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1、第11章 组合逻辑电路低压变频器应用与维护 主讲 王兆义 高等教育出版社（第4 版） 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路【知识学习知识学习】 11.1 逻辑门逻辑门 逻辑门电路是组成数字电路的基本单元，任何一个复杂的数字逻辑门电路是组成数字电路的基本单元，任何一个复杂的数字电路都是由单元电路组成的。掌握了逻辑门电路的工作原理，才电路都是由单元电路组成的。掌握了逻辑门电路的工作原理，才能进一步学习复杂的数字电路。能进一步学习复杂的数字电路。 基本逻辑门基本逻辑门 将电子器件经过适当的连接，可构成处理数字逻辑信号的电路，将电子器件经过适当的连接，可构成处理数字逻辑信号的电路
2、，称为逻辑门电路。简称门电路，门是开关的意思。逻辑门电路是称为逻辑门电路。简称门电路，门是开关的意思。逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。构成数字电路的基本单元。 基本逻辑门是指能够实现与、或、非等基本逻辑关系的与门、基本逻辑门是指能够实现与、或、非等基本逻辑关系的与门、或门、非门电路。它们的共同特点是有一个或多个输入端，但只或门、非门电路。它们的共同特点是有一个或多个输入端，但只有一个输出端。有一个输出端。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路1.与门与门 输出信号与输入信号之间满足与逻辑关系的电路，称为与门。输出信号与输入信号之间满足与逻辑关系的电路，称为与门。若输入
3、信号为若输入信号为A、B，输，输 出信号为出信号为Y，则有，则有Y=AB 式中，式中，Y、A、B均为数字信号，取值为均为数字信号，取值为0(低电平低电平)或或1(高电平）。高电平）。若输入信号较多时，仍有同样的形式，若输入信号较多时，仍有同样的形式，Y=ABC。 二极管与门电路如下图所示，试分析电路工作原理。二极管与门电路如下图所示，试分析电路工作原理。实际电路实际电路 简化电路简化电路 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路（1）当）当A、B全为低电平全为低电平0时，时，VD1、VD2均导通，输出为均导通，输出为0 V，Y = 0;（2）当当A、B中有一个为低电平中有一个
4、为低电平0时，连接低电平信号的二极管时，连接低电平信号的二极管导通，输出为导通，输出为0 V，Y = 0;（3）当）当A、B全为高电平全为高电平1时，时，VD1、VD2均导通，输出为均导通，输出为3 V, Y= 1。 可见，此电路输入与输出之间的关系符合与逻辑关系，故可见，此电路输入与输出之间的关系符合与逻辑关系，故此电路为与门电路。此电路为与门电路。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路 在应用时，与门电路常用其逻辑符号表示。在应用时，与门电路常用其逻辑符号表示。与门逻辑符号与门逻辑符号 与门输入输出波形图与门输入输出波形图 由上述分析可见，用一个电子电路，可完成由上述
5、分析可见，用一个电子电路，可完成“与与”的逻辑关系控的逻辑关系控制，这就是数字电子电路。与门的逻辑功能为：制，这就是数字电子电路。与门的逻辑功能为：“有有0出出0,全全1出出1”。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路2.或门或门 输出信号与输入信号之间满足或逻辑关系的电路，称为或门。输出信号与输入信号之间满足或逻辑关系的电路，称为或门。若门电路的输入信号为若门电路的输入信号为 A、B，输出信号为，输出信号为Y，则有：，则有： Y = A + B若输入信号较多，则有：若输入信号较多，则有：Y=A+B+C+。二极管或门电路二极管或门电路 图中图中A、B两个输入端两个输入端，
6、只要有一个输入只要有一个输入 信号为高电信号为高电平，连接高电平信号的二极管平，连接高电平信号的二极管就会导通，另一个二极管承受就会导通，另一个二极管承受反向电压而截止，输出信号反向电压而截止，输出信号Y为高电平为高电平1；只有当；只有当A、B全为全为低电平低电平0时，输出信号时，输出信号Y才为才为0。 可见，此电路输入与输出可见，此电路输入与输出之间的关系符合表之间的关系符合表10-3的或逻的或逻 辑关糸，故此电路为或门电路。辑关糸，故此电路为或门电路。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路或门其逻辑功能为：或门其逻辑功能为：“有有1 出出1，全，全0出出0”。或门或门
7、逻辑符号逻辑符号 或门输入输出信号波形图或门输入输出信号波形图 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路3.非门非门 输出信号与输入信号之间满足非逻辑关系的电路，称为非门。输出信号与输入信号之间满足非逻辑关系的电路，称为非门。非门电路只有一个输入非门电路只有一个输入 信号。若输入信号为信号。若输入信号为A，输出信号为，输出信号为Y，则有：则有：或门或门逻辑符号逻辑符号 或门输入输出信号波形图或门输入输出信号波形图 非门的逻辑功能为：非门的逻辑功能为：“入入1出出0,入入0出出1”。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路 用开关三极管构成的非门电路中，用开
8、关三极管构成的非门电路中，-VBB是使三极管可靠截止而是使三极管可靠截止而设的偏置电源。设的偏置电源。 当输入信号当输入信号A为为0V时，时，三极管截止，三极管截止，Y约为约为5V， 即即A = 0，Y = 1； 当输入当输入A为为5V时，三极时，三极管饱和导管饱和导 通，通，Y约为约为0. 3V，即即A = 1，Y=0，Y与与A之间之间符合非逻辑关糸。符合非逻辑关糸。三极管非门电路三极管非门电路 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路11.1.2 复合逻辑门复合逻辑门 由基本逻辑门经简单组合而构成的逻辑电路，称为复合逻辑门。由基本逻辑门经简单组合而构成的逻辑电路，称为复合
9、逻辑门。常用的复合逻辑门有与非门、或非门、异或门等。常用的复合逻辑门有与非门、或非门、异或门等。1.与非门与非门 与非门是由一个与门和一个非门直接相连构成的。与非门是由一个与门和一个非门直接相连构成的。 与门的输出连接非门的输入。与门的输出连接非门的输入。 与非门的逻辑表达式为与非门的逻辑表达式为: 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路与非门的逻辑功能为：与非门的逻辑功能为：“有有0出出1,全全1出出0”。与非门逻辑电路与非门逻辑电路 与非门真值表与非门真值表 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路2.或非门或非门 或非门是由一个或门和一个非门直接相连
10、构成的。其中，或门的或非门是由一个或门和一个非门直接相连构成的。其中，或门的输出连接非门的输入。输出连接非门的输入。 或非门的逻辑表达式为：或非门的逻辑表达式为：或非门的逻辑功能为：或非门的逻辑功能为：“有有1出出0,全全0出出1”。或非门逻辑电路或非门逻辑电路 或非门真值表或非门真值表 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路3.异异或门或门 异或门是由非门、与门和或门通过一定连接构成的，是具有两异或门是由非门、与门和或门通过一定连接构成的，是具有两个输入端的电路。异或门是组成加法器的基本电路。个输入端的电路。异或门是组成加法器的基本电路。由异或门逻辑电路可看出异或门的逻辑
11、表达式为：由异或门逻辑电路可看出异或门的逻辑表达式为： 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路异或门的逻辑功能为：异或门的逻辑功能为： “输入相同，输出为输入相同，输出为0；输入不同，输出为；输入不同，输出为1”。异或门符号异或门符号 异或门真值表异或门真值表 异或门符号异或门符号 异或门真值表异或门真值表 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路11.2 集成逻辑门电路集成逻辑门电路 上述各种逻辑门电路已经做成集成电路。集成逻辑门电路主上述各种逻辑门电路已经做成集成电路。集成逻辑门电路主要有两大类：一类是由三极管构成的要有两大类：一类是由三极管构成的TT
12、L集成电路，另一类是由集成电路，另一类是由绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（MOS管）构成的管）构成的CMOS集成电路。集成电路。11.2. 1 TTL集成电路集成电路 1.TTL电路的系列划分及型号含义电路的系列划分及型号含义与非门与非门 根据电路允许工作温度的不同和正常工作时允许电源电压的不同，根据电路允许工作温度的不同和正常工作时允许电源电压的不同，TTL电路分为电路分为54 和和74两大系列。两大系列。54系列工作电压为系列工作电压为5. 0V士士 0. 5V，工作温度为一工作温度为一 55C+125C ; 74系系 列工作电压为列工作电压为5.0V 士士 0.25V，工，工作温
13、度为作温度为0C+70C。 74系列与系列与54系列具有完全相同的电路结构和逻辑功能。所不同系列具有完全相同的电路结构和逻辑功能。所不同的是的是54系列能适应系列能适应 较恶劣的环境；而较恶劣的环境；而74系列适合在常规条件下工作，系列适合在常规条件下工作，多用于民品。多用于民品。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路TTL集成电路的表示方法及型号的含义如下：集成电路的表示方法及型号的含义如下：例如，CT74LS00表示中国制造的、74系列、低功耗、肖特基管、与非门电路。SN54H04表示Texas公司制造的、54系列、高速、非门电路。 第第 11 11 章章 组组 合合
14、 逻逻 辑辑 电电 路路 2.TTL与非门电路的结构与主要参数与非门电路的结构与主要参数 在在TTL集成逻辑门电路中，集成逻辑门电路中，TTL与非门是与非门是 应用最广泛的一种应用最广泛的一种门电路，其外形为双列直插式。门电路，其外形为双列直插式。74LS00逻辑电路结构及引脚排列图逻辑电路结构及引脚排列图 74LS20双双4输入与非门输入与非门 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路TTL与非门电路的主要参数：与非门电路的主要参数：（1）阈值电压阈值电压UTH:又称门槛电压，是指与非门输入信号高电平与低又称门槛电压，是指与非门输入信号高电平与低电平的分界电压值。一般认为，
15、电平的分界电压值。一般认为，U1 UTH时，时，U1为高电平为高电平1； U1 2)位二进制数的加法运算则需要一个半加器和（位二进制数的加法运算则需要一个半加器和（n-1)个全加器才能实现。个全加器才能实现。的逻辑电路图。被加数为的逻辑电路图。被加数为A3A2A1A0,加数为加数为B3B2B1B0，和为，和为S3S2S1S0，向高位的进位为，向高位的进位为CO3。全加器逻辑符号全加器逻辑符号 4位二进制加法器逻辑电路图位二进制加法器逻辑电路图 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路例例11-1如图所示，图（如图所示，图（a）是）是4位加法器位加法器74LS283的引脚图，请
16、设计一个的引脚图，请设计一个将将 8421BCD码转换为余码转换为余3码的转换电路。码的转换电路。74LS283的引脚图的引脚图 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路解：分析十进制解：分析十进制8421 BCD码和余码和余3码，余码，余3码比码比8421BCD码多码多3。只要在只要在8421BCD 码的基础上加码的基础上加3,即可将即可将8421 BCD码转换为余码转换为余3码。码。在加法器在加法器74LS283的的A输入端加入输入端加入8421BCD码，在码，在B输入端加入二输入端加入二进制代码的进制代码的3,如图如图(b)所示，就构成所示，就构成8421 BCD码转码
17、转 换为余换为余3码的转码的转换电路。换电路。代码转换电路代码转换电路连接图连接图 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路【工程应用工程应用】11.3 .5 总结总结1.本章介绍了基本门电路本章介绍了基本门电路“与、或、非与、或、非”门，由与、或、非门组门，由与、或、非门组成常用的组合门电路。成常用的组合门电路。2.在常用组合逻辑电路中，介绍了编码器和译码器。因为电路只在常用组合逻辑电路中，介绍了编码器和译码器。因为电路只有有0或或1两种状态，自然就形成二进制数码，就用它来处理二进制两种状态，自然就形成二进制数码，就用它来处理二进制代数。当数字电路将二进制数码处理之后，必须
18、还原为编码前的代数。当数字电路将二进制数码处理之后，必须还原为编码前的数码，这就是译码器。编码器和译码器用于数字电路的输入和输数码，这就是译码器。编码器和译码器用于数字电路的输入和输出的接口电路。出的接口电路。3.由三态门电路组成的总线驱动器是专门用于总线中信号切换的。由三态门电路组成的总线驱动器是专门用于总线中信号切换的。在大规模数字系统中，总线驱动器是数字电路的一个重要部件。在大规模数字系统中，总线驱动器是数字电路的一个重要部件。总线驱动器控制原理。总线驱动器控制原理。4.加法器是数字信号相加的数字电路部件，在大规模数字电路和加法器是数字信号相加的数字电路部件，在大规模数字电路和计算中都有
19、应用，也是一个重要的数字部件。计算中都有应用，也是一个重要的数字部件。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路11.3.6 编码器译码器应用编码器译码器应用1.1. 74LS148 优先编码器应用优先编码器应用图示为监视图示为监视8个化学罐液面的报警编码电路。个化学罐液面的报警编码电路。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路若若8个化学罐中任何一个的液面超过预定高度时，其液面检测传感个化学罐中任何一个的液面超过预定高度时，其液面检测传感器便输出一个器便输出一个0电平到编码器的输入端。编码器输出电平到编码器的输入端。编码器输出3位二进制代位二进制代码到微
20、控制器。此时，微控制器仅需要码到微控制器。此时，微控制器仅需要3根输入线就可以监视根输入线就可以监视8个个独立的被测点。独立的被测点。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路2.线线-8线译码器做片选电路线译码器做片选电路 在计算机系统中，有大量的数字电路单元和在计算机系统中，有大量的数字电路单元和CPU（计算机控制（计算机控制核心）进行数据交换。下图是核心）进行数据交换。下图是CPU通过通过3线线-8线译码器选择数字电路线译码器选择数字电路单元。数字电路单元简称单元。数字电路单元简称IC，计算机在工作中是按照顺序选定，计算机在工作中是按照顺序选定IC单单元。元。CPU的的
21、A10、A11、A12是是3个片选端子，通过个片选端子，通过3线线-8线译码器可分线译码器可分别选择别选择IC1IC8和和CPU进行数据交换。即将进行数据交换。即将CPU中中3个片选端子扩大个片选端子扩大为为8个。个。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路2.数据选择器在智能小区的应用数据选择器在智能小区的应用 如图为生活小区计算机管理系统，如图为生活小区计算机管理系统，CPU有有3个片选端子个片选端子A1、A2、A3，连接连接CT74LS151数据选择器控制端，对数据选择器控制端，对CT74LS151的的8个个D0D7输入端输入端子进行选通。工子进行选通。工作时作时A1
22、、A2、A3轮流动态输出，轮流动态输出，搜索选通搜索选通D0D7 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路【能力培养】【能力培养】11.3 .7 掌握组合逻辑电路的选用和分析方法掌握组合逻辑电路的选用和分析方法1.有一蓄水池，如图有一蓄水池，如图11-41（a）所示，采用自动蓄水控制。图中）所示，采用自动蓄水控制。图中A、B、O是是3个控制电极，个控制电极， O极接极接5V电源，电源，A、B连接控制电路。图连接控制电路。图（b）是控制电路，由）是控制电路，由4个与非门组成。当水池干涸，个与非门组成。当水池干涸，A和和B为低电为低电平（被平（被1M电阻钳位），电阻钳位），Y4输
23、出高电平，电动机抽水。当水位淹输出高电平，电动机抽水。当水位淹没没A极，因水导电，极，因水导电，A变为高电平，电机仍然转动。当水位淹没变为高电平，电机仍然转动。当水位淹没B极，极，B变为高电平，变为高电平，Y4变为低电平，电动机停机。变为低电平，电动机停机。请根据文中所述和控制电路图，列出真值表，分析电路为什么会请根据文中所述和控制电路图，列出真值表，分析电路为什么会有如此控制特点。有如此控制特点。 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路（a）水箱）水箱 （b）控制电路）控制电路 电动机自动上水控制电路电动机自动上水控制电路（a）水箱）水箱 （b）控制电路）控制电路 电动机自动上水控制电路电动机自动上水控制电路 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路3.图图11-42 是一个单稳态电路，图中是一个单稳态电路，图中R、C是充电积分电路，稳态是充电积分电路，稳态时间长短和时间长短和RC时间常数有关。在搞清电路工作原路后，补画图中时间常数有关。在搞清电路工作原路后，补画图中uO2、uI2的波形。的波形。积分型单稳态电路积分型单稳态电路 第第 11 11 章章 组组 合合 逻逻 辑辑 电电 路路波形图波形图波形图波形图谢 谢！