第十章門電路和組合邏輯電路

第十章門電路和組合邏輯電路數(shù)字電路在數(shù)字計算機、數(shù)字控制數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)字通訊等領域獲得廣泛應用。這主要基于以下優(yōu)點：（1）抗干擾（0和1易于區(qū)別）；（2）高精度（憑借提高數(shù)字信號的位數(shù)）；（3）便于儲存和讀取；（4）基本電路結構簡單，適合集成和系列化生產(chǎn)。從本章開始，轉入數(shù)字電路。與模擬信號不同，數(shù)字信號的幅度并非連續(xù)變化，通常只有兩種狀態(tài)（如：電位的高與低，電流的有與無等），用符號“0”和“1”表示。將0和1按時間先后組成一定的系列，即可表征各種信息。產(chǎn)生和處理數(shù)字信號的電路，統(tǒng)稱數(shù)字電路。5/10/20231§10-1脈沖信號實際中的脈沖矩形波為：在數(shù)字電路中，所處理的信號是脈沖的，脈沖是一種躍變信號，常見的是矩形波或尖頂波.5/10/20232一、脈沖信號的參數(shù):（1）脈沖幅度A:脈沖信號變化的最大值。（2）脈沖前沿tr：從脈沖幅度的10%上升到90%所需的時間。（3）脈沖后沿tf：從脈沖幅度的90%下降到10%所需的時間。（4）脈沖寬度tp：從脈沖前沿幅度的50%到后沿50%所需的時間。（5）脈沖周期T：脈沖幅度的10%兩點之間的時間間隔。（6）脈沖頻率f：單位時間的脈沖數(shù)，f=1/T。A0.9A0.1A0.5AtrtptfT5/10/20233脈沖信號有正和負之分。如果脈沖躍變后的值比初始值高，則為正脈沖；反之，則為負脈沖。03V0-3V正脈沖負脈沖3V00-3V二、正脈沖和負脈沖5/10/20234晶體管不僅具有放大作用，而且還具有開關作用。在數(shù)字電路中就是利用晶體管的開關作用。如前所述，我們可以根據(jù)UCC和RC作出直流負載線，負載線與晶體管輸出特性曲線的交點就是靜態(tài)工作點，工作點的位置由偏流IB確定。由于工作點的位置不同，晶體管有三種工作狀態(tài)。一、放大狀態(tài)1、發(fā)射結正偏，集電結反偏

UCE=UCC-RCIC成立2、IC=βIB成立§10-2晶體管的開關作用5/10/20235三、截止狀態(tài)1、發(fā)射結和集電結都反偏2、一般UBE<0.5V時就截止，為了可靠一般加反壓。IB=0，IC=ICEO≈0，UCE=VCC二、飽和狀態(tài)1、發(fā)射結正偏，集電結正偏。2、飽和條件：5/10/20236一、門電路的基本概念所謂“門”就是一種開關，在一定條件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號之間存在一定的邏輯對應關系，所以門電路又稱為邏輯門電路基本門有：“與門”“或門”“非門”§10-3分立元件門電路5/10/20237真值表：“與門”的邏輯電路ABF000010100111邏輯表達式：F=AB1、“與門”設開關通為“1”，斷為“0”

燈亮為“1”，燈暗為“0”&ABFABF+-5/10/202382、“或門”設開關通為“1”，斷為“0”

燈亮為“1”，燈暗為“0”真值表：“或門”邏輯門電路ABF000011101111邏輯表達式：F=A+BABF+-5/10/202393、“非門”真值表：“非門”邏輯門電路邏輯表達式：AF0110設開關通為1，斷為0

燈亮為1，燈暗為0AF+-5/10/202310

在數(shù)字電路中，這些門電路都是由半導體元件組成的，而不是用有觸點的開關。門電路的輸出和輸入都有兩種狀態(tài)，高電平和低電平，分別用“1”和“0”表示，稱為正邏輯系統(tǒng)。如用“0”表示高電平，“1”表示低電平，稱為負邏輯。

本書中在無特別說明時，都使用正邏輯系統(tǒng)。5/10/202311二、二極管“與門”電路1、電路和符號DADBDCRABCF+12VABCF&電路符號74LS0874LS09等5/10/2023122、工作原理有低出低，全高出高DADBDCRABCF+12VABCF00000010010001101000101011001111真值表：3、表達式和真值表F=ABC5/10/202313三、二極管“或門”電路1、電路和符號DADBDCRABCF-12V電路符號74LS32ABCF≥15/10/2023142、工作原理有高出高，全低出低DADBDCRABCF-12V真值表：3、表達式和真值表F=A+B+CABCF000000110101011110011011110111115/10/202315四，三極管“非門”電路1、電路和符號A-VBBR1R2RC+VCCF3、表達式和真值表AF1AF01102、工作原理真值表：5/10/202316A-VBBR1R2RC+VCCF1DADBDCRABCF0+12V二極管“與門”電路三極管“非門”電路“與非”門二極管-三極管組合“與非門”電路實際上，可以將二極管“與”門和三極管“非”門組合在一起而構成“與非”門。5/10/202317五、導出邏輯門電路1、“與非”門(74LS00,74LS20等）ABCF&F=ABC2、“或非”門(74LS02,74LS27等)F=A+B+CABCF≥1有高出低，全低出高有低出高，全高出低5/10/2023184、“異或”門3、“與或非”(74LS50-55,74LS64)=1ABFABCF&&D≥1F=AB+CDABF000011101110F=AB邏輯式真值表：5/10/202319已知波形，畫出輸出波形。F1=ABCF2=A+B+CF3=ABCF4=A+B+CABF1CF2F3F4例5/10/202320作業(yè)：P299，21-1、21-2、21-3、21-4思考題：邏輯運算中的“1”和“0”是否表示兩個數(shù)字？邏輯加法運算和算術加法運算有何不同？5/10/202321ABCF&F=ABCF=A+B+CABCF≥1AF1ABCF&F=ABCF=A+B+CABCF≥1=1ABFF=AB5/10/202322§10-4TTL門電路門電路是邏輯門電路的簡稱，包含：與門、或門、與非門、或非門、與或非門、異或門等等，是構成數(shù)字電路最基本單元電路。常用的集成門電路分為兩大類：TTL和CMOS。TTL為Transistor-Transistor-Logic(晶體管-晶體管-邏輯）的簡稱。CMOS為Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor(互補對稱-金屬-氧化物-半導體）的簡稱。本節(jié)重點討論基本型門電路TTL，下節(jié)重點討論基本型門電路CMOS。5/10/202323一、TTL“與非”門電路(74LS00,74LS20……)ABCFTTL“與非”門電路及其圖形符號R1R4R3R2R57503K3601003K+5VABCFT1T3T2T5T45/10/202324(1)輸入端不全為“1”→輸出為“1”F=ABCABCF00010011010101111001101111011110R1R4R3R2R57503K3601003K+5VABCFT1T3T2T5T42、工作原理：(2)輸入端全為“1”→輸出為“0”5/10/20232574LS20（4輸入2門）（T063）74LS00（2輸入4門）（T065）1234567891011121314&&&&12345678910111213145/10/202326二、主要參數(shù)1.輸出高電平電壓UOH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UOH，DE段的電壓為輸出低電平電壓UOL。對通用的TTL“與非”門電路

UOH2.4V,UOL0.4V

。2.噪聲容限電壓UNL為低電平噪聲容限電壓UNL=UOFF-UILUNH為高電平噪聲容限電壓UNH=UIN-UON噪聲容限電壓是說明門電路抗干擾能力的參數(shù)，對通用的TTL“與非”門電路UNL=0.5V,UNH=1.1V

。5/10/2023273.扇出系數(shù)N0一個“與非”門能帶同類門的最大數(shù)目，它表示帶負載能力。對TTL“與非”門，N08。4.平均傳輸延遲時間tpd輸入上升沿的50%至輸出下降沿50%之間的間隔為上升延遲時間tpd1，輸入下降沿的50%至輸出上升沿50%之間的間隔為下降延遲時間tpd2。它們的平均值稱為平均傳輸延遲時間tpd。5.輸入高電平電流IIH和輸入低電平電流IIL

IIH

50μA,IIL

1.6mA

。5/10/202328三、三態(tài)輸出“與非”門電路R1R4R3R2R57503K3601003K+5VABEFT1T3T2T5T4電路圖5/10/202329當E=1時，F(xiàn)=AB三態(tài)門的圖形符號邏輯功能ENABEF&當E=0時，不管AB為何值F為高阻狀態(tài)5/10/202330三態(tài)輸出“與非”門電路主要用途是可以實現(xiàn)用一根導線輪流傳送幾個不同的數(shù)據(jù)或控制信號，如圖所示，這根導線稱為總線。這種用總線來傳送數(shù)據(jù)或信號的方法，在計算機中被廣泛采用。ENA2B2E2&ENA3B3E3&ENA1B1E1&四、三態(tài)門的應用1、數(shù)據(jù)選擇器，如8選1，74LS251，16腳2、鎖存器，如8D鎖存器74LS3733、總線收發(fā)器（如74LS242等）5/10/202331§10-5MOS門電路一、MOS門電路簡介：NMOS，PMOS，CMOSMOS場效用管集成電路雖然出現(xiàn)較晚，但由于具有制造工藝簡單集成度高功耗低抗干擾能力強等優(yōu)點，所以發(fā)展很快，更便于向大規(guī)模集成電路發(fā)展。它的主要缺點是工作速度較低。5/10/202332二、NMOS門電路：1、NMOS“非”門電路（反相器）NMOS“非”門電路FT1AT2+UDD5/10/202333T1T3T2BAF+UDDF=AB2、NMOS“與非”門電路5/10/2023343、NMOS“或非”門電路T1T3T2BAF+UDD注意：輸入端管腳不能懸空！