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1、第九章 数字电路基础知识,教学目标 第一节 数制与码制 第二节 门电路 第三节 CMOS门电路 第四节 数字集成门电路,教学目标,1.掌握二进制、十进制及其互相转换。 2.掌握“与”门、“或”门、“非”门的逻辑功能。 3.理解TFL“与非”门、“0C”门和“三态”门的功能和典型应用。 4.理解CMOS反相器的工作原理、CMOS门电路和CMOS传输器。,返回,第一节 数制与码制,一、数制 1.数制 人们通常采用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。 (1)十进制数：生活中常用的表示方法 (2)二进制数：用0和1两个数码来表示 基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二” 位权是以
2、2为底的幂 (3)十六进制数： 由0-9, A-F组成， A-F对应10-15 “逢十六进一”,下一页,返回,第一节 数制与码制,2.不同数制之间的互相转换 (1)二进制数与十进制数的互换 二进制数转换成十进制数：只需按权展开然后相加即可 十进制数转换成二进制数：一整数部分采用除2取余法，小数部分采用乘2取整法，然后通过小数点将转换后的二进制数连接起来即可。 (2)二进制数与八进制数的互换：二进制三位数对应于八进制一位 二进制数转换成八进制数：“三位并一位” 八进制数转换成二进制数：“一位拆三位”,下一页,返回,上一页,第一节 数制与码制,(3)二进制数与十六进制数的互换 二进制数转换成十六进
3、制数：“四位并一位” 十六进制数转换成二进制数：“一位拆四位” 例：将（1011100.00111）2 转化为十六进制数 例：将（16E.5F）16 转换成二进制数,下一页,返回,上一页,第一节 数制与码制,二、码制 1. 8421码 每一位代表一个固定的数0或1，它的权值自左向右为8, 4, 2, 1，将每一位上的数分别乘以各自的权值，然后相加，得到的和即是所表示的一位十进制数。 例 （0110）8421=（6）10 注意：8421码中的1010到1111是没有意义的，不能使用 （10）10=（D001D0D0）8421,下一页,返回,上一页,第一节 数制与码制,2.余3码 余3码所表示的4
4、位二进制数的大小要比它对应的十进制数大3。如0101表示十进制数是2. 常见的二一十进制编码如表9-1所示。 3.循环码(格雷码或反射码) 循环码见表9 -2所示 优点：相邻的两个编码中只有一位的状态不同,返回,上一页,第二节 门电路,一、二极管“与”门电路 1.电路结构：如图9-1 ( a)所示 2.工作原理 (1)当输入端全为1： VD1, VD2导通，输出端也为高电平“1” (2)若输入端有一个或一个以上为0：假定是A为0, B为1 二极管VD1导通，输出端为低电平“0” 所以这种门电路称为“与”门电路。 图9-1 (b)图是国标与门画法，(c) , ( d)图是常见的画法。 图9-2是
5、与门电路工作波形图,下一页,返回,第二节 门电路,二、二极管“或”门电路 1.电路结构：如图9 -3 ( a)所示 2.工作原理 分析过程如与门电路 或”门电路逻辑图如图9 -3 ( b ) , (c), (d)所示，其中(b)图是国标画法. (d)图是常见画法。 “或”门电路工作波形图如图9 -4所示。,下一页,返回,上一页,第二节 门电路,3.三极管“非”门电路 如图9 -5 ( a )所示，三极管只工作在截止和饱和状态 其工作原理与反相器相同 “非”门电路逻辑图9 -5(b)、(c)、(d)所示，工作波形图如图9 -6所示。,下一页,返回,上一页,第二节 门电路,三、组合逻辑门电路 1.
6、 “与非”门： 逻辑图如图9 -7所示 2.“或非”门： 逻辑图如图9 -8所示 3.“与或非”门： 逻辑图如图9 -9所示。 4.“异或”门 由“异或”的逻辑函数表达式: 可得“异或”门电路逻辑图如图9-10所示 5.“同或”门 逻辑图表示如图9-11所示,下一页,返回,上一页,第二节 门电路,6. 0C门 晶体管的集电极是开路的TTL“与非”门电路，简称“0C”门电路。 该电路使用时要外接负载电阻。 逻辑符号如图9-12所示。 7.三态门 三态门的输出除了高电平和低电平两种状态外，还可以出现第三种状态，即高阻状态 图9-13所示是一个三态门的逻辑符号。EN是控制端 三态门可以实现用一根导线
7、轮流传送几个不同设备的数据或控制信号，如图9-14所示电路。,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,MOS门电路主要有3种:NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路 一、CMOS反相器 CMOS反相器是采用增强型NMOS管和增强型PMOS管构成的互补型MOS反相器。 优点：功耗极低、抗干扰能力强、开关速度快、带负载能力强和稳定性好,下一页,返回,第三节 CMOS门电路,1.电路结构： 如图9-15所示 V1是驱动管，V2是负载管，它们的栅极连接在一起作为输入端，漏极连接在一起作为输出端 为保证电路正常工作，应该有,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,2.静态特性 （1）VA=0
8、时，VCS1=VA=0, 所以V1截止，V2导通，输出电压为： Roff1为V1的截止电阻，Ron2为V2的导通电阻，由于 所以,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,（2）VA=EV时， ,所以V1导通， 所以V2截止，输出电压为 由于 所以 可见输入为低电平时，输出为高电平;输入为高电平时，输出为低电平，输入、输出之间实现反相功能。所以此电路称为CMOS反相器。,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,3.动态特性 当输入为高电平时，输出端负载电容C1 两端被短路，输出为低电平;当输入端电压由高变低时，V1由导通变为截止，V2由截止变为导通，电源Ev通过导通的V2向 CL 充
9、电，由Ron2已很小，因此，输出端电压会迅速上升。 同样，当输入电压由低变高时，V1由截止变为导通，V2由导通变为截止，CL上充的电荷通过V1放电，而Ron1很小，输出端电压会迅速下降。,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,二、CMOS门电路 1. CMOS“与非”门电路 如图9-16所示。 工作原理如下： (1)当A, B同时为高，V1、V2导通，V3, V4截止，输出Y是低电平，输出电阻为两只驭动管导通电阻之和。 (2)当A, B同时为低时，V1、V2截止，V3, V4导通，输出Y是高电平，输出电阻为两只驭动管导通电阻的并联。 (3)当A, B一为高一为低时，V1、V2不导通，V
10、3, V4只有一个导通，输出Y为高，输出电阻为负载管的导通电阻,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,2. CMOS“或非”门电路 如图9 -17所示 增强型NMOS管V1, V2并联后作为驱动管;增强型PMOS管V3, V4串联后作为负载管。 工作原理： 当A, B同时为高电平时，V1, V2同时导通，V3, V4同时截止，输出Y为低电平，输出电阻是两只驱动管导通电阻的并联。其他情况的分析类似于对CMOS“与非”门的分析情况,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,3. CMOS三态输出反相器电路 电路如图9-18(a)所示，图9-18 ( b )是其电路逻辑图。 其工作过程如
11、下: (1)当控制信号C =0时，V5, V4组成的CMOS反相器输出端C=1，此时会造成控制管V3、V4导通,称这种状态为电路打开，由V1,V2组成的基本CMOS反相器可以实现非逻辑功能 (2)当控制信号C =1时，V4截止，V5, V6组成的CMOS反相器输出端C=0，V3截止，无论A端电平如何，输出都处于悬空状态,下一页,返回,上一页,第三节 CMOS门电路,三、CMOS传输器 1.电路组成 电路如图9 -19 ( a)所示，图9-19 ( b)是其电路的逻辑图。 2.工作状态 (1)断开状态 C=0 (2)导通状态 C=1,返回,上一页,第四节 数字集成门电路,集成门电路若是以三极管为
12、主要器件，输入端和输出端都是三极管结构，则这种电路称为三极管一三极管逻辑电路，简称TTL电路。 TTL电路与分立元件电路相比，具有体积小、耗电少、工作可靠、性能好和速度高等优点。 由场效应晶体管构成的集成门电路称为MOS集成门电路。 CMOS是PMOS管与NMOS管组成的互补型集成电路，具有功耗低、抗干扰性强、开关速度快等优点。,下一页,返回,第四节 数字集成门电路,1.数字集成电路的电压传输特性 TTL与非门的电压传输特性测试电路及测试曲线如图9 -20所示曲线分为四段: (1)AB段(截止区) (2) BC段和CD段 ( 3 ) DE段(饱和区) 提示:在逻辑电路中，TTL门通常工作于AB
13、段(截止区)和DE段(饱和区)，即开关状态。,下一页,返回,上一页,第四节 数字集成门电路,2.数字集成电路的主要参数 (1)输出高电平VOH和输出低电平VOL (2)输入高电平电压VIH和输入低电平电压VIL 3.数字集成门电路的型号系列及外形介绍 (1)型号 74 x x系列属于TTL型，74表示民用,如CT74LS00中C表示中国制造，T表示器型为TTL, LS表示低功耗肖特基系列，00为品种代码;而MC14x x x系列属于CMOS型,下一页,返回,上一页,第四节 数字集成门电路,(2)外形 双列直插式外形封装,如图9 -21 所示为型号为74L500与非集成 不管管脚数为多少，一般数
14、字集成电路的右下角管脚默认为集成电路的接地管脚(或负电源管脚)，集成块的左上角管脚为数字集成块的正电源管脚，这点大家一定要切记，因为在电路原理图中，一般都没有画出集成电路的默认电源管脚，但连接实际电路图时一定要用导线连上。,返回,上一页,表9-1常见的二-十进制编码,返回,表9-2 四位循环码,返回,图9-1二极管“与”门电路即逻辑图,返回,图9-2 “与”门电路工作波形图,返回,图9-3二极管“或”门电路及逻辑图,返回,图9-4 “或”门电路工作波形图,返回,图9-5三极管“非”门电路及逻辑图,返回,图9-6 “非”门电路工作波形图,返回,图9-7 “与非”门电路逻辑图,返回,图9-8 “或非”门电路逻辑图,返回,图9-9 “与或非”门电路逻辑图,返回,图9-10 “异或”门电路逻辑图,返回,图9-11 “同或”门电路逻辑图,返回,图9-12 OC门电路逻辑符号,返回,图9-13 三态门逻辑符号,返回,图9-14 三态门实现数据双向传输,返回,图9-15 CMOS反相器电路,返回,图9-16 CMOS“与非”门电路,返回,图9-17 CMOS“或非”门电路,返回,图9-18 CMOS三态输出反相器的电路逻辑图,返回,图9-19 CMOS传输器电路及逻辑图,返回,图9-20 TTL与非门的电压传输特性,返回,图9-21数字集成电路的外形和管脚排列,返回,
