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1、第二章 逻辑门内容提要：内容提要：（1）数字电路的基本逻辑单元门电路，及其对应的逻辑运算与图形描述符号。（2）三态逻辑门和集电极开路输出门。（3）TTL集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。（4）CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。1.第1页，共33页。2.1 2.1 基本逻辑门基本逻辑门 主要内容：主要内容：与、或、非三种基本逻辑运算 与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能 逻辑门真值表的列法 画各种逻辑门电路的输出波形2.第2页，共33页。l在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与与、或或、非非三种。l最基本的逻辑关系有三种：与与逻辑关系、或或逻辑关系、非非逻辑关系。l实现基本逻辑运算和常用复
2、合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路逻辑门电路。3.第3页，共33页。2.1.1 与门l实现实现“与与”运算的电路称为运算的电路称为与逻辑门与逻辑门，简称，简称与门与门。l逻辑逻辑与与运算可用开关电路中两个开关相运算可用开关电路中两个开关相串联串联的例子的例子来说明来说明 4.第4页，共33页。l“与与”运算的逻辑表达式为：运算的逻辑表达式为：F=A.Bl“与与”运算真值表运算真值表:l“与与”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：5.第5页，共33页。l与门的逻辑符号与门的逻辑符号:l例例2-2:向向2输入与门输入图示的波形，求其输出波输入与门输入图示的波形，求其输出波形形F。解：解：6.第6页
3、，共33页。2.1.2 或门l实现实现“或或”运算的电路称为运算的电路称为或逻辑门或逻辑门，简称，简称或门或门。l逻辑逻辑或或运算可用开关电路中两个开关相运算可用开关电路中两个开关相并联并联的例子的例子来说明来说明 7.第7页，共33页。l“或或”运算的逻辑表达式为：运算的逻辑表达式为：F=A+Bl“或或”运算真值表运算真值表:l“或或”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：8.第8页，共33页。l或门的逻辑符号或门的逻辑符号:l例例2-4:向向2输入或门输入图示的波形，求其输出波输入或门输入图示的波形，求其输出波形形F。解：解：9.第9页，共33页。2.1.2 非门l实现实现“非非”运算的电路
4、称为运算的电路称为非逻辑门非逻辑门，简称，简称非门非门。l逻辑逻辑“非非”运算可用图（运算可用图（a）中的开关电路来说明。）中的开关电路来说明。在图（在图（b）中，若令）中，若令A表示开关处于常开位置，则表示开关处于常开位置，则表示开关处于常闭位置。表示开关处于常闭位置。10.第10页，共33页。l“非非”运算的逻辑表达式为：运算的逻辑表达式为：l“非非”运算真值表运算真值表:l“非非”逻辑的运算规律为：逻辑的运算规律为：11.第11页，共33页。l非门的逻辑符号非门的逻辑符号:l例例2-5:向非门输入图示的波形，求其输出波形向非门输入图示的波形，求其输出波形F。解：解：12.第12页，共33
5、页。2.2 复合逻辑门复合逻辑门 l与非、或非、异或、同或的复合逻辑运算与非、或非、异或、同或的复合逻辑运算l与非门、或非门的逻辑功能与非门、或非门的逻辑功能l异或门、同或门的逻辑功能异或门、同或门的逻辑功能l各种复合逻辑门的真值表描述及输出波形各种复合逻辑门的真值表描述及输出波形主要内容：主要内容：13.第13页，共33页。l基本逻辑运算的复合叫做基本逻辑运算的复合叫做复合逻辑运算复合逻辑运算。而实现复。而实现复合逻辑运算的电路叫合逻辑运算的电路叫复合逻辑门复合逻辑门。最常用的复合逻。最常用的复合逻辑门有辑门有与非门与非门、或非门或非门、与或非门与或非门和和异或门异或门等。等。14.第14页
6、，共33页。2.2.1 与非门与非门l“与与”运算后再进行运算后再进行“非非”运算的复合运算称为运算的复合运算称为“与非与非”运算运算，实现，实现“与非与非”运算的逻辑电路称为运算的逻辑电路称为与与非门非门。l与非门与非门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l与非门的逻辑符号与非门的逻辑符号：l“与非与非”门真值表门真值表：15.第15页，共33页。2.2.2 或非门或非门l“或或”运算后再进行运算后再进行“非非”运算的复合运算称为运算的复合运算称为“或非或非”运算运算，实现，实现“或非或非”运算的逻辑电路称为运算的逻辑电路称为或或非门非门。l或非门或非门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达
7、式为：l或非门的逻辑符号或非门的逻辑符号：l“或非或非”门真值表门真值表：16.第16页，共33页。2.2.3 异或门异或门l实现实现“异或异或”逻辑运算的逻辑电路称为逻辑运算的逻辑电路称为异或门异或门。l异或门异或门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达式为：l异或门的逻辑符号异或门的逻辑符号：l“异或异或”门真值表门真值表：17.第17页，共33页。2.2.3 同或门同或门l“异或异或”运算之后再进行运算之后再进行“非非”运算，则称为运算，则称为“同同或或”运算。实现运算。实现“同或同或”逻辑运算的逻辑电路称为逻辑运算的逻辑电路称为同或门同或门。l同或门同或门的逻辑关系表达式为：的逻辑关系表达
8、式为：l同或门的逻辑符号同或门的逻辑符号：l“同或同或”门真值表门真值表：18.第18页，共33页。2.3 其它逻辑门l三态逻辑门的逻辑功能三态逻辑门的逻辑功能l含有三态逻辑门电路的分析含有三态逻辑门电路的分析l集电极开路输出逻辑门的逻辑功能集电极开路输出逻辑门的逻辑功能l集电极开路输出逻辑门的应用集电极开路输出逻辑门的应用主要内容：主要内容：19.第19页，共33页。2.3.1 三态逻辑门l三态输出门三态输出门（简称（简称TS门门）有三种逻辑状态，即）有三种逻辑状态，即0、1、Z。第三种状态为。第三种状态为高阻状态高阻状态(Z)，或禁止状态。，或禁止状态。l三态逻辑门符号：l高电平有效的三态
9、门真值表高电平有效的三态门真值表：控制端EN高电平有效 控制端EN高电平有效 20.第20页，共33页。三态门的应用：三态门的应用：l三态门用于总线传输三态门用于总线传输：l用三态门实现数据双向传输用三态门实现数据双向传输：21.第21页，共33页。2.3.2 集电极开路逻辑门l集电极开路门，简称集电极开路门，简称OC门门。其特点是门电路内部。其特点是门电路内部输出三极管的集电极开路。在使用时，必须外接输出三极管的集电极开路。在使用时，必须外接“上拉电阻上拉电阻RP”。lOC与非门的逻辑符号与非门的逻辑符号：l两个两个OC门输出端可以直接相连，实现门输出端可以直接相连，实现“线与线与”功功能。
10、能。22.第22页，共33页。lOC门用来实现电平转换：门用来实现电平转换：lOC门用做驱动器：门用做驱动器：23.第23页，共33页。2.4 集成电路逻辑门集成电路逻辑门 lTTL集成逻辑门的概念集成逻辑门的概念l比较各种比较各种TTL系列的特性系列的特性lCMOS集成逻辑门的概念集成逻辑门的概念l集成电路逻辑门的性能参数集成电路逻辑门的性能参数l计算具体逻辑器件的扇出系数计算具体逻辑器件的扇出系数lTTL与与CMOS两种集成电路在混合应用时的接口两种集成电路在混合应用时的接口主要内容：主要内容：24.第24页，共33页。2.4.1 概述概述 l把若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一定把
11、若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的产的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的产品叫品叫集成电路集成电路。l最简单的数字集成电路是最简单的数字集成电路是集成逻辑门集成逻辑门。l集成电路的优点：如体积小、耗电省、重量轻、可集成电路的优点：如体积小、耗电省、重量轻、可靠性高靠性高 l数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的：有：有SSI，MSI，LSI，VLSI 等。等。l集成电路逻辑门按照组成的有源器件可分为两大类：集成电路逻辑门按照组成的有源器件可分为两大类：TTL门门，MOS门，后者主要是门，后
12、者主要是CMOS门。门。25.第25页，共33页。2.4.2 TTL集成电路逻辑门lTTL门电路由双极型三极管构成，其特点是速度快、门电路由双极型三极管构成，其特点是速度快、抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成大规模抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成大规模集成电路。集成电路。lTTL门电路有门电路有74（民用）和（民用）和54（军用）两大系列，（军用）两大系列，每个系列中又有若干子系列。每个系列中又有若干子系列。26.第26页，共33页。54系列与74系列的比较：TTL系列速度及功耗的比较:27.第27页，共33页。2.4.3 CMOS集成电路逻辑门lCMOS集成门电路由场效应管构成，它
13、的特点是集成度高、功耗低，集成门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、功耗低，但速度较慢、抗静电能力差。但速度较慢、抗静电能力差。l同同TTL门电路一样，门电路一样，CMOS门电路也有门电路也有74和和54两大系列。两大系列。l74系列系列5V CMOS门电路的基本子系列如下：门电路的基本子系列如下：u74HC和和74HCT：高速：高速CMOS（High-speed CMOS），），T表示和表示和TTL直接兼直接兼容。容。u74AC和和74ACT：先进：先进CMOS（Advanced CMOS），它们提供了比），它们提供了比TTL系系列更高的速度和更低的功耗。列更高的速度和更低的功耗。u74
14、AHC和和AHCT：先进高速：先进高速CMOS（Advanced High-speed CMOS）。）。l74系列系列3.3V CMOS门电路的基本子系列如下：门电路的基本子系列如下：u74LVC：低压：低压CMOS（Lower-voltage CMOS）。）。u74ALVC：先进低压：先进低压CMOS（Advanced Lower-voltage CMOS）。）。28.第28页，共33页。2.4.4 集成电路门的性能参数l数字集成电路的性能参数主要包括：数字集成电路的性能参数主要包括：u直流电源电压直流电源电压u输入输入/输出逻辑电平输出逻辑电平u扇出系数扇出系数u传输延时传输延时u功耗功耗
15、 29.第29页，共33页。l标准标准TTL门的输入门的输入/输出逻辑电平输出逻辑电平:30.第30页，共33页。l传输延迟时间传输延迟时间tpdl tPHL和和tPLH的定义的定义:31.第31页，共33页。扇入和扇出系数扇入和扇出系数l“拉电流拉电流”工作状态工作状态:l“灌电流灌电流”工作状态工作状态:l扇入系数扇入系数：指一个门电路所能允许的输入端个数。：指一个门电路所能允许的输入端个数。l扇出系数扇出系数：一个门电路所能驱动的同类门电路输入：一个门电路所能驱动的同类门电路输入端的最大数目。端的最大数目。l扇出系数的计算公式为：扇出系数的计算公式为：32.第32页，共33页。33.第33页，共33页。
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