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1、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,20.4 CMOS门电路,20.3 TTL门电路,20.6 组合逻辑电路的分析和设计,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,电子电路中的信号,模拟信号：在时间上或数值上连续变化的信号。,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, 晶体管通常工作在放大区。,数字信号(也称脉冲信号)：,在时间上和数值上都是不连续变化的，即是一种跃变信
2、号，并且持续时间短暂。,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。,前面几章讨论的都是模拟电路，后面几章将讨论的是数字电路。数字电路和模拟电路都是电子技术的重要基础。,数字电路的广泛应用和高度发展，标志着现代电子技术的水准，电子计算机、数字式仪表、数字化通信以及繁多的数字控制装置等都是以数字电路为基础。,20.1.1 数制,在数字体制中，常用的是十进制, 它有09十个数码，计数规则为 “逢十进一” 。,20.1 数制和脉冲信号,1. 常用数制,数制是计数进位制的简称。在数字电路中常用的数制有十进制、
3、二进制、八进制和十六进制。,(1) 十进制,各个数码处于十进制数的不同数位时, 所代表的数值不同, 即不同数位有不同数位的“位权”值。整数部分从低位至高位每位的权依次为： 100、101 、102、;小数部分从高位至低位每位的权依次为： 101 、 102 、 103 、 。十进制的基数(底数)是 10 。,如：(123.45) 10=1102+2101+3100+4101+5102,(2) 二进制,二进制有 0 和 1 两个数码，基数是2，计数规则为 “逢二进一” 。,二进制数可转换为十进制数，例如：,(110101.01)2 = 125+124+023+122+021+120+ 02-1
4、+12-2 = (53.25)10,(3) 八进制,八进制有 0 8 八个数码，基数是8，计数规则为 “逢八进一” 。,八进制数可转换为十进制数，例如：,(32.4)8 = 3 81 + 2 80 + 4 81 = (26.5)10,(4) 十六进制,十六进制有 0 9, A(10) , B(11) , C(12) ，D(13) ，E(14) ，F(15)十六个数码，基数是16，计数规则为 “逢十六进一” 。,十六进制数可转换为十进制数，例如：,(3B.6E)16 = 3161+ B160 + 6161 +14 162 (59.4)10,2. 十进制数转换为任意进制数,(1) 十二进制转换,十
5、进制数转换为二进制数分整数和净小数两部分进行。,整数部分的转换采取除2取余法，直到商为零 为止。,例如将十进制数 (27.35)10 转换成二进制数。,整数部分的转换(除2取余法，直到商为零 为止。,净小数部分的转换采取乘 2取整法，直到满足规定的位数为止。,0.35 2 = 0.7 整数0 (d1),0.7 2 = 1.4 整数1 (d2),0.4 2 = 0.8 整数0 (d3),0.8 2 = 1.6 整数1 (d2),0.6 2 = 1.2 整数1 (d5),0.2 2 = 0.4 整数0 (d6),(27.35)10 =(d4d3 d2d1d0.d-1d-2d-3d-4d-5d-6
6、) = (11011.010110)2,(2) 十八进制转换,十进制数,将二进制数整数部分从低位开始每3位划为一组；,将小数部分从高位开始每3位划为一组。,例：将十进制数 27.35 转换成八进制数。,(27.35)10 = (33.26)8,(0 1 1 0 1 1 . 0 1 0 1 1 0 )2,( 3 3 . 2 6 )8,(3) 十 十六进制转换,(0 0 0 1 1 0 1 1 . 0 1 0 1 1 0 0 0)2,( 1 B . 5 8 )16,(27.35)10 = (1B.58)16,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
7、部分参数：,实际的矩形波,20.1.2 脉冲信号,脉冲信号有正和负之分。,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。,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 逻辑门电路的基本概念,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。,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,1. 与逻
8、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。,0,1,0,状态表,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,1,1,1,0,状态表,3. 非逻辑关系,非逻辑关系是否定或相反的意思。,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。,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。,20.2.2 分立元器件基本逻辑门电路,20.2 基
9、本门电路及其组合,1,0,高电平,低电平,1. 二极管与门电路,(1) 电路,(2) 工作原理,输入A、B 全为高电平 1 ，输出 Y 为 1 。,输入A、B 不全为 1 ，输出 Y 为 0 。,与门逻辑状态表,1,1. 二极管与门电路,即：有 0 出 0 ， 全 1 出 1 。,逻辑符号,与门逻辑状态表,(2) 工作原理,输入A、B全为低电平 0 ，输出 Y 为 0 。,输入A、B有一个为 1 ，输出 Y 为 1 。,0,2. 二极管或门电路,(1) 电路,2. 二极管或门电路,即：有 1 出 1 ， 全 0 出 0 。,逻辑符号,3. 晶体管非门电路,0,1,(1) 电路,0,1,非门逻辑
10、状态表,1. 与非门电路,有 0 出 1 ，全 1 出 0 。,与非门,20.2.3 基本逻辑门电路的组合,与门,非门,与非逻辑状态表,或非门,20.2.3 基本逻辑门电路的组合,2. 或非门电路,有 1 出 0 ，全 0 出 1 。,或非逻辑状态表,例：根据输入波形画出输出波形,A,B,有 0 出 0 ，全 1 出 1 。,有 1 出 1 ，全 0 出 0 。,3. 与或非门电路,20.2.3 基本逻辑门电路的组合,逻辑符号,20.3 TTL门电路,(晶体管晶体管逻辑门电路),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
11、。下面介绍集成 与非门电路的工作原理、特性和参数。,20.3.1 TTL与非门电路,1. 电路,多发射极晶体管,(1) 输入全为高电平 1 (3.6V)时,2. 工作原理,4.3V,T2、T5饱和导通,钳位2.1V,发射结反偏,截止,负载电流（灌电流）,输入全高 1 输出为低 0,1V,2. 工作原理,T2、T5 截止,负载电流（拉电流）,输入有低 0 输出为高 1,1V,(2) 输入端有任一低电平 0 (0.3V),流过 发射结的电流为正向电流,5V,VY (50.70.7) V = 3.6V,与非逻辑关系,与非 门,74LS20、74LS00引脚排列示意图,(1) 电压传输特性,输出电压
12、UO与输入电压 UI的关系。,3. TTL与非门特性及参数,电压传输特性,测试电路,(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UOL,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。,扇出系数NO,平均传输延迟时间 tpd,TTL的 tpd 约为 10 40ns，此值愈小愈好。,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
13、 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)。,若要保证输出为高电平，则对电阻值有限制R IIL UNL,IIL,20.3.2 三态输出与非门电路,1,电路,控制端,截止,20.3.2 三态输出与非门电路,0,电路,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。,控制端,导通,逻辑符号, 0 高阻,表示任意态,20.3.2 三态输出与非门电路,功能表,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。,电路,20.3.3 集电极开路与非门电路(OC门),逻辑符号,OC门的特点：,(1) 输出
14、端可直接驱动负载,如：,(2) 几个输出端可直接相联,0,0,OC门的特点：,如：,(2)几个输出端可直接相联,1,线与功能,(1) 输出端可直接驱动负载,20.4.1 CMOS非门电路,20.4 CMOS门电路,CMOS 管,负载管,驱动管,(互补对称管),A= 1 时，T1导通， T2截止，Y = 0,A= 0 时，T1截止， T2导通，Y = 1,T4与T3并联, T1与T2 串联。,当 A、B 都是高电平时,T1 与 T2 同时导通，T4 与 T3 同时截止, 输出Y为低电平。,当A、B中有一个是低电平时，T1与T2中有一个截止，T4与T3中有一个导通,输出 Y 为高电平。,与非门电路
15、,1. 电路,2. 工作原理,当 A、B 中有一个是高电平时，T1 与 T2 中有一个导通，T4 与 T3 中有一个截止，输出 Y 为低电平。,当A、B都是低电平时，T1 与 T2 同时截止，T4 与 T3 同时导通；输出 Y 为高电平。,20. 4. 3 CMOS或非门电路,1. 电路,2. 工作原理,20.4. 4 CMOS传输门电路,1. 电路,2. 工作原理,设两管开启电压绝对值均为3V。,可见 uI 在0 10V 连续变化时，至少有一个管子导通,传输门打开, (相当于开关接通 ), uI可传输到输出端, 即uO= uI，所以COMS传输门可以传输模拟信号，也称为模拟开关。,（07V）,导通,（310V）,导通,可见 uI 在 0 10V 连续变化时，两管子均截止, 传输门关断，(相当于开关断开) uI 不能传输到输出端。,（010V）,结论：,20.4. 4 CMOS传输门电路,
