第6章 组合逻辑电路

第6章组合逻辑电路第6章组合逻辑电路第1节 数字电路概述第2节 基本逻辑和逻辑门第3节 逻辑代数第4节 TTL集成门电路第5节 MOS集成门电路第6节 组合逻辑电路的分析和设计第7节 常用集成组合逻辑电路第8节 组合逻辑集成电路使用实际问题第6章重点各种逻辑门(与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、传输门、三态门等）的逻辑符号、逻辑表达式和真值表组合逻辑电路的分析与设计方法编码器、译码器TTL电路、MOS电路的特点第1节

数字电路的基础知识

数字信号和模拟信号电子电路中的信号模拟信号数字信号时间连续的信号时间和幅度都是离散的模拟电路数字电路模拟信号：tu正弦波信号t锯齿波信号u研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。数字信号：数字信号产品数量的统计。数字表盘的读数。数字电路信号：tu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当时的输入状态决定，与电路原来的状态无关，没有记忆功能。电路的输出状态不仅与当时的输入状态有关，而且还与电路原来的状态有关，具有记忆功能。主要由触发器组成主要由门电路组成研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系，因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止状态。一、数字电路的特点1、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；3、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、波形图。二、二进制数

（略）三、脉冲数字信号正脉冲负脉冲脉冲幅度A脉冲前沿脉冲后沿脉冲宽度tp脉冲周期T脉冲频率fAtrtf后沿后沿前沿前沿0110正逻辑系统负逻辑系统第2节基本逻辑和逻辑门ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开------Vo=1,输出高电平K合------Vo=0,输出低电平可用三极管代替R1R2AF+uccuAtuFt三极管的开关特性（截止区—饱和区）：+ucc截止0.3V饱和一、与门电路“与”逻辑：所有条件满足，事件才发生。开关：闭合为1，打开为0。灯：亮为1，不亮为0。逻辑表达式F=A•B•C&ABCF逻辑符号AFBC00001000010011000010101001101111真值表有0出0，全1出1有低出低，全高出高电路EFABC二、或门电路“或”逻辑：只要有条件满足，事件就发生。逻辑表达式F=A+B+C有1出1，全0出0有高出高，全低出低电路AEFBC真值表AFBC00001001010111010011101101111111逻辑符号1ABCF三、非门电路“非”逻辑：条件满足，事件不发生；条件不满足，事件发生。有1出0，有0出1有高出低，有低出高取反逻辑符号AF1逻辑表达式F=A电路AEF真值表AF0110“与”、“或”、“非”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。与非门F=A•B•C

有0出1，全1出0。（两步）或非门F=A+B+C

有1出0，全0出1。 四、复合门电路ABCDF&1与或非门F=AB+CD真值表？F=1，A、B、C、D=？异或门F=A

B=1ABFABF000011101110ABF001010100111同或门=1ABFF=A

B例：

与门、或门、与非门、或非门、异或门、同或门的输入A、B的波形如图所示，输出分别为F1、F2、F3、F4、F5、F6。根据输入A、B的波形，画出各输出端的波形。

解：根据它们的逻辑关系，可画出波形图如图所示。

注意！！作图时要用尺画并对齐。思考题1、什么是模拟电路？什么是数字电路？2、什么是组合逻辑电路？什么是时序逻辑电路？3、什么是正逻辑？什么是负逻辑？4、什么是与逻辑？什么是或逻辑？5、什么是异或门、同或门、三态门、传输门？0•0=0•1=1•0=01•1=10+0=00+1=1+0=1+1=110=01=第3节逻辑代数（一）基本运算规则A+0=AA+1=1A•0=0•A=0A•1=1•A=A常量与常量常量与变量（二）基本代数规律交换律结合律分配律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)普通代数不适用!（三）吸收规则1.原变量的吸收：A+AB=A证明：A+AB=A(1+B)=A•1=A利用运算规则可以对逻辑式进行化简。例如：被吸收2.反变量的吸收：证明：例如：被吸收3.混合变量的吸收：证明：例如：1吸收4.反演定律：可以用列真值表的方法证明：二极管与门FD1D2AB+12VFD1D2AB-12V二极管或门第4节TTL集成逻辑门R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平不匹配。与分离元件电路相比，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，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路。一、TTL与非门速度、带负载能力+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1V不足以让V2、V5导通三个PN结导通需2.1V+5VFR4R2R13kR5V3V4V1b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC2、输入全为高电平（3.4V）时“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止2、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kV2R3V1V5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V此电路电压传输特性主要参数测试电路&+5Vuiu01、输出高电平UOH

典型值为3.5V，产品规范值UOH

2.4V2、输出低电平UOL典型值为0.35V，产品规范值UOL

0.8V3、关门电平Uoff

输入低电平的上限值，反映抗正向干扰能力。

Uoff

0.8V4、开门电平Uon输入高电平下限值，反映抗负向干扰能力。Uon

1.8V5、扇出系数N

带同类IC的数量，N8&&？6、平均传输时间tuiotuootpd1tpd250%50%tpd40nS+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为高电平时前级后级反偏流出前级电流IOH（拉电流）输入输出负载特性1、前后级之间电流的联系前级输出为低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前级后级流入前级的电流IOL约1.4mA(灌电流)2、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R较小时ui<UT

T2不导通，输出高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R增大R

ui

ui=UT时，输出低电平。R临界=1.45K

Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c11、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。说明二、集电极开路的与非门（OC门）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空&符号使用时需要外接电阻线与功能输出端可相连&&+UCCABCDEFY=ABCDEF

&AF符号功能表低电平起作用三、三态门&ABF高电平起作用&AFEA&AFEA&AFEA总线传输门uiuoCCC=1C=0C=0C=1第5节MOS集成门MOS集成门电路PMOSNMOSCMOS型号系列CC4000B,MC14500CD4000工艺简单速度高功耗极小,电源电压范围宽,能与TTL联接，输出摆幅大，扰干扰能力强，驱动能力强，速度较快。NMOS管PMOS管CMOS电路一、非门UDDSV1DV2AFui=0截止ugs2=

UDD导通u０=“１”工作原理：+UDDSV1DV2uiuo+UDDSV1DV2uiuoui=１导通截止u０=“０”工作原理：F+UDDV1V2V3V4ABFAB+UDDV1V2V3V4二、与非门、或非门三、传输门(模拟电子开关)uiuoCC工作原理类似于互补对称功率放大电路。用两个管子来保证信号通过。设开启电压为3V，ui在0~10V间变化，当控制信号C=10V时，ui在7V以下V2导通，ui在3~10V范围内，V1导通。从而保证信号ui都能通过。uouiCCV2V1四、三态门+UDDV1V2V3V41111V5FAE&AF系列名称符号特性标准低功耗高速肖特基低功耗肖特基先进肖特基先进低功耗肖特基快速54/7454/74L54/74H54/74S54/74LS54/74AS54/74ALS54/74F标准功耗和速度功耗是标准系列的1/10，速度低于标准系列速度高于标准系列，功耗大于标准系列速度比标准系列的快3倍，功耗大于标准系列速度与标准系列相同，功耗为标准系列的1/5速度比标准系列快10倍，功耗低于标准系列速度比标准系列快2倍，功耗是标准系列的1/10速度比标准系列快近5倍，功耗比标准系列低系列名称符号特性标准CMOS有缓冲CMOS高速CMOS高速CMOS(TTL兼容)先进CMOS先进CMOMS(TTL兼容)40004000B74HC74HCT74AC74ACT微功耗，低速微功耗，低速，扇出比标准CMOS大功耗低，速度达到LSTTL的水平类似74HC，可直接与TTL接口高速，可代替74HC高速，可代替74HCT思考题1、TTL集成门电路有哪些参数？它们的含义是什么？2、OC门可以使用两种电压？3、什么叫三态门？有何用途？4、用传输门可能构成三态门吗？5、TTL集成电路与MOS集成电路各有哪些优缺点？使用中应注意哪些问题？习题：P1746-1

6-3第6节组合逻辑电路的分析和设计一、逻辑电路分析已知电路结构找出输入输出之间的逻辑关系1、由前至后逐级写出各个逻辑门的逻辑关系表达式。分析步骤：2、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。4、分析和归纳逻辑功能，得出结论。例1：分析下图的逻辑功能。

&&&ABF真值表相同为“1”不同为“0”同或门=1例2：分析下图的逻辑功能。

&&&&ABFABF000011101110真值表相同为“0”不同为“1”异或门=1例3：分析下图的逻辑功能。

&2&3&4AMB1F=101被封锁11&2&3&4AMB1F=010被封锁1多路选择器（二选一）例4：分析下图的逻辑功能&&1ABF1F3F211直接列真值表000011001二、设计逻辑电路任务要求最简单的逻辑电路1、确定输入输出变量，定义1和0（正逻辑）2、根据实际问题的逻辑含义，列出真值表。设计步骤：3、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）例1：设计三人表决电路（A、B、C）。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，多数同意时指示灯亮，否则不亮。解：1、首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。输入：同意为1，不同意为0；输出：通过是1，否则是0。3、写出逻辑代数表达式并化简。（方法之一：与或表达方式）F=ABC+ABC+ABC+ABC☆+ABC+ABC(添加项）=(A+A)BC+(B+B)AC+(C+C)ABF=BC+AC+ABF=BC+AC+AB=BCACAB与非形式2、列真值表4、根据逻辑表达式画出逻辑图。&1&&ABBCF F=BCACAB&&&&ABCF组合逻辑电路设计以芯片少,品种少为优A3B2A2A1B1A0B0B3B3(A<B)L(A=B)L(A>B)LA<BA=BA<BGNDA0B0B1A1A2B2A3UCC低位进位向高位位进位(A<B)L(A=B)L(A>B)LA<BA=BA<B例2：利用四位集成电路比较器74LS85设计七位二进制数比较器74LS85七位二进制数比较器（采用两片74LS85）（A>B）L（A<B）LA>BA=BA<BA5B5A4B400A6B6（A=B）L（A>B）L（A<B）LA>BA=BA<BA1B1A0B0A3B3A2B2（A=B）L?010?74LS8574LS85数据选择器从一组数据中选择一路信号进行传输的电路，称为数据选择器。A0A1D3D2D1D0W控制信号输入信号输出信号数据选择器类似一个多投开关。选择哪一路信号由相应的一组控制信号控制。从n个数据中选择一路传输，称为一位数据选择器。从m组数据中各选择一路传输，称为m位数据选择器。W3X3Y3W3X2Y2W3X1Y1W3X0Y0A控制信号四二选一选择器与数据选择器对应的有数据分配器，考虑它应当是一个什么结构？思考题1、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？习题：P175

6-66-76-86-116-126-146-156-166-17第7节常用集成组合逻辑电路编码：用代码表示各种对象或信号的过程。编码器：具有编码功能的逻辑电路。二进制编码器：将一系列信号状态编制成二进制代码。N位二进制代码有2n种不同的组合，表示2n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，首先要列出真值表，然后写出逻辑表达式并进行化简，最后画出逻辑图。一、编码器8-3译码器逻辑图编码表例：八线-三线编码器设八个输入端为I1I8，八种状态，与之对应的输出设为F1、F2、F3，共三位二进制数。1、二进制编码器2、二—十进制编码器用二进制代码表示十进制数。输入（十进制数）DCBAY0（0）0000Y1（1）0001Y2（2）0010Y3（3）0011Y4（4）0100Y5（5）0101Y6（6）0110Y7（7）0111Y8（8）1000Y9（9）1001图？译码器的输入：一组二进制代码译码器的输出：一组高低电平信号二、译码器和数字显示译码：将代码翻译成各种对象或信号的过程。译码器：具有译码功能的逻辑电路。二进制译码器：将二进制翻译成电路的某种状态。将n种输入的组合译成2n种电路状态。也叫n---2n线译码器。2-4线译码器74LS139的内部线路&&&&A1A0输入控制端输出74LS139管脚图一片139种含两个2-4译码器74LS139的功能表“—”表示低电平有效。1、二进制译码器2、二—十进显示译码器二-十进制编码显示译码器显示器件在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来，这就要用到显示译码器。显示器件：常用的是七段显示器件共阳数码管（0亮） 共阴数码管（1亮）显示译码器：11474LS49BCBIDAeabcdfgUccGND74LS49的管脚图消隐控制端功能表（简表）输入输出显示DABIag10XXXX0000000消隐8421码译码显示字型完整的功能表请参考相应的参考书。74LS49与七段显示器件的连接：bfacdegbfacdegBIDCBA+5V+5V74LS49是集电极开路，必须接上拉电阻第8节组合逻辑集成电路使用实际问题OC门怎样与CMOS电路接口？一、TTL门电路和CMOS门电路的相互连接

TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同，需要采用接口电路。一般要考虑两个问题：一是要求电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；二是要求电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。1.

TTL门驱动