1、20.1 脉冲信号,20.2 基本门电路及其组合,20.3 TTL门电路,20.4 CMOS门电路,20.5 逻辑代数,20.6 组合逻辑电路的分析和综合,第二十章 门电路和组合逻辑电路, 掌握与门、或门、非门、与非门和异或门等 的逻辑功能，了解 TTL与非门及其电压传输特 性和主要参数，了解CMOS门电路的特点，了 解三态门和集电极开路门电路的作用； 掌握逻辑函数的表示方法，并能应用逻辑代 数运算法则和卡诺图化简逻辑函数； 能分析和设计简单的组合逻辑电路。,第二十章 门电路和组合逻辑电路,基本要求,模拟信号：信号在时间上或数值上是连续变化的，如温度和速度。,模拟电路：处理模拟信号的电路。,数
2、字电路：处理数字信号的电路。,数字信号：信号在时间上和数值上都是不连续变化的，即所谓离散的，如尖顶波、矩形波。,脉冲信号：是一种跃变信号，并且持续时间短暂。,在数字电路中，信号（电压和电流）是脉冲的。,20.1 脉冲信号,脉冲幅度 A：脉冲信号变化的最大值；,脉冲上升时间 tr ：从脉冲幅度的10%上升到90%所需的时间；,脉冲下降时间 tf ：从脉冲幅度的90%下降到10%所需的时间；,A,tp,tr,tf,T,以实际矩形波为例说明脉冲信号波形的一些参数,20.1 脉冲信号,脉冲周期 T：周期性脉冲信号相邻两个上升沿（或下降沿）的脉冲幅度的10%两点之间的时间间隔。,脉冲宽度 tp：从上升沿
3、的脉冲幅度的50%到下降沿的脉冲幅度的50%所需的时间；,20.1 脉冲信号,A,tp,tr,tf,T,脉冲信号,正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高,负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低,如图：,在数字电路中，通常是根据脉冲信号的有无、个数、宽度和频率来进行工作的，所以抗干扰能力较强（干扰往往只影响脉冲幅度），准确度较高。,20.1 脉冲信号,在数字电路中，门电路是最基本的逻辑元件。 所谓“门”，就是一种开关，在一定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就通不过。门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系，所以门电路又称为逻辑门电路。,20.2.1 逻辑门电路的基本概念,基本逻辑门电路有与门
4、、或门和非门。,20.2 基本门电路及其组合,逻辑表达式： A B = Y, 与逻辑,与逻辑：只有决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才会发生。, 或逻辑,或逻辑：在决定事物结果的几个条件中只要有一个或一个以上条件具备时，结果就会发生。,逻辑表达式： A + B = Y,20.2 基本门电路及其组合,非逻辑,非逻辑：条件具备了，结果不发生；而条件不具备时，结果却发生了。,逻辑表达式：,在分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态，并用1和0来代表。,门电路的输入信号和输出信号都是用电位（或叫电平）的高低来表示的，而电位的高低则用1和0两种状态来区别。若规定高电位为1，低电位为0，则称为正逻辑系统；
5、反之则称为负逻辑系统。,20.2 基本门电路及其组合, 二极管与门电路,电路,逻辑功能,输入变量A、B、C全为1时，输出变量Y为1。,输入变量A、B、C不全为1时，输出变量Y为0；,0V,0V,3V,20.2.2 分立元件基本逻辑门电路,20.2 基本门电路及其组合,逻辑表达式,逻辑符号,例：根据输入波形画出输出波形。,20.2 基本门电路及其组合, 二极管或门电路,电路,0V,3V,3V,逻辑功能,输入变量A、B、C全为0时，输出变量Y为0。,输入变量A、B、C只要有一个为1时，输出变量Y为1；,20.2 基本门电路及其组合,Y=A+B+C,逻辑表达式,逻辑符号,例：根据输入波形画出输出波形
6、。,Y,20.2 基本门电路及其组合,“0”,“1”,电路,“0”,“1”,逻辑符号, 晶体管非门电路,20.2 基本门电路及其组合,例：根据输入波形画出输出波形。,A,Y,非门电路也称为反相器,20.2 基本门电路及其组合, 与非门电路,20.2.3 基本逻辑门电路的组合,20.2 基本门电路及其组合, 或非门电路,20.2 基本门电路及其组合, 与或非门电路,20.2 基本门电路及其组合,20.3 TTL门电路,由二极管、晶体管组成的门电路，称为分立元件门电路。 集成门电路，具有高可靠性和微型化等优点。在数字电路中，应用最普遍的门电路是与非门电路。,20.4 CMOS门电路,MOS门电路由
7、绝缘栅场效晶体管组成。优点：它具有制造工艺简单，集成度高，功耗低，抗干扰能力强。 缺点：工作速度较低。CMOS门电路是一种互补对称场效晶体管集成电路，目前应用最多。,逻辑代数或称布尔代数，它是分析与设计逻辑电路的数学工具。它虽然和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的取值只有1和0两种，所谓逻辑1和逻辑0，代表两种相反的逻辑状态。,逻辑代数所表示的是逻辑关系，不是数量关系。这是它与普通代数本质上的区别。,20.5.1 逻辑代数运算法则,20.5 逻辑代数,交换律,基本运算法则,20.5 逻辑代数,结合律,分配律,证：,20.5 逻辑代数,吸收律,A(A+B) = A,证：,证：,20.5 逻辑
8、代数,反演律(摩根定律),证：,证:,20.5 逻辑代数,20.5.2 逻辑函数的表示方法,表示方法,逻辑式,逻辑状态表,逻辑图,卡诺图,例：有一T形走廊，在相会处有一路灯，在进入走廊的A、B、C三地各有控制开关，都能独立进行控制。任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关，灯灭；三个开关同时闭合，灯亮。设A、B、C代表三个开关（输入变量），开关闭合其状态为1，断开为0；Y代表灯（输出变量），灯亮为1，灯灭为0。,20.5 逻辑代数, 逻辑状态表,1 1 1 1,例：有一T形走廊，在相会处有一路灯，在进入走廊的A、B、C三地各有控制开关，都能独立进行控制。任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关
9、，灯灭；三个开关同时闭合，灯亮。设A、B、C代表三个开关（输入变量），开关闭合其状态为1，断开为0；Y代表灯（输出变量），灯亮为1，灯灭为0。,20.5 逻辑代数,有n个输入变量，则有2n种组合, 逻辑状态表用输入、输出变量的逻辑状态（1或0）以表格形式来表示逻辑函数。, 逻辑式,取Y=1(或Y=0)列逻辑式,用与、或、非等运算来表达逻辑函数的表达式。,由逻辑状态表写出逻辑式,20.5 逻辑代数,各种组合之间 是或逻辑关系,反之，也可以由逻辑式列出逻辑状态表。,20.5 逻辑代数,最小项,设A，B，C是三个输入变量，有八种组合，相应的乘积项（即最小项）也有八个：,n个输入变量有2n个最小项,每
10、项都含有三个输入变量，每个变量是它的一个因子；,20.5 逻辑代数,例：写出Y=AB+BC+CA的最小项逻辑式。,解：,可见，同一个逻辑函数可以用不同的逻辑式来表达，但由最小项组成的与或逻辑式则是唯一的，而逻辑状态表是用最小项表示的，因而也是唯一的。,20.5 逻辑代数, 逻辑图,一般由逻辑式画出逻辑图,因为逻辑式不是唯一的，所以逻辑图也不是唯一的。,20.5 逻辑代数,由逻辑状态表写出的逻辑式及由此画出的逻辑图，往往比较复杂。如果经过简化，就可以少用元件，可靠性也因而提高。,化简方法,公式法,卡诺图法,20.5.3 逻辑函数的化简,20.5 逻辑代数,例1：,应用逻辑代数运算法则化简,并项法
11、：,例2：,配项法：,20.5 逻辑代数,应用,应用,例3：,加项法：,吸收法：,吸收,例4：,20.5 逻辑代数,应用,应用,吸收,吸收,例5：,吸收,吸收,20.5 逻辑代数,摩根定律,例6：试证明,证：,20.5 逻辑代数,吸收,已知逻辑图,列逻辑状态表,分析逻辑功能,分析步骤：,组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻以前的电路状态无关。,运用逻辑代数 化简或变换,写逻辑式,20.6.1 组合逻辑电路的分析,20.6 组合逻辑电路的分析与综合,例1：分析下图的逻辑功能, 由逻辑图写出逻辑式,20.6 组合逻辑电路的分析与综合, 应用逻辑代数化简,反演律,
12、反演律,20.6 组合逻辑电路的分析与综合, 由逻辑式列出逻辑状态表, 分析逻辑功能输入相同时输出为“0”，输入相异时输出为“1”， 这种电路称为“异或”门电路。,20.6 组合逻辑电路的分析与综合, 写出逻辑式,例2：分析下图的逻辑功能,20.6 组合逻辑电路的分析与综合, 列逻辑状态表, 分析逻辑功能输入相同时输出为“1”，输入相异时输出为“0”, 称为“判一致电路”(即“同或门”电路)，可用于判断各输入端的状态是否相同。,20.6 组合逻辑电路的分析与综合,20.6.2 组合逻辑电路的综合,设计步骤：,画逻辑图,列逻辑状态表,运用逻辑代数 化简或变换,写逻辑式,已知逻辑要求,20.6 组
13、合逻辑电路的分析与综合,例1：某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机G1和G2。G1的容量是G2的两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行；如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。试画出控制G1和 G2运行的逻辑图。,解：设A、B、C分别表示三个车间的开工状态开工为1，不开工为0；G1和G2运行为1，停机为0。,20.6 组合逻辑电路的分析与综合,逻辑要求：如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行；如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。,开工为1,不开工为0,运行为1,停机为0,按题意列出逻辑状态表,20.6 组合逻辑电路的分析与综合, 由逻辑状态表写出逻辑式并化简,用与非门构成逻辑电路,20.6 组合逻辑电路的分析与综合,由逻辑式画出逻辑图,20.6 组合逻辑电路的分析与综合,本章作业,P279 20.5.2(1、3)（画逻辑图） P280 20.5.5(1、3、5)（逻辑代数化简）20.5.6(2、4)（逻辑代数证明） P281 20.6.2（写出逻辑式并化简）,
