第 13 章 门电路和组合逻辑电路.ppt

1、13.1 分立元件门电路 13.3 CMOS 门电路 13.2 TTL 门电路 第 13 章 门电路和组合逻辑电路 13.4 组合逻辑电路的分析 13.5 加法器 13.6 编码器 13.7 译码器和数字显示 13.8 半导体存储器和可编程逻辑器件 13.9 应用举例 1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解 TTL门电路、 CMOS门电路的特点 ; 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路 ; 4. 理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑 电路的工作原理和功能 ; 5. 学会数字集成电路的使用方法。 本章要求： 2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数 ; 第 1

2、3章 门电路和组合逻辑电路 1.模拟信号： 随时间连续变化的信号 正弦波信号 t 三角波信号 t 电子电路中的信号分为两大类 ： 模拟信号和数字信号 处理模拟信号的电路称为模拟电路 。 如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。 在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。 2. 数字信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。 尖顶波 t 矩形波 t 处理数字信号的电路称为数字电路 ，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。 在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。 13.1.1 门电路的基本概念 13.1 分立元件门电路 门电路：实现各种逻辑

3、关系的电路 分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态 ， 并用 1 或 0 表示 。 如开关接通用 1 表示 ， 开关断开用 0 表示 。 灯亮可用 1 表示 ， 灯灭可用 0 表示 。 正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。 负逻辑系统：高电位用 0 表示，低电位用 1 表示。 基本逻辑关系为 “与”、“或”、“非” 三种。 220V + - 设：开关断开、灯不亮用逻辑 “ 0表示，开关闭合、灯亮用 逻辑“ 1表示。 逻辑表达式 ： Y = A B 1. 与”逻辑关系 与” 逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 A

4、 B Y B Y A 状态表 B Y 220V A + - 2. 或”逻辑关系 或” 逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。 逻辑表达式： Y = A + B 状态表 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 A B Y 3. 非”逻辑关系 非” 逻辑关系是否定或相反的意思。 逻辑表达式： Y = A 状态表 1 0 1 A Y 0 Y 220V A + - R 13.1.2 分立元件基本逻辑门电路 门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。 1. 二极管“与” 门电路 (1) 电路 (2) 工作原理 输入 A、 B、 C全为高电平“ 1， 输出 Y 为

5、“ 1。 输入 A、 B、 C不全为“ 1， 输出 Y 为“ 0。 0V 0V 0V 3V+U 12V R DA DC A B Y DB C 3V3V0V 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 A B Y C 与” 门逻辑状态表 3V(5) 逻辑功能 ： 即：有 “ 0出 “ 0， 全 “ 1出 “ 1 Y=A B C （ 3）逻辑表达式： （ 7）逻辑符号： & A B Y C 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1

6、 A B Y C （ 4）逻辑状态表 （ 6）逻辑运算： 0.0=0， 0.1=0， 1.0=0， 1.1=1 0.A=0， 1.A=A， A.A=A， 0AA ( a )FAB( b )FAB( c )& FAB2. 二极管“或” 门电路 (1) 电路 0V 0V 0V 3V3V 3V 3V 0V 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 A B Y C 或” 门逻辑状态表 3V-U 12V R DA DC A B Y DB C (2) 工作原理 输入 A、 B、 C全为低电平“ 0， 输出 Y 为“ 0。

7、 输入 A、 B、 C有一个为“ 1， 输出 Y 为“ 1。 (5) 逻辑功能： 即：有 “ 1出 “ 1， 全 “ 0出 “ 0 Y=A+B+C （ 3）逻辑表达式： （ 7）逻辑符号： A B Y C 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 A B Y C （ 4）逻辑状态表 （ 6）逻辑运算： 0+0=0， 0+1=1， 1+0=1， 1+1=1 0+A=A， 1+A=1， A+A=A， 1AA FABFAB1FAB(b )(c )(a )3. 晶体管“非” 门电路 +UCC A RK RC Y

8、T 截止 饱和0 1 (1) 电路 0 1 1 0 1 0 A Y 非” 门逻辑状态表 （ 2）工作原理 当 A为 1时，晶体管饱和，即输出端 Y为 0 ； 当 A为 0时，晶体管截至，即输出端 Y为 1 ； (5) 逻辑功能 ： 即： 0非为 1， 1非为 0 （ 6）逻辑运算： （ 3）逻辑表达式： AY 1 0 1 0 A Y （ 4）逻辑状态表 01,10 ， 0AA ， 1AA ， AA （ 7）逻辑符号 A 1 Y ( b ) ( c )( a )FA FA 1 FA(a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 例：根据输入波形画出输出波形 A B Y1 有 “ 0

9、出 “ 0， 全 “ 1出“ 1 有 “ 1出 “ 1， 全 “ 0出“ 0 & A B Y1 1 A B Y2 Y2 “ 与非 ” 逻辑 “ 与非 ” 逻辑是 “ 与 ” 逻辑和 “ 非 ” 逻辑的组合 。 先 “ 与 ” 再 “ 非 ” 。 其表达式为 _ _ _ _ _ _BAF 13.1.3 基本逻辑门电路的组合 ( b ) ( c )( a )FBA FAB FA &B(a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 1. 与非门电路 有 “ 0出 “ 1，全 “ 1出“ 0 与”门 & A B C Y & A B C 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1

10、1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 A B Y C （ 2）逻辑状态表 （ 3）逻辑表达式： Y=A B C 1 Y 非”门 （ 1）逻辑符号 （ 4）逻辑功能： “或非 ” 逻辑是 “ 或 ” 逻辑和 “ 非 ” 逻辑的组合 。 先“ 或 ” 后 “ 非 ” 。 其表达式为： _BAF “或非”逻辑 ( b ) ( c )( a )FBA FABA 1FB(a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 2. 或非门电路 Y 1 A B C 1 Y 或”门 A B C 1 有 “ 1出 “ 0，全 “ 0出 “ 1 0 0 0 1 0 0

11、1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 A B Y C （ 2）逻辑状态表 Y=A+B+C （ 3）逻辑表达式： （ 1）逻辑符号 （ 4）逻辑功能： “与或非 ” 逻辑是 “ 与 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ” 三种基本逻辑的组合 。 先 “ 与 ” 再 “ 或 ” 最后 “ 非 ” 。 其表达式为： DCBA F与或非”逻辑 ( b ) ( c )( a )FBADCFABCDFBADC1&(a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 A B C & 1 & D 1 Y 3. 与或非门电路 （ 2）逻辑表达

12、式： 1 & & Y A B C D （ 3）逻辑符号 （ 1）逻辑电路 DCBA F4. 异或门电路 （ 1）逻辑表达式： （ 4）逻辑符号 BABAF BA B 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 BAF （ 2）逻辑状态表 （ 3）逻辑逻辑功能： 相异为 1，相同为 0 ( c )( a )FABFBA FAB 1( b ) (a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 5. 同或门电路 （ 1）逻辑表达式： （ 4）逻辑符号 （ 2）逻辑状态表 （ 3）逻辑逻辑功能： 相同为 1，相异为 0 (a) 常用符号； (b) 国外流行符号； (c) 国标符号 BA

13、AB F=A B A B 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 BAF ( b ) ( c )( a )FABFBAFAB返 回 下一节 下一页 上一页 上一节 +5 V A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R3 R5 R4 Y T1 等效电路 +5 V A B C R1 C1 B1 13.2.1 TTL与非门电路 多发射极晶体管 13.2 TTL 门电路 +5 V A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R3 R5 R4 Y 设 : uA= 0.3 V uB= uC= 3.6 V，则 UB1 = 0.3 + 0.7 = 1 V RL uY = 5 u

14、be3 ube4 uR2 拉电流 UB1= 1V uY = 3.6 V T2 、 T5 截止， T3、 T4 导通， 小 = 5 0.7 0.7 = 3.6 V Y = 1 +5 V A B C R1 C1 B1 1. 输入不全为 1 +5 V A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R3 R5 R4 Y 设 uA= uB= uC= 3.6 V ， 输入端全部是高电平 ， UB1升高 ， 足以使 T2 、 T5 导通 ， uo = 0.3 V, Y = 0。 且 UB1= 2.1V， T1 发射结全部反偏 。 UC2 = UCE2 + UBE5 = 0.3 + 0.7 = 1 V

15、，使 T3 导通， T4 截止。 灌电流 T1 R1 +Ucc UB1= 2.1V UC2= 1V uY = 0.3V +5 V A B C R1 C1 B1 2. 输入全为 1 由以上分析可知： 当输入端 A、 B、 C 均为高电平时 ， 输出端 Y 为低电平 。 当输入端 A、 B、 C 中只要有一个为低电平 ，输出端 Y 就为高电平 ， 正好符合与非门的逻辑关系 。 A B C Y & A B CY 与非门的逻辑功能：全 1 出 0，有 0 出 1。 TTL 与非门组件就是将若干个与非门电路，经过集成电路工艺制作在同一芯片上。 & +UC 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 地 74LS00 & & & 74LS00 组件含有 两个输入端的与 非门四个。 74LS00、 74LS20管脚排列示意图 & & 12 11 10 9 8 14 13 3 4 5 6 7 1 2 & & U CC 4 B 4 A 4 Y 3 B 3 A 3 Y 1 B 1 A 1 Y 2 B 2 A 2 Y GND (a) 74LS00 12 11 10 9 8 14 13 3 4 5 6 7 1 2 & & U CC 2 D 3 C 2 B NC 2 A 2 Y 1 B 1 A NC 1 D 1 C 1 Y GND 74LS20 (b)