MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图.doc
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1、MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图现代单片机主要是采用CMOS工艺制成的。1、MOS管 MOS管又分为两种类型:N型和P型。如下图所示: 以N型管为例,2端为控制端,称为“栅极”;3端通常接地,称为“源极”;源极电压记作Vss,1端接正电压,称为“漏极”,漏极电压记作VDD。要使1端与3端导通,栅极2上要加高电平。 对P型管,栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。要使4端与6端导通,栅极5要加低电平。 在CMOS工艺制成的逻辑器件或单片机中,N型管与P型管往往是成对出现的。同时出现的这两个CMOS管,任何时候,只要一只导通,另一只则不导通(即“截止”或“关断”),所以称为“互补型CMOS
2、管”。2、CMOS逻辑电平高速CMOS电路的电源电压VDD通常为+5V;Vss接地,是0V。高电平视为逻辑“1”,电平值的范围为:VDD的65%VDD(或者VDD-1.5VVDD)低电平视作逻辑“0”,要求不超过VDD的35%或01.5V。+1.5V+3.5V应看作不确定电平。在硬件设计中要避免出现不确定电平。近年来,随着亚微米技术的发展,单片机的电源呈下降趋势。低电源电压有助于降低功耗。VDD为3.3V的CMOS器件已大量使用。在便携式应用中,VDD为2.7V,甚至1.8V的单片机也已经出现。将来电源电压还会继续下降,降到0.9V,但低于VDD的35%的电平视为逻辑“0”,高于VDD的65%
3、的电平视为逻辑“1”的规律仍然是适用的。3、非门非门(反向器)是最简单的门电路,由一对CMOS管组成。其工作原理如下:A端为高电平时,P型管截止,N型管导通,输出端C的电平与Vss保持一致,输出低电平;A端为低电平时,P型管导通,N型管截止,输出端C的电平与VDD一致,输出高电平。4、与非门与非门工作原理:、A、B输入均为低电平时,1、2管导通,3、4管截止,C端电压与VDD一致,输出高电平。、A输入高电平,B输入低电平时,1、3管导通,2、4管截止,C端电位与1管的漏极保持一致,输出高电平。、A输入低电平,B输入高电平时,情况与类似,亦输出高电平。、A、B输入均为高电平时,1、2管截止,3、
4、4管导通,C端电压与地一致,输出低电平。5、或非门或非门工作原理:、A、B输入均为低电平时,1、2管导通,3、4管截止,C端电压与VDD一致,输出高电平。、A输入高电平,B输入低电平时,1、4管导通,2、3管截止,C端输出低电平。、A输入低电平,B输入高电平时,情况与类似,亦输出低电平。、A、B输入均为高电平时,1、2管截止,3、4管导通,C端电压与地一致,输出低电平。注: 将上述“与非”门、“或非”门逻辑符号的输出端的小圆圈去掉,就成了“与”门、“或”门的逻辑符号。而实现“与”、“或”功能的电路图则必须在输出端加上一个反向器,即加上一对CMOS管,因此,“与”门实际上比“与非”门复杂,延迟时
5、间也长些,这一点在电路设计中要注意。6、三态门三态门的工作原理:当控制端C为“1”时,N型管3导通,同时,C端电平通过反向器后成为低电平,使P型管4导通,输入端A的电平状况可以通过3、4管到达输出端B。当控制端C为“0”时,3、4管都截止,输入端A的电平状况无法到达输出端B,输出端B呈现高电阻的状态,称为“高阻态”。这个器件也称作“带控制端的传输门”。带有一定驱动能力的三态门也称作“缓冲器”,逻辑符号是一样的。注: 从CMOS等效电路或者真值表、逻辑表达式上都可以看出,把“0”和“1”换个位置,“与非”门就变成了“或非”门。对于“1”有效的信号是“与非”关系,对于“0”有效的信号是“或非”关系
6、。 上述图中画的逻辑器件符号均是正逻辑下的输入、输出关系,即对“1”(高电平)有效而言。而单片机中的多数控制信号是按照负有效(低电平有效)定义的。例如片选信号CS(Chip Select),指该信号为“0”时具有字符标明的意义,即该信号为“0”表示该芯片被选中。因此,“或非”门的逻辑符号也可以画成下图。7、组合逻辑电路 “与非”门、“或非”门等逻辑电路的不同组合可以得到各种组合逻辑电路,如译码器、解码器、多路开关等。 组合逻辑电路的实现可以使用现成的集成电路,也可以使用可编程逻辑器件,如PAL、GAL等实现。三态门与高阻态 三态门,是指逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外,还有第三种状态高阻状
7、态的门电路。高阻态相当于隔断状态(电阻很大,相当于开路)。 三态门都有一个EN控制使能端,来控制门电路的通断。 可以具备这三种状态的器件就叫做三态(门,总线,.). 计算机里面用 1和0表示是,非两种逻辑,但是,有时候,这是不够的, 比如说,他不够富有,但是他也不一定穷啊;她不漂亮,但也不一定丑啊,处于这两个极端的中间,就用那个既不是 也不是的中间态表示,叫做高阻态。 高电平,低电平可以由内部电路拉高和拉低。而高阻态时引脚对地电阻无穷,此时读引脚电平时可以读到真实的电平值。高阻态的重要作用之一就是I/O(输入/输出)口在输入时读入外部电平用。 高阻态相当于该门和它连接的电路处于断开的状态。(因
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