OC门及三态门解析课件

1、CT74LS00管脚图和实物图该集成块中有四个独立的与非门，每个门的输入端为2个，所以称为四-二输入注意！在实际使用中，必须注意管脚的排列！第1页，共31页。 使用时需外接上拉电阻 RL 即 Open collector gate，简称 OC 门。 常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，TTL 与非门的上述特性对这些门电路大多适用。 VC 可以等于 VCC也可不等于 VCC 二、其他功能的 TTL 门电路 (一)集电极开路与非门 1. 电路、逻辑符号和工作原理 功 能 OC门 OC门具有与非逻辑功能，其逻辑表达式为 。 第2页，共31页

2、。输入端有一个或数个为低电平时，输出高电平。输入均为高电平时，输出低电平 即有0出1 ，全1出0(二)TTL 与非门的工作原理 TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平。注意第3页，共31页。 相当于与门作用。 因为 Y1、Y2 中有低电平时，Y 为低电平；只有 Y1、Y2 均为高电平时，Y才为高电平，故 Y = Y1 Y2。2. 应用 (1) 实现线与两个或多个 OC 门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。 Y只有 OC 门才能实现线与。普通 TTL 门输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意第4页，共31页。TTLCMOSRLVDD+5 V(3)实现电平转换 TTL 与非门

3、有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用 OC 门就可以适应负载门对电平的要求。OC 门的 UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合 CMOS 电路 UIH VDD，UIL 0的要求。 VDDRL OC门可以直接接较大电流的负载，如继电器、指示灯、发光二极管等。普通TTL 与非门不允许直接驱动电压高于5V的负载，否则将被损坏。第5页，共31页。(二)三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理只有当使能信号 EN = 0 时才允许三态门工作，故称 EN 低电平有效。EN 称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。当 EN = 0 时，Y = AB，三态门处于工作态

4、；当 EN = 1 时，三态门输出呈现高阻态，又称禁止态。 三态门的输出有0、1、高阻三种状态，故称三态门。当出现高阻状态时，门电路的输出阻抗很大，使得输入和输出之间呈现开路状态。第6页，共31页。EN 即 Enable功能表Z0AB1YEN使能端的两种控制方式使能端低电平有效使能端高电平有效功能表Z1AB0YENEN第7页，共31页。逻辑符号名 称输出表达式3、常用三态门的图形符号和输出逻辑表达式Y =高阻 （EN=0 时）A （EN=1 时）Y =A （EN= 0 时）高阻 （EN= 1 时）Y =高阻 （EN= 0 时）AB （EN=1 时）Y =高阻 （EN= 1 时）AB （EN=0

5、 时）三态非门（1 控制有效）1ENENAY1ENENAY&ENENAYB&ENENAYB三态非门（0 控制有效）三态与非门（1 控制有效）三态与非门（0 控制有效）第8页，共31页。2. 三态门的应用 说明：任何时刻 EN1、EN2、EN3 中只能有一个为有效电平，使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。（a）组成单向总线实现信号的分时单向传送。三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。同一条线上分时传送数据，其连线方式称为“总线结构”。EN1EN2 EN3总线传递100G1路数据010G2路数据001G4路数据第9页，共31页。（b）组成双向总线，实现信号的分时

6、双向传送。请你分析该电路如何实现双向总线传输？第10页，共31页。3. TTL 集成逻辑门的使用要点 (1)电源电压用 + 5 V， 74 系列应满足 5 V 5% 。(2)输出端的连接 普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。 三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。 集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源 VCC 之间应接负载电阻 RL。 输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。 第11页，共31页。4. 多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。接 VCC通过

7、 1 10 k 电阻接 VCC与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。第12页，共31页。或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接第13页，共31页。例 欲用下列电路实现非运算，试改错。(ROFF 700 ，RON 2.1 k)第14页，共31页。解：OC 门输出端需外接上拉电阻RC5.1kY = 1Y = 0 RI RON ，相应输入端为高电平。510 RI ROFF ，相应输入端为低电平。第15页，共31页。小 结TTL门电路（与非门）其他功能的TTL门电路TTL门电路的使用

8、注意事项注意：三态门输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。O C门：集电极开路门三态门：输出0，输出1，输出高阻注意：使用时， OC门公共输出端和电源 VCC 间接上拉电阻第16页，共31页。三、CMOS 数字集成电路应用要点 (一)CMOS 数字集成电路系列 CMOS4000 系列 功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽 VDD = 3 15 V；工作频率低，fmax = 5 MHz；驱动能力差。高速CMOS 系列(又称 HCMOS 系列) 功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围 VDD = 2 6 V；工作频率高，fmax = 50 MHz；驱动能力强。 第1

9、7页，共31页。民品 军品 VDD = 2 6 V T 表示与 TTL 兼容VDD = 4.5 5.5 V CC54HC / 74HC 系列CC54HC / 74HC 系列 TT按电源电压不同分为 按工作温度不同分为 CC74 系列 CC54 系列 高速 CMOS 系列第18页，共31页。1. 注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同， 一般多用 + 5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。 (二)CMOS 集成逻辑门使用要点 2. 闲置输入端的处理 不允许悬空。 可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。 与门和与非门的闲置输入端可接正电

10、源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。 第19页，共31页。学习要求： 了解 TTL 和 CMOS 电路的主要差异。 了解集成门电路的选用和应用。 3.5 集成逻辑门电路的应用 第20页，共31页。TTL和COMS电路比较：1）TTL电路是电流控制器件，而COMS电路是电压控 制器件。 2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)， 但是功耗大。 COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns), 但功耗低。 COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。 第21页，共31页。一、CMOS 门电路比之 TTL 的主要特点 注意

11、：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与 TTL 相近。 功耗极低 抗干扰能力强 电源电压范围宽 输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0 V) 输入阻抗高 扇出系数大 第22页，共31页。二、集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定 若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。目前多用 74LS 系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一般

12、可至 50 MHz。 若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。其中 CMOS4000 系列一般用于工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。 第23页，共31页。解：三、集成逻辑门电路应用举例 例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。CMOS 门TTL 门OD 门(a)(b)(c)(d)VDDCMOS 门Ya = ABVDDYb = A + BTTL 门OD 门Yc = AVDDENYd=ABEN = 1 时EN = 0 时OD 门&TTL 门悬空CMOS 门悬空第24页，共31页。门电路是组成数字

13、电路的基本单元之一，最基本的逻辑门电路有与门、或门和非门。实用中通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门和 CMOS 传输门等。门电路的学习重点是常用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法。 本章小结第25页，共31页。TTL 数字集成电路主要有 CT74 标准系列、CT74L 低功耗系列、CT74H 高速系列、CT74S 肖特基系列、CT74LS 低功耗肖特基系列、CT74AS 先进肖特基系列和 CT74ALS先进低功耗肖特基系列。其中，CT74L 系列功耗最小，CT74AS 系列工作频率最高。 通常用功耗 - 延迟积来综合评价门电路性能。 CT74LS

14、系列功耗-延迟积很小、性能优越、品种多、价格便宜，实用中多选用之。ALSTTL 系列性能更优于 LSTTL，但品种少、价格较高。第26页，共31页。CMOS 数字集成电路主要有 CMOS4000 系列和HCMOS 系列。CMOS4000 系列工作速度低，负载能力差，但功耗极低、抗干扰能力强，电源电压范围宽，因此，在工作频率不高的情况下应用很多。CC74HC 和 CC74HCT 两个系列的工作频率和负载能力都已达到 TTL 集成电路 CT74LS的水平，但功耗、抗干扰能力和对电源电压变化的适应性等比 CT74LS 更优越。因此，CMOS 电路在数字集成电路中，特别是大规模集成电路应用更广泛，已成

15、为数字集成电路的发展方向。 第27页，共31页。应用集成门电路时，应注意： TTL电路只能用5 V(74系列允许误差5%)；CMOS4000 系列可用 3 15 V；HCMOS系列可用 2 6 V；CTMOS 系列用 4.5 5.5 V。一般情况下，CMOS 门多用 5 V，以便与 TTL 电路兼容。 (1)电源电压的正确使用 (2)输出端的连接 开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需要一定功率的负载。 三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能。使用三态门时，需注意使能端的有效电平。 普通门(具有推拉式输出结构)的输出端不允许直接并联实现线与。第28页，共31页。(3) 闲置输入端的处理 (4)信号的正确使用 TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。 CMOS电路多余输入端与有用输入端的并接仅适用于工作频率很低的场合。数字电路中的信号有高电平和低电平两种取值，高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。门电路种类不同，高电平和低电平的允许范围也不同。 或门和或非门与门和与非门多余输入端接地或与有用输入端并接多余输入端接正电源或与有用输入端并接第29页，共31