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1、第6章 门电路与组合逻辑电路第1页，共129页，编辑于2022年，星期二学习要点学习要点基本门电路基本门电路组合逻辑电路的分析方法和设计方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法典型组合逻辑电路的逻辑功能和使用典型组合逻辑电路的逻辑功能和使用方法方法编码器、译码器和数据选择器、加法编码器、译码器和数据选择器、加法器、比较器的电路构成与功能器、比较器的电路构成与功能第2页，共129页，编辑于2022年，星期二7.1 基本基本 门电路门电路7.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计7.3 编码器编码器7.4 译码器译码器7.5 数据选择器与数据分配器数据选择器与数据分配器7.6 加法器与数
2、值比较器加法器与数值比较器第3页，共129页，编辑于2022年，星期二6.1 基本门电路基本门电路理解和掌握门电路的性能特点及逻辑功能能正确使用各种集成门电路第4页，共129页，编辑于2022年，星期二 6.1.1 分立元件门电路分立元件门电路获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。通、截止（即开、关）两种工作状态。1和和0：门电路中用高、低电平来表示输入输出狀态。门电路中用高、低电平来表示输入输出狀态。1：典型值为：典型值为3.6V（有时表示为（有时表示为3V），），2.4V为合格。为合格。0:典型值为
3、典型值为0.3V（有时表示为（有时表示为0V），），0.4V为合格。为合格。正逻辑：正逻辑：1表示高电平、表示高电平、0表示低电平表示低电平 负逻辑：负逻辑：0表示高电平、表示高电平、1表示低电平表示低电平逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。简称门电路。基本门电路有与门、或门、非门（反相器），常用门电路有与基本门电路有与门、或门、非门（反相器），常用门电路有与非门、或非门、与或非门和异或门等。非门、或非门、与或非门和异或门等。第5页，共129页，编辑于2022年，星期二6.1.2 基本逻辑关系及其门电路基本逻辑关系及其
4、门电路1 1、与逻辑和与门电路、与逻辑和与门电路当决定某事件的全部条件同时具备时，结果当决定某事件的全部条件同时具备时，结果才会发生，这种因果关系叫做与逻辑。才会发生，这种因果关系叫做与逻辑。实现与逻辑关系的电路称为与门。实现与逻辑关系的电路称为与门。第6页，共129页，编辑于2022年，星期二F=AB与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有与门的逻辑功能可概括为：输入有0 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0；输入全；输入全；输入全；输入全1 1 1 1，输出，输出，输出，输出为为为为1 1 1 1。“第7页，共129页，
5、编辑于2022年，星期二F=AB逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号A、B、C和输出信号和输出信号F的波形图。的波形图。第8页，共129页，编辑于2022年，星期二2 2、或逻辑和或门电路、或逻辑和或门电路 在在决决定定某某事事件件的的条条件件中中，只只要要任任一一条条件件具具备备，事事件件就就会会发发生生，这这种种因因果果关关系系叫叫做做或或逻逻辑。辑。实现或逻辑关系的电路称为或门。实现或逻辑关系的电路称为或门。第9页，共129页，编辑于2022年，星期
6、二F=A+B或门的逻辑功能可概括为：输入有或门的逻辑功能可概括为：输入有1 1，输出为，输出为1 1；输入全；输入全0 0，输出为，输出为0 0。第10页，共129页，编辑于2022年，星期二F=A+B逻辑或（逻辑加）的运算规则为：逻辑或（逻辑加）的运算规则为：或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信号号A、B、C和输出信号和输出信号F的波形图。的波形图。0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1第11页，共129页，编辑于2022年，星期二3 3、非逻辑和非门电路、非逻辑和非门电路 决定某事件的条件只有一个，当条
7、件出现时事件不发生，而条件不决定某事件的条件只有一个，当条件出现时事件不发生，而条件不出现时，事件发生，这种因果关系叫做非逻辑。出现时，事件发生，这种因果关系叫做非逻辑。实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。输入输入A为高电平为高电平1(3V)时，三极管饱和导通，输出时，三极管饱和导通，输出F为低电平为低电平0（0V)；输入；输入A为低电平为低电平0(0V)时，三极管截止，输出时，三极管截止，输出F为高电平为高电平1（3V)。逻辑非（逻辑反）的运算规则为：逻辑非（逻辑反）的运算规则为：第12页，共129页，编辑于2022年，星期二4 4、复合门电路
8、、复合门电路将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门。（1 1）与非门）与非门与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有与非门的逻辑功能可概括为：输入有0 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为1 1 1 1；输入全；输入全；输入全；输入全1 1 1 1，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0。第13页，共129页，编辑于2022年，星期二由或门和非门构成或非门。由或门和非门构成或非门。（2 2）或非门）或非门或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有或非门的逻辑功能可概括为
9、：输入有或非门的逻辑功能可概括为：输入有1 1 1 1，输出为，输出为，输出为，输出为0 0 0 0；输；输；输；输入全入全入全入全0 0 0 0，输出为，输出为，输出为，输出为1 1 1 1。第14页，共129页，编辑于2022年，星期二由与门、或门和非门构成与或非门。由与门、或门和非门构成与或非门。（3 3）与或非门）与或非门第15页，共129页，编辑于2022年，星期二（4 4）异或门与同或门）异或门与同或门在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量A、B取值不取值不同时，输出为同时，输出为1，否则为，否则为0。具有这类逻辑关系的门电路叫异或
10、。具有这类逻辑关系的门电路叫异或门。门。在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量在只有两个输入变量的门电路中，当两个输入变量A、B取取值相同时，输出为值相同时，输出为1，取值不同时为，取值不同时为0。具有这类逻辑关系。具有这类逻辑关系的门电路叫同或门。的门电路叫同或门。同或和异或逻辑正好相反，即同或和异或逻辑正好相反，即=1异或门异或门=1 同或门同或门第16页，共129页，编辑于2022年，星期二6.1.3 TTL集成门电路三极管三极管三极管集成逻辑门电路三极管集成逻辑门电路)TTL门电路是双极型集成电路，与门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性分立元件相比，具有速度
11、快、可靠性高和微型化等优点，目前分立元件电高和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成路已被集成电路替代。下面介绍集成“与非与非”门电路的工作原理、特性和参门电路的工作原理、特性和参数。数。第17页，共129页，编辑于2022年，星期二1 1、TTLTTL与非门与非门 与功能是靠多发射极三极管与功能是靠多发射极三极管V1来实现，来实现，V2与与R2、R3组成组成中间级，构成反相器中间级，构成反相器“非非”，V3V5与与R4、R5组成推拉（射组成推拉（射极）输出级，提高带负载能力。极）输出级，提高带负载能力。第18页，共129页，编辑于2022年，星期二输入信号不全为1：如u
12、A=0.3V，uB=3.6V3.6V0.3V1V则uB1=0.3+0.7=1V，V2、V5截止，V3、V4导通,输出F为高电平忽略忽略iB3，输出端的电位为：，输出端的电位为：1。uF50.70.73.6V第19页，共129页，编辑于2022年，星期二3.6V3.6V输入信号全为输入信号全为1：如：如uA=uB=3.6V2.1V则则uB1=2.1V，V2、V5导通，导通，V3、V4截止截止,输出输出F为低电平为低电平0。输出端的电位为：输出端的电位为：uF=UCES0.3V第20页，共129页，编辑于2022年，星期二功能表功能表真值表真值表逻辑表达式：逻辑表达式：输入有输入有0，输出为，输出
13、为1；输入全；输入全1，输出为，输出为0。第21页，共129页，编辑于2022年，星期二内含内含4个两输入端的与非门，个两输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。内含两个内含两个4输入端的与非门，输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。第22页，共129页，编辑于2022年，星期二1、电压传输特性：电压传输特性：输出电压输出电压 Uo与输入电压与输入电压 Ui 的关系。的关系。01231234UiUoABCDE二二.TTL“与非与非”门特性及参数门特性及参数?$测试电路测试电路电压传输特性电压传输特性&+5VUiUoVV23第23页，共129页，编辑于2022年，星期二
14、01231234 UiUoABCDE1）TTL“与非与非”门的参数门的参数电压传输特性电压传输特性典型值典型值3.6V，?2.4V为合格为合格典型值典型值0.3V，?0.4V为合格为合格输出高电平电压输出高电平电压UOH输出低电平电压输出低电平电压UOL输出高电平电压输出高电平电压UOH和输出低电平电压和输出低电平电压UOL八度音阶八度音阶=1.4V24第24页，共129页，编辑于2022年，星期二 2）阈值电压八度音阶）阈值电压八度音阶在理想传输特性上输入电压规定的阈值。一般八度音阶取在理想传输特性上输入电压规定的阈值。一般八度音阶取1.4V。当当 ui八度音阶，认为输入低电平，输出高电平。
15、八度音阶，认为输入低电平，输出高电平。当当ui八度音阶，认为输入高电平，输出低电平。八度音阶，认为输入高电平，输出低电平。2、输入输出的负载特性、输入输出的负载特性 1）前后级与非门之间电流关系）前后级与非门之间电流关系当前级输出高电平时，后级输入端是结为反偏，有，极小电流当前级输出高电平时，后级输入端是结为反偏，有，极小电流（拉电流）流入后级；（拉电流）流入后级；当前级输出低电平时，后级的输入端将向前级低电位灌注电流当前级输出低电平时，后级的输入端将向前级低电位灌注电流（灌电流）。其值为：（灌电流）。其值为：第25页，共129页，编辑于2022年，星期二 指一个指一个“与非与非”门能带同类门
16、的最大数目，它门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于表示带负载的能力。对于TTL“与非与非”门门 没有没有?10。输入高电平电流输入高电平电流 IIH和输入低电平电流和输入低电平电流 IIL 当某一输入端接高电平，其余输入端接低电当某一输入端接高电平，其余输入端接低电 平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流电流 IIH（?A）（又叫拉电流）。）（又叫拉电流）。当某一输入端接低电平，其余输入端接高电当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流电流 IIL（mA）（
17、又叫灌电流）（又叫灌电流）。2）扇出系数没有）扇出系数没有第26页，共129页，编辑于2022年，星期二3）输入端经一电阻）输入端经一电阻R接地接地输入端经电阻接地，直接影响输入端经电阻接地，直接影响ui，影响输入电平。临界电阻，影响输入电平。临界电阻值值RT=1.45k。当当R RT时，相当于输入端接低电平；时，相当于输入端接低电平；当当R RT时，相当于输入端接高电平；时，相当于输入端接高电平；输入端悬空时，即输入端悬空时，即R=，相当于输入端接高电平。，相当于输入端接高电平。第27页，共129页，编辑于2022年，星期二3、平均传输延迟时间、平均传输延迟时间 tpd50%50%tpd1t
18、pd2 TTL的的 tpd 约在约在 10ns 40ns，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。输入波形输入波形ui输出波形输出波形u0第28页，共129页，编辑于2022年，星期二01231234 UiUo输入输入低电平低电平电压电压UILABDE低电平噪声容限电低电平噪声容限电压压UNL保证输出保证输出高电平电压不低于高电平电压不低于额定值额定值90%的条件的条件下所允许叠加在输下所允许叠加在输入低电平电压上的入低电平电压上的最大噪声（或干扰）最大噪声（或干扰）电压。电压。UNL=UOFF-UIL允许叠加干扰允许叠加干扰定量说明门电路抗干扰能力定量说明门电路抗干扰能力UOFF UOFF是保证输出为
19、额定是保证输出为额定高电平的高电平的90%时所对应的最时所对应的最大输入低电平电压。大输入低电平电压。0.9UOH第29页，共129页，编辑于2022年，星期二01231234 UiUo输入输入高电平高电平电压电压UIHABDE高电平噪声容限电高电平噪声容限电压压UNH保证输保证输出低电平电压的条出低电平电压的条件下所允许叠加在件下所允许叠加在输入高输入高 电平电压电平电压上的最大噪声（或上的最大噪声（或干扰）电压。干扰）电压。UNH=UIH-UON允许叠加干扰允许叠加干扰定量说明门电路抗干扰能力定量说明门电路抗干扰能力UON UON是保证输出为额定是保证输出为额定低电平时所对应的最小输低电平
20、时所对应的最小输入高电平电压。入高电平电压。第30页，共129页，编辑于2022年，星期二 当某一输入端接低电平，其余输入端接高电当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流电流 IIL（mA）。）。&Y110 若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制R IIL UNLR1第31页，共129页，编辑于2022年，星期二三、三、TTL门电路的其它类型门电路的其它类型 与非门是与非门是TTL的基本门。除此之外，还有或非、与、非、的基本门。除此之外，还有或非、与、非、与或非、异或门等。除
21、功能不同外，其它分析基本差不多。与或非、异或门等。除功能不同外，其它分析基本差不多。用用TTL与非门可以组成以上各个门电路。与非门可以组成以上各个门电路。（一）（一）OC门门 将将TTL与非门中的与非门中的V2、V4管去掉，并将管去掉，并将V5集电极开路集电极开路接输出端，即构成接输出端，即构成OC门。也叫集电极开路与非门。其逻门。也叫集电极开路与非门。其逻辑式为：辑式为：当美国广播公司都为高电平时，输出为低电平；当美国广播公当美国广播公司都为高电平时，输出为低电平；当美国广播公司中有一个低电平时，输出高电平。输出端与电源司中有一个低电平时，输出高电平。输出端与电源VCC之间須之间須接一上拉电
22、阻接一上拉电阻R(集电极电阻）。集电极电阻）。B 。Y 电路符号如左电路符号如左 C?$第32页，共129页，编辑于2022年，星期二OC门的作用：门的作用：1、实现线与、实现线与 TTL与非门因输出电阻低，带负载能力差，同时又与非门因输出电阻低，带负载能力差，同时又不能将两个门电路输出端连在一起，否则会破坏逻辑甚至烧毁管子。不能将两个门电路输出端连在一起，否则会破坏逻辑甚至烧毁管子。可以将多个可以将多个OC门连接，实现与功能。门连接，实现与功能。2、用于驱动高电压、大电流负载，如继电器。、用于驱动高电压、大电流负载，如继电器。Y B C D E F4VCC 。R第33页，共129页，编辑于2
23、022年，星期二（二）、（二）、TTLTTL三态门（三态门（TSTS门）门）E0时，二极管时，二极管VD导通，三极管导通，三极管V1基极和基极和V2基极均被钳制在低电平，因基极均被钳制在低电平，因而而V2V5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。种状态。E1时，二极管时，二极管D截止，三态门的输出状态完全取决于输入信截止，三态门的输出状态完全取决于输入信号号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：F
24、=A，A0时时F1，为高电平；，为高电平；A1时时F0，为低电平。，为低电平。使能端第34页，共129页，编辑于2022年，星期二三态门应用三态门应用：可实现用一条总线分时传可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制送几个不同的数据或控制信号。信号。如图所示：如图所示：&A1B1E1&A2B2E2&A3B3E3总总线线“1”“0”“0”A B.第35页，共129页，编辑于2022年，星期二 三、三、TTL TTL门电路使用注意事项及其电路型号门电路使用注意事项及其电路型号 1.注意事项 （1 1）电源和地）电源和地 一般对电源的变化范围应控制在一般对电源的变化范围应控制在+VCC+VCC（+
25、5V+5V）的）的10%10%以内，即以内，即5V0.5V5V0.5V；对要求；对要求严格的电源，应控制在严格的电源，应控制在VCCVCC的的0.25%0.25%变化范围内。变化范围内。为了保证系统正常工作，必须保证电路接地的良好性。为了保证系统正常工作，必须保证电路接地的良好性。（2 2）电路外引线端的连接）电路外引线端的连接 正确辨别电路的电源端和接地端，不能接错，否则将烧毁电路。正确辨别电路的电源端和接地端，不能接错，否则将烧毁电路。各输入端不能直接与高于各输入端不能直接与高于5.5V5.5V或低于或低于0.5V0.5V的低内阻电源连接，否则的低内阻电源连接，否则会产生较大电流而烧毁电路
26、。会产生较大电流而烧毁电路。输出端应通过电阻与低内阻电源连接。输出端应通过电阻与低内阻电源连接。输出端接有较大容性负载时，应串入电阻，防止电路在接通瞬间，输出端接有较大容性负载时，应串入电阻，防止电路在接通瞬间，产生较大冲击电流损坏电路。产生较大冲击电流损坏电路。除具有除具有OCOC结构和三态结构的电路之外，不许输出端并联使用。结构和三态结构的电路之外，不许输出端并联使用。第36页，共129页，编辑于2022年，星期二3）多余输入端的处理 门电路多余输入端的处理办法如图所示。门电路多余输入端的处理办法如图所示。与非门、或非门电路多余输入端的处理与非门、或非门电路多余输入端的处理与非门与非门 或
27、非门或非门第37页，共129页，编辑于2022年，星期二2.TTL门电路的型号 TTL集成电路按国际通用标准，依工作温度不同，分为TTL54系列（-55125）和TTL74系列（070）。每一系列按工作速度、功耗的不同，又可分为通用系列（标准系列）、H系列（高速TTL）、L系列（低功耗TTL）、S系列（肖特基TTL）和LS系列（低功耗肖特基），以及ASTTL（先进肖特基）、ASLTTL（先进低功耗肖特基）和FASTTTL（先童先进肖特基）等八个集成电路系列。国产国产TTLTTL集成电路共有五个系列，其中早期型号四个系列产品是集成电路共有五个系列，其中早期型号四个系列产品是T1000T1000、
28、T2000T2000、T3000T3000、T4000T4000系列。系列。T1000T1000系列相当于国标系列相当于国标CT54/74CT54/74通用系列；通用系列；T2000T2000系列相当于国标系列相当于国标CT54H/74HCT54H/74H高速系列；高速系列；T3000T3000系列相当于国标系列相当于国标CT54S/74SCT54S/74S肖特基肖特基系列；系列；T4000T4000系列相当于国标系列相当于国标CT54LS/74LSCT54LS/74LS低功耗肖特基。这四个主要系列的低功耗肖特基。这四个主要系列的重要差别反映在典型门的平均传输延长时间和平均功耗上。重要差别反映
29、在典型门的平均传输延长时间和平均功耗上。第38页，共129页，编辑于2022年，星期二品种品种C C工作温度范围工作温度范围C:0C:077G:-25G:-257070L:-25L:-258585E:-40E:-408585R:-55R:-558585M:-55M:-55125125器件类型器件类型T:TTLT:TTL电路电路54/7454/7454/74H54/74H54/74L54/74L54/74S54/74S54/74LS54/74LS54/74AS54/74AS54/74ALS54/74ALS54/74F54/74F封装封装P:P:塑料双列直插塑料双列直插D:D:陶瓷双列直插陶瓷双列
30、直插MC:MC:摩托罗拉公司摩托罗拉公司SN:SN:德州公司德州公司C:C:中国国标产品中国国标产品TTL门电路的型号命名方法门电路的型号命名方法标准；H：高速；L：低功耗；S：肖特基；LS：低功肖特基；同样地：先进肖特基；ALS：先进低功肖特基。第39页，共129页，编辑于2022年，星期二（uA0V时，VN截止，VP导通。输出电压uFVDD10V。（2）uA10V时，时，VN导通，导通，VP截止。输出电压截止。输出电压uF0V。6.1.3.2氧化物半导体门电路氧化物半导体门电路一、氧化物半导体非门一、氧化物半导体非门第40页，共129页，编辑于2022年，星期二四、缓冲器 缓冲器主要是调整
31、高、低电平和输出电阻的作用，由缓冲器主要是调整高、低电平和输出电阻的作用，由两级反相器组成。两级反相器组成。氧化物半导体电路工作中，不论何种狀態，总是有一个导通、氧化物半导体电路工作中，不论何种狀態，总是有一个导通、一个截止，所以，输入狀態的不同，使输出电阻相差悬殊，或因一个截止，所以，输入狀態的不同，使输出电阻相差悬殊，或因输入端数目的不同，使输出电平变化也大，严重时会影响以至破输入端数目的不同，使输出电平变化也大，严重时会影响以至破坏下一级电路的功能。坏下一级电路的功能。缓冲器就在基本电路的基础上在前后级各加一个反相器。缓冲器就在基本电路的基础上在前后级各加一个反相器。氧化物半导体氧化物半
32、导体门电路门电路 反相反相 器器2反反相相器器1第41页，共129页，编辑于2022年，星期二A、B当中有一个或全为低当中有一个或全为低电平电平0时，时，VN1、VN2中有一中有一个或全部截止，个或全部截止，VP1、VP2中中有一个或全部导通，输出有一个或全部导通，输出F为为高电平高电平1。只有当输入只有当输入A、B全为高电平全为高电平1时，时，VN1和和VN2才会都导通，才会都导通，VP1和和VP2才会都截止，输出才会都截止，输出F才会为低电平才会为低电平0。二、氧化物半导体与非门二、氧化物半导体与非门第42页，共129页，编辑于2022年，星期二只要输入只要输入A、B当中有一当中有一个或全
33、为高电平个或全为高电平1，VP1、VP2中有一个或全部截止，中有一个或全部截止，VN1、VN2中有一个或全中有一个或全部导通，输出部导通，输出F为低电平为低电平0。只有当A、B全为低电平0时，VP1和VP2才会都导通，VN1和VN2才会都截止，输出F才会为高电平1。三、氧化物半导体或非门三、氧化物半导体或非门第43页，共129页，编辑于2022年，星期二 四、氧化物半导体门电路使用注意事项及命名方法四、氧化物半导体门电路使用注意事项及命名方法 1.1.注意事项注意事项（1 1）操作规则）操作规则 在防静电材料中存贮和运输。用金属屏蔽层作为包装材料。在防静电材料中存贮和运输。用金属屏蔽层作为包装
34、材料。需要矫直引线或手工焊接时，所使用的设备应接地良好。进行需要矫直引线或手工焊接时，所使用的设备应接地良好。进行操作人员的服装应不产生静电。操作人员的服装应不产生静电。对电路进行调试时，应先接通线路板电源，后接信号源电源；断电时应相对电路进行调试时，应先接通线路板电源，后接信号源电源；断电时应相反。电源接通期间，禁止将器件从测试座上拔出或插入。反。电源接通期间，禁止将器件从测试座上拔出或插入。（2 2）输入规则）输入规则 输入信号电压应控制在输入信号电压应控制在VSS VSS VDDVDD之间。之间。输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号源之间串接限流电阻。输入端接低内阻信号源时，应在输入
35、端与信号源之间串接限流电阻。输入端接大电容时，为防止电容放电形成较大的瞬时电流，输入端接大电容时，为防止电容放电形成较大的瞬时电流，也应在输入端与电容之间串接限流电阻。也应在输入端与电容之间串接限流电阻。第44页，共129页，编辑于2022年，星期二 与与TTLTTL门电路不同，氧化物半导体门电路多余输入端禁止悬空，门电路不同，氧化物半导体门电路多余输入端禁止悬空，多余的与输入端接多余的与输入端接VDDVDD或高电平；多余的或输入端接或高电平；多余的或输入端接VSSVSS或低电平，也或低电平，也可通过电阻接地。此外，多余的输入端还可以与其他输入端并联使用，可通过电阻接地。此外，多余的输入端还可
36、以与其他输入端并联使用，但这样会影响信号的传输速度。但这样会影响信号的传输速度。（3 3）输出规则）输出规则 除除OCOC结构和三态结构的门电路外，禁将输出端并联使用。结构和三态结构的门电路外，禁将输出端并联使用。禁止输出端直接与禁止输出端直接与VDDVDD或或VSSVSS连接。连接。为增加氧化物半导体电路的驱动能力，同一芯片上的氧化物半导体门允为增加氧化物半导体电路的驱动能力，同一芯片上的氧化物半导体门允许并联在一起使用。不在同一芯片上的门电路不允许这样使用。许并联在一起使用。不在同一芯片上的门电路不允许这样使用。（4 4）电源规则）电源规则 氧化物半导体门的电源极性不能接反，否则会造成集成
37、电路的永久损坏。氧化物半导体门的电源极性不能接反，否则会造成集成电路的永久损坏。电源电压应保持在最大极限电压范围之内。电源电压越高，电路电源电压应保持在最大极限电压范围之内。电源电压越高，电路抗干扰能力就越强，允许的工作频率越高，但功耗会相应增大。抗干扰能力就越强，允许的工作频率越高，但功耗会相应增大。第45页，共129页，编辑于2022年，星期二（5）防止产生锁定效应 锁定效应，也叫可控硅效应，是氧化物半导体电路的一个锁定效应，也叫可控硅效应，是氧化物半导体电路的一个特有问题。发生锁定效应会造成器件永久损坏。它是由于对器特有问题。发生锁定效应会造成器件永久损坏。它是由于对器件使用不当或受外界
38、原因激发后，导致电源电压剧增，损坏器件使用不当或受外界原因激发后，导致电源电压剧增，损坏器件。为防止发生锁定效应：件。为防止发生锁定效应：VDD VDD(BR)VDD VDD(BR)；在电源上加在电源上加“去耦去耦”电路，防止电路，防止VDDVDD出现瞬时高压；出现瞬时高压；在在VDDVDD与外电源之间加上限流电阻，保护器件；与外电源之间加上限流电阻，保护器件；调试电时注意接通与关闭电源的顺序。调试电时注意接通与关闭电源的顺序。第46页，共129页，编辑于2022年，星期二氧化物半导体数字集成电路的型号命名方法氧化物半导体数字集成电路的型号命名方法第47页，共129页，编辑于2022年，星期二
39、接口电路接口电路 接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路。作用是配合驱动门和负接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路。作用是配合驱动门和负载门，使驱动门的输出满足负载门输入的要求，即满足负载门所要求的驱动载门，使驱动门的输出满足负载门输入的要求，即满足负载门所要求的驱动能力。能力。在在TTLTTL门电路驱动氧化物半导体门电路，或者氧化物半导体驱动门电路驱动氧化物半导体门电路，或者氧化物半导体驱动TTLTTL时，时，应满足对驱动门和负载门的要求，其满足的条件如表所示：应满足对驱动门和负载门的要求，其满足的条件如表所示：驱动门驱动门 负载门负载门输输出低出低电电平的最大平的最大值值 UOLmax
40、UOLmax 小于小于 输输入低入低电电平的最大平的最大值值 UILmax UILmax输输出高出高电电平的最小平的最小值值 UOHminUOHmin 大于大于 输输入高入高电电平的最小平的最小值值 UIHmin UIHmin输输出低出低电电平平时电时电流的最小流的最小值值IOLminIOLmin大于大于nn输输入低入低电电平平时电时电流的最大流的最大值值IILmaxIILmax输输出高出高电电平平时电时电流的最小流的最小值值IOHminIOHmin大于大于nn输输入高入高电电平平时电时电流的最大流的最大值值IIHmaxIIHmax第48页，共129页，编辑于2022年，星期二1.TTL驱动氧
41、化物半导体 TTLTTL门电路驱动氧化物半导体门电路，应重点考虑如何提高门电路驱动氧化物半导体门电路，应重点考虑如何提高TTLTTL电路输电路输出高电平的值，使之至少达到出高电平的值，使之至少达到3.5V3.5V以上，以满足氧化物半导体对以上，以满足氧化物半导体对UIHUIH的要求。的要求。可以采取以下措施：可以采取以下措施：（1 1）在）在TTLTTL与氧化物半导体之间附加一个上拉电阻与氧化物半导体之间附加一个上拉电阻R R，只要，只要R R的阻值不是的阻值不是非常大，将起到提升非常大，将起到提升TTLTTL输出高电平的作用。如图输出高电平的作用。如图12.1712.17所示。所示。第49页
42、，共129页，编辑于2022年，星期二（2 2）由于氧化物半导体门电路电源电压范围较宽（）由于氧化物半导体门电路电源电压范围较宽（318V318V），当其电压值较高），当其电压值较高时，氧化物半导体门电路对输入高电平的要求将超过时，氧化物半导体门电路对输入高电平的要求将超过TTLTTL门电路输出能够达到门电路输出能够达到的范围。此时，应使用的范围。此时，应使用OCOC门作为驱动门电路。见图。门作为驱动门电路。见图。第50页，共129页，编辑于2022年，星期二（3 3）使用带电平偏移的氧化物半导体接口电路，如）使用带电平偏移的氧化物半导体接口电路，如4010940109。它具有两。它具有两个电
43、源输入端，它的输出电平能够满足氧化物半导体对输入电平的要个电源输入端，它的输出电平能够满足氧化物半导体对输入电平的要求。如图所示。求。如图所示。第51页，共129页，编辑于2022年，星期二2.CMOS驱动TTL （1 1）将同一芯片上的氧化物半导体门电路并联使用，提高带负）将同一芯片上的氧化物半导体门电路并联使用，提高带负载能力，举例见图载能力，举例见图12.2012.20所示。所示。第52页，共129页，编辑于2022年，星期二 2 2、在氧化物半导体门电路后增加一级驱动器电路，如同相输出驱、在氧化物半导体门电路后增加一级驱动器电路，如同相输出驱动器动器40104010、OCOC门门401
44、0740107等（与等（与OCOC门类似，称为漏极开路门），以提高门类似，称为漏极开路门），以提高带负载能力，见图所示。带负载能力，见图所示。第53页，共129页，编辑于2022年，星期二 （3 3）采用分立元件组成电流放大器，见图所示。）采用分立元件组成电流放大器，见图所示。第54页，共129页，编辑于2022年，星期二组合逻辑电路：输出仅由输入决定，组合逻辑电路：输出仅由输入决定，与电路当前存在状态无关；电路结与电路当前存在状态无关；电路结构中无反馈环路（无记忆）。构中无反馈环路（无记忆）。6.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 真值表反映了逻辑函数与变量的全部对应关系，
45、对同一真值表反映了逻辑函数与变量的全部对应关系，对同一逻辑函数而言，逻辑代数式及电路可有不同，但真值表是逻辑函数而言，逻辑代数式及电路可有不同，但真值表是唯一的。所以，组合逻辑电路的设计和分析，都与真值表唯一的。所以，组合逻辑电路的设计和分析，都与真值表的分析离不开。的分析离不开。分析分析指由逻辑电路分析出其所含的逻辑意义。指由逻辑电路分析出其所含的逻辑意义。设计设计由题意所含的逻辑关系设计出逻辑电路。由题意所含的逻辑关系设计出逻辑电路。第55页，共129页，编辑于2022年，星期二6.2.1 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法逻辑图逻辑图逻辑表达逻辑表达式式 1 1最简与或最简与或
46、表达式表达式化化化化简简简简 2 2从从从从输输输输入入入入到到到到输输输输出出出出逐逐逐逐级级级级写写写写出出出出例例1第56页，共129页，编辑于2022年，星期二最简与或最简与或表达式表达式 3真值表真值表 3 4电路的逻电路的逻辑功能辑功能当输入当输入A、B、C中有中有2个或个或3个为个为1时，输出时，输出F为为1，否则输，否则输出出F为为0。所以。所以这个电路实际这个电路实际上是一种上是一种3人表人表决用的组合电决用的组合电路：只要有路：只要有2票票或或3票同意，表票同意，表决就通过。决就通过。4第57页，共129页，编辑于2022年，星期二逻辑图逻辑图逻辑表达逻辑表达式式例例2：最
47、简与或最简与或表达式表达式第58页，共129页，编辑于2022年，星期二真值表真值表用与非门实现用与非门实现电路的输出电路的输出F只与输入只与输入A、B有关，而有关，而与输入与输入C无关。无关。F和和A、B的逻辑关系为：的逻辑关系为：A、B中只要一个为中只要一个为0，F=1；A、B全为全为1时，时，F=0。所以。所以F和和A、B的逻辑关系为的逻辑关系为与非运算的关系。与非运算的关系。电路的逻辑功能电路的逻辑功能第59页，共129页，编辑于2022年，星期二逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式例例3：最简与或最简与或表达式表达式第60页，共129页，编辑于2022年，星期二真值表真值表电路的逻辑功能
48、电路的逻辑功能由真值表可知，当由真值表可知，当3个输个输入变量入变量A、B、C取值一致取值一致时，输出时，输出F=1，否则输出，否则输出F=0。所以这个电路可以。所以这个电路可以判断判断3个输入变量的取值个输入变量的取值是否一致，故称为判一致是否一致，故称为判一致电路。电路。第61页，共129页，编辑于2022年，星期二逻辑图逻辑图逻辑表达逻辑表达式式例例4：最简与或最简与或表达式表达式第62页，共129页，编辑于2022年，星期二真值表真值表电路的逻辑功能电路的逻辑功能由真值表可知，当由真值表可知，当3个输入变量个输入变量A、B、C表示的二进制数小于表示的二进制数小于或等于或等于2时，时，F
49、1=1；当这个二；当这个二进制数在进制数在4和和6之间时，之间时，F2=1；而当这个二进制数等于；而当这个二进制数等于3或等或等于于7时时F1和和F2都为都为1。因此，这。因此，这个逻辑电路可以用来判别输入个逻辑电路可以用来判别输入的的3位二进制数数值的范围。位二进制数数值的范围。第63页，共129页，编辑于2022年，星期二6.2.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计真值表真值表电路功电路功能描述能描述例例例例1 1 1 1：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼：设计一个楼上、楼下开关的控
50、制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。设楼上开关为设楼上开关为A，楼下开关为