逻辑门与触发器PPT课件

1、一、一、TTL门电路的主要参数及使用规则门电路的主要参数及使用规则1. TTL与非门电路的主要参数与非门电路的主要参数 静态功耗静态功耗PD: 输出高电平输出高电平VOH : 输出低电平输出低电平VOL : 扇出系数扇出系数NO :PD 50 mWVOH 3.5 V，为逻辑，为逻辑1；VOL 0.4 V，为逻辑，为逻辑0；NO = IOL/IIS & mA +5V IIS 1k RP 100 +VCC （+5V） + VO0.4V 为合格 mA V & 一般一般： IIS 1.6mA IOL 16mA第1页/共36页一、一、TTL门电路的主要参数及使用规则门电路的主要参数及使用

2、规则1. TTL与非门电路的主要参数与非门电路的主要参数 平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd : 直流噪声容限直流噪声容限VNH和和VNL :tPLH50%50%50%50%tPLH输入输入同相同相输出输出tpd= (tPLH+tPHL)/2 tpd的数值很小，一般为几纳秒至几十纳秒。的数值很小，一般为几纳秒至几十纳秒。指输入端所允许的输入电压变化的极限范围。指输入端所允许的输入电压变化的极限范围。VNH= VOH minVIH minVNL= VIL maxVOL max第2页/共36页一、一、TTL门电路的主要参数及使用规则门电路的主要参数及使用规则2. TTL器件的使用规则器件的使用

3、规则电源电压+VCC: 只允许在只允许在+5V10%范围内，超过范围内，超过该范围可能会损坏器件或使逻辑功能混乱。该范围可能会损坏器件或使逻辑功能混乱。电源滤波 TTL器件的高速切换会产生电流跳变，器件的高速切换会产生电流跳变，其幅度约其幅度约4mA5mA。该电流在公共走线上的压降会。该电流在公共走线上的压降会引起噪声干扰，因此，要尽量缩短地线以减小干扰。引起噪声干扰，因此，要尽量缩短地线以减小干扰。可在电源端并接可在电源端并接1个个100 F的电容作为低频滤波及的电容作为低频滤波及1个个0.01 F0.1 F的电容作为高频滤波。的电容作为高频滤波。第3页/共36页输出端的连接 不允许输出端直

4、接接不允许输出端直接接+5V或接地。除或接地。除OC门门和三态和三态(TS)门外，其它门电路的输出端不允许并联使用，否门外，其它门电路的输出端不允许并联使用，否则，会引起逻辑混乱或损坏器件。则，会引起逻辑混乱或损坏器件。输入端的连接 输入端串入输入端串入1只只1k 10k 电阻与电源连接电阻与电源连接或直接接电源电压或直接接电源电压+VCC来获得高电平输入。直接接地为低电来获得高电平输入。直接接地为低电平输入。平输入。 或门、或非门等或门、或非门等TTL电路的多余的输入端不能悬空，只能电路的多余的输入端不能悬空，只能接地；接地； 与门、与非门等与门、与非门等TTL电路的多余输入端可以悬空电路的

5、多余输入端可以悬空(相当于接相当于接高电平高电平)，但易受到外界干扰，可将它们接，但易受到外界干扰，可将它们接+VCC或与其它输或与其它输入端并联使用，输入端并联时，从信号获取的电流将增加。入端并联使用，输入端并联时，从信号获取的电流将增加。2. TTL器件的使用规则器件的使用规则第4页/共36页 二、二、CMOS门电路的主要参数及使用规门电路的主要参数及使用规则则 1. CMOS与非门电路的主要参数 电源电压电源电压+VDD: +VDD一般在一般在+5V+15V范围内均可范围内均可正常工作，并允许波动正常工作，并允许波动10%。静态功耗静态功耗PD : 约在微瓦量级。约在微瓦量级。输出高电平

6、输出高电平VOH : VOHVDD 0.5V为逻辑为逻辑1。 输出低电平输出低电平VOL:VOLVSS+0.5V为逻辑为逻辑0(VSS=0V)。扇出系数扇出系数NO :在工作频率较低时，扇出系数不受在工作频率较低时，扇出系数不受限制。但在高频工作时，由于后级门的输入电容限制。但在高频工作时，由于后级门的输入电容成为主要负载，扇出系数将受到限制，一般成为主要负载，扇出系数将受到限制，一般NO=1020。第5页/共36页 二、二、CMOS门电路的主要参数及使用规门电路的主要参数及使用规则则 1. CMOS与非门电路的主要参数 平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd : CMOS电路的平均传输延迟电

7、路的平均传输延迟时间比时间比TTL电路的长得多，通常电路的长得多，通常tpd 200ns。直流噪声容限直流噪声容限VNH和和VNL : CMOS器件的噪声容限通器件的噪声容限通常以电源电压常以电源电压+VDD的的30%来估算。来估算。 当当+VDD= +5V时，时，VNH VNL=1.5V，可见，可见CMOS器件的噪声容限比器件的噪声容限比TTL电路的要大得多，因此，电路的要大得多，因此，抗干扰能力也强得多。抗干扰能力也强得多。 提高电源电压提高电源电压+VDD是提高是提高CMOS器件抗干扰能力器件抗干扰能力的有效措施。的有效措施。第6页/共36页2. CMOS器件的使用规则器件的使用规则 l

8、 电源电压+VDD:电源电压不能接反，规定+VDD接电源正极，VSS接电源负极(通常接地)。 二、二、CMOS门电路的主要参数及使用规则门电路的主要参数及使用规则 输出端的连接：输出端不允许直接接输出端不允许直接接+VDD或地，或地，除三态门外，不允许两个器件的输出端连接使用。除三态门外，不允许两个器件的输出端连接使用。输入端的连接：输入信号输入信号Vi应为应为VSSViVDD，超出该，超出该范围会损坏器件内部的保护二极管或绝缘栅极，可在范围会损坏器件内部的保护二极管或绝缘栅极，可在输入端串接一只限流电阻输入端串接一只限流电阻(10100 ) k ； 工作速度不高时，允许输入端并联使用。工作速

9、度不高时，允许输入端并联使用。 多余的输出端不能悬空，应按逻辑要求直接接多余的输出端不能悬空，应按逻辑要求直接接+VDD或或VSS(地地)；第7页/共36页三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 3. 门电路构成的触发器门电路构成的触发器 (a) (b) +5V R 1k vo vO S K 由由 1 到到 2 K 由由 2 到到 1 Q SR Q & 3.3k2 S 5V 74LS00 K 1 2 R & Q 去抖开关去抖开关第8页/共36页 4. 集电极开路门集电极开路门(OC门门) TTL 电路电路 TTL 电路电路 D C B A T1 T2 VCC RP L

10、 三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 CDABRL A B C D & VCC 因因OC门输出端是悬空的，使用时一定要在门输出端是悬空的，使用时一定要在输输出端与电源出端与电源之间接一电阻之间接一电阻RL。第9页/共36页VOH三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 4. OC门和三态门和三态(TS)门的应用门的应用 OC门输出逻辑是门输出逻辑是高高电平时：电平时： & 5V 74LS00 RL & & VCC 74LS03 & m & n n个个OC门线与驱动门线与驱动m个个TTL门电路门电路IHOHmin OHCCma

11、xLImnIVVR IIHIIHILIOH式中，式中，VOH min=2.4V， IOH =100 A，IIH =50 A m为负载门输入端总个数。为负载门输入端总个数。 第10页/共36页三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 4. OC门和三态门和三态(TS)门的应用门的应用VOL & 5V 74LS00 RL & & VCC 74LS03 & m & n IILIILILIOLVOHVOHIOHILOLmax OLCCmin LmIIVVR VOL max=0.4V， IOL=8mA，IIL=0.4mAm为负载门输入端总个数。为负载门输入

12、端总个数。 n个个OC门线与驱动门线与驱动m个个TTL门电路门电路 OC门输出逻辑是门输出逻辑是低低电平时：电平时：第11页/共36页74LS1251A1C1EN1EN1EN1A2C2A3C3Y1Y2Y3总线三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 三态三态(TS)(TS)门与普通门电路不同之处在于多了一个门与普通门电路不同之处在于多了一个控制端控制端( (又称禁止端或又称禁止端或使能端使能端ENEN) ) 。 将三态缓冲驱动器的将三态缓冲驱动器的输出端直接并联到一条公输出端直接并联到一条公共总线上，当它们的控制共总线上，当它们的控制端端C C轮流为低电平时，可轮流为低电平时，可将各组

13、数据轮流地传送到将各组数据轮流地传送到总线上。总线上。 4. OC门和三态门和三态(TS)门的应用门的应用第12页/共36页2005-9-1三、集成逻辑门的基本应用三、集成逻辑门的基本应用 在使用反向器作输出显示时，当输出端为高电平时才符合在使用反向器作输出显示时，当输出端为高电平时才符合发光二极管正向连接的要求，但这种拉电流输出对于反向器只发光二极管正向连接的要求，但这种拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流用这种方法想驱动二极管发光是不合能输出零点几毫安的电流用这种方法想驱动二极管发光是不合理的（因发光二极管正常工作电流为理的（因发光二极管正常工作电流为510mA)510mA)。 当

14、反向器输出端为低电平时，发光二极管处于正向连接情当反向器输出端为低电平时，发光二极管处于正向连接情况，在这种情况下，反向器一般能输出况，在这种情况下，反向器一般能输出510mA510mA的电流，足以使的电流，足以使发光二极管发光，所以这种灌电流输出作为驱动发光二极管的发光二极管发光，所以这种灌电流输出作为驱动发光二极管的电路是比较合理的。因为发光二极管发光时，电流是由电源电路是比较合理的。因为发光二极管发光时，电流是由电源+5V+5V通过限流电阻通过限流电阻R R、发光二极管流入反向器输出端，好像往反向器、发光二极管流入反向器输出端，好像往反向器里灌电流一样，因此习惯上称它为里灌电流一样，因此

15、习惯上称它为“灌电流灌电流”输出。输出。 拉电流与灌电流拉电流与灌电流第13页/共36页2005-9-1四、集成逻辑门的测试技术四、集成逻辑门的测试技术 在电路输入端分别接入不同的电平值，用万用表测量输出在电路输入端分别接入不同的电平值，用万用表测量输出端的逻辑电平值，分析是否符合电路的逻辑真值表。端的逻辑电平值，分析是否符合电路的逻辑真值表。 静态测试静态测试 & +VCC （+5V） VOH RL 5.1k 5V & VOL +VCC （+5V） RL 500 第14页/共36页2005-9-1四、集成逻辑门的测试技术四、集成逻辑门的测试技术 在电路的各输入端分别接入脉冲信

16、号，用示波器观察各输在电路的各输入端分别接入脉冲信号，用示波器观察各输入端和输出端的信号波形，画出其时序波形图，分析是否符合入端和输出端的信号波形，画出其时序波形图，分析是否符合电路逻辑关系。电路逻辑关系。 动态测试动态测试 L & SW1 SW2 第15页/共36页实验的具体要求集成逻辑门 信号源用TTL OUT端子； 电源（5V），核对无误，再接入！ 观察波形时，示波器用直流耦合输入方式；实验报告要求 要有RL、 RD的计算过程; 用坐标纸画出vi、vo、vo1、vo2的波形并标出VOH、VOL的值； 画出逻辑电路图（应标上管脚号）;第16页/共36页内容2 触发器应用Q1Q0Y3

17、Y2Y1Y0001110011101101011110111XX1111 设计要求（见框图）： 请用74LS74和逻辑门设计并组装一个模4的计数器； 用逻辑门设计并组装一个“2-4线译码器”（见真值表）； 译码器的输出接发光二极管，每次只允许一只发光管亮，使发光二极管轮流发光；D触发器与逻辑门应用电路设计触发器与逻辑门应用电路设计:模模4计计数数器器2-4线线译译码码器器12k5 VCPCLRQ1Q0Y3Y2Y1Y02-4线译码器真值表第17页/共36页译码器 / 数据分配器 译码：译码：译码器的分类：译码器的分类： 唯一地址译码器唯一地址译码器代码变换器代码变换器将一系列代码转换成与之对应的

18、有效信号。将一系列代码转换成与之对应的有效信号。 将一种代码转换成另一种代码。将一种代码转换成另一种代码。 二进制译码器二进制译码器 二二十进制译码器十进制译码器显示译码器显示译码器常见的唯一地址译码器：常见的唯一地址译码器： 译码是编码的逆过程，即将某个二进制码翻译码是编码的逆过程，即将某个二进制码翻译成特定的信号，即电路的某种状态。译成特定的信号，即电路的某种状态。译码器的概念与分类译码器的概念与分类译码器：译码器： 具有译码功能的逻辑电路称为具有译码功能的逻辑电路称为译码器译码器。第18页/共36页二进制译码器 x0 x1 xn-1 y0 y1 1 ny EI 使能输入使能输入 二进制二

19、进制译码器译码器 当使能输入端当使能输入端EI为有效电平时，对应每一组输入为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出端则为相反电平。端则为相反电平。 n 个输个输入端入端1个使个使能输入能输入端端EI2n个输个输出端出端第19页/共36页输输 入入输出输出EIABY0Y1Y2Y3HHHHHLLLLHHHLLHHLHHLHLHHLHLHHHHHL2线 - 4线译码器的逻辑电路BAEIY 1ABEIY 3BAEIY 0BAEIY 2功能表功能表 第20页/共36页集成集成D触发器介绍触发器介绍(1) 集成双集成双D触发器触发

20、器74LS74RDSDDCPQQRDSDDCPQQVcc(+5V)GND(地地)74LS74功能表见书功能表见书P153第21页/共36页第22页/共36页用用2个个2分频器级联组成一个分频器级联组成一个4分频器分频器DCPQQDCPQQCP1Q2QF2Q =F1Q /2 = FCP/4第23页/共36页实验的具体要求及注意事项：1. 各单元电路的电源要求连在一起；各单元电路的电源要求连在一起；2. 布局、布线要规范。要求：电源线用布局、布线要规范。要求：电源线用红色线红色线，地线用，地线用黑色黑色，信号线用其它颜色。信号线用其它颜色。5. 实验结果的记录要求规范。实验结果的记录要求规范。4.

21、 画输入、输出波形时，要求上、下排列。画输入、输出波形时，要求上、下排列。3. 将电路CP 改为1kHz输入TTL OUT ，示波器用直流耦合输入方式，用坐标纸画出CP、Q1、Q0和译码器输出波形，注意波形的时序关系，并总结观察多个相关信号时序关系的方法。第24页/共36页5V接地第25页/共36页2-4线译码器、OC门和 555 触摸灯电路第26页/共36页示波器的示波器的“触发触发”触发触发示波器示波器何时开始何时开始显示波形显示波形 一旦触发被正确设定，可以把不稳定的显示转换为一旦触发被正确设定，可以把不稳定的显示转换为有意义的波形。有意义的波形。同步点同步点触发触发电平电平触发水平位置

22、触发水平位置或左移、或右移或左移、或右移触发触发电平电平第27页/共36页触发的正确设定触发的正确设定 三要素三要素1. 1. 信源信源3. 3. 触发斜率触发斜率2. 2. 触发电平触发电平波形不稳的常见问题：波形不稳的常见问题：1. 1. 信源选择：信源选择： CH1CH1未加信号，信号未加信号，信号CH2CH2，信源选择，信源选择CH1CH12. 2. 触发电平：在信号变化范围外触发电平：在信号变化范围外示波器的示波器的“触发触发”第28页/共36页触发水平位置触发水平位置触发触发电平电平触发信源触发信源触发电平触发电平的数字值的数字值触发斜率触发斜率屏幕提示触发信息屏幕提示触发信息第2

23、9页/共36页与触发有关的操作与触发有关的操作TRIGGERLEVEL3. SET LEVEL TO 50%3. SET LEVEL TO 50%（设为（设为5050）触发控制钮触发控制钮1. LEVEL1. LEVEL（电平）（电平） 改变触发电平值改变触发电平值正确操作：应使触发电平设正确操作：应使触发电平设在信号振幅范围内在信号振幅范围内2. MENU2. MENU（菜单）（菜单） 显示触发功能菜单显示触发功能菜单 将触发电平设在信号振幅范围的中点将触发电平设在信号振幅范围的中点第30页/共36页边沿触发功能菜单边沿触发功能菜单自动自动 触发方式触发方式边沿边沿 视频视频 斜率斜率 信源

24、信源 上升上升 CH1 耦合耦合 直流直流 TRIGGER触发类型触发类型 一般选一般选“边沿边沿”触发触发可选：上升沿触发、下降沿触发可选：上升沿触发、下降沿触发内触发：内触发：CH1CH1、CH2CH2外触发：外触发：EXTEXT、EXT/5EXT/5交流线交流线 即即50Hz50Hz工频信号工频信号可选：可选：自动自动、正常、单次触发、正常、单次触发可选：可选：直流直流、交流、噪音抑制、高频抑制、交流、噪音抑制、高频抑制、 低频抑制低频抑制第31页/共36页时序电路（计数器）的时序电路（计数器）的波形测量波形测量 Q2 Q1 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 问题：问题：2. CP 2. CP CH1 CH1，Q1 Q1 CH2 CH2。触发信源选谁？。触发信源选谁？1. 1. 观测观测3 3个以上的波形，应该如何操作？个以上的波形，应该如何操作？两两比较两两比较 应选择频率低的，即应选择频率低的，即CH2CH23. 3. 触发斜率应选上升沿还是下降沿？触发斜率应选上升沿