第2章 集成逻辑门PPT讲稿.ppt

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1、第2章 集成逻辑门第1页，共39页，编辑于2022年，星期一概述集成电路的优点:体积小、参数稳定、工作可靠、开关速度快。第2页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.1.1 与非门与非门 1.简单的与非门 V1为多发射极三极管，有三个发射极和一个基极，每个发射极和基极之间都有一个PN结，等效为三个二极管。图2.1.1.简单与非功能的TTL电路及等效电路(a)电路 (b)等效电路 (c)符号第3页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路2常用的TTL与非门 TTL74系列与非门电路，它由输入级、中间级和输出级三部分构成，

2、高电平典型值为3.6V，低电平典型值为0.3V。功能：图2.1.2 TTL与非门电路图2.1.3 TTL与非门外引脚排列图(a)74LS20(4输入2门)(b)74LS00(2输入4门)第4页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 测量方法：某一输入端的电压由0V逐渐增加到5V，其它输入端接高电平5V，测量输出端电位，就得到了图2.1.4（b)所示的电压传输特性。图2.1.4 TTL与非门电压传输特性 （a）测试电路；（b）电压传输特性3TTL与非门的电压传输特性 VVVCC“1”RPABUOUi第5页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻

3、辑门电路集成逻辑门电路2.1.2 其它类型其它类型TTL逻辑门电路逻辑门电路1.集电极开路与非门（OC门）适用于将几个门电路的输出端并联在一起时的情况。工作时，需要在输出端Y和UCC之间外接一个上拉负载电阻RL，如图2.1.6所示。实现与非逻辑功能:实现线与逻辑功能：图2.1.6 TTL OC门逻辑符号图2.1.7 n个OC门构成的线与电路ABY1CDY2EFYnOC1OC2OCnVCCRLY线与第6页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.三态与非门三态与非门：1态，0态，高阻态 A、B为输入端，EN（）为使能端（控制端），Y为输出端。使能端EN分为高

4、电平有效和低电平有效两种电路。表表2.1.2 三态与非门逻辑符号和对应的逻辑功能表三态与非门逻辑符号和对应的逻辑功能表第7页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路三态门原理电路(有效)图2.1.8 TTL 三态门原理电路第8页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路应用举例：单向传输数据的总线电路如图2.1.9（a）所示。这个单向总线是分时传送的总线，每次只能传送A0B0 AnBn中的一个信号。当某个三态门的使能端为EN=1时，其对应输入的数据（）传送到总线上，当三态门的使能端都为EN=0时，不传送信号，总线与各三态门呈

5、高阻状态。图2.1.9 三态门用于总线传输 （a）单向传输 A1B1A0EN0B0BnAn总线(a)EN1ENn第9页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.1.3 TTL集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项1电源：TTL电路采用5V电源。为了防止干扰，一般要在电源和地之间接入滤波电容。2输出端的连接：TTL电路输出端不允许直接接电源或地，否则将会使电路的逻辑功能混乱并损坏器件。第10页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 图 2.1.10 与非门不用输入端的处理(a)通过上拉电阻接正电源；(b)与使用输入

6、端并联；(c)悬空3TTL电路不用输入端的处理:（1）与门和与非门不用的输入端处理有三种方法：接电源+5V或通过13k的电阻接电源；与使用端并联，但并联时对信号的驱动电流要求增加了；在外界干扰很小时，可悬空。（2）或门和或非门不用的输入端处理有两种方法：接地；与使用端并联：第11页，共39页，编辑于2022年，星期一21 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路(4)负载使用：TTL门驱动较大负载时，应选用灌电流方式。(5)输入电阻的选择：R=210k时，相当于输入端悬空；当R=00.7k时，相当于输入接地。(6)操作时切记：严禁带电操作，应在电路切断电源的时候，拔插集成电路。第12页，共39页，编

7、辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路 组合逻辑电路：任何时刻的输出信号仅取决于该时刻电路的输入信号，而与电路原来的状态无关。2.3.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 已知组合逻辑电路，分析逻辑功能，其分析步骤如下：1、由组合逻辑电路逐级写出各输出端的逻辑表达式；2、化简或变换逻辑表达式；3、列出真值表；4、根据真值表或最简式确定该电路的功能。第13页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路例2.3.1 分析图2.3.1单输出组合逻辑电路的功能。解:（1）写出逻辑表达式并化简（2）列出真值表 A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0

8、 0 1（3）分析逻辑功能 电路在输入端A、B同为1或同为0时，输出Y为1，否则Y为0。该电路为同或门。图 2.3.1 逻辑电路(a)逻辑电路 (b)逻辑符号第14页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路例2.3.2 图2.3.2是一个4选1的数据选择器，试分析其逻辑功能。STA1 74LS153A0 D0 D1 D2 D3Y数 据 输 入选 择 输 入选通输入数 据 输 出（b）图2.3.2 4选1的数据选择器 (a)电路图；(b)符号图解：（1）根据逻辑图写出逻辑表达式第15页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路表表2 2.3.

9、2 当当时时4 4选选1 1数据数据选择选择器的真器的真值值表表（2）列出真值表 当 时，电路（芯片）没有被选通，芯片不工作；当 时，电路被选通，芯片工作。（3）分析芯片工作时的逻辑功能，由真值表可见：当 时,即选择 作为输出；数当 时,即选择数 作为输出;当 时,即选择数 作为输出;当 时,即选择数 作为输出;第16页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路2.3.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计设计步骤如下：(1)根据命题的要求确定输入变量和输出变量，从而列出 真值表；(2)由真值表写出逻辑表达式；(3)化简或变换逻辑表达式；(4)画出逻辑电路。第17页

10、，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路例2.3.3 设计一个半加器。其功能是：能对两个1位二进制数进行相加而求得和，并能进位的逻辑电路。解：（1）列出真值表 （2）由真值表写出逻辑表达式 将真值表中 和 为1的最小项加起来，就可以得到逻辑表达式设输入加数为Ai，被加数为Bi，输出和数为Si，进位数为Co。Ai BiSi Co第18页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路（3）画出逻辑电路图 用一个异或门实现求和Si运算，用一个与门实现进位Co运算。=1 AiBiSiCOCOAiBiSiCO 图2.3.3 半加器（a）电路 （b）逻辑符

11、号第19页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路 例2.3.4 某抽水站有三台水泵，要求有两台或三台水泵工作时，发出正常信号，否则不发出正常信号，试设计一个能发出正常信号的逻辑电路，并用与非门实现。解：（1）分析设计要求，列出真值表 设三台水泵用A、B、C表示，工作时用1表示，不工作用0表示；输出用Y表示，发出正常信号用1表示，否则用0表示。（2）根据真值表写出输出逻辑函数表达式第20页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路（3）化简输出逻辑函数表达式，用卡诺图化简（4）画出逻辑电路图 图2.3.5 例2.3.4的逻辑电路图图2.3.

12、4 例2.3.4的卡诺图用与非门实现：用与非门实现：第21页，共39页，编辑于2022年，星期一2.3 组合逻辑电路组合逻辑电路例 设计一个能比较两个一位数字大小的数字比较器。解：（1）列出真值表比较 、（2）由真值表写出逻辑表达式 （3）画出逻辑电路图(AB)(A=B)(AB)1AY11B1Y3Y2第22页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器 2.4.1 集成编码器集成编码器74LS147 编码:将二进制代码按照一定规律排列在一起可组成不同的代码，并赋予每个代码以固定的含义。二一十进制编码器：将十进制数0，1，2，9编为二一十 进制

13、代码的组合逻辑电路。二一十进制编码器分为两类：编码器和优先编码器 编码器、译码器和数码显示器是集成数字电路中最常用的组合逻辑部件。图2.4.1 74LS147编码器第23页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器74LS147编码器的逻辑电路用逻辑表达式为：在输入 、全为1（都没信号）时，输出 ,其反码 ,相当于十进制数0。输入端按高位优先排队，优先权最高，其次，的优先权最低。第24页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器2.4.2 集成译码器集成译码器 译码器:将表示确定信号或对

14、象的一组代码“翻译”出来的电路。1.二进制译码器:将二进制代码的各种状态按其原意译成对应输出的组合逻辑电路。右图：3线8线译码器74LS138的逻辑电路和逻辑符号。、为选通输入端，它们所控制的G门输出为 图2.4.2 74LS138译码器 第25页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器八个输出逻辑函数表达式为:第26页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器表表4.2.2 74LS138的真值表的真值表只要 或 、中有一个为1G门输出为0译码器被禁止，输出 均为高电平。只有当 、时

15、，G门输出 1，才处于工作状态，输入 可确定输出 中只有一个是低电平，其他七个是高电平。第27页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器 例2.4.1 试用两片3线8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将输入的4位二进制代码译成16个独立的低电平信号 解：当 A3=0时低位片（1片）工作，高位片禁止，将A3A2A1A0的00000111这8个代码译成 8个低电平信号。当A3=1时低位片禁止，高位片（2片）工作，将A3A2A1A0的10001111这8个代码译成 8个低电平信号。图2.4.3 4线16线译码器第28页，共39页，编辑

16、于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器 2.七段显示译码器（1）七段半导体数码管显示器，又称LED七段显示器，由7个发光二极管组成，分为共阴极接法和共阳极接法。图2.4.5 半导体数码管(a)外形(b)共阴极接法(c)共阳极接法第29页，共39页，编辑于2022年，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器（2）集成BCD七段显示译码器74LS248 输入信号：四位二进制数 （也可以是 8421BCD码)输出端:分别去驱动七段显示器图2.4.6 74LS248译码器(a)逻辑电路(b)逻辑符号第30页，共39页，编辑于2022年

17、，星期一2.4 编码器、译码器和数码显示器编码器、译码器和数码显示器 三个选择端:灯测试输入端,灭零输入端,灭灯输入/灭零输出端图2.4.7 七段译码显示器(a)电路(b)显示字形第31页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器 2.5.1 数据选择器数据选择器 特点:多个输入、单个输出的组合逻辑电路。基本功能：从来自不同地址的多路数字信息中任意选出一路信息作为输出。1.4选1数据选择器74LS153 公共地址输入端A1A0,选通信号 ，D3D2D1D0数据输入端和Y输出端。74LS153YA1A2D0 D1 D2 D3选择选择输入输入数据输入数

18、据输入选择输入选择输入数据输出数据输出输出输出Y的逻辑表达式：的逻辑表达式：第32页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器Y的逻辑函数表达式由74LS153的功能表得出：第33页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器选通信号 =0，若A1A0 分别为11，10，01，00时，分别把数据 D1D2D3D4送到输出端Y。当 =1时，Y=0无数据输出。2.5.1图 74LS153逻辑电路第34页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器28选1数据选择器7

19、4LS151 一个选通信号 ，8个数据输入变量D0D7，3个地址输入端A2A1A0，两个互补输出Y和 。图2.5.2是74LS151逻辑符号 第35页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器 3数据选择器的应用（1）用74LS153实现两变量逻辑函数 方法：把逻辑函数表达式化成最小项表达式，然后和数据选择器的逻辑函数表达式进行比较，求出数据选择器各个输入端Di的状态是0或是1。第36页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器例2.5.1 用74LS153数据选择器实现逻辑函数解：端接0，A1=A，A

20、0=B 比较结果：D3、D2、D1接1，D0接0图2.5.3 用74LS153实现两变量逻辑函数电路图与式第37页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器（2）用74LS153实现三变量逻辑函数 逻辑函数的变量数多于数据选择器的地址输入端数，可以将逻辑函数中的多余变量C分离出来，作为引入变量加到数据输入端。具体方法：写出表达式进行比较，求出数据选择器各数据输入端Di的表达式。第38页，共39页，编辑于2022年，星期一2.5 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器 例2.5.3 用8选1数据选择器74LS151实现逻辑函数 解：变量数等于数据输入端数比较数据选择器74LS151表达式得：图2.5.5 用74LS151实现 三变量逻辑函数电路图 Y YA2A1 74LS151A0010ABCD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ST第39页，共39页，编辑于2022年，星期一