第20章 门电路和组合逻辑电路.ppt
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1、第第2020章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路20.1 20.1 脉冲信号脉冲信号20.20.2 2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合20.20.3 TTL3 TTL门电路门电路20.20.4 4 CMOS门电路门电路20.20.5 5 逻辑代数逻辑代数20.20.6 6 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计20.20.7 7 加法器加法器20.20.8 8 编码器编码器20.20.9 9 译码器和数字显示译码器和数字显示20.120.10 0 数据分配器及数据选择器数据分配器及数据选择器1.1.掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑
2、符号、真值掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解表和逻辑表达式。了解表和逻辑表达式。了解表和逻辑表达式。了解 TTLTTL门电路、门电路、门电路、门电路、CMOSCMOS门门门门电路的特点。电路的特点。电路的特点。电路的特点。3.3.会分析和设计简单的组合逻辑电路。会分析和设计简单的组合逻辑电路。会分析和设计简单的组合逻辑电路。会分析和设计简单的组合逻辑电路。4.理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑 电路的工作
3、原理和功能。电路的工作原理和功能。电路的工作原理和功能。电路的工作原理和功能。5.5.学会数字集成电路的使用方法。学会数字集成电路的使用方法。学会数字集成电路的使用方法。学会数字集成电路的使用方法。本章要求本章要求2.掌握用逻辑代数的基本运算法则和卡诺图化简掌握用逻辑代数的基本运算法则和卡诺图化简掌握用逻辑代数的基本运算法则和卡诺图化简掌握用逻辑代数的基本运算法则和卡诺图化简 逻辑函数的方法。逻辑函数的方法。逻辑函数的方法。逻辑函数的方法。20.1 20.1 脉冲信号脉冲信号20.1.1 20.1.1 电子电路中的信号电子电路中的信号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
4、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:注重电路的输出与输注重电路的输出与输 入的大小、相位关系入的大小、相位关系特点特点:注重电路的输出与注重电路的输出与输入的逻辑关系输入的逻辑关系返回目录返回目录20.1.2 20.1.2 脉冲信号的波形及参数脉冲信号的波形及参数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
5、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返回目录返回目录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20.1.3 20.1.3 脉冲信号的逻辑状态脉冲信号的逻辑状态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 表示表示返回目录返回目录20.2 20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合 UiUoKUccRK开开输出高电平输出高电平K闭闭输出低电平输出低电平输
6、入输入信号信号控制控制开关开关状态状态可用二极管和三极管代替可用二极管和三极管代替返回目录返回目录20.220.2.1.1 晶体管的开关作用晶体管的开关作用R1.二极管的开关特性二极管的开关特性导通导通截止截止相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V20.2 20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合20.220.2.1.1 晶体管的开关作用晶体管的开关作用2.三极管的开关特性三极管的开关特性饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于
7、相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V例:如图所示电路中,如图所示电路中,当输入电压当输入电压分别为分别为和和时,时,试问晶体管试问晶体管处于何种工作状态?处于何种工作状态?返回目录返回目录解:解:当当时,时,晶体管已处于深度饱和状态。晶体管已处于深度饱和状态。晶体管临界饱和时的基极电流晶体管临界饱和时的基极电流当当时,时,晶体管处于放大状态晶体管处于放大状态晶体管可靠截止。晶体管可靠截止。当当时,时,返回目录返回目录20.20.2 2.2 2 门电路的基本概念门电路的基本概念不不 满满 足足 条
8、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返回目录返回目录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返回目录返回目录1.“与与
9、”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“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 逻辑与逻辑与返回目录返回目录2.“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只要有一个接通只要有一个接通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
10、目录3.“非非”门(门(“非非”逻辑)逻辑)A 满足条件时,事件满足条件时,事件Y 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1.二极管二极管“与与”门电路门电路(1 1)电路电路电路电路(2 2)工作原理)工作原理)工作原理)工作原理输入输入A、B、C全为高电平全为高电平“1”,输出输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”,输出输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3
11、V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表0V3V20.20.2 2.3 3 分立元件基本逻辑门电路分立元件基本逻辑门电路(3 3)逻辑关系:逻辑关系:逻辑关系:逻辑关系:“与与与与”逻辑逻辑即:有即:有“0”出出“0”,全全“1”出出“1”Y=A B C(4 4)逻辑表达式:)逻辑表达式:)逻辑表达式:)逻辑表达式:(5 5)逻辑符号:)逻辑符号:)逻辑符号:)逻辑符号:&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态
12、表门逻辑状态表2.二极管二极管“或或”门电路门电路(1 1)电路电路电路电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3V3V-U 12VRDADCABYDBC(2 2)工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”,输出输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”,输出输出 Y 为为“1”。(3)逻辑关系逻辑关系:“或或或或”逻辑逻辑即:有即:有“1”出出“1”,全全“0”出出“0”Y=A+B+C(4 4)逻辑表达式
13、:)逻辑表达式:)逻辑表达式:)逻辑表达式:(5 5)逻辑符号:)逻辑符号:)逻辑符号:)逻辑符号:ABYC 100000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3.三极管三极管“非非”门电路门电路+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止截止截止截止饱和饱和(3)逻辑表达式:逻辑表达式:Y=A“0”10“1”(1 1)电路电路电路电路“0”“1”AY“非非非非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表(2)逻辑符号)逻辑符号1AY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
14、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20.20.2 2.4 4 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”门电路门电路有有“0”出出“1”,全,全“1”出出“0”“与与与与”门门门门&ABCY&ABC“与非与非与非与非”门门门门00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:1Y“非非非非”门门门门2.“或非或非”门电路门
15、电路有有“1”出出“0”,全,全“0”出出“1”1Y“非非非非”门门门门00010010101011001000011001001110ABYC“或非或非或非或非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表“或或或或”门门门门ABC 1“或非或非或非或非”门门门门YABC 1Y=A+B+C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:3.“3.“与或非与或非与或非与或非”门电路门电路门电路门电路Y=AB+CD逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:“与或非与或非与或非与或非”门门门门YABCD 1&0001BCYD“与或非与或非与或非与或非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表
16、门逻辑状态表A00011001010011000001100111010110110110010101101101011100100011010111001111011Y“非非非非”门门门门 1“或或或或”门门门门“与与与与”门门门门&CD&AB4.“4.“异或异或异或异或”门电路门电路门电路门电路入入“同同”出出“0”,入,入“异异”出出“1”000ABY“异或异或异或异或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表011101110逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:Y=AB+AB&BAYY3Y2Y11ABY“异或异或异或异或”门门门门+=A B5.“5.“同或同或同或同
17、或”门电路门电路门电路门电路入入“异异”出出“0”,入,入“同同”出出“1”001ABY“同或同或同或同或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表010100111ABY“同或同或同或同或”门门门门BAYY3Y2Y1 1 1 1 1逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:Y=AB+AB=A B例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形ABY1&ABY1 1ABY2Y2输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级20.3.1 TTL20.3.1 TTL“与非与非”门电路门电路1.电
18、路电路 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极三多发射极三多发射极三多发射极三极管极管极管极管20.3 TTL门电路门电路 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流(拉负载电流(拉负载电流(拉负载电流(拉电流)电流)电流)电流)(1)(1)输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平“0”(0.3V)0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”流过流过 E结的电结的电
19、流为正向电流流为正向电流VY 5-0.7-0.7 =3.6V5V2.工作原理工作原理 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)(2)(2)输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平“1”(3.6V)1”(3.6V)时时时时2.工作原理工作原理4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流(灌负载电流(灌负载电流(灌负载电流(灌电流)电流)电流)电流)输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V有有有有“0”0”出出出出“1”1
20、”全全全全“1”1”出出出出“0”0”“与非与非”逻逻辑关系辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻逻逻逻辑辑辑辑表表表表达达达达式式式式:Y&ABC“与非与非与非与非”门门门门电压传输特性:电压传输特性:电压传输特性:电压传输特性:输出电压输出电压输出电压输出电压 U UOO与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压 U Ui i的关系。的关系。的关系。的关系。C CD DE E3.TTL“与非与非”门电压传输特性门电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特
21、性测试电路测试电路测试电路测试电路0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/VU UOO/V/V&+5V+5VU Ui iU Uo oV VV VA AB B(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 TTL“与非与非”门门典型值典型值返回目录返回目录4.TTL“与非与非”门参数门参数(2)(2)噪声容限电压噪声容限电压 低电平噪声容限电
22、压低电平噪声容限电压 UNL在保证输出的高电平电压不低于额定值在保证输出的高电平电压不低于额定值9090的条件下所的条件下所容许叠加在输入低电平上的最大噪声(或干扰)电压。容许叠加在输入低电平上的最大噪声(或干扰)电压。是在保证条件下所容许是在保证条件下所容许的最大输入低电平电压的最大输入低电平电压返回目录返回目录(2)(2)噪声容限电压噪声容限电压 高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压 UNH在保证输出的低电平电压的条件下所容许叠加在输入高在保证输出的低电平电压的条件下所容许叠加在输入高电平(极性和输入信号相反)的最大噪声(干扰)电压电平(极性和输入信号相反)的最大噪声(干扰)电压在上述保证
23、条件下所容在上述保证条件下所容的最小输入高电平电压的最小输入高电平电压返回目录返回目录例如:例如:设设TTL TTL“与非与非”门的数据为门的数据为则:则:返回目录返回目录(3)(3)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”门门如何计算如何计算 N NO O返回目录返回目录前后级之间的电流关系前后级之间的电流关系&前级&后级前级输出高电平前级流出电流 IOH(拉电流)输入高电平电流 IiH返回目录前后级之间的电流关系前后级之间的电流关系&前级前级&后级后级前级输出低电平前级输出低电平
24、 流入前级电流流入前级电流 IOL(灌电流)灌电流)输入低电平电流输入低电平电流 IiL返回目录返回目录关于电流的技术参数关于电流的技术参数返回目录返回目录前级输出为高电平时前级输出为高电平时IOHIiH1IiH3IiH2IiHN输出高电平时,流出前输出高电平时,流出前级的电流(拉电流):级的电流(拉电流):前级输出前级输出高电平高电平返回目录返回目录前级输出为低电平时前级输出为低电平时IOLIiL1IiL3IiL2IiLN输出低电平时,流入前输出低电平时,流入前级的电流(灌电流):级的电流(灌电流):前级输出前级输出低电平低电平返回目录返回目录(4)平均传输延迟时间平均传输延迟时间tuiot
25、uoo50%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上升延迟时间上升延迟时间下降延迟时间下降延迟时间返回目录返回目录5.5.两种实际的两种实际的TTLTTL与非门芯片与非门芯片CT74LS20(4CT74LS20(4输入输入2 2门门)CT74LS00(2CT74LS00(2输入输入4 4门门)返回目录返回目录20.3.2 三态输出三态输出“与非与非”门门当控制端当控制端当控制端当控制端为高电平为高电平为高电平为高电平“1”1”时,时,时,时,实现正常实现正常实现正常实现正常的的的的“与非与非与非与非”逻辑关逻辑关逻辑关逻辑关系系系系 Y Y=A
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- 第20章 门电路和组合逻辑电路 20 门电路 组合 逻辑电路
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