第二十章电工学-门电路和组合逻辑电路

1、电工与电子技术基础电工与电子技术基础电工与电子技术基础电工与电子技术基础概述概述 电路特点电路特点 功能特点功能特点任意时刻的输出信号只与此时刻的输入信号任意时刻的输出信号只与此时刻的输入信号有关，而与信号作用前电路的输出状态无关有关，而与信号作用前电路的输出状态无关 不包含有记忆功能的单元电路，也没有反馈电路。不包含有记忆功能的单元电路，也没有反馈电路。 组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点数字电路数字电路组合逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路电工与电子技术基础电工与电子技术基础 20.1 20.1 脉冲信号脉冲信号实际中的脉冲矩形波为：实际中的脉冲矩形波为： 在数字电路中，所处理

2、的信号是脉冲的，脉冲是一在数字电路中，所处理的信号是脉冲的，脉冲是一种跃变信号，常见的是矩形波或尖顶波。种跃变信号，常见的是矩形波或尖顶波。电工与电子技术基础电工与电子技术基础一、脉冲信号一、脉冲信号 的参数的参数: :（1 1）脉冲幅度）脉冲幅度A: A: 脉冲信号变化的最大值。脉冲信号变化的最大值。（2 2）脉冲前沿）脉冲前沿t tr r： 从脉冲幅度的从脉冲幅度的10%10%上升到上升到90%90%所需的时间。所需的时间。（3 3）脉冲后沿）脉冲后沿t tf f： 从脉冲幅度的从脉冲幅度的90%90%下降到下降到10%10%所需的时间。所需的时间。（4 4）脉冲宽度）脉冲宽度t tp p

3、： 从脉冲前沿幅度的从脉冲前沿幅度的50%50%到后沿到后沿50%50%所需的时间。所需的时间。（5 5）脉冲周期）脉冲周期T T： 脉冲幅度的脉冲幅度的10%10%两点之间的时间间隔。两点之间的时间间隔。（6 6）脉冲频率）脉冲频率f f： 单位时间的脉冲数，单位时间的脉冲数，f=1/Tf=1/T。A0.9A0.1A0.5AtrtptfT电工与电子技术基础电工与电子技术基础 脉冲信号有正和负之分。如果脉冲跃变后的值比初始脉冲信号有正和负之分。如果脉冲跃变后的值比初始值高，则为正脉冲；反之，则为负脉冲。值高，则为正脉冲；反之，则为负脉冲。03V0-3V正脉冲正脉冲负脉冲负脉冲3V00-3V二、

4、正脉冲和负脉冲二、正脉冲和负脉冲电工与电子技术基础电工与电子技术基础 晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关作用。在晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 如前所述，我们可以根据如前所述，我们可以根据UCC和和RC作出直流负载线，作出直流负载线，负载线与晶体管输出特性曲线的交点就是静态工作点，工负载线与晶体管输出特性曲线的交点就是静态工作点，工作点的位置由偏流作点的位置由偏流IB确定。由于工作点的位置不同，晶体确定。由于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。管有三种工作状态。一、放大状态一、放大状态 1、发射结正

5、偏，集电结反偏、发射结正偏，集电结反偏 UCE=UCC-RCIC成立成立 2、IC=IB成立成立21.2 晶体管的开关作用晶体管的开关作用电工与电子技术基础电工与电子技术基础三、截止状态三、截止状态1 1、发射结和集电结都反偏、发射结和集电结都反偏2 2、一般、一般U UBEBE0.5V0.5V时就截止，为了可靠一般加反压。时就截止，为了可靠一般加反压。I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO00，U UCECE=V=VCCCC二、饱和状态二、饱和状态1 1、发射结正偏，集电结正偏。、发射结正偏，集电结正偏。2 2、饱和条件：、饱和条件：()()()(0C satCCC satC

6、CE satUIRUVI为饱和电流）()C satBII电工与电子技术基础电工与电子技术基础一、门电路的基本概念一、门电路的基本概念 所谓所谓“门门”就是一种开关，在一定条件下它能允许信就是一种开关，在一定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就通不过。因此，门电路的输入号通过，条件不满足，信号就通不过。因此，门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑对应关系，所以门电路信号与输出信号之间存在一定的逻辑对应关系，所以门电路又称为逻辑门电路又称为逻辑门电路基本门有：基本门有：“与门与门” “” “或门或门” “” “非门非门”21.3 21.3 分立元件门电路分立元件门电路电工与电子技术基础

7、电工与电子技术基础真值表：真值表：“与门与门”的的逻辑电路逻辑电路A B F0 0 00 1 01 0 01 1 1 逻辑表达式：逻辑表达式：F=AB1、“与门与门”设设开关开关通为通为“1”1”，断为，断为“0 0” 灯灯亮为亮为“1”1”，灯暗为，灯暗为“0 0”ABF+ +- -电工与电子技术基础电工与电子技术基础2、“或门或门”设设开关开关通为通为“1”1”，断为，断为“0 0” 灯灯亮为亮为“1”1”，灯暗为，灯暗为“0 0”真值表真值表：“或门或门”逻辑门电逻辑门电路路A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1 逻辑表达式：逻辑表达式：F=A+BABF+ +- -电工与电子

8、技术基础电工与电子技术基础3、“非门非门”真值表：真值表：“非门非门”逻辑门电逻辑门电路路逻辑表达式逻辑表达式：A F0 11 0FA 设设开关开关通为通为1，断为，断为“0” 灯亮为灯亮为“1”，灯暗为，灯暗为“0”AFA+ +- -电工与电子技术基础电工与电子技术基础4 4、二极管与门二极管与门 (2) 工作原理工作原理DA DBUYUa Ub0 0 0 3v 3v 03v 3v(3) 真值表真值表（状态表）（状态表）(4) 输出函数式输出函数式Y=AB (5) (5) 逻辑符号逻辑符号&YA B0 O0 11 01 1Y0001导通导通 导通导通导通导通导通导通导通导通 导通导通截止截止

9、截止截止0.7V0.7V0.7V3.7vAB(1) 电路组成电路组成（以二输入为例）+V+VCCCCRA AB BY YDADB设：设：VCCCC=5V=5V，U UIHIH=3v,U=3v,UILIL=0v=0v二极管正向压降二极管正向压降0.7V0.7V。电工与电子技术基础电工与电子技术基础（1 1） 电路组成电路组成( (以二输入为例以二输入为例) ) （2 2） 工作原理工作原理Ua Ub0 00 3v3v 03v 3v（3 3）真值表真值表A B0 00 11 01 1Y0111 （4 4）输出函数式输出函数式Y=A+B（5 5）逻辑符号逻辑符号截止截止 截止截止截止截止截止截止导通

10、导通导通导通导通导通 导通导通Da DbUY2.3v2.3v2.3vYAB105 5、二极管或门、二极管或门电工与电子技术基础电工与电子技术基础-V-VEEEEVcc(3)(3) 真值表真值表A01Y10(4)(4)输出函数式输出函数式 Y = A (5)(5)逻辑符号逻辑符号1AY(2)工作原理工作原理注：注：为了保证在输入低电平时三极为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接成上图形式。管可靠截止，常将电路接成上图形式。由于接入了负电源由于接入了负电源VEEEE，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基基 极为负电位，使三极管可靠截止

11、，输出为高电平。极为负电位，使三极管可靠截止，输出为高电平。(1)(1)电原理图电原理图Ua03vT截止截止饱和饱和UY06 6、三极管非门三极管非门电工与电子技术基础电工与电子技术基础A-VBBR1R2RC+VCCF1DADBDCRABCF0+12V二极管二极管“与门与门”电电路路三极管三极管“非门非门”电电路路“与非与非” 门门实际上，可以将二极管实际上，可以将二极管“与与”门和三极管门和三极管“非非”门组合在一门组合在一起而构成起而构成“与非与非”门。门。电工与电子技术基础电工与电子技术基础ABCF&F=ABCF=ABCF=A+B+CF=A+B+CABCF1AF AF1ABCF&F=AB

12、CF=A+B+CABCF1=1ABFF=A B电工与电子技术基础电工与电子技术基础一、一、TTL“与非与非”门电路门电路FABC TTL“与非与非”门电路及其图形符号门电路及其图形符号R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABCFT1T3T2T5T4电工与电子技术基础电工与电子技术基础(1)(1)输入端不全为输入端不全为“1”1”输出为输出为“1”1”F=ABCABC F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABCFT

13、1T3T2T5T4二、工作原理二、工作原理：(2)(2)输入端全为输入端全为“1” 1” 输出为输出为“0”0”电工与电子技术基础电工与电子技术基础三、三态输出三、三态输出“与非与非”门电路门电路R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABEFT1T3T2T5T4电电 路路 图图电工与电子技术基础电工与电子技术基础 三态输出三态输出“与非与非”门电路主门电路主要用途是可以实现用一根导线轮要用途是可以实现用一根导线轮流传送几个不同的数据或控制信流传送几个不同的数据或控制信号，如图所示，这根导线称为总号，如图所示，这根导线称为总线。这种用总线来传送数据或信线。这种用总线来传送

14、数据或信号的方法，在计算机中被广泛采号的方法，在计算机中被广泛采用用。ENA2B2E2&ENA3B3E3&ENA1B1E1&三、三态门的应用三、三态门的应用1 1、数据选择器、数据选择器2 2、锁存器、锁存器3 3、总线收发器、总线收发器电工与电子技术基础电工与电子技术基础一、一、MOSMOS门电路简介：门电路简介：NMOSNMOS，PMOSPMOS，CMOSCMOS MOS场效用管集成电路虽然出现较晚，但由场效用管集成电路虽然出现较晚，但由于具有制造工艺简单集成度高功耗低抗干扰能力强于具有制造工艺简单集成度高功耗低抗干扰能力强等优点，所以发展很快，更便于向大规模集成电路等优点，所以发展很快，

15、更便于向大规模集成电路发展。它的主要缺点是工作速度较低。发展。它的主要缺点是工作速度较低。21.4 MOS21.4 MOS门电路门电路电工与电子技术基础电工与电子技术基础二、二、NMOS门电路：门电路：1 1、NMOS“NMOS“非非”门电路（反相器）门电路（反相器） NMOS“NMOS“非非”门电路门电路FT1AT2+UDD电工与电子技术基础电工与电子技术基础T1T3T2BAF+UDDF=AB2、NMOS“与非与非”门电路门电路电工与电子技术基础电工与电子技术基础3、NMOS“或非或非”门电路门电路T1T3T2BAF+UDD注意：输入端管脚不能悬空！注意：输入端管脚不能悬空！F=A+B电工与

16、电子技术基础电工与电子技术基础基本电路用基本电路用T TP P管和管和T TN N管构成。管构成。输入脉冲幅度通常为输入脉冲幅度通常为V VDDDD。V VA A0V0VT TP P T TN NU UY YV VDDDD真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0当当UI VDD/2 时时, = U0L 0当当UI VDD/2 时时, = U0H VDD表达式表达式Y Y= =A AU0U0其阈值电平其阈值电平V VTHTH = = V VDDDD/2/20 0VDDV VDDDD截止截止截止截止导通导通导通导通0 0T TN NT TP P+V+VDDDDA AY YV VDDDD/2

17、/2V VDDDDV VDDDD/2/2V VDDDD0 0V VI IV VO O三、三、CMOS反向器的工作原理反向器的工作原理一一. . 电路结构电路结构二二. .工作原理工作原理三三. . 电压传输特性电压传输特性电工与电子技术基础电工与电子技术基础一、基本运算法则一、基本运算法则1、0A=02、1A=A3、AA=A5、0+A=A6、1+A=17、 A+A=A0A A4、1AA8、9、AA21.5 逻辑代数逻辑代数电工与电子技术基础电工与电子技术基础交换律交换律10、AB=BA11、A+B=B+A结合律结合律12、ABC=(AB)C=A(BC)13、A+B+C=A+(B+C)=(A+B

18、)+C分配律分配律14、A(B+C)=AB+AC15、A+BC=(A+B)(A+C)证：证：(A+B)(A+C)=AA+AC+AB+BC=A+AC+AB+BC =A(1+C+B)+BC=A+BC电工与电子技术基础电工与电子技术基础吸收律16、A（A+B）=A18、A+AB=A19、AABAB证：证：()()AABAAABAB20、ABABA21、()()ABABA由分配律由分配律()A ABAB17、电工与电子技术基础电工与电子技术基础反演律（摩根定律）反演律（摩根定律）22、ABAB23、ABA B证证：（用真值表证明）（用真值表证明）0 0 1 1 1 1 1 1A B A B AB A+

19、B A+B A B1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0电工与电子技术基础电工与电子技术基础20.6.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析已知组合逻辑电路已知组合逻辑电路写输出逻辑表达式写输出逻辑表达式化简化简填真值表填真值表分析其功能分析其功能21.6 组合逻辑电路的分析和综合组合逻辑电路的分析和综合一、一、 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析电工与电子技术基础电工与电子技术基础二、二、举例举例解解 ：1 ) 、根据逻辑图写输出逻辑表达式并化简、根据逻辑图写输出逻辑表达式并化简组合逻辑电路如图，组合逻辑电路如图，试分析其逻辑功能。试

20、分析其逻辑功能。BAB AY BABBAABABA2）、根据逻辑表达式列真值表）、根据逻辑表达式列真值表0 00 1 1 01 1A B Y01103）、由真值表分析逻辑功能）、由真值表分析逻辑功能当当AB相同时，输出为相同时，输出为0当当AB相异时，输出为相异时，输出为1异或功能。异或功能。&YABABA ABB AB电工与电子技术基础电工与电子技术基础20.6.2 20.6.2 组合逻辑电路的综合组合逻辑电路的综合 试设计一个三人多数表决电路，试设计一个三人多数表决电路， 要求提案通过时输出为要求提案通过时输出为1，否则为，否则为0。一、设计方法一、设计方法（用基本门设计电路） 二、二、

21、举例举例 1、列真值表、列真值表解：解：2、填卡诺图、填卡诺图 化简逻辑函数化简逻辑函数00010111 A B C Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 111100001BC00 01 11 10 01AY用与非门设计逻辑电路用与非门设计逻辑电路根据功能要求根据功能要求填卡诺图化简逻辑函数填卡诺图化简逻辑函数列真值表列真值表写最简写最简与或式与或式用多种基本门设计逻辑电路用多种基本门设计逻辑电路变为变为与非与非式与非与非式电工与电子技术基础电工与电子技术基础 3、 输出函数式输出函数式4、用与门、或门设计电路、用与门、或门设计电路5

22、、用与非门设计电路、用与非门设计电路思考：思考： 若只用二输入与非门设计电路，如何画逻辑图？若只用二输入与非门设计电路，如何画逻辑图？Y=AB+BC+ACACBCABY提示：提示：的形式画逻辑图。的形式画逻辑图。&ABCY&1ABCYY=Y=（AB BCAB BC）ACAC 将函数式化为将函数式化为电工与电子技术基础电工与电子技术基础 21.7 加法器加法器一、二进制一、二进制 在数字电路中，为了把电路的两种状态（在数字电路中，为了把电路的两种状态（“1”态和态和“0”态）态）和数码对应起来，常采用二进制。二进制只有和数码对应起来，常采用二进制。二进制只有0和和1两个数码。两个数码。 二进制的

23、进位规则是二进制的进位规则是“逢二进一逢二进一”，即，即1+1=10，其中，其中0是是20位数，位数，1是是21位数因此可以写为位数因此可以写为10101 20 2 也就是二进制是以也就是二进制是以 2 为底的记数体制。为底的记数体制。43210210(11011)1 21 20 21 21 2(27) 这样就可以将任何一个二进制数转换为十进制数。这样就可以将任何一个二进制数转换为十进制数。如果要将十进制数转换为二进制数怎么办？如果要将十进制数转换为二进制数怎么办？电工与电子技术基础电工与电子技术基础二、半加器二、半加器真值表真值表输出逻辑表达式输出逻辑表达式逻辑图逻辑图S=AB+AB=ABS

24、=AB+AB=ABC CO O=AB=AB0 00 11 01 100101001A BSC A BSCO逻辑符号逻辑符号=1AB&SC 只能将两个只能将两个1 1位二进制数相加，位二进制数相加，不能将低位的进位不能将低位的进位信号纳入计算的加法器称为信号纳入计算的加法器称为1位半加器。位半加器。输输 入入输输 出出电工与电子技术基础电工与电子技术基础三、全加器三、全加器能将低位的进位信号纳入计算的能将低位的进位信号纳入计算的加法器称为全加器加法器称为全加器输入输入输出输出A B CA B CI IC CO O S SICBAmmmmS74213567IICmmmmAB BCACCO CIA

25、BS0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1全加器全加器真值表真值表全加器全加器输出表达式：输出表达式：逻辑符号：逻辑符号：0010100110010111电工与电子技术基础电工与电子技术基础4位串行进位加法器：位串行进位加法器：10011101111例如做例如做14+7的运算：的运算：超前进位加法器超前进位加法器串行进位运算速度慢，用超前进位法串行进位运算速度慢，用超前进位法可提高运算速度。可提高运算速度。不片接时不片接时, ,芯片芯片74LS8374LS83的的CI CI 端应接低电平端应接低电平. .=（10101）2 = 16+4+1 =（21）

26、10常用常用4位超前进位加法器有位超前进位加法器有74LS83等。等。0 01 11 11 10 0(1110)2+(0111)20CO CIA BSCO CIA BSCO CIA BSCO CIA BS74LS83B3B2B1B0A3A2A1A0S3 S2 S1 S0CICO例例电工与电子技术基础电工与电子技术基础21.8 编码器编码器逻辑功能：把输入的每一个高低电平变成对应的二进制代码。逻辑功能：把输入的每一个高低电平变成对应的二进制代码。一、普通编码器一、普通编码器特点：特点：任何时刻只允许输任何时刻只允许输入一个编码信号入一个编码信号，否则输，否则输出将发生混乱。出将发生混乱。1、真值

27、表、真值表3、输出函数式、输出函数式 I3 I2 I1 I0Y1 Y0Y1=I3I2Y1=I3I2Y1=I3I2Y1=I3I2Y0=I3I1Y0=I3I1Y0=I3I1Y0=I3I1Y1I3I2I1I000011110000111101100XXXXXXXXXXXXY0I3I2I1I000011110000111101010XXXXXXXXXXXX0 1 1 11 0 1 11 1 0 11 1 1 01 11 00 10 02 、卡诺图、卡诺图以两位二进制以两位二进制编码器为例：编码器为例：电工与电子技术基础电工与电子技术基础5、逻辑符号、逻辑符号由逻辑符号知电路的特点：由逻辑符号知电路的特

28、点： 0编码有效，输出两位二进制原码。编码有效，输出两位二进制原码。4 、 逻辑图逻辑图I3I2I1I0Y1Y04线2线I3I2I1I0Y1Y04线线2线线&Y1&Y0I3I2I1I02 2）若电路符号如右）若电路符号如右表示电路特点为：表示电路特点为：6、结论、结论1 1）电路中的）电路中的I I0 0 端可以去掉，端可以去掉，所以，所以， 端叫做端叫做“隐含端隐含端”I0因为当因为当I I3 3I I2 2I I1 1 = 111 111时，必然输出时，必然输出0 0的两位代码的两位代码0000，0编码有效，编码有效， 输出两位二进制输出两位二进制反码反码。电工与电子技术基础电工与电子技术

29、基础21.9 21.9 译码器和数字显示译码器和数字显示逻辑功能：逻辑功能：将输入的每个代码分别译成高电平（或低电平）。将输入的每个代码分别译成高电平（或低电平）。一、一、 二进制译码器二进制译码器1） 真值表真值表3） 逻辑图逻辑图Y3=A1A0=m3Y0=A1A0=m0Y1=A1A0=m1Y2=A1A0=m2 S 端为控制端（片选端、使能端）端为控制端（片选端、使能端）常用有常用有：二进制译码器：二进制译码器 、二、二 十进制译码器十进制译码器 、 显示译码器显示译码器当当S S=0时，译码器工作；时，译码器工作；当当S S=1时，译码器禁止，时，译码器禁止， 所所有的输出端均为有的输出端

30、均为0。输入输入输输 出出A1 A0Y3 Y2 Y1 Y0 1 0 0 01 1 0 10 0 0 10 1 0 00 0 1 01 0 0 01、2位二进制译码器位二进制译码器2） 输出表达式输出表达式A11A011S&Y3&Y2&Y1&Y0电工与电子技术基础电工与电子技术基础4）逻辑符号）逻辑符号(2线线4线译码器线译码器)输出输出0有效的有效的2线线4线译码器可用与非门构成，线译码器可用与非门构成，输出输出1有效有效5）常用集成）常用集成2线线4线译码器线译码器0m 01AA 1m2Y2m 3Y3m 01AA 74LS139： 双双2线线4线译码器线译码器输出输出0有效有效1Y 01AA

31、 01AAY0Y3 Y2 Y1 Y0A0A1SY3 Y2 Y1 Y0A0A1S74LS139Y13Y12Y11Y10 Y23Y22Y21Y20A 20A 21S 2A 10A 11S 1输出逻辑表达式输出逻辑表达式电工与电子技术基础电工与电子技术基础2、三位二进制译码器、三位二进制译码器 三位二进制译码器即三位二进制译码器即3线线8线译码器，常线译码器，常用用3线线8线译码器有线译码器有74LS138逻辑符号逻辑符号（输出（输出0有效）：有效）：3、综合、综合1）同理）同理,四位二进制译码器为四位二进制译码器为4线线16线译码器线译码器2）二进制译码器就是）二进制译码器就是n线线2n线译码器，

32、线译码器， 即，即，n变量全变量全部最小项的译码器。部最小项的译码器。当控制端当控制端S1S2S3=100 时，译码器处工作状态时，译码器处工作状态，它能将三位二进制数的每个代码分别译成低电平。它能将三位二进制数的每个代码分别译成低电平。74LS138Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0S2S3S1A2A1A0译码器禁止时，所有输出端都输出无效电平译码器禁止时，所有输出端都输出无效电平（高电平）。（高电平）。电工与电子技术基础电工与电子技术基础4、译码器的功能扩展、译码器的功能扩展1 1）题意）题意3 3线线88线译码器的真值表线译码器的真值表利用利用D2的的0，使s1=0, (1)片工作；使 s2=1, (2)片不工作。利用利用D2的的1，使s2=0, (2)片工作；使 s1=1, (1)片不工作。2）连线图之一）连线图之一输输 入入输输 出出0 0 01 1 1