基本逻辑运算及集成逻辑门.ppt

第二章基本逻辑运算及集成逻辑门,2.1基本逻辑运算2.2常用复合逻辑2.3正负逻辑2.4集成逻辑门,2.1基本逻辑运算具有“真”与“假”两种可能，并且可以判定其“真”、“假”的陈述语句叫逻辑变量。一般用英文大写字母A，B，C，表示。例如，“开关A闭合着”，“电灯F亮着”，“开关D开路着”等均为逻辑变量，可分别将其记作A，F，D；“开关B不太灵活”，“电灯L价格很贵”等均不是逻辑变量。,逻辑变量只有“真”、“假”两种可能，在逻辑数学中，把“真”、“假”称为逻辑变量的取值，简称逻辑值，也叫逻辑常量。通常用“1”表示“真”，用“0”表示“假”，或者相反。本教材中，若不作特别说明，“1”就代表“真”，“0”就代表“假”。虽然“1”和“0”叫逻辑值或逻辑常量，但是它们没有“大小”的含义，也无数量的概念。它们只是代表逻辑“真”、“假”的两个形式符号。,一个结论成立与否，取决于与其相关的前提条件是否成立。结论与前提条件之间的因果关系叫逻辑函数。通常记作：F=f(A,B,C,)逻辑函数F也是一个逻辑变量，叫做因变量或输出变量。因此它们也只有“1”和“0”两种取值，相对地把A，B，C，叫做自变量或输入变量。,2.1.1与逻辑(与运算、逻辑乘)决定某一结论的所有条件同时成立，结论才成立，这种因果关系叫与逻辑，也叫与运算或叫逻辑乘。以图2-1所示开关控制灯亮为例，定义：开关A、B闭合位“真”，开关A、B断开为“假”，灯F亮为“真”，灭为“假”。其对应关系如表2-1(a)所示。用“1”代表逻辑“真”，用“0”代表逻辑“假”，则表2-1(a)可改为表2-1(b)的形式。这种表格叫真值表。所谓真值表，就是将输入变量的所有可能的取值组合对应的输出变量的值一一列出来的表格。它是描述逻辑功能的一种重要形式。,表21与逻辑的真值表,图21与门逻辑电路实例图,由表2-1可知，上述三个语句之间的因果关系属于与逻辑。其逻辑表达式(也叫逻辑函数式)为：F=AB读作“F等于A乘B”。在不致于混淆的情况下，可以把符号“”省掉。在有些文献中，也采用、UIHUDD，UIL0。由于UDD的取值在320V之间，故输入电平摆幅和输出电平摆幅都很大，所以抗干扰能力强。若把CMOS改用双电源(UDD或+UDD和-USS)供电，则高低电平的摆幅更大，噪声容限更大。,1.CMOS反相门(CMOS非门)CMOS反相器的电路图如图2-26所示。,图226CMOS门反相器电路,当UI=UIL=0V时，UO=UOHUDD，即输出高电平。当UI=UIH=UDD时，UO=UOL0，即输出低电平。可见该电路实现了“非逻辑”功能。,2.CMOS与非门,图2-27CMOS与非门电路,F和A、B之间是“与非逻辑”关系。即F=AB,3.CMOS或非门,图2-28CMOS或非门电路,该电路的F和A、B之间是“或非”逻辑关系，即,利用与非门、或非门、非门，可以构成与门、或门、与或非门、异或门、异或非门(同或门)等。,4.CMOS传输门CMOS传输门它由一个NMOS管V1和一个PMOS管V2并联而成。V1和V2的源极和漏极分别相接作为传输门的输入端和输出端。两管的栅极是一对互补控制端，C端叫高电平控制端，C端叫低电平控制端。两管的衬底均不和源极相接，NMOS管的衬底接地，PMOS管的衬底接正电源UDD。,图229CMOS传输门(a)电路；(b)符号,当C=UDD,C=0V时，输入端与输出端之间形成导电通路，相当于开关接通。当C=0，C=UDD时，输入端与输出端之间呈现高阻抗状态，相当于开关断开。由于MOS管的结构对称，其漏极和源极可以互换，因而TG的输入端和输出端可以互换使用，即TG是双向器件。,把一个传输门TG和一个非门按图2-30(a)连接起来，即可构成模拟开关，其符号如图2-30(b)所示。当C=1时，开关接通；当C=0时，开关断开。该模拟开关也是双向器件。,图230CMOS模拟开关(a)电路；(b)符号,6.CMOS逻辑电路的特点(与TTL门比较)(1)工作速度比TTL稍低。(2)输入阻抗高，可达108。(3)扇出系数NO大。(4)静态功耗小。(5)集成度高。(6)电源电压允许范围大，约为320V。(7)输出高低电平摆幅大。,(8)抗干扰能力强。(9)温度稳定性好。(10)抗辐射能力强。(11)电路结构简单(CMOS与非门只有四个管子构成，而TTL与非门共有五个管子和五个电阻)，工艺容易(做一个MOS管要比做一个电阻更容易，而且占芯片面积小)，故成本低。(12)输入高、低电平UIH和UIL均受电源电压UDD的限制。(13)拉电流IOLUCC时，上述方法不再适用。解决的方法之一是在TTL门和CMOS门之间插入一级OC门，图2-32(b)所示。另一种方法是采用专用于TTL门和CMOS门之间的电平移动器，如CC40109。它实际上是一个带电平偏移电路的CMOS门电路。它有两个供电端钮UCC和UDD。若把UCC端接TTL的电源，把UDD端接CMOS的电源，则它能接收TTL的输出电平，而向后级CMOS门输出合适的UIH和UIL。应用电路如图2-32(c)所示。,图232TTLCMOS的接口,(2)CMOS门与TTL门的电平匹配方法一：采用专用的CMOSTTL电平转换器，如CC4049(六反相器)或CC4050(六缓冲器)。由于它们的输入保护电路特殊，因而允许输入电压高于电源电压UDD。例如，当UDD=5V时，其输入端所允许输入的最高电压为15V，而其输出电平在TTL的UIH和UIL的允许范围内。应用电路如图2-33(a)所示。,图233CMOSTTL的接口,方法二：采用CMOS漏极开路门(OD门)，如CC40107。当UDD=5V时，其IOL16mA，应用电路如图2-33(b)所示。方法三：用分立三极管开关。应用电路如图2-33(c)所示。方法四：将同一封装内的门电路并联应用，以加大驱动能力。,（3）TTL(CMOS)大电流负载的接口。大电流负载通常对输入电平的要求很宽松，但要求有足够大的驱动电流。最常见的大电流负载有继电器、脉冲变压器、显示器、指示灯、可关断可控硅等。普通门电路很难驱动这类负载，常用的方法有如下几种：方法一：在普通门电路和大电流负载间，接入和普通门电路类型相同的功率门(也叫驱动门)。有些功率门的驱动电流可达几百毫安。方法二：利用OC门或OD门(CMOS漏极开路门)做接口。把OC门或OD门的输入端与普通门的输出端相连，把大电流负载接在上拉电阻的位置上。,方法三：用分立的三极管或MOS管做接口电路来实现电流扩展，为充分发挥前级门的潜力，应将拉电流负载变成灌电流负载，因为大多数逻辑门的灌电流能力比拉电流能力强，例如TTL门74系列的IOH=0.4mA，IOL=16mA。图2-34是一个用普通T