门电路与组合逻辑电路(2)PPT

1、关于门电路和组合逻辑电路 (2)第一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1. 模拟信号：随时间连续变化的信号模拟信号数字信号电子电路中的信号正弦波信号t三角波信号t 处理模拟信号的电路为模拟电路。如整流电路、放大电路等，研究输入和输出信号间的大小及相位关系。 在模拟电路中，晶体管通常工作在放大区。第二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 2. 数字信号-不连续的脉冲信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。尖顶波t矩形波t两种状态， 用符号“0”和“1”表示。 处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。 在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，

2、起开关的作用。 将“0”和“1”按时间先后组成一定的序列， 可表征各种信息。 第三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 数字电路在数字计算机、数字控制数据采集和处理、数字通讯等领域获得广泛应用。这主要基于以下优点： （1） 抗干扰（0和1易于区别）； （2） 高精度（凭借提高数字信号的位数）； （3） 便于储存和读取； （4）基本电路结构简单，适合集成和系列化生产。第四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月20.1 数制和脉冲信号一、 数制1、常用数制 十进制的进位规则是逢十进一。 在十进制中，各个数码位于不同位数时，所代表的数值不同，即不同数位有不同数位的位权值。 整数部分从低位到

3、高位的位权依次为100， 101， 102， ；小数部分从高位到低位每位的权依次为10-1， 10-2， 10-3， 。（1）十进制0，1，29第五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 一个多位数表示的数值等于每一位的数码乘以该位的权，然后相加。例如 十进制计数的基数（底数）是10。第六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（2）二进制0，1(101.01)2=122+021+1 20+0 2-1+1 2-2=(5.75)10（3）八进制(32.4)8=381+280+48-1=(26. 5)10（4）十六进制0，1，270，1，29，A，B，C，D，E，F(3B.6E)16=316

4、1+11160+616-1 +1416-2 (59. 4)10第七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月2、十进制数转换为任意进制数（1）十-二进制数转换 转换分为整数和净小数两部分进行。 整数部分采用除2取余法，直到商为零为止。 净小数部分采用乘2取整法，直到满足规定的位 数为止。 例如将十进制数(27.35)10转换为二进制数。第八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月整数部分净小数部分0.352=0.70.72=1.40.42=0.80.82=1.60.62=1.20.22=0.4整数0(d-1)整数1(d-2)整数0(d-3)整数1(d-4)整数1(d-5)整数0(d-6) 所

5、以：(27.35)10=(d4 d3 d2 d1 .d-1 d-2 d-3 d-4 d-5 d-6)2 =(11011 .010110)22721326232120.余数1.余数1.余数0.余数1.余数1第九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（2）十-八进制数转换先将十进制数转换为二进制数，再将二进制数的整数部分从最低位开始每3位化为一组；将小数部分从最高位开始每3位化为一组，即 (27.35)10=(33.26)8(011 011. 010 110)23326.( )8第十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（3）十-十六进制数转换过程与十-八进制数转换相同，只须将二进制数每四

6、位划为一组，即 (27.35)10=(1B.58)16(0001 1 011. 0101 1000)21B58( )16.第十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月3、二进制算术运算（1）加法运算0+0=00+1=11+0=11+1=0(进位，高位加1) 1 0 0 1+0 1 0 1 9+5 1 1 1 0 14第十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（2）减法运算1 0=11 1=00 0=00 1=1(借位，高位减1) 1 0 0 1 0 1 0 1 9 5 0 1 0 0 4 第十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（3）乘法运算 9 5 4 50 0=00 1=

7、01 0=01 1=1 1001 0101 1001 0000 1001 0000 0101101第十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月实际中的脉冲矩形波为： 在数字电路中，所处理的信号是脉冲的，脉冲是一种跃变信号，常见的是矩形波或尖顶波。二、 脉冲信号第十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月(1) 脉冲幅度 AA(2) 脉冲上升沿 tr0.1A0.9Atr(3) 脉冲下降沿 tftf(4) 脉冲宽度 tp0.5Atp(5) 脉冲周期 TT(6) 脉冲频率 f=1/T 在数字电路中，通常是根据脉冲信号的有无、个数、宽度和频率来工作的。所以抗干扰能力强，准确度高。脉冲有正负之分

8、：3V00-3V正脉冲3V00-3V负脉冲第十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月R晶体管的开关作用一、 二极管的开关特性导通截止相当于开关断开相当于开关闭合S3V0VSRRD3V0V第十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月在模拟电路中： 利用晶体管的放大作用构成各种放大电路。在数字电路中： 利用晶体管的开关作用来传递脉冲信号。三种工作状态：12342IC(mA)UCE(V)080 16012040 AIB=0放大区截止区饱和区46810121、放大状态(1) 发射结正偏 集电结反偏BEC0.7V 1V (2)2、饱和状态二、 三极管的开关特性第十八张，PPT共八十九页，创作于

9、2022年6月2、饱和状态进入饱和区，IB 继续增加IC 几乎不增加UCE 几乎降为零UCE(sat) 0.3V(1) 发射结正偏，集电结正偏。BEC0.7V 0.3V (2) UCE(sat) 0，CE间电阻很小，相当于开关闭合。(3) IC(sat) UCC/RC(4) 临界饱和条件：IBIC (sat) /12342IC(mA)UCE(V)080 16012040 AIB=0放大区截止区饱和区4681012第十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月3、截止状态1232IC(mA)UCE(V)080 12040 AIB=04681012进入截止区，IB =0IC 0UCE UCC(1

10、) 发射结反偏，集电结反偏。BEC0V UCC (2) 截止条件：IB=0(3) IC 0，CE间电阻很大，相当于开关断开。数字电路利用晶体管的开关作用进行工作：饱和接通截止断开第二十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月饱和截止3V0VuO 0相当于开关断开相当于开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V第二十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月例UIBEC+UCCRCRB晶体管处于何种工作状态。解：临界饱和集电极电流临界饱和基极电流(1) UI=3V时饱和(2) UI=1V时放大(3) UI=-1V时截止0.08mA第二十二张

11、，PPT共八十九页，创作于2022年6月一、逻辑门电路的基本概念 所谓“门”就是一种开关，在一定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就通不过。 因此，门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑对应关系，所以门电路又称为逻辑门电路。基本门有：“与门” 组合门有“与非门” “或门” “与或门” “非门” “与或非门”20.2 基本门电路及其组合 分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态：“1”高通有正是“0”低断无负非第二十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月A B Y0 0 00 1 01 0 01 1 1 逻辑表达式：Y=AB1、与逻辑关系设开关通为“1”，断为“0” 灯亮为“1”，

12、灯暗为“0”“与门”的逻辑电路ABY+-A B Y断 断 灭断 通 灭通 断 灭通 通 亮 “与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。逻辑状态表：第二十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月设开关通为“1”，断为“0” 灯亮为“1”，灯暗为“0”逻辑状态表：“或门”逻辑门电路A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 1 逻辑表达式：Y=A+BABY+-A B Y断 通 亮通 断 亮断 断 灭通 通 亮 “或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。2、或逻辑关系第二十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月“非门”逻辑门电路逻辑表达式：A Y

13、0 11 0设开关通为1，断为0 灯亮为1，灯暗为0AY+-断 通 亮通 断 灭A A Y “非”逻辑关系是否定或相反的意思。3、非逻辑关系逻辑状态表：第二十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 在数字电路中，这些门电路都是由半导体元件组成的，而不是用有触点的开关。门电路的输出和输入都有两种状态，高电平和低电平，分别用“1”和“0”表示，称为正逻辑系统。 如用“0”表示高电平，“1”表示低电平，称为负逻辑。 本书中在无特别说明时，都使用正逻辑系统。第二十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 (1) 电路(2) 工作原理输入A、B、C全为高电平“1”，输出 Y 为“1”。输入A、

14、B、C不全为“1”，输出 Y 为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与” 门逻辑状态表0V3V1、二极管“与门”电路二、 分立元器件基本逻辑门电路第二十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月(3) 逻辑关系：“与”逻辑即：有“0”出“0”， 全“1”出“1”Y=A B C逻辑表达式： 逻辑符号：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“与” 门逻辑状态表第二十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 (1) 电路0V0V0V

15、0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或” 门逻辑状态表3V3V-U 12VRDADCABYDBC(2) 工作原理输入A、B、C全为低电平“0”，输出 Y 为“0”。输入A、B、C有一个为“1”，输出 Y 为“1”。2、二极管“或门”电路第三十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月(3) 逻辑关系：“或”逻辑即：有“1”出“1”， 全“0”出“0”Y=A+B+C逻辑表达式： 逻辑符号：ABYC 100000011101111011001011101011111ABYC“或” 门逻辑状态表第三十一张，PPT共八十九页，创作于20

16、22年6月+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止饱和逻辑表达式：Y=A“0”10“1”“0”“1”AY“非” 门逻辑状态表逻辑符号1AY3、晶体管“非门”电路第三十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月二极管“与门”电路晶体管“非门”电路1、“与非” 门电路二极管-晶体管组合“与非门”电路将二极管“与”门和晶体管“非”门组合在一起而构成“与非”门。三、基本逻辑门电路的组合DADBDCRABCY+12VA-UBBR1R2RC+UCCY第三十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月A B C D Y0 0 0 0 10 0 1 0 10 1 0 0 10 1 1 0 11 0 0

17、 0 11 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 0“与”门&ABCY&ABC“与非”门1Y“非”门有“0”出“1”，全“1”出“0”第三十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月2、“或非”门电路ABCR-UT-UBRCRKRB+UY+3VDA B C D Y0 0 0 0 10 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 1 01 0 0 1 01 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 01Y“非”门“或”门ABC 1“或非”门YABC 1有“1”出“0”，全“0”出“1”第三十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月3、“异或”门A B Y0 0 00 1 1

18、1 0 11 1 0Y=A BABY=14、“与或非”门电路ABCY&D1第三十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月基本门电路YABC&AY1YABC1“与”门Y=ABC“或”门Y=A+B+C“非”门Y=A=1ABYYABC&YABC1“与非”门Y=ABC“或非”门Y=A+B+C“异或”门Y=A + B导出门电路第三十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月已知波形，画出输出波形。Y1=ABC Y2=A+B+CY3=ABC Y4=A+B+CABY1CY2Y3Y4例第三十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月20.3 TTL门电路 门电路是逻辑门电路的简称，包含：与门、或门、与

19、非门、或非门、与或非门、异或门等等，是构成数字电路最基本单元电路。常用的集成门电路分为两大类：TTL和CMOS。 TTL为Transistor- Transistor Logic(晶体管-晶体管-逻辑）的简称。 CMOS为Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor(互补对称-金属-氧化物-半导体）的简称。 本节重点讨论基本型门电路TTL，下节重点讨论基本型门电路CMOS。第三十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 TTL门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成 与非门电

20、路的工作原理、特性和参数。第四十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月输入级中间级输出级1.电路： T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1B等效电路C多发射极三极管一、 TTL“与非”门电路第四十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11VT2、T5截止 负载电流（拉电流）(1) 输入端不全为高电平“1”的情况(0.3V)“1”“0”输入有低“0”输出为高“1”VY 5-0.7-0.7 =3.6V5V2.工作原理：第四十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 T5Y R3R5A

21、B CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)(2) 输入全为高电平“1”(3.6V)的情况2.工作原理：4.3VT2、T5饱和导通钳位2.1VE结反偏截止“0”(0.3V) 负载电流（灌电流）输入全高“1”,输出为低“0”1V第四十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非” 门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式： Y&ABC“与非”门第四十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月74LS20（4输入2门）74LS00（2输入4门）891011

22、1213147654321UCCGND8910111213147654321UCCGND第四十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月(1) 电压传输特性：输出电压 UO与输入电压 Ui的关系。3. TTL与非门特性及参数电压传输特性测试电路&+5VUiUoVV12UO/V43210UI/VABCDE第四十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月(2) TTL与非门的参数电压传输特性典型值3.6V，2.4V为合格典型值0.3V，0.4V为合格输出高电平电压UOH输出低电平电压UOL输出高电平电压UOH和输出低电平电压UOL阈值电压（门槛电压）UT12UO/V43210UI/VABCDE

23、第四十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 指一个与非门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于TTL与非门 NO 8。输入高电平电流 IIH和输入低电平电流 IIL 当某一输入端接高电平，其余输入端接低电 平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流 IIH（A）。 当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流 IIL（mA）。扇出系数NO第四十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月平均传输延时间tpd输入波形输出波形上升延时间tpd150%50%tpd1下降延时间tpd2tpd2它们的平均值即为tpd第四十九张，PPT共八十九页，创

24、作于2022年6月当控制端为高电平“1”时，实现正常的“与非”逻辑关系 Y=AB“1”控制端 DE1. 电路 T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1截止二、 三态输出“与非”门电路第五十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月“0”控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11. 电路导通1V1V截止截止当控制端为低电平“0”时，输出 Y处于开路状态，也称为高阻状态。第五十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月&YEBA逻辑符号 0 高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0表示任意态三态输出“与非”状态表A

25、BEY输出高阻功能表第五十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月三态门应用：可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号。“1”“0”“0”如图所示：总线&A1B1E1&A2B2E2&A3B3E3A1 B1第五十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1. 电路有源负载&YCBA逻辑符号 T5Y R3AB CR2R1T2+5V T1RLU 三、集电极开路与非门电路(OC门)第五十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月OC门的特点：1.输出端可直接驱动负载如：Y&CBAKA+24VKA2202.几个输出端可直接相联&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY

26、“1”“0”“0”“0”“0”第五十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1.输出端可直接驱动负载如：Y&CBAKA+24VKA2202.几个输出端可直接相联&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“1”“线与”功能0OC门的特点：第五十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月一、 NMOS门电路 1. NMOS非门电路 gm1gm2T1的导通电阻 T2的导通电阻“1”导通“0”“0”“1”截止即：T1的导通管压降1CBA3、Y的逻辑图第七十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月卡诺图:是与变量的最小项对应的按一定规则排列的方格图，每一小

27、方格填入一个最小项。（1）最小项： 对于n输入变量有2n种组合, 其相应的乘积项也有2n个，则每一个乘积项就称为一个最小项。其特点是每个输入变量均在其中以原变量和反变量形式出现一次，且仅一次。如：三个变量，有8种组合，最小项就是8个，卡诺图也相应有8个小方格。在卡诺图的行和列分别标出变量及其状态。4、Y的卡诺图第七十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月ABCY00001111001100110101010101101001前面已经得到逻辑式：其卡诺图可如下表示：01011101001 01 10 10 0 BCA在逻辑状态表中，A、B、C三个输入变量有8种组合，相应可写出8个乘积项，这8个乘积项称为输入变量的最小项。需要说明的是，逻辑式并不是唯一的，逻辑图也不是唯一的。4、Y的卡诺图第七十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 由逻辑状态表直接写出的逻辑式及由此画出的逻辑图，一般比较复杂；若经过简化，则可使用较少的逻辑门实现同样的逻辑功能。从而可节省器件，降低成本，提高电路工作的可靠性。 利用逻辑代数变换，可用不同的门电路实现相同的逻辑功能