电工学第20章 门电路和组合逻辑电路2015

1、 tt 脉冲跃变后的值比初始值高脉冲跃变后的值比初始值高脉冲跃变后的值比初始值低脉冲跃变后的值比初始值低0+3V0-3V0+3V0-3V A0.9A0.5A0.1AtptrtfT 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条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。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门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系系(因果关系因果关系)，所以门电路又称为，所以门电路又称为逻辑门电路逻辑门电路。 基本逻辑关系为基本逻辑关系为三三种。种。 下面通过例子说明逻辑电路的概念及下面通过例子说明逻辑电路的概念及的意义。的意义。220V

2、+- Y = A B000101110100ABYBYABY220VA+- Y =A +B000111110110ABY101AY0Y220VA+-R 电平的高低电平的高低一般用一般用“1”和和“0”两种状态两种状态区别，若规定区别，若规定高电平为高电平为“1”，低电平为低电平为“0”则称为则称为正逻辑正逻辑。反之则称为反之则称为负负逻辑逻辑。若无特。若无特殊说明，均采殊说明，均采用正逻辑。用正逻辑。100VUCC高电平高电平低电平低电平输入输入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”。0V0V0V0V0

3、V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC0V3V逻辑逻辑即：有即：有“0”出出“0”， 全全“1”出出“1”Y= A B C&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC3V3V-U 12VRDADCABYDBC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

4、) 逻辑关系逻辑关系：逻辑逻辑即：有即：有“1”出出“1”， 全全“0”出出“0”Y=A+B +CABYC 100000011101111011001011101011111ABYC+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0饱和饱和(2) 逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”“0”“1”AY逻辑符号逻辑符号1AY有有“0”出出“1”，全，全“1”出出“0”&ABCY&ABC00010011101111011001011101011110ABYCY= A B C1YY 1ABC1YABC 1有有“1”出出“0”，全，全“0”出出“1”000100101010110010

5、00011001001110ABYCY=A+B+CABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2ABC&1&D1YY=A.B+C.D1&YABCD逻辑符号逻辑符号 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1BC T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T14.3V钳位钳位2.1V“0”(0.3V)输入全高输入全高“1”,输出为低输出为低“0”1VT1R1+Ucc T4 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11V(

6、0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为高输出为高“1” 流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流5VVY 5-0.7-0.7 =3.6V00010011101111011001011101011110ABYCY=A B CY&ABC74LS00、74LS20管脚排列示意图管脚排列示意图&1211109814133456712&UCC4B 4A 4Y3B 3A3Y1B1A1Y2B2A2Y GND(a)74LS001211109814133456712&UCC2D 3C 2BNC 2A2Y1B1ANC1D1C1Y GND74LS20(b)ABDE

7、允许叠加干扰允许叠加干扰UOFF0.9UOH1231234 Ui AB UON是保证输出为额定是保证输出为额定低电平时所对应的低电平时所对应的最小输最小输入高电平电压入高电平电压。DE1231234 Ui UON 10 低电平，低电平，&Y11R50%50%tpd1tpd22 2p pt t2 2p pt t1 1p pd dttt 输入波形输入波形ui输出波形输出波形uO“1”控制端控制端 DE D T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1“0”,0.3V控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11V1V&YEBA

8、逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0ABEY功能表功能表1E0EABY “1”“0”“0”A1 B1&YCBA T5Y R3AB CR2R1T2+5V T1RLU Y&CBAKA+24VKA220&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“0”“0”Y&CBAKA+24VKA220&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“1”020. 4. 1 CMOS 20. 4. 1 CMOS 非门电路非

9、门电路AYT2+UDDT1N 沟道沟道P 沟道沟道GGDSST4 与与 T3 并联，并联，T1 与与 T2 串联；串联； 当当 AB 都是高电平时都是高电平时,T1 与与 T2 同时导通，同时导通，T4 与与 T3 同时截止；输出同时截止；输出 Y 为低为低电平。电平。 当当AB中有一个是低电中有一个是低电平时，平时，T1与与T2中有一个截中有一个截止，止，T4与与T3中有一个导通中有一个导通, 输出输出Y 为高电平。为高电平。20. 4. 2 CMOSABT4T3T1T2+UDDYBT4T3T1T2AY 当当 AB 中有一个是中有一个是高电平时，高电平时，T1 与与 T2 中中有一个导通，有

10、一个导通，T4 与与 T3 中有一个截止，输出中有一个截止，输出 Y 为低电平。为低电平。 当当AB都是低电平都是低电平时，时，T1 与与 T2 同时截止，同时截止，T4 与与 T3 同时导通；输同时导通；输出出 Y 为高电平。为高电平。20. 4. 3 CMOS20.4. i3VT Viiiiii20.4. 3VT VTGuiuOCCTGuiuiCC1“1”TGuiuiCC1“0”20.4. AAAA100011AAAAAAAAAA 01AAAAABBAABBACBABCAAA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(CABACBA)()(CABABCBCAA)

11、(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.110011111100BABABABA列状态表证明：列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA0000证明证明：BAAABA)(A+AB = ABAABABAAABBAA)(BABAA)(（3）（4）ABABA)(ABAAB)(（5）（6）下面举例说明这四种表示方法。下面举例说明这四种表示方法。 设：开关闭合其状态为设：开关闭合其状态为“1”，断开为，断开为“0”灯亮状态为灯亮状态为“1”，灯灭为，灯灭为“0” 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01

12、 1 1 1取取 Y=“1”( 或或Y=“0” ) 列逻辑式列逻辑式取取 Y = “1”(1)由逻辑状态表写出逻辑式由逻辑状态表写出逻辑式对应于对应于Y=1，一种组合中，输入变一种组合中，输入变量之间是量之间是“与与”关系，关系， 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABCCBACBACBAY 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1YCBA&1CBA(2)应用应用“与非与非”门构成门构成“或或”门电路门电路(1) 应用应用“与

13、非与非”门构成门构成“与与”门电路门电路AY&B&BAY&由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：ABABY由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：BABABAY&YAYBA&AY 由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：BABABAY例例1：化简化简CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAAC A例例2：化简化简CBCAABY)(AACBCAABCBACACABABCAABBABAA例例3：化简化简CBACBAABCYABCCBACBAABCACBC CBCBA)(CBCBACBABAABCBACBAY例例4：化简化简例例5：化简化简DB

14、CDCBADABABCYDBABCDCBAABCDBCDCBAABDBCDCBAB)(DCBCDABCDBCDAB)(DADBCDCBAABCBCDABCDBBA0101BABABABABCA00100m0111101m3m2m4m5m7m6mAB000m0111101m3m2m4m5m7m6mCD0001111012m12m15m14m8m9m11m10mABC00100111101111 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABC00100111101111ABCCBACBACBAYABC0010011110

15、1111ABCCABCBABCAY用卡诺图表示并化简。用卡诺图表示并化简。解：解：1.卡诺图卡诺图2.合并最小项合并最小项3.写出最简写出最简“与或与或”逻辑式逻辑式ABC00100111101111解：解：三个圈最小项分别为：三个圈最小项分别为：合并最小项合并最小项ABCCBAABCBCACABABC BCACABABACBCY00ABC100111101111解：解：CACBYAB00011110CD000111101111DBY CBABCACBACBAY(1)(2)DCBADCBADCBADCBAY解：解：DBAYAB00011110CD000111101DBDBCBAAY111111

16、111确定确定Y = Y2 Y3= A AB B AB.A B.A B.A. .A BBY1AB&YY3Y2反演律反演律反演律反演律=A BABY001 100111001A B.Y = AB AB .ABA B = AB + ABBAY=A B =1ABY逻辑符号逻辑符号=A BABY001 100100111Y&1BA&C101AA=AC +BCY=AC BC 设：设：C=1封锁封锁打开打开选通选通A信号信号Y&1BA&C001设：设：C=0选通选通B信号信号B=AC +BCY=AC BC ( 0 0 0 0 C 0 0 1 00 1 0 00 1

17、1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1CBACBABABCAYC 0 0 0 0 C 0 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1ACBCBAY ACBCBAY CABCBA. )(BACBA ABC00011110011111CABCBAY. & & ABCY&ABCC)(BACBAY ( 0 0 0 0 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABCCBACBACBAY BCACBACBACBAABCCBACBACBAY 解：解：Y

18、CBA01100111110&1010 开工为开工为“1”，不开工为，不开工为“0”； G1和和 G2运行为运行为“1”，不运行为，不运行为“0”。0111 0 0 1 0 100011 0 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0 A B C G1 G2ABCCABCBABCAG 1ABCCBACBACBAG 2ABC00100111101111ACBCABG 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 00111 0 0 1 0A B C G1 G2 100011 0 1ACBCABG 1

19、ACBCAB ABCCBACBACBAG 2ABCCBACBACBAG 2 ABC001001 11 101111A BCA BC&G1G220. 7 加法器加法器20. 7 加法器加法器0 0 0 0 11+10101010不考虑低位不考虑低位来的进位来的进位半加器实现半加器实现全加器实现全加器实现BABABASABSCABC A B S C0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1输入输入-1表示低位来的进位表示低位来的进位AiBiCi-1SiCi1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1

20、ii1iiiiCACBBA1iiiCBA0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 1 0 0 01 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 11ii1iiiiiCACBBAC1iiiiCBAS1BiAiCi-1Si&=11CiSi& n 位二进制代码有位二进制代码有 2n 种组合，可以表示种组合，可以表示 2n 个信息。个信息。编码器编码器 解：解：0 0 01 0 0I0I1I2I3I5I6I输入输入输输 出出Y2 Y1 Y0Y2 = I4 + I5 + I6 +I7 = I4 I5 I6 I7. .= I4+ I5+ I6+ I7Y1 = I

21、2+I3+I6+I7 = I2 I3 I6 I7. . .= I2 + I3 + I6+ I7Y0 = I1+ I3+ I5+ I7 = I1 I3 I5 I7.= I1 + I3+ I5 + I710000000111I7I6I5I4I3I1I2Y2Y1Y0表示十进制数表示十进制数10个个编码器编码器 00011101000011110001101100000000111Y3 = I8+I910000000011101101001& 1 1 1 1 1 1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I998983.IIIIY 765476542IIIIIIIIY76327632

22、1IIIIIIIIY97531975310IIIIIIIIIIY十键十键84218421码编码器的逻辑图码编码器的逻辑图+5V+5V& &Y Y3 3& &Y Y2 2& &Y Y1 1& &Y Y0 0I I0 0I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4I I5 5I I6 6I I7 7I I8 8I I9 91K1K 1010S S0 00 01 1S S1 12 2S S2 23 3S S3 34 4S S4 45 5S S5 56 6S S6 67 7S S7 78 8S S8 89 9S S9 9GND 128

23、7654YYIIIII091233CC NYIIIIYU16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8 输输 入入A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1输输 出出Y0=A B CY1=A B CY2=A B CY3=

24、A B CY7=A B CY4=A BCY6=A B CY5=A B CCBA111&Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70 1 11 0 010000000AABBCC0AS2-42-4线译码器线译码器ABCD0Y1Y2Y时时，当当 0 S3Y1AAEBECEDE0AS 2-4 2-4线译码器线译码器ABCD0Y1Y2Y时时，当当 0 S3Y1AAEBECEDE00脱离总线脱离总线数据数据 74LS139型译码器型译码器(a) 外引线排列图；外引线排列图；(b) 逻辑图逻辑图(a)GND1Y31Y21Y11Y01A11A01S876543212Y22Y32Y11Y02A12A02S+UC

25、C10916151413121174LS139(b)11111&Y0&Y1&Y2&Y3SA0A174LS译码器译码器 输输 入入 输输 出出SA0A1Y0110000011001101110 Y1Y2Y3111011101110111 74LS139型型译码器译码器S = 0时译码器工作时译码器工作输出低电平有效输出低电平有效二二 十十进进制制代代码码gfedcba 由七段发光二极管构成由七段发光二极管构成例：例： 共阴极接法共阴极接法a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1低低电电平平时时发发光光高高电电平平时时发发光光

26、共阳极接法共阳极接法abcgdefdgfecbagfedcba共阴极接法共阴极接法abcdefgQ3 Q2Q1Q0agfedcb译译码码器器二二 十十进进制制代代码码100101111117个个4位位gfedcba Q3 Q2 Q1 Q0a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 20 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 60 1 1

27、1 1 1 1 0 0 0 0 71 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 81 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9BS204A0A1A2A3 74LS247+5V来来自自计计数数器器七段译码器和数码管的连接图七段译码器和数码管的连接图5107abcdefgRBI BI LTA11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCC 74LS247型译码型译码器的外引线排列图器的外引线排列图abcdefg74LS247IYD0D1D2D3SA1A0A0A1D0D1D2D3S从从多路多路数据中选择其中所需要的数据中选择其中所需要的一路一路数据输出。数据输

28、出。例：例：四选一数据选择器四选一数据选择器输输入入数数据据输出数据输出数据使能端使能端D0D1D2D3YSA1A0控制信号控制信号11&111&1YD0D1D2D3A0A1S100000074LS153型型4选选1数据选择器数据选择器11&111&1YD0D1D2D3A0A1S01D0000由控制端决定选择哪一由控制端决定选择哪一路数据输出。路数据输出。选中选中D000110074LS153型型4选选1数据选择器数据选择器SAADSAADSAADSAADY013012011010 74LS153功能表功能表使能使能选选 通通输出输出SA0A1Y10000001

29、100110D3D2D1D0 正正常常工工作作。时时禁禁止止选选择择；时时,S,Y,S00111 1SA11D31D21D11D01Y地地74LS153(双双4选选1)2D32D22D12D02YA02SUCC15 1413 12 11109161324567874LS1531;0012选选通通芯芯片片,SA 。20,122选选通通芯芯片片SA若若A A2 2A A1 1A A0 0=010=010, , 输出选中输出选中1 1D D2 2路的数据信号。路的数据信号。74LS153(双双4选选1)2D32D22D12D02YA02SUCC15 14 13 12 11 10 9161SA11D3

30、1D21D11D01Y地地13245678A0A1A2116选选1数据选择器数据选择器(1)1A2A1A0A0A1A2(2)1YD7D6D1D0D15D14D9D8.D15D14. D9D8.D0D1.D6D7SSABCSY1Y374LS151型型第第二二片片工工作作。时时第第一一片片工工作作时时,1;,011 SSSA0A2Y100000D3D2D1D0A20D40D50D60D7000101 000011100110101111ABCCABCBABCABBCAAABCCCBAY )()()( 将输入变量将输入变量A、B、C分别对应地接到数据选分别对应地接到数据选择器的选择端择器的选择端A2 、A1 、 A0。由状态表可知由状态表可知,将数据将数据输入端输入端D3 、D5 、 D6 、 D7 接接“1”，其余输入端接其余输入端接“0”，即可实现输出即可实现输出Y，如图所示。，如图所示。SA0A2Y100000D3D2D1D0A20D40D50D60D7000101 00001110011010111174LS151ABCYSD7D6D5D4D3D2D1D0“1” 交通信号灯在正常情况下，交通信号灯在正常情况下，(R)亮亮停车，停车，(Y)亮亮 准备，准备，(G