路构成与功能第2页，本讲稿共129页7.1 基本基本 门电路门电路7.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计7.3 编码器编码器7.4 译码器译码器7.5 数据选择器与数据分配器数据选择器与数据分配器7.6 加法器与数值比较器加法器与数值比较器第3页，本讲稿

2、共129页6.1 基本门电路基本门电路理解和掌握门电路的性能特点及逻辑功能能正确使用各种集成门电路第4页，本讲稿共129页 6.1.1 分立元件门电路分立元件门电路获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。截止（即开、关）两种工作状态。1和和0：门电路中用高、低电平来表示输入输出狀态。门电路中用高、低电平来表示输入输出狀态。1：典型值为：典型值为3.6V（有时表示为（有时表示为3V），），2.4V为合格。为合格。0:典型值为典型值为0.3V（有时表示为（有时表示为0V），），0.4V为合格。为合格。正逻

3、辑：正逻辑：1表示高电平、表示高电平、0表示低电平表示低电平 负逻辑：负逻辑：0表示高电平、表示高电平、1表示低电平表示低电平逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。简称门电路。基本门电路有与门、或门、非门（反相器），常用门电路有与基本门电路有与门、或门、非门（反相器），常用门电路有与非门、或非门、与或非门和异或门等。非门、或非门、与或非门和异或门等。第5页，本讲稿共129页6.1.2 基本逻辑关系及其门电路基本逻辑关系及其门电路1 1、与逻辑和与门电路、与逻辑和与门电路当决定某事件的全部条件同时具备时，结果当决定某事件的

4、全部条件同时具备时，结果才会发生，这种因果关系叫做与逻辑。才会发生，这种因果关系叫做与逻辑。实现与逻辑关系的电路称为与门。实现与逻辑关系的电路称为与门。第6页，本讲稿共129页F=AB与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有0 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0；输入；输入；输入；输入全全全全1 1 1 1，输出为，输出为，输出为，输出为1 1 1 1。“第7页，本讲稿共129页F=AB逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路

5、与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号的输入信号A、B、C和输出信号和输出信号F的波形图。的波形图。第8页，本讲稿共129页2 2、或逻辑和或门电路、或逻辑和或门电路 在在决决定定某某事事件件的的条条件件中中，只只要要任任一一条条件件具具备备，事事件件就就会会发发生生，这这种种因因果果关关系系叫做或逻辑。叫做或逻辑。实现或逻辑关系的电路称为或门。实现或逻辑关系的电路称为或门。第9页，本讲稿共129页F=A+B或门的逻辑功能可概括为：输入有或门的逻辑功能可概括为：输入有1 1，输出为，输出为1 1；输入全输入全0 0，输出为，输出为0 0。第10页，本讲稿共129页F=A+B

6、逻辑或（逻辑加）的运算规则为：逻辑或（逻辑加）的运算规则为：或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信号路的输入信号A、B、C和输出信号和输出信号F的波形图。的波形图。0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1第11页，本讲稿共129页3 3、非逻辑和非门电路、非逻辑和非门电路 决定某事件的条件只有一个，当条件出现时事件不发生，而条件决定某事件的条件只有一个，当条件出现时事件不发生，而条件不出现时，事件发生，这种因果关系叫做非逻辑。不出现时，事件发生，这种因果关系叫做非逻辑。实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。实现非逻辑

7、关系的电路称为非门，也称反相器。输入输入A为高电平为高电平1(3V)时，三极管饱和导通，输出时，三极管饱和导通，输出F为低电平为低电平0（0V)；输入；输入A为低电平为低电平0(0V)时，三极管截止，输出时，三极管截止，输出F为高电平为高电平1（3V)。逻辑非（逻辑反）的运算规则为：逻辑非（逻辑反）的运算规则为：第12页，本讲稿共129页4 4、复合门电路、复合门电路将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门。（1 1）与非门）与非门与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有0

8、 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为1 1 1 1；输入全；输入全；输入全；输入全1 1 1 1，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0。第13页，本讲稿共129页由或门和非门构成或非门。由或门和非门构成或非门。（2 2）或非门）或非门或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有1 1 1 1，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0；输入；输入；输入；输入全全全全0 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为1 1 1 1。第14页，本讲稿共129页由与门、或门和非门构成与或非门。由与门、或

9、门和非门构成与或非门。（3 3）与或非门）与或非门第15页，本讲稿共129页（4 4）异或门与同或门）异或门与同或门在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量A、B取值取值不同时，输出为不同时，输出为1，否则为，否则为0。具有这类逻辑关系的门电路叫。具有这类逻辑关系的门电路叫异或门。异或门。在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量A、B取值取值相同时，输出为相同时，输出为1，取值不同时为，取值不同时为0。具有这类逻辑关系的门。具有这类逻辑关系的门电路叫同或门。电路叫同或门。同或和异或逻辑正好相反，即同

10、或和异或逻辑正好相反，即=1异或门异或门=1 同或门同或门第16页，本讲稿共129页6.1.3 TTL集成门电路三极管三极管三极管集成逻辑门电路三极管集成逻辑门电路)TTL门电路是双极型集成电路，与门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等优点，目前分立元件电高和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成路已被集成电路替代。下面介绍集成“与非与非”门电路的工作原理、特性和参门电路的工作原理、特性和参数。数。第17页，本讲稿共129页1 1、TTLTTL与非门与非门 与功能是靠多发射极三极管与功能是靠多发射极三极管V1

11、来实现，来实现，V2与与R2、R3组成中间级，组成中间级，构成反相器构成反相器“非非”，V3V5与与R4、R5组成推拉（射极）输出级，提组成推拉（射极）输出级，提高带负载能力。高带负载能力。第18页，本讲稿共129页输入信号不全为1：如uA=0.3V，uB=3.6V3.6V0.3V1V则uB1=0.3+0.7=1V，V2、V5截止，V3、V4导通,输出F为高电平忽略忽略iB3，输出端的电位为：，输出端的电位为：1。uF50.70.73.6V第19页，本讲稿共129页3.6V3.6V输入信号全为输入信号全为1：如：如uA=uB=3.6V2.1V则则uB1=2.1V，V2、V5导通，导通，V3、V

12、4截止截止,输出输出F为低电平为低电平0。输出端的电位为：输出端的电位为：uF=UCES0.3V第20页，本讲稿共129页功能表功能表真值表真值表逻辑表达式：逻辑表达式：输入有输入有0，输出为，输出为1；输入全；输入全1，输出为，输出为0。第21页，本讲稿共129页内含内含4个两输入端的与非门，个两输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。内含两个内含两个4输入端的与非门，输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。第22页，本讲稿共129页1、电压传输特性：电压传输特性：输出电压输出电压 Uo与输入电压与输入电压 Ui 的关系。的关系。01231234UiUoABCDE二二

13、.TTL“与非与非”门特性及参数门特性及参数?$测试电路测试电路电压传输特性电压传输特性&+5VUiUoVV23第23页，本讲稿共129页01231234 UiUoABCDE1）TTL“与非与非”门的参数门的参数电压传输特性电压传输特性典型值典型值3.6V，?2.4V为合格为合格典型值典型值0.3V，?0.4V为合格为合格输出高电平电压输出高电平电压UOH输出低电平电压输出低电平电压UOL输出高电平电压输出高电平电压UOH和输出低电平电压和输出低电平电压UOL八度音阶八度音阶=1.4V24第24页，本讲稿共129页 2）阈值电压八度音阶）阈值电压八度音阶在理想传输特性上输入电压规定的阈值。一般

14、八度音阶取在理想传输特性上输入电压规定的阈值。一般八度音阶取1.4V。当当 ui八度音阶，认为输入低电平，输出高电平。八度音阶，认为输入低电平，输出高电平。当当ui八度音阶，认为输入高电平，输出低电平。八度音阶，认为输入高电平，输出低电平。2、输入输出的负载特性、输入输出的负载特性 1）前后级与非门之间电流关系）前后级与非门之间电流关系当前级输出高电平时，后级输入端是结为反偏，有，极小电流当前级输出高电平时，后级输入端是结为反偏，有，极小电流（拉电流）流入后级；（拉电流）流入后级；当前级输出低电平时，后级的输入端将向前级低电位灌注电流当前级输出低电平时，后级的输入端将向前级低电位灌注电流（灌电

15、流）。其值为：（灌电流）。其值为：第25页，本讲稿共129页 指一个指一个“与非与非”门能带同类门的最大数目，它门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于表示带负载的能力。对于TTL“与非与非”门门 没有没有?10。输入高电平电流输入高电平电流 IIH和输入低电平电流和输入低电平电流 IIL 当某一输入端接高电平，其余输入端接低电当某一输入端接高电平，其余输入端接低电 平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流电流 IIH（?A）（又叫拉电流）。）（又叫拉电流）。当某一输入端接低电平，其余输入端接高电当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流

16、出该输入端的电流，称为低电平输入平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流电流 IIL（mA）（又叫灌电流）（又叫灌电流）。2）扇出系数没）扇出系数没有有第26页，本讲稿共129页3）输入端经一电阻）输入端经一电阻R接地接地输入端经电阻接地，直接影响输入端经电阻接地，直接影响ui，影响输入电平。临界电阻值，影响输入电平。临界电阻值RT=1.45k。当当R RT时，相当于输入端接低电平；时，相当于输入端接低电平；当当R RT时，相当于输入端接高电平；时，相当于输入端接高电平；输入端悬空时，即输入端悬空时，即R=，相当于输入端接高电平。，相当于输入端接高电平。第27页，本讲稿共129页3、平均传

17、输延迟时间、平均传输延迟时间 tpd50%50%tpd1tpd2 TTL的的 tpd 约在约在 10ns 40ns，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。输入波形输入波形ui输出波形输出波形u0第28页，本讲稿共129页01231234 UiUo输入输入低电平低电平电压电压UILABDE低电平噪声容限电低电平噪声容限电压压UNL保证输出保证输出高电平电压不低于高电平电压不低于额定值额定值90%的条件的条件下所允许叠加在输下所允许叠加在输入低电平电压上的入低电平电压上的最大噪声（或干扰）最大噪声（或干扰）电压。电压。UNL=UOFF-UIL允许叠加干扰允许叠加干扰定量说明门电路抗干扰能力定量说明门电路抗

18、干扰能力UOFF UOFF是保证输出为额定是保证输出为额定高电平的高电平的90%时所对应的最时所对应的最大输入低电平电压。大输入低电平电压。0.9UOH第29页，本讲稿共129页01231234 UiUo输入输入高电平高电平电压电压UIHABDE高电平噪声容限电高电平噪声容限电压压UNH保证输保证输出低电平电压的条出低电平电压的条件下所允许叠加在件下所允许叠加在输入高输入高 电平电压电平电压上的最大噪声（或上的最大噪声（或干扰）电压。干扰）电压。UNH=UIH-UON允许叠加干扰允许叠加干扰定量说明门电路抗干扰能力定量说明门电路抗干扰能力UON UON是保证输出为额定是保证输出为额定低电平时所

19、对应的最小输低电平时所对应的最小输入高电平电压。入高电平电压。第30页，本讲稿共129页 当某一输入端接低电平，其余输入端接高电当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流电流 IIL（mA）。）。&Y110 若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制R IIL UNLR1第31页，本讲稿共129页三、三、TTL门电路的其它类型门电路的其它类型 与非门是与非门是TTL的基本门。除此之外，还有或非、与、非、的基本门。除此之外，还有或非、与、非、与或非、异或门等。除功能不同外，其它分析基

20、本差不多。与或非、异或门等。除功能不同外，其它分析基本差不多。用用TTL与非门可以组成以上各个门电路。与非门可以组成以上各个门电路。（一）（一）OC门门 将将TTL与非门中的与非门中的V2、V4管去掉，并将管去掉，并将V5集电极开路接集电极开路接输出端，即构成输出端，即构成OC门。也叫集电极开路与非门。其逻辑式门。也叫集电极开路与非门。其逻辑式为：为：当美国广播公司都为高电平时，输出为低电平；当美国广播当美国广播公司都为高电平时，输出为低电平；当美国广播公司中有一个低电平时，输出高电平。输出端与电源公司中有一个低电平时，输出高电平。输出端与电源VCC之之间須接一上拉电阻间須接一上拉电阻R(集电

21、极电阻）。集电极电阻）。B 。Y 电路符号如左电路符号如左 C?$第32页，本讲稿共129页OC门的作用：门的作用：1、实现线与、实现线与 TTL与非门因输出电阻低，带负载能力差，与非门因输出电阻低，带负载能力差，同时又不能将两个门电路输出端连在一起，否则会破坏逻辑同时又不能将两个门电路输出端连在一起，否则会破坏逻辑甚至烧毁管子。可以将多个甚至烧毁管子。可以将多个OC门连接，实现与功能。门连接，实现与功能。2、用于驱动高电压、大电流负载，如继电器。、用于驱动高电压、大电流负载，如继电器。Y B C D E F4VCC 。R第33页，本讲稿共129页（二）、（二）、TTLTTL三态门（三态门（T

22、STS门）门）E0时，二极管时，二极管VD导通，三极管导通，三极管V1基极和基极和V2基极均被钳制在低基极均被钳制在低电平，因而电平，因而V2V5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。种状态。E1时，二极管时，二极管D截止，三态门的输出状态完全取决于输入信截止，三态门的输出状态完全取决于输入信号号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：F=A，A0时时F1，为高电平；，为高电平；A1时时F0，为低电

23、平。，为低电平。使能端第34页，本讲稿共129页三态门应用：三态门应用：可实现用一条总线分时可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或传送几个不同的数据或控制信号。控制信号。如图所示：如图所示：&A1B1E1&A2B2E2&A3B3E3总总线线“1”“0”“0”A B.第35页，本讲稿共129页 三、三、TTL TTL门电路使用注意事项及其电路型号门电路使用注意事项及其电路型号 1.注意事项 （1 1）电源和地）电源和地 一般对电源的变化范围应控制在一般对电源的变化范围应控制在+VCC+VCC（+5V+5V）的）的10%10%以内，即以内，即5V0.5V5V0.5V；对要求严格的电源，应控制在；

24、对要求严格的电源，应控制在VCCVCC的的0.25%0.25%变化范围内。变化范围内。为了保证系统正常工作，必须保证电路接地的良好性。为了保证系统正常工作，必须保证电路接地的良好性。（2 2）电路外引线端的连接）电路外引线端的连接 正确辨别电路的电源端和接地端，不能接错，否则将烧毁电路。正确辨别电路的电源端和接地端，不能接错，否则将烧毁电路。各输入端不能直接与高于各输入端不能直接与高于5.5V5.5V或低于或低于0.5V0.5V的低内阻电源连接，的低内阻电源连接，否则会产生较大电流而烧毁电路。否则会产生较大电流而烧毁电路。输出端应通过电阻与低内阻电源连接。输出端应通过电阻与低内阻电源连接。输出

25、端接有较大容性负载时，应串入电阻，防止电路在接通瞬输出端接有较大容性负载时，应串入电阻，防止电路在接通瞬间，产生较大冲击电流损坏电路。间，产生较大冲击电流损坏电路。除具有除具有OCOC结构和三态结构的电路之外，不许输出端并联使用。结构和三态结构的电路之外，不许输出端并联使用。第36页，本讲稿共129页3）多余输入端的处理 门电路多余输入端的处理办法如图所示。门电路多余输入端的处理办法如图所示。与非门、或非门电路多余输入端的处理与非门、或非门电路多余输入端的处理与非门与非门 或非门或非门第37页，本讲稿共129页2.TTL门电路的型号 TTL集成电路按国际通用标准，依工作温度不同，分为TTL54

26、系列（-55125）和TTL74系列（070）。每一系列按工作速度、功耗的不同，又可分为通用系列（标准系列）、H系列（高速TTL）、L系列（低功耗TTL）、S系列（肖特基TTL）和LS系列（低功耗肖特基），以及ASTTL（先进肖特基）、ASLTTL（先进低功耗肖特基）和FASTTTL（先童先进肖特基）等八个集成电路系列。国产国产TTLTTL集成电路共有五个系列，其中早期型号四个系列产品集成电路共有五个系列，其中早期型号四个系列产品是是T1000T1000、T2000T2000、T3000T3000、T4000T4000系列。系列。T1000T1000系列相当于国标系列相当于国标CT54/74C

27、T54/74通用系列；通用系列；T2000T2000系列相当于国标系列相当于国标CT54H/74HCT54H/74H高速系列；高速系列；T3000T3000系列相当于国标系列相当于国标CT54S/74SCT54S/74S肖特基系列；肖特基系列；T4000T4000系列相当于国系列相当于国标标CT54LS/74LSCT54LS/74LS低功耗肖特基。这四个主要系列的重要差别反映在低功耗肖特基。这四个主要系列的重要差别反映在典型门的平均传输延长时间和平均功耗上。典型门的平均传输延长时间和平均功耗上。第38页，本讲稿共129页品种品种C C工作温度范围工作温度范围C:0C:077G:-25G:-25

28、7070L:-25L:-258585E:-40E:-408585R:-55R:-558585M:-55M:-55125125器件类型器件类型T:TTLT:TTL电路电路54/7454/7454/74H54/74H54/74L54/74L54/74S54/74S54/74LS54/74LS54/74AS54/74AS54/74ALS54/74ALS54/74F54/74F封装封装P:P:塑料双列直插塑料双列直插D:D:陶瓷双列直插陶瓷双列直插MC:MC:摩托罗拉公司摩托罗拉公司SN:SN:德州公司德州公司C:C:中国国标产品中国国标产品TTL门电路的型号命名方法门电路的型号命名方法标准；H：高速

29、；L：低功耗；S：肖特基；LS：低功肖特基；同样地：先进肖特基；ALS：先进低功肖特基。第39页，本讲稿共129页（uA0V时，VN截止，VP导通。输出电压uFVDD10V。（2）uA10V时，时，VN导通，导通，VP截止。输出电压截止。输出电压uF0V。6.1.3.2氧化物半导体门电路氧化物半导体门电路一、氧化物半导体非门一、氧化物半导体非门第40页，本讲稿共129页四、缓冲器 缓冲器主要是调整高、低电平和输出电阻的作用，由两级缓冲器主要是调整高、低电平和输出电阻的作用，由两级反相器组成。反相器组成。氧化物半导体电路工作中，不论何种狀態，总是有一个导氧化物半导体电路工作中，不论何种狀態，总是

30、有一个导通、一个截止，所以，输入狀態的不同，使输出电阻相差悬殊，通、一个截止，所以，输入狀態的不同，使输出电阻相差悬殊，或因输入端数目的不同，使输出电平变化也大，严重时会影响或因输入端数目的不同，使输出电平变化也大，严重时会影响以至破坏下一级电路的功能。以至破坏下一级电路的功能。缓冲器就在基本电路的基础上在前后级各加一个反相器。缓冲器就在基本电路的基础上在前后级各加一个反相器。氧化物半导体氧化物半导体门电路门电路 反相反相 器器2反反相相器器1第41页，本讲稿共129页A、B当中有一个或全为低当中有一个或全为低电平电平0时，时，VN1、VN2中有一中有一个或全部截止，个或全部截止，VP1、VP

31、2中有一个或全部导通，输出中有一个或全部导通，输出F为高电平为高电平1。只有当输入只有当输入A、B全为高电全为高电平平1时，时，VN1和和VN2才会都导才会都导通，通，VP1和和VP2才会都截止，才会都截止，输出输出F才会为低电平才会为低电平0。二、氧化物半导体与非门二、氧化物半导体与非门第42页，本讲稿共129页只要输入只要输入A、B当中有当中有一个或全为高电平一个或全为高电平1，VP1、VP2中有一个或全中有一个或全部截止，部截止，VN1、VN2中有中有一个或全部导通，输出一个或全部导通，输出F为低电平为低电平0。只有当A、B全为低电平0时，VP1和VP2才会都导通，VN1和VN2才会都截

32、止，输出F才会为高电平1。三、氧化物半导体或非门三、氧化物半导体或非门第43页，本讲稿共129页 四、氧化物半导体门电路使用注意事项及命名方法四、氧化物半导体门电路使用注意事项及命名方法 1.1.注意事项注意事项（1 1）操作规则）操作规则 在防静电材料中存贮和运输。用金属屏蔽层作为包装材料。在防静电材料中存贮和运输。用金属屏蔽层作为包装材料。需要矫直引线或手工焊接时，所使用的设备应接地良好。进需要矫直引线或手工焊接时，所使用的设备应接地良好。进行操作人员的服装应不产生静电。行操作人员的服装应不产生静电。对电路进行调试时，应先接通线路板电源，后接信号源电源；对电路进行调试时，应先接通线路板电源

33、，后接信号源电源；断电时应相反。电源接通期间，禁止将器件从测试座上拔出或插入。断电时应相反。电源接通期间，禁止将器件从测试座上拔出或插入。（2 2）输入规则）输入规则 输入信号电压应控制在输入信号电压应控制在VSS VSS VDDVDD之间。之间。输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号源之间串接限输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号源之间串接限流电阻。流电阻。输入端接大电容时，为防止电容放电形成较大的瞬时电流，输入端接大电容时，为防止电容放电形成较大的瞬时电流，也应在输入端与电容之间串接限流电阻。也应在输入端与电容之间串接限流电阻。第44页，本讲稿共129页 与与TTLTTL门电路不同，

34、氧化物半导体门电路多余输入端禁止悬门电路不同，氧化物半导体门电路多余输入端禁止悬空，多余的与输入端接空，多余的与输入端接VDDVDD或高电平；多余的或输入端接或高电平；多余的或输入端接VSSVSS或低电或低电平，也可通过电阻接地。此外，多余的输入端还可以与其他输入端平，也可通过电阻接地。此外，多余的输入端还可以与其他输入端并联使用，但这样会影响信号的传输速度。并联使用，但这样会影响信号的传输速度。（3 3）输出规则）输出规则 除除OCOC结构和三态结构的门电路外，禁将输出端并联使用。结构和三态结构的门电路外，禁将输出端并联使用。禁止输出端直接与禁止输出端直接与VDDVDD或或VSSVSS连接。

35、连接。为增加氧化物半导体电路的驱动能力，同一芯片上的氧化物为增加氧化物半导体电路的驱动能力，同一芯片上的氧化物半导体门允许并联在一起使用。不在同一芯片上的门电路不允许这半导体门允许并联在一起使用。不在同一芯片上的门电路不允许这样使用。样使用。（4 4）电源规则）电源规则 氧化物半导体门的电源极性不能接反，否则会造成集成电路氧化物半导体门的电源极性不能接反，否则会造成集成电路的永久损坏。的永久损坏。电源电压应保持在最大极限电压范围之内。电源电压越高，电源电压应保持在最大极限电压范围之内。电源电压越高，电路抗干扰能力就越强，允许的工作频率越高，但功耗会相应增大。电路抗干扰能力就越强，允许的工作频率

36、越高，但功耗会相应增大。第45页，本讲稿共129页（5）防止产生锁定效应 锁定效应，也叫可控硅效应，是氧化物半导体电路的一个特锁定效应，也叫可控硅效应，是氧化物半导体电路的一个特有问题。发生锁定效应会造成器件永久损坏。它是由于对器件使有问题。发生锁定效应会造成器件永久损坏。它是由于对器件使用不当或受外界原因激发后，导致电源电压剧增，损坏器件。为用不当或受外界原因激发后，导致电源电压剧增，损坏器件。为防止发生锁定效应：防止发生锁定效应：VDD VDD(BR)VDD VDD(BR)；在电源上加在电源上加“去耦去耦”电路，防止电路，防止VDDVDD出现瞬时高压；出现瞬时高压；在在VDDVDD与外电源

37、之间加上限流电阻，保护器件；与外电源之间加上限流电阻，保护器件；调试电时注意接通与关闭电源的顺序。调试电时注意接通与关闭电源的顺序。第46页，本讲稿共129页氧化物半导体数字集成电路的型号命名方法氧化物半导体数字集成电路的型号命名方法第47页，本讲稿共129页接口电路接口电路 接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路。作用是配合驱接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路。作用是配合驱动门和负载门，使驱动门的输出满足负载门输入的要求，即满足动门和负载门，使驱动门的输出满足负载门输入的要求，即满足负载门所要求的驱动能力。负载门所要求的驱动能力。在在TTLTTL门电路驱动氧化物半导体门电路，或者氧化物半

38、导体门电路驱动氧化物半导体门电路，或者氧化物半导体驱动驱动TTLTTL时，应满足对驱动门和负载门的要求，其满足的条件如时，应满足对驱动门和负载门的要求，其满足的条件如表所示：表所示：驱动门驱动门 负载门负载门输输出低出低电电平的最大平的最大值值 UOLmax UOLmax 小于小于 输输入低入低电电平的最大平的最大值值 UILmax UILmax输输出高出高电电平的最小平的最小值值 UOHminUOHmin 大于大于 输输入高入高电电平的最小平的最小值值 UIHmin UIHmin输输出低出低电电平平时电时电流的最小流的最小值值IOLminIOLmin大于大于nn输输入低入低电电平平时电时电流

39、的最大流的最大值值IILmaxIILmax输输出高出高电电平平时电时电流的最小流的最小值值IOHminIOHmin大于大于nn输输入高入高电电平平时电时电流的最大流的最大值值IIHmaxIIHmax第48页，本讲稿共129页1.TTL驱动氧化物半导体 TTLTTL门电路驱动氧化物半导体门电路，应重点考虑如何提高门电路驱动氧化物半导体门电路，应重点考虑如何提高TTLTTL电电路输出高电平的值，使之至少达到路输出高电平的值，使之至少达到3.5V3.5V以上，以满足氧化物半导体对以上，以满足氧化物半导体对UIHUIH的要求。可以采取以下措施：的要求。可以采取以下措施：（1 1）在）在TTLTTL与氧

40、化物半导体之间附加一个上拉电阻与氧化物半导体之间附加一个上拉电阻R R，只要，只要R R的阻的阻值不是非常大，将起到提升值不是非常大，将起到提升TTLTTL输出高电平的作用。如图输出高电平的作用。如图12.1712.17所示。所示。第49页，本讲稿共129页（2 2）由于氧化物半导体门电路电源电压范围较宽（）由于氧化物半导体门电路电源电压范围较宽（318V318V），当其），当其电压值较高时，氧化物半导体门电路对输入高电平的要求将超过电压值较高时，氧化物半导体门电路对输入高电平的要求将超过TTLTTL门电路输出能够达到的范围。此时，应使用门电路输出能够达到的范围。此时，应使用OCOC门作为驱动

41、门电门作为驱动门电路。见图。路。见图。第50页，本讲稿共129页（3 3）使用带电平偏移的氧化物半导体接口电路，如）使用带电平偏移的氧化物半导体接口电路，如4010940109。它具。它具有两个电源输入端，它的输出电平能够满足氧化物半导体对输入有两个电源输入端，它的输出电平能够满足氧化物半导体对输入电平的要求。如图所示。电平的要求。如图所示。第51页，本讲稿共129页2.CMOS驱动TTL （1 1）将同一芯片上的氧化物半导体门电路并联使用，提高带）将同一芯片上的氧化物半导体门电路并联使用，提高带负载能力，举例见图负载能力，举例见图12.2012.20所示。所示。第52页，本讲稿共129页 2

42、 2、在氧化物半导体门电路后增加一级驱动器电路，如同相输、在氧化物半导体门电路后增加一级驱动器电路，如同相输出驱动器出驱动器40104010、OCOC门门4010740107等（与等（与OCOC门类似，称为漏极开路门），门类似，称为漏极开路门），以提高带负载能力，见图所示。以提高带负载能力，见图所示。第53页，本讲稿共129页 （3 3）采用分立元件组成电流放大器，见图所示。）采用分立元件组成电流放大器，见图所示。第54页，本讲稿共129页组合逻辑电路：输出仅由输入决定，组合逻辑电路：输出仅由输入决定，与电路当前存在状态无关；电路结构与电路当前存在状态无关；电路结构中无反馈环路（无记忆）。中无

43、反馈环路（无记忆）。6.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 真值表反映了逻辑函数与变量的全部对应关系，对真值表反映了逻辑函数与变量的全部对应关系，对同一逻辑函数而言，逻辑代数式及电路可有不同，但同一逻辑函数而言，逻辑代数式及电路可有不同，但真值表是唯一的。所以，组合逻辑电路的设计和分析，真值表是唯一的。所以，组合逻辑电路的设计和分析，都与真值表的分析离不开。都与真值表的分析离不开。分析分析指由逻辑电路分析出其所含的逻辑意义。指由逻辑电路分析出其所含的逻辑意义。设计设计由题意所含的逻辑关系设计出逻辑电路。由题意所含的逻辑关系设计出逻辑电路。第55页，本讲稿共129页6.2.1

44、组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法逻辑图逻辑图逻辑表达逻辑表达式式 1 1最简与或最简与或表达式表达式化化化化简简简简 2 2从从从从输输输输入入入入到到到到输输输输出出出出逐逐逐逐级级级级写写写写出出出出例例1第56页，本讲稿共129页最简与或最简与或表达式表达式 3真值表真值表 3 4电路的逻电路的逻辑功能辑功能当输入当输入A、B、C中有中有2个或个或3个个为为1时，输出时，输出F为为1，否则输出，否则输出F为为0。所以这。所以这个电路实际上个电路实际上是一种是一种3人表决人表决用的组合电路：用的组合电路：只要有只要有2票或票或3票同意，表决票同意，表决就通过。就通过。4第57页

45、，本讲稿共129页逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式例例2：最简与或最简与或表达式表达式第58页，本讲稿共129页真值表真值表用与非门实现用与非门实现电路的输出电路的输出F只与输入只与输入A、B有有关，而与输入关，而与输入C无关。无关。F和和A、B的逻辑关系为：的逻辑关系为：A、B中只要一个中只要一个为为0，F=1；A、B全为全为1时，时，F=0。所以所以F和和A、B的逻辑关系为与非的逻辑关系为与非运算的关系。运算的关系。电路的逻辑功能电路的逻辑功能第59页，本讲稿共129页逻辑图逻辑图逻辑表达逻辑表达式式例例3：最简与或最简与或表达式表达式第60页，本讲稿共129页真值表真值表电路的逻辑功能电

46、路的逻辑功能由真值表可知，当由真值表可知，当3个输个输入变量入变量A、B、C取值一致取值一致时，输出时，输出F=1，否则输出，否则输出F=0。所以这个电路可以。所以这个电路可以判断判断3个输入变量的取值个输入变量的取值是否一致，故称为判一致是否一致，故称为判一致电路。电路。第61页，本讲稿共129页逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式例例4：最简与或最简与或表达式表达式第62页，本讲稿共129页真值表真值表电路的逻辑功能电路的逻辑功能由真值表可知，当由真值表可知，当3个输入个输入变量变量A、B、C表示的二进表示的二进制数小于或等于制数小于或等于2时，时，F1=1；当这个二进制数在；当这个二进制数在

47、4和和6之之间时，间时，F2=1；而当这个二；而当这个二进制数等于进制数等于3或等于或等于7时时F1和和F2都为都为1。因此，这个逻。因此，这个逻辑电路可以用来判别输入的辑电路可以用来判别输入的3位二进制数数值的范围。位二进制数数值的范围。第63页，本讲稿共129页6.2.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计真值表真值表电路功电路功能描述能描述例例例例1 1 1 1：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关控制楼梯上的路灯，使之在上

48、楼前，用楼下开关控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。下开关关灭电灯。下开关关灭电灯。下开关关灭电灯。设楼上开关为设楼上开关为A，楼下开关为，楼下开关为B，灯泡为，灯泡为F。并设开。并设开关关A、B掷向

49、上方时为掷向上方时为1，掷向下方时为，掷向下方时为0；灯亮时；灯亮时F为为1，灯灭时，灯灭时F为为0。根据逻辑要求列出真值表。根据逻辑要求列出真值表。1穷举法 1实际电路图：设计为分析设计为分析的逆过程的逆过程第64页，本讲稿共129页 2逻辑表达式逻辑表达式或卡诺图或卡诺图最简与或最简与或表达式表达式化简 3 2已为最简与或表达式 4逻辑变换逻辑变换 5逻辑电路图逻辑电路图用与非门实现用同或门实现第65页，本讲稿共129页真值表真值表电路功电路功能描述能描述例例例例2 2 2 2：用与非门设计一个交通报警控制电路。交通：用与非门设计一个交通报警控制电路。交通：用与非门设计一个交通报警控制电路

50、。交通：用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有红、绿、黄信号灯有红、绿、黄信号灯有红、绿、黄信号灯有红、绿、黄3 3 3 3种，种，种，种，3 3 3 3种灯分别单独工作或黄、种灯分别单独工作或黄、种灯分别单独工作或黄、种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。出现故障时输出报警信号。出现故障时输出报警信号。出现故障时输出报警信号。设红、绿、黄灯分别用红、绿、黄灯分别用A、B、C表示，灯亮时其表示，灯亮时其值