袁佩宏第四单元_集成逻辑门电路和组合逻辑门电路.ppt
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1、第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组集成逻辑门电路和组合逻辑门电路合逻辑门电路本单元重点知识点本单元重点知识点1 1、三态门和、三态门和OCOC门逻辑应用。门逻辑应用。2 2、组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法。3 3、编码器和译码器的实践应用编码器和译码器的实践应用。4 4、数据选择器和全加器的实践应用数据选择器和全加器的实践应用。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 数字集成电路按照其内部使用的晶体管种类数字集成电路按照其内部使用的晶体管种类不同,可
2、以分为不同,可以分为双极型双极型数字集成电路和金属氧数字集成电路和金属氧化物半导体场效应管集成电路(即化物半导体场效应管集成电路(即MOS电路)。电路)。双极型数字集成电路也有很多种类,其中应用双极型数字集成电路也有很多种类,其中应用最多的是最多的是TTL电路。电路。MOS电路也有很多种类,电路也有很多种类,其中应用最多的是其中应用最多的是CMOS电路。电路。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路第一节第一节 TTL TTL电路电路一、一、TTLTTL与非门的工作原理与非门的工作原理 TTL TTL型电路:输入和输出端结构都采型电路:输入和输出端结构都采
3、用了半导体晶体管,称之为用了半导体晶体管,称之为:TransistorTransistor Transistor Logic Transistor Logic。TTL TTL电路的电源统一规定为电路的电源统一规定为+5V+5V。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路+5VABR1V1R2V2R3L=ABR4R5V3V4V5输入级输入级输出级输出级中间级中间级ABL逻辑功能:逻辑功能:全全1 1出出0,0,有有0 0出出1 1TTLTTL与非门与非门第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路悬空的输入端相当于接高电平。悬
4、空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰,可将悬空的输入端接高电平。为了防止干扰,可将悬空的输入端接高电平。通通 用用:IO=0.4mA要求要求UOH2.4V 典型值:输出高电平典型值:输出高电平 UOH=3.4V 1 1、输出、输出高电平高电平U UOHOH输出高电平将随着拉电流的增大而降低。输出高电平将随着拉电流的增大而降低。TTL电路的典型参数:电路的典型参数:第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 典型值:输出低电平典型值:输出低电平 UOL=0.3V 通通 用:用:I IO O=12.8mA=12.8mA要求要求 UOL=0.4V 通常通常TTL
5、电路的灌电流能力大于拉电流电路的灌电流能力大于拉电流能力。称能力。称“易灌拉易灌拉”2 2、输出、输出低电平低电平U UOL OL 输出低电平将随着灌电流的增大而升高。输出低电平将随着灌电流的增大而升高。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 3 3、输入漏电流输入漏电流I IIH IH 就是发射结的反向漏电流。电路在输入端就是发射结的反向漏电流。电路在输入端高电平时,有电流从输入端流入(在多级高电平时,有电流从输入端流入(在多级门电路相连时,此电流即为前几门电路的门电路相连时,此电流即为前几门电路的拉电流)为减轻负载,这一电流应越小越拉电流)为减轻负载
6、,这一电流应越小越好。好。4 4、输入短路电流输入短路电流I IIS IS 电路在输入端对地短路时,有电流从输入电路在输入端对地短路时,有电流从输入端流出(在多级门电路相连时,此电流即端流出(在多级门电路相连时,此电流即为前级门电路的灌电流)为减轻负载,这为前级门电路的灌电流)为减轻负载,这一电流应越小越好。一电流应越小越好。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 5.5.扇出系数扇出系数N N。门电路的输出端所能驱动同类门电路最大门电路的输出端所能驱动同类门电路最大个数,称为
7、该门电路的扇出系数个数,称为该门电路的扇出系数N N,也称,也称负载能力。一般负载能力。一般N8N8。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 6.6.电源电流:电源电流:电路工作时的工作总电流(当然会因为输电路工作时的工作总电流(当然会因为输入电平的不同工作电流也会不同,单取大入电平的不同工作电流也会不同,单取大的)。的)。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路 7.7.平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd tpd。在与非门输入端加上一个脉冲电压,则在与非门输入端加上一个脉冲电压,则输出电压将对输入电压有一定的时
8、间延迟,输出电压将对输入电压有一定的时间延迟,从输入脉冲上升沿的从输入脉冲上升沿的50%50%处起到输出脉冲处起到输出脉冲下降沿的下降沿的50%50%处的时间叫做上升延迟时间处的时间叫做上升延迟时间tpd1tpd1;从输入脉冲下降沿的;从输入脉冲下降沿的50%50%处到输出处到输出脉冲上升沿的脉冲上升沿的50%50%处的时间叫做下降延迟处的时间叫做下降延迟时间时间tpd2tpd2。平均传输延迟时间。平均传输延迟时间tpdtpd定义为定义为tpd1tpd1与与tpd2tpd2的平均值,即:的平均值,即:tpd=(tpd1+tpd)/2 TTL门电路的阈值电压门电路的阈值电压 UT=1.4V当当U
9、I UT 时,时,UI=“1”,UIUT 时,时,UI=“0”(3).传输特性传输特性 门电路的输出电压随着输入电压变动的情门电路的输出电压随着输入电压变动的情况,称为传输特性。况,称为传输特性。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路二、三态门二、三态门三态门与一般门电路不同,它的输三态门与一般门电路不同,它的输出端除了出现高电平、低电平外,出端除了出现高电平、低电平外,还有输出悬空状态,即高阻态(亦还有输出悬空状态,即高阻态(亦称禁止态),由于电路输出有高电称禁止态),由于电
10、路输出有高电平、低电平外、高阻态三种状态,平、低电平外、高阻态三种状态,故称为三态门,但并不是故称为三态门,但并不是3个逻辑值个逻辑值电路,逻辑值永远只有电路,逻辑值永远只有0 0,1 1两种。两种。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路+5VABR1V1R2V2R3LR4R5V3V4V5EABL EEN三态门三态门结构结构当当EN=1时,正常工作;时,正常工作;当当EN=0时,高阻状态。时,高阻状态。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路三态门三态门应用应用三态与非门的最重要的用途就三态与非门的最重要的用途就是可
11、向一条导线(又称总线)是可向一条导线(又称总线)上上轮流轮流传送几组来源不同的数传送几组来源不同的数据。但据。但必须必须保证任何时间里最保证任何时间里最多只有一个三态门处于有效工多只有一个三态门处于有效工作状态,否则就有可能发生几作状态,否则就有可能发生几个门同时处于工作状态,而使个门同时处于工作状态,而使输出状态不正常的现象。输出状态不正常的现象。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路+5VABR1V1R2V2R3LV5ABL三、三、OC门门结构结构集电极开路集电极开路第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路ABL
12、1ABL2ABL3+Ucc L=L1L2L3RcOCOC门的线与接法:门的线与接法:使用使用OCOC门的关键是选择门的关键是选择外接外接R RL L和电源和电源:根据带负载情根据带负载情况确定。况确定。一般与非门电路不允许采一般与非门电路不允许采用线与接法。用线与接法。第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路第二节第二节 MOS MOS电路电路一、场效应管简介一、场效应管简介 场效应管是一种电压型控制器件;其主要特点是:工作场效应管是一种电压型控制器件;其主要特点是:工作时输入端采用电压进行控制,不需要输入电流。场效应管具时输入端采用电压进行控制,不需要输
13、入电流。场效应管具有输入电阻高,受温度,辐射等外界条件影响小,功耗小,有输入电阻高,受温度,辐射等外界条件影响小,功耗小,便于集成等优点。便于集成等优点。它依靠半导体中多数载流子进行导电,又称为单极型半导体它依靠半导体中多数载流子进行导电,又称为单极型半导体管。管。场效应管场效应管分为分为结型和绝缘栅型(结型和绝缘栅型(MOSMOS型)型)两种;两种;MOSMOS型器件型器件从导电沟道上分:分为从导电沟道上分:分为N NMOSMOS型、型、P PMOSMOS型型从特性上分:分为增强型、耗尽型从特性上分:分为增强型、耗尽型1 1、NMOSNMOS增强型场效应管增强型场效应管第四单元第四单元 集成
14、逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路gdsgds+UDDUiUoR1、NMOS增强增强型场效应管型场效应管漏极漏极栅极栅极源极源极第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路二、二、NMOS电路电路 1、NMOS非门非门gds+UDDUiUo当当Ui为低电平,截止,为低电平,截止,Uo为高电平为高电平当当Ui为高电平,导通,为高电平,导通,Uo为低电平为低电平R第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路二、二、NMOS电路电路 2、有源负载有源负载NMOS非门非门为为得到较得到较低低的输出的输出电平,电平
15、,负载管的负载管的电阻要大,故而它的导电沟道做得电阻要大,故而它的导电沟道做得细而长。细而长。gds+UDDUiUo负载管负载管工作管工作管第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路二、二、NMOS电路电路 2、NMOS与与非门非门 NMOS与非门电路输出的与非门电路输出的低电平会随着工作管数目低电平会随着工作管数目的增大而上升,因此这种的增大而上升,因此这种与非门的输入端个数不宜与非门的输入端个数不宜超过超过3个。个。A+UDDUo负载管负载管工作管工作管B工作管工作管第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路二、二、N
16、MOS电路电路 2、NMOS或或非门非门 NMOS或非门电路,由于或非门电路,由于工作管是并联工作的,输工作管是并联工作的,输出的低电平不会随着工作出的低电平不会随着工作管数目的增大而上升,因管数目的增大而上升,因此此NMOS或非门应用比与或非门应用比与非门更广泛。非门更广泛。A+UDDUo负载管负载管B第四单元第四单元 集成逻辑门电路和组合逻辑门电路集成逻辑门电路和组合逻辑门电路2、CMOS门电路门电路 CMOS CMOS门电路是由门电路是由N N沟道沟道MOSMOS管和管和P P沟道沟道MOSMOS管互补而成。管互补而成。CMOS非门逻辑关系:非门逻辑关系:当当Vi为低电平时,为低电平时,
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- 袁佩宏 第四 单元 集成 逻辑 门电路 组合
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