电工电子技术基础课件：门电路和组合逻辑电路

电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路

教学目标门电路和组合逻辑电路电工电子技术基础1掌握与、或、非基本逻辑运算及与非、异或逻辑运算功能。2理解逻辑代数的基本运算法则和基本定律。3掌握复合逻辑运算关系表达式、逻辑符号和逻辑规律，掌握逻辑代数运算法则及逻辑化简方法。4了解数字集成门电路特点及其使用方法。5掌握组合逻辑电路分析和设计方法。6了解编码器、译码器、加法器等逻辑部件及功能。第一节数字电路概述第二节逻辑门电路第三节TTL门电路第四节CMOS门电路第五节组合逻辑电路第六节常用组合逻辑模块本章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路

思政引例电工电子技术基础下一页上一页章目录绳锯木断，水滴石穿。——罗大经

门电路和组合逻辑电路

思政引例第1章电路基本概念与定律电工电子技术基础下一页上一页章目录

1849年英国数学家乔治.布尔(GeorgeBoole)首先提出描述客观事物逻辑关系布尔代数，1938年克劳德.香农(ClaudeE.Shannon)将布尔代数应用到继电器开关电路的设计，因此又称为开关代数。逻辑代数是描述客观事物逻辑关系，逻辑函数表达式中逻辑变量取值只有两个值，即0和1。微电子技术是现代军事技术与军事武器装备基础和核心技术，海湾战争就是现代战争中以“硅芯片”打垮“钢铁”的典型战例。利用晶体管实现与门、或门和非门三种门电路。渺小构筑伟大，瞬间组成永恒，每一个单独个体都依托于社会，引导学生认识个体与集体辩证关系。个人与国家相互成就、相辅相成，每个人虽只是奋斗在中国一个“1”，但中国却因每一个“1”的奋斗而伟大，而个人有了强大祖国做后盾才能有更好发展。10.1数字电路概述一、数字电路和模拟电路时间上连续变化的信号时间和幅度都是跳变的信号处理模拟信号的电路模拟电路数字电路特点：注重电路的输入、输出大小、相位关系特点：注重电路的输入、输出的逻辑关系处理数字信号的电路

门电路和组合逻辑电路——数字电路概述下一页上一页章目录电工电子技术基础矩形脉冲信号高电平低电平A脉冲幅度TT1T2脉冲周期占空比前沿(上升沿)后沿(下降沿)下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——数字电路概述数字电路的特点

数字电路只需要区别数字信号高电平、低电平，而不必反映信号幅度和精度；因为干扰信号主要影响信号的幅度；

数字电路对信号具有算术运算和逻辑运算和判断，有一定“逻辑思维”能力；因为数字电路电子元件大多工作在开关状态。1.可靠性较高

2.抗干扰能力强3.便于智能化4.功耗小下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——数字电路概述二、数字电路的数制（1）十进制数0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（共10个）(an-1…a1a0)D=an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100相应位的“权”（2）二进制数0，1（共2个）(an-1…a1a0)B=an-1×2n-1+…+a1×21+a0×20相应位的“权”逢十进一逢二进一数码

数码

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门电路和组合逻辑电路——数字电路概述（3）八进制数(an-1…a1a0)O=an-1×8n-1+…+a1×81+a0×80相应位的“权”（4）十六进制数(an-1…a1a0)H=an-1×16n-1+…+a1×161+a0×160相应位的“权”逢八进一逢十六进一0，1，2，3，4，5，6，7（共8个）

0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，

C，D，E，F（共16个）数码

数码

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门电路和组合逻辑电路——数字电路概述

比较的大小不同进制数比较大小，通常是都先换成十进制形式四个数的大小关系为下一页上一页节首页章目录[解][例题]电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——数字电路概述10.2逻辑门电路按照一定的逻辑关系而开关的门。门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路门满足条件的电信号不满足条件的电信号一种开关能够通过“门”不能够通过“门”门电路输入信号与输出信号之间存在一定逻辑关系（逻辑）门电路下一页上一页章目录电工电子技术基础1.与门(4)逻辑表达式(2)真值表有0出0,全1出1(1)与门电路(3)逻辑符号基本逻辑门电路口诀00100111与门或门非门一、0001下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路2.或门(4)逻辑表达式(2)真值表有1出1,全0出0(1)或门电路(3)逻辑符号口诀001001110111下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路3.非门(4)逻辑表达式(2)真值表有0出1,有1出0(1)非门电路(3)逻辑符号口诀0110下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路复合逻辑门电路1.与非门(4)逻辑表达式(2)真值表有0出1,全1出0(1)与非门组成(3)逻辑符号口诀00100111非逻辑与非门或非门与或非门异或门二、1110下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路2.或非门(4)逻辑表达式(2)真值表有1出0,全0出1(1)或非门组成(3)逻辑符号口诀001001111000下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路3.与或非门(3)逻辑表达式(1)与或非门组成(2)逻辑符号下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路4.异或门(4)逻辑表达式(2)真值表相同出0,相异出1(1)异或门组成(3)逻辑符号口诀001001110110下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路特别提示“与”逻辑是指当决定某件事的几个条件全部具备时，该件事才会发生，这种因果关系称为“与”逻辑关系，实现“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路。“或”逻辑是指当决定某件事的几个条件中，只要有一个条件具备，该件事就会发生，这种因果关系称为“或”逻辑关系，实现“或”逻辑关系的电路称为“或”门电路。在逻辑关系中，“非”就是否定或相反的意思。实现“非”逻辑关系的电路称为“非”门电路。几种常用逻辑门逻辑门与门或门非门符号逻辑式&逻辑门或非门异或门与非门符号逻辑式=1&≥1≥11&≥1&与或非门下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路10.3TTL门电路一、TTL与非门电路1.工作原理（1）A、B、C和D中一个或多个为低电平(0V)时（2）A、B、C和D全部为高电平(3V)时0V3V3V3V0.7V导通截至高电平导通，截至，输出F为高电平3V截至饱和导通1.4V低电平饱和导通，截至，输出F为低电平与非逻辑关系(悬空)门电路和组合逻辑电路——TTL门电路下一页上一页章目录电工电子技术基础TTL与非门电路

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路电工电子技术基础设：uA=0.3VuB=uC=3.6V，则

VB1=(0.3+0.7)V=1VuY=5–ube3–ube4–uR2T2、T5

截止，T3、

T4

导通，小=(5–0.7–0.7)V=3.6VY=1+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4YRL拉电流VB1=1VuY=3.6V(1)输入不全为1+5VA

B

CR1C1B1

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路电工电子技术基础

设

uA

=

uB

=

uC

=

3.6

V，输入端全部是高电平，

VB1

升高，足以使

T2、T5

导通，uo

=

0.3

V，Y

=

0。且

VB1

=

2.1

V，T1

发射结全部反偏。VC2=UCE2+UBE5=(0.3+0.7)V=1V，使T3

导通，T4

截止。+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y灌电流T1R1+VCCVB1=2.1VVC2=1VuY=0.3V(2)输入全为1

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路电工电子技术基础由以上分析可知：当输入端A、B、C

均为高电平时，输出端Y

为低电平。当输入端A、B、C

中只要有一个为低电平，输出端Y就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。ABCY&与非门的逻辑功能：全1

出0，有0

出1。

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路电工电子技术基础74LS20与非门外引线排列图2.电压传输特性电压传输特性——

将与非门的某一输入端的电压从0逐渐增大，而将其他输入端接恒定的高电平时测得的输出电压随输入电压变化的特性。电压传输特性下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路3.性能参数（1）输出高电压（2）输出低电压输入至少1个为低电平时的输出电压值典型值：3.5V规范值:≥2.4V输入全为高电平时的输出电压值规范值:≤0.4V（3）关门电压保证输出高电平所允许的最大输入低电平的电压值通常:≥0.8V抗干扰能力（4）开门电压保证输出低电平所允许的最小输入高电平的电压值通常:≤1.8V（5）扇形系数输出端能带动同类门的最大数目典型：≥8下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路晶体管导通时工作在深度饱和状态（6）平均传输延时时间≤40nsTTL电路：电路允许工作速度越快越小，下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路二、集电极开路与非门（OC门）(c)与非门(d)线与下一页上一页节首页章目录___AB=电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路三、三态门1.三态门工作原理输入端控制端输出端（a）当时，T1截至，D导通，F=A（b）当时，T1饱和导通，T2截至，F呈高阻态下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路2.逻辑符号00113.三态门真值表高阻态低电平选通三态门高电平选通三态门表中为任意状态下一页上一页节首页章目录01电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路双向三态门双向三态门真值表01传送方向下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路三态门的应用（利用总线分时复用传输多路不同的信号）下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路四、TTL门电路分类TTL电路54系列74系列工作环境电源电压54/74系列54/74系列54/74H系列54/74S系列54/74LS系列54/74AS系列54/74ALS系列标准系列高速系列肖特基系列低功耗肖特基系列先进的肖特基系列先进的低功耗肖特基系列下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

门电路和组合逻辑电路——TTL门电路10.4CMOS门电路

一、CMOS非门电路CMOS电路是由PMOS和NMOS场效应管组成集成电路（反相器）(1)当时工作原理NMOS管截止

低电平PMOS管导通(2)当时NMOS管导通

高电平PMOS管截止该电路具有非逻辑功能

高电平

低电平

门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路下一页上一页章目录电工电子技术基础二、CMOS或非门电路负载管驱动管工作原理(1)至少1个输入端为1时T3、T4至少1个导通T1、T2截止F=0(2)输入端全为0时T3、T4截止T1、T2导通F=1该电路具有或非逻辑功能下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路三、CMOS传输门电路工作原理（1）设当C=UCC，C=0V时（开关接通）（2）当C=0V，C=UCC时（开关断开）不能传输下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路C=1，C=0传输门导通C=0，C=1传输门截止因为MOS管结构对称，源极与漏极可以互换，所以CMOS传输门具有双向传输性能。（可控双向开关）下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路传输门既可传输数字信息，也可传输模拟信号。C=1开关接通C=0开关断开集成电路：CD4066（含4个双向模拟开关）下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路四、CMOS集成逻辑门电路特点1.电源工作电压范围大2.功耗小，集成度高总功耗小于1mW3.抗干扰能力强抗干扰可达到电源的4.负载能力强扇出系数至少为20，最大为505.CMOS电路的工作速度比TTL慢大规模和超大规模集成电路CMOS特点：功耗低、抗干扰能力强、电源电压范围宽。下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——CMOS门电路

特别提示TTL是晶体管-晶体管集成逻辑电路的简称，实现“与非”的逻辑功能。三态输出“与非”门又称三态门具有的“高电平”和“低电平”输出状态外，还有第三种状态，即“高阻”状态（或称禁止状态），其中E为控制端（又称使能端），使能端工作时执行正常“与非”功能，否则输出端处于高阻状态。由于电路结构不同，也有当控制端为高电平时出现高阻状态，而在低电平时电路处于工作状态。10.5组合逻辑电路

一、逻辑代数门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路公式名称基本逻辑运算公式内容与运算或运算非运算A·0=0A·1=AA·A=AA+0=AA+1=1A+A=AA=AA·A=0交换律A+B=B+AA·B=B·A结合律A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C)A·B·C=(A·B)·C=A·(B·C)分配律A·(B+C)=A·B+A·CA+B·C=(A+B)·(A+C)A·(B+C)=A·B+A·CA·(B+C)=A·B+A·C吸收律反演律

重复项添加定理A+A·B=AA+B+C+···=A·B·C···A·B·C····=A+B+C+···AB=AB+ABA+A=1A·(A+B)=AA·(A+B)=ABAB+A·B=AA+AB=A+B(A+B)(A+B)=AA=A+AB+AC(摩根定律)下一页上一页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路右边=左边求证求证左边=右边下一页上一页节首页章目录[证明][例题][例题][证明]电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路逻辑代数中定律和公式都是逻辑关系，不是数量关系。注意化简:下一页上一页节首页章目录[例题][解]电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路二、组合逻辑电路的分析下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路分析组合逻辑电路的一般步骤：1.根据给定的逻辑图，写出逻辑表达式；2.运用逻辑代数，化简表达式；3.列出真值表；4.分析电路的逻辑功能。根据逻辑图写逻辑表达式列出真值表化简表达式分析逻辑功能分析过程下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路

分析图示电路的逻辑功能。1.写出逻辑表达式2.写出真值表001001113.逻辑功能相相异同出出

10&&&&异或0110下一页上一页节首页章目录[解][例题]电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路

分析图示电路的逻辑功能。&=1&&=1AB（1）从输入量开始，逐级写出各逻辑门的输出，并化简下一页上一页节首页章目录[解][例题]电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路（2）列出真值表0000011001010100111101110001011001101011（3）分析逻辑功能两个一位二进制相加，考虑低位向本位进位的加法器全加器全加器的逻辑符号下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路n位全加器下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路三、组合逻辑电路的设计设计组合逻辑电路步骤：1.定义0和1，把具体实际问题转化为用逻辑语言描述；2.根据逻辑要求列出真值表；3.由真值表写出逻辑表达式，并对其化简或变换；4.根据逻辑表达式画出逻辑电路图。（写图）定义0和1列出真值表化简表达式设计逻辑电路设计过程下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路写表达式根据功能要求

举重比赛成绩的有效性由三个裁判来评判。评判规则是少数服从多数。对每次举重若有两个或两个以上裁判认可运动员已完成举重动作，该次成绩就有效，否则该次成绩无效。试设计一个评判电路。[解]（1）将实际问题转化为逻辑问题，定义0和1

A、B和C为3个裁判意见：1—认可举重动作0—不认可举重动作F为评判结果：0—成绩无效1—成绩有效[例题1]下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路（3）由真值表写逻辑表达式(“抓1求或”)，并化简00000110010101001111011100010111下一页上一页节首页章目录（2）根据逻辑要求列出真值表电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路（4）根据逻辑表达式画出逻辑电路思考若要求全部用与非门组成逻辑电路，如何实现？下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路设计组合逻辑电路应注意问题：设计中考虑集成电路品种数量应尽量少尽量充分利用集成电路芯片中的资源尽量使用市场上流行的中、大规模集成电路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——组合逻辑电路10.6常用组合逻辑模块

门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块编码器的一般框图输入信息输出代码M-N线编码器︰︰︰︰MN其中M与N的关系编码器分为：二进制编码器、二-十进制编码器一、编码器

下一页上一页章目录电工电子技术基础将代表某些特定含义信息(十进制数、字母和符号等)编成相应二进制数码，完成这种功能逻辑电路叫编码器。二-十进制编码器输入端输出端S十个按键S0~S9当按下S7键时，01111111110111170111&&&≥1&&0123456789S=1,输出有效S=0,输出无效标志位下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块8421码编码器真值表

十进制数0000011111111110001011111111100011011111111011111111011111111011111110111111111101111111011111111011111110111111111101111111101000110011110010101101001110111010100111023456789逻辑表达式

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译码器

将具有特定含义的二进制代码变换成一定输出信号，以表示二进制代码的原意的组合逻辑电路。译码是编码的逆过程位输入种输出二进制代码译码器︰︰︰︰︰︰输出信息译码器原理框图下一页上一页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块3线-8线译码器74LS138逻辑电路一、二进制译码器

片选&&&&&&&1111&&11下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块输出端表达式（不考虑“片选端”）真值表1111111011111101111110111111011111011111111011111011111101111111000010001011100110101111输入输出下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块74LS138逻辑符号输入(二进制代码)输出信息

片选译码器正常工作状态译码器处于禁止状态为其它情况下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块二、二-十进制译码器二–十进制译码器具有将二进制数转换为十进制数功能。输入二进制代码输出信息74LS42逻辑符号输入与输出关系下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块74LS42逻辑功能表输入输出11111110111111010000100000100110100011001010111000010101111111111011111111011111110111111111101111111011111111011111111111111111101111111101其他情况1111111111下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块1.LED数码显示器LED是利用某些氧化物型半导体PN结具有光电效应制成LED特点：工作电压低（1.5V~3V）、体积小、寿命长、工作可靠、颜色丰富（红、黄、绿）常用数码显示器件：LED缺点：工作电流较大，每段电流几毫安到十几毫安半导体数码管(LED)液晶显示器半导体数码管液晶显示器液晶显示器的功耗非常低，特别适合便携式电子产品三、显示译码器下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块下一页上一页章目录电工电子技术基础门电路和组合逻辑电路——常用组合逻辑模块共阴极共阳极11111000111100100000110110100001输入端低电平点亮发光二极