《电子技术基础(第五版)》电子课件第五章(PPT 80页)

1、5-1分立元件门电路5-2集成门电路5-3逻辑代数基础5-4组合逻辑电路第1页，共80页。 前面学习的是模拟电子电路，它的工作信号是模拟信号，这种信号在时间上和数量上都是连续的。 从本章开始学习数字电子电路，它的工作信号是数字信号，这种信号在时间上和数量上都是离散的。数字电路与模拟电路的比较模拟电子电路数字电子电路工作信号模拟信号（连续的）数字信号（离散的）三极管工作状态放大状态饱和或截止状态分析工具图解法、等效电路法逻辑代数研究的主要问题放大性能逻辑功能基本单元电路放大器逻辑门、触发器主要电路功能放大作用算术运算、逻辑运算第2页，共80页。5-1 分立元件门电路一、“与”门电路二、“或”门电

2、路三、“非”门电路四、复合逻辑门电路第3页，共80页。1。理解与、或、非三种基本逻辑关系。2。掌握与门、或门、非门基本逻辑门的逻辑功能，熟悉其图形符号。3。掌握与非门、或非门、异或门等复合逻辑门的逻辑功能，熟悉其图形符号，会写逻辑表达式和真值表。第4页，共80页。1。 与逻辑关系当决定一事件的所有条件都具备时，事件才发生的逻辑关系。功能表灭灭灭亮断断断合合断合合与逻辑关系开关A开关B灯Y电源ABY一、“与”门电路第5页，共80页。真值表逻辑函数式 与门逻辑符号与逻辑的表示方法：ABY&000100011011功能表灭灭灭亮断断断合合断合合ABYABY第6页，共80页。2、二极管“与”门电路RV

3、1V2+5VUCCYAB二极管“与”门电路与门电路：实现与逻辑关系的电路“0”表示低电位（2。4V）。（1）A、B均为0时000输出为“0”（2）A为0，B为1时1输出为“0”（3）A为1，B为0时输出为“0”1（4）A为1，B为1时输出为“1”1与门的逻辑功能：“全1出1，有0出0” 第7页，共80页。二、 “ 或”门电路决定一事件结果的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，事件就会发生的逻辑关系。或门或逻辑关系开关A开关B灯Y电源真值表逻辑函数式逻辑符号011100011011ABYABY11、“或”逻辑关系：第8页，共80页。2、二极管“或”门电路RV1V2-5VUCCYAB二极管“或”

4、门电路或门电路：实现或逻辑关系的电路（1）A、B均为0时000输出为“0”（2）A为0，B为1时1输出为“1”（3）A为1，B为0时输出为“1”1（4）A为1，B为1时输出为“1”1或门的逻辑功能：“全0出0，有1出1” 第9页，共80页。三、“非”门电路只要条件具备，事件便不会发生；条件不具备，事件一定发生的逻辑关系。真值表逻辑函数式逻辑符号非门非逻辑关系1001AY1开关A灯Y电源RAY1、“非”逻辑关系第10页，共80页。2、三极管“非”门电路VYA-UBB-5V+UCC+5VRB1RB2RC三极管非门电路非门电路：实现非逻辑关系的电路（1）A为0时Y为“1”（2）A为1时Y为“0”非门

5、的逻辑功能：“有0出1，有1出0” 1010第11页，共80页。四、复合逻辑门电路1、 “与非”门 2、“ 或非”门 3、“异或” 门 11100 00 11 01 1AB&1000ABY1Y2Y1、Y2 的真值表AB1AB=1ABY30 000 111 011 10Y3 的真值表逻辑功能：有0出1，全1出0逻辑功能：有1出0，全0出1逻辑功能：相同出0， 不同出1第12页，共80页。 “”和“”没有数值大小的概念，仅表示事物相互对立的两种状态。返回章目录第13页，共80页。集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门按器件类型分PMOSNMOSCMOS本节内容集成门电路的基本结构、工作原理。5

6、-2 集成门电路内容概述第14页，共80页。1。了解TTL、CMOS门电路的特点，掌握其逻辑功能，并能根据逻辑功能写出相应的逻辑符号、逻辑表达式和真值表。2。了解CMOS传输门和模拟开关电路，掌握其逻辑符号。3。了解常用的国际和国外逻辑符号及其对应关系。第15页，共80页。一、TTL与非门电路输入级由多发射极晶体管V1、二极管V5、V6和基极电组R1组成，它实现了输入变量A、B的与运算中间级是放大级，由V2、R2和R3组成，V2的集电极C2和发射极E2可以分别提供两个相位相反的电压信号输出级：由V3、V4、二极管V7和电阻R4组成其中V3与V4组成推挽式输出结构。具有较强的负载能力V1R1R1

7、TTL”与非”门的典型电路输入级输出级中间级V1R1V5V6V2V3V4V7R2R3R4AB+UCCC1C2E2Y第16页，共80页。TTL与非门逻辑功能分析 输入端至少有一个为低电平0。3V3。6VV1管、 V5导通 ，这时Uc1 = UA + Ube1 = 1V， V2、V4截止， UYUCC输出高电平TTL”与非”门的典型电路V1R1V5V6V2V3V4V7R2R3R4AB+UCCC1C2E2Y第17页，共80页。TTL与非门逻辑功能分析 输入端全为高电平V1、V5、V6管截止 ，这时Uc1 Ucc V2、V4饱和导通， UY0输出低电平V1R1V5V6V2V3V4V7R2R3R4AB+

8、UCCC1C2E2YTTL”与非”门的典型电路第18页，共80页。 输入端全为高电平，输出为低电平 输入至少有一个为低电平时，输出为高电平由此可见电路的输出和输入之间满足与非逻辑关系TTL与非门逻辑功能小结TTL”与非”门的典型电路V1R1V5V6V2V3V4V7R2R3R4AB+UCCC1C2E2Y第19页，共80页。2、主要参数扇出系数NO：输出高电平UOH：输出低电平UOL：开门电平UON：在额定负载条件下，使输出为“0”所需的最小输入高电平值。当输入端全为“1”时，在输出端得到的输出电平。当输入端有“0”时，在输出端得到的输出电平。关门电平UOFF：在额定负载条件下，使输出为“1”所需

9、的最大输入低电平值。正常工作时能驱动的同类门的数目。一般， UOH 3。2V一般， UOL0。35V一般， UON 1。8V一般，UOFF 0。8V一般，N O8V第20页，共80页。导通延迟时间tPHL：输入波形上升沿的50%幅值处到输出波形下降沿50% 幅值处所需要的时间，截止延迟时间tPLH：从输入波形下降沿50% 幅值处到输出波形上升沿50% 幅值处所需要的时间，平均传输延迟时间tpd：通常tPLHtPHL，tpd越小，电路的开关速度越高。一般tpd = 10ns40ns输入信号VI输出信号V0平均传输延迟时间tpd:第21页，共80页。TTL“与非”门的引脚图141312111098

10、123456774LS00第22页，共80页。1、 MOS管的开关特性数字逻辑电路中的MOS管均是增强型MOS管，它具有以下特点：NMOS管：当|UGS|UT| 时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合 当|UGS|UT| 时，管子截止，相当于开关断开PMOS管与NMOS管相反。二、MOS集成门电路第23页，共80页。2、几种CMOS集成门电路工作原理：a）输入为低电平“0”时VP导通，输出Y为高电平“1”VN截止b)输入为高电平“1”时VP截止，VN导通实现逻辑“非”功能漏极相连做输出端衬底与漏源间的PN结始终处于反偏，NMOS管的衬底总是接到电路的最低电位，PMOS管的衬底总是接到电路的

11、最高电位柵极相连做输入端PMOSNMOS（1）非门输出为低电平“0”。第24页，共80页。（2）与非门二输入“与非”门电路结构如图a）当A和B为高电平时:b）当A和B有一个或一个以上为低电平时:电路输出高电平输出低电平电路实现“与非”逻辑功能1止两个串联的NMOS VN1、VN2每个输入端与一 个 NMOS管和一个PMOS管的栅极相连两个并联的PMOS管VP1、VP2100通止止通止通通1第25页，共80页。（3）或非门输入“或非”门电路结构如图a）当A和B为低电平时:b）当A和B有一个或一个以上为高电平时:电路输出低电平输出高电平电路实现“或非”逻辑功能Y=A+B两个并联的NMOS管 VN1

12、、VN2两个串联的PMOS管VP1、VP2每个输入端与一 个 NMOS管和一个PMOS管的栅极相连00通止止通11止通通止0第26页，共80页。工作原理：a）当C 为低电平时，b）当C为高电平时，由此可见传输门相当于一个理想的开关，且是一个双向开关（1）CMOS传输门逻辑符号输出门控制信号输入3、CMOS传输门与模拟开关止止01VN、VP截止，传输门相当于开关断开，传输门保存信息VN、VP中至少有一只管子导通，使Uo=Ui，这相当于开关接通，传输门传输信息第27页，共80页。（2）CMOS模拟开关a）电路结构b）逻辑符号CMOS模拟开关反相器传输门当C=1时，传输门导通，开关接通，Uo=Ui当

13、C=0时，传输门截止，开关断开第28页，共80页。 一般门电路的输出端是不可直接相连的，因为那可能会使门电路损坏。只有OC门的输出端才能直接相连， 从而实现线与的功能。返回章目录第29页，共80页。一、数制与码制二、逻辑代数与逻辑函数的化简三、逻辑函数的表达方式及其互相转换5-3 逻辑代数基础第30页，共80页。1。能熟练地掌握二进制数和十进制数之间的转换，掌握逻辑代数的基本运算法则，会进行数制间的转换，熟悉8421BCD码的编码规则。2。掌握逻辑代数的基本定律、公式和规则，能运用逻辑代数法化简逻辑函数，掌握由真值表写逻辑表达式的方法，并能对逻辑电路图、逻辑表达式、真值表三者进行互换。第31页

14、，共80页。（1）十进制=3 102 + 6 101+ 9 100权 权 权2）基数10，逢十进一，即9+1=103）不同数位上的数具有不同的权值10i。 4）任意一个十进制数，都可按其权位展开成多项式的形式(369)10按权展开式（N）10=（Kn-1 K1 K0。 K-1 K-m）10特点： 1）有09十个数码，基数是10=Kn-1 10n-1+K1101+K0100+K-1 10-1+K-m 10-m一、数制与码制、数制及其相互转换位置计数法第32页，共80页。2、二进制 2）基数为2，逢二进一，即1+1=10 3）二进制数的权值为2i，i由所在的位数决定。 4）任意一个二进制数，都可按

15、其权位展成多项式的形式（N）2=（Kn-1 K1 K0。 K-1 K-m）2=Kn-1 2n-1+K121+K020+K-1 2-1+K-m 2-m1）用0和1两个数码来表示 第33页，共80页。81 整数部分的转换即把十进制数除以2，第一次相除所得余数为二进制数的最低位K0，将所得商再除以2，反复执行上述过程，直到商为“0”，所得余数为二进制数的最高位Kn-1。例：（81）10=（？）2得：（81）10 =（1010001）240201052022222221K00K10K20K31K40K51K612）十进制转换成二进制将十进制数除2取余，并倒排。除2取余法方法：第34页，共80页。3、两

16、种数制间的转换1）二进制数转换成十进制数方法：将相应二进制的数按权展开，然后各项求和例：（1000110）2 = 126+025+024+023+122+121+020= （70）10第35页，共80页。小数部分的转换乘2取整法：小数乘以2，第一次相乘结果的整数部分为二进制数的最高位K-1，将其小数部分再乘2依次记下整数部分，反复进行下去，直到小数部分为“0” 。例： （0。65）10 =（ ? ）20。652K-110。32K-200。62K-310。22K-400。42K-500。8由此得：（0。65）10=（0。101）2第36页，共80页。编码：用一定位的二进制数按一定规则排列起来表示

17、数字、符号等特定信息。用一定位的二进制数表示十进制数，各位的权值依次为2n、2n-1、21、20。按自然数顺序排列的二进制码2、码制第37页，共80页。编码：用四位二进制代码对十进制数的各个数码进行编码。（2） 8421BCD码2 7 6 。 8 0010 0111 0110 1000例：（276。8）10 =（ ？ ）8421BCD（276。8）10 =（0010011101101000）8421BCD用四位二进制数表示一位十进制数，各位的权值分别是23、22、21、20。常用编码第38页，共80页。二、逻辑代数及逻辑代数的化简1、逻辑代数逻辑代数又叫布尔代数或者叫开关代数变量只有两种取值：

18、“0”和“1”在逻辑代数中，用英文字母表示的变量称为逻辑变量。原变量和反变量：字母上面无反号的称为原变量，有反号的叫做反变量。逻辑变量：逻辑函数：如果输入逻辑变量 A、B、C 的取值确定之后，输出逻辑变量 Y 的值也被唯一确定，则称 Y 是 A、B、C 的逻辑函数。并记作“0”和“1”仅代表两种相反的逻辑状态没有数值大小的含义第39页，共80页。公理、定律与常用公式公理0 0 = 00+ 0 = 00 1 =1 0 =0 0+ 1 =1 + 0 =1 基本公式A 0=0 A + 1=11+ 1 = 11 1 = 1 A 0=0 A + 1=1逻辑代数的基本公式和基本定律第40页，共80页。交换

19、律ABC=（AB）C=A（BC）A+B+C=（A+B）+C=A+（B+C）结合律A+BC =（A+B）（A+C）A（B+C）=AB+AC分配律AB=BAA+B=B+A 重叠律A A=A A+ A=A互补律A A=0 A+A=1公理、定律与常用公式第41页，共80页。公理、定律与常用公式非非律 A= A反演律A B= A+B A+ B=AB吸收律A+A B=A A （A+B）=A A+A B =A+B A （A+ B） =A B 冗余律AB+ A C +BC= AB+ A C第42页，共80页。证明方法利用真值表例：用真值表证明反演律A BAB A+ BA BA+B000110111110111

20、010001000 A B= A+B A+ B=AB第43页，共80页。 将Y 式中“。”换成“+”，“+”换成“。” “0”换成“1”，“1”换成“0” 原变量换成反变量，反变量换成原变量关于等式的三个规则（1） 代入规则：等式中某一变量都代之以一个逻辑函数，则等式仍然成立。例如，已知（用函数 A + C 代替 A）则（2） 反演规则：不属于单个变量上的反号应保留不变运算顺序：括号 乘 加注意:第44页，共80页。例如：已知反演规则的应用：求逻辑函数的反函数则 将 Y 式中“。”换成“+”，“+”换成“。” “0”换成“1”，“1”换成“0” 原变量换成反变量，反变量换成原变量已知则运算顺序

21、：括号 与 或不属于单个变量上的反号应保留不变第45页，共80页。（3）对偶规则：如果两个表达式相等，则它们的对偶式也一定相等。将 Y 中“。 ”换成“+”，“+”换成“。” “0” 换成“1”，“1”换成“0” 例如对偶规则的应用：证明等式成立0 0 = 01 + 1 = 1运算顺序：括号 与 或第46页，共80页。函数的简化依据 逻辑电路所用门的数量少 每个门的输入端个数少 逻辑电路构成级数少 逻辑电路保证能可靠地工作降低成本提高电路的工作速度和可靠性2、逻辑函数的化简第47页，共80页。方法： 并项法： 利用 的关系，将两项合并为一项， 并消去多余的一个变量。 配项法：利用展开后消去更多

22、的项。可在函数某一项中乘以 消去法：利用消去多余因子 吸收法：利用 消去多余的项最简式的标准 首先是式中乘积项最少 乘积项中含的变量少 逻辑函数的简化与门的输入端个数少 实现电路的与门少 下级或门输入端个数少公式法化简函数第48页，共80页。例：试简化函数解：分配律吸收律非非律吸收律第49页，共80页。小 结 常用的数制：二进制和十进制以及相互间的转换 码制部分：自然二进制码和常用的BCD码任意一个R进制数按权展开： 逻辑问题的描述可用真值表、函数式、逻辑图第50页，共80页。三、逻辑函数的表示方式及其互相转换1、逻辑函数的表达方式用有限个与、或、非逻辑运算符，按某种逻辑关系将逻辑变量A、B、

23、C、。连接起来，所得的表达式F = f（A、B、C、。）称为逻辑函数。真值表逻辑函数式 逻辑图波形图输入变量不同取值组合与函数值间的对应关系列成表格用逻辑符号来表示函数式的运算关系输入变量输出变量取值：逻辑0、逻辑1。逻辑0和逻辑1不代表数值大小，仅表示相互矛盾、相互对立的两种逻辑状态反映输入和输出波形变化的图形又叫时序图由基本门或复合门等逻辑符号及它们的连线构成的图第51页，共80页。（1）逻辑表达式优点：书写简洁方便，易用公式和定理进行运算、变换。缺点：逻辑函数较复杂时，难以直接从变量取值看出函数的值。第52页，共80页。（2）真值表ABCY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0

24、01 0 11 1 01 1 100010111优点：直观明了，便于将实际逻辑问题抽象成数学表达式。缺点：难以用公式和定理进行运算和变换；量较多时，列函数真值表较繁琐。第53页，共80页。（3）逻辑图ABC&优点：最接近实际电路。缺点：不能进行运算和变换，所表示的逻辑关系不直观。&1Y第54页，共80页。（4）波形图输入变量和对应的输出变量随时间变化的波形ABY优点：形象直观地表示了变量取值与函数值在时间上的对应关系。缺点：难以用公式和定理进行运算和变换，当变量个数增多时，画图较麻烦。第55页，共80页。11&ABCYY1Y22、逻辑图与逻辑函数式的互换（1）由逻辑图写出逻辑函数表达式方法：从

25、输入端着手，逐级写出各级输出端的函数式，最后得到该逻辑图所表达的逻辑函数。例：写出逻辑图的逻辑函数表达式解：第56页，共80页。（2）由逻辑函数式画出逻辑图方法：将表达式中的“与”、“或”和“非”等基本逻辑运算用相应的逻辑等号表示，并将它们按运算的先后顺序连接起来。例：画出解：的逻辑图1&ABY第57页，共80页。3、逻辑函数式与真值表的互换（1）由逻辑函数式列真值表方法：首先搂函数中变量各种可能取值（真值）全部列写出来，再将每一真值组合代入原函数式，计算（按逻辑运算规则）出函数的真值，并将输入变量与函数值一一对应地列成表格，即得函数的真值表。例：列出逻辑函数的真值表ABCY110000000

26、00001111000001111101101解：第58页，共80页。（2）由真值表写逻辑函数式 挑出函数值为1的项 每个函数值为1的输入变量取值组合写成一个乘积项 这些乘积项作逻辑加输入变量取值为1的，用原变量表示；反之，则用反变量表示方法：例：写出真值表中所表达的逻辑函数ABY0001010011真值表11解：逻辑功能：两输入相同时，为1；不同时，为0“同或”第59页，共80页。逻辑图F= ABC+ABC+ABC乘积项用与门实现，和项用或门实现波形图010011001111第60页，共80页。逻辑符号对照曾用符号美国符号ABYABYABYAAY国标符号AB&A1ABYAB1第61页，共80

27、页。国标符号曾用符号AB&ABYABYABYAB=1ABABYABYAB1美国符号返回章目录第62页，共80页。5-4 组合逻辑电路组合逻辑电路：是由若干个基本逻辑门电路和复合逻辑门电路组成的。输入：逻辑关系：Fi = fi （X1、X2、Xn） i = （1、2、m）输出：X1、X2、XnF1、F2、Fm组合逻辑电路方框图第63页，共80页。1。掌握组合逻辑电路的功能和特点，了解组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。2。了解编码器、译码器典型集成电路的引脚功能和使用方法。3。掌握半导体七段显示数码管的使用方法。第64页，共80页。一、组合电路的特点与分析方法2、分析组合逻辑电路功能步骤：写逻

28、辑函数式简化函数式列真值表描述电路功能1、特点：（1）电路由逻辑门构成（2）不含记忆元件（3）输出无反馈到输入的回路（4）输出与电路原来状态无关已知组合电路第65页，共80页。例7-6 分析图7-6所示组合逻辑电路的逻辑功能。因此该电路为一个加法器，因没考虑进位，所以称半加器。（1）逻辑表达式（2）真值表A B S C 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 真值表（3）判断：把A、B看成两个一位二进制数时，S就是它们的和，C则是二者相加所得的进位&=1ABCS解：例7-6的组合逻辑电路第66页，共80页。二、常见组合逻辑电路1、编码器编码：用二进制代码表示特定对象的过

29、程。编码器是指能够实现编码功能的数字电路。功能：输入m位代码 输出n位二进制代码 m2n逻辑功能：任何一个输入端接低电平时，三个输出端有一组对应的二进制代码输出。如图：三位二进制编码器（ 8线3线编码器）。&1111111I0I1I2I3I4I5I6I7Y1Y0Y2三位二进制编码器电路输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111真值表任何时刻只允许一个输入端有信号输入（1）二进制编码器第67页，共80页。优先编码

30、优先编码器允许几个输入端同时加上信号，电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。当有多个输入端同时有信号输入时，怎么办？1514131211109123456774LS7488168线-3线优先编码器74LS748的引脚图使能输入端使能输出端优先标志输出端编码输出端编码输入端第68页，共80页。输入输出111111000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101011111111111108线-3线优先编码器74LS748的功能真值表不允许编码允许编码优先编码第69页，共80页

31、。电路的功能为：当为低电平时允许编码工作。则只对其最高位编码，在输出端对应输出自然三位二进制代码的反码，此时，使能输出端而当为高电平时，EO为高电平，电路禁止编码工作。为低电平；优先标志端若输入端有多个为低电平，第70页，共80页。（2）二 十进制编码器二十进制编码器是将十进制数09共十个对象用BCD码来表示的电路。，又称为10线4线编码器。&1111111I0I1I2I3I4I5I6I7Y1Y0Y211&I8I9Y38421BCD编码器的逻辑图8421BCD编码器第71页，共80页。8421BCD编码器真值表序号输入（十进制数）输出（BCD码）I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y0010000000000000101000000000001200100000000010300010000000011400001000000100500000100000101600000010000110700000001000111800000000101000