逻辑和逻辑门电路

1、第六章第六章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路6.1 数字电路概述数字电路概述6.2 数字电路中数的表示方法数字电路中数的表示方法6.3 晶体管开关作用晶体管开关作用6.4 逻辑门电路逻辑门电路6.5 组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合6.6 数字组合逻辑电路数字组合逻辑电路6.3 晶体管的开关作用晶体管的开关作用UiRB+UCCRCUOIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A数字电路是利用晶体管的开关作用进行工作的。数字电路是利用晶体管的开关作用进行工作的。Q1Q2饱和饱和3V0VuO 0(0)uO UCC(1)uO

2、+UCCRCECuO+UCCRCEC6.3 晶体管的开关作用晶体管的开关作用数字电路是利用晶体管的开关作用进行工作的。数字电路是利用晶体管的开关作用进行工作的。UiRB+UCCRCUO6.3 晶体管的开关作用晶体管的开关作用R1R2AF+uccuAtuFt +ucc（三极管截止）（三极管截止）0.3V饱和压降饱和压降6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路逻辑：逻辑：事物的因果关系，也称为逻辑关系。事物的因果关系，也称为逻辑关系。逻辑关系：逻辑关系：与与、或或、非、与非非、与非、或非或非、同或同或、异或异或等。等。6.4 逻辑门电路逻辑门电路门电路门电路:“门门”是一种开关，在一定条件下能允许

3、信号通过。是一种开关，在一定条件下能允许信号通过。逻辑门电路：逻辑门电路：门电路门电路的输入与输出之间满足一定的逻辑关系，的输入与输出之间满足一定的逻辑关系，又称为又称为逻辑门电路逻辑门电路。逻辑门电路包括：逻辑门电路包括： 与与门、门、非非门、门、或或门、门、与非与非门、门、或非或非门、门、同或同或门门、异或异或门等门等6门电路的输入和输出信号都是用电位的高低来表示，门电路的输入和输出信号都是用电位的高低来表示，而电位的高低用而电位的高低用“1”1”、“0”0”两种状态来表示。两种状态来表示。正逻辑系统正逻辑系统：高电平高电平用用“1 1”表示，表示，低电平低电平用用“0 0”表示。表示。负

4、逻辑系统负逻辑系统：高电位高电位用用“0 0”表示，表示，低电平低电平用用“1 1”表示。表示。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路本教材使用本教材使用正逻辑系统正逻辑系统7220V+-逻辑表达式逻辑表达式F F = =A A B BBFAFD1D2AB+12VABF0 0 00 1 01 0 01 1 1&ABF逻辑符号逻辑符号6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路8BF220VA+- F = A + B000111110110ABFFD1D2AB-12V 1ABF逻辑符号逻辑符号6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑

5、门电路9101AF0F220VA+-RR1DR2AF+12V +3V逻辑符号逻辑符号A F16.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路10ABF1&ABF1 1ABF2F2CBAF 与非：与非：条件条件A、B、C 都具备，则都具备，则F 不发生。不发生。CBAF 或非：或非：条件条件A、B、C任一具备，则任一具备，则F 不发生。不发生。BABABAF 异或：异或：条件条件A、B有有一个具备，另一个一个具备，另一个不具备则不具备则F 发生。发生。4. 复合逻辑与复合门电路复合逻辑与复合门电路6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路 1ABFC=1ABFABFC& 体积大、工作不可靠。体积大、工作不

6、可靠。 需要不同电源。需要不同电源。 各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点分立元件门电路的缺点6.4.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路集成电路的优点：集成电路的优点：体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配。出电平匹配。根据电路内部的结构，可分为根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管管集成门电路。集成门电路。136.4.2 TTL门电路 体积大、工作不可靠。 需要不同电源。 各种门的输入、输出电平不匹配。集成电路的优点：分立元件门电路的缺点：分立元件门电路的缺点：体积小、可

7、靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配。TTL Transistor-Transistor- Logic集成门电路集成门电路双极型双极型TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit , TTL)ECLNMOSCMOSPMOSMOS型型（Metal-Oxide- Semiconductor，MOS）6.4.2 TTL门电路门电路156.4.2 TTL门电路1. TTL与非门与非门+5VFR4R2750 R1360T2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC内部结构16+5VR1T1b1c1ABCc1D1D2AB+5VD2C与门与门6.

8、4.2 TTL门电路1. TTL与非门与非门内部结构171. TTL与非门与非门6.4.2 TTL门电路工作原理+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABC“0”1V不足以让T2、T5导通三个PN结导通需2.1V任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时181. TTL与非门与非门6.4.2 TTL门电路+5VFR4R2R1R5T3T4T1ABC“0”1VIouo=5-uR2-ube3-ube43.6V高电平！工作原理拉电流任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时196.4.2 TTL门电路1. TTL与非门与非门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5

9、ABC输入全为高电平（3.6V）时“1”全导通电位被钳在2.1V全反偏工作原理T2饱和T5饱和206.4.2 TTL门电路1. TTL与非门与非门输入全为高电平（3.6V）时工作原理+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABC“1”全反偏 1V截止全导通216.4.2 TTL门电路1. TTL与非门与非门输入全为高电平（3.6V）时工作原理+5VFR2R1T2R3T1T5ABC“1”uF=0.3VCBAF Io灌电流22测试电路测试电路&+5Vuiu0TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：1）电压传输特性）电压传输特性23u0(V)ui(V)123UOH(3.6V)UOL

10、(0.3V)阈值UT=1.4V理想的传输特性输出低电平输出高电平ui(V)123UOH(3.6V)u0(V)传输特性曲线(0.3V)UOL0.7V 1.3V1.4V典型值3.6V，2.4V为合格典型值0.3V，0.4V为合格TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：1）电压传输特性）电压传输特性24uiUT时，认为ui是高电平。UT=1.4VTTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：1）电压传输特性）电压传输特性为了保证电路可靠工作，要求：输入高电平2V；输入低电平0.8V。25TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：2）抗干扰能力）抗干扰能力低电平噪声容限电压UNL

11、保证输出高电平电压不低于额定值90%的条件下，所允许叠加在输入低电平电压上的最大噪声电压（正向电压）。UNL=UOFF UIL关门电压UOFFUOFF是保证输出为额定高电平的90%时所对应的输入低电平的最大值。0.9UOHui(V)123UOH(3.6V)u0(V)允许叠加干扰26TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：2）抗干扰能力）抗干扰能力ui(V)123UOH(3.6V)u0(V)输入高电平电压UIH高电平噪声容限电压UNH保证输出低电平电压的条件下，所允许叠加在输入高 电平电压上的最大噪声电压（负向电压）UNH=UIHUON允许叠加干扰开门电压UON UON是保证输出为额定

12、低电平时所对应的输入高电平的最小值。27TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：3）平均传输延迟时间）平均传输延迟时间 50%50%tpd1tpd22 2p pt t2 2p pt t1 1p pd dttt 输入波形ui输出波形uO上升延迟时间下降延迟时间28TTL与非门的主要特性参数：与非门的主要特性参数：4）扇出系数）扇出系数扇出系数是指一个与非门能带同类门的最大数目，表示带负载能力。对TTL门而言，扇出系数大于等于8。291）集电极开路门（OC门）+5VFR2R1T2R3T1T5c1ABC集电极悬空T3无T3,T4RL+UCC&FCBA2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与

13、非门301）集电极开路门（OC门）2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门OC门的特点：1.输出端可直接驱动负载 如:Y&CBAKA+24VKA22031F=F1F2F3&UCCF1F2F3FRL输出级UCC RLT5T5T52.几个输出端可直接相联1）集电极开路门（OC门）2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门OC门的特点：322）三态输出与非门2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE-控制端E1ABF 332）三态输出与非门2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB

14、DE01V高阻态1V导通截止截止F&ABNEC34输输出出高高阻阻0 NE1 NEABF 功能表输输出出高高阻阻1 NE0 NEABF 功能表使能端高电平起作用使能端低电平起作用2）三态输出与非门2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门&ABFENCF&ABNEC352）三态输出与非门2. 其它类型的其它类型的TTL与非门与非门E1E2E3公用总线三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路用途：E1、E2、E3分时接入高电平（四四2 2输入与非门，输入与非门，型号型号74LS00 )74LS00 )TTLTTL门电路芯片简介门电路芯片简介外形外形管脚管脚GNDGND 地地& & & &14

15、141313121211111010 9 9 8 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 & &V VCCCC（+5V+5V）电源电源6.4.2.1 TTL与非门与非门 悬空的输入端相当于接高电平。悬空的输入端相当于接高电平。 为了防止干扰，可将悬空的输入端接为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。高电平。说明说明6.4.2.1 TTL与非门与非门常用常用TTLTTL逻辑门电路逻辑门电路名称名称国际常用国际常用系列型号系列型号国产部国产部标型号标型号说明说明四四2 2输入与非门输入与非门74LS0074LS00T1000T1000四四2 2输入或门输入或门四四2 2异或门异

16、或门四四2 2输入或非门输入或非门四四2 2输入与门输入与门双双4 4输入与非门输入与非门双双4 4输入与门输入与门六反相器六反相器8 8输入与非门输入与非门74LS3274LS3274LS0274LS0274LS0874LS0874LS8674LS8674LS2174LS2174LS2074LS2074LS3074LS3074LS0474LS04T186T186T1008T1008T1086T1086T1021T1021T1002T1002一个组件内部有一个组件内部有四个门，每个门四个门，每个门有两个输入端一有两个输入端一个输出端。个输出端。一个组件内有两一个组件内有两个门，每个门有个门，每个门有4 4个输入端。个输入端。只一个门，只一个门，8 8个个输入端。输入端。有有6 6个反相器。个反相器。396.4.3 CMOS门电路1.CMOS非门NMOS管工作原理ui=0时： ugs2=UDD ， T2导通、T1截止，uo=“”；ui=1时： T1导通、T2截止，uo=“0”。UDDST2DT1uiuoDSComplementary -Symmetry MOS互补对称式MOST1 : ONT2: OFFOFFONPMOS管406.4.3 CMOS门电路2.CMOS或非门A B T1 T2 T3 T4 FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3