电路第6章-逻辑门电路及其应用课件

第6章逻辑门电路及其应用6.1集成逻辑门电路的分类及特点

6.2TTL集成门的电气特性及技术指标

6.3CMOS集成门的技术指标及使用常识

6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路

6.5集成逻辑门的应用举例6.1集成逻辑门电路的分类及特点6.1.1按工艺分类

(1)双极型逻辑门：双极型逻辑门电路有TTL、HTL、ECL和IIL等，下面介绍应用较为广泛的TTL逻辑门。表6-1国产各系列TTL门电路的传输时间和功耗(2)MOS型逻辑门：MOS逻辑门电路有NMOS、PMOS和CMOS等，下面介绍应用较为广泛的CMOS逻辑门。表6-2国产各系列CMOS门电路的电源电压等级和传输时间6.1.2按功能分类6.1集成逻辑门电路的分类及特点1.基本逻辑门

1)与门。

2)或门。

3)非门。

2.常用逻辑门

1)与非门。

2)或非门。

3)与或非门。

3.特殊逻辑门

1)异或门。

2)同或门。

6.1.3按输出结构分类6.1集成逻辑门电路的分类及特点1.推拉式输出或CMOS反相器输出图6-1a是TTL与非门电路，其输出级由VT3、VD、VT4和RC4组成。图6-1推拉式输出级

a)TTL与非门电路b)CMOS反相器6.1集成逻辑门电路的分类及特点2.集电极开路输出(OC门)在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用。图6-2集电极开路与非门逻辑符号及电路

a)逻辑符号b)电路6.1集成逻辑门电路的分类及特点3.三态门三态门的输出状态除了逻辑1和逻辑0以外，还有一个第三态，即高阻态Z。图6-3三态门逻辑符号及电路

a)逻辑符号(EN高电平有效)b)逻辑符号(EN低

电平有效)c)三态门电路6.1集成逻辑门电路的分类及特点表6-3三态门的功能表6.1.4按集成度大小分类

1)小规模集成电路。

2)中规模集成电路。

3)大规模集成电路。

4)超大规模集成电路。6.2TTL集成门的电气特性及技术指标6.2.1TTL集成门的电压传输特性及抗干扰能力

1.电压传输特性曲线门电路的电压传输特性曲线是指门电路的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线，即Uo=f(Ui)，它反映了电路的静态特性。图6-4TTL与非门的电压传输特性测试接线图及特性曲线

a)电压传输特性测试接线图b)电压传输特性曲线6.2TTL集成门的电气特性及技术指标2.相关参数

1)输出高电平UOH。

2)输出低电平UOL。

3)关门电平UOFF。

4)开门电平UON。

5)阈值电压UTH。

3.抗干扰能力指标门电路的输出高、低电平不是一个值，而是一个范围。图6-5噪声容限

a)两级与非门逻辑图b)噪声容限示意图6.2TTL集成门的电气特性及技术指标6.2.2TTL集成门的动态特性及平均传输延迟时间

1.动态特性因为与非门中二极管和三极管工作状态的转换以及负载电容和寄生电容的充、放电作用，所以输出电压的波形总要滞后输入电压波形，如图6-6所示。

2.相关参数

1)导通延迟时间。图6-6延迟时间6.2TTL集成门的电气特性及技术指标2)截止延迟时间。

3.工作速度指标与非门的工作速度用平均传输延迟时间来表示，其时间越短，表示门电路的工作速度越高。6.2TTL集成门的电气特性及技术指标表6-4TTL与非门74LS00主要参数6.3CMOS集成门的技术指标及使用常识6.3.1CMOS集成门的技术指标

1.噪声容限相关参数见表6-5。

2.平均传输延迟时间CMOS集成门的传输延迟时间通常与电源电压有关，VDD越高，传输延迟时间越短，即工作速度越高。表6-574HC及74HCT系列CMOS门噪声容限6.3.2CMOS集成门的使用常识6.3CMOS集成门的技术指标及使用常识1.安装为了避免由于静电感应而损坏电路，焊接CMOS集成门电路所使用的电烙铁必需接地良好，凡是与CMOS集成电路接触的工具，使用的工作台及地板严禁铺垫高绝缘的板材(如橡胶板、玻璃板、有机玻璃和胶木板等)，应在工作台上铺放严格接地的细钢丝网或铜丝网，并经常检查其接地可靠性。

2.测试测试时所有CMOS集成电路的仪器和仪表均应良好接地。

3.多余输入端ＣＭＯＳ电路的输入端不允许悬空，因为悬空会使电位不定，破坏正常的逻辑关系。6.3CMOS集成门的技术指标及使用常识4.保护措施CMOS集成电路不用时，应把电路的外引线全部短路，或放在导电的屏蔽容器内，以防被静电击穿。图6-7CMOS门电路多余

输入端的处理方法6.3CMOS集成门的技术指标及使用常识5.代换国产CC4XXX与国外产品CD4XXX、MC14XXX系列可直接代换。6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路表6-6TTL和CMOS两种门电路的输入、输出特性参数表6-6TTL和CMOS两种门电路的输入、输出特性参数6.4.1用TTL门驱动CMOS门

1.TTL门驱动CC4XXX和74HC系列CMOS门由表6-6给出的数据可知，用TTL门驱动CC4XXX和74HC系列ＣＭＯＳ门时，主要是电压驱动能力问题。6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路1)当VCC与VDD相等时，可采用图6-8a所示电路，在TTL门的输出端与电源之间接一个上拉电阻RP，可将TTL门的电平提高到3.5Ｖ以上。

2)如VCC与VDD不相等，可利用OC门进行驱动，如图6-8b所示，其中RP为其外接电阻。图6-8TTL门驱动CMOS门的接口电路

a)与相等b)与不相等6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路2.TTL门驱动74HCT系列CMOS门由表6-6给出的数据可知，74HCT系列CMOS门与TTL门电压兼容，因此两者可以直接相连，不需外加其他接口电路。

6.4.2用CMOS门驱动TTL门

由表6⁃6给出的数据可知，当CMOS门和TTL门都采用5V电源时，CMOS门的UOH（min）高于TTL门的UIH（min），CMOS的UOL（max）低于TTL门的UIL（max），两者电压参数相容。但是，CMOS门的IOH和IOL参数较小，所以主要考虑CMOS门的输出电流是否满足TTL输入电流的要求。6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路图6-9将CMOS门并联以提高带负载能力6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路例1一个74HCT00与非门电路能否驱动4个7400与非门？能否驱动4个74LS00与非门？图6-10用CMOS驱动

器驱动TTL门电路6.4TTL和CMOS逻辑门的接口电路解由表6-6给出的数据可知，74系列门的IIL=1.6mA，74LS系列门的IIL=0.4mA，4个74门的ΣIIL=4×1.6mA=6.4mA，4个74LS门的ΣIIL=4×0.4mm=1.6mA。而74HCT系列门的IOL=4mA，所以不能驱动4个7400与非门，可以驱动4个74LS00与非门。6.5集成逻辑门的应用举例6.5.1信号的监测和控制

例2用与门监测111信号的出现。

解当输入变量ABC出现111信号时，与门输出1；除111以外的信号出现时，与门输出均为0。该电路可用74LS21双四输入与门实现，逻辑图及波形如图6-11所示。图6-11例2图

a)逻辑图b)波形图6.5集成逻辑门的应用举例例3用或门控制信号的传输。

解当控制信号K为低电平时，输入信号A能够通过或门输出，即Y=A；当控制信号K为高电平时，输入信号A被封锁，或门输出为固定的高电平，即Y=1。该电路可用74LS32四-2输入或门实现，逻辑图及波形如图6-12所示。6.5集成逻辑门的应用举例6.5.2驱动发光二极管

例4由CC4069的6个非门(G1～G6)构成的电平指示电路逻辑图如图6-13所示，试分析其工作原理。图6-12例3图

a)逻辑图b)波形图6.5集成逻辑门的应用举例解将扬声器的信号电压引到电平指示电路输入端的电位器RP上，经RP分压后加到二极管VD1上。当输入信号的幅度逐渐增大到超过VD1的导通电压(约0.6V)时，G1的输入端变为高电平“1"，输出端变为低电平“0"，G1开启，VD7发光，其他发光二极管仍不发光。随着输入信号的幅度继续增大，二极管VD2、VD3、…依次导通，G2、G3、…先后开启，VD8、VD9、…逐级发光。信号幅度大小不同，发光二极管发光的个数也不同，直观地显示出音频电平的变化情况。图6-13例4图6.5集成逻辑门的应用举例6.5.3实现简单的抢答功能

例5图6-14是用两块与非门74LS20和一块非门74LS04构成的简易型4人抢答器，试说明其工作情况。图6-14例5图6.5集成逻辑门的应用举例解A、B、C、D为抢答操作开关。任何一个人先将其开关按下，且保持闭合状态，则与其对应的发光二极管被点亮，表示此人抢答成功；而紧随其后的其他开关再被按下，与其对应的发光二极管则不亮。

6.5.4用OC门实现线与

例6由两个OC门实现线与的电路如图6-15所示，试分析其逻辑功能。

解OC门线与后的逻辑关系为6.5集成逻辑门的应用举例1)当所有的OC门都截止时，输出Uo应为高电平，如图6-16a所示。图6-15OC门实现

线与的电路6.5集成逻辑门的应用举例图6-16上拉电阻的计算

a)输出高电平时的等效电路b)输出低电平时的等效电路6.5集成逻辑门的应用举例2)当OC门中至少有一个输出UO为低电平时，考虑最坏情况，即只有一个OC门导通，如图6-16b所示。6.5集成逻辑门的应用举例6.5.5三态门与总线间实现信号传送

例7在计算机信号传送中，三态门可组成单向总线，实现信号的单方向分时传送，如图6-17a所示。试画出控制信号EN1、EN2及总线上传送的信号波形。

解控制信号EN1、EN2及总线上传送的信号波形如图6-17b所示。需要注意的是，在控制信号交替的瞬间，不能出现2个控制信号同时有效的时刻。6.5集成逻辑门的应用举例图6-17例7图

a)单向总线b)信号波形例8在计算机信号传送中，三态门还可组成双向总线，实现信号的双向传送，如图6-18所示。试分析其工作原理。6.5集成逻辑门的应用举例解当EN为高电平时，G1正常工作，G2为高阻态，输入数据Di经G1反相后送到总线上；当EN图6-18例8图6.5集成逻辑门的应用举例6.5.6用传输门构成双向模拟开关CMOS传输门由一个PMOS管VF1和一个NMOS管VF2组成，C和为控制端，使用时总是加互补的信号，其逻辑符号和电路如图6⁃19所示。图6-19CMOS传输门的逻辑符号和电路

a)逻辑符号b)电路6.5集成逻辑门的应用举例图6-20例9图例9CMOS传输门和一个非门组合，可以构成双向电子开关，6.5集成逻辑门的应用举例由非门产生互补的控制信号，如图6-20所示。试说明其工作情况。

解当控制端C=0时，传输门TG截止，相当于开关断开，输出端呈高阻状态；当控制端C=1时，传输门TG导通，相当于开关闭合，使UO=Ui。由于CMOS三态传输门TG具有很低的导通电阻和很高的截止电阻，所以很接近理想开关电路。它可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。

1.查找下列器件的管脚排列图，并说明其功能。

1)74LS20

2.总结TTL和CMOS门电路的特点。

3.试画出Y=、Y=AB和Y=，的波形图，输入变量A和B的波形如图6-21所示。6.5集成逻辑门的应用举例图6-21题3图4.试用CMOS反相器74HC04作为接口电路，使门电路的输入为高电平时，LED导通。6.5集成逻辑门的应用举例5.可以进行线与连接的是哪种门电路？可以进行总线连接的是哪种门电路？

6.指出图6-22所示电路中各门电路(均为CT4XXX系列)的输