第十一章门电路和逻辑电路

1、2022-3-1612022-3-1622022-3-163十进制数码：十进制数码： 09“逢十进一逢十进一”（567.89)105 102 61017100各位数码各位位权值基数8 10-1 9 10-22022-3-16410()10 ,0 9niiiimNaa= -=次二进制数码：二进制数码：0，1“逢二进一逢二进一”2()2 ,0,1niiiimNaa= -=次系数系数位权位权2022-3-165八进制数码：八进制数码：“逢八进一逢八进一”07“逢十六进一逢十六进一”十六进制数码：十六进制数码：0 015 15 （其中（其中10101515用用A AF F表示）表示）210116151

2、671610162 16) 7F 2A. (2022-3-166R进制进制 十进制：十进制：.“按权相加按权相加”2022-3-167最高位MSB最低位LSB. 十进制十进制 二进制：二进制：整数部分整数部分小数部分小数部分小数部分用小数部分用“基数乘法基数乘法”整数部分用整数部分用“基数除法基数除法”2022-3-1682022-3-169例：例： （1110010.0101）2（？）81 1 1 0 0 1 0 . 0 1 0 1 0016224（1110010.0101）2（162.24）8.例：例：(4A.CF)16= (?)24A.CF1111110010100100二进制二进制 八

3、进制八进制进制：进制：2022-3-16102022-3-1611 数值码数值码代码代码(研究数值表示的方法)代码代码。“码制码制”。 2nN2022-3-1612二二- -十进制代码：十进制代码：几种常见的几种常见的BCD代码：代码：8421码码 2421码码5421码码余余 3 码码余余 3 循环码循环码2022-3-16132022-3-1614 与逻辑与逻辑设设A(B)=1 闭合闭合0 断开断开F=1 灯亮灯亮0 灯灭灯灭输入输入输出输出ABF000100010111与运算表达式与运算表达式ABF&与门逻辑符号与门逻辑符号或逻辑或逻辑或逻辑真值表或逻辑真值表0001011011

4、11ABF或逻辑运算符或逻辑运算符或门逻辑符号或门逻辑符号 当决定某一事件的一个或多个条件满足时当决定某一事件的一个或多个条件满足时, ,事件便能事件便能 发生。这种决定事件的因果关系称为发生。这种决定事件的因果关系称为“或逻辑关系或逻辑关系”。2 . 或逻辑或逻辑1ABF非逻辑非逻辑FA=真值表输入输出AF1001非逻辑表达式非逻辑表达式非门逻辑符号非门逻辑符号 条件具备时，事件不能发生；条件不具备时事件条件具备时，事件不能发生；条件不具备时事件一定发生。这种决定事件的因果关系称为一定发生。这种决定事件的因果关系称为“非逻辑关系非逻辑关系”。 1AF2022-3-1618与非与非,或非或非,

5、与或非与或非, 异或异或,同或等同或等逻辑表达式逻辑表达式F AB= 2022-3-1619AB+C+BC=AB+C （A+B）（+C）（B+C）=（A+B）（+C）AA BABA 表 逻辑代数的基本公式表BABA 0AA 1AA ()()A ABAA ABAB+=+=2022-3-1621用真值表法证明分配律：用真值表法证明分配律： ()A BCABAC+=+2022-3-1622特点特点: ”2022-3-1623逻辑函数：逻辑函数： 2022-3-1624变量变量全部最小项全部最小项A B C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10m1m2m3m

6、4m5m6m7mA B CA BCABCABCAB CABCABCABC1000000001000000001000000001000000001000000001000000001100000000 2022-3-1625FABBC=+FABBC=+()()()1,5,6,7AB CCBC AAABCABCBACABCm=+=+=2022-3-1626 每个乘积项中相乘的变量个数即因子数也最少。每个乘积项中相乘的变量个数即因子数也最少。1）最简与或式）最简与或式同时满足以下两个条件的与或式就是最简与或式同时满足以下两个条件的与或式就是最简与或式 乘积项的个数最少；乘积项的个数最少；2022-

7、3-16272）最简与非）最简与非与非式与非式同时满足以下两个条件的与非同时满足以下两个条件的与非与非式就是最简与非与非式就是最简与非与非与非式，简称最简与非式。式，简称最简与非式。 非号个数最少；非号个数最少； 每个非号下面相乘的变量个数也最少。每个非号下面相乘的变量个数也最少。1）并项法）并项法()()YA B CA B CA BA B CCA BA BA BAA BB=+=+=+=+=2022-3-16282)吸收法吸收法 YABADBEABADBEAB=+=+=+3)消元法（吸收多余因子）消元法（吸收多余因子） ()YA BA CB CA BABCA BA B CC=+=+=+=202

8、2-3-1629()FABACBCDABACBCD AAABACABCDABCDABAC=+=+=+=+实际化简时，一般应综合上述几种方法，灵活应用进行化简。实际化简时，一般应综合上述几种方法，灵活应用进行化简。 FABACADABCD=+FABACADABCD=+()A BCDABCD=+ABCDABCD=+()A BCDBCD=+A=2022-3-1630 晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 如前所述，我们可以根据如前所述，我们可以根据UCC和和RC作出直流作出

9、直流负载线，负载线与晶体管输出特性曲线的交点就负载线，负载线与晶体管输出特性曲线的交点就是静态工作点，工作点的位置由偏流是静态工作点，工作点的位置由偏流IB确定。由确定。由于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。一、放大状态一、放大状态 1 1、发射结正偏，集电结反偏、发射结正偏，集电结反偏 U UCECE=U=UCCCC-R-RC CI IC C成立成立 2 2、I IC C=I=IB B成立成立2022-3-1631三、截止状态三、截止状态1 1、发射结和集电结都反偏、发射结和集电结都反偏2 2、一般、一般U UBEBE0.5V0.5V时就截止，

10、为了可靠一般加反压。时就截止，为了可靠一般加反压。I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO00，U UCECE=V=VCCCC二、饱和状态二、饱和状态1 1、发射结正偏，集电结正偏。、发射结正偏，集电结正偏。2 2、饱和条件：、饱和条件：V0UI (RUI)sat(CE)sat(CCCC)sat(C为饱和电流）b)( satCBII2022-3-1632一、一、门电路的基本概念门电路的基本概念 所谓所谓“门门”就是一种开关，在一定条件就是一种开关，在一定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就下它能允许信号通过，条件不满足，信号就通不过。因此，门电路的输入信号与输出信通不过。因

11、此，门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑对应关系，所以门电号之间存在一定的逻辑对应关系，所以门电路又称为逻辑门电路路又称为逻辑门电路基本门有：基本门有：“与门与门” “ “或门或门” “ “非门非门”2022-3-1633真值表：真值表：“与门与门”的的逻辑电路逻辑电路A B F0 0 00 1 01 0 01 1 1 逻辑表达式：逻辑表达式：F=AB设设开关开关通为通为“1”1”，断为，断为“0”0” 灯亮为灯亮为“1”1”，灯暗为，灯暗为“0”0”& &A AB BF FABF+ +- -设设开关开关通为通为“1”1”，断为，断为“0”0” 灯灯亮为亮为“1”1”，

12、灯暗为，灯暗为“0”0”真值表真值表：“或门或门”逻辑门电逻辑门电路路A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1 逻辑表达式：逻辑表达式：F=A+BABF+ +- -真值表：真值表：“非门非门”逻辑门电逻辑门电路路逻辑表达式：逻辑表达式：A F0 11 0AF AFA+ +- -2022-3-1636 在数字电路中，这些门电路都是由半导体元在数字电路中，这些门电路都是由半导体元件组成的，而不是用有触点的开关。门电路的输件组成的，而不是用有触点的开关。门电路的输出和输入都有两种状态，出和输入都有两种状态，高电平高电平和和低电平低电平，分别，分别用用“1”1”和和“0”0”表示，称为正逻辑

13、系统。表示，称为正逻辑系统。 如用如用“0”0”表示高电平，表示高电平，“1”1”表示低电平，表示低电平，称为负逻辑。称为负逻辑。 本书中在无特别说明时，都使用，都使用正逻正逻辑辑系统。系统。2022-3-16371 1、电路和符号、电路和符号DADBDCRABCF+12VABCF&电路电路符号符号74LS0874LS09等等2022-3-1638有低出低，全高出高有低出低，全高出高DADBDCRABCF+12VABC F0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1真值表：真值表：3 3、表达式和真值表、表达式和真值表

14、 F=ABCF=ABC2022-3-16391 1、电路和符号、电路和符号DADBDCRABCF-12V电路电路符号符号74LS32ABCF12022-3-1640有高出高，全低出低有高出高，全低出低DADBDCRABCF-12V真值表：真值表：3 3、表达式和真值表、表达式和真值表 F=A+B+CF=A+B+CA B C F 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 11 1、电路和符号、电路和符号A-VBBR1R2RC+VCCFAF 3 3、表达式和真值表、表达式和真值表AF12 2、工作原理、工作原理真值表

15、：真值表：2022-3-1642A-VBBR1R2RC+VCCF1DADBDCRABCF0+12V二极管二极管“与门与门”电电路路三极管三极管“非门非门”电电路路二极管二极管- -三极管组合三极管组合“与非门与非门”电电路路实际上，可以将二极管实际上，可以将二极管“与与”门和三极管门和三极管“非非”门门组合在一起而构成组合在一起而构成“与非与非”门。门。2022-3-16431 1、“与非与非” ” 门门(74LS00,74LS20(74LS00,74LS20等）等）ABCF&F=ABC2 2、“或非或非” ” 门门(74LS02,74LS27(74LS02,74LS27等等) )F=

16、A+B+CABCF1有高出低，全低出高有高出低，全低出高有低出高，全高出低有低出高，全高出低2022-3-16444 4、“异或异或”门门3 3、“与或非与或非”(74LS50-55,74LS64)(74LS50-55,74LS64)=1ABFABCF&D1F=AB+CDAB F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 F=A B逻辑式逻辑式真值表：真值表：2022-3-1645已知波形，画出输出波形。已知波形，画出输出波形。F1=ABC F2=A+B+CF3=ABC F4=A+B+CABF1CF2F3F4例例2022-3-1646思考题：思考题： 逻辑运算中的逻辑运算中的“1

17、”和和“0”是否表示两个是否表示两个数字？逻辑加法运算和算术加法运算有何不同？数字？逻辑加法运算和算术加法运算有何不同？2022-3-16472022-3-1648ABCF TTL“与非与非”门电路及其图形符号门电路及其图形符号R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABCFT1T3T2T5T42022-3-1649(1)(1)输入端不全为输入端不全为“1”1”输出为输出为“1”1”F=ABCABC F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 R1R4R3R2R5750 3K 360

18、100 3K +5VABCFT1T3T2T5T42 2、工作原理：、工作原理：(2)(2)输入端全为输入端全为“1” 1” 输出为输出为“0”0”2022-3-165074LS20（4输入输入2门）门）（T063）74LS00（2输入输入4门）门）（T065）1234567891011121314&1234567891011121314 2022-3-16511. 1. 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UOL14320123Ui(V)Uo(V)ABCDEUNLUILUOFFUONUIHUNHAB段的电压为输出高电平电压段的电压为输出高电平电压UOH，D

19、E段的电压为输出低电平电压段的电压为输出低电平电压UOL。对通用的对通用的TTL“与非与非”门电路门电路 UOH 2.4V, UOL 0.4V 。2. 2. 噪声容限电压噪声容限电压UNL 为为低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压 UNL=UOFF-UILUNH 为为高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压 UNH=UIN-UON噪声容限电压噪声容限电压是说明门电路抗干扰能力的参数，对是说明门电路抗干扰能力的参数，对通用的通用的TTL“与非与非”门电路门电路UNL=0.5V, UNH=1.1V 。2022-3-16523. 3. 扇出系数扇出系数N0一个一个“与非与非”门能带同类门的最大数目，它表

20、示带门能带同类门的最大数目，它表示带负载能力。对负载能力。对TTL “与非与非”门，门， N0 8。4. 4. 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd输入上升沿的输入上升沿的50%至输出下降沿至输出下降沿50%之间的间隔为之间的间隔为上升延迟时间上升延迟时间tpd1，输入下降沿的，输入下降沿的50%至输出上升沿至输出上升沿50%之间的间隔为下降延迟时间之间的间隔为下降延迟时间tpd2。它们的平均值。它们的平均值称为平均传输延迟时间称为平均传输延迟时间tpd。5. 5. 输入高电平电流输入高电平电流I IH和输入低电平电流和输入低电平电流I IL I IH 50A, I IL 1.6mA 。2

21、022-3-1653R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABEFT1T3T2T5T4电电 路路 图图2022-3-1654当当E=1E=1时，时，F=ABF=AB三态门的图形符号三态门的图形符号逻辑功能逻辑功能ENABEF&当当E=0E=0时，不管时，不管ABAB为何值为何值F F为高阻状态为高阻状态2022-3-1655 三态输出三态输出“与非与非”门电路主门电路主要用途是可以实现用一根导线要用途是可以实现用一根导线轮流传送几个不同的数据或控轮流传送几个不同的数据或控制信号，如图所示，这根导线制信号，如图所示，这根导线称为总线。这种用总线来传送称为总线。这种

22、用总线来传送数据或信号的方法，在计算机数据或信号的方法，在计算机中被广泛采用。中被广泛采用。ENA2B2E2&ENA3B3E3&ENA1B1E1&四、三态门的应用四、三态门的应用1 1、数据选择器，如、数据选择器，如8 8选选1 1， 74LS25174LS251，1616脚脚2 2、锁存器，如、锁存器，如8D8D锁存器锁存器74LS37374LS3733 3、总线收发器（如、总线收发器（如74LS24274LS242等）等）2022-3-1656第六节第六节 组合逻辑电路的分析和综合组合逻辑电路的分析和综合分析和综合逻辑电路，需要讨论它的输出变分析和综合逻辑电路，需要

23、讨论它的输出变量与输入变量之间的关系。逻辑函数可用下量与输入变量之间的关系。逻辑函数可用下列三种方法表示：逻辑表达式、逻辑状态表列三种方法表示：逻辑表达式、逻辑状态表和逻辑图。和逻辑图。一、组合逻辑电路的分析一、组合逻辑电路的分析 已知逻辑图已知逻辑图写逻辑式写逻辑式化简或变换化简或变换列逻列逻辑状态表辑状态表分析逻辑功能分析逻辑功能例：分析下图的逻辑功能解：G1XG4FG3ZG2YAB（1）由逻辑图写出逻辑式G1门G2门G3门G4门ABX ABAAXYABBABABBAAABBABAABBABAYZF)()(ABBBXZ（2）由逻辑式列出逻辑状态表写出逻辑状态的各种组合，而后根据逻辑式列逻辑

24、状态表。ABF0 0 01 0 10 1 11 1 0（3）分析逻辑功能 当输入A、B不相同时输出为“1”；否则，输出为“0”。“异或”门BABABAF=12022-3-1659二、组合逻辑电路的综合二、组合逻辑电路的综合 已知逻辑要求逻辑要求列逻辑状态表写逻辑式化简或变换画逻辑图例：试设计一逻辑电路供三人（A、B、C）表决使用。每人有一电键，如果他赞成，就按电键，表示“1”；如果不赞成，不按电键表示“0”。表决结果用指示灯表示，如果多数赞成，则指示灯亮，F=1；反之则不亮，F=0。（1）由题意列出逻辑状态表： 输入为A、B、C有八种组合。解解（2）由逻辑状态表写出逻辑式 a、取F=1列逻辑式

25、ABC0 0 0 0F0 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1逻辑状态表逻辑状态表 b、对每一种组合，输入变量都是“与”的逻辑关系。如果输入变量为“1”，则取输入变量本身（如A）；如果输入变量为“0”，则取其反量（如A ）。而后取乘积项。BCA2022-3-1661c、各种组合之间，是或的逻辑关系，故取以上各乘积项之和。由此，可写出逻辑式：ABCBCACBACABF（3）变换和化简逻辑式ABCBCACBACABF（4）由逻辑式画出逻辑图)(BACABBCACABFABCABCBCACAB)AA(BC)BB(AC)CC(AB)(BACAB

26、BCACABF 在集成电路中，与非门作为基本元件之一。试用与非门构成逻辑图。11ABFCCABCABCABCABCABCABFCBAF2022-3-1663第七节第七节 常用集成组合电路常用集成组合电路一、编码器一、编码器 用数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程，称为编码。 数字电路中，一般用的是二进制编码。二进制只有0和1两个数码，可以把若干个0和1按一定规律编排起来组成不同的代码（二进制数）来表示某一对象或信号。一位二进制代码有0和1两种，可以表示两个信号。n位二进制代码有2n种，可以表示2n个信号。这种二进制编码在电路上容易实现。2022-3-1664输入 输 出CB AY0

27、0 0 0Y1 0 0 1Y2 0 1 0Y3 0 1 1Y4 1 0 0Y5 1 0 1Y6 1 1 0Y7 1 1 1一）二进制编码器 二进制编码器是将某种信号编成二进制代码的电路。例如：2022-3-1665 &C &B &AY71Y61Y51Y41Y31Y21Y11三位二进制编码器2022-3-16661. 确定二进制代码的位数对于m个状态进行编码，则 m 2n 。n为整数。2. 列编码表将待编码的状态量用对应的二进制代码进行定义(这种对应关系是人为的)，并形成表格。一般采用的方案都应是便于记忆的。3. 由编码表写出逻辑式写出各输出量对应于输入量的逻辑关系式。4. 由逻辑式画出逻辑图一般情况下都用“与非”门构成逻辑图，故常将逻辑式转化成“与非” -“与非”形式的逻辑式。2022-3-1667 &C &BY71Y61