chapter9_门电路和组合逻辑电路.ppt
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1、第9章 门电路和组合逻辑电路目 录9.1概述9.2数制与编码9.3二极管与三极管的开关特性9.4分立元件门电路9.5TTL门电路9.6组合逻辑电路的分析与综合9.7加法器9.8编码器9.9译码器及显示电路模拟信号模拟信号数字信号(脉冲信号)数字信号(脉冲信号)时间上连续变化的时间上连续变化的时间和幅度都是跳变的时间和幅度都是跳变的处理此类信号的处理此类信号的电路电路模拟电路模拟电路处理此类信号的处理此类信号的电路电路数字电路数字电路特点特点:注重电路的输入、注重电路的输入、输出大小、相位关系输出大小、相位关系特点特点:注重电路的输入、输注重电路的输入、输出的逻辑关系出的逻辑关系概述概述1.1.
2、脉冲信号脉冲信号脉冲是一种脉冲是一种跃变跃变信号信号,并且并且持续时间短暂持续时间短暂矩形波矩形波尖顶波尖顶波返回目录返回目录实际矩形波的特征实际矩形波的特征脉冲幅度脉冲幅度信号变化的最大值信号变化的最大值0.9A0.1Atf脉冲上升沿脉冲上升沿tr0.5Atp脉冲下降沿脉冲下降沿脉冲宽度脉冲宽度正脉冲正脉冲负脉冲负脉冲脉冲信号变化后的电脉冲信号变化后的电平值比初始电平值高平值比初始电平值高脉冲信号变化后的电脉冲信号变化后的电平值比初始电平值低平值比初始电平值低返回目录返回目录脉冲信号的状态脉冲信号的状态高电平高电平用用1 1 表示表示低电平低电平用用0 0 表示表示十六、二进制数的对应关系十
3、六、二进制数的对应关系9.1 9.1 数制与编码数制与编码十六十六进进制制数数0 01 12 23 34 45 56 67 7二二进进制数制数0000000000010001001000100011001101000100010101010110011001110111十六十六进进制制数数8 89 9A AB BC CD DE EF F二二进进制数制数10001000100110011010101010111011110011001101110111101110111111119.2 9.2 数制与编码数制与编码十十进进制数制数8421BCD码码2421BCD码码余余3BCD码码0123456
4、789000000010010001101000101011001111000100100000001001000110100101111001101111011110011010001010110011110001001101010111100三种常用的三种常用的BCDBCD码码用一种二进制编码来表示十进制数码,这就是BCD码(BinaryCodedDecimals)。9.4 9.4 分立元件门电路分立元件门电路9.4.1 9.4.1 门电路的基本概念门电路的基本概念不不满满足足条条件件的的电电 信信号号能够通过能够通过“门门”不能够通过不能够通过“门门”满足条件的电信号就是一种开关用电路做
5、成这用电路做成这种开关种开关称为称为“门电路门电路”结论结论:门电路输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系门电路输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系门电路门电路的输入和输出信号都是用门电路的输入和输出信号都是用电位电位(或叫(或叫电平电平)高低表示)高低表示负逻辑负逻辑正逻辑正逻辑高电平用高电平用“1”表示表示低电平用低电平用“0”表示表示高电平用高电平用“0”表示表示低电平用低电平用“1”表示表示输入输入信号信号输出输出信号信号1。“与与”门(门(“与与”逻辑)逻辑)A、B、C 都满足一定条件时,事件都满足一定条件时,事件Y 才发生。才发生。EYABCYABC灯灯Y亮的条件亮的条件:A
6、“与与”B“与与”C 同时接通同时接通A1、B1、C1Y1A、B、C有一个为有一个为0Y0逻辑乘逻辑乘逻辑与逻辑与&与门的逻辑符号与门的逻辑符号ABCY2。“或或”门(门(“或或”逻辑)逻辑)A、B、C 只要有一个满足条件时只要有一个满足条件时,事件事件Y 就发生就发生.AEYBC灯灯Y亮的条件亮的条件:A“或或”B“或或”C只要有一个接只要有一个接通通A1“或或”B1“或或”C1Y1A、B、C 都为都为0Y0Y=A+B+C逻辑加逻辑加逻辑或逻辑或返回目录返回目录ABCY或门的逻辑符号或门的逻辑符号返回目录返回目录3。“非非”门(门(“非非”逻逻辑)辑)A 满足条件时,事件满足条件时,事件Y
7、不发生不发生A 不满足条件时,事件不满足条件时,事件Y 发生发生AEYR灯灯Y亮的条件:亮的条件:A不接通不接通A0Y1A1Y0灯灯Y不亮的条件:不亮的条件:A接通接通逻辑非逻辑非返回目录返回目录AY非门的逻辑符号非门的逻辑符号1返回目录返回目录1 1 二极管二极管“与与”门电路门电路YDADBAB+U +12VCDC0000.30030.30300.30330.33000.33030.33300.33333输入端输入端输出端输出端二极管二极管返回目录返回目录9.4.2 9.4.2 分立元器件基本逻辑电路分立元器件基本逻辑电路“与与”逻辑状态表(真值表)逻辑状态表(真值表)ABCY000000
8、10010001101000101011001111YABC0表表示示低低电平电平1表表示示高高电平电平返回目录返回目录2 2 二极管二极管“或或”门电路门电路YDADBAB-12VDCCR00000033.30303.30333.33003.33033.33303.33333.3输入端输入端输出端输出端返回目录返回目录“或或”逻辑状态表(真值表)逻辑状态表(真值表)ABCY00000011010101111001101111011111Y=A+B+C返回目录返回目录3 3 晶体管晶体管“非非”门电路门电路RKAY+UCCRBRC-UBB工作状态工作状态:饱和饱和 截止截止uAuY3V0.30
9、V3.3加负电源为了可靠截止加负电源为了可靠截止 A Y0110“非非”逻辑状态表(真值表)逻辑状态表(真值表)基基本本门门电电路路“非非”门电路门电路“或或”门电路门电路“与与”门电路门电路不同组合不同组合组合电路组合电路DY+12V+3VDADBAB+12VDCCRKRBRRC与与门门非门非门与非门与非门返回目录返回目录“与与非非”逻辑状态表(真值表)逻辑状态表(真值表)ABCY00010011010101111001101111011110全全“1”“1”出出“0”,“0”,有有“0”“0”出出“1”“1”返回目录返回目录9.5 TTL9.5 TTL门电路门电路输入端和输出端都采用三极管
10、。所以称之为晶体管输入端和输出端都采用三极管。所以称之为晶体管-晶体管逻辑电晶体管逻辑电路(路(TransistorTransistor Transistor Transistor LogicLogic),简称),简称TTLTTL9.5.1 TTL“9.5.1 TTL“与非与非”门电路门电路+5VYR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5ABC750 3k360 100+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4YT1等效电路等效电路+5VA B C R1C1B1多多发射极晶体管发射极晶体管+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y设设:uA=0.3VuB=uC=3.6
11、V,则,则VB1=0.3+0.7=1VRLuY=5ube3ube4uR2拉电流拉电流VB1=1VuY=3.6VT2、T5截止,截止,T3、T4导通,导通,压降小压降小=50.70.7=3.6V Y=1+5VA B C R1C1B11.1.输入不全为输入不全为输入不全为输入不全为 1 1+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y设设uA=uB=uC=3.6V,输输入入端端全全部部是是高高电电平平,VB1升升高高,足足以以使使T2、T5导通,导通,uo=0.3V,Y=0。且且VB1=2.1V,T1发射结全部反偏。发射结全部反偏。VC2=VCE2+VBE5=0.3+0.7=1V,使使T3
12、导通,导通,T4截止。截止。灌电流灌电流T1R1+UccVB1=2.1VVC2=1VuY=0.3V+5VA B C R1C1B12.2.输入全为输入全为输入全为输入全为 1 1由以上分析可知:由以上分析可知:当当输输入入端端A、B、C 均均为为高高电电平平时时,输输出出端端Y 为为低低电电平平。当当输输入入端端A、B、C 中中只只要要有有一一个个为为低低电电平平,输出端输出端Y就为高电平,正好符合与非门的逻辑关系。就为高电平,正好符合与非门的逻辑关系。ABCY&与非门的与非门的逻辑功能:全逻辑功能:全1出出0,有,有0出出1。两种实际的两种实际的TTL”TTL”与非与非“门芯片门芯片CT74L
13、S20(4CT74LS20(4输入输入2 2门门)CT74LS00(2CT74LS00(2输入输入4 4门门)TTL”TTL”与非与非“门集成芯片产品门集成芯片产品9.5.2 TTL“9.5.2 TTL“与非与非”门的特性及技术参数门的特性及技术参数TTL“TTL“与非与非”门的电压传输特性门的电压传输特性返回目录返回目录1.1.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输出高电平电压输出高电平电压 U UOHOH对应于对应于AB AB 段输出电压段输出电压输出低电平电压输出低电平电压 U UOLOL对对应于应于DE DE 段输出电压段输出电压通用通用TTL“TT
14、L“与非与非”门门典型值典型值UoffUonUth2 2 扇出系数扇出系数NO指一个指一个“与非与非”门能带同类门的最大数目,表示带负载能门能带同类门的最大数目,表示带负载能力力对对TTL“TTL“与非与非”门门3.平均传输延迟时间平均传输延迟时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输延迟时间平均传输延迟时间注意注意:此值愈小愈好此值愈小愈好导通传输时间导通传输时间截止传输时间截止传输时间返回目录返回目录9.5.3 9.5.3 三态输出三态输出“与非与非”门电路门电路YR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABUCCDE输入端输入端使能端使能端输出端输出端图形符号图形符号&AB
15、YE返回目录返回目录+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4YDEVB1=1VE=0时时,VB1=1V,T2、T5 截止截止;二极管二极管D导通,使导通,使VB3=1V。T3导通导通、T4截止截止,输出端开路输出端开路(高阻状态高阻状态)。E=1时,二极管时,二极管D截止,截止,Y=AB,同同TTL与非门。与非门。VB3=1V三态与非门的工作原理三态与非门的工作原理三态与非门的工作原理三态与非门的工作原理VB4=0.3V 控制端控制端E E输入端输入端输出端输出端Y YAB10011010111100XX高阻高阻三态输出三态输出“与非与非”门的逻辑状态表门的逻辑状态表返回目录返回目录
16、E1E2E3总总线线(母母线线)三态门主要作为三态门主要作为电路电路与与总总线线间的间的接口电路接口电路用途:用途:此时接受此时接受G G2 2的的输出。输出。G G1 1、G G3 3呈高阻状态呈高阻状态返回目录返回目录+5VYR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5ABC750 3k100+5VYR2R13kT2R3T1T5ABC750 RLU9.5.4 9.5.4 集电极开路集电极开路“与非与非”门电路门电路(OC门门)返回目录返回目录例,求输出Y。abdc9.6 9.6 逻辑代数逻辑代数9.6.1 9.6.1 逻辑代数运算法则逻辑代数运算法则在逻辑代数中,用在逻辑代数中,用 “1”
17、“1”、“0”“0”表示两种状表示两种状态态普通代数表示普通代数表示数量关系数量关系逻辑代数表示逻辑代数表示逻辑关系逻辑关系逻辑代数中基本运算逻辑代数中基本运算逻辑乘(逻辑乘(“与与”运算)运算)逻辑加(逻辑加(“或或”运算)运算)求求 反(反(“非非”运算)运算)返回目录返回目录00=01=10=011=10+0=00+1=1+0=1+1=1由三种基本的逻辑运算关系由三种基本的逻辑运算关系得以下运算结论得以下运算结论返回目录返回目录思考题思考题:试说明试说明各式的含义各式的含义返回目录返回目录1.基本运算法则基本运算法则1.A0=0A=02.A1=1A=A0A3.A A=A1AAA4.AA5
18、.A+0=A0A返回目录返回目录1A7.7.A+A=A6.A+1=18.AAA9.返回目录返回目录普通代数能否写成这种形式?交换律交换律结合律结合律分配律分配律10.A+B=B+A11.AB=BA13.A+B+C=A+(B+C)=(A+B)+C12.ABC=(AB)C=A(BC)14.A(B+C)=AB+AC15.A+BC=(A+B)(A+C)2.运算规律运算规律返回目录返回目录16.A(A+B)=A证明:证明:A(A+B)=AAABAAB A(1B)A吸收律吸收律17.18.19.20.21.返回目录返回目录证明:证明:吸收律(摩根定律)吸收律(摩根定律)21.22.证明:证明:23.返回目
19、录返回目录9.6.2 9.6.2 逻辑函数逻辑函数逻辑函数逻辑函数 Y Y(A A、B B、C C )A、B、C 是是输入变量输入变量,Y 是是输出变量输出变量。字母上无反号的叫字母上无反号的叫原变量原变量,有反号的叫,有反号的叫反变量反变量。任何一件具体事物的因果关系都可以用一个逻辑函数描述任何一件具体事物的因果关系都可以用一个逻辑函数描述逻辑函数常用逻辑函数常用等方法描述等方法描述逻辑状态表逻辑状态表逻辑式逻辑式逻辑图逻辑图卡诺图卡诺图返回目录返回目录举重裁判电路举重裁判电路BCAY主裁判控主裁判控制按钮制按钮副裁判控副裁判控制按钮制按钮只有当主裁判按下按钮只有当主裁判按下按钮A,同时至少
20、有一名副裁判同时至少有一名副裁判按下按钮按下按钮B 或或C 时,指示灯时,指示灯Y 才会亮。才会亮。指示灯指示灯Y 的状态是按钮的状态是按钮A、B、C 状态的函数状态的函数A1、B1、C1表示三个按钮按下的状态,表示三个按钮按下的状态,A0、B0、C0表示三个按钮没有按下的状态,表示三个按钮没有按下的状态,Y Y1 1 指示灯亮,指示灯亮,Y Y0 0 表示指示灯不亮。表示指示灯不亮。Y(A、B、C)返回目录返回目录9.6.3 9.6.3 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法一、逻辑真值表一、逻辑真值表以表格的形式表示输入、输出变量的逻辑状态关系以表格的形式表示输入、输出变量的逻辑状态关系举重
21、裁判电路的逻辑状态表举重裁判电路的逻辑状态表 输入输入输出输出 YA B C00000101001110010111011100000111二、逻辑函数式二、逻辑函数式 用用“与与”、“或或”、“非非”等逻辑运算的组合式,等逻辑运算的组合式,表示逻辑函数的输入与输出的关系的逻辑状态关系。表示逻辑函数的输入与输出的关系的逻辑状态关系。BCAY举重裁判电路的逻辑函数式举重裁判电路的逻辑函数式YA(B+C)返回目录返回目录三、逻辑图三、逻辑图 用用“与与”、“或或”、“非非”等相应的逻辑符号表示函等相应的逻辑符号表示函数关系数关系YA(B+C)或门,实现或门,实现Y1B+C&ABCYY1与门,实现与
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