第门电路和组合逻辑电路.pptx

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1、 与门、或门、非门、与非门、异或门的逻辑功能，与门、或门、非门、与非门、异或门的逻辑功能，TTL集成与非门的电压传输特性和主要参数，三态门的集成与非门的电压传输特性和主要参数，三态门的概念和作用，逻辑代数的基本运算法则，分析、综合概念和作用，逻辑代数的基本运算法则，分析、综合（设计）简单的组合逻辑电路基本方法。了解加法器、（设计）简单的组合逻辑电路基本方法。了解加法器、8421编码器和二进制译码器的工作原理。编码器和二进制译码器的工作原理。TTL集成与非门的电压传输特性和主要参数。集成与非门的电压传输特性和主要参数。讲课讲课4 4学时，习题学时，习题1 1学时。学时。第1页/共56页 模拟信号

2、：电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：模拟电路：处理模拟信号的电路。处理模拟信号的电路。数字电路：数字电路：处理数字信号的电路。处理数字信号的电路。数字信号：电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。第2页/共56页脉冲是一种跃变信号，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。在数字电路中，信号（电压和电流）是脉冲的。20.1 脉冲信号脉冲信号尖顶波矩形波第3页/共56页脉冲幅度脉冲幅度 A：脉冲信号变化的最大值。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

3、幅度的90%下降到10%所需的时间。以矩形波为例说明脉冲信号波形的一些参数20.1 脉冲信号A0.9A0.1Atrtf第4页/共56页 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 脉冲信号脉冲频率脉冲频率 f：单位时间的脉冲数。单位时间的脉冲数。TA0.9A0.1Atrtf0.5Atp第5页/共56页脉冲信号正脉冲：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。例：正脉冲负脉冲 在数字电路中，通常根据脉冲信号的有无、个数、在数字电路中，通常根据

4、脉冲信号的有无、个数、宽度和频率进行工作，所以抗干扰能力较强（干扰往往宽度和频率进行工作，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。只影响脉冲幅度），准确度较高。20.1 脉冲信号0+3V0-3V0+3V0-3V第6页/共56页 在数字电路中，门电路是最基本的逻辑元件。逻辑门电路的基本概念 基本逻辑门电路有与门、或门和非门。基本逻辑门电路有与门、或门和非门。20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合 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。第7页/共56页

5、 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。20.2 基本门电路及其组合逻辑表达式：逻辑表达式：+-YAB+-YAB第8页/共56页 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。在分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态，并用在分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态，并用1和和0来代表。来代表。门电路的输入信号和输出信号都是用电位门电路的输入信号和输出信号都是用电位(电平电平)的的高低来表示，而电位的高低则用高低来表示，而电位的高低则用1和和0两种状态来区别。两

6、种状态来区别。20.2 基本门电路及其组合+-YAR逻辑表达式：正逻辑系统：正逻辑系统：规定高电位为规定高电位为1，低电位为，低电位为0；负逻辑系统：负逻辑系统：规定高电位为规定高电位为0，低电位为，低电位为1。第9页/共56页 二极管与门电路电路电路逻辑功能当输入变量当输入变量A和和B全为全为1时，输出变量时，输出变量Y为为1。当输入变量A和B不全为1时，输出变量Y为0；0 0 分立元件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合+5VRDAABYDB0 1 1 0 1 1 00010V0V0V3V0V0V0V3V0V3V3V3VABY与门逻辑状态表第10页/共56页逻辑关系式 逻辑符号逻辑符

7、号例：例：20.2 基本门电路及其组合&ABYABY第11页/共56页当输入变量当输入变量A和和B全为全为0 0时，输出变量时，输出变量Y为为0。当输入变量A和B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 二极管或门电路电路电路逻辑功能0 0 ABY或门逻辑状态表0 1 1 0 1 1 0111RDAABYDB0V0V3V0V0V3V3V3V0V3V3V3V第12页/共56页20.2 基本门电路及其组合逻辑关系式 逻辑符号逻辑符号例：例：1ABYABY第13页/共56页20.2 基本门电路及其组合输出变量Y与输入变量A反相。晶体管非门电路电路电路逻辑功能0 1 10AY非门

8、逻辑状态表-UBBAYRBRCRKT+12V0V12V3V截止0.3V饱和非门电路也称为非门电路也称为反相器反相器。第14页/共56页20.2 基本门电路及其组合逻辑关系式 逻辑符号逻辑符号例：例：A1AYY第15页/共56页 与非门电路与非门电路 基本逻辑门电路的组合基本逻辑门电路的组合20.2 基本门电路及其组合&AB1Y&ABY逻辑关系式 逻辑图逻辑符号逻辑功能当输入变量有一个或几个为当输入变量有一个或几个为0时，输出为时，输出为1。当输入变量全为1时，输出为0；第16页/共56页20.2 基本门电路及其组合 或非门电路或非门电路1AB1Y1ABY逻辑关系式 逻辑图逻辑符号逻辑功能当输入

9、变量有一个或几个为当输入变量有一个或几个为1时，输出为时，输出为0。当输入变量全为0时，输出为1；第17页/共56页20.2 基本门电路及其组合 与或非门电路与或非门电路逻辑图逻辑符号逻辑关系式&ABCD&11Y1ABY&CD第18页/共56页20.3 TTL门电路门电路分立元件门电路：由二极管、晶体管组成的门电路。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。第19页/共56页20.3 TTL门电路 TTL TTL与非门电路与非门电路UCCAR1D1D2R2R3R4BT1T2T3T4D3Y+5V&ABYTTL与非门电路及其逻辑符号与非门电路及其逻辑符号

10、R1+5VE1E2C1B1多发射极晶体管多发射极晶体管R1E1E2+5VC1T1第20页/共56页20.3 TTL门电路UCCAR1D1D2R2R3R4BT1T2T3T4D3Y+5V 输入端不全为输入端不全为1的情况的情况 当输入端当输入端A和和B至少有一个为至少有一个为0（约为约为0.3V）时，则时，则VB1(0.30.7)1V，它不足以向，它不足以向T2 提供正向基极电流，提供正向基极电流，所以所以T2 截止，以致截止，以致T4 也截止。也截止。由于由于VC25V，所以，所以T3导通，则导通，则VY5R2IB3UBE3UD3VY50.70.73.6V即即 Y=1 由于由于T4截止，当接截止

11、，当接负载后，有电流从负载后，有电流从UCC经经R4流向每个负载门，流向每个负载门，这种电流称为这种电流称为拉电流拉电流。第21页/共56页20.3 TTL门电路UCCAR1D1D2R2R3R4BT1T2T3T4D3Y+5V 输入端全为输入端全为1的情况的情况 当输入端当输入端A和和B全为全为1(约为约为3.6V)时，时，T1的两个发射的两个发射结都反偏，因为结都反偏，因为VB1(2.1V)VE1(3.6V)，则，则T2、T4饱饱和导通。和导通。VC2UCE2UBE40.30.71V即即 Y=0 因因T3截止，当接负截止，当接负载后载后T4的集电极电流全的集电极电流全部由外接负载门灌入，部由外

12、接负载门灌入，这种电流称为这种电流称为灌电流灌电流。所以所以VY0.3V 显然显然T3的基极电位不足以的基极电位不足以使使T3和和D3导通，所以导通，所以T3截止。截止。第22页/共56页20.3 TTL门电路所以所以TTL门电路具有与非逻辑功能，即门电路具有与非逻辑功能，即 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UOL0.32.73.60.5 1.31.4 20UO/VUI/VA BCDETTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性 将某一输入端的电压由零逐渐增大，而将其它输将某一输入端的电压由零逐渐增大，而将其它输入端接电源正极保持恒定高电位。入端接电源正极保

13、持恒定高电位。阈值电压阈值电压(或称门槛电压或称门槛电压)UT：输出高电平转为低电平时所对应的输出高电平转为低电平时所对应的输入电压。本图输入电压。本图UT=1.4V。输出高电平电压输出高电平电压UOH：对应于对应于AB段的输出电压。段的输出电压。输出低电平电压输出低电平电压UOL：对应于对应于DE段的输出电压。段的输出电压。第23页/共56页20.3 TTL门电路 扇出系数扇出系数NO 指一个与非门能带同类门的最大数目，它表示带指一个与非门能带同类门的最大数目，它表示带负载能力。负载能力。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd 在与非门输入端加上一个在与非门输入端加上一个脉冲电压，则输出电压

14、将有一脉冲电压，则输出电压将有一定的时间延迟。定的时间延迟。tpd1：上升延迟时间上升延迟时间tpd2：下降延迟时间下降延迟时间tpd1tpd250%50%输入波形输入波形输出波形输出波形第24页/共56页20.3 TTL门电路 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 输入高电平电流输入高电平电流IIH：当某一输入端接高电平、其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。余输入端接低电平时，流入该输入端的电流。UCCAR1D1D2R2R3R4BT1T2T3T4D3Y+5V 当输入为负电压当输入为负电压时，为防止发射极电时，为防止发射极电流过

15、大，用流过大，用D1、D2使使输入端电压钳位在输入端电压钳位在0V附近，起保护作用。附近，起保护作用。输入低电平电流输入低电平电流IIL：当某一输入端接低电平、其当某一输入端接低电平、其余输入端接高电平时，从该余输入端接高电平时，从该输入端流出的电流。输入端流出的电流。第25页/共56页20.3 TTL门电路 三态输出与非门电路三态输出与非门电路AR1DR2R3R4BT1T2T3T4D3Y+5VE&AEYBEN&AEYBEN 当控制端（或称当控制端（或称使能端）使能端）E=1时，三态门的输出状态决时，三态门的输出状态决定于输入端定于输入端 A、B 的状态，实的状态，实现与非逻辑关系，此时电路处

16、现与非逻辑关系，此时电路处于工作状态。于工作状态。当当 E=0 时，时，T2、T3、T4都截止，输出端开路都截止，输出端开路而处于高阻状态。而处于高阻状态。若在若在E 端串接一非端串接一非门，则状态与之相反。门，则状态与之相反。第26页/共56页20.3 TTL门电路 三态门最重要的一个用途：实现用一根导线轮流三态门最重要的一个用途：实现用一根导线轮流传送几个不同的数据或控制信号，这根导线称为母线传送几个不同的数据或控制信号，这根导线称为母线（或总线）。（或总线）。&A1ENB1E1&A2ENB2E2&A3ENB3E3例：例：只要让各门的控制端轮流处于高只要让各门的控制端轮流处于高电平，即任何

17、时间只能有一个三态门电平，即任何时间只能有一个三态门处于工作状态，而其余三态门均处于处于工作状态，而其余三态门均处于高阻状态，这样，总线就会轮流接受高阻状态，这样，总线就会轮流接受各三态门的输出。各三态门的输出。用总线来传送数据或信号的方法用总线来传送数据或信号的方法在计算机中被广泛采用。在计算机中被广泛采用。第27页/共56页20.4 CMOS门电路门电路 MOS门电路：由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。第28页/共56页20.4 CMOS门电路 CMOS CM

18、OS非门电路（非门电路（CMOSCMOS反相器）反相器）GDSAG S D Y T1T2+UDDP沟道沟道N沟道沟道 当输入当输入A为为1(约为约为UDD)时，时，T1的栅的栅-源电压大于开源电压大于开启电压，导通；启电压，导通；T2的栅的栅-源电压小于开启电压的绝对值，源电压小于开启电压的绝对值，截止。这时，截止。这时，T2的电阻比的电阻比T1高得多，电源电压主要降高得多，电源电压主要降在在T2上，故上，故 Y=0(约为约为0V)。当输入当输入A为为0(约为约为0V)时，时，T1截止，截止，T2导通。这时，电源电压导通。这时，电源电压主要降在主要降在T1上，故上，故 Y=1(约为约为UDD)

19、。第29页/共56页20.4 CMOS门电路 CMOS CMOS与非门电路与非门电路 当输入当输入A、B全全为为1时，时，T1和和T2的都导通，电阻很的都导通，电阻很低；低；T3和和T4截止，电阻很高。这时，电源电压主要降截止，电阻很高。这时，电源电压主要降在负载管上，故在负载管上，故 Y=0。当输入至少有一个为当输入至少有一个为0时，则时，则T1和和T2截止，相应的截止，相应的负载管导通，因此负载管的负载管导通，因此负载管的总电阻很低，驱动管的总电总电阻很低，驱动管的总电阻很高。这时，电源电压主阻很高。这时，电源电压主要降在要降在T1、T2上，故上，故 Y=1。GDSAG S D Y T1T

20、4+UDDGDST3G S D T2B第30页/共56页20.4 CMOS门电路 CMOS CMOS或非门电路或非门电路当输入当输入A、B至少有一个至少有一个为为1时，输出时，输出Y=0。当输入全为当输入全为0时，输出时，输出Y=1。GDSAG S D Y T2T4+UDDGDST3G S D T1B 总结：总结：与非门的输入端愈多，与非门的输入端愈多，串联的驱动管也愈多，导通时的串联的驱动管也愈多，导通时的总电阻就愈大，输出低电平值将总电阻就愈大，输出低电平值将会因输入端的增多而提高，所以会因输入端的增多而提高，所以输入端不能太多。而或非门电路输入端不能太多。而或非门电路的驱动管是并联的，不

21、存在此问的驱动管是并联的，不存在此问题，所以题，所以在在MOS电路中，或非门电路中，或非门用得较多用得较多。第31页/共56页 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。逻辑代数运算法则20.5 逻辑代数逻辑代数第32页/共56页交换律交换律基本运算法则基本运算法则20.5 逻辑代数结合律结合律第33页/共56页分配律分配律证：证：20.5 逻辑代数吸收律证：证：第34页/共56页证：证：20.5 逻

22、辑代数证：证：反演律反演律(摩根定律摩根定律)第35页/共56页 逻辑函数的表示方法例：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；灯亮Y（输出变量）为1，灯灭为0。分别用四种方法表示逻辑函数Y。20.5 逻辑代数 逻辑函数常用逻辑状态表、逻辑式、逻辑图和卡诺逻辑函数常用逻辑状态表、逻辑式、逻辑图和卡诺图四种方法表示。图四种方法表示。第36页/共56页 逻辑状态表20.5 逻辑代数 A B C Y0 0 1 1

23、0 1 0 11 0 0 10 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 01 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，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；灯亮Y（输出变量）为1，灯灭为0。分别用四种方法表示逻辑函数Y。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。若有n个输入变量，则有2n种组合。第37页/共56页 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

24、态表写出逻辑式20.5 逻辑代数 A B C Y0 0 1 10 1 0 11 0 0 10 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1对一种组合而言，输入变量之间对一种组合而言，输入变量之间是与逻辑关系。是与逻辑关系。对应于 Y=1，若输入变量为1，则取其原变量(如 A)；若输入变量为 0，则取其反变量(如 )。而后取乘积项。如：如：第38页/共56页反之，也可以由逻辑式列出逻辑状态表。20.5 逻辑代数 A B C Y0 0 1 10 1 0 11 0 0 10 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1各种组合之间是或逻辑关系，取乘积项之和

25、。各种组合之间是或逻辑关系，取乘积项之和。如：如：例：例：A B C Y0 0 1 00 1 0 01 0 0 00 0 0 00 1 1 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1第39页/共56页最小项最小项 设设A，B，C是三个输入变量，有八种组合，相应的是三个输入变量，有八种组合，相应的乘积项（即最小项）也有八个：乘积项（即最小项）也有八个：n个输入变量有个输入变量有2n个最小项个最小项每项都含有三个输入变量，每个变量是它的一个因子；每项都含有三个输入变量，每个变量是它的一个因子；20.5 逻辑代数每项中每个因子或以原变量（每项中每个因子或以原变量（A，B，C）的形式或）的形式或以反

26、变量（以反变量（，）的形式出现一次。）的形式出现一次。第40页/共56页例：例：写出写出Y=AB+BC+CA的最小项逻辑式。的最小项逻辑式。解：解：同一个逻辑函数可以用不同的逻辑式来表达，但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由最小项组成的与或逻辑式则是唯一的，而，而逻辑状态逻辑状态表表是用最小项表示的，因而是用最小项表示的，因而也是唯一的也是唯一的。20.5 逻辑代数第41页/共56页 逻辑图 一般由逻辑式画出一般由逻辑式画出逻辑图。逻辑图。因为逻辑式不是唯因为逻辑式不是唯一的，所以逻辑图也不一的，所以逻辑图也不是唯一的。是唯一的。20.5 逻辑代数1

27、111AYBCABCABC第42页/共56页 由逻辑状态表写出的逻辑式，以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。逻辑函数的化简20.5 逻辑代数例：应用逻辑代数运算法则化简并项法应用 消去变量。第43页/共56页例：配项法应用 展开、合并化简。20.5 逻辑代数加项法应用 合并化简。例：第44页/共56页吸收法例：应用 消去多余因子。20.5 逻辑代数例：第45页/共56页例：例：20.5 逻辑代数第46页/共56页 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

28、。运用逻辑代数运用逻辑代数化简或变换化简或变换写逻辑式写逻辑式 组合逻辑电路的分析20.6 组合逻辑电路的分析和综合组合逻辑电路的分析和综合第47页/共56页例例1：分析下图的逻辑功能。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和综合ABY运用逻辑代数化简运用逻辑代数化简解：解：第48页/共56页由化简后的逻辑式列逻辑状态表分析逻辑功能 20.6 组合逻辑电路的分析和综合0 0 0 1 1 0 1 1 0110ABY当输入端A、B相异时，输出为1；输入端A、B相同时，输出为0。这种电路称为异或门电路。=1ABY逻辑符号逻辑符号第49页/共56页例2：分析图示逻辑电路的逻

29、辑功能20.6 组合逻辑电路的分析和综合ABC1Y由逻辑图写出逻辑式解：解：运用逻辑代数化简运用逻辑代数化简第50页/共56页20.6 组合逻辑电路的分析和综合由化简后的逻辑式列逻辑状态表分析逻辑功能 A B C Y0 0 1 00 1 0 01 0 0 00 0 0 10 1 1 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1 只有当输入端A、B、C全部相同时，输出才为1；否则为0。这种电路称为判一致电路，可用于判断三个输入端的状态是否一致。第51页/共56页 组合逻辑电路的综合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运用逻辑代数化简或变换化简或变换写逻辑式写逻辑式已知逻辑

30、要求已知逻辑要求20.6 组合逻辑电路的分析和综合第52页/共56页例例3：试设计一逻辑电路供三人试设计一逻辑电路供三人(A，B，C)表决使用。表决使用。每人有一电键，如果他赞成，就按电键表示每人有一电键，如果他赞成，就按电键表示1；如果不；如果不赞成，不按电键，表示赞成，不按电键，表示0。表决结果用指示灯来表示，。表决结果用指示灯来表示，如果多数赞成，则指示灯亮，如果多数赞成，则指示灯亮，Y=1；反之则不亮，；反之则不亮，Y=0。解：20.6 组合逻辑电路的分析和综合由题意列出逻辑状态表由题意列出逻辑状态表 A B C Y0 0 1 00 1 0 01 0 0 00 0 0 00 1 1 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1由逻辑状态表写出逻辑式并化简第53页/共56页由逻辑式画出逻辑图20.6 组合逻辑电路的分析和综合1ABCY若规定用与非门来实现，则若规定用与非门来实现，则ABCY第54页/共56页本章作业本章作业（画波形）（画波形）（画逻辑图）（画逻辑图）（由逻辑图写逻辑式）（由逻辑图写逻辑式）、3 3、5)5)（逻辑代数化简）（逻辑代数化简）（分析逻辑电路）（分析逻辑电路）第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页