数字电路讲义第三章幻灯片.ppt

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1、数字电路讲义第三章第1页，共62页，编辑于2022年，星期六3.1 概概 述述主要要求：主要要求：了解逻辑门电路的作用和常用类型。了解逻辑门电路的作用和常用类型。理解高电平信号和低电平信号的含义。理解高电平信号和低电平信号的含义。第2页，共62页，编辑于2022年，星期六 TTL 即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 一、门电路的作用和常用类型一、门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分按功能特点不同分 普通门(推拉式输出)CMOS传输门 输出开路门 三态门 门电路门电路(Gat

2、e Circuit)指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分按逻辑功能不同分 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 按电路结构不同分按电路结构不同分 TTL 集成门电路 CMOS 集成门电路 输输入入端端和和输输出出端端都都用用三三极极管的逻辑门电路。管的逻辑门电路。用互补对称用互补对称 MOS 管管构成的逻辑门电路。构成的逻辑门电路。第3页，共62页，编辑于2022年，星期六二、高电平和低电平的含义二、高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某高

3、电平和低电平为某规定范围规定范围的电位值，而非一固定值。的电位值，而非一固定值。高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？10高电平低电平01高电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定 3.6V2.4V0.8V0V第4页，共62页，编辑于2022年，星期六主要要求：主要要求：理解理解三极管的开关特性。三极管的开关特性。掌握三极管开关工作的条件。掌握三极管开关工作的条件。3.2三极管的开关特性三极管的开关特性第5页，共62页，编辑于2022年，星期六IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱和区放大区一、三极管

4、的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区uBE IB(sat)因为因为 iB=IHB-0.7 VUR所以求得所以求得 RB ton二、三极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 开关时间主要由于开关时间主要由于电荷电荷存储效应存储效应引起，要提高开关速引起，要提高开关速度，必须降低三极管饱和深度，度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。加速基区存储电荷的消散。第11页，共62页，编辑于2022年，星期六C E B SBD B C E 在普通三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管(简称 SBD)。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高抗饱和三极管的开关速度高 没

5、有电荷存储效应 SBD 的导通电压只有 0.4 V 而非 0.7 V，因此 UBC=0.4 V 时，SBD 便导通，使 UBC 钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。三、三、抗饱和三极管简介抗饱和三极管简介第12页，共62页，编辑于2022年，星期六主要要求：主要要求：了解了解 TTL 与非门的组成。与非门的组成。了解了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识。集成逻辑门的主要参数和使用常识。3.3TTL 集成逻辑门集成逻辑门 掌握掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功能和主要外特性。了解了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。第13

6、页，共62页，编辑于2022年，星期六ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电路系列与非门电路逻辑符号逻辑符号8.2 k 900 50 3.5 k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门的基本组成与外特性与非门的基本组成与外特性(一一)典型典型 TTL 与非门电路与非门电路 除V4外，采用了抗饱和三极管，用以提高门电路工作速度。V4不会工作于饱和状态，因此用普通三极管。输入级主要由多发射极管 V1 和基极电阻 R1 组成，用以实现输入变量 A、B、C

7、 的与运算。VD1 VD3 为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，VD1 VD3不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在-0.7 V上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对 V1 还有保护作用。中间级起倒相放大作用，V2 集电极 C2 和发射极 E2 同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动 V3和 V5。RB、RC 和 V6 构成有源泄放电路，用以减小 V5管开关时间，从而提高门电路工作速度。输出级由 V3、V4、R4、R5和V5组成。其中 V3 和 V4 构成复合管，与 V5 构成推拉式输出结构，提高了负载能力。第14页，

8、共62页，编辑于2022年，星期六电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线(三三)TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1.电压传输特性电压传输特性和噪声容限和噪声容限 输出电压随输入电压变化的特性 uI 较小时工作于AB 段，这时 V2、V5 截止，V3、V4 导通，输出恒为高电平，UOH 3.6V，称与非门工作在截止区或处于关门状态。uI 较大时工作于 BC 段，这时 V2、V5 工作于放大区，uI 的微小增大引起 uO 急剧下降，称与非门

9、工作在转折区。uI 很大时工作于 CD 段，这时 V2、V5 饱和，输出恒为低电平，UOL 0.3V，称与非门工作在饱和区或处于开门状态。电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线饱和区：与非门处于开门状态。截止区：与非门处于关门状态。转折区 第15页，共62页，编辑于2022年，星期六下面介绍与电压传输特性有关的主要参数：有关参数有关参数 0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲线电压传输特性曲线标准高电平标准

10、高电平 USH 当当 uO USH 时，则认为输出高电时，则认为输出高电平，通常取平，通常取 USH=3 V。标准低电平标准低电平 USL当当 uO USL 时，则认为输出低电时，则认为输出低电平，通常取平，通常取 USL=0.3 V。关门电平关门电平 UOFF保保证证输输出出不不小小于于标标准准高高电电平平USH 时时,允许的输入低电平的最大值。允许的输入低电平的最大值。开门电平开门电平 UON保保证证输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL 时时,允许的输入高电平的最小值。允许的输入高电平的最小值。阈值电压阈值电压 UTH转转折折区区中中点点对对应应的的输输入入电电压压，又又称称门槛

11、电平。门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：uI UTH，则与非门开通，输出低电平UOL；uI UTH，则与非门关闭，输出高电平UOH。第16页，共62页，编辑于2022年，星期六噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL=UOFF UIL 指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH=UIH UON 输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，

12、这个允许值称为就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限噪声容限。输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限 UNL第17页，共62页，编辑于2022年，星期六输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.输入负载特性输入负载特性 ROFF 称关门电阻。称关门电阻。RI RON 时时，相相应应输输入入端端相相当当于于输输入高电平。对入高电平。对 STTL 系列，系列，RON 2.1 k。RONROFFUOFF第18页，共62页，编辑于2022年，星期六 例例 下图

13、中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k，试对应，试对应 输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非门的输出波形。(a)(b)tA0.3 V3.6 VO不同 TTL 系列，RON、ROFF 不同。相应输入端相当于输入低电平，也相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑即相当于输入逻辑 0。逻辑逻辑0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH。相应输入端相当于输入高电平，也即相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑相当于输入逻辑 1。逻辑逻辑1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图(a)中，中，

14、RI=300 RON 3 k 第19页，共62页，编辑于2022年，星期六3.输出输出负载特性负载特性 负载电流流入与非负载电流流入与非门的输出端。门的输出端。负载电流从与非门的负载电流从与非门的输出端流向外负载。输出端流向外负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平 输入有低输入有低电平电平 输出为低电平输出为低电平 输出为高电平输出为高电平 灌电流负载拉电流负载 不不管管是是灌灌电电流流负负载载还还是是拉拉电电流流负负载载，负负载载电电流流都都不不能能超超过过其其最最大大允允许许电电流流，否否则则将将导导致致电电路

15、路不不能能正正常常工作，甚至烧坏门电路。工作，甚至烧坏门电路。实用中常用实用中常用扇出系数扇出系数 NOL、NOH表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。通常按照负通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载 拉电流负载拉电流负载 第20页，共62页，编辑于2022年，星期六 由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号输入信号UOm0.5 UOm0.5 UImUIm输出信号输出信号4.传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿

16、 0.5 UIm 处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔处间隔的时间称的时间称截止延迟时间截止延迟时间 tPLH。输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间处间隔的时间称隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间 tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd tPHLtPLHtpd 越小，则门电路开越小，则门电路开关速度越高，工作频率越关速度越高，工作频率越高。高。0.5 UIm0.5 UOm第21页，共62页，编辑于2022年，星期六5.功耗功耗-延迟积延迟积 常用功耗常用功耗 P 和平均传输延迟时间和

17、平均传输延迟时间 tpd 的乘积的乘积(简称简称功耗功耗 延迟积延迟积)来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，即M=P tpd 性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。第22页，共62页，编辑于2022年，星期六 使用时需外接上拉电阻 RL 即 Open collector gate，简称 OC 门。常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，TTL 与非门的上

18、述特性对这些门电路大多适用。二、其他功能的二、其他功能的 TTL 门电路门电路(一一)集电极开路与非门集电极开路与非门 1.逻辑符号逻辑符号OC门门第23页，共62页，编辑于2022年，星期六 相当于与门作用。因为 Y1、Y2 中有低电平时，Y 为低电平；只有 Y1、Y2 均为高电平时，Y才为高电平，故 Y=Y1 Y2。2.应用应用 (1)实现线与实现线与两个或多个两个或多个 OC 门的输出端直接相连，相当于将门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。这些输出信号相与，称为线与。Y只有只有 OC 门才能实现线与。普通门才能实现线与。普通 TTL 门门输出端不能并联，否则可能损坏器

19、件。输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意注意第24页，共62页，编辑于2022年，星期六(2)驱动显示器和继电器等驱动显示器和继电器等 例例 下图为用下图为用 OC 门驱动发光二极管门驱动发光二极管 LED 的显示电路。的显示电路。已知已知 LED 的正向导通压降的正向导通压降 UF=2V，正向工作电流，正向工作电流 IF=10 mA，为保证电路正常工作，试确定，为保证电路正常工作，试确定 RC 的值。的值。解解：为保证电路正常工作，应满足为保证电路正常工作，应满足因此因此RC=270 分析：该电路只有在 A、B 均为高电平，使输出 uO 为低电平时，LED 才导通发光；否则 LED 中无电

20、流流通，不发光。要使 LED 发光，应满足IRc IF=10 mA。第25页，共62页，编辑于2022年，星期六TTLCMOSRLVDD+5 V(3)实现电平转换实现电平转换 TTL 与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用类门电路的高低电平标准不一样。应用 OC 门就可以适应门就可以适应负载门对电平的要求。负载门对电平的要求。OC 门的 UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合 CMOS 电路 UIH VDD，UIL 0的要求。VDDRL第26页，共62页，编辑于2022年，星期六综上所述，可见：综上所述，可见：

21、(二二)三态输出门三态输出门 1.逻辑符号逻辑符号只有当使能信号只有当使能信号 EN=0 时才允许三态门工作，故称时才允许三态门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效。EN 称使能信号或控制信号，称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。称数据信号。当当 EN=0 时，时，Y=AB，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当 EN=1 时，三态门输出呈时，三态门输出呈现高阻态，又现高阻态，又称称禁止态。禁止态。即 Tri-State Logic 门，简称 TSL 门。其输出有高电平态、低电平态和高阻态三种状态。第27页，共62页，编辑于2022年，星期六EN 即 Enable功能表功能表Z0AB

22、1YEN使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功能表功能表Z1AB0YENEN第28页，共62页，编辑于2022年，星期六2.应用应用 任何时刻任何时刻 EN1、EN2、EN3 中只能有一个为有效电平，中只能有一个为有效电平，使相应三态门工作，而其他三使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。实现了总线的复用。总线总线 (1)构成单向总线构成单向总线 第29页，共62页，编辑于2022年，星期六DIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工作DI EN=0 时，总线上的数据 DI经反相后在 G2 输出端输出。(2)构成双

23、向总线构成双向总线 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1 时，数据 DO 经 G1 反相后传送到总线上。DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1 时，数据 DO 经 G1 反相后传送到总线上。DIDO/DIDO第30页，共62页，编辑于2022年，星期六 TTL 集成门的类型很多,那么如何识别它们?各类型之间有何异同?如何选用合适的门?三、三、TTL 集成门应用要点集成门应用要点 1.各系列各系列 TTL 集成门的比较与选用集成门的比较与选用 用于民品用于民品 用于军品用于军品 具有完全相同的电路结构和电气性能参具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但数，但

24、 CT54 系列更适合在温度条件恶劣、系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。供电电源变化大的环境中工作。按工作温度和电源允许变化范围不同分为按工作温度和电源允许变化范围不同分为 CT74 系列 CT54 系列第31页，共62页，编辑于2022年，星期六向高速向高速发展发展 向低功向低功耗发展耗发展 按平均传输延迟时间和平均功耗不同分按平均传输延迟时间和平均功耗不同分 向减小向减小功耗功耗-延迟积延迟积发展发展 措施：增大电阻值 措施：(1)采用 SBD 和抗饱和三极管；(2)采用有源泄放电路；(3)减小电路中的电阻值。其中，其中，LSTTL 系列综合性能优越、品种多、价系列综合

25、性能优越、品种多、价格便宜；格便宜；ALSTTL 系列性能优于系列性能优于 LSTTL，但品种少、，但品种少、价格较高，因此价格较高，因此实用中多选用实用中多选用 LSTTL。CT74 系列(即标准 TTL)CT74L 系列(即低功耗 TTL简称 LTTL)CT74H 系列(即高速 TTL简称 HTTL)CT74S 系列(即肖特基TTL简称 STTL)CT74AS 系列(即先进肖特基TTL简称 ASTTL)CT74LS 系列(即低功耗肖特基TTL 简称 LSTTL)CT74ALS 系列(即先进低功耗肖特基TTL 简称 LSTTL)第32页，共62页，编辑于2022年，星期六集成门的选用要点集成

26、门的选用要点(1)实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率 fm 应不大于逻辑门最高工作应不大于逻辑门最高工作 频率频率 fmax 的一半。的一半。(2)不同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速度度(平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd)和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时，高速门电路可以替换低速的；反之则不行。高速门电路可以替换低速的；反之则不行。例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT

27、74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引脚图引脚图 双列直插 14 引脚四 2 输入与非门 第33页，共62页，编辑于2022年，星期六2.TTL 集成逻辑门的使用要点集成逻辑门的使用要点 (1)电源电压用电源电压用+5 V，74 系列应满足系列应满足 5 V 5%。(2)输出端的连接输出端的连接 普通普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。一个门工作，其他门输出处于高阻状态。集电极开路门输出端可并联使用，但公

28、共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源 VCC 之间应接负载电阻之间应接负载电阻 RL。输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。第34页，共62页，编辑于2022年，星期六3.多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。接 VCC通过 1 10 k 电阻接 VCC与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空

29、，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。第35页，共62页，编辑于2022年，星期六或门和或非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接第36页，共62页，编辑于2022年，星期六 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。(ROFF 700 ，RON 2.1 k)第37页，共62页，编辑于2022年，星期六解：解：OC 门输出端需外接上拉电阻RC5.1kY=1Y=0 RI RON，相应输入端为高电平。510 RI ROFF，相应输入端为低电平。第38页，共62页，编辑于2022年，星期六 是由增强型 PMOS

30、 管和增强型 NMOS 管组成的互补对称 MOS 门电路。比之 TTL，其突出优点为：微功耗、抗干扰能力强。主要要求：主要要求：了解了解 CMOS 数字集成电路的应用要点。数字集成电路的应用要点。掌握掌握CMOS 与非门、或非门、开路门、与非门、或非门、开路门、三态门和传输门的电路和逻辑功能。三态门和传输门的电路和逻辑功能。3.4CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 第39页，共62页，编辑于2022年，星期六(二二)漏极开路的漏极开路的 CMOS 门门简称 OD 门 与与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。Y=AB第40页，共62页，

31、编辑于2022年，星期六(三三)CMOS 传输门传输门 C=1，C=0 时，传输门开通，uO=uI；C=0，C=1 时，传输门关闭，信号不能传输。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号 TG 即 Transmission Gate 的缩写 传输门是一个理想的传输门是一个理想的双向开关，双向开关，可传输模拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号。第41页，共62页，编辑于2022年，星期六(四四)CMOS 三态输出门三态输出门 EN=1 时，输出端时，输出端 Y 呈现高阻态。呈现高阻态。因此构成使能端低电平有效的三态门。EN=0 时，时，Y=AEN第42页，共6

32、2页，编辑于2022年，星期六三、三、CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点(一一)CMOS 数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000 系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽 VDD=3 15 V；工作频率低，工作频率低，fmax=5 MHz；驱动能力差驱动能力差。高速高速CMOS 系列系列(又称又称 HCMOS 系列系列)功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围 VDD=2 6 V；工作频率高，工作频率高，fmax=50 MHz；驱动能力强。驱动能力强。提高速度措施：减小MOS 管的极间电容

33、。由于由于CMOS电路电路 UTH VDD/2，噪声容限，噪声容限UNL UNH VDD/2，因此抗，因此抗干扰干扰能力很强。电源电压越高，能力很强。电源电压越高，抗干扰能力越强。抗干扰能力越强。第43页，共62页，编辑于2022年，星期六民品民品 军品军品 VDD=2 6 V T 表示与 TTL 兼容VDD=4.5 5.5 V CC54HC/74HC 系列系列CC54HC /74HC 系系列列 TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为 按工作温度不同分为按工作温度不同分为 CC74 系列 CC54 系列 高速 CMOS 系列第44页，共62页，编辑于2022年，星期六1.注意不同系列注意不同

34、系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，电路允许的电源电压范围不同，一般多用一般多用+5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰能力也越强。(二二)CMOS 集成逻辑门使用要点集成逻辑门使用要点 2.闲置输入端的处理闲置输入端的处理 不允许悬空。不允许悬空。可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。或门和或非门的闲置输

35、入端可接地或低电平。第45页，共62页，编辑于2022年，星期六主要要求：主要要求：了解了解 TTL 和和 CMOS 电路的主要差异。电路的主要差异。了解了解集成门电路的选用和应用。集成门电路的选用和应用。3.5 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路的应用 第46页，共62页，编辑于2022年，星期六一、一、CMOS 门门电路比之电路比之 TTL 的主要特点的主要特点 注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与 TTL 相近。功耗极低功耗

36、极低 抗干扰能力强抗干扰能力强 电源电压范围宽电源电压范围宽 输出信号摆幅大输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0 V)输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 第47页，共62页，编辑于2022年，星期六二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定 若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。电路。目前多用目前多用 74LS 系列，它的功耗较系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率；如工作频率较高，可选用较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一系列

37、，其工作频率一般可至般可至 50 MHz。若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。电路。其中其中 CMOS4000 系列一般用于工系列一般用于工作频率作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较以下、要求较强驱动能力的场合。强驱动能力的场合。第48页，共62页，编辑于2022年，星期六解：解：三、集成逻辑门电路应用举例三、集成逻辑门电路应用举例 例例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。试改正下图电路的错误，使其正常工作。CMOS 门门TTL

38、 门门OD 门门(a)(b)(c)(d)VDDCMOS 门门Ya=ABVDDYb=A+BTTL 门门OD 门门Yc=AVDDENYd=ABEN=1 时时EN=0 时时OD 门门&TTL 门门悬空悬空CMOS 门门悬空悬空第49页，共62页，编辑于2022年，星期六可用两级电路 2 个与非门实现之 例例 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。解：解：(1)用与非门实现与门用与非门实现与门设法将 Y=AB 用与非式表示因为因为 Y=AB=AB因此，用与非门实现的与门电路为因此，用与非门实现的与门电路为Y=AB将与非门多余输入端与有用端并联使用构成非门第50

39、页，共62页，编辑于2022年，星期六可用两级电路 3 个与非门实现(2)用与非门实现或门用与非门实现或门因此，用与非门实现的或门电路为因此，用与非门实现的或门电路为Y=A+B因为因为 Y=A+B=A+B=A B设法将 Y=A+B 用与非式表示实现 A实现 B第51页，共62页，编辑于2022年，星期六可用两级电路 3 个或非门实现之。(3)用或非门实现与门用或非门实现与门设法将 Y=AB 用或非式表示因此，用或非门实现的与门电路为因此，用或非门实现的与门电路为因为因为 Y=AB=A B=A+B将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门Y=AB第52页，共62页，编辑于2022年，星期六可用两

40、级电路 2 个或非门实现之(4)用或非门实现或门用或非门实现或门设法将 Y=A+B 用或非式表示因为因为 Y=A+B=A+B因此，用或非门实现的或门电路为因此，用或非门实现的或门电路为Y=A+B第53页，共62页，编辑于2022年，星期六 例例 有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中两种或不同类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路。与非门设计产

41、生报警信号的电路。输 入输 出A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1解：解：(1)分析设计要求，建立真值表分析设计要求，建立真值表感三种不同类型的火灾探测器感三种不同类型的火灾探测器有烟感、温感和紫外光有烟感、温感和紫外光产生报警信号产生报警信号两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才与非门设计与非门设计 报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外光感三种探测器的输出信号，设用光感三种探测器的输出信号，设用 A、B、C 表示，且规定有火灾探测信号时用表示，且规定有火灾

42、探测信号时用 1 表示，表示，否则用否则用 0 表示。表示。报警电路的输出用报警电路的输出用 Y 表示，且规定需表示，且规定需报警时报警时Y 为为 1，否则，否则 Y 为为 0。由此可列出真值表如右图所示由此可列出真值表如右图所示11110000(2)根据根据真值表画函数卡诺图真值表画函数卡诺图第54页，共62页，编辑于2022年，星期六 1 1ABC0100 0111 10 1 1(3)用卡诺图化简法求出输用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最简与或表出逻辑函数的最简与或表达式，再变换为与非表达达式，再变换为与非表达式。式。Y=AB+AC+BC(4)画逻辑图画逻辑图根据 Y 的与非表达式画逻辑图

43、=AB AC BCABCY=AB AC BC第55页，共62页，编辑于2022年，星期六门电路是组成数字电路的基本单元之一，最基门电路是组成数字电路的基本单元之一，最基本的逻辑门电路有与门、或门和非门。实用中本的逻辑门电路有与门、或门和非门。实用中通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门和和 CMOS 传输门等。门电路的传输门等。门电路的学习重点是常学习重点是常用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法。用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法。本章小结本章小结第56页，共62页，编辑

44、于2022年，星期六在数字电路中，三极管作为开关使用。在数字电路中，三极管作为开关使用。硅硅 NPN 管管的的截截止止条条件件为为 UBE 0.5 V，可可靠靠截截止止条条件件为为 UBE 0 V，这这时时 iB 0，iC 0，集集电电极极和和发发射射极极之之间间相相当当于于开开关关断断开开；饱饱和和条条件件为为 iB IB(sat)，这这时时，硅硅管管的的 UBE(sat)0.7 V，UCE(sat)0.3 V，集集电电极和发射极之间相当于开关闭合。极和发射极之间相当于开关闭合。三三极极管管的的开开关关时时间间限限制制了了开开关关速速度度。开开关关时时间间主主要要由由电电荷荷存存储储效效应应

45、引引起起，要要提提高高开开关关速速度度，必必须须降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。第57页，共62页，编辑于2022年，星期六TTL 数字集成电路主要有数字集成电路主要有 CT74 标准系列、标准系列、CT74L 低功耗系列、低功耗系列、CT74H 高速系列、高速系列、CT74S 肖特基系列、肖特基系列、CT74LS 低功耗肖特基低功耗肖特基系列、系列、CT74AS 先进肖特基系列和先进肖特基系列和 CT74ALS先进低功耗肖特基系列。其中，先进低功耗肖特基系列。其中，CT74L 系列系列功耗最小，功耗最小，CT74AS 系列工作频率最高。

46、系列工作频率最高。通常用功耗通常用功耗-延迟积来综合评价门电路性能。延迟积来综合评价门电路性能。CT74LS 系列功耗系列功耗-延迟积很小、性能优越、延迟积很小、性能优越、品种多、价格便宜，实用中多选用之。品种多、价格便宜，实用中多选用之。ALSTTL 系列性能更优于系列性能更优于 LSTTL，但品种少、价格较高。但品种少、价格较高。第58页，共62页，编辑于2022年，星期六CMOS 数数字字集集成成电电路路主主要要有有 CMOS4000 系系列列和和HCMOS 系系列列。CMOS4000 系系列列工工作作速速度度低低，负负载载能能力力差差，但但功功耗耗极极低低、抗抗干干扰扰能能力力强强，电

47、电源源电电压压范范围围宽宽，因因此此，在在工工作作频频率率不不高高的的情情况况下下应应用用很很多多。CC74HC 和和 CC74HCT 两两个个系系列列的的工工作作频频率率和和负负载载能能力力都都已已达达到到 TTL 集集成成电电路路 CT74LS的的水水平平，但但功功耗耗、抗抗干干扰扰能能力力和和对对电电源源电电压压变变化化的的适适应应性性等等比比 CT74LS 更更优优越越。因因此此，CMOS 电电路路在在数数字字集集成成电电路路中中，特特别别是是大大规规模模集集成成电电路路应应用用更广泛，已成为数字集成电路的发展方向。更广泛，已成为数字集成电路的发展方向。第59页，共62页，编辑于202

48、2年，星期六应用集成门电路时，应注意：应用集成门电路时，应注意：TTL电路只能用电路只能用5 V(74系列允许误差系列允许误差5%)；CMOS4000 系系列列可可用用 3 15 V；HCMOS系系列列可可用用 2 6 V；CTMOS 系系列列用用 4.5 5.5 V。一一般般情情况况下下，CMOS 门门多多用用 5 V，以便与以便与 TTL 电路兼容电路兼容。(1)电源电压的正确使用电源电压的正确使用(2)输出端的连接输出端的连接 开路门的输出端可并联使用实现线与开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需要一定功，还可用来驱动需要一定功率的负载。率的负载。三态输出门的输出端也可并联，用

49、来实现总线结构，但三态三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能。输出门必须分时使能。使用三态门时，需注意使能端的使用三态门时，需注意使能端的有效电平。有效电平。普通门普通门(具有推拉式输出结构具有推拉式输出结构)的输出端不允许的输出端不允许直接并联实现线与直接并联实现线与。第60页，共62页，编辑于2022年，星期六(3)闲置输入端的处理闲置输入端的处理(4)信号信号的正确使用的正确使用 TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。电路多余输入端不允许悬空。CMOS电路多余输入端与有用输入端的并接

50、仅适用于工作频率很低的场合。数字电路中的信号有高电平和低电平两种取值，高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。门电路种类不同，高电平和低电平的允许范围也不同。或门和或非门或门和或非门与门和与非门与门和与非门多余输入端接地或与有用输入端并接多余输入端接正电源或与有用输入端并接第61页，共62页，编辑于2022年，星期六UILUOFFUIHUONUILUSLUIHUSH通通常常以以保保证证有有较较大大的的噪声容限噪声容限噪声容限越大，则电路抗干扰能力越强。UIL UOL 0 VUIH UOH VDD UNL UNH VDD/2，噪声容限很大，噪声容限很大，因因此电路抗干扰能力很强。此电路