第13章 门电路和组合逻辑电路(电工学简明教程,第二版,秦曾煌).ppt
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1、第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 第第 13 章章门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 第第 13 章门电路和组合逻辑电路章门电路和组合逻辑电路13.1基本门电路及其组合基本门电路及其组合13.3CMOS 门电路门电路13.2TTL 门电路门电路13.4组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计13.5加法器加法器13.6编码器编码器13.7译码器和数字显示译码器和数字显示*13.8半导体存
2、储器和可编程逻辑器件半导体存储器和可编程逻辑器件*13.9应用举例应用举例第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 一一类类称称为为模模拟拟信信号号,它它是是指指时时间间上上和和数数值值上上的的变变化化都都是是连连续续平平滑滑的的信信号号,如如图图(a)中中的的正正弦弦信信号号,处处理理模模拟拟信信号的电路称为号的电路称为模拟电路模拟电路。电子电路中的信号分为两大类:电子电路中的信号分为两大类:另另一一类类称称为为数数字字信信号号,它它是是指指时时间间上上和和数数值值上上的的变变化化都都是是不不连连续续的的,如如图图(b
3、)中中的的信信号号,处处理理数数字字信号的电路称为信号的电路称为数字电路数字电路。(b)(a)第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.1基本门电路及其组合基本门电路及其组合13.1.1逻辑门电路的基本概念逻辑门电路的基本概念门电路:实现各种逻辑关系的电路。门电路:实现各种逻辑关系的电路。分分析析逻逻辑辑电电路路时时只只用用两两种种相相反反的的工工作作状状态态,并并用用 1 或或 0 表表示示。如如开开关关接接通通用用 1 表表示示,开开关关断断开开用用 0 表表示示。灯灯亮亮可可用用 1 表示,灯灭可用表示,灯灭
4、可用 0 表示。表示。正正逻逻辑辑系系统统:高高电电位位用用 1 表示,低电位用表示,低电位用 0 表示。表示。负负逻逻辑辑系系统统:高高电电位位用用 0 表示,低电位用表示,低电位用 1 表示。表示。第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 1与与逻辑逻辑如如(a)图所示。图所示。全部条件具备结果才发生全部条件具备结果才发生记为记为:A B=Y2或或逻辑逻辑如如(b)图所示。图所示。一一个个或或一一个个以以上上条条件件具具备备结果就发生。结果就发生。记为记为:A+B=Y3非逻辑非逻辑如如(c)图图条件具备结果条件具备结
5、果不不发生发生;条件条件不不具备结果发生具备结果发生第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.1.2分立元件基本逻辑门电路分立元件基本逻辑门电路1二极管二极管与与门电路门电路 +12 VABCDADBDCYR设设:uA=0,uB=uC=3 V 则则 DA导导通通,DB、DC 截止截止。uY=0.3 V uY=0.3 VY=0uA,uB,uC 中任意一个或两个为中任意一个或两个为 0,Y=0。设设:3 V 为为高高电电位位 1,0.3 V 为为低低电电位位 0,二二极极管管压降为管管压降为 0.3 V。第第第第131
6、31313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 +12VABCDADBDC设:设:uA=uB=uC=0DA、DB、DC 都导通都导通Y=0uY=0.3 VYuY=0.3 VRuY=3.3 V设:设:uA=uB=uC=3 V uY=3.3 V,Y=1DA、DB、DC 都导通都导通 +12VABCDADBDCYR第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 由由以以上上分分析析可可知知:只只有有当当 A、B、C 全全为为高高电电平平时时,输出端输出端 Y 才为高电平。正好符合
7、才为高电平。正好符合与与门的逻辑关系门的逻辑关系。结论:结论:与逻辑关系式:与逻辑关系式:Y=A B C与门逻辑状态表与门逻辑状态表ABCY00000000000111100001111010101011逻辑符号逻辑符号第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 例例:两输入两输入与与门波形图门波形图Y=A B第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 DA 12 VYABCDBDCR设:设:uA=3 V,uB=uC=0 V 则则 DA 导通导通。uY
8、=(3 0.3)V=2.7 V DB、DC 截止,截止,Y=1uY=2.7 VuA,uB,uC 中任意一个或两个为中任意一个或两个为 1,Y=1。2二极管二极管或或门电路门电路第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 DA 12VYABCDBDC设设:uA=uB=uC=3 VDA、DB、DC 都导通都导通uY=2.7 VuY=2.7 V,Y=1RuY=0.3V设设:uA=uB=uC=0 V DA、DB、DC 都导通都导通uY=0.3 V,Y=0DA 12VYABCDBDCR第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻
9、辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 或或逻辑关系式:逻辑关系式:Y=A+B+C或或门逻辑状态表门逻辑状态表ABCY00010111110111100001111010101011结论结论:由由以以上上分分析析可可知知,当当 A、B、C 任任一一为为高高电电平平时时,输输出出端端 Y 才才为为高高电电平平。正正好符合好符合或或门的逻辑关系。门的逻辑关系。第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 或或逻辑关系式:逻辑关系式:Y=A+B例:二输入例:二输入或或门波形图门波形图第第第第131313
10、13章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 3晶体管晶体管非非门电路门电路当当 A 为高电平时为高电平时(即即 A=1)晶体管饱和晶体管饱和集电极电位为低电平集电极电位为低电平(0 V 附近附近)即即Y=0当当 A 为低电平时为低电平时(即即 A=0)晶体管截止晶体管截止集电极电位为高电平集电极电位为高电平(近似等于近似等于 UCC)即即Y=1第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 结论结论:Y 等于等于 A 的非;记为的非;记为非门电路也称为反相器。非门电路也称为反
11、相器。逻辑符号逻辑符号波形图波形图第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.1.3基本逻辑门电路的组合基本逻辑门电路的组合1与非与非门电路门电路逻辑表达式逻辑表达式第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 2或非或非门电路门电路逻辑表达式逻辑表达式第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 3与或非与或非门电路门电路逻辑表达式逻辑表达式第第第第13131313章章章章 门
12、电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.2TTL 门电路门电路13.2.1TTL 与非与非门电路门电路第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 设设:uA=0.3V,uB=3.6V,则,则 VB1=(0.3+0.7)V=1VVY=5V UR2 ube3 uDVB1=1 VVY=3.6 VT2、T4 截止截止,T3导通导通。小小=(5 0.7 0.7)V=3.6 VY=11输入不全输入不全为为 1+5VABT1R1R2T2T3DT4R3R4Y+5VA B R1C1B1第第第第1
13、3131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 设设 uA=uB=3.6 V,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、T4 导导通通,VY=0.3 V,Y=0。且且 VB1=2.1 V,T1 发发射射结结全全部反偏。部反偏。VC2=UCE2+UBE4=(0.3+0.7)V=1 V,故,故 T3 截止。截止。2输入全输入全为为 1VB1=2.1 VVY=0.3 V+5VABT1R1R2T2T3DT4R3R4Y第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门
14、电路和组合逻辑电路 由以上分析可知:由以上分析可知:当当输输入入端端 A、B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中中只只要要有有一一个个为为低低电电平平,输输出出端端Y 就就为为高高电平电平,正好符合正好符合与非与非门的逻辑关系。门的逻辑关系。ABY&与非与非门的逻辑功能:门的逻辑功能:全全 1 才才 0,有,有 0 则则 1。第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 TTL 与与非非门门组组件件就就是是将将若若干干个个与与非非门门电电路路,经经过过集集成电路工艺制作在同
15、一芯片上成电路工艺制作在同一芯片上。&+UC14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7地地74LS00&74LS00 组件含有组件含有两个输入端的两个输入端的与与非非门四个。门四个。第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 74LS20 四输入四输入 2 门门74LS00 两输入两输入4 门门第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.2.2三态输出与非门电路三态输出与非门电路E=1 时,二极管时,二极管 D 截止,截止,
16、Y=A B,同同 TTL 与非与非门。门。E=0 时时,VB1=1 V,T2、T4 截截止止;二二极极管管 D 导导通通,使使 VB3=1 V。T3 截止,截止,输出端开路输出端开路(高阻状态高阻状态)逻辑符号逻辑符号如图如图(b)、图图(c)所示所示第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 13.4组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计13.4.1逻辑代数逻辑代数逻辑代数:按一定逻辑规律进行运算的代数。逻辑代数:按一定逻辑规律进行运算的代数。逻辑代数逻辑代数不代表数不代表数,而是代表,而是代表两种相互对立的状
17、态两种相互对立的状态。逻辑代数中的变量称为逻辑变量。它只能取逻辑代数中的变量称为逻辑变量。它只能取 0 或或 1。1逻辑代数运算法则逻辑代数运算法则基本运算法则:基本运算法则:(1)0 A=0(2)1 A=A(3)A A=A(5)0+A=A(6)1+A=1(7)A+A=A第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 交换律交换律:结合律:结合律:分配律:分配律:证明证明:=A1+(B+C)+BC第第第第13131313章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路 吸收律:吸收律:
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