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婵霁乘
5 years ago
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1 第 2 章逻辑代数基础第 2 章逻辑门 2. 逻辑函数 2.2 逻辑门描述 2.3 逻辑门电路实现 2.4 集成逻辑门

2 第 2 章逻辑代数基础 2. 逻辑运算 2.. 三种基本运算自然界中许多事物之间存在着一定的逻辑关系其中与或和非是三种基本的逻辑关系. 逻辑与关系 ( 与运算 / 逻辑乘 ) 逻辑与关系是指事物之间的这样一种逻辑关系 : 设有三个事件, 和 C 事件 C 的发生与否, 是与, 的发生与否有关的其关系为 : 当, 同时发生时,C 才会发生如此, 我们就称事件 C 的发生与否和事件之间存在着与逻辑关系记为 C = 2

3 第 2 章逻辑代数基础电源开关开关灯 Y 功能表 Y 断断断合合断合合灭灭灭亮 3

4 第 2 章逻辑代数基础为了便于描述, 我们用记号 0 和来标记事件的两种状态一般用表示事件发生, 用 0 表示事件不发生与逻辑的表示方法 : 真值表 (Truth table) Y 功能表 Y 断断断合合断合合灭灭灭亮逻辑函数式 Y 逻辑符号 & Y 4

5 第 2 章逻辑代数基础因此对于逻辑与关系就有 : 0 0 = 0 (-) 0 = 0 (-2) 0 = 0 (-3) = (-4) 与门的逻辑功能概括 : ) 有 0 出 0 ; 2) 全出应当注意 : 逻辑与运算俗称逻辑乘运算虽然逻辑乘在形式上与大家熟悉的算术乘法运算相同, 但二者在内在含义上是完全不同的 5

6 第 2 章逻辑代数基础 2. 逻辑或关系 ( 或运算 / 逻辑加 ) 逻辑或关系是指事物之间的这样一种逻辑关系 : 设有三个事件,, 和 C 事件 C 的发生与否, 是与, 的发生与否有关的其关系为 : 当, 中任何一个事件发生, 都会导致 C 的发生我们就称事件 C 的发生与否和事件之间存在逻辑或的关系记为 C = + 6

7 第 2 章逻辑代数基础电源开关开关灯 Y 或逻辑关系逻辑函数式 Y 逻辑符号真值表 Y Y 或门 (OR gate) 7

第 2 章逻辑代数基础对于逻辑或关系有 : 0 + 0 = 0 (-5) 0 + = (-6) + 0 = (-7) + = (-8)

8 第 2 章逻辑代数基础对于逻辑或关系有 : = 0 (-5) 0 + = (-6) + 0 = (-7) + = (-8) 或逻辑功能概括为 : ) 有出 ; 2) 全 0 出 0. 应当注意 : 这里的 + 号和数值 0 都是表示逻辑关系的记号, 不能与普通的算术运算相混淆 8

9 第 2 章逻辑代数基础 3. 逻辑非关系逻辑非关系是指事物之间的这样一种逻辑关系 : 设有两个事件, 和 C 事件 C 的发生与否, 是与的发生与否有关的其关系为 : 当事件发生时,C 一定不会发生 ; 而当事件不发生时,C 一定会发生我们就称事件 C 的发生与否和之间存在逻辑非的关系逻辑非, 记为 C = 对于逻辑非关系有 : 0 = (-9) = 0 (-0) 9

10 第 2 章逻辑代数基础 R 真值表 Y 电源开关灯 Y 0 0 逻辑函数式 Y 逻辑符号非门 (NOT gate) Y 0

11 第 2 章逻辑代数基础 2.2 逻辑门的描述 2.2. 复合逻辑运算和复合门. 与非或非与非逻辑运算是与运算和非运算的组合, 即 F 或非逻辑运算是或运算和非运算的组合, 即 F 与或非逻辑运算是与或非三种运算的组合, 即 F CD

12 第 2 章逻辑代数基础图 2-0 与非门或非门和与或非门的逻辑符号 (a) 与非门 ; (b) 或非门 ; (c) 与或非门 F F F (a) F & F F (b) F + + F D C C D F D C & (c) 2

13 第 2 章逻辑代数基础 2. 异或和同或逻辑运算异或逻辑的含义是 : 当两个输入变量相异时, 输出为 ; 相同时输出为 0 是异或运算的符号异或运算也称模 2 加运算异或逻辑的真值表如表 2-5 所示, 其逻辑表达式为 F 表 2-5 异或逻辑真值表 F 0 0 3

14 第 2 章逻辑代数基础 + F F F F F F (a) (b) 图 2- (a) 异或门 ; (b) 同或门 4

15 第 2 章逻辑代数基础同或逻辑与异或逻辑相反, 它表示当两个输入变量相同时输出为 ; 相异时输出为 0 是同或运算的符号同或逻辑的真值表如表 2-6 所示, 其逻辑表达式为 F 表 2-6 同或逻辑真值表 F 0 0 5

16 第 2 章逻辑代数基础表 2-7 常用异或和同或运算公式此外, 0 ( 的个数为偶数 ) ( 的个数为奇数 ) 6

17 第 2 章逻辑代数基础 2.3 逻辑门电路的实现 2.3. 开关逻辑电路开关开关 F 开关 F 电源 R 电源开关 R R F 电源开关 7

18 第 2 章逻辑代数基础继电器逻辑电路 8

19 第 2 章逻辑代数基础半导体逻辑电路 ) 二极管阳极 P 区 PN 结 U + D I D - N 区 K K 阴极 U (R) I D/m 反向截止区反向击穿区正向导通区 U D /V 9

20 第 2 章逻辑代数基础 20

21 第 2 章逻辑代数基础 2) 三极管集电极 collector c 基极 base N P N 集电结发射结 b i e i C 发射极 emitter NPN 2

22 第 2 章逻辑代数基础三极管有三种工作状态, 分别为 : () 截止发射结反偏或无偏, 集电结反偏发射结和集电结都截止, 相当于发射极与集电极之间断开 (2) 放大发射结正偏, 集电结反偏发射结导通, 通常集电极电流大小受控于基极电流, 按比例变化, 称为放大 (3) 饱和发射结正偏集电结正偏发射结和集电结均导通, 导致发射极与集电极之间电压非常小, 相当于发射极与集电极之间短路, 集电极电流的大小不再受控于基极电流 22

23 第 2 章逻辑代数基础 NPN 反相器 23

24 2.4 集成逻辑门. 二极管阳极 P 区 PN 结 U + D I D - N 区 K K 阴极 U (R) I D/m 反向截止区反向击穿区正向导通区 U D /V

25 2. 三极管集电极 collector c 基极 base N P N 集电结发射结 b i e i C 发射极 emitter NPN U ce 0.3V U be 0.7V

2.4 集成逻辑门一 TTL 与非门 +V CC +5V T. 多发射极三极管只要有一个为 0 u u 0.3 V 等效电路 : u 0.3 V, u b 3.6 V u.6 V, u 0.3 V u e e 2 u O 3 (0.3 0.

26 2.4 集成逻辑门一 TTL 与非门 +V CC +5V T. 多发射极三极管只要有一个为 0 u u 0.3 V 等效电路 : u 0.3 V, u b 3.6 V u.6 V, u 0.3 V u e e 2 u O 3 ( ) V T 2 T 4 截止 T 3 D 导通 ( ) V c V 3.6 V 0.3V R 4k V D T T 2 D 2 R 2.6k 5V 0.7V R 3 k T 3 T 4 R 4 30 D 输入级中间级输出级 Y 3.6V R L

27 2. 均为 u u 3.6 V 理论 : u ( ) V 4.3 V 实际 : u (3 0.7) V T 2 T 4 导通 T 3 D 截止 u O = U CES4 0.3V 2. V R R 2 4k.6k V 2.V 4.3V T T 2 3.6V 0.7V D D 2 R 3 k +V CC +5V 30 T 3 D T 4 R 4 0.3V 输入级中间级输出级 TTL 与非门 +V C C R L Y

28 整理结果 : +V CC +5V Y & Y R R 2 4k.6k T T 2 D D 2 R 3 k 30 T 3 D T 4 R 4 输入级中间级输出级 Y Y TTL 与非门

29 U O (V) U OH 输出高电平 U OH 2.4V 输出低电平 U OL <0.4V 2.7 C 0.3 U OL D E UI (V) U OFF U T U ON TTL 与非门的电压传输特性

30 噪声容限 U NL U NH 实际应用中, 由于外界干扰电源波动等原因, 可能使输入电平 U I 偏离规定值为了保证电路可靠工作, 应对干扰的幅度有一定限制, 称为噪声容限低电平噪声容限是指在保证输出高电平的前提下, 允许叠加在输入低电平上的最大噪声电压 ( 正向干扰 ), 用 U NL 表示 : U NL =U OFF -U IL 若 U OFF =0.8V, U IL =0.3V, 则 U NL =0.5V 高电平噪声容限是指在保证输出低电平的前提下, 允许叠加在输入高电平上的最大噪声电压 ( 负向干扰 ), 用 U NH 表示 : U U U NH 若 U ON =.8V,U IH =3V, 则 U NH =.2V IH ON

31 关门电阻与开门电阻若 U OFF =0.8V,R =3kΩ, 可求得 R I 0.7kΩ, 这个电阻值称为关门电阻 R OFF 可见, 要使与非门稳定地工作在截止状态, 必须选取 R I <R OFF 为了保证与非门稳定地输出低电平, 应该有 U I U ON 此时求得的输入电阻称为开门电阻, 用 R ON 表示对于典型 TTL 与非门,R ON =2kΩ, 即 R I R ON 时才能保证与非门可靠导通

32 与非门处于开态时, 输出低电平, 此时 V 5 饱和, 输出电流 I L 从负载流进 V 5, 形成灌电流 U CC V 2 R L U O (V) V 5 I L I L (m) TTL 与非门输出低电平的输出特性

33 与非门处于关态时, 输出高电平此时 V 5 截止,V 3 微饱和,V 4 导通, 负载电流为拉电流 U CC V 3 V 4 R 5 I R5 IL 3 2 U O (V) R L I L (m) (a) (b) TTL 与非门输出高电平时的输出特性

34 扇入系数和扇出系数扇入系数是指门的输入端数扇出系数 N O 是指一个门能驱动同类型门的个数当 TTL 门的某个输入端为低电平时, 其输入电流约等于 I IS ( 输入短路电流 ); 当输入端为高电平时, 输入电流为 I IH ( 输入漏电流 ) 而 I IS 比 I IH 大得多, 因此按最坏的情况考虑, 当测出输出端为低电平时允许灌入的最大负载电流 I Lmax 后, 则可求出驱动门的扇出系数 N O : I L NO I max IS

35 二 TTL 或非门 +V CC +5V. 只要有一个为 u u u u 3.6 V 0.3 V, u 3.6 V.6 V, u 0.3 V 3 T 2 T 4 饱和 T 2 T 3 D 截止 u O = 0.3V 3.6V 0.3V R R 2 D T T 2 T 3 D T 2.V R V T 2 R 3 T 4 R 4 D 输入级中间级输出级 +V C C Y 0.3V R L

36 2. 均为 0 u u 0.3 V i i 分别流入 T T 的发射极 T 2 T 2 均截止则 T 4 截止 T 3 D 导通 u O ( V 0.7) 0.3 V 0.3 V V R R 2 D T T 2 T 3 D i i T V R V T 2 5V R 3 +V CC +5V T 4 R 4 输入级中间级输出级 TTL 或非门 D Y 3.6V R L

37 整理结果 : Y Y R D T T 2 T 3 D T R R 2 T 2 R 3 +V CC +5V T 4 R 4 输入级中间级输出级 D Y Y TTL 或非门

38 TTL 集电极开路门和三态门一集电极开路门 OC 门 (Open Collector Gate) 问题的提出 : G 能否线与? G 2 答案 : 不能

39 G 截止线与后必然有很大的负载电流同时流过这两个门的输出级这个电流将远远超过正常工作电流, 可能使门电路损坏 G 2 导通 ( 两个门的电流叠加 )

40 . 电路组成及符号 2. OC 门的主要特点 R R 2 +V CC +5V 可以线与连接 V CC 根据电路需要进行选择 D T T 2 D 2 R 3 +V CC Y T 4 R C 外接 & +V CC R C Y OC 门必须外接负载电阻和电源才能正常工作

41 线与连接举例 : +V CC Y T T 2 T 4 +V CC +V CC R C Y 线与 C D +V CC RC G & G 2 & Y Y 2 CD Y C D Y 2 T T 2 T 4 Y Y Y CD 2 CD

42 二输出三态门 TSL 门 (Three - State Logic). 电路组成 +V CC () 使能端低电平有效 (2) 使能端高电平有效 EN EN & Y EN & Y EN EN EN 使能端 +5V R R 2 R 4 T 3 T T 2 D 3 T 4 R 3 D Y

43 2. 三态门的工作原理以使能端低电平有效为例 : +V CC +5V EN 0 时 P = ( 高电平 ) D 3 截止, 电路处于正常工作状态 : R R 2 Q T T 2 D 3 R 3 R 4 T 3 T 4 D Y Y P (Y = 0 或 ) EN 使能端 P

44 EN 时 +V CC +5V P = 0 ( 低电平 ) T 2 T 4 截止 D 3 导通 u Q V T 3 D 截止输出端与上下均断开高阻态记做 Y = Z EN 使能端 R T T 2 D 3 R 2 Q R 3 R 4 T 3 T 4 D Y 可能输出状态 : 0 或高阻态 P

45 3. 应用举例 : () 用做多路开关 EN 0 时 EN 时 G EN G 2 EN Y 2 使能禁止禁止使能 EN 使能端

46 (2) 用于信号双向传输 EN EN 0 时时 0 2 G EN G 2 2 禁止使能使能禁止 EN 0 EN

47 (3) 构成数据总线数据总线 G G 2 G n EN EN EN EN EN 2 EN n 2 n 注意 : 任何时刻, 只允许一个三态门使能, 其余为高阻态

48 三 CMOS 传输门 C U DD C V 2 U I /U O U O /U I U I /U O TG U O /U I V C C (a) (a) 电路结构 ; (b) 逻辑符号 (b)

49 传输门的一个重要用途是作模拟开关, 它可以用来传输连续变化的模拟电压信号模拟开关的基本电路由 CMOS 传输门和一个 CMOS 反相器组成, 如下图所示当 C= 时, 开关接通,C=0 时, 开关断开, 因此只要一个控制电压即可工作和 CMOS 传输门一样, 模拟开关也是双向器件 C C U I /U O TG U O /U I U I /U O SW U O /U I (a) (a) 电路结构 ; (b) 逻辑符号 (b)

没有幻灯片标题

没有幻灯片标题第三章门电路 3.1 概述 3.2 分立元件门电路 3.3 TTL 与非门 3.4 其它类型的 TTL 门电路 3.5 MOS 门电路 3.1 概述门 : 电子开关开门状态 : 满足一定条件时, 电路允许信号通过开关接通关门状态 : 条件不满足时, 信号通不过开关断开正向导通 : 开关接通二极管开关断开开关反向截止 : C 作用饱和区 : 开关接通三极管 (C,E) E