Ch.6数字集成电路及其应用

1、第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用1Chapter6 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用6.1 数字电路基础数字电路基础6.2 集成逻辑门集成逻辑门6.3 组合逻辑电路组合逻辑电路6.4 集成触发器集成触发器6.5 时序逻辑电路时序逻辑电路第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用26.1 数字电路基础数字电路基础n6.1.1 6.1.1 概述概述n6.1.2 6.1.2 基本逻辑运算和逻辑门基本逻辑运算和逻辑门n6.1.3 6.1.3 逻辑代数基本运算规则和基本定律逻辑代数基本运算规则和基本定律n6.1.4 6.1.4 逻辑函数的代数法化简及其变换逻辑函

2、数的代数法化简及其变换第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用36.1.1 概述概述一、电子电路中的电信号一、电子电路中的电信号 模拟信号模拟信号数字信号数字信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用4处理模拟信号的电路称为模拟电路处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入信号和输出路、放大电路等，注重研究的是输入信号和输出信号间的大小、相位等关系。信号间的大小、相位等关系。在模拟电路中，晶体管通常工作在放大区。在模拟电路中，晶体管通常工作在放大区。2 数字信号数字信号时间和数值都是离散

3、的时间和数值都是离散的 脉冲信号脉冲信号: :是一种跃变信号，并且持续时间短暂是一种跃变信号，并且持续时间短暂矩形脉冲矩形脉冲t t第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用5脉冲跃变后的值比脉冲跃变后的值比初始值初始值高高脉冲跃变后的值比脉冲跃变后的值比初始值初始值低低0+3V0-3V0+3V0-3V高电平用逻辑高电平用逻辑1表示；低电平用逻辑表示；低电平用逻辑0表示正表示正逻辑；反之称为负逻辑。逻辑；反之称为负逻辑。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用6相关参数相关参数脉冲信号变化的最大值，用脉冲信号变化的最大值，用A表示；表示；正脉冲或负脉冲的持续时间，用正

4、脉冲或负脉冲的持续时间，用tp表示；表示；周期性的脉冲信号相邻两个脉冲出现的周期性的脉冲信号相邻两个脉冲出现的时间间隔，用时间间隔，用T表示；表示；周期性的脉冲信号每秒钟出现脉冲的次周期性的脉冲信号每秒钟出现脉冲的次数，用数，用f表示；表示；脉冲宽度与脉冲周期之比，用脉冲宽度与脉冲周期之比，用D表示。表示。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用7 处理数字信号的电路称为数字电路处理数字信号的电路称为数字电路，它注重，它注重研究的是输入、输出信号之间的研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系逻辑关系。 在数字电路中，晶体管一般工作在截止区在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，

5、起开关的作用。和饱和区，起开关的作用。逻辑关系：条件和结果逻辑关系：条件和结果之间的因果关系之间的因果关系第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用8二、数制与码制二、数制与码制1、数制、数制按进位规则进行计数称为进位计数制，按进位规则进行计数称为进位计数制，简称数制。简称数制。常用的数制有常用的数制有十进制十进制(Decimal)、二进制、二进制(Binary)、八、八进制进制(Octal)、十六进制、十六进制(Hexadecimal)。数字电路中广泛应用的是二进制。数字电路中广泛应用的是二进制。用电路的两个状态用电路的两个状态-开、关来表示二进制数，开、关来表示二进制数，数码的

6、存储和传输简单、可靠。数码的存储和传输简单、可靠。位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。十进制数。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用9数的一般表达方式数的一般表达方式十进制十进制 组成十进制数的有组成十进制数的有09十个符号，这些符号称为十个符号，这些符号称为数码，超过数码，超过9的数就必须用多位数来表示，其中低位的数就必须用多位数来表示，其中低位和相邻高位之间的关系是和相邻高位之间的关系是“逢十进一逢十进一”。十进制数十进制数53

7、2.78可表示为可表示为532.78 =5102+3101+2100+710 -1+810 -2 1321010)78.532(iiia第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用10这里的这里的10 2、10 1、10 0 、10 -1、10 -2称为十进制数数位称为十进制数数位的位权值，简称的位权值，简称“权权”。对于一个整数位数为对于一个整数位数为n，小数位数为，小数位数为m的的R进制正数进制正数N可以表示为：可以表示为： 1)(nmiiiRRaN（权展开式）（权展开式）第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用11mmnnnnRRaRaRaRaRaRaN 1100

8、112211)(其中：其中：n表示数表示数N的整数部分的位数；的整数部分的位数；m表示数表示数N的小数部分的位数；的小数部分的位数；R称为基数，也称为进制或模（称为基数，也称为进制或模（mod）；）；Ri为第为第i位数码的位权值，简称位数码的位权值，简称“权权”；ai为数码，是为数码，是R个数码（个数码（0,1,2,.,R-1）中的任意一个。）中的任意一个。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用12(101.01)2(25.6)8(12D.23)16=122+021+120 +02-1+12-2=281+580+68-1=1162+2161+13160 +216-1+316-2

9、第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用132 数制转换数制转换（）将（）将R进制数转换为十进制数进制数转换为十进制数按权展开再相加即可按权展开再相加即可2)101.1101(8)51.105(21012165161116141610162 321012321202121202121 10)625.13( 10)6875.69( 210128185858081 16)5.2(BAE10)81375.686( 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用14（）将十进制数转换为（）将十进制数转换为R进制进制 ）整数部分转换）整数部分转换除基数取余法，逆序排列除基数取余法，

10、逆序排列例：将例：将(25)10转换为二进制数转换为二进制数(25)10=(11001)2第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用15）小数部分转换）小数部分转换乘基数取整法，顺序排列乘基数取整法，顺序排列例：将例：将(0.375)10转换为二进制数转换为二进制数(0.375)10=(0.011)2 例：将（例：将（25.375）10转换为二进制数转换为二进制数解：解：(25.375)10(11001.011)2第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用16例：将例：将(0.39)10转换二进制数转换二进制数0.392=0.78 a-1=00.782=1.56 a-2

11、=10.562=1.12 a-3=10.122=0.24 a-4=00.242=0.48 a-5=00.482=0.96 a-6=00.962=1.92 a-7=10.922=1.84 a-8=1(0.39)10=(0.01100011)2 其精度达到其精度达到2-8=0.4%第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用17（）二进制与八进制、十六进制之间的转换（）二进制与八进制、十六进制之间的转换(123.321)8=(001 010 011.011 010 001)2 (A3.3F)16=(1010 0011. 0011 1111)2(1010101001.0101111)2(

12、)16(001 011 010 110 111.101 011 010)2 =( )8(1011010110111.10101101)2 =( )8(0010 1010 1001.0101 1110)2( )1613267.5322A9.5E第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用18 以十进制为桥梁，先将以十进制为桥梁，先将R进制数转化为进制数转化为十进制数，再将十进制数转化为十进制数，再将十进制数转化为S进制。转进制。转化时按前述原则即可。化时按前述原则即可。3)21101(把把 转化为五进制，结果为？转化为五进制，结果为？1002343)199(31313132)21101

13、( 53510)1244()21101()1244()199( (4) 任意两种数制之间的转换任意两种数制之间的转换第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用192 码制码制用文字、符号或数码的组合来表示各个特定对象用文字、符号或数码的组合来表示各个特定对象的过程，称为编码。的过程，称为编码。在数字电路中通常用二进制数码在数字电路中通常用二进制数码0和和1构成的代码构成的代码来表示各有关对象（如十进制数、字符等）。来表示各有关对象（如十进制数、字符等）。电话号码电话号码汽车牌号汽车牌号第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用201 1位二进制数可以表示多少个位二进制数

14、可以表示多少个“事物事物”？ 2 2个个2 2位二进制数可以表示多少个位二进制数可以表示多少个“事物事物”？ 4 4个个n n位二进制数可以表示多少个位二进制数可以表示多少个“事物事物”？2 2n n个个代码代码代码代码 代码代码若需要编码的信息数量为若需要编码的信息数量为N，则需要用的二进制位，则需要用的二进制位数数n应满足什么条件？应满足什么条件？2 2n nN第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用21用二进制数码表示一位十进制数（用二进制数码表示一位十进制数（0-9）的）的代码。代码。24=10(09)+6(禁止出现，称为伪码）禁止出现，称为伪码）1位十进制数至少需要多少

15、位二进制数来表示？位十进制数至少需要多少位二进制数来表示？4位位第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用22十进制数8421码2421码5121码格雷码余3码余3循环码00000000000000000001100101000100010001000101000110200100010001000110101011130011001100110010011001014010001000111011001110100501011011100001111000110060110110011000101100111017011111011101010010101111810001110

16、11101100101111109100111111111110111001010常用的常用的BCD代码代码第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用23例如用例如用8421BCD码表示码表示(1689)10， 可写为可写为 (1689)10=( )8421BCD如如 (0101 0110 1000 .1001)8421BCD=（ ）10568.90001 0110 1000 1001第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用246.1.2 基本逻辑运算和逻辑门基本逻辑运算和逻辑门 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号

17、的通过或不通过。控制信号的通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系( (因果关系因果关系) )，所以门电路又称为，所以门电路又称为。 比如满足与逻辑关系的门电路就叫做与门。比如满足与逻辑关系的门电路就叫做与门。 基本逻辑关系为基本逻辑关系为三种。三种。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用25220V+- 设：开关断开用逻辑设：开关断开用逻辑 “ “0”0”表示、闭合用逻辑表示、闭合用逻辑“1”1”表示；灯不亮用逻辑表示；灯不亮用逻辑“0”0”表示，灯亮用逻辑表示，灯亮用逻辑“1”1”表表示。示。 F = A B “ “与

18、与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。部具备时，该事件才发生。000101110100ABFBFA(逻辑状态表逻辑状态表)真值表真值表第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用26逻辑符号：逻辑符号：&ABF逻辑表达式逻辑表达式F=ABC 有有“0”出出“0”， 全全“1”出出“1”与门功能概括为：与门功能概括为：&ABFC一般形式：一般形式：A0=? A1=? AA=?A0=0 A1=A AA=A第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用27BF220VA+- F = A + B真值表真值表0001

19、11110110ABF第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用28有有“1”出出“1”全全“0”出出“0”逻辑符号：逻辑符号：ABF 1或门功能概括为：或门功能概括为：一般形式：一般形式：A+0=? A+1=? A+A=?A+0=A A+1=1 A+A=A第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用29根据输入波形画出输出波形根据输入波形画出输出波形ABY1&ABY1 1ABY2Y2第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用30逻辑表达式：逻辑表达式： F = A真值表真值表101AF0F220VA+-R逻辑符号逻辑符号1AF “非非”逻辑关系是指决

20、定某事件的条件只有逻辑关系是指决定某事件的条件只有一个，当条件具备时事件不发生，而条件不具一个，当条件具备时事件不发生，而条件不具备时事件发生。备时事件发生。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用31“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑关是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。表示。最常见的复合逻辑运算有：最常见的复合逻辑运算有：与非运算、与非运算、或非运算、或非运算、异或运算、异或运算、同或运算同或运算第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用32有有“0”出出“1”全全“1”出出“0”逻辑表

21、达式：逻辑表达式： F= A B “与非与非” ” 门真值表门真值表由与门和非门构成与非门。由与门和非门构成与非门。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用33F= A + B有有“1”出出“0”全全“0”出出“1”“或非或非” ” 门真值表门真值表由或门和非门构成或非门。由或门和非门构成或非门。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用34“异或异或” 门电路门电路：输入变量相异时输出为；相同时：输入变量相异时输出为；相同时输出为。输出为。AB F000011101110真值表真值表异或门逻辑符号：异或门逻辑符号： 逻辑表达式：逻辑表达式：F=A B= BABA 实

22、现电路看书实现电路看书P209第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用35异或逻辑的运算规则为异或逻辑的运算规则为 11011000 AAAAAA100110AA10偶数个偶数个1“相异或相异或”，结果为，结果为？奇数个奇数个1“相异或相异或”，结果为，结果为？思考：思考：第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用36“同或同或” 门电路门电路：输入变量相同时输出为；相异时：输入变量相同时输出为；相异时输出为输出为. A B F001010100111状态表状态表逻辑表达式：逻辑表达式：F=A B= BAABBA 同或门逻辑符号：同或门逻辑符号： 实现电路看书实现电路

23、看书P210第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用37A 0=AA 1=AA A=0A A=1同或逻辑的运算规则为同或逻辑的运算规则为0 0=10 1=01 0=01 1=1A B CCBA A B= BA 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用386.1.3逻辑代数基本运算规则和基本定律 逻辑代数逻辑代数（又称布尔代数），（又称布尔代数），它是分析设计它是分析设计逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，也用字母表示变量，但变量的取值只有但变量的取值只有“0”，“1”两种，分别称为逻辑两种，分别称为逻辑“

24、0”和逻辑和逻辑“1”。这这里里“0”和和“1”并不表示数量的大小，而是表示并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。两种相互对立的逻辑状态。 逻辑代数所表示的是逻辑代数所表示的是，而不是数而不是数量关系。这是它与普通代数的本质区别量关系。这是它与普通代数的本质区别。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用391.逻辑代数基本运算规则逻辑代数基本运算规则:n逻辑代数运算法则逻辑代数运算法则AAAA100011AAAAAAAAAA 01AAAA 对应于三种基本逻辑关系，有三种基本逻辑运算对应于三种基本逻辑关系，有三种基本逻辑运算逻辑乘、逻辑加和逻辑非。逻辑代数中其它的运算

25、法逻辑乘、逻辑加和逻辑非。逻辑代数中其它的运算法则都是由这三种基本逻辑运算推导出来的。则都是由这三种基本逻辑运算推导出来的。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用402. 逻辑代数基本定律逻辑代数基本定律ABBAABBACBABCAAA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(CABACBA)()(CABABCBCAA)(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用41110011111100BABABABA列状态表证明：列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA0

26、000 反演规则反演规则：将：将F中的中的“” 变成变成“+”，“+” 变成变成“”，“0” 变成变成“1” ，“1” 变成变成“0” ，原变量变成反变量，原变量变成反变量，反变量变成原变量，则得到反变量变成原变量，则得到F的反函数。的反函数。 如：如：F=AB+AB 则则F= (A+B)(A+B)第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用42证明一证明一BAAABA)(BAABABAABABAA 证明二证明二 运用分配律运用分配律B)( ABAAABAA(1) A+AB = A (2) A(A+B) = AABBAA)(BABAA （3）（4）CAABBCCAABC)AB)(AC

27、)C)(BAB)(A(第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用43能否将能否将AB=AC，A+B=A+C，A+AB=A+AC这三这三个逻辑式化简为个逻辑式化简为B=C？分析：设分析：设A=，即使即使BC，AB=AC也成立也成立第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用446.1.46.1.4逻辑函数的代数法化简与变换逻辑函数的代数法化简与变换一、逻辑函数的表达形式及其转换一、逻辑函数的表达形式及其转换 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用45(a)(a)：逻辑状态真值表，简称状态表或：逻辑状态真值表，简称状态表或真值表。将全部自变量的所有取值组合与其

28、相应的输出真值表。将全部自变量的所有取值组合与其相应的输出结果值列成一表，称为逻辑状态真值表。结果值列成一表，称为逻辑状态真值表。(b)(b)：用：用“与与”“”“或或”“”“非非”等运算来表达等运算来表达逻辑函数的表达式。逻辑函数的表达式。(c)(c)：用以逻辑符号表示的基本逻辑元件实现逻：用以逻辑符号表示的基本逻辑元件实现逻辑函数功能的电路图称为逻辑图。辑函数功能的电路图称为逻辑图。 (d)(d)：卡诺图就是与变量的最小项对应的按一定：卡诺图就是与变量的最小项对应的按一定规则排列的方格图，每一小格填入一个最小项。规则排列的方格图，每一小格填入一个最小项。 (e) ：由输入变量的所有可能取值

29、组合的高、低电：由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。逻辑函数有逻辑函数有5种表示方法：种表示方法： 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用46表达式列写方法表达式列写方法 常采用与或表达式的形式；常采用与或表达式的形式； 在状态表中选出使函数值为在状态表中选出使函数值为 1的变量组合；的变量组合； 变量值为变量值为1的写成原变量，为的写成原变量，为0的写成反变量，的写成反变量，得到其值为得到其值为1的乘积项组合。的乘积项组合。 将这些乘积项加起来（逻辑或）得到将这些乘积项加起来（逻

30、辑或）得到“与或与或”逻辑函数式。逻辑函数式。BABAF 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用47CAABBACACAABF )(与或表达式与或表达式或与表达式或与表达式与非与非表达式与非与非表达式常用的逻辑函数的表达形式常用的逻辑函数的表达形式)()()()()()()(BACACBBACACBCAABAACABAABFCAABCAABF第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用48 这些表达式反映的是同一逻辑关系，可以用这些表达式反映的是同一逻辑关系，可以用若干门电路的组合来实现。在用门电路实现其逻若干门电路的组合来实现。在用门电路实现其逻辑关系时，究竟使用哪

31、种表达式，要看使用哪种辑关系时，究竟使用哪种表达式，要看使用哪种门电路。门电路。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用49第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用50二、逻辑函数的公式法化简二、逻辑函数的公式法化简最简的函数表达式的标准：最简的函数表达式的标准：p表达式中所含项数量最少；表达式中所含项数量最少；p每项中所含变量个数最少。每项中所含变量个数最少。DBCDCBADABABCYCDB第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用51 利用逻辑代数基本运算规则和基本定律对利用逻辑代数基本运算规则和基本定律对逻辑函数进行化简和变换。逻辑函数进行化简和

32、变换。CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAAC AABAAB CBCAABY)(AACBCAABCBACACABABCAABCAABCBCAAB DEFCBCAABY 冗余定律冗余定律BBBBBBBB 1第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用52BABAACBCBA)(CBCBACBABAAB CBACBAYBABAAA+AB=A第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用53例：化简例：化简C)BADCBDAY (CABDCBDA CABCABDCBDA CDCBDA CDA CAABCBCAAB 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其

33、应用54C)BADCBDAY (CBCADCBDA CBCADCDA CDCBCADCDA CCBCADA CDA BABAA第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用55CBCACBAF CBCABA )(CBCACB CCAC 例：化简例：化简BABAACBCACBAF CBACBA)( CBACBA C 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用56例：化简例：化简CBAABCBABAF)()( CBAABCBCACBA CAAC CBAABCBABAF)()( CBACBA )(C C 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用57BCACBACAB

34、ABCY )()()(BCAABCCBAABCCABABC BCACAB 例：化简例：化简第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用586.2 6.2 集成逻辑门集成逻辑门具有具有在实际应用中，广泛使用的是在实际应用中，广泛使用的是TTL和和CMOS集集成电路。成电路。TTL与非门电路与非门电路三态门三态门使用集成门注意事项使用集成门注意事项第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用59+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构与非门的内部结构CBAF F&ABC第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用

35、60F&ABC1.1.电压传输特性电压传输特性第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用61 集成电路对使用者来说是极为方便的，特别是中、大规集成电路对使用者来说是极为方便的，特别是中、大规模集成电路，使用者可以模集成电路，使用者可以不必了解内部结构和工作原理不必了解内部结构和工作原理，只，只要从手册中查出该电路的真值表、引脚功能图和电参数就能要从手册中查出该电路的真值表、引脚功能图和电参数就能合理的使用该集成电路。合理的使用该集成电路。输入非门输入非门74LS20 2输入输入4与非门与非门74LS00第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用62三 态 门 0

36、 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态ABEY1E0EABY 功能表功能表&YEBA逻辑符号逻辑符号EN第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用63 1 高阻高阻0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 1 0 0 表示任意态表示任意态ABEY0 E1 EABY 功能表功能表&YEBA逻辑符号逻辑符号EN第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用641、可实现用、可实现用一条一条导线分时轮流传送多路信号。导线分时轮流传送多路信号。“1”“0”“0”A1 B1第六章第六章 数字集成电路及其应用

37、数字集成电路及其应用652、可实现数据的双向传输。、可实现数据的双向传输。E=1高高阻阻态态第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用662、可实现数据的双向传输。、可实现数据的双向传输。E=0高高阻阻态态第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用67使用集成门注意事项使用集成门注意事项1）74系列系列。标准。标准TTL系列。系列。PCC=10mW，tPd=9ns2）74L系列系列。低功耗系列，。低功耗系列，PCC=1mW，tPd=33ns3）74H系列系列。高速系列。高速系列。PCC=22mW，tPd=6ns4）74S系列系列。肖特基（。肖特基（schottky）系列

38、。）系列。PCC=109mW，tPd=3ns5）74LS系列系列。低功耗肖特基（。低功耗肖特基（schottky）系列。）系列。PCC=2mW，tPd=9ns74系列系列开头的是民用产品，开头的是民用产品，54系列系列开头的是军用产品。开头的是军用产品。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用68电源电压有：额定电源电压和极限电源电压电源电压有：额定电源电压和极限电源电压额定电源电压指正常工作时电源电压的允许大小：额定电源电压指正常工作时电源电压的允许大小：TTL电路为电路为55（54系列为系列为510）；）；CMOS电路为电路为315V（4000B系列为系列为318V）极限电源

39、电压指超过该电源电压器件将永久损极限电源电压指超过该电源电压器件将永久损坏：坏：TTL电路为电路为7V；4000系列系列CMOS电路为电路为18V。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用69输入高电平电压应大于输入高电平电压应大于UIHmin而小于电源电压；输入而小于电源电压；输入低电平应大于低电平应大于0而小于而小于UILmax输入电平小于输入电平小于0或大于电源电压将有可能损坏集或大于电源电压将有可能损坏集成电路。成电路。除除OC门和三态门外普通门电路输出不能并联；门和三态门外普通门电路输出不能并联；否则可能烧坏器件。否则可能烧坏器件。门电路的输出带同类门的个数不得超过扇出

40、系门电路的输出带同类门的个数不得超过扇出系数，否则可能造成状态不稳定；在速度高时带数，否则可能造成状态不稳定；在速度高时带负载数尽可能少。负载数尽可能少。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用70与非门的多余输入端应接高电平，或非门的多余输与非门的多余输入端应接高电平，或非门的多余输入端应接低电平，以保证正常的逻辑功能。入端应接低电平，以保证正常的逻辑功能。AB&悬空悬空AB&1ABAB&VCC1AB第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用71 在数字系统中，可将逻辑电路按逻辑功能划分在数字系统中，可将逻辑电路按逻辑功能划分为为组合逻辑电路

41、组合逻辑电路和和时序逻辑电路时序逻辑电路两大类。两大类。 组合逻辑电路（组合逻辑电路（Combinational Logic Circuit）是指该电路在任一时刻的输出稳定状态，仅取决于是指该电路在任一时刻的输出稳定状态，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用之前电路所该时刻的输入信号，而与输入信号作用之前电路所处的状态无关。处的状态无关。 从电路结构上看，组合逻辑电路仅由门电路组从电路结构上看，组合逻辑电路仅由门电路组成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用72第六章第六章 数字集成电

42、路及其应用数字集成电路及其应用736.3.1 组合逻辑电路的分析 (1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2) 运用逻辑代数化简或变换运用逻辑代数化简或变换(3) 列逻辑状态表列逻辑状态表(4) 分析逻辑功能分析逻辑功能分析步骤：分析步骤：已知逻辑电路已知逻辑电路确定确定逻辑功能逻辑功能第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用742. .分析举例分析举例例：例：分析图中所示电路的逻辑功能。分析图中所示电路的逻辑功能。 AB&F （1）由输入变量）由输入变量A、B开始，按顺序写出各开始，按顺序写出各逻辑门的输出，可以得到该电路的逻辑表达式。逻辑

43、门的输出，可以得到该电路的逻辑表达式。解：解：BA BAA BAB ABBABAF 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用75（2）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换ABBABAF ABBABA )()(BABBAA BABA （3）根据表达式列出真值表）根据表达式列出真值表ABF0 000 11 01 1110（4）说明电路的逻辑功能）说明电路的逻辑功能当当A、B相异相异时，输出为时，输出为1 ，相同相同时，输出为时，输出为0。 是异或逻辑关系。是异或逻辑关系。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用76例例:分析图中所示电路

44、的逻辑功能。分析图中所示电路的逻辑功能。 AB&F&11解：解： （1）根据已知逻辑电路图写出逻辑表达式）根据已知逻辑电路图写出逻辑表达式BA ABA BBABAF 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用77（2）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换（3）根据表达式列出真值表）根据表达式列出真值表ABF0 010 11 01 1001（4）说明电路的逻辑功能）说明电路的逻辑功能当当A、B相同相同时，输出为时，输出为1，相异相异时，输出为时，输出为0。 是同或逻辑关系。是同或逻辑关系。BABAF BAAB 第六章第六章 数字集成电

45、路及其应用数字集成电路及其应用78例：如图所示电路，试写出其输出例：如图所示电路，试写出其输出S、G的逻辑表的逻辑表达式，并说明这是什么电路？达式，并说明这是什么电路？ 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用79解：解：1、根据逻辑电路图写输出表达式并化简、根据逻辑电路图写输出表达式并化简G=AB+BC+ACCBAABCACBCABCBAABCGCBAS )()(2、列出真值表、列出真值表A B C SG0000000110010100110110010101011100111111第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用803、判断电路功能、判断电路功能这是一个

46、这是一个1位二进制全加器，位二进制全加器，A、B是被加数和是被加数和加数，加数，C是低位来的进位，是低位来的进位，S是本位的和，是本位的和，G是是向高位发出的进位。向高位发出的进位。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用81加法器加法器: 实现二进制加法运算的电路实现二进制加法运算的电路进位进位0 0 0 0 11+10101010不考虑低位不考虑低位来的进位来的进位半加器实现半加器实现要考虑低位要考虑低位来的进位来的进位全加器实现全加器实现二进制：二进制：0，1两个数码，两个数码，“逢二进一逢二进一”。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用82AB两个输入两个

47、输入表示两个同位相加的数表示两个同位相加的数两个输出两个输出SC表示本位的和表示本位的和表示向高位的进位表示向高位的进位输入输入Ai表示两个同位相加的数表示两个同位相加的数BiCi-1表示低位来的进位表示低位来的进位第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用83加法器加法器1位全加器逻辑符号位全加器逻辑符号74LS183P213第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用846.3.2 组合逻辑电路的设计 (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表由逻辑要求，列出逻辑状态表 (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式由逻辑状态表写出逻辑表达式 (3)化简和变换逻辑表达式化简和变换逻辑表达

48、式 (4) 画出逻辑图画出逻辑图设计步骤如下：设计步骤如下：第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用85例例 1: 某工厂有某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机站，站内有两台发电机G1和和G2。G1的容量是的容量是G2的的两倍。如果一个车间开工，只需两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需要求；如果两个车间开工，只需G1运行；如果三运行；如果三个车间同时开工，则个车间同时开工，则G1和和 G2均需运行。试画出均需运行。试画出控制控制G1和和 G2运行的逻辑图。运行的逻辑图。 设：设：A、B、C分

49、别表示三个车间的开工状态：分别表示三个车间的开工状态： 开工为开工为“1”，不开工为，不开工为“0”； G1和和 G2运行为运行为“1”，不运行为，不运行为“0”。(1) 根据逻辑要求列状态表根据逻辑要求列状态表 首先假设逻辑变量取首先假设逻辑变量取“0”、“1”的含义的含义。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用86 逻辑要求：如果一个车逻辑要求：如果一个车间开工，只需间开工，只需G2运行即可运行即可满足要求；如果两个车间满足要求；如果两个车间开工，只需开工，只需G1运行；如果运行；如果三个车间同时开工，则三个车间同时开工，则G1和和 G2均需运行。均需运行。开工开工“1”不

50、开工不开工“0”运行运行“1”不运行不运行“0”0111 0 0 1 0 100011 0 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C G1 G2第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用87(2) (2) 由状态表写出逻辑表达式由状态表写出逻辑表达式ABCCABCBABCA1 GABCCBACBACBA2 GACBCAB1 G (3) 化简逻辑式可得：化简逻辑式可得：1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 00111 0 0 1 0A B C G1 G2 100011 0 1A

51、BCCBACBACBA2 G1、在状态表上找出输出为、在状态表上找出输出为1的行；的行；2、将这一行中所有自变量写、将这一行中所有自变量写成乘积项，当变量的真值为成乘积项，当变量的真值为“1”时写为原变量，当变量时写为原变量，当变量的真值为的真值为“0”时写为原变量时写为原变量的反变量；的反变量；3、将所有乘积项逻辑加，便、将所有乘积项逻辑加，便得到逻辑函数表达式。得到逻辑函数表达式。第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用88(4) 用用“与非与非”门构成逻辑电门构成逻辑电路路ACBCAB1 GACBCAB ABCCBACBACBA2 GAB&G1C第六章第六章 数字集

52、成电路及其应用数字集成电路及其应用89ABG2CCAB&第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用90例例2：设计三人表决电路（：设计三人表决电路（A、B、C）。每人一个）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。首先确定逻辑变量取首先确定逻辑变量取0、1的含义：的含义：A、B、C分别表示三人按键的状态，分别表示三人按键的状态，键按下时为键按下时为“1”，不按时为，不按时为“0”。 F表示指示灯的亮灭，灯亮为表示指示灯的亮灭，灯亮为“1”，

53、 不亮为不亮为“0”。逻辑要求：两个人（包括两个逻辑要求：两个人（包括两个人）以上同意，指示灯亮。人）以上同意，指示灯亮。0111 0 0 1 01 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C F (1) 根据逻辑要求列状态表根据逻辑要求列状态表第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用91(2) 由状态表写出逻辑式由状态表写出逻辑式ABCCABCBABCA F(3)、化简逻辑式可得：、化简逻辑式可得：CABCABF CABCAB CABCAB CABCABF (4)、用与非门实现逻辑函数、用与非门实现逻辑函数第六章第六章 数字集

54、成电路及其应用数字集成电路及其应用92&ABCF(5) 画电路图画电路图CABCABF 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用93旅客列车分特快、直快和普快，并依此为优先通行次旅客列车分特快、直快和普快，并依此为优先通行次序。某站在同一时间只能有一趟列车从车站开出，即序。某站在同一时间只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开车信号。试画出满足上述要求的逻辑只能给出一个开车信号。试画出满足上述要求的逻辑电路（用与非门实现）。设电路（用与非门实现）。设A、B、C分别代表特快、分别代表特快、直快、普快，开车信号分别为直快、普快，开车信号分别为YA、YB、YC。进进站站出出站

55、站直快直快普快普快特快特快思考：思考：第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用94解：解：1、根据逻辑要求写出状态表、根据逻辑要求写出状态表A、B、C 1出站出站 0不出站不出站YA、YB、YC 1亮亮 0灭灭ABCYAYBYC0000000010010100100110101001001011001101001111002、写逻辑表达式、写逻辑表达式ABCCABCBACBAYA BCACBAYB CBAYC 第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用953、化简逻辑表达式并转换、化简逻辑表达式并转换CBACBAYBABAYAAYCBA 4、画出逻辑电路图、画出逻辑电

56、路图第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用966.3.3 常用中规模组合逻辑电路及其应用常用中规模组合逻辑电路及其应用数据选择器数据选择器加法器加法器编码器编码器译码器译码器第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用97数据选择器数据选择器 在数字电路中，当需要进行远距离多路数字在数字电路中，当需要进行远距离多路数字传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过一条公共传输线，用多路选择器分时发送数据到一条公共传输线，用多路选择器分时发送数据到接收端，接收端利用多路分配器分时将数据分配接收端，接收端利用多路分配器分时将数据分配给

57、各路接收端，其原理如图所示。给各路接收端，其原理如图所示。使能端使能端数据选择器数据选择器数据分配器数据分配器发送端发送端接收端接收端IYD0D1D2D3SA1A0传输线传输线A0A1D0D1D2D3S数据选数据选择控制择控制数据分数据分配控制配控制第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用981）四选一数据选择器）四选一数据选择器常用的常用的MSI数据选择器数据选择器(Multiplexer,简称简称MUX)有有四四选一数据选择器、八选一数据选择器选一数据选择器、八选一数据选择器输输入入数数据据输出数据输出数据使能端使能端D0D1D2D3WEA1A0选择控制端选择控制端第六章第六

58、章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用994选选1数据选择器数据选择器74LS153四选一四选一MUX的功能表的功能表使能使能选选 通通输出输出EA0A1W10000001100110D3D2D1D0 ED0D1D2D3A0A1W逻辑符号逻辑符号第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用1004 4选选1 1数据选择器输出逻辑函数数据选择器输出逻辑函数301201101001DAADAADAADAAW 74LS153逻辑电路图逻辑电路图第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用1012 2）八选一数据选择器）八选一数据选择器ENWA0A1A2D0D1D2D3D4D

59、5D6D7逻辑符号逻辑符号1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0D0D1D2D3D4D5D6D7 0100000000第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用102 EN=1时，时，选择器禁止工作选择器禁止工作 W=0； EN=0时，时， 选择器工作选择器工作70126012501240123012201210120012DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAW 1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0D0D1D2D3D4D5D6D7 0100000000第

60、六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用103数据选择器的应用数据选择器的应用）对多路数据进行选择）对多路数据进行选择）第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用104BABAF 例、用四选一数据选择器，实现函数例、用四选一数据选择器，实现函数将将F与与Y比较，令比较，令A1A，A0B，YF，（1）写出选数据选择器的输出函数）写出选数据选择器的输出函数301201101001DAADAADAADAAY 301201101001DAADAADAADAABABA 等式左右相等，可推出等式左右相等，可推出D1=D2=1D0=D3=0（2）接线图）接线图第六章第六章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用105（1）写出选数据选择器的输出函数）写出选数据选择器的输出函数7012601250