第六讲门电路及使用注意事项

1、Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项第 6 讲n 课时授课计划n 课 程 内 容Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项内容：分立元件门电路 TTL集成逻辑门电路 CMOS传输门 门电路使用注意事项目的与要求： 了解分立元件与门、或门、非门及与非门、或非门的工作原理和逻辑功能。 了解TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。 掌握OC门和TTL三态门的工作原理及有关的逻辑概念。 了解CMOS门的特点 。 掌握集成门电路的使用方法。重点与难点： 重点： TTL集成逻辑门电路的外部特性。 OC门和TTL三态门的应用。 难点： T

2、TL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性 OC门和TTL三态门的工作原理。Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项课堂讨论： 高阻态的含义； OC门和TTL三态门的应用。现代教学方法与手段： 投影 PowerPoint复习（提问）： 与、或、非及与非、或非逻辑的运算口诀、逻辑 符号。 Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门

3、、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。 门电路Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项1 1、二极管与门二极管与门uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止Y=AB A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 &ABY+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项A D1B D2 5V 0V YR3k2 2、二极管或门二极管或门uA uBuYD1 D20V 0

4、V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 导 通导 通 截 止导 通 导 通Y=A+B A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1ABYDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项3. 三极管非门电路三极管非门电路4. 组合门电路组合门电路AY0110A =40+5V Y电路图1逻辑符号AY1k4.3kDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项5. TTL与非门与非门 了解工作原理，掌握主要外部特性和参数。演示Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项1

5、）电压传输特性工作区：AB段（截止区） UI1.5V UO=UOL线性区：BC段 0.6VUI1.3V UI UO转折区：CD段 1.3VUI1.5V UI UO2）关门电平、开门电平和阀值电压（1）关门电平：在保证输出为标准高电平（3V）时允许输入低电平的最大值，用UOFF表示。 UOFF约为1.0V。当UIUON时，与非门才开通，输出低电平。（3）阀值电压：电压传输特性转折区中点对应的输入电压。又称为门槛电压。Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项3 3）噪声容限：）噪声容限：把不会破坏与非门的输出逻辑状态所允许的最大干扰电压值。噪声容限越大，说明抗干扰能力

6、越强。低电平噪声容限VNL ：VNL = VOFF VILmax高电平噪声容限VNH ： VNH = VIHmin - VON 4）扇出系数 带同类门的个数。表示门电路的负载能力。对于典型电路，扇出系数8。5）传输延迟时间 输出电压由高电平变为低电平的传输延迟时间称为导通传输延迟时间，记做tPHL；输出电压由低电平变为高电平的传输延迟时间称为截止传输延迟时间，记做tPLH。 定义与非门的传输延迟时间为tPLH 和tPHL 的算术平均值，记做tpd 。tpd 的典型值一般为1020ns。 Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项74LS00内含4个2输入与非门，74

7、LS20内含2个4输入与非门。74LS00的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1 C 1D 1Y GND74LS20的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 7Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y

8、1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引脚排列图T4AR13kT3T2T1YR4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器电路A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。AY TTL非门Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引脚排列图T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R

9、3R5T2T1R1TTL 或非门电路A、B中只要有一个为1，即高电平，如A1，则iB1就会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y0。AB0时，iB1、iB1均分别流入T1、T1发射极，使T2、T2、T5均截止，T3、T4导通，输出为高电平，即Y1。BAYTTL或非门Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND74LS51 的引脚排列图T4ABCDR1T3T2T1YR4+VCCT

10、5R2R3R5T2T1R1TTL 与或非门电路A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T2导通）时，T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T2同时截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。DCBAYTTL与或非门Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项6. 集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）问题的提出：为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，F=1。接入外接电阻R后：A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，F=0。BAY外接电

11、阻R的取值范围为：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminRDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项2）OC门驱动发光二极管3）OC门实现电平变换1）两个OC结构的与非门线与连接可实现与或非的逻辑功能。 CDABDCBAFFF21Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项7. 三态门（三态门（TS门）门） 当EN为高电平时，二极管D截止，电路工作在典型的与非门状态。 当EN为低电平时，一方面使T2、T5截止，同时通过二极管D将T3的基极电位钳位在1V左右，从而又使T4截止。由于T4、T5同时截止，从输出端看，F

12、端对地和对电源均相当于开路，呈现高阻状态。高阻态又叫禁止态或开路态。 EN端控制着电路的输出状态，因此将其称为控制端（或称为使能端）。 结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项TSL门的应用G1总线ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路开关(b) 双向传输(c) 单向总线G1G2G1G2G2Gn作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传

13、送，A=B 。构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项TTL子系列标准TTLLTTLHTTLSTTLLSTTLASTTLALSTTL系列名称CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00工作电压/V5555555平均功耗( 每门)/mw10122.519281.2平均传输延迟时间(每门)/.ns933639.533.5功耗-延迟积/mw-ns90331355

14、719244.2最高工作频率/MHz40138013050230100典型噪声容限/V1110.50.60.50.5TTL集成逻辑门各子系列重要参数比较集成逻辑门各子系列重要参数比较Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项8.CMOS门电路门电路（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。

15、（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。（8）输出范围大 VOH=VDD，VOL=0V（顶天立地）。CMOS数字电路的特点Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项CMOS传输门 设控制信号的高、低电平分别为VDD和0V，当C=0， =1时，T1、T2均截止，输出与输入之间呈现高阻抗（ 109），传输门截止。当C=1， =0时，若0vIVDD-VGS（th）N，则T1导通；当|VGS（th）P|vIVDD

16、时，T2导通。因此当vI 在0到VDD之间变化时，T1、T2总有一个导通，输出与输入之间呈现低阻抗（几百），传输门导通。 CCDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项 传输门的一个重要的、独特的用途是用做作模拟开关，用来传输连传输门的一个重要的、独特的用途是用做作模拟开关，用来传输连续变化的模拟信号。续变化的模拟信号。 9.9.门电路使用注意事项门电路使用注意事项 TTL门电路使用注意事项门电路使用注意事项 1）电源要求 （1）电源电压范围为5V10%，有的要求5V5%。 （2）电源入口处应接2050F的滤波电容以滤除纹波电压。 （3）在芯片的电源引脚处接0.01

17、0.1F的滤波电容过滤高频干扰。 （4）逻辑电路和其他强电回路应分别接地。Digital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项2）输入端的处理 （1）输入端不能直接高于+5.5V和低于-0.5V的低内阻电源。 （2）多余输入端一般不能悬空。3）TTL门电路的输出端不允许直接接+VCC。CMOSCMOS门电路使用注意事项门电路使用注意事项 1）电源要求 （1）CMOS门电路工作电压范围较宽（+3+18V）一般取： VDD降低将使门电路的工作频率下降。 （2）接线时电源极性必须正确，不能接反。 2minmaxDDDDDDVVVDigital Logic Circuit第6讲 门电路及使用注意事项 2）输入端的处理 （1）输入端不允许悬空，通常在输入端和地之间接保护电阻，以防止拔下电路板后造成输入端悬空。 （2）输入高电平不能大于VDD + 0.5V；输入低电平不得小于VSS - 0.5V。且输入端电流一般应限制在1m