逻辑门符号及电路.ppt

2020年2月3日星期一10时43分41秒 1 逻辑门符号及电路 仪表自动化应用常识马德红2012 12 12 2020年2月3日星期一10时43分41秒 2 1 知道常用集成逻辑门电路的符号 逻辑功能 2 用仪器仪表测试常用集成逻辑门电路的逻辑功能 3 用仪器仪表测试常用集成逻辑门电路的应用电路 4 分析和仿真常用集成逻辑门电路及其应用电路 5 编写文档记录常用集成逻辑门电路的学习过程和测试结果 一组交一份 6 相互交流和学习 任务目标与要求 2020年2月3日星期一10时43分41秒 3 学习要点 二极管 三极管的开关特性分立元件门电路集成门电路及其功能和使用方法 任务基础知识 2020年2月3日星期一10时43分41秒 4 基本和常用门电路有与门 或门 非门 反相器 与非门 或非门 与或非门和异或门等 任务基础知识一 分立元件门电路 获得高 低电平的基本方法 利用半导体开关元件的导通 截止 即开 关 两种工作状态 如下图 逻辑0和1 电子电路中用高 低电平来表示 逻辑门电路 用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路 简称门电路 图2 1获得高 低电平的方法图2 2高 低电平的逻辑赋值a 正逻辑b 负逻辑 2020年2月3日星期一10时43分41秒 5 一 二极管 三极管的开关特性 1 二极管的开关特性 二极管符号 正极 负极 uD Ui 0 5V时 二极管截止 iD 0 Ui 0 5V时 二极管导通 2020年2月3日星期一10时43分41秒 6 uo uo ui 0V时 二极管截止 如同开关断开 uo 0V ui 5V时 二极管导通 如同0 7V的电压源 uo 4 3V 二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度 2020年2月3日星期一10时43分41秒 7 2 三极管的开关特性 2020年2月3日星期一10时43分41秒 8 截止状态 饱和状态 iB IBS ui UIL 0 5V uo VCC ui UIH uo 0 3V 饱和区 截止区 放 大 区 观看讲解动画 2020年2月3日星期一10时43分41秒 9 ui 0 3V时 因为uBE 0 5V iB 0 三极管工作在截止状态 ic 0 因为ic 0 所以输出电压 ui 1V时 三极管导通 基极电流 因为0 iB IBS 三极管工作在放大状态 iC iB 50 0 03 1 5mA 输出电压 三极管临界饱和时的基极电流 uo uCE VCC iCRc 5 1 5 1 3 5V uo VCC 5V ui 3V时 三极管导通 基极电流 而 因为iB IBS 三极管工作在饱和状态 输出电压 uo UCES 0 3V 2020年2月3日星期一10时43分41秒 10 3 MOS管的开关特性 工作原理电路 转移特性曲线 输出特性曲线 截止状态 ui UT uo VDD 导通状态 ui UT uo 0 2020年2月3日星期一10时43分41秒 11 二 三种基本门电路 1 二极管与门 Y AB 2020年2月3日星期一10时43分41秒 12 2 二极管或门 Y A B 2020年2月3日星期一10时43分41秒 13 3 三极管非门 uA 0V时 三极管截止 iB 0 iC 0 输出电压uY VCC 5V uA 5V时 三极管导通 基极电流为 iB IBS 三极管工作在饱和状态 输出电压uY UCES 0 3V 三极管临界饱和时的基极电流为 2020年2月3日星期一10时43分41秒 14 当uA 0V时 由于uGS uA 0V 小于开启电压UT 所以MOS管截止 输出电压为uY VDD 10V 当uA 10V时 由于uGS uA 10V 大于开启电压UT 所以MOS管导通 且工作在可变电阻区 导通电阻很小 只有几百欧姆 输出电压为uY 0V 2020年2月3日星期一10时43分41秒 15 任务基础知识二 TTL集成门电路 1 TTL与非门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 16 输入信号不全为1 如uA 0 3V uB 3 6V 1V 则uB1 0 3 0 7 1V T2 T5截止 T3 T4导通 忽略iB3 输出端的电位为 输出Y为高电平 uY 5 0 7 0 7 3 6V 2020年2月3日星期一10时43分41秒 17 输入信号全为1 如uA uB 3 6V 2 1V 则uB1 2 1V T2 T5导通 T3 T4截止 输出端的电位为 uY UCES 0 3V 输出Y为低电平 2020年2月3日星期一10时43分41秒 18 功能表 真值表 逻辑表达式 输入有低 输出为高 输入全高 输出为低 观看TTL与非门原理动画 2020年2月3日星期一10时43分41秒 19 74LS00内含4个2输入与非门 74LS20内含2个4输入与非门 74LS00管脚介绍动画演示 2020年2月3日星期一10时43分41秒 20 2 TTL非门 或非门 与或非门 与门 或门及异或门 A 0时 T2 T5截止 T3 T4导通 Y 1 A 1时 T2 T5导通 T3 T4截止 Y 0 TTL非门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 21 A B中只要有一个为1 即高电平 如A 1 则iB1就会经过T1集电结流入T2基极 使T2 T5饱和导通 输出为低电平 即Y 0 A B 0时 iB1 i B1均分别流入T1 T 1发射极 使T2 T 2 T5均截止 T3 T4导通 输出为高电平 即Y 1 TTL或非门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 22 A和B都为高电平 T2导通 或C和D都为高电平 T 2导通 时 T5饱和导通 T4截止 输出Y 0 A和B不全为高电平 并且C和D也不全为高电平 T2和T 2同时截止 时 T5截止 T4饱和导通 输出Y 1 TTL与或非门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 23 与门 或门 异或门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 24 3 OC门及TSL门 问题的提出 为解决一般TTL与非门不能 线与 而设计的 A B不全为1时 uB1 1V T2 T3截止 Y 1 接入外接电阻R后 A B全为1时 uB1 2 1V T2 T3饱和导通 Y 0 外接电阻R的取值范围为 OC门 n个OC门并联后为负载门的m个输入端提供输入信号时的R 2020年2月3日星期一10时43分41秒 25 TSL门 三态门 E 0时 二极管D导通 T1基极和T2基极均被钳制在低电平 因而T2 T5均截止 输出端开路 电路处于高阻状态 结论 电路的输出有高阻态 高电平和低电平3种状态 2020年2月3日星期一10时43分41秒 26 功能表 三态门的符号及功能表 功能表 2020年2月3日星期一10时43分41秒 27 TSL门的应用 构成数据总线 让各门的控制端轮流处于低电平 即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态 而其余TSL门均处于高阻状态 这样总线就会轮流接受各TSL门的输出 2020年2月3日星期一10时43分41秒 28 4 TTL系列集成电路及主要参数 TTL系列集成电路 74 标准系列 前面介绍的TTL门电路都属于74系列 其典型电路与非门的平均传输时间tpd 10ns 平均功耗P 10mW 74H 高速系列 是在74系列基础上改进得到的 其典型电路与非门的平均传输时间tpd 6ns 平均功耗P 22mW 74S 肖特基系列 是在74H系列基础上改进得到的 其典型电路与非门的平均传输时间tpd 3ns 平均功耗P 19mW 74LS 低功耗肖特基系列 是在74S系列基础上改进得到的 其典型电路与非门的平均传输时间tpd 9ns 平均功耗P 2mW 74LS系列产品具有最佳的综合性能 是TTL集成电路的主流 是应用最广的系列 2020年2月3日星期一10时43分41秒 29 TTL与非门主要参数 1 输出高电平UOH TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平 产品规范值UOH 2 4V 标准高电平USH 2 4V 2 高电平输出电流IOH 输出为高电平时 提供给外接负载的最大输出电流 超过此值会使输出高电平下降 IOH表示电路的拉电流负载能力 3 输出低电平UOL TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平 产品规范值UOL 0 4V 标准低电平USL 0 4V 4 低电平输出电流IOL 输出为低电平时 外接负载的最大输出电流 超过此值会使输出低电平上升 IOL表示电路的灌电流负载能力 5 扇出系数NO 指一个门电路能带同类门的最大数目 它表示门电路的带负载能力 一般TTL门电路NO 8 功率驱动门的NO可达25 6 最大工作频率fmax 超过此频率电路就不能正常工作 2020年2月3日星期一10时43分41秒 30 7 输入开门电平UON 是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平USL的输入电平 它表示使与非门开通的最小输入电平 一般TTL门电路的UON 1 8V 8 输入关门电平UOFF 使与非门的输出电平达到标准高电平USH的输入电平 它表示使与非门关断所需的最大输入电平 一般TTL门电路的UOFF 0 8V 9 高电平输入电流IIH 输入为高电平时的输入电流 也即当前级输出为高电平时 本级输入电路造成的前级拉电流 10 低电平输入电流IIL 输入为低电平时的输出电流 也即当前级输出为低电平时 本级输入电路造成的前级灌电流 11 平均传输时间tpd 信号通过与非门时所需的平均延迟时间 在工作频率较高的数字电路中 信号经过多级传输后造成的时间延迟 会影响电路的逻辑功能 12 空载功耗 与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积 2020年2月3日星期一10时43分41秒 31 1 CMO反相器 1 uA 0V时 TN截止 TP导通 输出电压uY VDD 10V 2 uA 10V时 TN导通 TP截止 输出电压uY 0V 任务基础知识三 CMOS集成门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 32 2 CMOS与非门 或非门 与门 或门 与或非门和异或门 CMOS与非门 A B当中有一个或全为低电平时 TN1 TN2中有一个或全部截止 TP1 TP2中有一个或全部导通 输出Y为高电平 只有当输入A B全为高电平时 TN1和TN2才会都导通 TP1和TP2才会都截止 输出Y才会为低电平 2020年2月3日星期一10时43分41秒 33 CMOS或非门 只要输入A B当中有一个或全为高电平 TP1 TP2中有一个或全部截止 TN1 TN2中有一个或全部导通 输出Y为低电平 只有当A B全为低电平时 TP1和TP2才会都导通 TN1和TN2才会都截止 输出Y才会为高电平 2020年2月3日星期一10时43分41秒 34 与门 或门 CMOS与或非门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 35 CMOS异或门 3 CMOSOD门 TSL门及传输门 CMOSOD门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 36 CMOSTSL门 2020年2月3日星期一10时43分41秒 37 CMOS传输门 C 0 即C端为低电平 0V 端为高电平 VDD 时 TN和TP都不具备开启条件而截止 输入和输出之间相当于开关断开一样 C 1 即C端为高电平 VDD 端为低电平 0V 时 TN和TP都具备了导通条件 输入和输出之间相当于开关接通一样 uo ui 2020年2月3日星期一10时43分41秒 38 4 CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项 1 CMOS电路的工作速度比TTL电路的低 2 CMOS带负载的能力比TTL电路强 3 CMOS电路的电源电压允许范围较大 约在3 18V 抗干扰能力比TTL电路强 4 CMOS电路的功耗比TTL电路小得多 门电路的功耗只有几个 W 中规模集成电路的功耗也不会超过100 W 5 CMOS集成电路的集成度比TTL电路高 6 CMOS电路适合于特殊环境下工作 7 CMOS电路容易受静电感应而击穿 在使用和存放时应注意静电屏蔽 焊接时电烙铁应接地良好 尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空 应根据需要接地或接高电平 CMOS数字电路的特点 2020年2月3日星期一10时43分41秒 39 使用集成电路时的注意事项 1 对于各种集成电路 使用时一定要在推荐的工作条件范围内 否则将导致性能下降或损坏器件 2 数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用 也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平 TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平 但CMOS电路 多余的输入端不允许悬空 否则电路将不能正常工作 3 TTL电路和CMOS电路之间一般不能直接连接 而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接 使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求 并不得对器件造成损害 2020年2月3日星期一10时43分41秒 40 附 门电路的常见逻辑符号 2020年2月3日星期一10时43分41秒 41 2020年2月3日星期一10时43分41秒 42 2020年2月3日星期一10时43分41秒 43 任务技能训练一 硬件实验 验证常用门电路的逻辑功能 掌握4种常用集成门电路对信号的控制作用 了解CMOS集成电路的使用规则 一 实验目的和任务 实验一常用集成逻辑门电路的逻辑功能测试 2020年2月3日星期一10时43分41秒 44 二 实验内容及步骤 1 门电路逻辑功能测试 或非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 45 异或门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 46 门电路逻辑功能表 2020年2月3日星期一10时43分41秒 47 与非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 48 与或非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 49 门电路逻辑功能表 2020年2月3日星期一10时43分41秒 50 CMOS与非门电路 CD4011 2020年2月3日星期一10时43分41秒 51 2 门电路中逻辑电平对信号的控制 或非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 52 异或门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 53 与非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 54 与或非门电路 2020年2月3日星期一10时43分41秒 55 1 归纳异或门 与或非门分别在什么输入情况下 输出低电平 什么情况下输出高电平 2 如果要用74LS51实现如下逻辑功能 与非 或非 应如何搭接电路 画出原理图 3 多输入的门电路的一个输入端接连续脉冲时 那么 其余的输入端是什么逻辑状态时 允许脉冲通过 脉冲通过时 输入和输出波形有何差别 如果仅仅想用一个控制端控制输入信号的通断 其余端口如何处理 例如74LS51 A端输入信号 用B做控制端时C D如何处理 用C做控制端时B D如何处理 且输出结果相同吗 三 实验问题与讨论 2020年2月3日星期一10时43分41秒 56 任务技能训练二 软件实验 熟悉基本门电路的逻辑功能及测试方法 熟悉电路仿真软件的使用方法 一 实验目的和任务 实验一常用集成逻辑门电路的逻辑功能测试 2020年2月3日星期一10时43分41秒 57 二 实验内容及步骤 1 取用元件 逻辑电路图常由一些门组成 这些门由芯片的几个管脚组成 实验中的与门 异或门 与或非门等均可由基本元件列表中取得 对于输入的高 低电平可由一定的电压串适当电阻和地充当 用开关进行选择 输出信号可用