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1、第第2020章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路20.1 20.1 脉冲信号脉冲信号 20.2 20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合20.5 20.5 逻辑代数逻辑代数20.4 CMOS20.4 CMOS门电路门电路20.3 TTL20.3 TTL门电路门电路20.6 20.6 组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合 20.7 20.7 加法器加法器 20.8 20.8 编码器编码器 20.9 20.9 译码器和数字显示译码器和数字显示1. 1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值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。了解表和逻辑表达式。
2、了解 TTLTTL门电路、门电路、CMOSCMOS门门 电路的特点电路的特点; ;3. 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路会分析和设计简单的组合逻辑电路; ; 4. 4. 理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能电路的工作原理和功能; ;5. 5. 学会数字集成电路的使用方法。学会数字集成电路的使用方法。本章要求：本章要求：2. 2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数; ; 第第2020章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路模拟信号：模拟信号：随时间连续变化的信号随时间连续变化的信
3、号20.120.1 脉冲信号脉冲信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号电子电路中的信号电子电路中的信号1. 1. 模拟信号模拟信号正弦波信号正弦波信号t t三角波信号三角波信号t t处理模拟信号的电路称为模拟电路处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流如整流 电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出电路、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。信号间的大小及相位关系。在模拟电路中在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放晶体管三极管通常工作在放 大区。大区。2. 2. 脉冲信号脉冲信号是一种跃变信号，并且持续时间短暂。是一种跃变信号，并且持续时间短暂。尖顶波尖顶波 t矩形波矩形波t
4、处理数字信号的电路称为数字电路处理数字信号的电路称为数字电路，它注重，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。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。饱和区，起开关的作用。脉冲信号脉冲信号正脉冲：正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高 负脉冲：负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低 如：如：0+3V0-3V正脉冲正脉冲0+3V0-3V负脉冲负脉冲脉冲幅度脉冲幅度 A A 脉冲上升沿脉冲上升沿 t tr r脉冲周期脉冲周期 T T 脉冲下降沿脉冲下降沿 t tf f脉冲宽度脉冲宽度 t tp p脉冲信号的部
5、分参数脉冲信号的部分参数 ：A0.9A 0.5A 0.1AtptrtfT 实际的矩形波实际的矩形波20.220.2 基本门电路及其组合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。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 控制信号的或通过不通过。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 20.2.1 逻辑门电路的基本概念逻辑门电路的基本概念基本逻辑关系为“ “与与” ”、“ “或或” ”、“ “非非” ”三种。下面通过例子说明逻辑电路的概念及“ “与与” ”、 “ “或或” ”、“ “
6、非非” ”的意义。220V+-设：开关断开、灯不亮用逻辑设：开关断开、灯不亮用逻辑 “ “0”0”表示，开关闭表示，开关闭 合、灯亮用合、灯亮用 逻辑逻辑“ “1”1”表示。表示。逻辑表达式逻辑表达式： Y = A B1. “1. “与与” ”逻辑关系逻辑关系“ “与与” ”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具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。备时，该事件才发生。00 0101110100ABYBYA状态表状态表BY220VA+-2. “2. “或或” ”逻辑关系逻辑关系“ “或或” ”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一逻辑关系是指当决定某事件的条件之一 具备时，该事件
7、就发生。具备时，该事件就发生。逻辑表达式：逻辑表达式： Y = A + B状态表状态表00 0111110110ABY3. “3. “非非” ”逻辑关系逻辑关系“ “非非” ”逻辑关系是否定或相反的意思。逻辑关系是否定或相反的意思。逻辑表达式：逻辑表达式：Y Y = = A A状态表状态表101AY 0Y220VA+-R由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出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。变化范
8、围。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与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。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、与非门门电路主要有：与门、或门、非门、与非门 、或非门、异或门等。、或非门、异或门等。20.2.220.2.2 分立元件基本逻辑门电路分立元件基本逻辑门电路20.220.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合电平的高低 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。10 0VUCC高电平低电平1. 1. 二极管二极
9、管“ “与与” ” 门电路门电路(1) (1) 电路电路(2) (2) 工作原理工作原理输入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+U12V R DADCABY DBC3V3V3V0V0000 00101010 11001000011001001111ABYC“ “与与” ” 门逻辑状态表门逻辑状态表0V3V1. 1. 二极管二极管“ “与与” ” 门电路门电路(3) (3) 逻辑关系：逻辑关系：“ “与与” ”逻辑即：有“0”出“0”，全“1”出“1”Y=A B C逻辑表式：逻辑表式： 逻辑符号逻辑符号 ：;步
10、骤步骤1.卡诺图 2.合并最小项 3.写出最简“与或”逻辑式(b)(b)所圈取值为所圈取值为“ “1 1” ”的的 相邻小方格的个数应相邻小方格的个数应 为为2 2n n，( (n n=0,1,2)=0,1,2)( 3)( 3)应用卡诺图化简逻辑函数应用卡诺图化简逻辑函数ABC00100111101111解：三个圈最小项分别为：合并最小项写出简化逻辑式写出简化逻辑式卡诺图化简法：保留一个圈内最小项的卡诺图化简法：保留一个圈内最小项的相同变量相同变量 ，而消去而消去相反变量。相反变量。00ABC100111101111解：写出简化逻辑式写出简化逻辑式多余多余AB00011110CD0001111
11、01111相邻相邻例例6. 6. 应用卡诺图化简逻辑函数应用卡诺图化简逻辑函数 (1)(2)解：写出简化逻辑式写出简化逻辑式AB00011110CD000111101例例7. 7. 应用卡诺图化简逻辑函数应用卡诺图化简逻辑函数111111111含含A A均填均填“ “1 1” ”注意：注意： 1. 1.圈的个数应最少圈的个数应最少2. 2.每个每个“ “圈圈” ”要最大要最大 3. 3.每个每个“ “圈圈” ”至少要包含至少要包含 一个未被圈过的最小一个未被圈过的最小 项。项。20. 620. 6 组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路：组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状
12、态只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。路状态无关。组合逻辑电路框图组合逻辑电路框图X X1 1X Xn nX X2 2 Y Y2 2Y Y1 1Y Yn n. . . . . . .组合逻辑电路组合逻辑电路输入输入输出输出20. 6. 1 20. 6. 1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析(1) (1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2) (2) 运用逻辑代数化简或变换运用逻辑代数化简或变换(3) (3) 列逻辑状态表列逻辑状态表(4) (4) 分析逻辑功能分析逻辑功能已
13、知逻辑电路已知逻辑电路确定逻辑功能逻辑功能分析步骤：分析步骤：例例 1 1：分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能(1) (1) 写出逻辑表达式写出逻辑表达式Y = Y2 Y3= A AB B AB.A B.A B.A. .A BBY1AB&YY3Y2(2) (2) 应用逻辑代数化简应用逻辑代数化简Y = Y = A AB B ABA AB B AB. . . .= = A AB +B ABA AB +B AB. . .= = AB +ABAB +AB反演律= = A A ( (A+BA+B) +) +B B ( (A+BA+B) ). . .反演律= = A AB +B ABA AB +B A
14、B. . .(3) (3) 列逻辑状态表列逻辑状态表Y= Y= AB +ABAB +AB =A B 逻辑式逻辑式(4) (4) 分析逻辑功能分析逻辑功能入入同同出出“ “0”0”，入入异异出出“ “1”1”，称为称为“ “异或异或” ”逻辑逻辑关系。这种电路称关系。这种电路称“ “异或异或” ”门。门。=1=1A A B BY Y逻辑符号逻辑符号ABY0 0 1 1001 11001(1) (1) 写出逻辑式写出逻辑式例例 2 2：分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能A B.Y = AB AB .AB化简化简AB= AB +AB&1 11 1BAY&(2) (2) 列逻辑状态表列逻辑状态表 Y
15、= AB +ABY= AB +AB(3) (3) 分析逻辑功能分析逻辑功能入入同同出出“ “1”,1”,入异出入异出“ “0”,0”,称为称为“ “判一致电路判一致电路” ”( (“ “同或门同或门” ”) ) , ,可用于判断各输入可用于判断各输入端的状态是否相同。端的状态是否相同。=A B逻辑式逻辑式=1A BY逻辑符号=A BABY0 0 1 1001 00111例例3 3：分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能Y&1BA&C 101AA写出逻辑式：写出逻辑式：=AC +BCY=AC BC 设：C=1封锁打开选通A信号B BY&1BA&C 011设：C=0封锁封锁选通B信号打开打开例例 3 3：分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能B写出逻辑式：写出逻辑式：=AC +BCY=AC BC20. 6. 2 20. 6. 2 组合逻辑电路的综合组合逻辑电路的综合( (设计）设计）根据逻辑功能要求根据逻辑功能要求逻辑电路逻辑电路设计设计(1) (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表由逻辑要求，列出逻辑状态表(2) (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式由逻辑状态表写出逻辑表达式(3) (3) 简化和变换逻辑表达式简化和变换逻辑表达式(4) (4) 画出逻辑图画出逻辑图设计步骤如下：设计步骤如下：例例1 1：设计一个三人设计一个三人(A(A、B B、C)C)表决电路表决
