简单门电路学习教案

1、会计学1简单简单(jindn)门电路门电路第一页，共52页。 目目 录录 用晶体管实现的门电路 集成门电路 门电路实验 OC门和三态门 计算机总线(BUS)实验第1页/共52页第二页，共52页。A B Y 与门 +A B Y 或门 Y A 非门 +A B Y 或非门 A B Y 与非门 逻辑(lu j)门 第2页/共52页第三页，共52页。 在用晶体管实现逻辑门电路中，主要用到了三极管的开关(kigun)特性和二极管的单向导通特性。导通：二极管两端(lin dun)加正向电压 。 截 止：二极管两端(lin dun)加反向电压。 二极管单向导(xingdo)通性 三极管的开关特性 Vi=“1”

2、时开关闭合，Vo=“0”Vi=“0”时开关断开，Vo=“1”正向电流RDER3+5VVi Vo QR2R1S8050R3+5VVo QS8050反向电流RDE第3页/共52页第四页，共52页。 0.7V +5V D2D1A B Y R1K0V5V0V 5V ABY0100001001110.7V 5V 根据根据(gnj)二极管的单向导通特性设计与门电路。二极管的单向导通特性设计与门电路。 利用(lyng)二极管实现与门电路 与逻辑(lu j)真值表 Y = A B第4页/共52页第五页，共52页。A B Y 与逻辑(lu j)符号 利用(lyng)二极管实现与门电路 根据二极管的单向导通特性根

3、据二极管的单向导通特性(txng)设计与门电路。设计与门电路。 +5V D2D1A B Y R1K第5页/共52页第六页，共52页。4.3V D2D1A B R1KY 0V 5V 0V 5V 0V 根据二极管的单向导通特性根据二极管的单向导通特性(txng)可以设计或门电路。可以设计或门电路。 利用(lyng)二极管实现或门电路 或逻辑(lu j)真值表 ABY011000101111Y = A + B第6页/共52页第七页，共52页。利用(lyng)二极管实现或门电路 或逻辑(lu j)符号 +A B Y Y D2D1A B R1K 根据根据(gnj)二极管的单向导通特性可以设计或门电路。二

4、极管的单向导通特性可以设计或门电路。 第7页/共52页第八页，共52页。AY10015V5V0V 0.2V利用(lyng)三极管实现非门电路 非逻辑(lu j)真值表 0.2V Y = A 根据三极管的开关特性根据三极管的开关特性(txng)设计非门电路。设计非门电路。 第8页/共52页第九页，共52页。Y A 利用(lyng)三极管实现非门电路 非逻辑(lu j)符号 根据三极管的开关根据三极管的开关(kigun)特性设计非门电路。特性设计非门电路。 第9页/共52页第十页，共52页。0V 5V 0V 5V 0V 4.3V 0.2V 5V 利用晶体管实现(shxin)与非门电路 与非逻辑(l

5、u j)真值表 R4D3D1D2+5VBA1KR3+5VYQR2R1 10K4.7K1KABY001011101110Y = A B 根据二极管的单向导通特性根据二极管的单向导通特性(txng)和三极管的开关特性和三极管的开关特性(txng)设计与设计与非门电路。非门电路。 第10页/共52页第十一页，共52页。 利用晶体管实现(shxin)与非门电路 A B Y 与非逻辑(lu j)符号 R4D3D1D2+5VBA1KR3+5VYQR2R1 10K4.7K1K 根据二极管的单向导根据二极管的单向导(xingdo)通特性和三极管的开关特性设通特性和三极管的开关特性设计与非门电路。计与非门电路。

6、 第11页/共52页第十二页，共52页。ABY0100011001100V 5V 0V 5V 0V 4.3V 0.2V 5V R4D1D2BA1KR3+5VYQR2R1 10K4.7K1K利用晶体管实现(shxin)或非门电路 或非逻辑(lu j)真值表 Y = A + B 根据二极管的单向导通特性和三极管的开关根据二极管的单向导通特性和三极管的开关(kigun)特性设计或非特性设计或非门电路。门电路。 第12页/共52页第十三页，共52页。利用(lyng)晶体管实现或非门电路 或非逻辑(lu j)真值表 R4D1D2BA1KR3+5VYQR2R1 10K4.7K1K+A B Y 根据根据(g

7、nj)二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计或二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计或非门电路。非门电路。 第13页/共52页第十四页，共52页。 目目 录录 用晶体管实现的门电路 集成门电路 门电路实验 OC门和三态门 计算机总线(BUS)实验第14页/共52页第十五页，共52页。 集成集成(j chn)电路（电路（Integrated Circuit ）是一种微型电子器件或）是一种微型电子器件或部件，即采用半导体制造工艺，将元器件和连线集成部件，即采用半导体制造工艺，将元器件和连线集成(j chn)在一块在一块硅基片上，构成的特定功能的电子电路，在电路中常用字母硅基片上，构成的特定

8、功能的电子电路，在电路中常用字母“IC”表表示。示。+A B Y A B Y Y A A B Y +A B Y 集成集成(j chn)门电路门电路的形成过程的形成过程 第15页/共52页第十六页，共52页。 集成电路集成电路(jchng-dinl)的分类的分类 集成电路按其功能(gngnng)、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类 。模拟集成电路又称线性电路，用来产生、放大和处理各种模拟信号 数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号 第16页/共52页第十七页，共52页。 集成电路集成电路(jchng-dinl)的分类的分类 集成电路(jchng-din

9、l)按集成度高低的不同，即包含的门电路或元器件数量，可分为：分类分类门的个数门的个数典型的集成电路典型的集成电路小规模集成电路最多12个逻辑门、触发器中规模集成电路1299计数器、加法器大规模集成电路1009999小型存储器、门阵列超大规模集成电路1000099999微控制器特大规模集成电路106以上32位ARM处理器第17页/共52页第十八页，共52页。 集成电路集成电路(jchng-dinl)的分类的分类 集成电路按导电类型(lixng)可分为双极型集成电路和单极型集成电路,它们都是数字集成电路。双极型集成电路制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、ST

10、TL等类型单极型集成电路制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型等类型 第18页/共52页第十九页，共52页。用双极工艺(gngy)制造的TTL、ECL系列产品 1从 诞 生 到 发 展 的 过 程 COMS系列产品2具有(jyu)双极和COMS特点的BiC-MOS3 尽管系列品种很多，但它们在逻辑功能方面(fngmin)还是一样的，只不过在处理信号的速度、功率与驱动能力等方面(fngmin)各有所不同。 根据集成电路从诞生到发展的成长过程，大致可以分为： 集成电路的分类集

11、成电路的分类 TTL电路工作电压为电路工作电压为5V，其制作工艺复杂，功，其制作工艺复杂，功耗较大，典型的耗较大，典型的TTL电路：电路：74系列。系列。 20世纪世纪70年代，制作工艺简单，待机时接近零功年代，制作工艺简单，待机时接近零功耗的耗的COMS电路诞生，工作电压为电路诞生，工作电压为318V，典型电路：，典型电路：4000/14000、74C/74H、74HC等系列。等系列。 80年代前半期，74HC系列电路被美国JEDEC标准委员会标准化，从此确立了该系列产品在标准逻辑器件中的核心地位。第19页/共52页第二十页，共52页。 CMOS器件器件(qjin)的特点的特点 与双极型TT

12、L相比，CMOS器件主要有以下(yxi)优点： 低压(dy)与宽压 功耗低 噪声容量大 容易集成 输入阻抗高 与双极型TTL的5V相比，CMOS器件的工作电压为318V，工作电压更低、范围更宽 。 使用CMOS器件进行数据处理时，由于输入信号的上升时间和下降时间非常短，贯穿电流所引起的功耗非常少。功耗低是CMOS器件拥有巨大市场的最大原因。CMOS具有更宽的噪声容量。数字电具有更宽的噪声容量。数字电路的噪声容量由输出振幅的最小值与路的噪声容量由输出振幅的最小值与输入信号的最小必要振幅之差来定义。输入信号的最小必要振幅之差来定义。差值越大，对于电源差值越大，对于电源/GND线或由信线或由信号线产

13、生的突发噪声来说，越不容易号线产生的突发噪声来说，越不容易引起误动作。引起误动作。由于CMOS的低功耗特征，在发热问题上比双极器件更优越，有利于集成化。实际的CMOS器件输入级都配备有保护电路二极管或MOS晶体管，这些器件通常是反向偏置，所以具有几十M以上的输入阻抗。第20页/共52页第二十一页，共52页。 74HC00为二输入为二输入(shr)四与非门四与非门 。14813111210912345671A1B1Y2A2B2YGNDVcc3A3B3Y4A4B4Y第21页/共52页第二十二页，共52页。1481311121091234567A1Y1A2Y2A3Y3GNDVccA6Y6A5Y5A4

14、Y4 74HC04的内部结构电路的内部结构电路(dinl)如下。如下。第22页/共52页第二十三页，共52页。 采用了比较先进的半导体技术，线路较为复杂。 它功能齐全、可靠性高。 输入阻抗高、输出(shch)驱动能力强、功耗低、工作速度快。 所有输入、输出(shch)端都加了二极管箝位保护。集成(j chn)门电路的特点第23页/共52页第二十四页，共52页。 目目 录录 用晶体管实现的门电路 集成门电路 门电路实验 OC门和三态门 计算机总线(BUS)实验第24页/共52页第二十五页，共52页。8个单刀双掷的拨个单刀双掷的拨动开关，用于产生高电动开关，用于产生高电平逻辑平逻辑“1”和低电平和

15、低电平逻辑逻辑“0”。 K1 K8 逻辑拨码开关与逻辑拨码开关与LED发光发光(f un)二极管显示电路二极管显示电路 第25页/共52页第二十六页，共52页。D1 D8为共阳极(yngj)LED驱动 逻辑拨码开关逻辑拨码开关(kigun)与与LED发光二极管显示电路发光二极管显示电路 第26页/共52页第二十七页，共52页。逻辑拨码开关与逻辑拨码开关与LED发光发光(f un)二极管显示电路二极管显示电路 U1与U2为74HC04反相器 +第27页/共52页第二十八页，共52页。8个单刀双掷的拨个单刀双掷的拨动开关，用于产生高电动开关，用于产生高电平逻辑平逻辑“1”和低电平和低电平逻辑逻辑“

16、0”。 K1 K8 以单个电路为例进行说明以单个电路为例进行说明 第28页/共52页第二十九页，共52页。1 产生(chnshng)逻辑高电平“1”0 产生(chnshng)逻辑低电平“0”0 第29页/共52页第三十页，共52页。0000 000000H K8K1HEXD8D10000000000000000第30页/共52页第三十一页，共52页。0000 000000H 0000 000101H K8K1HEXD8D11000000010000000第31页/共52页第三十二页，共52页。0000 000000H 0000 000101H 0000 001002H K8K1HEXD8D10

17、100000001000000第32页/共52页第三十三页，共52页。0000 000000H 0000 000101H 0000 001002H 0000 001103H K8K1HEXD8D11111 11110FFH 11000000实验实验(shyn)(shyn)结结论论Next 28第33页/共52页第三十四页，共52页。 8位二进制数可以表达位二进制数可以表达0255种状态。种状态。 可以将十六进制数转换为二进制数的表示形式，用可以将十六进制数转换为二进制数的表示形式，用LED显示显示(xinsh)数据的状态。数据的状态。实验结论 第34页/共52页第三十五页，共52页。 目目 录

18、录 用晶体管实现的门电路 集成门电路 门电路实验 OC门和三态门 计算机总线(BUS)实验第35页/共52页第三十六页，共52页。 OC门又称集电极开路(kil)与非门。高阻态 当三极管Q截止时，输出为“高阻”状态。当处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路，输出端对地电阻和对电源端的电阻都近似为无穷大。R3+5 V1K+R4D3D1D25VBA1KYQR2R1 10 K4.7K0V 5V 0.2V ( Open Collector ) 第36页/共52页第三十七页，共52页。 OC门可以输出低电平和高阻两种状态。当处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路(kil)，输出端对地电阻和对电源端的电阻

19、都近似为无穷大。A B Y OC门电路符号门电路符号 OC门真值表门真值表 ABY01 高 阻 00高 阻 10 高 阻 110第37页/共52页第三十八页，共52页。结论： 0 1 0 0 OC门的线与功能分析。门的线与功能分析。 只要有1个OC门输出(shch)低电平，则总输出(shch)Y就为低电平， 只有当所有OC门输出(shch)状态为高阻态时，总输出(shch)Y才被电阻R拉为高电平，这就是“线与”功能。 高阻 高阻 高阻 0 VCCABCDEFYOC门线与电路门线与电路(dinl) R第38页/共52页第三十九页，共52页。 OC门为集电极开路。 OC门可以输出两种状态(zhun

20、gti)：低电平和高阻态。 OC门处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。 OC门具有线与、逻辑电平转换、晶体管驱动等功能。 OC门电路的特点(tdin)第39页/共52页第四十页，共52页。Y = A ENA Y A Y EN 或或三态非门三态非门 三态门是指输出有3种状态，除了“高”、“低”两种状态以外，还有“高阻”态，它是在逻辑(lu j)门的基础上加上使能控制信号和控制电路构成的，即通过1个额外的输入控制端来控制三态门进入“高阻”态。0011X高阻010ENAY使能端 第40页/共52页第四十一页，共52页。ENn 为为1时输出为高阻态。时输出为高阻态。ENn 为为0时非门可以正常工作

21、。时非门可以正常工作。 EN1 A1 A2 An ENn 信号信号(xnho)传输通道传输通道 EN2 出错(ch cu) 0 1 0 1 0多个非门设备之间通信(tng xn)演示多个三态门设备之间通信演示第41页/共52页第四十二页，共52页。EN1 A1 A2 An ENn 信号信号(xnho)传输通道传输通道 10 10 10 EN2 0 1 0 1 0 1 ENn 为为1时输出为高阻态。时输出为高阻态。ENn 为为0时非门可以正常工作。时非门可以正常工作。 多个三态门设备(shbi)之间通信演示第42页/共52页第四十三页，共52页。设备(shbi)2 设备(shbi)1 设备(sh

22、bi)6 设备3 设备4 设备5 在计算机中常常需要多个设备之间进行相互通信。若将所有设备两两在计算机中常常需要多个设备之间进行相互通信。若将所有设备两两相连需要相连需要 n(n-1)/2条连接线。条连接线。第43页/共52页第四十四页，共52页。设备(shbi)6 设备(shbi)5 设备(shbi)4 设备3 设备2 设备1 data data data data data data 为了简化线路，可以将相互通信的多个器件连接到一条线上，我们称之为总线，即用为了简化线路，可以将相互通信的多个器件连接到一条线上，我们称之为总线，即用一个传输通道以选通的方式传送多路信号，分时实现多路信息的采集。一个传输通道以选通的方式传送多路信号，分时实现多路信息的采集。第44页/共52页第