电工学-第20章门电路和组合逻辑电路ppt课件

1、第第2020章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合20.3 TTL门电路门电路20.4 CMOS门电路门电路目目 录录20.5 逻辑代数逻辑代数电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.7 加法器加法器20.8 编码器编码器20.9 译码器和数字显示译码器和数字显示20.10 应用举例应用举例目目 录录20.6 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、数一、数 制制20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号1 常

2、用数制常用数制 十进制十进制 二进制二进制十进制有十进制有09十个数码，进位规则是十个数码，进位规则是“逢十进一逢十进一”。二进制有二进制有0和和1两个数码，进位规则是两个数码，进位规则是“逢二进一逢二进一”。二进制数可转换为十进制。例如二进制数可转换为十进制。例如(10101.01)2=1(10101.01)2=1 24+024+0 23+123+1 22+022+0 21+121+1 20+020+0 2-1+12-1+1 2-22-2 =(21.25)10 =(21.25)10电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、数一、数 制制20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号1 常用数制常用

3、数制 八进制八进制八进制有八进制有07八个数码，进位规则是八个数码，进位规则是“逢八进一逢八进一”。八进制数可转换为十进制。例如八进制数可转换为十进制。例如(32.4)8=3(32.4)8=3 81+281+2 80+480+4 8-1=(26.5)108-1=(26.5)10电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、数一、数 制制20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号1 常用数制常用数制 十六进制十六进制有有09，A(10)，B(11)，C(12)，D(13)，E(14)， F(15)十六十六个数码，进位规则是个数码，进位规则是“逢十六进一逢十六进一”。十六进制数可转换为十进制。例如十六进

4、制数可转换为十进制。例如(3B.6E)16=3(3B.6E)16=3 161+11161+11 160+6160+6 16-1+1416-1+14 16-216-2 (59.4)10(59.4)10电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、数一、数 制制20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号2 十进制数转换为任意进制数十进制数转换为任意进制数 十十-二进制数转换二进制数转换 十十-八进制数转换八进制数转换 十十-十六进制数转换十六进制数转换电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、数一、数 制制20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号3 二进制算术运算二进制算术运算 加法运算加法运算 减法运

5、算减法运算 乘法运算乘法运算电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号1 模拟信号和模拟电路模拟信号和模拟电路若物理量的变化在时间上是连续的，则把这一类物理量称为若物理量的变化在时间上是连续的，则把这一类物理量称为模拟量，把表示模拟量的信号称为模拟信号，并把工作在模模拟量，把表示模拟量的信号称为模拟信号，并把工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。模拟电路主要研究输出拟信号下的电子电路称为模拟电路。模拟电路主要研究输出信号与输入信号之间的大小和相位等方面的关系。信号与输入信号之间的大小和相位等方面的关系。在模拟电路中，晶体管工作于放大

6、状态。在模拟电路中，晶体管工作于放大状态。电子电路的信号分模拟信号和数字信号。电子电路分模拟电子电路的信号分模拟信号和数字信号。电子电路分模拟电路和数字电路。电路和数字电路。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号2 数字信号和数字电路数字信号和数字电路若物理量的变化在时间上是不连续的，则把这一类物理量称若物理量的变化在时间上是不连续的，则把这一类物理量称为数字量，把表示数字量的信号称为数字信号，并把工作在为数字量，把表示数字量的信号称为数字信号，并把工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。数字电路主要研究输数字信号下的电子电路称为

7、数字电路。数字电路主要研究输出信号与输入信号之间的逻辑关系，数字电路又叫做逻辑电出信号与输入信号之间的逻辑关系，数字电路又叫做逻辑电路。路。在数字电路中，晶体管工作于饱和状态或截止状态。在数字电路中，晶体管工作于饱和状态或截止状态。电子电路的信号分模拟信号和数字信号。电子电路分模拟电电子电路的信号分模拟信号和数字信号。电子电路分模拟电路和数字电路。路和数字电路。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号3 常见的脉冲信号常见的脉冲信号 矩形波矩形波 尖顶波尖顶波因为数字信号随时间变化是不连续的，而是跃变的。所以因为数字信号随时间变化是

8、不连续的，而是跃变的。所以数字信号又称为脉冲信号。脉冲信号是一种跃变信号，且数字信号又称为脉冲信号。脉冲信号是一种跃变信号，且持续时间短暂。可短至几个微秒甚至几个纳秒。最常见的持续时间短暂。可短至几个微秒甚至几个纳秒。最常见的脉冲信号如下：脉冲信号如下：电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号4 正脉冲和负脉冲正脉冲和负脉冲 -3V-3V003V 正脉冲：跃变后的值比初始值高。正脉冲：跃变后的值比初始值高。 3V00-3V-3V 负脉冲：跃变后的值比初始值低。负脉冲：跃变后的值比初始值低。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、

9、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号5 脉冲信号的参数脉冲信号的参数 A0.9A0.5A0.1AtrtPtfT 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 脉冲上升时间脉冲上升时间tr：从脉冲幅度的：从脉冲幅度的10%上升到上升到90%所需时间。所需时间。 脉冲下降时间脉冲下降时间tf：从脉冲幅度的：从脉冲幅度的90%下降到下降到10%所需时间。所需时间。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、脉冲信号二、脉冲信号20.1 数制和脉冲信号数制和脉冲信号5 脉冲信号的参数脉冲信号的参数 A0.9A0.5A0.1AtrtPtfT 脉冲宽度脉冲宽度tp：

10、与脉冲幅度：与脉冲幅度50%对应的上下沿之间脉冲持续对应的上下沿之间脉冲持续时时 间。间。 脉冲周期脉冲周期T：脉冲幅度的：脉冲幅度的10%对应的相邻两个上升沿之间的对应的相邻两个上升沿之间的 时间。时间。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合1 逻辑关系逻辑关系逻辑关系是指逻辑关系是指“条件和条件和“结果的因果关系。基本的逻辑关结果的因果关系。基本的逻辑关系有与逻辑关系、或逻辑关系和非逻辑关系。系有与逻辑关系、或逻辑关系和非逻辑关系。2 逻辑门电路逻辑门电路3 逻辑运算逻辑运算逻辑门电路是实现各种逻辑

11、关系的基本逻辑电路，逻辑门逻辑门电路是实现各种逻辑关系的基本逻辑电路，逻辑门电路简称为门电路。基本的门电路对应基本的逻辑关系，电路简称为门电路。基本的门电路对应基本的逻辑关系，有与门电路、或门电路和非门电路。有与门电路、或门电路和非门电路。逻辑运算表示的是逻辑变量以及常量之间逻辑状态的推理逻辑运算表示的是逻辑变量以及常量之间逻辑状态的推理运算，而不是数量之间的运算。基本的逻辑运算对应基本运算，而不是数量之间的运算。基本的逻辑运算对应基本的逻辑关系，有与运算、或运算和非运算。的逻辑关系，有与运算、或运算和非运算。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念

12、20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合4 逻辑函数逻辑函数如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函数，写作数，写作5 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法5.1 逻辑状态表逻辑状态表YF A,B,C,=()=()将输入变量所有的取值下对应的输出值找出来，列成表格，将输入变量所有的取值下对应的输出值找出来，列成表格，即可

13、得到逻辑状态表。即可得到逻辑状态表。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合4 逻辑函数逻辑函数如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函数，写作数，写作5 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法5.2 逻辑函数式逻辑函数式YF A,B,C,

14、=()=()将输入和输出之间的逻辑关系写成与、或、非等运算的组将输入和输出之间的逻辑关系写成与、或、非等运算的组合式，即可得到逻辑函数式。合式，即可得到逻辑函数式。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合4 逻辑函数逻辑函数如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函此，输出与输入是一种函数关

15、系。这种函数关系称为逻辑函数，写作数，写作5 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法5.3 逻辑图逻辑图YF A,B,C,=()=()将逻辑函数式中各变量之间的与、或、非等逻辑关系用图将逻辑函数式中各变量之间的与、或、非等逻辑关系用图形符号表示出来，即可画出逻辑图。形符号表示出来，即可画出逻辑图。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合4 逻辑函数逻辑函数如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输如果以逻辑运算中的逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。

16、因出，当输入变量的取值确定后，输出的取值便随之而定。因此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函此，输出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函数，写作数，写作5 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法5.4 波形图波形图YF A,B,C,=()=()如果将逻辑函数输入变量每一种可能出现的取值与对应的如果将逻辑函数输入变量每一种可能出现的取值与对应的输出值按时间顺序依次排列起来，即可得到波形图。输出值按时间顺序依次排列起来，即可得到波形图。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑电路的基本概念一、逻辑电路的基本概念20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合6 逻辑变量逻

17、辑变量逻辑代数中的变量逻辑代数中的变量 (输入变量和输出变量输入变量和输出变量)也用字母表示，但也用字母表示，但与普通代数中的变量不同，取值只有与普通代数中的变量不同，取值只有0和和1两种可能，这里的两种可能，这里的1和和0没有量的概念，只是表示一个事物的两种不同状态。没有量的概念，只是表示一个事物的两种不同状态。7 高、低电平高、低电平高、低电平，是用来描述电路中电位的高、低状态。电位是高、低电平，是用来描述电路中电位的高、低状态。电位是一个相对确切的数值，而电平则是在一定范围内的电位值，一个相对确切的数值，而电平则是在一定范围内的电位值，即在此范围内就可以判定为或高电平或低电平。即在此范围

18、内就可以判定为或高电平或低电平。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合1 二极管与门电路二极管与门电路 与逻辑：在决定某一事件的各种条件中，只有当所有的条与逻辑：在决定某一事件的各种条件中，只有当所有的条 件都具备时，事件才会发生，符合这一规律的逻件都具备时，事件才会发生，符合这一规律的逻 辑关系叫做与逻辑。辑关系叫做与逻辑。 与门电路：实现与逻辑关系的电路叫做与门电路。与门电路：实现与逻辑关系的电路叫做与门电路。DARDB+ +5 V5 VYAB电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、

19、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合1 二极管与门电路二极管与门电路 与门逻辑状态表与门逻辑状态表 与门逻辑符号与门逻辑符号 ABYA BY 0 00 0 10 1 00 1 11A BY 与门逻辑函数式与门逻辑函数式YA B= = 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合2 二极管或门电路二极管或门电路 或逻辑：在决定某一事件的各种条件中，只要有一个或一或逻辑：在决定某一事件的各种条件中，只要有一个或一 个以上的条件具备，事件就会

20、发生，符合这一规个以上的条件具备，事件就会发生，符合这一规 律的逻辑关系叫做或逻辑。律的逻辑关系叫做或逻辑。 或门电路：实现或逻辑关系的电路叫做或门电路。或门电路：实现或逻辑关系的电路叫做或门电路。DARDBYAB电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合2 二极管或门电路二极管或门电路 或门逻辑状态表或门逻辑状态表 或门逻辑符号或门逻辑符号 1 1ABYA BY 0 00 0 11 1 01 1 11A BY 或门逻辑函数式或门逻辑函数式YAB=+=+电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二

21、、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合3 晶体管非门电路晶体管非门电路 非逻辑：决定某一事件的条件只有一个，而在条件不具备非逻辑：决定某一事件的条件只有一个，而在条件不具备 时，事件才会发生，即事件的发生与条件处于对时，事件才会发生，即事件的发生与条件处于对 立状态，符合这一规律的逻辑关系叫做非逻辑。立状态，符合这一规律的逻辑关系叫做非逻辑。 非门电路：实现非逻辑关系的电路叫做非门电路。非门电路：实现非逻辑关系的电路叫做非门电路。+UCCRBRCAY电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、分立元器件基本逻辑门电路二、分立元器件基

22、本逻辑门电路20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合3 晶体管非门电路晶体管非门电路 非门逻辑状态表非门逻辑状态表 非门逻辑符号非门逻辑符号AY 0 1101AY 非门逻辑函数式非门逻辑函数式YA= =电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、基本逻辑门电路的组合三、基本逻辑门电路的组合20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合1 与非门电路与非门电路 与非门逻辑图和逻辑符号与非门逻辑图和逻辑符号 与非门逻辑状态表与非门逻辑状态表 与非门逻辑函数式与非门逻辑函数式YA B= YAB 1YABA BY 0 01 0 11 1 01 1 10A BY电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军

23、制作三、基本逻辑门电路的组合三、基本逻辑门电路的组合20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合2 或非门电路或非门电路 或非门逻辑图和逻辑符号或非门逻辑图和逻辑符号 或非门逻辑状态表或非门逻辑状态表 或非门逻辑函数式或非门逻辑函数式YAB=+=+ 1 1YAB 1 11YABA BY 0 01 0 10 1 00 1 10A BY电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、基本逻辑门电路的组合三、基本逻辑门电路的组合20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合3 与或非门电路与或非门电路 与或非门逻辑图和逻辑符号与或非门逻辑图和逻辑符号 与或非门逻辑函数式与或非门逻辑函数式YA BC D

24、= = + + Y 1 1 AB CD CD 1YAB 1 1电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、基本逻辑门电路的组合三、基本逻辑门电路的组合20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合3 与或非门电路与或非门电路 与或非门逻辑状态表与或非门逻辑状态表A B C DY 0 0 0 01 0 0 0 11 0 0 1 01 0 0 1 10 0 1 0 01 0 1 0 11 0 1 1 01 0 1 1 10 1 0 0 01 1 0 0 11 1 0 1 01 1 0 1 10 1 1 0 00 1 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 10电工学电子技术部分哈理工大学 王亚

25、军制作例题例题20.2.120.2.1试根据与非门和或非门的输入试根据与非门和或非门的输入A A和和B B的波形，画出与非门和或非的波形，画出与非门和或非门输出门输出Y1Y1和和Y2Y2的波形。的波形。ABY1Y2与非门与非门或非门或非门【解】【解】电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路R2+5 V+5 VD1D2R1T4T2R3T1R4T3D3ABY中间级中间级输入级输入级输出级输出级1 TTL74系列与非门逻辑电路系列与非门逻辑电路电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3

26、TTL门电路门电路R2+5 V+5 VD1D2R1T4T2R3T1R4T3D3ABY多发射极多发射极晶体管晶体管E1E2等效电路等效电路CBT1的作用和二极管与的作用和二极管与门的作用完全相似。门的作用完全相似。1 TTL74系列与非门逻辑电路系列与非门逻辑电路电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路R2+5 V+5 VD1D2R1T4T2R3T1R4T3D3ABY2 工作原理工作原理-输入端有输入端有0的情况的情况VY=5-R2IB3-UBE3-UD3R2IB3可忽略不计，于是可忽略不计，于是VY5-0.7-0.7=3.6

27、VY=1即即拉电流拉电流电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路R2+5 V+5 VD1D2R1T4T2R3T1R4T3D3ABYVY=UCE40.3 VY=1即即灌电流灌电流2 工作原理工作原理-输入端全输入端全1的情况的情况电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路3 引脚排列图及逻辑符号引脚排列图及逻辑符号 74LS20的引脚排列图及逻辑符号的引脚排列图及逻辑符号156789101423411121374LS20UCC D2 C2 B2 A2 Y2 A1

28、B1 C1 D1 Y1 GND 91012131245A1B1C1D1Y1 74LS2068电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路3 引脚排列图及逻辑符号引脚排列图及逻辑符号 74LS00的引脚排列图及逻辑符号的引脚排列图及逻辑符号156789101423411121374LS00UCC B4 A4 Y4 B3 A3 Y3 A1 B1 Y1 A2 B2 Y2 GND 9101213 8111245A1B1 74LS00Y1 3 6电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL

29、门电路门电路4 主要参数主要参数 输出高电平电压输出高电平电压UOHUOH和输出低电平电压和输出低电平电压UOLUOLTTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性0.32.73.60.51.3 1.42UI/VUO/V0ABCDE当当UIUI0.5V0.5V时，时，UOUO3.6V3.6V，即，即图中的图中的ABAB段。当段。当UIUI在在0.51.3V0.51.3V之间时之间时UOUO随随UIUI的增大而线性地的增大而线性地减小，即减小，即BCBC段。段。当当UIUI增至增至1.4V1.4V左右时，左右时，T4T4管开管开始导通，输出迅速转为低电平始导通，输出迅速转为低电平UO UO 0.

30、3V0.3V，即，即CDCD段。段。当当UI UI 1.4V1.4V时保持输出为低电时保持输出为低电平，即平，即DEDE段。段。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路4 主要参数主要参数 输出高电平电压输出高电平电压UOHUOH和输出低电平电压和输出低电平电压UOLUOLTTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性0.32.73.60.51.3 1.42UI/VUO/V0ABCDE对于通用的对于通用的TTLTTL与非门：与非门：OH2.4VU OL0.4VU 输出高电平电压输出高电平电压UOHUOH是对应是对应于于ABAB

31、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UOLUOL是对应是对应于于DEDE段的输出电压。段的输出电压。在额定负载下测出：在额定负载下测出：电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路4 主要参数主要参数 扇出系数扇出系数NONO扇出系数是指一个与非门能带同类门的最大数目，它表示扇出系数是指一个与非门能带同类门的最大数目，它表示带负载能力。带负载能力。TTLTTL与非门，与非门，NONO8 8。 输入高电平电流输入高电平电流IIHIIH和输入低电平电流和输入低电平电流IILIIL 当某一输入端接高电平，其余输入端接

32、低电平时，流入该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，称为高电平输入电流输入端的电流，称为高电平输入电流IIHIIH。 当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该 输入端的电流，称为低电平输入电流输入端的电流，称为低电平输入电流IILIIL。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、TTLTTL与非门电路与非门电路20.3 TTL门电路门电路4 主要参数主要参数 平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtpd50%输入波形输入波形50%tpd1tpd2输出波形输出波形pd1pd2pd2ttt+ += =电

33、工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、三态输出与非门电路二、三态输出与非门电路20.3 TTL门电路门电路R2+5 V+5 VR1T4T2R3T1R4T3D3ABYDE 三态输出与非门电路三态输出与非门电路的输出端除出现高电的输出端除出现高电平和低电平外，还可平和低电平外，还可以出现第三种状态以出现第三种状态-高阻状态。高阻状态。使能控制端使能控制端电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、三态输出与非门电路二、三态输出与非门电路20.3 TTL门电路门电路1 逻辑符号逻辑符号高电平有效高电平有效 EN YABE低电平有效低电平有效 EN YABE2 三态输出与非门逻辑状态表三态输出与非

34、门逻辑状态表逻逻 辑辑 功功 能能高电平高电平有效有效E=0Y=ZE=1Y=AB低电平低电平有效有效E=1Y=ZE=0Y=AB电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、三态输出与非门电路二、三态输出与非门电路20.3 TTL门电路门电路3 运用运用A3B3E3 EN A2B2E2 EN A1B1 E1 EN 三态门最重要的一个用途是可以实现用一三态门最重要的一个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制信根导线轮流传送几个不同的数据或控制信号，这根导线称为总线。即三态门可构成号，这根导线称为总线。即三态门可构成多路开关，数据双向传递，多路数据分时多路开关，数据双向传递，多路数据分时

35、传送等。传送等。只要各三态门的控制端轮流处于高电平，只要各三态门的控制端轮流处于高电平，即任何时间只能有一个三态门处于工作状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高阻状态，这样态，而其余三态门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各三态门的输出。这种总线就会轮流接受各三态门的输出。这种用总线来传送数据或控制信号的方法，在用总线来传送数据或控制信号的方法，在计算机中被广泛采用。计算机中被广泛采用。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、一、CMOSCMOS非门电路非门电路20.4 CMOS门电路门电路CMOS非门电路非门电路+UDD+UDDT1T2驱动管驱动管负载管负载管G

36、SAYDDGS当输入端当输入端A A为为1 1时，驱动管时，驱动管T1T1的栅的栅源电压大于开启电压，它处于导源电压大于开启电压，它处于导通状态；而负载管通状态；而负载管T2T2的栅源电压的栅源电压小于开启电压的绝对值，它不能小于开启电压的绝对值，它不能开启，处于截止状态。这时，开启，处于截止状态。这时，T2T2的电阻比的电阻比T1T1高得多，电源电压便高得多，电源电压便主要降在主要降在T2T2上，故输出端上，故输出端Y Y为为0 0。当输入端当输入端A A为为0 0时，时，T1T1截止，而截止，而T2T2导通。电源电压便主要降在导通。电源电压便主要降在T1T1上上故输出端故输出端Y Y为为1

37、 1。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、二、CMOSCMOS与非门电路与非门电路20.4 CMOS门电路门电路当输入端全为当输入端全为 1 1 时，驱动管时，驱动管T1T1和和T2T2都导通，电阻都导通，电阻很低；而负载管很低；而负载管T3T3和和T4T4都不能开都不能开启，都处于截止启，都处于截止状态，电阻很高状态，电阻很高这时电源电压主这时电源电压主要降在负载管上要降在负载管上故输出端故输出端Y Y为为0 0。CMOS与非门电路与非门电路+UDD+UDD T2T4T1T3YBAGDGSDS 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作二、二、CMOSCMOS与非门电路与非门电路20.

38、4 CMOS门电路门电路当输入端有一个当输入端有一个或全为或全为0 0时，则串时，则串联的驱动管截止联的驱动管截止而相应的负载管而相应的负载管导通，负载管的导通，负载管的总电阻很低，驱总电阻很低，驱动管的总电阻却动管的总电阻却很高。这时电源很高。这时电源电压便主要降在电压便主要降在串联的驱动管上串联的驱动管上故输出端故输出端Y Y为为1 1。CMOS与非门电路与非门电路+UDD+UDD T2T4T1T3YBAGDGSDS 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、三、CMOSCMOS或非门电路或非门电路20.4 CMOS门电路门电路当输入端全为当输入端全为1 1或其中一个为或其中一个为1 1

39、时，输出端时，输出端Y Y为为0 0。只有当输入端全只有当输入端全为为0 0时，输出端时，输出端才为才为1 1。CMOS或非门电路或非门电路 T2T1T3T4+UDD+UDDYBAGGDDSS 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作四、门电路多余输入端的处理四、门电路多余输入端的处理20.4 CMOS门电路门电路 TTL门电路的输入端悬空相当于高电平门电路的输入端悬空相当于高电平1，CMOS门电路门电路 的输入端不允许悬空。的输入端不允许悬空。 对与逻辑对与逻辑(与、与非与、与非)门电路，应将多余输入端直接接直流门电路，应将多余输入端直接接直流 电源正端或经电阻电源正端或经电阻(13 k )

40、接直流电源正端。接直流电源正端。 对或逻辑对或逻辑(或、或非或、或非)门电路，应将多余输入端接地。门电路，应将多余输入端接地。 如果前级如果前级(驱动级驱动级)有足够的驱动能力，也可将多余输入端有足够的驱动能力，也可将多余输入端 与信号输入端连在一起。与信号输入端连在一起。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作例题例题20.4.120.4.1【解】【解】为了实现为了实现Y=AY=A，图中各门电路多余输入端的处理是，图中各门电路多余输入端的处理是否正确？那些电路能实现否正确？那些电路能实现Y=AY=A？ YA YA+UC+UCC C AY(a)(b)(c) 1 1 YA 1 1YA+UC+UC

41、C C 1 1AY(d)(e)(f)图图(b)、(f)处理正确；图处理正确；图(a)、(b)、(d) 、(f)能实现。能实现。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.5 逻辑代数逻辑代数概概 述述 逻辑代数中也是用字母表示变量，这种变量称为逻辑变量逻辑代数中也是用字母表示变量，这种变量称为逻辑变量 逻辑变量的取值只有逻辑变量的取值只有0和和1两种可能，只能表示两种相反的两种可能，只能表示两种相反的 逻辑状态。逻辑状态。 逻辑运算表示的是逻辑变量以及常量之间逻辑状态的推理逻辑运算表示的是逻辑变量以及常量之间逻辑状态的推理 运算，而不是数量之间的运算。运算，而不是数量之间的运算。 逻辑代数所

42、表示的是逻辑关系，不是数量关系，这是它与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。普通代数本质上的区别。 在逻辑代数中只有与运算、或运算和非运算三种基本逻辑在逻辑代数中只有与运算、或运算和非运算三种基本逻辑 运算。根据这三种运算可以推导出逻辑代数运算法则。运算。根据这三种运算可以推导出逻辑代数运算法则。逻辑代数或称布尔代数，它是分析和设计数字电路的工具。逻辑代数或称布尔代数，它是分析和设计数字电路的工具。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、逻辑代数运算法则一、逻辑代数运算法则20.5 逻辑代数逻辑代数法则名称法则名称法法 那么那么 内内 容容自等律自等律

43、0 - 1律律重叠律重叠律吸收律吸收律0+ += =AA11+ += =A00 = =A+ += =AAA1+ += =AA0 = =A AAA= =+ += =AABA互补律互补律复原律复原律( (+ +) ) = =A ABA = =A AA1 = =AA+ += =+ +AABAB( (+ +) ) = =A ABAB电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.5 逻辑代数逻辑代数一、逻辑代数运算法则一、逻辑代数运算法则法则名称法则名称法法 那么那么 内内 容容交换律交换律反演律反演律结合律结合律分配律分配律ABBA+ += =+ +A BB A = = ABA B+ += = A B

44、AB = =+ +ABCBCACAB+ + ( (+ +) ) = =+ + ( (+ +) ) = =+ + ( (+ +) )AB CBC ACA B ( ( ) ) = = ( ( ) ) = = ( ( ) )AB CABAC+ + ( ( ) ) = = ( (+ +) ) ( (+ +) )ABCA BA C ( (+ +) ) = = ( ( ) ) + + ( ( ) )电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.5 逻辑代数逻辑代数二、逻辑函数各种表示方法间的相互转换二、逻辑函数各种表示方法间的相互转换1 逻辑状态表与逻辑函数式的相互转换逻辑状态表与逻辑函数式的相互转换既然

45、同一个逻辑函数可以用多种不同的方法描述，那么这几种方法之间既然同一个逻辑函数可以用多种不同的方法描述，那么这几种方法之间必能相互转换。必能相互转换。 由状态表写出函数式的方法由状态表写出函数式的方法 找出状态表中使逻辑函数找出状态表中使逻辑函数Y=1的那些输入变量取值的组合。的那些输入变量取值的组合。 每组输入变量取值的组合对应一个与项，其中取值为每组输入变量取值的组合对应一个与项，其中取值为1的的 写入原变量，取值为写入原变量，取值为0的写入反变量。的写入反变量。 将这些与项逻辑加，即得将这些与项逻辑加，即得Y的逻辑函数式。的逻辑函数式。 由函数式列出状态表的方法由函数式列出状态表的方法将输

46、入变量取值的所有组合状态逐一代入函数式求出函数将输入变量取值的所有组合状态逐一代入函数式求出函数值列成表，即可得到状态表。值列成表，即可得到状态表。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作例题例题20.5.120.5.1逻辑函数式为逻辑函数式为【解】【解】YABCABCABC=+=+试由逻辑函数式列出逻辑状态表。试由逻辑函数式列出逻辑状态表。A B CY0 0 00 0 10 1 01 0 00 1 11 0 11 1 01 1 101101000电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作例题例题20.5.220.5.2逻辑状态表为逻辑状态表为【解】【解】YABCABCABC=+=+试由逻辑状态

47、表写出逻辑函数式。试由逻辑状态表写出逻辑函数式。A B CY0 0 00 0 10 1 01 0 00 1 11 0 11 1 01 1 101101000电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.5 逻辑代数逻辑代数二、逻辑函数各种表示方法间的相互转换二、逻辑函数各种表示方法间的相互转换2 逻辑函数式与逻辑图的相互转换逻辑函数式与逻辑图的相互转换既然同一个逻辑函数可以用多种不同的方法描述，那么这几种方法之间既然同一个逻辑函数可以用多种不同的方法描述，那么这几种方法之间必能相互转换。必能相互转换。 由函数式画出逻辑图的方法由函数式画出逻辑图的方法从给定的函数式转换为相应的逻辑图时，只要用逻

48、辑图形符从给定的函数式转换为相应的逻辑图时，只要用逻辑图形符号代替函数式中的逻辑运算，并按运算优先顺序将它们连接号代替函数式中的逻辑运算，并按运算优先顺序将它们连接起来，即可画出逻辑图。起来，即可画出逻辑图。 由逻辑图写出函数式的方法由逻辑图写出函数式的方法从给定的逻辑图转换为相应的函数式时，只要由输入端到从给定的逻辑图转换为相应的函数式时，只要由输入端到输出端逐级写出每个逻辑图形符号的输出逻辑函数式，即输出端逐级写出每个逻辑图形符号的输出逻辑函数式，即可在输出端写出逻辑函数式。可在输出端写出逻辑函数式。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.920.5.9【解】【解】用与非

49、门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。YAACABACAB AC=+=+=+=+=(1) Y=AB+AC(1) Y=AB+AC1ABC Y电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.920.5.9【解】【解】用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。YACA B C= =+ + += = (2) Y=A+B+C(2) Y=A+B+CCAB11 Y电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.920.5.9【解】【解】用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。用与非门和非门实现下

50、列逻辑关系，画出逻辑图。YABA CABACCAB AC C= =+ + ( (+ +) )= =+ + += = (3) Y=AB+(A+B)C(3) Y=AB+(A+B)C 111 YBAC电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.920.5.9用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。用与非门和非门实现下列逻辑关系，画出逻辑图。YABCACAB C AC=+=+=(4) Y=AB +AC (4) Y=AB +AC +ABC+ABC【解】【解】 111 YABC 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1120.5.11【解】【解】试根据下列逻辑图写出逻

51、辑函数式。试根据下列逻辑图写出逻辑函数式。(a)(a)YA ABABABABAB= = = =+ += =+ + 11YAB1 电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1120.5.11【解】【解】试根据下列逻辑图写出逻辑函数式。试根据下列逻辑图写出逻辑函数式。(b)(b)YAC BCACBCAB CABC=+= (+)=+= (+)=ABC YC电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作20.5 逻辑代数逻辑代数1 常见逻辑函数式的表达形式常见逻辑函数式的表达形式 与或表达形式与或表达形式三、逻辑函数式的表达形式三、逻辑函数式的表达形式YABBCAC=+=+ 与非与非表达形式

52、与非与非表达形式YAB BC AC= = 或与非表达形式或与非表达形式YABBCAC= (+)(+)(+)= (+)(+)(+) 最简与或的表达形式最简与或的表达形式 在与或的表达形式中，与项的个数最少；在与或的表达形式中，与项的个数最少； 在与或的表达形式中，每个与项所含变量的个数最少。在与或的表达形式中，每个与项所含变量的个数最少。电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、逻辑函数式的表达形式三、逻辑函数式的表达形式20.5 逻辑代数逻辑代数2 最小项的表达形式最小项的表达形式在在n变量逻辑函数中，若变量逻辑函数中，若m为包含为包含n个因子的与项，而且这个因子的与项，而且这n个变量均以原

53、变量或反变量的形式在个变量均以原变量或反变量的形式在m中出现一次，则称中出现一次，则称m为该组变量的最小项。为该组变量的最小项。例如，例如，A、B两个变量的最小项有两个变量的最小项有ABABABAB、共共4个个(即即22个个)。n变量的最小项应有变量的最小项应有2n个。个。YACBCAC BBBC AAABCABCABCABCABCABCABC= =+ += =( (+ +) ) + +( (+ +) )= =+ + + += =+ + +电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作四、逻辑函数的化简方法四、逻辑函数的化简方法20.5 逻辑代数逻辑代数1 公式化简法公式化简法YABCABCABCA

54、BCAB CCAB CCABABA BBA= =+ + + += =( (+ +) ) + +( (+ +) )= =+ += =( (+ +) )= = 并项法：应用并项法：应用A+A =1，将两项合并为一项，并消去一个，将两项合并为一项，并消去一个或或 两个变量。如两个变量。如电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作四、逻辑函数的化简方法四、逻辑函数的化简方法20.5 逻辑代数逻辑代数1 公式化简法公式化简法11YABACBCABACBC AAABACABCABCABCACBABAC= =+ + += =+ + +( (+ +) )= =+ + + += =( ( + +) ) + +(

55、( + +) )= =+ + 配项法：应用配项法：应用B=B (A+A)，将，将(A+A)与某乘积项相乘，而与某乘积项相乘，而后后 展开、合并化简。如展开、合并化简。如电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作四、逻辑函数的化简方法四、逻辑函数的化简方法20.5 逻辑代数逻辑代数1 公式化简法公式化简法 加项法：应用加项法：应用A+A=A，在逻辑函数式中加相同的项，而，在逻辑函数式中加相同的项，而后后 合并化简。如合并化简。如YABCABCABCABCABCABCABCBC AAAC BBBCAC= =+ + += =+ + + += =( (+ +) ) + +( (+ +) )= =+ +电

56、工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作四、逻辑函数的化简方法四、逻辑函数的化简方法20.5 逻辑代数逻辑代数1 公式化简法公式化简法 吸收法：应用吸收法：应用A+AB=A，消去多样变量。如，消去多样变量。如1YBCABC DEBCABCDABCEBCADAEBC= =+ +( (+ +) )= =+ + += =( ( + + +) )= =电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1220.5.12【解】【解】应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。(1)(1)YAABABA BBABAABAB= =+ + += =( (+ +)

57、) + += =+ += =+ +并项法并项法由由A+AB=A+B得得电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1220.5.12【解】【解】应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。(2)(2)YACABABCAB CCABABABB AAB=+=+=(+) +=(+) +=+=+=(+)=(+)= =并项法并项法电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1220.5.12【解】【解】应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。(3)(3)YABABABABAB ABABABAB

58、AB= (+) += (+) +=+=+= (+)(+)= (+)(+)=+=+电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1220.5.12【解】【解】应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。(4)(4)YABABABABDABDA BBABABDABDAABAB= = ( (+ + +) ) ( (+ + + +) )= = ( ( ( (+ +) ) + +) ) ( (+ +) )= = ( (+ +) )= =+ +电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作习题习题20.5.1220.5.12【解】【解】应用逻辑代数运算法则化简

59、下列各逻辑函数式。应用逻辑代数运算法则化简下列各逻辑函数式。(5)(5)1YABCABCDABCABCDD= =+ + + + += =+ + += =+ +电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作三、逻辑函数的化简方法三、逻辑函数的化简方法20.5 逻辑代数逻辑代数2 卡诺图化简法卡诺图化简法电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作一、组合逻辑电路的分析一、组合逻辑电路的分析20.6 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计1 组合逻辑电路组合逻辑电路 特点：组合电路输出电平的高低仅取决于当时的输入，与特点：组合电路输出电平的高低仅取决于当时的输入，与 以前的输出状态无关，无记忆功能

60、。以前的输出状态无关，无记忆功能。 义务：已知逻辑图分析逻辑功能。义务：已知逻辑图分析逻辑功能。由门电路组成的逻辑电路，简称组合电路。由门电路组成的逻辑电路，简称组合电路。2 分析方法分析方法已知逻辑图已知逻辑图写逻辑函数式写逻辑函数式化简或变换化简或变换列逻辑状态列逻辑状态表表分析逻辑功能分析逻辑功能 步骤：步骤：电工学电子技术部分哈理工大学 王亚军制作例题例题20.6.120.6.1【解】【解】分析该逻辑电路的逻辑功能。分析该逻辑电路的逻辑功能。第一，写出逻辑函数式，并化简第一，写出逻辑函数式，并化简ABY 1YA= =2YAA= =3YBA= =23YY YAA BAA ABB ABAB