第20章 门电路和组合逻辑电路电工电子课件第七版

下一页总目录章目录返回上一页第20章门电路和组合逻辑电路20.1数制和脉冲信号20.2基本门电路及其组合20.5逻辑代数☆☆20.4CMOS门电路20.3TTL门电路20.6组合逻辑电路的分析与设计☆☆20.7加法器☆20.8编码器☆20.9译码器和数字显示☆20.10数据分配器和数据选择器*20.11应用举例*下一页总目录章目录返回上一页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。了解TTL门电路、CMOS门电路的特点。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。5.学会数字集成电路的使用方法。本章要求：2.会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数。第20章门电路和组合逻辑电路下一页总目录章目录返回上一页十进制：逢十进一，即9+1=10。数码：012345678920.1数制和脉冲信号1.常用数制20.1.1数制二进制：逢二进一，即1+1=10。数码：01210-1-210=110+210+310+410+510（123.45）543210-1-2210=12+12+02+12+02+12+02+12=（110101.001）（53.25）下一页总目录章目录返回上一页八进制：逢八进一，即7+1=10。数码：01234567十六进制：逢十六进一，即F+1=10。数码：0123456789A(10)B(11)C(12)D(13)E(14)F(15)10-1810=38+28+48=（32.4）（26.5）10121610(3.6)31611166161416(59.4)BE下一页总目录章目录返回上一页2.十进制数转换为任意进制数（1）十-二进制数转换：整数部分的转换采用除2取余数法，直到商等于零为止。净小数部分的转换采用乘2取整数法，直到满足规定的位数为止。27132261(d0)1(d1)3122200(d2)1(d3)1(d4)0.35×2=0.7…….0(d-1)0.7×2=1.4………1(d-2)0.4×2=0.8………0(d-3)0.8×2=1.6………1(d-4)0.6×2=1.2………1(d-5)0.2×2=0.4…...….0(d-6)………………………...(27.35)10=(11011.010110)2下一页总目录章目录返回上一页（2）十-八进制数转换：十进制数转换为八进制数时，首先将十进制数转换为二进制数，而后将二进制数的整数分从最低为开始每3位划为一组；将小数部分从最高位开始也是每3位划为一组。（27.35）10=（11011.010110）233.26=（33.26）8下一页总目录章目录返回上一页（3）十-十六进制数转换：十进制数转换为十六进制数时，首先将十进制数转换为二进制数，而后将二进制数的整数分从最低为开始每4位划为一组；将小数部分从最高位开始也是每4位划为一组。（27.35）10=（11011.010110）21B.58=（1B.58）16下一页总目录章目录返回上一页3.二进制算术运算（1）加法运算（2）减法运算（3）乘法运算下一页总目录章目录返回上一页模拟信号：随时间连续变化的信号20.1.2脉冲信号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下一页总目录章目录返回上一页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。尖顶波t矩形波t下一页总目录章目录返回上一页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负脉冲下一页总目录章目录返回上一页脉冲幅度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实际的矩形波下一页总目录章目录返回上一页R20.2基本门电路及其组合1.二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S3V0VSRRD3V0V下一页总目录章目录返回上一页2.三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下一页总目录章目录返回上一页20.2基本门电路及其组合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。20.2.1门电路的基本概念基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。下面通过例子说明逻辑电路的概念及“与”、“或”、“非”的意义。下一页总目录章目录返回上一页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•B1.“与”逻辑关系“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状态表下一页总目录章目录返回上一页BY220VA+-2.“或”逻辑关系“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000111110110ABY下一页总目录章目录返回上一页3.“非”逻辑关系“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+-R下一页总目录章目录返回上一页由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。20.2.2分立元器件基本逻辑门电路门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。门电路的概念下一页总目录章目录返回上一页电平的高低一般用“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。100VUCC高电平低电平下一页总目录章目录返回上一页1.二极管“与”门电路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下一页总目录章目录返回上一页1.二极管“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”门逻辑状态表下一页总目录章目录返回上一页2.二极管“或”门电路1.电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表3V3V-U12VRDADCABYDBC2.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”。下一页总目录章目录返回上一页2.二极管“或”门电路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”门逻辑状态表下一页总目录章目录返回上一页3.三极管“非”门电路+UCC-UBBARKRBRCYT10截止饱和逻辑表达式：Y=A“0”10“1”1.电路“0”“1”AY“非”门逻辑状态表逻辑符号1AY下一页总目录章目录返回上一页4.“与非”门电路有“0”出“1”，全“1”出“0”“与”门&ABCY&ABC“与非”门00010011101111011001011101011110ABYC“与非”门逻辑状态表Y=ABC逻辑表达式：1Y“非”门下一页总目录章目录返回上一页5.“或非”门电路有“1”出“0”，全“0”出“1”1Y“非”门00010010101011001000011001001110ABYC“或非”门逻辑状态表“或”门ABC1“或非”门YABC1Y=A+B+C逻辑表达式：下一页总目录章目录返回上一页例：根据输入波形画出输出波形ABY1有“0”出“0”，全“1”出“1”有“1”出“1”，全“0”出“0”&ABY11ABY2Y2下一页总目录章目录返回上一页20.3TTL门电路(三极管—三极管逻辑门电路)TTL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。下一页总目录章目录返回上一页20.3.1TTL“与非”门电路输入级中间级输出级1.电路T4YR3ABCR4R2R1T3T2+5VT1多发射极三极管E2E3E1B等效电路C下一页总目录章目录返回上一页T4YR3ABCR4R2R1T3T2+5VT1“1”(3.6V)(1)输入全为高电平“1”(3.6V)时2.工作原理4.3VT2、T4饱和导通E结反偏截止“0”(0.3V)负载电流（灌电流）输入全高“1”,输出为低“0”1V下一页总目录章目录返回上一页T4YR3ABCR4R2R1T3T2+5VT12.工作原理1VT2、T4截止负载电流（拉电流）(2)输入端有任一低电平“0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低“0”输出为高“1”流过E结的电流为正向电流VY5-0.7-0.7=3.6V5V下一页总目录章目录返回上一页有“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”门下一页总目录章目录返回上一页(1)电压传输特性：输出电压UO与输入电压Ui的关系。CDE3.TTL“与非”门特性及参数电压传输特性测试电路01231234Ui/VUO/V&+5VUiUoVVAB下一页总目录章目录返回上一页ABCDE(2)TTL“与非”门的参数电压传输特性典型值3.6V，2.4V为合格典型值0.3V，0.4V为合格输出高电平电压UOH输出低电平电压UOL输出高电平电压UOH和输出低电平电压UOLUO/V01231234Ui/V下一页总目录章目录返回上一页指一个“与非”门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于TTL“与非”门NO8。输入高电平电流IIH和输入低电平电流IIL当某一输入端接高电平，其余输入端接低电平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流IIH（A）。当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流IIL（mA）。扇出系数NO下一页总目录章目录返回上一页平均传输延迟时间tpd50%50%tpd1tpd22pt2pt1pdtttTTL的tpd约在10ns~40ns，此值愈小愈好。输入波形ui输出波形uO下一页总目录章目录返回上一页20.3.2三态输出“与非”门当控制端为高电平“1”时，实现正常的“与非”逻辑关系Y=A•B“1”控制端DE1.电路T4YR3ABR4R2R1T3T2+5VT1截止下一页总目录章目录返回上一页20.3.2三态输出“与非”门“0”控制端DET4YR3ABR4R2R1T3T2+5VT11.电路导通1V1V截止截止当控制端为低电平“0”时，输出Y处于开路状态，也称为高阻状态。下一页总目录章目录返回上一页&YEBA逻辑符号0高阻0011011110111110表示任意态20.3.2三态输出“与非”门三态输出“与非”状态表ABEY输出高阻1E0EABY功能表