第5章 逻辑门电路

1、 例如：计算机中的常用电路加法器、编例如：计算机中的常用电路加法器、编 码器、译码器、寄存器、计数器等均为数字码器、译码器、寄存器、计数器等均为数字电路。电路。 再如：表决器、智力竞赛抢答器、密码再如：表决器、智力竞赛抢答器、密码锁、电子钟等电路是数字电路锁、电子钟等电路是数字电路 数字电路的基础是门电路。数字电路的基础是门电路。第五章第五章 逻辑门电路逻辑门电路一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号 模拟信号：模拟信号：连续变连续变化的电信号。化的电信号。 数字信号：数字信号：不连续不连续变化的电信号。变化的电信号。ut05.1 数字电路及其特点数字电路及其特点ut0模拟电路：处理模拟

2、信号的电子电路模拟电路：处理模拟信号的电子电路数字电路：处理数字信号的电子电路数字电路：处理数字信号的电子电路电子电路电子电路二、二、 数字电路及其特点数字电路及其特点1. 半导体器件工作在开关状态。半导体器件工作在开关状态。数字信号只有数字信号只有0或或1二种状二种状态态。 2. 抗干扰能力较强。抗干扰能力较强。3. 便于集成化，使用方便，可靠性高，价格低廉。便于集成化，使用方便，可靠性高，价格低廉。5. 数学工具：逻辑代数数学工具：逻辑代数4. 数数字电路主要研究字电路主要研究输出状态与输入状态之间输出状态与输入状态之间的逻辑关系。的逻辑关系。图图5-2 5-2 零转速监控器的测速原理框图

3、零转速监控器的测速原理框图数字电路应用举例数字电路应用举例 美国本特利公司的美国本特利公司的7200系列转速监测装置是火电厂汽轮机监测仪表系系列转速监测装置是火电厂汽轮机监测仪表系统，由电涡流传感器、前置放大器和零转速监控型转速表组成，转速表内有统，由电涡流传感器、前置放大器和零转速监控型转速表组成，转速表内有两个报警回路，用于低速报警和超速报警。两个报警回路，用于低速报警和超速报警。 数字电路应用举例数字电路应用举例开关量采集电路中的中断申请电路开关量采集电路中的中断申请电路变压器后备保护中的复合电压闭锁过电流保护逻辑图变压器后备保护中的复合电压闭锁过电流保护逻辑图微机控制系统中的查询传送方

4、式输入接口电路微机控制系统中的查询传送方式输入接口电路数字电路应用举例数字电路应用举例图图1-2 ZZQ-5中中鉴别频差方向的逻辑电路框图鉴别频差方向的逻辑电路框图图图1-3 ZZQ-5中的合闸部分中的合闸部分逻辑电路框图逻辑电路框图数字电路应用举例数字电路应用举例一、与逻辑及与门一、与逻辑及与门1.1.与逻辑：与逻辑： 决定一个事件的所有条决定一个事件的所有条件都具备时，事件才会发生，件都具备时，事件才会发生，这样的逻辑关系称为与逻辑。这样的逻辑关系称为与逻辑。（逻辑代数中叫与运算）。（逻辑代数中叫与运算）。5.2 基本逻辑运算及其门电路基本逻辑运算及其门电路开关开关A开关开关B灯灯F F例

5、：例：例中开关例中开关A、B均闭合，灯均闭合，灯F才能亮，所以才能亮，所以开关与灯之间的关开关与灯之间的关系是与逻辑。系是与逻辑。2.与门与门 能实现与逻辑功能的电能实现与逻辑功能的电路称为与门，与门输入端有路称为与门，与门输入端有二个以上，输出端只有一个。二个以上，输出端只有一个。二极管组成的与门电路二极管组成的与门电路uouA(A)R0VDVD2 2VDVD1 1+VCC(F)uB(B)电路仿真电路仿真与门逻辑功能：全部输入端都与门逻辑功能：全部输入端都是高电平时，才能输出高电平。是高电平时，才能输出高电平。 uA uBuo表表5-1 二极管与门输入输出关系二极管与门输入输出关系0V 0V

6、0.7V0V 3V0.7V3V 0V0.7V3V 3V3.7VuA uBuo0V 0V0V 3V3V 0V3V 3V表表5-1 二极管与门输入输出关系二极管与门输入输出关系通过仿真，测出不同输入组合对应的输出电压通过仿真，测出不同输入组合对应的输出电压规定：高电平用规定：高电平用1表示，低电表示，低电平用平用0表示表示-正逻辑。正逻辑。A BF表表5-2 二输入与门真值表二输入与门真值表0 000 101 001 11uA uBuo0V 0V0V 3V3V 0V3V 3V0.7V0.7V0.7V3.7V 输入状态用变量输入状态用变量A、B表示，表示，A、B的取值的取值0或或1表示输入状态表示输

7、入状态为低电平或高电平；输出状态用为低电平或高电平；输出状态用函数函数F表示表示，F F的取值的取值0 0或或1 1表示输表示输出端状态为低电平或高电平出端状态为低电平或高电平。表表5-1 二极管与门输入输出关系二极管与门输入输出关系与门功能：与门功能：“全全1得得1，有，有0得得0”与门功能：与门功能：“全全1得得1，有，有0得得0”逻辑变量的乘法运算：逻辑变量的乘法运算：00=0， 01=0， 10=0， 11=1A B CF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0 1 0 1 1 1 01 1 100000001表表5-3 三输入与门真值表三输入与门真值表 与逻辑的运算规律符合

8、逻辑代数中的乘法运算规律，与逻辑的运算规律符合逻辑代数中的乘法运算规律，所以所以与运算相当于逻辑代数中的乘法运算。与运算相当于逻辑代数中的乘法运算。 逻辑变量（逻辑变量（A、B、C）只有）只有0和和1两种取值。两种取值。 逻辑函数（逻辑函数（F）也只有）也只有0和和1两两种取值。种取值。（3）与门真值表）与门真值表（2）与门逻辑函数式）与门逻辑函数式（1）与门逻辑符号）与门逻辑符号3. 与逻辑的表示方法：与逻辑的表示方法：ABF&000100011011ABBAFABF（4）与门时序图（或波形图）与门时序图（或波形图）BFA与门的控制作用：与门的控制作用：将将A当作当作控制端，那么只有

9、控制端，那么只有A=1时时B信信号才能通过与门。号才能通过与门。电路仿真电路仿真图图5-2 5-2 零转速监控器的测速原理框图零转速监控器的测速原理框图与门应用举例与门应用举例 美国本特利公司的美国本特利公司的7200系列转速监测装置是火电厂汽轮机监测仪表系系列转速监测装置是火电厂汽轮机监测仪表系统，由电涡流传感器、前置放大器和零转速监控型转速表组成，转速表内有统，由电涡流传感器、前置放大器和零转速监控型转速表组成，转速表内有两个报警回路，用于低速报警和超速报警。两个报警回路，用于低速报警和超速报警。 二、二、 或逻辑及或门或逻辑及或门1.1.或逻辑或逻辑 决定一个事件的诸条件中，只要有一个或

10、一个以决定一个事件的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，事件就会发生，这样的逻辑关系叫或逻辑。上具备时，事件就会发生，这样的逻辑关系叫或逻辑。 此例中开关此例中开关A A、B B只要有一只要有一个以上闭合，灯个以上闭合，灯F F就能亮，所就能亮，所以灯与开关的关系是或逻辑关以灯与开关的关系是或逻辑关系系开关开关A开关开关B灯灯F电源电源例：例：2.或门或门 能实现或逻辑功能的电路称为或门，或门输入端有二个以上，能实现或逻辑功能的电路称为或门，或门输入端有二个以上，输出端只有一个。输出端只有一个。uouAuBROD2D1-VSS-5V二极管组成的或门电路二极管组成的或门电路或门逻辑功能：全部输

11、入端都是低电平时，才能输出低电平。或门逻辑功能：全部输入端都是低电平时，才能输出低电平。 或运算规律：或运算规律：“有有1得得1，全，全0得得0”逻辑变量的或运算：逻辑变量的或运算：0+0=0， 0+1=1， 1+0=1， 1+1=1 。 或运算相当于逻辑代数中的或运算相当于逻辑代数中的加法加法运算，但注意它与普通代数运算，但注意它与普通代数的加法运算有区别。的加法运算有区别。电路仿真电路仿真（3）或门真值表）或门真值表（2）或门逻辑函数式）或门逻辑函数式（1）或门逻辑符号）或门逻辑符号或逻辑的表示方法：或逻辑的表示方法：011100011011BAFABF（4）或门时序图）或门时序图F或门功

12、能：或门功能：“全全0得得0，有，有1得得1”BA或门的控制作用：或门的控制作用：将将A当作当作控制端，那么只有控制端，那么只有A=0时时B信信号才能通过或门。号才能通过或门。ABF1三、三、 非逻辑及非门非逻辑及非门 1. 1. 非逻辑非逻辑 只要条件具备，事件便不会发生；条件不具备，只要条件具备，事件便不会发生；条件不具备，事件会发生，这样的逻辑关系叫非逻辑。事件会发生，这样的逻辑关系叫非逻辑。开关开关A灯灯F F电源电源R例中，开关闭合时灯不亮，例中，开关闭合时灯不亮，开关关断时灯亮，可见灯与开关关断时灯亮，可见灯与开关的关系是非逻辑。开关的关系是非逻辑。 非逻辑运算规律：非逻辑运算规律

13、：输出与输入相反输出与输入相反。0110 非运算：非运算：，+VCCRcRbT+ +- -+ +- -uIuOAF三极管非门电路三极管非门电路（3）非门真值表）非门真值表（2）非门逻辑函数式）非门逻辑函数式A F （1）非门逻辑符号）非门逻辑符号AF11001AF（4）非门时序图）非门时序图AF2.非门非门电路仿真电路仿真1. 与非逻辑与非逻辑2 .或非逻辑或非逻辑3.与或非逻辑与或非逻辑(真值表略真值表略)ABY 1CDABY 3AB&1YBAY 26.2. 2 几种常用复合逻辑运算几种常用复合逻辑运算BA2Y1AB&CD3Y1“全全1得得0”“全全0得得1”4. 异或逻辑异

14、或逻辑5. 同或逻辑同或逻辑( (异或非异或非) )AB=14YBABABAY 401100 00 11 01 1 AB=15YBAY 5= ABABBA 10010 00 11 01 1ABYABYABF BAFCDABFBABABAFABBABAF异或非。输入异或非。输入端只有二个。端只有二个。也可表示为也可表示为F=ABF=AB输入端只有二输入端只有二个。个。ABAB与，与，CDCD与，与，然后或，再非。然后或，再非。先或后非。先或后非。输入端二个输入端二个以上。以上。先与后非。先与后非。输入端二个输入端二个以上。以上。备注备注二个输入端相二个输入端相同时，才输出同时，才输出1 1。否则

15、输出。否则输出0 0二个输入端相二个输入端相异时，才输出异时，才输出1 1。否则输出。否则输出为为0 0。ABAB同时为同时为1 1，或者或者CDCD同时为同时为1 1，或，或ABCDABCD全全为为1 1时，输出时，输出为为0 0。全全0 0得得1 1全全1 1得得0 0逻辑逻辑功能功能描述描述1 10 00 01 10 00 00 10 11 01 01 11 10 01 11 10 00 00 00 10 11 01 01 11 11 10 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 10 11 01 01 11 11 11 11

16、 10 00 00 00 10 11 01 01 11 1F FA BA BF FA BA BF FCDCDAB AB F FA BA BF FA BA B真值真值表表逻辑逻辑符号符号逻辑逻辑函数函数式式同或逻辑同或逻辑异或逻辑异或逻辑与或非逻辑与或非逻辑或非逻辑或非逻辑与非逻辑与非逻辑名称名称11逻辑符号对照逻辑符号对照曾用符号曾用符号ABYABYABYAYAY国标符号国标符号AB&BAY A1AY ABYABBAY 1国标符号国标符号曾用符号曾用符号AB&BAY ABYABYABYAB=1BAY ABY ABYABYABBAY 1V4 +UCC(+5V) b1 A BR13

17、kV3V2V1F R4100+UCC(+5V)V5 A BTTL与非门电路V1的等效电路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D25.3 集成门电路集成门电路一、一、TTL门门1. TTL与非门与非门 (a) 74LS00 的引脚排列图 电源 1 2 3 4 5 6 7 & & & & 14 13 12 11 10 9 8 地 内含内含4个两输入端的与非门，个两输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。(b) 74LS20 的引脚排列图 & 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8电源地内含两个内含两个4输入端

18、的与输入端的与非门，电源线及地线公非门，电源线及地线公用。用。1A 1B 1C 1D 1Y2A 2B 2C 2D 2Y电路仿真电路仿真例：用例：用74LS00联接如右电路联接如右电路4BABFG1G3G4G2G51A1Y2B2A3Y3A2Y4A4Y1B1A1Y 1 2 3 4 5 6 7 & & & & 14 13 12 11 10 9 8 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND +Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 1 2 3 4 5 6 7 & & & & 14 13 12 11 10 9 8 1A 1B 1Y 2

19、A 2B 2Y GND +Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 5VABF3TTL门电气特性及主要参数门电气特性及主要参数图图5-12 典型典型TTL门电压传输特性门电压传输特性(a) 测试电路测试电路 (b)传输特性曲线传输特性曲线 （1）TTL门的电压传输特性。门的电压传输特性。 根据传输特性可知合适的输入电压范围和输出电压的典型值等。根据传输特性可知合适的输入电压范围和输出电压的典型值等。（2）输入特性）输入特性 R0.68KR0.68K时，输入端状态为低电平时，输入端状态为低电平“0”0”R1.4KR1.4K时，输入端状态为高电平时，输入端状态为高电平“1”1”R0.68KR0.

20、68K时，输入端状态为高电平时，输入端状态为高电平“1”1”R1.4KR1.4K时，输入端状态为高电平时，输入端状态为高电平“1”1”R0.68KR0.68K时，输入端状态为时，输入端状态为 “ “A”A”R1.4KR1.4K时，输入端状态为高电平时，输入端状态为高电平“1”1” 输入端接小于输入端接小于0.68K的电阻，不会影响输入端本身所的电阻，不会影响输入端本身所接状态；输入端接大于接状态；输入端接大于1.4K的电阻时，输入端的状态一定的电阻时，输入端的状态一定是高电平。是高电平。 输入端悬空相当于输入高电平。输入端悬空相当于输入高电平。电路仿真电路仿真 额定情况下，额定情况下，TTL门

21、输出电平典型值是门输出电平典型值是0.3V或或3.6V ，如果超载，会使输出低电平值升高，高电平值降低，所以每如果超载，会使输出低电平值升高，高电平值降低，所以每个门带负载的能力是有限的。集成门的个门带负载的能力是有限的。集成门的带负载能力通常用扇带负载能力通常用扇出系数出系数N表示表示 。（3）输出特性。）输出特性。扇出系数为扇出系数为N，则输出端可并接同类门的输入端个数为，则输出端可并接同类门的输入端个数为N。 14 13 12 11 10 9 8 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 6 反相器

22、74LS04 的引脚排列图 AY TTL非门非门TTL门电路的其他类型门电路的其他类型 14 13 12 11 10 9 8 74LS02 1 2 3 4 5 6 7 VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND 74LS02 的引脚排列图 BAYTTL或非门或非门DCBAYTTL与或非门与或非门 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1 B 1 C 1D 1Y GND74LS51的引脚排列图几个几个TTL门输出端接到一起叫门输出端接到一起叫“线与线与”，普通

23、普通TTL门不能线与！门不能线与！Y321YYYY为解决一般为解决一般TTL与非门不能线与的问题而设计的。与非门不能线与的问题而设计的。BAYOC门门OC门输出端必须经外接电阻接直流电源门输出端必须经外接电阻接直流电源 OC门的线与门的线与21YYY电路仿真电路仿真 TSL门门(三态门）三态门）国标符号T4AR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53kAE&ENYED电路结构电路的输出有高阻态、高电平和低电平电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。种状态。AY（E=1时）时）高阻（高阻（E=0时）时）TSL门的应用：常用于微机控制系统中的门的应

24、用：常用于微机控制系统中的I/O接口电路接口电路G1总线ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路开关(b) 双向传输(c) 单向总线G1G2G1G2G2Gn作多路开关：作多路开关：E=0时，门时，门G1使能，使能，G2禁止，禁止，Y=A；E=1时，时，门门G2使能，使能，G1禁止，禁止，Y=B。信号双向传输：信号双向传输：E=0时信号向右时信号向右传送，传送，B=A；E=1时信号向左时信号向左传送，传送，A=B 。构成数据总线：让各门的控构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个时

25、刻只让一个TSL门处于工作门处于工作状态，而其余状态，而其余TSL门均处于高门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接阻状态，这样总线就会轮流接受各受各TSL门的输出。门的输出。微机控制系统中的查询传送方式输入接口电路微机控制系统中的查询传送方式输入接口电路应用举例应用举例4 4、TTL系列集成电路及主要参数系列集成电路及主要参数TTL系列集成电路系列集成电路74：标准系列，前面介绍的：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于门电路都属于74系列，其典系列，其典型电路与非门的平均传输时间型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在：高速系列，是在74系

26、列基础上改进得到的，其典型电路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与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电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路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，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其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是系列产品具有

27、最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，集成电路的主流，是应用最广的系列。是应用最广的系列。TTL门使用注意事项：门使用注意事项：1. 电源电压为电源电压为+5V2. 一般几个一般几个TTL门输出端不能接到一起门输出端不能接到一起-即不能即不能 “线与线与”，输出端不能直接接电源或地。，输出端不能直接接电源或地。3. 输入端通过大于输入端通过大于1.4K的电阻连接时，相当于输入高的电阻连接时，相当于输入高电平；通过小于电平；通过小于0.68K的电阻连接时，接什么是什的电阻连接时，接什么是什么。输入端空着（悬空）相当于输入高电平。么。输入端空着（悬空）相当于输入高电平。4. 多余输入端要接成适当

28、的电平，以不影响输出状态多余输入端要接成适当的电平，以不影响输出状态为准。可以与为准。可以与 使用端并接，也可以根据情况接高或使用端并接，也可以根据情况接高或低电平。低电平。5. 输出端能接同类型门的输入端个数输出端能接同类型门的输入端个数-扇出系数扇出系数N，N是有限的。是有限的。 例例5-2 5-2 如图如图5-145-14所示的门电路均为所示的门电路均为TTL电路，根据电路，根据电路的逻辑功能和图中所示的输入情况，判断输出端电路的逻辑功能和图中所示的输入情况，判断输出端逻辑状态分别是什么？逻辑状态分别是什么？图图5-14 5-14 例例题题5-25-2图图 例例5-3 5-3 图图5-155-15中的逻辑门均为中的逻辑门均为TTL门，要实现如图门，要实现如图所示的逻辑关系