下一页,返回,上一页,退出,章目录,下一页,返回,上一页,退出,章目录,下一页,返回,上一页,退出,章目录,下一页,返回,上一页,退出,章目录,第,20,章 门电路和组合逻辑电路,20.1,脉冲信号,20.2,基本门电路及其组合,,20.5,逻辑代数,,20.4 CMOS,门电路,20.3 TTL,门电路,,20.6,组合逻辑电路的分析与综合,20.7,加法器,20.8,编码器,20.9,译码器和数字显示,20.10,数据分配器和数据选择器,20.11,应用举例,第20章 门电路和组合逻辑电路20.1 脉冲信号20.2,1.,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,TTL,门电路、,CMOS,门电路的特点,;,3.,会分析和设计简单的组合逻辑电路,;,理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑,电路的工作原理和功能,;,5.,学会数字集成电路的使用方法本章要求：,2.,会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数,;,第,20,章 门电路和组合逻辑电路,1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达,①模拟信号与数字信号,模拟信号,:,时间和幅度都,连续,的信号,,t,v,,,,正弦波信号,①模拟信号与数字信号模拟信号: 时间和幅度都连续的信号tv正,数字信号,:,时间和幅度都,离散,的信号,,t,v,数字信号常用“,1”,和“,0”,来表示（,逻辑值,）,数字信号: 时间和幅度都离散的信号tv 数字信,数字电路的分类,按,功能,分：组合逻辑电路和时序逻辑电路,按,工艺,分：,TTL,电路和,CMOS,电路,基本单元,：逻辑门和存储器,②,数 字 电 路,数字电路的应用,数字电子计算机；,数控装置、数字仪表；,数字通信、数字电视、数码相机等。
数字电路的分类按功能分：组合逻辑电路和时序逻辑电路按工艺分：,研究模拟电路主要,注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系,，研究数字电路时则,注重电路输出、输入间的逻辑关系,在模拟电路中，晶体管一般工作在,放大状态,；在数字电路中，三极管通常工作在,饱和或截止状态,，即开关状态数字电路的分析方法,因此研究数字电路不能采用模拟电路的分析方法主要的分析工具是,逻辑代数,，电路的功能用,真值表,、,逻辑表达式,及,波形图,等表示研究模拟电路主要注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系，,,基数（底数）：在一个数位上可使用的数码符号的个数如十进制每个数位可使用的数码符号为,0,、,1,、,2,、,…,、,9,，故其基数为,10, ,位权：某个数位上数码为,1,时所表示的数值如十进制数,…,、,10,2,、,10,1,、,10,0,、,10,-1,、,10,-2,,、,…,,，即十进制数中各数位的权是基数,10,的幂数制的基本概念,,③数 制,基数（底数）：在一个数位上可使用的数码符,十 进 制,任意一个十进制数,N,可以表示成：,若在数字电路中采用十进制，必须要有,十个电路状态与十个基数相对应,。
这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济3,十 进 制任意一个十进制数 N可以表示成： 若在数字电路,（,1001,）,B,=,= ( 9 ),D,二 进 制,,,在二进制中，每个数位可使用的数码为,0,，,1,，故其基数为,2,，各数位的权值为,2,i,，其计数规则是,“,逢二进一,”,二进制数只需两个状态，机器实现容易，但不便书写和记忆1001）B== ( 9 ) D二 进 制,二进制数的运算,加法运算,减法运算,乘法运算,除法运算,二进制数的运算加法运算减法运算乘法运算除法运算,十、二进制之间的转换,二进制数转换成十进制数,,——,按权展开法,(1101.101),B,= 1×2,3,+ 1×2,2,+ 0×2,1,+ 1×2,0,+,1×2,-1,+ 0×2,-2,+ 1×2,-3,,= (13.625),D,十、二进制之间的转换二进制数转换成十进制数(1101.101,十进制数转换成二进制数,① 整数转换,——,除,2,取余法,2,25, 余,1, ,K,0,12,2,, 余,0, ,K,1,6,2,, 余,0, ,K2,3,2,, 余,1, ,K,3,1,2,, 余,1, ,K,4,0,(25),D,=(11001),B,十进制数转换成二进制数① 整数转换——除2取余法225,②,小数转换,——,乘,2,取整法,十进制数转换成二进制数,0.706, 2,,= 1.412 ,取,1 K,－,1,,0.412, 2,,= 0.824 ,取,0 K,－,2,,0.824, 2,,= 1.648 ,取,1 K,－,3,,0.648, 2,,= 1.296 ,取,1 K,－,4,,0.296, 2,,= 0.592 ,取,0 K,－,5,, ,(0.706),D,=(0.1011),B,，,误差＜,2,－,5,。
② 小数转换——乘2取整法十进制数转换成二进制数0.706,十六个基数：,0,、,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,、,9,、,A(10),、,B(11),、,C(12),、,D(13),、,E(14),、,F(15),(4E6),H,=,4,16,2,+14 16,1,+6 16,0,= (1254),D,十 六 进 制,转换：,(10011100101101001000),B,= (,？,),H,(1001,,1100,,1011,,0100,,1000,),B,8,,4,,B,,C,,9,,= (9CB48),H,如何进行十,—,十六进制转换？,十六个基数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10,八个基数：,0,、,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,(406),O,=,4, 8,2,+ 0 8,1,+ 6 8,0,= (262),D,八 进 制,转换：,(10011100101101001000),B,= (,？,),O,,= (2345510),O,0,,1,,5,,5,,4,,3,,2,,(,10,011 100 101 101 001 000),B,如何进行十,—,八进制转换？,八个基数：0、1、2、3、4、5、6、7(406)O =4,解,1011011111.100110,1,3,3,7,.,4,6,所以,（,1011011111.100110,）,B,=,（,1337.46,）,O,1011011111.10011000,2,D,F,.,9,8,即,（,1011011111.10011,）,B,=,（,2DF.98,）,H,课 堂 练 习,(1011011111.10011),B,= ( ? ),O,= ( ? ),H,,解 1011011111.1001101,为了分别表示,N,个信息,，所需的二进制数码的最小,位数,,n,,应满足：,二进制数码的位数,编码：,用二进制数码来表示文字、符号等特定的信息。
④,二 进 制 码,为了分别表示N个信息，所需的二进制数码的最小位数 n 应,编码可以有多种，数字电路中所用的主要是,二,——,十进制码,（,BCD,码）BCD,————,,Binary-Coded-Decimal,，即用,二进制码表示的十进制数,B C D,码,编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二——十进制码（BCD,,BCD,码至少需要用,四位二进制码元,，而四位二进制码元可以有,16,种组合，从中取出,10,种组合来表示十进制数,0,~,9,时，可能的编码方案有：,B C D,码,若某种代码的每一位都有固定的权值，则称这种代码为有权代码；否则叫无权码种）,BCD码至少需要用四位二进制码元，而四位二进制码元可,常用的,BCD,码,十进制数,8421,码,,5421,码,2421,码,余,3,码,,Gray,码,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,0000,0001,0010,0011,0100,1000,1001,1010,1011,1100,0000,0001,0010,0011,0100,1011,1100,1101,1110,1111,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1100,0000,0001,0011,0010,0110,0111,0101,0100,1100,1000,常用的BCD码十进制数 8421码 5421码 2421码,8421BCD,码,,8421BCD,码是,最基本和最常用,的,BCD,码，它是有权码，各位的权值分别为,8,、,4,、,2,、,1,。
虽然其,权值与四位自然二进制码的权值相同,，但二者是两种不同的代码8421BCD,码只是取用了四位自然二进制代码的前,10,种组合，余下的,6,组代码不用8421BCD码 8421BCD码是最基本和最常用的B,模拟信号：,随时间连续变化的信号,20.1,,脉冲信号,,模拟信号,数字信号,电子电路中的信号,1.,模拟信号,正弦波信号,,,,t,三角波信号,t,模拟信号：随时间连续变化的信号20.1 脉冲信号模拟信号数字,,,处理模拟信号的电路称为模拟电路,如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系在模拟电路中,，,晶体管三极管通常工作在放大区2.,脉冲信号,,在数字电路中，信号（电压或电流）是脉冲的它,是一种跃变信号，并且持续时间短暂尖顶波,,t,,,矩形波,t,处理模拟信号的电路称为模拟电路如整流电路、放大电路,,处理数字信号的电路称为数字电路,，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用脉冲信号,,正脉冲：,脉冲跃变后的值比初始值高,负脉冲：,脉冲跃变后的值比初始值低,如：,0,+3V,0,-3V,正脉冲,0,+3V,0,-3V,负脉冲,处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、,脉冲幅度,A,脉冲上升沿,t,r,,脉冲周期,T,脉冲下降沿,t,f,,脉冲宽度,t,p,,脉冲信号的部分参数：,,,,A,0.9,A,0.5,A,0.1,A,t,p,t,r,t,f,T,实际的矩形波,脉冲幅度 A脉冲上升沿 tr 脉冲周期 T脉冲下降沿 tf,引言：,逻辑代数,在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之间的,逻辑关系,，所以数字电路又称,逻辑电路,，相应的研究工具是,逻辑代数,（布尔代数）。
在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（,二值变量,），即,0,和,1,，这里的,0,和,1,只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高、开关的开合等20.2,,基本门电路及其组合,引言：逻辑代数在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之,,逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系,(,因果关系,),，所以门电路又称为,逻辑门电路,20.2.1,逻辑门电路的基本概念,,基本逻辑关系为,“与”、“或”、“非”,三种下面通过例子说明逻辑电路的概念及,“与”、“或”、“非”,的意义逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件220V,+,-,,,,,,设：开关断开、灯不亮用逻辑 “,0”,表示，开关闭合、灯亮用 逻辑“,1”,表示逻辑表达式,：,,Y,=,A,•,B,1. “,与”逻辑关系,“与”,逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生0,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,0,A,B,Y,B,Y,A,状态表,,220V+- 设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”表示，开关闭,B,Y,220V,,A,,,+,-,,,2. “,或”逻辑关系,,“或”,逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。
逻辑表达式：,,Y,=,A,+,B,状态表,0,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,0,A,B,Y,,,,,BY220VA+-2. “或”逻辑关系 “或”逻辑关系,3. “,非”逻辑关系,,“非”,逻辑关系是否定或相反的意思逻辑表达式：,Y,=,A,状态表,1,0,1,A,Y,0,Y,220V,,A,,,+,-,,R,,,3. “非”逻辑关系 “非”逻辑关系是否定或相反的意思,由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等20.2.2,,分立元件基本逻辑门电路,由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号,,电平的高低一般用,“,1”,和,“,0”,两种状态区别，若规定,高电平为“,1”,，低电平为“,0”,则称为,正逻辑,反之则称为,负逻辑,若无特殊说明，均采用正逻辑1,0,0V,,,U,CC,,,高电平,低电平,电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高,二极管的工作状态,,,,,,开关接通,,,,,,开关断开,,正向导通,反向截止,二极管的开关特性,二极管的工作状态开关接通开关断开正向导通 反向截止二极管的开,三极管的开关特性,三极管的开关特性,三极管,(,C—E),,饱和区,截止区,开关接通,,,,,,C,E,B,,,三极管的开关特性,,,,,,,,C,E,,开关断开,B,三极管 (C—E)饱和区 截止区开关接通CEB三,1.,二极管“与” 门电路,,(1),电路,(2),工作原理,输入,A,、,B,、,C,全为高电平“,1”,，,输出,Y,为“,1”,。
输入,A,、,B,、,C,不全为“,1”,，,输出,Y,,为“,0”,0V,0V,0V,0V,0V,3V,+,U,12V,R,D,A,D,C,A,B,,Y,,,,D,B,C,,,,3V,3V,3V,0V,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,A,B,Y,C,“与” 门逻辑状态表,0V,3V,1. 二极管“与” 门电路 (1) 电路(2) 工作原理输入,1.,二极管“与” 门电路,(3),逻辑关系：,“与”,逻辑,即：有,“,0”,出,“,0”,，,,全,“,1”,出,“,1”,Y=A B C,逻辑表达式：,,,,逻辑符号：,,&,A,B,Y,C,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,A,B,Y,C,“与” 门逻辑状态表,口诀,,1. 二极管“与” 门电路(3) 逻辑关系：“与”逻辑即：,波形图（时序图）,A,B,F,0 0 0,0 1 0,输 入 输出,,A B F,1 0 0,1 1 1,,真 值 表,二极管与门,波形图（时序图）ABF0 0,2.,二极管“或” 门电路,,(1),电路,0V,0V,0V,0V,0V,3V,3V,3V,3V,0V,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,A,B,Y,C,“或” 门逻辑状态表,3V,3V,-,U,12V,R,D,A,D,C,A,B,,Y,,,D,B,C,,,,,,,,(2),工作原理,输入,A,、,B,、,C,全为低电平“,0”,，,输出,Y,为“,0”,。
输入,A,、,B,、,C,有一个为“,1”,，,输出,Y,,为“,1”,2. 二极管“或” 门电路 (1) 电路0V0V0V0V0V,2.,二极管“或” 门电路,(3),逻辑关系,：,“或”,逻辑,即：有,“,1”,出,“,1”,，,,全,“,0”,出,“,0”,Y=A+B+C,逻辑表达式：,逻辑符号：,,A,B,Y,C,>,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,A,B,Y,C,“或” 门逻辑状态表,口诀,,2. 二极管“或” 门电路(3) 逻辑关系：“或”逻辑即：,0 0 0,0 1 1,输 入 输出,,A B F,1 0 1,1 1 1,真 值 表,波形图（时序图）,A,B,F,二极管或门,0 0 00,3.,晶体管“非” 门电路,+U,CC,-U,BB,A,R,K,R,B,,,,,,,,R,C,Y,T,,1,,0,,截止,,饱和,(2) 逻辑表达式：,Y,=,A,“,0”,1,0,“,1,”,,(1),电路,“,0”,“,1”,A,Y,“非” 门逻辑状态表,逻辑符号,,1,A,Y,,3. 晶体管“非” 门电路+UCC-UBBARKRBRCYT,A,F,0.3V,3.2V,当,V,A,=,0.3V,时,:,T,截止,(,,Vp = - 1.8V ),+2.5V,,,,,,,,D,+12V,,,,,,1.5K,,1K,,18K,,-12V,P,,=30,T,三极管非门,,V,F,=2.5V +0.7V=3.2V,D,起箝位作用,AF0.3V3.2V当VA=0.3V时: T截止 ( V,A,F,0.3V,3.2V,当,V,A,=,3.2V,时,:,T,饱和,( I,B,,I,Bs,（临界饱和基极电流）,,,),+2.5V,,,,,,,,D,+12V,,,,,,1.5K,,1K,,18K,,-12V,,,=30,T,D,截止,V,F,= 0.3V,三极管非门,AF0.3V3.2V当VA=3.2V时: T 饱和 (,A,F,波形图（时序图）,三极管非门,,0 1,,1 0,,,真 值 表,输入 输出,,A F,AF波形图（时序图）三极管非门 0,其他逻辑符号,与,或,非,其他逻辑符号与或非,例：根据输入波形画出输出波形,A,B,Y,1,有,“,0”,出,“,0”,，,全,“,1”,出,“,1”,有,“,1”,出,“,1”,，,全,“,0”,出,“,0”,&,A,,B,Y,1,>,1,,A,B,Y,2,Y,2,例：根据输入波形画出输出波形ABY1有“0”出“0”，全“1,,1.,与非门电路,有,“,0”,出,“,1,”,，全,“,1”,出,“,0”,“与”门,,&,A,B,C,Y,,&,A,B,C,,“与非”门,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,0,A,B,Y,C,“与非” 门逻辑状态表,Y=A B C,逻辑表达式：,,,,1,Y,,“非”门,20.2.3,,基本逻辑门电路的组合,1. 与非门电路有“0”出“1”，全“1”出“0”“与”门&,,2.,或非门电路,Y,,≥,1,A,B,C,,“或非”门,,1,Y,,“或”门,,,A,B,C,> 1,有,“,1”,出,“,0,”,，全,“,0”,出,“,1”,0,0,0,1,0,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,A,B,Y,C,“或非” 门逻辑状态表,Y=A+B+C,逻辑表达式：,2. 或非门电路Y≥1ABC“或非”门1Y“或”门ABC>,,A,B,C,&,,1,,&,D,>1,,Y,,3.,与或非门电路,Y=A.B+C.D,逻辑表达式：,,>1,&,&,Y,,A,B,C,D,逻辑符号,ABC&1&D>1Y3. 与或非门电路Y=A.B+C.D逻辑,真值表：,,A B Y,0 0 0,0 1 1,1 0 1,1 1 0,逻辑符号：,异或：,表达式：,“,相异为,1,，相同为,0,”,真值表： A B Y逻辑符号：异或：表达式：“ 相异,,=1,,A,,B,,Y,C,,=1,,,C,,Y,C,,注意：,要表示,=1ABYC=1CYC注意：要表示,真值表：,,A B Y,0 0 1,0 1 0,1 0 0,1 1 1,,P233.,例题,20.2.1,略,逻辑符号：,同或：,表达式：,“,相同为,1,，相异为,0,”,Y=A⊙B=AB+,真值表： A B Y逻辑符号：同或：表达式：“ 相同,补充：,集成电路的分类,,数字集成电路按其内部有源器件的不同可以分为两大类。
一类为,TTL(Transistor Transistor Logic),集成电路，另一类为,MOS(Metal Oxide Semiconductor),集成电路20.3 TTL,门电路,补充：集成电路的分类 数字集成电路按其内部有,,TTL,电路,工作速度高,、驱动能力强，但功耗大、集成度低；,MOS,集成电路集成度高、,功耗低,超大规模集成电路基本上都是,MOS,集成电路，其缺点是工作速度略低新的,BiCMOS,器件由双极型晶体管电路和,MOS,型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势， 缺点是制造工艺复杂 ,TTL电路工作速度高、驱动能力强，但功耗大、,小规模,集成电路,,( Small Scale Integration :,SSI,),,中规模,集成电路,（,Medium Scale Integration :,MSI,,),,大规模,集成电路,（,Large Scale Integration :,LSI,,),,超大规模,集成电路,（,Very Large Scale Integration :,VLSI,,),集成电路的规模,小规模集成电路中规模集成电路大规模集成电路超大规模集成电路集,20.3,TTL,门电路,TTL(Transistor Transistor Logic),(,晶体管,—,晶体管逻辑门电路,),,TTL,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 “与非”门电路的工作原理、特性和参数20.3 TTL门电路TTL(Transistor Tr,,,T,5,Y,,R,3,R,5,A,B,,C,R,4,R,2,R,1,,T,3,,T,4,T,2,+5V,,T,1,,,,,,,,,,,输入级,中间级,输出级,20.3.1 TTL“,与非”门电路,1.,电路,,E,2,E,3,E,1,B,等效电路,,,,,C,多发射极三极管,T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2,输入级：由多发射极管T,1,与R,1,组成，实现,″,与,″,运算等效电路,,b,1,=A• B • C,,c,1,+5V,R,1,,,,T,1,b,1,A,B,C,,,,,c,1,A,B,,,,,,+5V,,,,b,1,R,1,,C,,,,输入级：由多发射极管T1与R1组成，实现″与″运算等效电路,,,T,5,Y,,R,3,R,5,A,B,,C,R,4,R,2,R,1,,T,3,,T,4,T,2,+5V,,T,1,,,,,,,,,,,(1),输入全为高电平“,1”(3.6V),时,2.,工作原理,4.3V,T,2,、T,5,饱和导通,钳位,2.1V,E,结反偏,截止,“,0”,(0.3V),负载电流（灌电流）,输入全高,“,1”,,输出为低,“,0”,1V,,T,4,T,1,倒置,,C,、,E,作用颠倒,T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2,,,T,5,Y,R,3,R,5,A,B,,C,R,4,R,2,R,1,,T,3,,T,4,T,2,+5V,,T,1,,,,,,,,,,,,,2.,工作原理,1V,T,2,、T,5,截止,负载电流（拉电流）,(2),输入端有任一低电平“,0”(0.3V),(0.3V),,“,1”,“,0”,输入有低,“,0”,输出为高,“,1”,流过,E,结的电流为正向电流,5V,V,Y,,5-0.7-0.7,,=3.6V,T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2,,,&,A,B,C,F,输 入,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,输 出,状 态,全部为高电平,倒置,饱和,导通,截止,饱和,V,OL,,开门,至少一个低电平,饱和,截止,导通,导通,截止,V,OH,,关门,TTL,与非门工作原理,,+5V,A,B,C,,,,,,,,,,F,,,,,T,2,,,T,3,T,4,T,1,T,5,,,,,,,&AF输 入 T1T2T3T4T5输 出状,,有“,0”,出“,1”,全“,1”,出“,0”,,“与非”逻辑关系,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,0,A,B,Y,C,“与非” 门逻辑状态表,Y=A B C,逻辑表达式：,,,Y,,&,A,B,C,,“与非”门,有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系000100,74LS00,、,74LS20,管脚排列示意图,,,&,,,&,,12,,11,,10,,9,,8,,14,,13,,3,,4,,5,,6,,7,,1,,2,,&,,&,,,,,,,,,,,,,,,,,U,CC,4,B,4,A,4,Y,3,B,3,A,3,Y,1,B,1,A,1,Y,2,B,2,A,2,Y,GND,(a),74LS00,,,,12,,11,,10,,9,,8,,14,,13,,3,,4,,5,,6,,7,,1,,2,,&,,&,,,,,,U,CC,2,D,3,C,2B,2,A,2,Y,1,B,1,A,NC,1,D,1,C,1,Y,GND,,,,,,,,74LS20,(b),74LS00、74LS20管脚排列示意图&&12111098,(1),电压传输特性：,输出电压,U,O,与输入电压,U,i,的关系。
C,,D,E,3. TTL“,与非”门特性及参数,电压传输特性,测试电路,A,B,O,1,2,3,1,2,3,4,,U,i,/V,U,O,/V,,,&,,,+5V,,U,i,,U,o,,V,V,,(1) 电压传输特性：输出电压 UO与输入电压 Ui的关系5V,F,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,A,B,C,100,,750,,360,,3K,,AB,段,:,当,V,i,<0.6v,时，,V,b1,<1.3v,，,T,2,和,T,5,截止，,T,4,导通，输出为高电平,V,oH,=V,cc,－,V,R2,－,V,d2,－,V,be4,3.6v,，故,AB,段称为截止区5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1,,,,,,,,,,,+5V,F,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,A,B,C,100,,750,,360,,3K,,BC,段,:,当,0.7 所以,V,c2,和,V,o,随,V,i,的增高而线性地降低，故,BC,段称为线性区5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1,,,,,,,,,,,+5V,F,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,A,B,C,100,,750,,360,,3K,,CD,段,:,当,1.3v 典型值 ：输出高电平 UOH = 3.6V 阈值电压 UT,指一个“与非”门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力对于TTL“与非”门,N,O,,,84,）输入高电平电流,I,IH,和输入低电平电流,I,IL,,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，,称为高电平输入电流,I,IH,（,,A,）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，,称为低电平输入电流,I,IL,（,mA,）3）扇出系数,N,O,指一个“与非”门能带同类门的最大数目，它表示带负载的,5）平均传输延迟时间,t,pd,50%,50%,t,pd1,t,pd2,TTL的,t,pd,约在 10ns ~ 40ns，此值愈小愈好输入波形,u,i,输出波形,u,O,,平均传输时间,（,P,ropagation,d,elay),5）平均传输延迟时间 tpd 50%50%tpd1tpd2,(,T,hree,S,tates),“ 三 态 ”,,高电平,低电平,高阻状态（禁止状态）,,标准与非门,输出状态,20.3.2,三态输出与非门（,TS,门）,(Three States)“ 三 态 ”高电平低电平高阻状,控制端,,,D,E,,,E,,,1,,(使能端:Enable）,,,A,B,输入端,,,,,,,,+5V,F,R,4,R,2,R,1,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,三态输出与非门的结构,控制端DEE1(使能端:Enable）AB输入端+5VFR4,Y,,“,1”,3.6V,,截止,,“,0”,0.3V,正常工作状态,,,,,,,,,,+5V,R,4,R,2,R,1,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,A,B,,,D,E,,,E,,,1,,,三态输出与非门工作原理,Y“1”截止“0”正常工作状态+5VR4R2R1T2R5R3,,,,,,,,,,+5V,R,4,R,2,R,1,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,A,B,,,D,E,,,E,,,1,,,“,0”,0.3V,,“,1”,3.6V,,导通,1V,截止,,,截止,,,高阻状态,Y,,,E=“1”,时：,Y=Z,高阻状态（禁止状态）,三态输出与非门工作原理,+5VR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE1“,,,&,,A,B,Y,符号：,功能表：,0,（,工作状态,）,输出,E,,低电平,为工作状态,(,低电平使能,),1,高阻状态,（禁止状态）,三态输出与非门工作原理,&ABY符号：功能表：0,+5V,,,,,,,Y,R,4,R,2,R,1,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,使能端,,,,A,B,输入端,,D,,,E,,,,去掉非门,三态输出与非门（,TS,门）,当控制端为低电平,“,0”,时，输出,Y,处于开路状态，也称为高阻状态。 当控制端为高电平,“,1”,时，实现正常的“与非”逻辑关系,,Y,=,A•B,+5VYR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5使能端AB输,符号：,功能表：,1,（,工作状态,）,输出,E,,高电平,为工作状态,(,高电平使能,),,0,高阻状态,（禁止状态）,,,&,A,B,Y,,,&,A,B,E,Y,三态输出与非门（,TS,门）,符号：功能表：1,主要作为,TTL,电路与,总线,(BUS),间的,接口电路,公用总线,E,1,E,2,E,3,用总线,分时,传送不同数据,,,&,,A,1,B,1,E,1,,,&,,A,2,B,2,E,2,,,&,,A,3,B,3,E,3,,3,1,,2,1,门工作,2,,门工作,3,,门工作,三态输出与非门的应用,主要作为TTL电路与总线 (BUS)间的接口电路公用总线E1,当,G,=0,时，门,1,选通，门,2,禁止，信号由,A,传送到,B,；当,G,=1,时，门,1,禁止，门,2,选通，信号由,B,传送到,A,利用三态门实现,信号的可控双向传送,三态输出与非门的应用,当G=0时，门1选通，门2禁止，信号由A传送到B；当G=1时,1,.,问题的提出,TTL,与非门,进行,与运算,:,,,&,A,B,,,,,&,C,D,,,&,G,,1,,A,B,,,C,D,,,&,A,B,E,F,,,&,C,D,G,,,能否“,线与,”？,（,O,pen,C,ollector ),G,=,A,B,,,C,D,20.3.3,集电极开路与非门（,OC,门）,1 . 问题的提出TTL与非门进行与运算:&A&C&G1A,,i,不允许,,,,&,A,B,E,F,,,&,C,D,G,,,,,,,,+5V,R,4,R,2,T,3,T,4,T,5,100,,750,,3K,,R,3,U,OH,,,,,,+5V,R,4,R,2,T,3,T,4,T,5,100,,750,,3K,,R,3,U,OL,大电流,i不允许&AEF&CG+5VR4R2T3T4T510075,,,,,,,,,,,+5V,Y,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,A,B,C,,去掉,T,3,,T,4,标准TTL与非门,2,.,OC门结构,集电极开路与非门（,OC,门）,+5VYR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1,,Y =,A,BC,集电极开路,“与”,“非”,R,L,（外接）,,U,CC,,,,,,Y,T,5,,+5V,,,,R,2,R,1,3k,T,2,R,3,T,1,b,1,c,1,A,B,C,,上拉电阻,2,.,OC门结构,集电极开路与非门（,OC,门）,有源负载,Y =ABC集电极开路“与”“非”RL（外接）UCCYT5+,Y=Y,1,,Y,2,,Y,3,,,&,逻辑符号,缺,角,,,&,A,B,C,F,应用电路,R,L,,Y,,,&,,,&,,,&,,,,Y,1,Y,2,Y,3,,,,A,1,B,1,C,1,A,2,B,2,C,2,A,3,B,3,C,3,V,CC,集电极开路与非门（,OC,门）,Y=Y1 Y2 Y3&逻辑符号缺&AF应用电路RLY&&,OC门的特点：,1.,输出端可直接驱动负载,如：,Y,,,,,,&,C,B,A,,KA,,+24V,,,,KA,~220,2.,几个输出端可直接相联,,,,&,A,1,B,1,C,1,,,,Y,1,,,&,A,2,B,2,C,2,,,Y,2,,,&,A,3,B,3,C,3,,,Y,3,,,,,,U,R,L,Y,,“,1”,“,0”,“,0”,“,0”,“,0”,OC门的特点：1.输出端可直接驱动负载如：Y&CBAKA+2,OC门的特点：,1.,输出端可直接驱动负载,如：,Y,,,,,,&,C,B,A,,KA,,+24V,,,,KA,~220,2.,几个输出端可直接相联,,,,&,A,1,B,1,C,1,,,,Y,1,,,&,A,2,B,2,C,2,,,Y,2,,,&,A,3,B,3,C,3,,,Y,3,,,,,,U,R,L,Y,,“,1”,“,0”,“,0”,“,1”,“线与”,功能,,0,OC门的特点：1.输出端可直接驱动负载如：Y&CBAKA+2,20.4 CMOS门电路(,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互补型金属氧化物半导体）,孔子曰：温故而知新,场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是,电压控制元件,。 按结构不同,场效应管有两种,:,结型场效应管,绝缘栅型场效应管 （,MOS,场效应,管）,,按工作状态可分为：,增强型和耗尽型两类,每类,又有,N,沟道,和,P,沟道,之分,20.4 CMOS门电路(Complementary M,,,(1),,N,沟道增强型管的结构,增强型绝缘栅场效应管,漏极,金属电极,栅极,源极,,高掺杂,N,区,D,G,S,SIO,2,绝缘层,,,,P,型硅衬底,N+,N+,,,,,,,,,,,,,,,,,G,S,D,(1) N沟道增强型管的结构 增强型绝缘栅场效应管漏极金属电,N,型沟道增强型绝缘栅场效,应管的导通,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P,型硅衬底,,N+,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,E,G,S,–,G,,,+,N+,D,N,沟道,,–,+,E,D,,I,D,在一定的漏,–,源电压,U,DS,下，使管子由不导通变为,导通的临界栅源电压称为开启电压,U,GS(,th,）,2) N,沟道增强型管的工作原理,N型沟道增强型绝缘栅场效应管的导通P型硅衬底N+EGS–G+,(3),特性曲线,转移特性曲线,I,D,/mA,,,,U,DS,/V,,,,,,,,,o,,,,U,GS,= 1V,U,GS,= 2V,U,GS,= 3V,U,GS,= 4V,漏极特性曲线,恒流区,可变电阻区,截止区,,,,,无沟道,有沟道,U,GS,/V,U,GS,(th),U,DS,=,常数,I,D,/16mA,,O,,开启电压,U,GS,(th）,(3) 特性曲线转移特性曲线ID/mAUDS/VoUGS=,,N,型衬底,,P,+,,P,+,,G,S,D,符号：,结构,(4),P,沟道增强型,S,i,O,2,绝缘层,加电压才形成,,P,型导电沟道,,增强型场效应管只有当,U,GS,,,U,GS,(th,）,时才形成导电沟道。 N型衬底P+P+GSD符号：结构(4) P沟道增强型,20. 4. 1 CMOS,非门电路,,A,Y,T,2,+,U,DD,T,1,N,沟道,P,沟道,G,G,D,S,S,,,20.4 CMOS门电路(,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互补型金属氧化物半导体）,PMOS,管,NMOS,管,CMOS,管,,负载管,驱动管,(,互补对称管,),A,=“1”,时，,T,1,导通，,T,2,截止，,Y,=,“,0,”,A,=“0”,时，,T,1,截止，,T,2,导通，,Y,=,“,1,”,Y= A,20. 4. 1 CMOS 非门电路AYT2+UDDT1N,T,4,,与,T,3,并联，,T,1,,与,T,2,串联；,,当,AB,都是高电平时,,T,1,,与,T,2,同时导通，,T,4,与,T,3,同时截止；输出,Y,为低电平当,AB,中有一个是低电平时，,T,1,与,T,2,中有一个截止，,T,4,与,T,3,中有一个导通, 输出,Y,为高电平20. 4. 2 CMOS,与非门电路,,,A,B,T,4,T,3,T,1,T,2,+,U,DD,Y,,1.,电路,2.,工作原理,T4 与 T3 并联， 当 AB 都是高电平时,,B,,T,4,T,3,T,1,T,2,A,Y,,,,,,当,AB,中有一个是高电平时，,T,1,,与,T,2,中有一个导通，,T,4,,与,T,3,中有一个截止，输出,Y,为低电平。 当,AB,都是低电平时，,T,1,,与,T,2,同时截止，,T,4,与,T,3,同时导通；输出,Y,为高电平20. 4. 3 CMOS,或非门电路,1.,电路,2.,工作原理,BT4T3T1T2AY 当 AB 中有一个是高,20.4.,4 CMOS传输门电路,,,U,DD,u,i,T,1,,,,T,2,C,C,u,O,控制极,控制极,1.,电路,,2.,工作原理,设：,10V,0V,可见,u,i,在,0~10V,连续变化时，至少有一个管子导通，传输门打开，（相当于开关接通）,u,i,可传输到输出端，即,u,O,=,u,i,，所以,COMS,传输门可以传输模拟信号，也称为,模拟开关,0~7V,）,导通,（,3~10V,）,导通,20.4. 4 CMOS传输门电路UDDuiT1T2CCu,,,U,DD,u,i,T,1,,,,T,2,C,C,u,O,控制极,控制极,0V,10V,可见,u,i,在,0~10V,连续变,化时，两管子均截止，,传输门关断，（相当于,开关断开）,u,i,不能传输,到输出端0~10V,）,截止,截止,结论：,C,=“1”(,C,=“0”),时传输门开通。 C,=“0”(,C,=“1”),时传输门关断20.4.,4 CMOS传输门电路,1.,电路,,2.,工作原理,设：,UDDuiT1T2CCuO控制极控制极0V10V可见ui在0,,,TG,u,i,u,O,C,C,逻辑符号,开关电路,,,TG,u,i,u,i,C,C,,1,,“,1”,开通,,,TG,u,i,u,i,C,C,,1,,“,0”,关断,20.4.,4 CMOS传输门电路,TGuiuOCC逻辑符号开关电路TGuiuiCC1“1”开通,,20.4.5. CMOS,三态非门,,,图,20-4.6,所示为,CMOS,三态非门电路两个,NMOS,管,V,1,和,V,2,串联，另外两个,PMOS,管,V,3,和,V,4,也串联两组串联,MOS,管构成等效互补电路，,V,2,和,V,3,一对互补管构成,CMOS,反相器,(,非门,),，其栅极相接作为三态非门的信号输入端，,V,1,和,V,4,一对互补管构成控制电路，两者的栅极反相连接后作为控制端,(,也叫选通端,),20.4.5. CMOS三态非门,图,20 – 4.6 CMOS,三态非门电路,,,A,Y,T,2,+,U,DD,T,1,N,沟道,P,沟道,G,G,D,S,S,,,Y= A,图 20 – 4.6 CMOS三态非门电路 AYT2+UD,,当,G,=1,时，,V,1,和,V,4,均不产生导电沟道，不论,A,为何值，,F,端均处于高阻态，相当于,F,端悬空，称为禁止状态。 当,G,=0,时，,V,1,和,V,4,均产生导电沟道，处于导通状态此时若把,V,1,和,V,4,近似用短路线代替，则该电路就与图,2-26,所示的反相器一样，完成非运算,F=A, 可见该电路是一个低电平选通的三态非门CMOS,三态门的逻辑符号与,TTL,三态门相同当G=1时，V1和V4均不产生导电沟道，不论A为,,CMOS,电路优点,(1),静态功耗低（每门只有,0.01mW, TTL,每门,10mW),(2),抗干扰能力强,(3),扇出系数大,(4),允许电源电压范围宽,( 3 ~ 18V ),,TTL,电路优点,(1),速度快,(2),抗干扰能力强,(3),带负载能力强,CMOS电路优点(1) 静态功耗低（每门只有0.01mW,,20.5,逻辑代数,,逻辑代数,（又称布尔代数），,它是分析设计逻辑电路的数学工具虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，,但变量的取值只有“,0”,，“,1”,两种，分别称为逻辑“,0”,和逻辑“,1”,这里“,0”,和“,1”,并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态逻辑代数所表示的是,逻辑关系,，,而不是数量关系这是它与普通代数的本质区别,。 20.5 逻辑代数 逻辑代数（又称布尔代数），它是分析,基本的逻辑运算,从三种基本的逻辑关系，可以得到以下逻辑运算：,0 • 0 = 0 • 1 = 1 • 0 = 0,1 • 1 = 1,0 + 0 = 0,0 + 1 = 1 + 0 = 1 + 1 = 1,基本的逻辑运算从三种基本的逻辑关系，可以得到以下逻辑运算：0,1.,常量与变量的关系,20. 5. 1,逻辑代数运算法则,2.,逻辑代数的基本运算法则,自等律,0-1,律,重叠律,还原律,互补律,交换律,1. 常量与变量的关系20. 5. 1 逻辑代数运算法则2,2.,逻辑代数的基本运算法则,普通代数,不适用！,证,:,结合律,分配律,A,+1=1,,A A=A,.,2. 逻辑代数的基本运算法则普通代数证:结合律分配律A+1=,,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,反演律,(,摩根定律,),列状态表证明：,A,B,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,吸收律,(1),A+AB = A,(2),A,(,A+B,),= A,,对偶式,110011111100反演律(摩根定律)列状态表证明：AB,对偶关系：,,将某逻辑表达式中的,与,( • ),换成或,,(+),，或,(+),换成与,( • ),，,得到一个新的逻辑表达式，即为原逻辑式的,对偶式,。 若原逻辑恒等式成立，则其对偶式也成立证明,：,A+AB = A,,,,（,3,）,（,4,）,,对偶式,（,5,）,（,6,）,,对偶式,对偶关系： 将某逻辑表达式中的与( • )换成或 。
