8门电路和组合逻辑电路

8门电路和组合逻辑电路8.4逻辑函数及其化简8.1引言8.2基本门电路8.5组合逻辑电路8.6组合逻辑电路应用1.掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。3.会分析和设计简单的组合逻辑电路。4.理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能。本章要求：2.会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数。8门电路和组合逻辑电路5.学会数字集成电路的使用方法。模拟信号：随时间连续变化的信号,如:8.1引言模拟信号数字信号电子电路中的信号1.模拟信号正弦波信号t三角波信号t处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。2.脉冲信号是一种跃变信号，并且持续时间短暂。如:尖顶波t矩形波t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，起开关的作用。脉冲信号正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低如：0+3V0-3V正脉冲0+3V0-3V负脉冲脉冲幅度A脉冲上升沿tr脉冲周期T脉冲下降沿tf脉冲宽度tp脉冲信号的部分参数：A0.9A0.5A0.1AtptrtfT实际的矩形波R1.二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S3V0VSRRD3V0V2.三极管的开关特性饱和截止3V0VuO0相当于开关断开相当于开关闭合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V数字电路的特点(1)信号是随时间不连续变化的两个离散量。(2)稳态时三极管一般都是工作在开、关状态。(3)研究的主要问题是电路的逻辑功能。(4)使用的主要方法是逻辑分析和逻辑设计，主要工具是逻辑代数。正逻辑和负逻辑:电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。8.2基本门电路逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。门电路的基本概念:基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。220V+-设：开关断开、灯不亮用逻辑“0”表示，开关闭合、灯亮用逻辑“1”表示。逻辑表达式：Y=A•B“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。000101110100ABYBYA状态表8.2.1逻辑与(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、B、C不全为“1”，输出Y为“0”。0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表0V3V二极管与门电路(3)逻辑关系：“与”逻辑即：有“0”出“0”，全“1”出“1”Y=ABC逻辑表达式：逻辑符号：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表BY220VA+-“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。逻辑表达式：Y=A+B真值表000111110110ABY8.2.2.逻辑或二极管“或”门电路(1)电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表3V3V-U12VRDADCABYDBC(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”。(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：ABYC100000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表“非”逻辑关系是否定或相反的意思。逻辑表达式：Y=A状态表101AY0Y220VA+-R8.2.3.逻辑非非门电路逻辑符号1AFEC-EBBAR1R2RCFTEQDQ8.2.4复合运算8.2.4.1与非门电路逻辑功能:有“0”出“1”，全“1”出“0”F&ABC“与非”门00010011101111011001011101011110ABFC“与非”门逻辑状态表逻辑表达式:F=ABC“与”门&ABC1F“非门8.2.4.2或非门电路逻辑功能:有“1”出“0”，全“0”出“1”00010010101011001000011001001110ABFC“或非”门逻辑状态表1F“非”门“或”门ABC1“或非”门FABC1逻辑表达式：F=A+B+C若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。异或逻辑真值表ABL000101011110BAL=1ABL异或逻辑符号异或逻辑表达式L=AB8.2.4.3异或门电路若两个输入变量的值相同，输出为1，否则为0。同或逻辑真值表ABL001010111001B=ALABL同或逻辑逻辑符号同或逻辑表达式：L=AB+BA=AB8.2.4.4同或门电路8.3数字集成逻辑电路8.3.1TTL与非门电路TTL门电路(三极管—三极管逻辑门电路)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”门电路的工作原理、特性和参数。1.电路多发射极三极管+VV123123D12313CC（+5V）R130ΩABCTTTRT4kΩRb11243c2c4Re2oVVc2e2输入级中间级输出级1.6kΩ1kΩ(1)输入全为高电平“1”(3.6V)时2.工作原理负载电流（灌电流）输入全高“1”,输出为低“0”+VV3.6V13123123123D（+5V）CCRACBTTTRT1KRb11243c2c4e2Ro2.1V1.4V0.7V1V0.3V倒置状态饱和饱和截止截止4kΩ1.6kΩ130Ω2.工作原理负载电流（拉电流）(2)输入端有任一低电平“0”(0.3V)输入有低“0”输出为高“1”+VV0.3V3.6V13123123123DRo130Ω1c2c43BACCT2RCRRT4b1TT4kΩe21V5V3.6V饱和截止截止导通导通4.3V1.6kΩ1kΩ有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非”门逻辑状态表Y=ABC逻辑表达式：Y&ABC“与非”门74LS00、74LS20管脚排列示意图&&1211109814133456712&&UCC4B4A4Y3B3A3Y1B1A1Y2B2A2YGND(a)74LS00&&1211109814133456712&&UCC4B4A4Y3B3A3Y1B1A1Y2B2A2YGND(a)74LS001211109814133456712&&UCC2D3C2BNC2A2Y1B1ANC1D1C1YGND74LS20(b)1211109814133456712&&UCC2D3C2BNC2A2Y1B1ANC1D1C1YGND74LS20(b)（1）对于与非门及与门，多余输入端应接高电平，比如直接接电源正端，或通过一个上拉电阻（1～3kW）接电源正端；V&CCBA&AB（a）（b）≥1ABBA（a）（b）≥1（2）对于或非门及或门，多余输入端应接低电平，比如直接接地；（3）在前级驱动能力允许时，也可以与有用的输入端并联使用。多余输入端的处理&YEBA逻辑符号0高阻0011011110111110表示任意态8.3.1.3三态输出“与非”门三态输出“与非”状态表ABEY输出高阻1E0EABY功能表三态(TSL)输出门电路ENAL1111高阻×0输出L输入A使能EN001逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门三态门应用：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&A3B3E3A1B18.4.1逻辑代数逻辑代数（又称布尔代数），它是分析设计逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的取值只有“0”，“1”两种，分别称为逻辑“0”和逻辑“1”。这里“0”和“1”并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。逻辑代数所表示的是逻辑关系，而不是数量关系。这是它与普通代数的本质区别。8.4组合逻辑电路（1）基本律1.逻辑代数的基本运算规则（2）交换律ABBAABBAA+1=A+0=A+A=1AA1A0AAAA0AAAAAA10A2.逻辑代数的基本运算法则（3）结合律)()(CBACBA)()(CBACBA（4）分配律CABACBA)(（5）吸收律CBACABA1))()(CBACBC)BA(1CBCABAACBCABAAACABA)()(证：AABA2)证明：BAAABA)(A+AB=ABAABABAAABBAA)(BABAA)(4）5）对偶式ABABA))((ABAAB)(6）7）对偶式BABAA3)（6）德摩根定理（反演律）BABABABA列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA1100111111000000化简例题：应用逻辑代数运算法则化简（1）并项法CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAACA例2：化简CBCAABY（2）配项法)(AACBCAABCBACACABABCAAB例1：BABAA化简CBACBAABCY（3）加项法ABCCBACBAABCACBCCBCBA)(CBCBACBA（4）吸收法吸收BAABCBACBAY化简例4：例3：8.5组合逻辑电路组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻以前的电路状态无关。组合逻辑电路框图X1XnX2F2F1Fn...组合逻辑电路输入输出组合逻辑电路的分析(1)根据逻辑图写出逻辑表达式；(2)运用逻辑代数将逻辑式变换或化简；(3)列出真值表；(4)分析逻辑功能。已知逻辑电路确定逻辑功能分析步骤：(1)写出逻辑式分析下图的逻辑功能.AB.F=ABAB.A•B化简&&11.BAF&AB=AB+AB例1：(2)列逻辑状态表F=AB+AB(3)分析逻辑功能输入相同输出为“1”,输入相异输出为“0”,称为“判一致电路”(“同或门”),可用于判断各输入端的状态是否相同。=AB逻辑式=1ABF逻辑符号ABF001100100111分析下图的逻辑功能&FBA&&&ABABAABBABBABAF(1)写出逻辑式：例2：(3)列逻辑状态表(4)分析逻辑功能BAABBAF异或门：符号=1ABFABF001100111001(2)化简ABBAF组合逻辑电路的综合根据逻辑功能要求逻辑电路设计(1)由逻辑要求，列出逻辑状态表(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式(3)简化和变换逻辑表达式(4)画出逻辑图设计步骤如下：例:如果有三个人进行表决，同意为1，不同意为0，其表决结果若有两个人以上赞同时，可认为通过。这是一个判决电路，试求这一电路表达式，并且组成逻辑电路。解：设三个人为A、B、C，表决结果为F。由逻辑要求列出真值表0000ABCF0010010001111000101111011111真值表ABCCABCBABCAABCABCABCCABCBABCAABCCACBBBCAA)()()(ABACBC解：三个输入A、B、C中，两个以上为1的情况，只有四种，