第十一章門電路和邏輯電路

1、2022-2-2612022-2-2622022-2-263十進(jìn)制數(shù)碼：十進(jìn)制數(shù)碼： 09“逢十進(jìn)一逢十進(jìn)一”（567.89)105 102 61017100各位數(shù)碼各位位權(quán)值基數(shù)8 10-1 9 10-22022-2-26410()10 ,0 9niiiimNaa= -=次二進(jìn)制數(shù)碼：二進(jìn)制數(shù)碼：0，1“逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一”2()2 ,0,1niiiimNaa= -=次系數(shù)系數(shù)位權(quán)位權(quán)2022-2-265八進(jìn)制數(shù)碼：八進(jìn)制數(shù)碼：“逢八進(jìn)一逢八進(jìn)一”07“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一”十六進(jìn)制數(shù)碼：十六進(jìn)制數(shù)碼：0 015 15 （其中（其中10101515用用A AF F表示）表示）210116151

2、671610162 16) 7F 2A. (2022-2-266R進(jìn)制進(jìn)制 十進(jìn)制：十進(jìn)制：.“按權(quán)相加按權(quán)相加”2022-2-267最高位MSB最低位LSB. 十進(jìn)制十進(jìn)制 二進(jìn)制：二進(jìn)制：整數(shù)部分整數(shù)部分小數(shù)部分小數(shù)部分小數(shù)部分用小數(shù)部分用“基數(shù)乘法基數(shù)乘法”整數(shù)部分用整數(shù)部分用“基數(shù)除法基數(shù)除法”2022-2-2682022-2-269例：例： （1110010.0101）2（？）81 1 1 0 0 1 0 . 0 1 0 1 0016224（1110010.0101）2（162.24）8.例：例：(4A.CF)16= (?)24A.CF1111110010100100二進(jìn)制二進(jìn)制 八

3、進(jìn)制八進(jìn)制進(jìn)制：進(jìn)制：2022-2-26102022-2-2611 數(shù)值碼數(shù)值碼代碼代碼(研究數(shù)值表示的方法)代碼代碼?！按a制碼制”。 2nN2022-2-2612二二- -十進(jìn)制代碼：十進(jìn)制代碼：幾種常見的幾種常見的BCD代碼：代碼：8421碼碼 2421碼碼5421碼碼余余 3 碼碼余余 3 循環(huán)碼循環(huán)碼2022-2-26132022-2-2614 與邏輯與邏輯設(shè)設(shè)A(B)=1 閉合閉合0 斷開斷開F=1 燈亮燈亮0 燈滅燈滅輸入輸入輸出輸出ABF000100010111與運(yùn)算表達(dá)式與運(yùn)算表達(dá)式ABF&與門邏輯符號與門邏輯符號或邏輯或邏輯或邏輯真值表或邏輯真值表0001011011

4、11ABF或邏輯運(yùn)算符或邏輯運(yùn)算符或門邏輯符號或門邏輯符號 當(dāng)決定某一事件的一個(gè)或多個(gè)條件滿足時(shí)當(dāng)決定某一事件的一個(gè)或多個(gè)條件滿足時(shí), ,事件便能事件便能 發(fā)生。這種決定事件的因果關(guān)系稱為發(fā)生。這種決定事件的因果關(guān)系稱為“或邏輯關(guān)系或邏輯關(guān)系”。2 . 或邏輯或邏輯1ABF非邏輯非邏輯FA=真值表輸入輸出AF1001非邏輯表達(dá)式非邏輯表達(dá)式非門邏輯符號非門邏輯符號 條件具備時(shí)，事件不能發(fā)生；條件不具備時(shí)事件條件具備時(shí)，事件不能發(fā)生；條件不具備時(shí)事件一定發(fā)生。這種決定事件的因果關(guān)系稱為一定發(fā)生。這種決定事件的因果關(guān)系稱為“非邏輯關(guān)系非邏輯關(guān)系”。 1AF2022-2-2618與非與非,或非或非,

5、與或非與或非, 異或異或,同或等同或等邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式F AB= 2022-2-2619AB+C+BC=AB+C （A+B）（+C）（B+C）=（A+B）（+C）AA BABA 表 邏輯代數(shù)的基本公式表BABA 0AA 1AA ()()A ABAA ABAB+=+=2022-2-2621用真值表法證明分配律：用真值表法證明分配律： ()A BCABAC+=+2022-2-2622特點(diǎn)特點(diǎn): ”2022-2-2623邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： 2022-2-2624變量變量全部最小項(xiàng)全部最小項(xiàng)A B C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10m1m2m3m

6、4m5m6m7mA B CA BCABCABCAB CABCABCABC1000000001000000001000000001000000001000000001000000001100000000 2022-2-2625FABBC=+FABBC=+()()()1,5,6,7AB CCBC AAABCABCBACABCm=+=+=2022-2-2626 每個(gè)乘積項(xiàng)中相乘的變量個(gè)數(shù)即因子數(shù)也最少。每個(gè)乘積項(xiàng)中相乘的變量個(gè)數(shù)即因子數(shù)也最少。1）最簡與或式）最簡與或式同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件的與或式就是最簡與或式同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件的與或式就是最簡與或式 乘積項(xiàng)的個(gè)數(shù)最少；乘積項(xiàng)的個(gè)數(shù)最少；2022-

7、2-26272）最簡與非）最簡與非與非式與非式同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件的與非同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件的與非與非式就是最簡與非與非式就是最簡與非與非與非式，簡稱最簡與非式。式，簡稱最簡與非式。 非號個(gè)數(shù)最少；非號個(gè)數(shù)最少； 每個(gè)非號下面相乘的變量個(gè)數(shù)也最少。每個(gè)非號下面相乘的變量個(gè)數(shù)也最少。1）并項(xiàng)法）并項(xiàng)法()()YA B CA B CA BA B CCA BA BA BAA BB=+=+=+=+=2022-2-26282)吸收法吸收法 YABADBEABADBEAB=+=+=+3)消元法（吸收多余因子）消元法（吸收多余因子） ()YA BA CB CA BABCA BA B CC=+=+=+=202

8、2-2-2629()FABACBCDABACBCD AAABACABCDABCDABAC=+=+=+=+實(shí)際化簡時(shí)，一般應(yīng)綜合上述幾種方法，靈活應(yīng)用進(jìn)行化簡。實(shí)際化簡時(shí)，一般應(yīng)綜合上述幾種方法，靈活應(yīng)用進(jìn)行化簡。 FABACADABCD=+FABACADABCD=+()A BCDABCD=+ABCDABCD=+()A BCDBCD=+A=2022-2-2630 晶體管不僅具有放大作用，而且還具有開關(guān)晶體管不僅具有放大作用，而且還具有開關(guān)作用。在數(shù)字電路中就是利用晶體管的開關(guān)作用。作用。在數(shù)字電路中就是利用晶體管的開關(guān)作用。 如前所述，我們可以根據(jù)如前所述，我們可以根據(jù)UCC和和RC作出直流作出

9、直流負(fù)載線，負(fù)載線與晶體管輸出特性曲線的交點(diǎn)就負(fù)載線，負(fù)載線與晶體管輸出特性曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)，工作點(diǎn)的位置由偏流是靜態(tài)工作點(diǎn)，工作點(diǎn)的位置由偏流IB確定。由確定。由于工作點(diǎn)的位置不同，晶體管有三種工作狀態(tài)。于工作點(diǎn)的位置不同，晶體管有三種工作狀態(tài)。一、放大狀態(tài)一、放大狀態(tài) 1 1、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 U UCECE=U=UCCCC-R-RC CI IC C成立成立 2 2、I IC C=I=IB B成立成立2022-2-2631三、截止?fàn)顟B(tài)三、截止?fàn)顟B(tài)1 1、發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏、發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏2 2、一般、一般U UBEBE0.5V0.5V時(shí)就截止，

10、為了可靠一般加反壓。時(shí)就截止，為了可靠一般加反壓。I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO00，U UCECE=V=VCCCC二、飽和狀態(tài)二、飽和狀態(tài)1 1、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。2 2、飽和條件：、飽和條件：V0UI (RUI)sat(CE)sat(CCCC)sat(C為飽和電流）b)( satCBII2022-2-2632一、一、門電路的基本概念門電路的基本概念 所謂所謂“門門”就是一種開關(guān)，在一定條件就是一種開關(guān)，在一定條件下它能允許信號通過，條件不滿足，信號就下它能允許信號通過，條件不滿足，信號就通不過。因此，門電路的輸入信號與輸出信通不過。因

11、此，門電路的輸入信號與輸出信號之間存在一定的邏輯對應(yīng)關(guān)系，所以門電號之間存在一定的邏輯對應(yīng)關(guān)系，所以門電路又稱為邏輯門電路路又稱為邏輯門電路基本門有：基本門有：“與門與門” “ “或門或門” “ “非門非門”2022-2-2633真值表：真值表：“與門與門”的的邏輯電路邏輯電路A B F0 0 00 1 01 0 01 1 1 邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：F=AB設(shè)設(shè)開關(guān)開關(guān)通為通為“1”1”，斷為，斷為“0”0” 燈亮為燈亮為“1”1”，燈暗為，燈暗為“0”0”& &A AB BF FABF+ +- -設(shè)設(shè)開關(guān)開關(guān)通為通為“1”1”，斷為，斷為“0”0” 燈燈亮為亮為“1”1”，

12、燈暗為，燈暗為“0”0”真值表真值表：“或門或門”邏輯門電邏輯門電路路A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1 邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：F=A+BABF+ +- -真值表：真值表：“非門非門”邏輯門電邏輯門電路路邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：A F0 11 0AF AFA+ +- -2022-2-2636 在數(shù)字電路中，這些門電路都是由半導(dǎo)體元在數(shù)字電路中，這些門電路都是由半導(dǎo)體元件組成的，而不是用有觸點(diǎn)的開關(guān)。門電路的輸件組成的，而不是用有觸點(diǎn)的開關(guān)。門電路的輸出和輸入都有兩種狀態(tài)，出和輸入都有兩種狀態(tài)，高電平高電平和和低電平低電平，分別，分別用用“1”1”和和“0”0”表示，稱為正邏輯

13、系統(tǒng)。表示，稱為正邏輯系統(tǒng)。 如用如用“0”0”表示高電平，表示高電平，“1”1”表示低電平，表示低電平，稱為負(fù)邏輯。稱為負(fù)邏輯。 本書中在無特別說明時(shí)，都使用，都使用正邏正邏輯輯系統(tǒng)。系統(tǒng)。2022-2-26371 1、電路和符號、電路和符號DADBDCRABCF+12VABCF&電路電路符號符號74LS0874LS09等等2022-2-2638有低出低，全高出高有低出低，全高出高DADBDCRABCF+12VABC F0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1真值表：真值表：3 3、表達(dá)式和真值表、表達(dá)式和真值表

14、 F=ABCF=ABC2022-2-26391 1、電路和符號、電路和符號DADBDCRABCF-12V電路電路符號符號74LS32ABCF12022-2-2640有高出高，全低出低有高出高，全低出低DADBDCRABCF-12V真值表：真值表：3 3、表達(dá)式和真值表、表達(dá)式和真值表 F=A+B+CF=A+B+CA B C F 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 11 1、電路和符號、電路和符號A-VBBR1R2RC+VCCFAF 3 3、表達(dá)式和真值表、表達(dá)式和真值表AF12 2、工作原理、工作原理真值表

15、：真值表：2022-2-2642A-VBBR1R2RC+VCCF1DADBDCRABCF0+12V二極管二極管“與門與門”電電路路三極管三極管“非門非門”電電路路二極管二極管- -三極管組合三極管組合“與非門與非門”電電路路實(shí)際上，可以將二極管實(shí)際上，可以將二極管“與與”門和三極管門和三極管“非非”門門組合在一起而構(gòu)成組合在一起而構(gòu)成“與非與非”門。門。2022-2-26431 1、“與非與非” ” 門門(74LS00,74LS20(74LS00,74LS20等）等）ABCF&F=ABC2 2、“或非或非” ” 門門(74LS02,74LS27(74LS02,74LS27等等) )F=

16、A+B+CABCF1有高出低，全低出高有高出低，全低出高有低出高，全高出低有低出高，全高出低2022-2-26444 4、“異或異或”門門3 3、“與或非與或非”(74LS50-55,74LS64)(74LS50-55,74LS64)=1ABFABCF&D1F=AB+CDAB F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 F=A B邏輯式邏輯式真值表：真值表：2022-2-2645已知波形，畫出輸出波形。已知波形，畫出輸出波形。F1=ABC F2=A+B+CF3=ABC F4=A+B+CABF1CF2F3F4例例2022-2-2646思考題：思考題： 邏輯運(yùn)算中的邏輯運(yùn)算中的“1

17、”和和“0”是否表示兩個(gè)是否表示兩個(gè)數(shù)字？邏輯加法運(yùn)算和算術(shù)加法運(yùn)算有何不同？數(shù)字？邏輯加法運(yùn)算和算術(shù)加法運(yùn)算有何不同？2022-2-26472022-2-2648ABCF TTL“與非與非”門電路及其圖形符號門電路及其圖形符號R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABCFT1T3T2T5T42022-2-2649(1)(1)輸入端不全為輸入端不全為“1”1”輸出為輸出為“1”1”F=ABCABC F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 R1R4R3R2R5750 3K 360

18、100 3K +5VABCFT1T3T2T5T42 2、工作原理：、工作原理：(2)(2)輸入端全為輸入端全為“1” 1” 輸出為輸出為“0”0”2022-2-265074LS20（4輸入輸入2門）門）（T063）74LS00（2輸入輸入4門）門）（T065）1234567891011121314&1234567891011121314 2022-2-26511. 1. 輸出高電平電壓輸出高電平電壓UOH和輸出低電平電壓和輸出低電平電壓UOL14320123Ui(V)Uo(V)ABCDEUNLUILUOFFUONUIHUNHAB段的電壓為輸出高電平電壓段的電壓為輸出高電平電壓UOH，D

19、E段的電壓為輸出低電平電壓段的電壓為輸出低電平電壓UOL。對通用的對通用的TTL“與非與非”門電路門電路 UOH 2.4V, UOL 0.4V 。2. 2. 噪聲容限電壓噪聲容限電壓UNL 為為低電平噪聲容限電壓低電平噪聲容限電壓 UNL=UOFF-UILUNH 為為高電平噪聲容限電壓高電平噪聲容限電壓 UNH=UIN-UON噪聲容限電壓噪聲容限電壓是說明門電路抗干擾能力的參數(shù)，對是說明門電路抗干擾能力的參數(shù)，對通用的通用的TTL“與非與非”門電路門電路UNL=0.5V, UNH=1.1V 。2022-2-26523. 3. 扇出系數(shù)扇出系數(shù)N0一個(gè)一個(gè)“與非與非”門能帶同類門的最大數(shù)目，它表

20、示帶門能帶同類門的最大數(shù)目，它表示帶負(fù)載能力。對負(fù)載能力。對TTL “與非與非”門，門， N0 8。4. 4. 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間 tpd輸入上升沿的輸入上升沿的50%至輸出下降沿至輸出下降沿50%之間的間隔為之間的間隔為上升延遲時(shí)間上升延遲時(shí)間tpd1，輸入下降沿的，輸入下降沿的50%至輸出上升沿至輸出上升沿50%之間的間隔為下降延遲時(shí)間之間的間隔為下降延遲時(shí)間tpd2。它們的平均值。它們的平均值稱為平均傳輸延遲時(shí)間稱為平均傳輸延遲時(shí)間tpd。5. 5. 輸入高電平電流輸入高電平電流I IH和輸入低電平電流和輸入低電平電流I IL I IH 50A, I IL 1.6mA 。2

21、022-2-2653R1R4R3R2R5750 3K 360 100 3K +5VABEFT1T3T2T5T4電電 路路 圖圖2022-2-2654當(dāng)當(dāng)E=1E=1時(shí)，時(shí)，F(xiàn)=ABF=AB三態(tài)門的圖形符號三態(tài)門的圖形符號邏輯功能邏輯功能ENABEF&當(dāng)當(dāng)E=0E=0時(shí)，不管時(shí)，不管ABAB為何值為何值F F為高阻狀態(tài)為高阻狀態(tài)2022-2-2655 三態(tài)輸出三態(tài)輸出“與非與非”門電路主門電路主要用途是可以實(shí)現(xiàn)用一根導(dǎo)線要用途是可以實(shí)現(xiàn)用一根導(dǎo)線輪流傳送幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)或控輪流傳送幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)或控制信號，如圖所示，這根導(dǎo)線制信號，如圖所示，這根導(dǎo)線稱為總線。這種用總線來傳送稱為總線。這種

22、用總線來傳送數(shù)據(jù)或信號的方法，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)或信號的方法，在計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。中被廣泛采用。ENA2B2E2&ENA3B3E3&ENA1B1E1&四、三態(tài)門的應(yīng)用四、三態(tài)門的應(yīng)用1 1、數(shù)據(jù)選擇器，如、數(shù)據(jù)選擇器，如8 8選選1 1， 74LS25174LS251，1616腳腳2 2、鎖存器，如、鎖存器，如8D8D鎖存器鎖存器74LS37374LS3733 3、總線收發(fā)器（如、總線收發(fā)器（如74LS24274LS242等）等）2022-2-2656第六節(jié)第六節(jié) 組合邏輯電路的分析和綜合組合邏輯電路的分析和綜合分析和綜合邏輯電路，需要討論它的輸出變分析和綜合邏輯電路，需要

23、討論它的輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系。邏輯函數(shù)可用下量與輸入變量之間的關(guān)系。邏輯函數(shù)可用下列三種方法表示：邏輯表達(dá)式、邏輯狀態(tài)表列三種方法表示：邏輯表達(dá)式、邏輯狀態(tài)表和邏輯圖。和邏輯圖。一、組合邏輯電路的分析一、組合邏輯電路的分析 已知邏輯圖已知邏輯圖寫邏輯式寫邏輯式化簡或變換化簡或變換列邏列邏輯狀態(tài)表輯狀態(tài)表分析邏輯功能分析邏輯功能例：分析下圖的邏輯功能解：G1XG4FG3ZG2YAB（1）由邏輯圖寫出邏輯式G1門G2門G3門G4門ABX ABAAXYABBABABBAAABBABAABBABAYZF)()(ABBBXZ（2）由邏輯式列出邏輯狀態(tài)表寫出邏輯狀態(tài)的各種組合，而后根據(jù)邏輯式列邏輯

24、狀態(tài)表。ABF0 0 01 0 10 1 11 1 0（3）分析邏輯功能 當(dāng)輸入A、B不相同時(shí)輸出為“1”；否則，輸出為“0”?！爱惢颉遍TBABABAF=12022-2-2659二、組合邏輯電路的綜合二、組合邏輯電路的綜合 已知邏輯要求邏輯要求列邏輯狀態(tài)表寫邏輯式化簡或變換畫邏輯圖例：試設(shè)計(jì)一邏輯電路供三人（A、B、C）表決使用。每人有一電鍵，如果他贊成，就按電鍵，表示“1”；如果不贊成，不按電鍵表示“0”。表決結(jié)果用指示燈表示，如果多數(shù)贊成，則指示燈亮，F(xiàn)=1；反之則不亮，F(xiàn)=0。（1）由題意列出邏輯狀態(tài)表： 輸入為A、B、C有八種組合。解解（2）由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯式 a、取F=1列邏輯式

25、ABC0 0 0 0F0 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1邏輯狀態(tài)表邏輯狀態(tài)表 b、對每一種組合，輸入變量都是“與”的邏輯關(guān)系。如果輸入變量為“1”，則取輸入變量本身（如A）；如果輸入變量為“0”，則取其反量（如A ）。而后取乘積項(xiàng)。BCA2022-2-2661c、各種組合之間，是或的邏輯關(guān)系，故取以上各乘積項(xiàng)之和。由此，可寫出邏輯式：ABCBCACBACABF（3）變換和化簡邏輯式ABCBCACBACABF（4）由邏輯式畫出邏輯圖)(BACABBCACABFABCABCBCACAB)AA(BC)BB(AC)CC(AB)(BACAB

26、BCACABF 在集成電路中，與非門作為基本元件之一。試用與非門構(gòu)成邏輯圖。11ABFCCABCABCABCABCABCABFCBAF2022-2-2663第七節(jié)第七節(jié) 常用集成組合電路常用集成組合電路一、編碼器一、編碼器 用數(shù)字或某種文字和符號來表示某一對象或信號的過程，稱為編碼。 數(shù)字電路中，一般用的是二進(jìn)制編碼。二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，可以把若干個(gè)0和1按一定規(guī)律編排起來組成不同的代碼（二進(jìn)制數(shù)）來表示某一對象或信號。一位二進(jìn)制代碼有0和1兩種，可以表示兩個(gè)信號。n位二進(jìn)制代碼有2n種，可以表示2n個(gè)信號。這種二進(jìn)制編碼在電路上容易實(shí)現(xiàn)。2022-2-2664輸入 輸 出CB AY0

27、0 0 0Y1 0 0 1Y2 0 1 0Y3 0 1 1Y4 1 0 0Y5 1 0 1Y6 1 1 0Y7 1 1 1一）二進(jìn)制編碼器 二進(jìn)制編碼器是將某種信號編成二進(jìn)制代碼的電路。例如：2022-2-2665 &C &B &AY71Y61Y51Y41Y31Y21Y11三位二進(jìn)制編碼器2022-2-26661. 確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)對于m個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編碼，則 m 2n 。n為整數(shù)。2. 列編碼表將待編碼的狀態(tài)量用對應(yīng)的二進(jìn)制代碼進(jìn)行定義(這種對應(yīng)關(guān)系是人為的)，并形成表格。一般采用的方案都應(yīng)是便于記憶的。3. 由編碼表寫出邏輯式寫出各輸出量對應(yīng)于輸入量的邏輯關(guān)系式。4. 由邏輯式畫出邏輯圖一般情況下都用“與非”門構(gòu)成邏輯圖，故常將邏輯式轉(zhuǎn)化成“與非” -“與非”形式的邏輯式。2022-2-2667 &C &BY71Y61