第6章门电路和组合逻辑电路

1、第6章门电路和组合逻辑电路第第6章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路6.1 数字电路概述数字电路概述6.2逻辑代数基础逻辑代数基础6.3逻辑门电路逻辑门电路6.4集成门电路集成门电路6.5逻辑组合电路的分析与设计逻辑组合电路的分析与设计6.6常用集成组合逻辑电路常用集成组合逻辑电路6.7组合逻辑电路的组合逻辑电路的Multisim仿真仿真小结小结第第6章章 重点重点 各种逻辑门各种逻辑门(与门、或门、非门、与与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、非门、或非门、与或非门、异或门、传输门、三态门等）的逻辑符号、传输门、三态门等）的逻辑符号、逻辑表达式和真值表逻辑表达式和真值

2、表 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法 编码器、译码器编码器、译码器 TTL电路、电路、MOS电路的特点电路的特点6.1 数字电路概述数字电路概述u正弦波信号正弦波信号tut方波信号方波信号电子电路中的信号电子电路中的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随时间连续变化不连续变化不连续变化模拟电路数字电路逻辑电路逻辑电路数字电路组合逻辑电路时序逻辑电路电路的输出状态完全由电路的输出状态完全由当时的输入状态决定，当时的输入状态决定，与电路原来的状态无关，与电路原来的状态无关，没有记忆功能。没有记忆功能。电路的输出状态不仅与电路的输出状态不仅与当时的输入状态有关，

3、当时的输入状态有关，而且还与电路原来的状而且还与电路原来的状态有关，具有记忆功能。态有关，具有记忆功能。主要由触发器组成主要由门电路组成一、数字电路的特点一、数字电路的特点1、晶体管工作在开关状态；、晶体管工作在开关状态；2、对信号大小的要求减弱，抗干扰能力强；、对信号大小的要求减弱，抗干扰能力强；3、主要研究输出与输入之间的逻辑关系，用逻、主要研究输出与输入之间的逻辑关系，用逻辑代数方法，表达功能用真值表、逻辑表达式、辑代数方法，表达功能用真值表、逻辑表达式、波形图。波形图。二、二进制数二、二进制数 （开关通断，三极管饱和截止，低电平高电平等开关通断，三极管饱和截止，低电平高电平等）二进制数

4、（二进制数（Binary,B）：逢二进一）：逢二进一二二十进制（十进制（Decimal，D）转换，）转换，09的转换码的转换码八进制（八进制（Octonary，O)十六进制（十六进制（Hexadecimal，H）三、数字脉冲信号三、数字脉冲信号正脉冲正脉冲负脉冲负脉冲脉冲幅度脉冲幅度A脉冲前沿脉冲前沿脉冲后沿脉冲后沿脉冲宽度脉冲宽度tp脉冲周期脉冲周期T脉冲频率脉冲频率f上升时间上升时间tr下降时间下降时间tf占空比占空比Atrtf后沿后沿前沿前沿0110正逻辑系统正逻辑系统负逻辑系统负逻辑系统四、逻辑电平与正负逻辑四、逻辑电平与正负逻辑 ViVoKUccR只要能判断只要能判断高低电平即高低电

5、平即可，如可，如TTL电平电平10VLVH模拟信号速度测量例模拟信号速度测量例脉冲信号速度测量例脉冲信号速度测量例五、举例五、举例0 0=0 1=1 0=01 1=10+0=00+1=1+0=1+1=110 = =01= =逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（一）基本运算规则（一）基本运算规则A+0=AA+1=1A 0 =0 A=0A 1= 1 A =A1AA= = AAA= = 0AA= = AAA= = AA = =常量与常量常量与常量常量与变量常量与变量基本逻辑：逻辑与基本逻辑：逻辑与 :A B=AB逻辑或逻辑或:A+B逻辑非逻辑非:6.2 逻辑代数基础逻辑代数基础A（二）基本代数规律

6、（二）基本代数规律交换律交换律结合律结合律分配律分配律A+B=B+AA B=B AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA (B C)=(A B) CA(B+C)=A B+A CA+B C=(A+B)(A+C)普通代普通代数不适数不适用用!（三）吸收规则（三）吸收规则1.原变量的吸收：原变量的吸收：A+AB=A证明：证明：A+AB=A(1+B)=A1=A利用运算规则可以对逻辑式进行化简。利用运算规则可以对逻辑式进行化简。例如：例如：CDAB)FE(DABCDAB = = 被吸收被吸收2.反变量的吸收：反变量的吸收：BABAA = = 证明：证明：BAABABAA = = BA)AA(B

7、A = = = =例如：例如：AABCDEABCDE=被吸收被吸收3.混合变量的吸收：混合变量的吸收：CAABBCCAAB = = 证明：证明：BC)AA(CAABBCCAAB = = CAABBCAABCCAAB = = = =例如：例如：CAABBCCAABBCDBCCAABBCDCAAB = = = = = = 1吸收吸收4. 反演定理：反演定理：BABABABA = = = = ABAB0001111010110110010111110000BA ABBA 可以用列真值表的方法证明：可以用列真值表的方法证明：逻辑表达式的化简：逻辑表达式的化简：逻辑表达式的转换：逻辑表达式的转换：（要求

8、与非门实现时）（要求与非门实现时）1. 与门电路与门电路“与与”逻辑：所有条件满足，事件才发生。逻辑：所有条件满足，事件才发生。开关：闭合为开关：闭合为1，打开为，打开为0。灯：亮为灯：亮为1，不亮为，不亮为0。逻辑表达式逻辑表达式F=ABC&ABCF逻辑符号逻辑符号AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表有有0出出0，全，全1出出1有低出低，全高出高有低出低，全高出高电路电路EFABC6.3 逻辑门电路逻辑门电路6.3.1 基本逻辑门基本逻辑门门：即开关，条件满足，信号通过；条件不满足，门：即开关，条件满足，信号通过；条件不满足，信号不能通

9、过。信号不能通过。“与与”逻辑实现电路：逻辑实现电路：如二极管与门电路。如二极管与门电路。2. 或门电路或门电路“或或”逻辑：只要有条件满足，事件就发生。逻辑：只要有条件满足，事件就发生。逻辑表达式逻辑表达式F=A+B+C有有1出出1，全，全0出出0有高出高，全高出高有高出高，全高出高电路电路AEFBC真值表真值表AFBC00001001010111010011101101111111逻辑符号逻辑符号 1ABCF“或或”逻辑实现电路：逻辑实现电路：如二极管或门电路。如二极管或门电路。3. 非门电路非门电路“非非”逻辑：条件满足，事件不发生；条件不满足，事件发生。逻辑：条件满足，事件不发生；条件

10、不满足，事件发生。有有1出出0，有，有0出出1有高出低，有低出高有高出低，有低出高取反取反逻辑符号逻辑符号AF1逻辑表达式逻辑表达式F=A电路电路AEF真值表真值表AF0110“非非”逻辑实现电路：逻辑实现电路：如三极管非门电路。如三极管非门电路。“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的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表示。逻辑关系都可以以它们为基础表示。1.与非门与非门F=ABC有有0出出1，全，全1出出0 。（两步）。（两步）2.或非门或非门F=A+B+C有有1出出0，全，全0出出1。 6.3.2 复合门电路复合门电路ABCDF& 13

11、.与或非门与或非门F=AB+CD真值表？真值表？F=1，A、B、C、D=？4.异或门异或门F=A B=1ABFABF000011101110ABF0010101001115.同或门同或门=1ABFF=A B例例： 与门、或门、与非门、或非与门、或门、与非门、或非门、异或门、同或门的输入门、异或门、同或门的输入A、B的波形如图所示，输出分别为的波形如图所示，输出分别为F1、F2、F3、F4、F5、F6。根据输入。根据输入A、B的波形，画出各输出端的波形。的波形，画出各输出端的波形。 解：解： 根据它们的逻辑关系，可根据它们的逻辑关系，可画出波形图如图所示。画出波形图如图所示。 注意！注意！作图时

12、要用尺画作图时要用尺画并对齐。并对齐。&AFE符号符号输输 出出 高高 阻阻0E = =1E = =AF =功能表功能表低电平起作用低电平起作用三态门三态门&ABFE输输出出高高阻阻1E = =0E = =ABF = =高电平起作用高电平起作用6.3.3 其它门电路其它门电路 传输门传输门uiuoCCC=1C=0C=0C=1&AFEA&AFEA&AFEA总线总线 二极管与门二极管与门FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3VFD1D2AB-12V二极管或门二极管或门uAuBuF0V0V-0.3V0V

13、3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VR1DR2AF+12V +3V三极管非门三极管非门uAuF3V0.30V3.3嵌位二极管嵌位二极管R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门与非门与非门1、体积大、工作不可靠。、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平、各种门的输入、输出电平不匹配。不匹配。6.5 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计6.5.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析已知电已知电路路 结构结构找出输入输出之找出输入输出之间的逻辑关系间的逻辑关系 1、由前至后逐级求出各个逻辑门

14、的逻辑关系表达式。、由前至后逐级求出各个逻辑门的逻辑关系表达式。分析步骤：分析步骤：2、用逻辑代数或卡诺图对逻辑代数进行化简。、用逻辑代数或卡诺图对逻辑代数进行化简。3、列出输入输出状态真值表、列出输入输出状态真值表4、分析和归纳功能，得出结论。、分析和归纳功能，得出结论。例例1：分析下图的逻辑功能。：分析下图的逻辑功能。 &ABFABABBA BABA BABAF = =BABABABA = = = =ABF001010100111真值表真值表相同为相同为“1”不同为不同为“0”同或门同或门=1BAF = =例例2：分析下图的逻辑功能。：分析下图的逻辑功能。 &ABFBA A

15、BA BBA BBAABAF = =BBAABA = =BBAABA = =）（）（BABA = =ABF000011101110真值表真值表相同为相同为“0”不同为不同为“1”异或门异或门=1BAF = =例例3：分析下图的逻辑功能。：分析下图的逻辑功能。 &2&3&4AMB1F=101被封锁被封锁11MBAMMBAMMBAMF=&2&3&4AMB1F=010被封锁被封锁1多路选择器（二选一）多路选择器（二选一）例例4：分析下图的逻辑功能：分析下图的逻辑功能& 1ABF1F3F211输输入入输输出出ABABA=BAB0001001001

16、1010011010直接列真值表直接列真值表6.5.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计任务任务要求要求最简单的最简单的逻辑电路逻辑电路1、定义、定义1和和0（正逻辑）（正逻辑）2、根据实际问题的逻辑含义，列出真值表。、根据实际问题的逻辑含义，列出真值表。设计步骤：设计步骤：3、求出逻辑代数表达式，并进行化简。、求出逻辑代数表达式，并进行化简。4、设计逻辑电路（与非门实现）、设计逻辑电路（与非门实现）例例1：设计三人表决电路（：设计三人表决电路（A、B、C）。每人一个按键，如果同意）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯则按下，不同意则不按。结果用

17、指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。亮，否则不亮。解：解：1、首先指明逻辑符号取首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。的含义。输入：同意为输入：同意为1，不同意为，不同意为0；输出：通过是；输出：通过是1，否则是，否则是0。ABCF000000100100011110001011110111113、写出逻辑代数表达式并化简。、写出逻辑代数表达式并化简。（方法之一：与或表达方式）（方法之一：与或表达方式）F=ABC+ABC+ABC+ABC +ABC+ABC(添加项）添加项）=(A+A)BC+(B+B)AC+(C+C)ABF=BC+AC+ABF= BC+AC+AB = BC AC AB与非

18、形式与非形式2、列真值表、列真值表4、根据逻辑表达式画出逻辑图。、根据逻辑表达式画出逻辑图。CABCABF = =& 1&AB BCFF= BC AC AB&ABCF组合逻辑电路设计以芯片少组合逻辑电路设计以芯片少, ,品种少为优品种少为优6.6 常用集成组合逻辑电路常用集成组合逻辑电路编码：编码：用代码表示各种对象或信号的过程。用代码表示各种对象或信号的过程。 生活中编码邮政编码，学号等。生活中编码邮政编码，学号等。编码器：编码器：具有编码功能的逻辑电路。具有编码功能的逻辑电路。二进制编码器：二进制编码器：将一系列信号状态编制成二进制代码。将一系列信号状态编制成二进制

19、代码。N位二进制代码有位二进制代码有2n种不同的组合，表示种不同的组合，表示2n个信号。个信号。 设计编码器的过程与设计一般的组合逻辑电路相同，设计编码器的过程与设计一般的组合逻辑电路相同，首先要列出状态表，然后写出逻辑表达式并进行化简，首先要列出状态表，然后写出逻辑表达式并进行化简，最后画出逻辑图。最后画出逻辑图。6.6.1 编码器编码器8-3编码器逻辑图编码器逻辑图I1I2I3I4I5I6I7I8F3F2F10 1 11 1 1 11 0 001 0 11 1 1 11 0 011 1 01 1 1 11 0 101 1 10 1 1 11 0 111 1 11 0 1 11 1 001

20、1 11 1 0 11 1 011 1 11 1 1 01 1 101 1 11 1 1 10 1 11编码表编码表86421IIIIF = =8642IIII= =87432IIIIF = =87653IIIIF =例：八线例：八线-三线编码器三线编码器设八个输入端为设八个输入端为I1 I8，八种状态，八种状态，与之对应的输出设为与之对应的输出设为F1、F2、F3，共三位二进制数。共三位二进制数。1. 二进制编码器二进制编码器2. 二二十进制编码器十进制编码器用二进制代码表示十进制数：用二进制代码表示十进制数：BCD码。码。输入（十输入（十进制数）进制数）D C B AY0 （0）0 0 0

21、 0Y1 （1）0 0 0 1Y2 （2）0 0 1 0Y3 （3）0 0 1 1Y4 （4）0 1 0 0Y5 （5）0 1 0 1Y6 （6）0 1 1 0Y7 （7）0 1 1 1Y8 （8）1 0 0 0Y9 （9）1 0 0 1975319753176327632765476549898YYYYYYYYYYAYYYYYYYYBYYYYYYYYCYYYYD=图？8421码：码：译码器的输入：译码器的输入：一组二进制代码一组二进制代码译码器的输出：译码器的输出：一组高低电平信号一组高低电平信号6.6.2 译码器和数字显示器译码器和数字显示器译码：译码：将代码翻译成各种对象或信号的过程。将

22、代码翻译成各种对象或信号的过程。译码器：译码器：具有译码功能的逻辑电路。具有译码功能的逻辑电路。二进制译码器：二进制译码器：将二进制翻译成电路的某种状态。将二进制翻译成电路的某种状态。将将n种输入的组合译成种输入的组合译成2n种电路状态。也叫种电路状态。也叫n-2n线译线译码器。码器。2-4线译码器线译码器74LS139的内部线路的内部线路&1Y0Y2Y3YA1A0S输入输入控制端控制端输出输出74LS139管脚图管脚图S1S10A11A10Y11Y12Y13Y10A11A10Y11Y12Y13Y1S20A21A20Y21Y22Y23Y2ccUGND3Y22Y21Y20Y21A20A2

23、S2一片一片139种含两个种含两个2-4译码器译码器74LS139的功能表的功能表A1A01XX11110000111001101101011010111110S0Y1Y2Y3Y“”表示低电平有效。表示低电平有效。1. 二进制译码器二进制译码器2. 二二十进显示译码器十进显示译码器二二-十进十进制编码制编码显示译显示译码器码器显示器显示器件件在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习惯的在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来，这就要用到十进制显示出来，这就要用到显示译码器显示译码器。显示器件显示器件： 常用的是常用的是七段显示器件七段显示器件共阳数码管（共阳数码管（0亮）亮）

24、共阴数码管（共阴数码管（1亮）亮）显示译码器显示译码器：11474LS49BCBIDAeabcdfgUccGND74LS49的管脚图的管脚图消隐控制端消隐控制端74LS49与七段显与七段显示器件的连接示器件的连接：bfac d egbfac d egBID C B A+5V+5V74LS49是集是集电极开路，必电极开路，必须接上拉电阻须接上拉电阻6.6.3 数据选择器与数据分配器数据选择器与数据分配器从一组数据中选择一路信号进行传输的电从一组数据中选择一路信号进行传输的电路，称为路，称为数据选择器数据选择器。A0A1D3D2D1D0W控制信号控制信号输入信号输入信号输出信号输出信号数据选择数据

25、选择器类似一器类似一个多投开个多投开关。选择关。选择哪一路信哪一路信号由相应号由相应的一组控的一组控制信号控制信号控制。制。思考题思考题1、分析逻辑电路的步骤是什么？、分析逻辑电路的步骤是什么？2、设计逻辑电路的步骤是什么？、设计逻辑电路的步骤是什么？1、什么是编码器？什么是二、什么是编码器？什么是二十进制编程器？十进制编程器？2、什么是译码器？什么是二、什么是译码器？什么是二十进制显示译码器？十进制显示译码器？3、什么是数码管的共阴极接法？、什么是数码管的共阴极接法？习题：习题：P175 6-5，6-6，6-9，6-106.4 集成门电路集成门电路与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠

26、性高、与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为用。根据电路内部的结构，可分为DTL（Diode-T-Logic）、）、TTL（Transister-T-Logic）、）、HTL（High Threshold Logic）、）、MOS管管集成门电路。集成门电路。6.4.1 TTL与非门与非门CBAF = =速度、带负载能力速度、带负载能力+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC1、任一输入为低电平（、任一输入为低电平（0.3V）

27、时）时“0”1V不足以让不足以让V2、V5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kR5V3V4V1b1c1ABC1、任一输入为低电平（、任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高电平！高电平！+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC2、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时“1”全导通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止2、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时+5VFR2R13kV2R3V1V5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF

28、=0.3VABCF = =此电路此电路电压传输特性电压传输特性主要参数主要参数测试电路测试电路&+5Vuiu01、输出高电平、输出高电平UOH 典型值为典型值为3.5V，产品规范值，产品规范值UOH 2.4V2、输出低电平、输出低电平UOL典型值为典型值为0.35V，产品规范值，产品规范值UOH 0.4V3、关门电平、关门电平Uoff低电平上限值，反映抗正向干扰能力。低电平上限值，反映抗正向干扰能力。 Uoff 0.8V4、开门电平、开门电平Uon高电平下限值，反映抗负向干扰能力。高电平下限值，反映抗负向干扰能力。 Uon 1.8V5、扇出系数、扇出系数N带同类带同类IC的数量，的数量，N 8&？6、平均传输时间、平均传输时间)(2121pdpdpdttt=tuiotuootpd1tpd250%50%tpd 40nS1、悬空的输入端相当于接高电平。、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬