数字电路与逻辑设计-第2章-逻辑门资料

1、第2章 逻辑(lu j)门共三十七页本章(bn zhn)内容22.1布尔逻辑2.2逻辑门的描述(mio sh)2.3逻辑门的电路实现2.4集成逻辑门共三十七页2.1 布尔逻辑(lu j)共三十七页一位二进制加法的进位(jnwi)、和与加数的关系4X1X0Y1Y00000010110011110共三十七页二值逻辑运算5运算公式非真 = 假假 = 真与假假 = 假假真 = 假真假 = 假真真 = 真或假假 = 假假真 = 真真假 = 真真真 = 真运算公式非0 = 11 = 0与0 0 = 00 1 = 01 0 = 01 1 = 1或0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 +

2、1 = 1运算公式异或0 0 = 00 1 = 11 0 = 11 1 = 0同或0 0 = 10 1 = 01 0 = 01 1 = 1命题(mng t)逻辑运算异或和同或的逻辑运算基本(jbn)逻辑运算公式共三十七页2.2 逻辑(lu j)门的描述共三十七页与门代数式F=AB真值表逻辑图波形图7ABF000010100111共三十七页或门代数式F=A+B真值表逻辑图波形图8ABF000011101111共三十七页非门代数式F=A真值表逻辑图波形图9AF0110共三十七页逻辑运算的基本定律名称公式1公式201律A+1=1A0=0自等律A+0=AA1=A重叠律A+A=AAA=A互补律A+A=1

3、AA=0交换律A+B=B+AAB=BA结合律(A+B)+C=A+(B+C)(AB)C=A(BC)分配律A+BC=(A+B)(A+C)A(B+C)=AB+AC反演律(德摩根定理)A+B=ABAB=A+B还原律A=A10共三十七页与非门代数式F=AB真值表逻辑图波形图11ABF001011101110共三十七页或非门代数式F=A+B真值表逻辑图波形图12ABF001010100110共三十七页与或非门代数式F=AB+CD逻辑图真值表？波形图？13共三十七页异或门代数式F=A + B真值表逻辑图波形图14ABF000011101110共三十七页同或门代数式F=AB真值表逻辑图波形图15ABF0010

4、10100111共三十七页异或、同或运算(yn sun)的基本定律名称公式1公式2自等律A 0=AA1=A取补律A 1=AA0=A互补律A A=1AA=0交换律A B=B AAB=BA结合律(A B) C=A (B C)(AB)C=A(BC)分配律A(B C)=AB ACA+(BC)=(A+B)(A+C)反演律A B=ABAB=A B调换律A B=A B=A BAB=AB=AB奇偶律A A=0，A A A=AAA=1，AAA=A16共三十七页2.3 逻辑门的电路(dinl)实现共三十七页开关(kigun)逻辑电路18ABFABFABFABF单开关0110双开关串联000010100111双开关

5、并联000011101111共三十七页2.4 集成(j chn)逻辑门共三十七页TTL与非门的基本原理20输入级由多发射极晶体管V1和基极电阻R1组成，它实现了输入变量A、B、C的逻辑与运算。中间级是放大级，由V2、R2和R3组成，V2的集电极c2和发射极e2可以分别提供两个相位相反的电压信号。输出级：由V3、V4、V5和R4、R5组成。其中V3、V4构成复合管，与V5组成推拉式输出结构。输出阻抗低，带负载能力强。共三十七页21TTL与非门的基本原理 输入(shr)端全为高电平V1:Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5= 0.73 = 2.1V因此(ync)输出为逻辑低电平UOL = 0.3V

6、发射极反偏而集电极正偏，处于倒置放大状态V2：饱和状态V3：Uc2 = Uces2 + Ube51V，使V3导通，Ue3=Uc2-Ube3=1-0.70.3V，使V4截止。V5：深饱和状态3 .6V3 .6V2.1V0.3V3 .6V共三十七页22TTL与非门的基本原理 输入(shr)端至少有一个接低电平0.3V3.6V3.6V1V3 .6VV1:A端发射极导通，Ub1 = UA + Ube1 = 1V，其他(qt)发射极均因反偏而截止 5-0.7-0.7=3.6VUb1 =1V，所以V2、V5截止, Uc2Ucc=5V V3：微饱和状态 V4：放大状态电路输出高电平为：5VUOH = Uc2

7、 - Ube3 Ube4 共三十七页23 输入(shr)端全为高电平，输出为低电平UoL 输入(shr)至少有一个为低电平时，输出为高电平UoH由此可见，电路的输出和输入之间满足与非逻辑关系：V1：倒置放大状态V2：饱和状态V3：导通状态V4：截止状态V5：深饱和状态V2：截止状态V3：微饱和状态V4：放大状态V5：截止状态TTL与非门的基本原理共三十七页三态门24 工作原理除具有TTL“与非”门输出逻辑0、逻辑1状态外，还有第三种输出状态 高阻状态Z，这时输出端相当于悬空。非门，是三态门的状态控制部分EN使能端六管TTL与非门增加部分当EN=0时，T4输出高电平VC=1，D2截止，此时后面电

8、路执行正常与非功能F=AB。101V1V输出F端处于(chy)高阻状态记为Z。T6、T7、T9、 T10均截止Z当EN=1时，EN共三十七页三态门25使能端的两种控制方式低电平使能高电平使能三态门的逻辑符号ABFENABFEN共三十七页三态门的应用(yngyng)总线(zn xin)分时传送双向传输26共三十七页CMOS反相器27 工作原理PMOSNMOS衬底与漏源间的PN结始终处于反偏，NMOS管的衬底总是接到电路的最低电位，PMOS管的衬底总是接到电路的最高电位栅极相连做输入端漏极相连做输出端电源电压VDDVTN+|VTP|，VDD适用范围较大可在318VVT1-NMOS的开启电压VT2-

9、PMOS的开启电压1、输入(shr)为低电平UIL = 0V时UGS1UTNV1管截止(jizh)；|UGS2| UTP 电路中电流近似为零(忽略V1的截止漏电流)，UDD主要降落在V1上，输出为高电平UOHUDDV2管导通2、输入为高电平UIH = UDD时，V1通V2止，UDD主要降在V2上，输出为低电平UOL0V。实现逻辑“非”功能UDDUIUOV1V2共三十七页28CMOS与非门二输入(shr)“与非”门电路结构如图每个输入端与一 个 NMOS管和一个PMOS管的栅极相连当A和B为高电平时:1两个串联的NMOS T1、T2通通止止0101通止通1止当A和B至少(zhsho)有一个为低电

10、平时:输出高电平输出低电平 电路实现“与非”逻辑功能两个并联的PMOS管T3、T4共三十七页29CMOS传输(chun sh)门 工作原理栅极控制电压为互补信号，如C=0，C=UDD当C = 0V， C= UDD时TN和TP均截止，Ui由0UDD变化时，传输门呈现高阻状态(zhungti)，相当于开关断开， CL上的电平保持不变，这种状态称为传输门保存信息当C=UDD， C= 0V时，Ui在|UTP|UDD范围变化时TP导通即Ui在0UDD范围变化时，TN、TP中至少有一只管子导通，使Uo=Ui，这相当于开关接通，这种状态称为传输门传输信息Ui由0(UDD-UTN)范围变化时TN导通共三十七页

11、30 CMOS传输门应用1、当C为低电平时， TN、TP截止传输门相当于开关(kigun)断开，传输门保存信息2、当C为高电平时， TN、TP中至少有一只管子(gun zi)导通，使Uo=Ui，这相当于开关接通，传输门传输信息由此可见传输门相当于一个理想的开关，且是一个双向开关逻辑符号输入输出门控制信号CMOS传输门共三十七页用TTL电路(dinl)驱动CMOS电路31TTL与CMOS之间的电平(din pn)移动如果CMOS电路的电源较高，TTL的输出端仍可接一上拉电阻，但需使用集电极开路门电路。另一种方案是采用一个专用的CMOS电平移动器，它由两种直流电源UCC和UDD供电，电平移动器接收

12、TTL电平(对应于UCC)，而输出CMOS电平(对应于UDD)。共三十七页32当CMOS电路驱动TTL电路时，由于(yuy)CMOS驱动电流较小(特别是输出低电平时)，所以对TTL电路的驱动能力很有限。因此采用CMOS驱动器可以提高驱动能力，也可以用三极管反相器作为接口电路，即用三极管电流放大器扩展电流驱动能力。用CMOS电路(dinl)驱动TTL电路共三十七页本章(bn zhn)小结1. 熟练掌握逻辑代数的基本定律、基本公式以及运算规则，常用逻辑门的符号。2. 熟练掌握逻辑门的描述方式(fngsh)3. 掌握三态门和传输门的主要特点和应用场合。33代数式真值表逻辑图波形图共三十七页作业(zu

13、y)1. 设有三个输入变量A、B、C，试按下述逻辑问题列出真值表，并用基本逻辑运算写出它们各自的代数式，画出对应的逻辑图和工作波形图。(1)当A+B=C时，输出(shch)X为1，其余情况输出X为0；(2)当A+B=B+C时，输出Y为1，其余情况输出Y为0。34共三十七页作业(zuy)2. 判断下列电路能否按照要求的逻辑关系正常工作。若电路接法有错，则改电路；若电路正确但给定(i dn)的逻辑关系不对，则写出正确的逻辑表达式。(a) (b)35共三十七页作业(zuy)3. 下图均为TTL门电路(1) 写出函数(hnsh)F1、F2、F3、F4的逻辑表达式。(2) 若已知A、B、C的波形，分别画出F1F4的波形图。36共三十七页内容摘要第2章 逻辑门。一位二进制加法的进位、和与加数的关系。A+1=1。A(B+C)=AB+AC。输入级由多发射极晶体管V1和基极电阻R1组成，它实现了输入变量A、B、C的逻辑与运算。中间级是放大级，由V2、R2和R3组成