第2章逻辑门(1)

1、1第二章 逻辑门内容提要：内容提要：（1）数字电路的基本逻辑单元）数字电路的基本逻辑单元门电路，及其对应门电路，及其对应的逻辑运算与图形描述符号的逻辑运算与图形描述符号 。（2）三态逻辑门和集电极开路输出门）三态逻辑门和集电极开路输出门 。（3）TTL集成门的逻辑功能、外特性和性能参数集成门的逻辑功能、外特性和性能参数 。（4）CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。 22.1 2.1 基本逻辑门基本逻辑门 主要内容：主要内容： 与、或、非三种基本逻辑运算与、或、非三种基本逻辑运算 与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能 逻

2、辑门的真值表逻辑门的真值表 各种逻辑门电路的输出波形各种逻辑门电路的输出波形3l 在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与与、或或、非非三种 。l 最基本的逻辑关系有三种：与与逻辑关系、或或逻辑关系、非非逻辑关系。l 实现基本逻辑运算的电路称为基本逻辑门基本逻辑门。 42.1.1 与门l 实现实现“与与”运算的电路称为运算的电路称为与逻辑门与逻辑门，简称，简称与门与门 。l 逻辑逻辑与与运算可用开关电路中两个开关相运算可用开关电路中两个开关相串联串联的例的例子来说明子来说明 5l “与与”运算的逻辑表达运算的逻辑表达式为：式为： l “与与”运算真值表运算真值表 :表2-2 “与”运算真值表AB00

3、0010100111FA BFA B6l “与与”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：0 000 11 001 11 001AAAA AA 7l 与门的逻辑符号与门的逻辑符号: 例例2-2 : 向向2输入与门输入图示的波形，求其输出波形输入与门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：解： 82.1.2 或门l 实现实现“或或”运算的电路称为运算的电路称为或逻辑门或逻辑门，简称，简称或门或门 。l 逻辑逻辑或或运算可用开关电路中两个开关相运算可用开关电路中两个开关相并联并联的例的例子来说明子来说明 9l “或或”运算的逻辑表达式为：运算的逻辑表达式为： F = A+Bl “或或”运算真值表运算真值

4、表 :l “或或”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：000011011 11 011AAAAAA 10l 或门的逻辑符号或门的逻辑符号: 例例2-4 : 向向2输入或门输入图示的波形，求其输出波形输入或门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：解： 112.1.2 非门l 实现实现“非非”运算的电路称为运算的电路称为非逻辑门非逻辑门，简称，简称非门非门 。12l “非非”运算的逻辑表达式运算的逻辑表达式为：为：l “非非”运算真值表运算真值表 :l “非非”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：FA011010AAAAA A13l 非门的逻辑符号非门的逻辑符号: 例例2-5 : 向非门输入图示的

5、波形，求其输出波形向非门输入图示的波形，求其输出波形F。 解：解： 142.2 复合逻辑门复合逻辑门 l 与非、或非、异或、同或的复合逻辑运算与非、或非、异或、同或的复合逻辑运算l 与非门、或非门的逻辑功能与非门、或非门的逻辑功能l 异或门、同或门的逻辑功能异或门、同或门的逻辑功能l 各种复合逻辑门的真值表描述及输出波形各种复合逻辑门的真值表描述及输出波形主要内容：主要内容：15l 基本逻辑运算的复合叫做基本逻辑运算的复合叫做复合逻辑运算复合逻辑运算。而实现。而实现复合逻辑运算的电路叫复合逻辑运算的电路叫复合逻辑门复合逻辑门。l 最常用的复合逻辑门有最常用的复合逻辑门有与非门与非门、或非门或非

6、门、异或门异或门和和同或门同或门等。等。162.2.1 与非门与非门l “与与”运算后再进行运算后再进行“非非”运算的复合运算称为运算的复合运算称为“与非与非”运算运算，实现，实现“与非与非”运算的逻辑电路称运算的逻辑电路称为为与非门与非门。 l 与非门与非门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l 与非门的逻辑符号与非门的逻辑符号 ：FA B17l “与非与非”门真值表门真值表 ：表2-7 “与非”门真值表AB001011101110FA B182.2.2 或非门或非门l “或或”运算后再进行运算后再进行“非非”运算的复合运算称为运算的复合运算称为“或非或非”运算运算，实现，实现“或非或非

7、”运算的逻辑电路称运算的逻辑电路称为为或非门或非门。 l 或非门或非门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l 或非门的逻辑符号或非门的逻辑符号 ：FAB19l “或非或非”门真值表门真值表 ：FAB表2-8 “或非”门真值表AB001010100110202.2.3 异或门异或门l 实现实现“异或异或”逻辑运算的逻辑电路称为逻辑运算的逻辑电路称为异或门异或门。 l 异或门异或门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l 异或门的逻辑符号异或门的逻辑符号 ：FABABAB21l“异或异或”门真值表门真值表 ：FAB表2-9 2输入“异或”门真值表AB000011101110222.2.3 同

8、或门同或门l “异或异或”运算之后再进行运算之后再进行“非非”运算，则称为运算，则称为“同或同或”运算。实现运算。实现“同或同或”逻辑运算的逻辑电逻辑运算的逻辑电路称为路称为同或门同或门。 l 同或门同或门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l 同或门的逻辑符号同或门的逻辑符号 ：ABABABF = A B23l 同或门真值表同或门真值表 ：FAB表2-10 2变量“同或”门真值表AB001010100111242.3 其它逻辑门l 集电极开路逻辑门的概念集电极开路逻辑门的概念l 集电极开路逻辑门的使用方法集电极开路逻辑门的使用方法l 集电极开路逻辑门的应用集电极开路逻辑门的应用l 三态逻

9、辑门的概念及逻辑功能三态逻辑门的概念及逻辑功能l 三态逻辑门电路的应用三态逻辑门电路的应用主要内容：主要内容：252.3.1 三态逻辑门l 三态输出门三态输出门（简称（简称TS门门）有三种逻辑状态，即）有三种逻辑状态，即0、1、Z。第三种状态为。第三种状态为高阻状态高阻状态(Z)，或禁止状态。，或禁止状态。l 三态逻辑门符号：l 高电平有效的三态门真值表高电平有效的三态门真值表 ：控制端EN高电平有效 控制端EN低电平有效 26三态门的应用：三态门的应用：l 三态门用于总线传输三态门用于总线传输 ：l 用三态门实现数据双向传输用三态门实现数据双向传输 ：11272.3.2 集电极开路逻辑门l

10、集电极开路门，简称集电极开路门，简称OC门门。其特点是门电路内部。其特点是门电路内部输出三极管的集电极开路。在使用时，必须外接输出三极管的集电极开路。在使用时，必须外接“上拉电阻上拉电阻RP” 。l OC与非门的逻辑符号与非门的逻辑符号 ：l 两个两个OC门输出端可以直接相连，实现门输出端可以直接相连，实现“线与线与”功功能。能。 12FFFAB CD28l OC门用来实现电平转换：门用来实现电平转换：l OC门用做驱动器：门用做驱动器：292.4 集成电路逻辑门集成电路逻辑门 l TTL集成逻辑门的概念集成逻辑门的概念l 比较各种比较各种TTL系列的特性系列的特性l CMOS集成逻辑门的概念

11、集成逻辑门的概念l 集成电路逻辑门的性能参数集成电路逻辑门的性能参数l 计算具体逻辑器件的扇出系数计算具体逻辑器件的扇出系数主要内容：主要内容：302.4.1 概述概述 l 把若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一把若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的产品叫的产品叫集成电路集成电路。l 最简单的数字集成电路是最简单的数字集成电路是集成逻辑门集成逻辑门。 l 集成电路的优点：如体积小、耗电省、重量轻、集成电路的优点：如体积小、耗电省、重量轻、可靠性高可靠性高 l 数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分

12、数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的的 ：有：有SSI ，MSI ，LSI ，VLSI 等。等。l 集成电路逻辑门按照组成的有源器件可分为两大集成电路逻辑门按照组成的有源器件可分为两大类：类： TTL门门 ，MOS门，后者主要是门，后者主要是CMOS门。门。 312.4.2 TTL集成电路逻辑门l TTL门电路由双极型三极管构成，其特点是速度门电路由双极型三极管构成，其特点是速度快、抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成快、抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成大规模集成电路。大规模集成电路。 l TTL门电路有门电路有74（民用）和（民用）和54（军用）两大系列，（军用）两大系列，每

13、个系列中又有若干子系列。每个系列中又有若干子系列。 3254系列与74系列的比较：TTL系列速度及功耗的比较: 332.4.3 CMOS集成电路逻辑门l CMOS集成门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、集成门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、功耗低，但速度较慢、抗静电能力差。功耗低，但速度较慢、抗静电能力差。 l 同同TTL门电路一样，门电路一样，CMOS门电路也有门电路也有74和和54两大系列。两大系列。 l 74系列系列5V CMOS门电路的基本子系列如下：门电路的基本子系列如下：u74HC和和74HCT：高速：高速CMOS（High-speed CMOS），），T表示和表示和

14、TTL直接兼容。直接兼容。u74AC和和74ACT：先进：先进CMOS（Advanced CMOS），它们提供了比），它们提供了比TTL系列更高的速度和更低的功耗。系列更高的速度和更低的功耗。u74AHC和和74AHCT：先进高速：先进高速CMOS（Advanced High-speed CMOS）。）。l 74系列系列3.3V CMOS门电路的基本子系列如下：门电路的基本子系列如下：u74LVC：低压：低压CMOS（Lower-voltage CMOS）。）。u74ALVC：先进低压：先进低压CMOS（Advanced Lower-voltage CMOS）。）。342.4.4 集成电路门的性能参数l 数字集成电路的性能参数主要包括：数字集成电路的性能参数主要包括： u直流电源电压直流电源电压u输入输入 / 输出逻辑电平输出逻辑电平u扇出系数扇出系数u传输延时传输延时35l 标准标准TTL门的输入门