1、1,第二章 逻辑门,内容提要： （1）数字电路的基本逻辑单元门电路，及其对应的逻辑运算与逻辑符号 。 （2）集电极开路门和三态逻辑门。 （3）TTL集成门逻辑功能、外特性和性能参数 。 （4）CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。 （5） TTL 与CMOS集成门的接口方法,2,一、教学目的 （1） 理解逻辑门的概念 （2）理解基本逻辑运算及复合逻辑运算 （3）掌握基本逻辑门及复合逻辑门的逻辑符号、逻辑表达式、真值表。 二、教学重点、难点 重点：（1）真值表的含义及写法；（2）各种逻辑门的功能。 难点：逻辑运算的理解。 三、教学方法：对各种逻辑门进行功能仿真演示。,第3次课,3,2.1
2、基本逻辑门,主要内容：与、或、非三种基本逻辑运算与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能逻辑门的真值表各种逻辑门电路的输出波形,4,在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种 。 最基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。 实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。,5,2.1.1 与门,实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门 。 逻辑与运算可用开关电路中两个开关相串联的例子来说明,功能表,6,“与”运算的逻辑表达式为： “与”运算的真值表 :,7,“与”逻辑的运算规律为：,一般形式,8,与门的逻辑符号:,与门的实际产品型号： 74LS08（四-2输入与门
3、）、 74LS11 （三-3输入与门） 、 74LS21 （二-4输入与门）,9,例2-2 : 向2输入与门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：,10,2.1.2 或门,实现“或”运算的电路称为或逻辑门，简称或门 。 逻辑或运算可用开关电路中两个开关相并联的例子来说明,真值表,11,“或”运算的逻辑表达式为： F = A+B “或”运算真值表 :“或”逻辑的运算规律为：,一般形式,12,或门的逻辑符号:例2-4 : 向2输入或门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：,74LS32（四-2输入或门）,13,2.1.2 非门,实现“非”运算的电路称为非逻辑门，简称非门 。,14,“非”运算的逻辑
4、表达式为： “非”运算真值表 :“非”逻辑的运算规律为：,一般形式,15,非门的逻辑符号: 例2-5 : 向非门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：,74LS04（六非门）,16,2.2 复合逻辑门,与非、或非、异或、同或的复合逻辑运算 与非门、或非门的逻辑功能 异或门、同或门的逻辑功能 各种复合逻辑门的真值表及输出波形,主要内容：,17,基本逻辑运算的复合叫做复合逻辑运算。而实现复合逻辑运算的电路叫复合逻辑门。 最常用的复合逻辑门有与非门、或非门、与或非门和异或门等。,18,2.2.1 与非门,“与”运算后再进行“非”运算的复合运算称为“与非”运算，实现“与非”运算的逻辑电路称为与非门。
5、与非门的逻辑关系表达式为： 与非门的逻辑符号 ：,上述逻辑门的实际产品型号： 74LS00（四-2输入与非门）74LS10（三-3输入与非门）74LS20（二-4输入与非门） 74LS30（8输入与非门）,19,“与非”门真值表 ：,20,2.2.2 或非门,“或”运算后再进行“非”运算的复合运算称为“或非”运算，实现“或非”运算的逻辑电路称为或非门。 或非门的逻辑关系表达式为： 或非门的逻辑符号 ：,上述逻辑门的实际产品型号：74LS02（四-2输入或非门） 74LS27（三-3输入或非门）,21,“或非”门真值表 ：,22,2.2.3 异或门,实现“异或”逻辑运算的逻辑电路称为异或门。 异
6、或门的逻辑关系表达式为：异或门的逻辑符号 ：,异或逻辑门的实际产品型号：74LS86,23,“异或”门真值表 ：,N个变量的“异或” ：,24,2.2.3 同或门,“异或”运算之后再进行“非”运算，则称为“同或”运算。实现“同或”逻辑运算的逻辑电路称为同或门。 同或门的逻辑关系表达式为：同或门的逻辑符号 ：,F = AB,25,同或门真值表 ：,N个变量的“同或” ：,26,2.3 其它逻辑门,集电极开路逻辑门的概念 集电极开路逻辑门的使用方法 集电极开路逻辑门的应用 三态逻辑门的概念及逻辑功能 三态逻辑门电路的应用,主要内容：,27,一、教学目的 （1） 理解集电极开路逻辑门的概念 （2）理
7、解三态逻辑门的概念 （3）掌握集电极开路逻辑门及三态逻辑门的功能与应用 （4）了解集成逻辑门的型号、性能参数 二、教学重点、难点 重点：（1）集电极开路逻辑门的内部构成特点及外部功能（2）三态逻辑门的功能及应用 难点：OC逻辑门线与功能的理解。 三、教学方法：对两种逻辑门进行功能仿真演示。,第3次课,28,2.3.1 集电极开路逻辑门的概念,集电极开路与非门内部结构与输出端特点,T3饱和导通时输出低电平； T3截止时输出端悬空,普通与非门内部电路结构,29,仿真演示74LS03,30,集电极开路门，简称OC门。其特点是门电路内部输出三极管的集电极开路。 使用时，必须外接“上拉电阻RP” ，才能
8、实现正常逻辑功能。（仿真演示） 上拉电阻RP的作用：把OC门的输出“悬空状态”对外变成“高电平”，OC门本身的特性并未改变。 OC与非门的逻辑符号 ：,31,上述多个集电极开路输出端可以连接在一起：,T3,T3,T3,上拉电阻,当任一个三极管处于饱和状态时，输出低电平； 当三个三极管均处于截止状态时，输出高电平。,32,多个OC门输出端连接在一起时实现“线与”功能,仿真演示,33,普通的逻辑门电路不能进行线与！,34,T4饱和导通T3截止输出1,T3饱和导通T4截止输出0,原因解释,35,2.3.2 集电极开路逻辑门的应用,OC门用来实现电平转换：OC门用做驱动器：,仿真演示,36,2.3.3
9、 三态逻辑门,三态输出逻辑门（简称TS门）有三种逻辑状态，即0、1、Z。第三种状态为高阻状态(Z)。,T3、T4均截止 输出端悬空,37,三态逻辑门符号与功能：,控制端EN高电平有效,控制端EN低电平有效,仿真演示,74ls125/126/368,38,三态门的应用：,三态门用于总线分时传输 ： 用三态门实现数据双向传输 ：,39,2.4 集成电路逻辑门,TTL集成逻辑门的概念 比较各种TTL系列的特性 CMOS集成逻辑门的概念 集成电路逻辑门的性能参数 计算具体逻辑器件的扇出系数 TTL与CMOS两种集成电路在混合应用时的接口,主要内容：,40,2.4.1 概述,把若干个有源器件和无源器件及
10、其连线，按照一定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的产品叫集成电路。 最简单的数字集成电路是集成逻辑门。 集成电路的优点：如体积小、耗电省、重量轻、可靠性高 数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的 ：有SSI ，MSI ，LSI ，VLSI 等。 集成电路逻辑门应用最广的两类： TTL门、CMOS门。,41,2.4.2 TTL集成电路逻辑门,TTL门电路由双极型三极管构成，其特点是速度快、抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成大规模集成电路。 TTL门电路有74（民用）和54（军用）两大系列，每个系列中又有若干子系列。,42,(1)54/74：标准系列(standard TTL)；
11、 (2) 54L/ 74L：低功耗系列(Low-power TTL)； (3) 54H/ 74H：高速系列(High-speed TTL)；(4) 54S/ 74S：肖特基系列(Schottky TTL)；(5) 54AS/ 74AS：高级肖特基系列(Advanced Schottky TTL) ； (6) 54LS/ 74LS：低功耗肖特基系列(Low-power Schottky TTL) ； (7) 54ALS/ 74ALS：高级低功耗肖特基系列(Advanced Low-power Schottky TTL) ；,43,74/54后的不同字母表示不同的系列，即性能参数值不同；字母后的数
12、字表示该系列中的不同型号，即具有不同的逻辑功能。如：7400、74S00、74L00、74LS00表示不同的系列，但具有相同的逻辑功能即都是集成与非门。又如： 74LS00和74LS08表示同一系列中的不同型号，即具有不同的逻辑功能，前者为集成与非门，后者为集成与门。,“74LS32”表示的含义：,44,54系列与74系列的比较：,TTL系列速度及功耗的比较:,45,自测练习： （1）所有TTL子系列的（ ）特性都相同。 (a) 速度 (b) 电压（2）TTL集成电路中，（ ）子系列速度最快。（3）下列（ ）不是TTL集成电路。 (a）74LS00 (b) 74AS00 (c) 74HC00
13、(d) 74ALS00 （4）下列集成电路中，同一系列的芯片是（ ） ，逻辑功能相同的是（ ）。 7400、74LS00、 74LS04、7404,46,2.4.3 CMOS集成电路逻辑门,CMOS集成门电路由MOS场效应管构成，它的特点是集成度高、功耗低，但速度较慢、抗静电能力差。 同TTL门电路一样，CMOS门电路也有74和54两大系列。 74系列5V CMOS门电路的基本子系列如下： 74C：CMOS。 74HC和74HCT：高速CMOS（High-speed CMOS），T表示和TTL直接兼容。 74AC和74ACT：先进CMOS（Advanced CMOS），它们提供了比TTL系列更
14、高的速度和更低的功耗。 74AHC和AHCT：先进高速CMOS（Advanced High-speed CMOS）。,47,74系列3.3V CMOS门电路的基本子系列如下：74LVC：低压CMOS（Lower-voltage CMOS）。74ALVC：先进低压CMOS（Advanced Lower-voltage CMOS）。,74HC系列和74C系列的功能和管脚布局与TTL系列相同。它们可在5V电源电压下工作，这使得工作在同一印刷电路板上的CMOS和TTL集成电路可以共用一组电源，但两者不能直接连接。74HCT系列为74HC系列的改进产品，它有和TTL器件相同的高低电平、逻辑功能和管脚布局
15、，即完全兼容TTL集成电路，同时又有比TTL集成电路小得多的功耗这一优点。,48,目前，应用最多的是TTL和CMOS两种类型的集成电路，其中TTL主要应用于SSI/MSI集成电路，CMOS主要应用于LSI/VLSI集成电路如微处理器、存储器器件、微控制器、A/D和D/A转换器等。,TTL和CMOS两种类型的集成电路的不同点: 主要在于集成电路内部电路不同以及性能参数值不同， 但它们的逻辑功能是相同的：例如：一个TTL与门和CMOS与门有相同的逻辑功能。,49,2.4.4 集成电路门的性能参数,数字集成电路的性能参数主要包括： 直流电源电压 输入 / 输出逻辑电平 输入 / 输出电流 传输延时
16、功耗,50,直流电源电压 :,（1）TTL集成电路的标准直流电源电压为5V，最低4.5V，最高5.5V。 （2）CMOS集成电路的直流电源电压可以在318V之间，74系列CMOS集成电路有5V和3.3V两种。CMOS电路的一个优点是电源电压的允许范围比TTL电路大，如5V CMOS电路当其电源电压在26V范围内时能正常工作，3.3V CMOS电路当其电源电压在23.6V范围内时能正常工作。,51,标准TTL门的输入 / 输出逻辑电平 :,52,CMOS门的输入 / 输出逻辑电平(5V电源时) :,0.33V,4.4V,53,自测练习： （1）对于TTL集成电路，如用万用表测得某输出端电压为2V，则输出电平为： (a)高电平 (b)低电平 (c)既不是高电平也不是低电平（2）对于TTL集成电路，3V输入为（ ）输入。 (a) 禁止 (b)高电平 (c)低电平（3）对于TTL集成电路，0.5V输入为（ ）输入。 (a)禁止 (b)高电平 (c)低电平,54,传输延迟时间tpdtPHL和tPLH的定义（下图为非门的输入和输出波形） :,55,输入/输出电流（1）“拉电流”工作状态 （2）“灌电流”工作状态扇出系数：一个门电路所能驱动其它门电路的数量。 扇出系数的计算公式为：,56,功耗,功耗是指门电路通电工作时所消耗的电功率，它等于电源电压Vcc和电源电流Icc的乘积，即功耗。,
