电工电子技术基础电子教案电工电子技术组合逻辑电路省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、门电路门电路 逻辑代数逻辑代数 组合逻辑电路分析及其应用组合逻辑电路分析及其应用第1页第9章 组合逻辑电路9.1 9.1 门电路门电路门电路门电路9.2 9.2 组合逻辑电路分析基础组合逻辑电路分析基础组合逻辑电路分析基础组合逻辑电路分析基础9.3 9.3 编码器编码器编码器编码器9.4 9.4 译码显示电路译码显示电路译码显示电路译码显示电路9.5 9.5 数值比较器和数据选择器数值比较器和数据选择器数值比较器和数据选择器数值比较器和数据选择器第2页9.1 门电路门电路9.1.1 9.1.1 模拟电路与数字电路区分模拟电路与数字电路区分模拟电路与数字电路区分模拟电路与数字电路区分9.1.2
2、9.1.2 基本门电路基本门电路基本门电路基本门电路9.1.3 9.1.3 复合门电路复合门电路复合门电路复合门电路9.1.4 9.1.4 集成门电路集成门电路集成门电路集成门电路问题与讨论问题与讨论问题与讨论问题与讨论第3页9.1 9.1 门电路门电路门电路门电路10.1.1 模拟电路与数字电路区分模拟电路与数字电路区分模拟信号:模拟信号:在时间上和在时间上和数值上连续信号。数值上连续信号。数字信号:数字信号:数字信号:数字信号:在时间上和在时间上和数值上不连续(即离散)数值上不连续(即离散)信号。信号。uu模拟信号波形模拟信号波形数字信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传输、对模拟信号进
3、行传输、处理电子线路称为模处理电子线路称为模拟电路。拟电路。对数字信号进行传输、对数字信号进行传输、处理电子线路称为数处理电子线路称为数字电路。字电路。第4页(1 1)工作信号是二进制数字信号,在时间)工作信号是二进制数字信号,在时间上和数值上是离散(不连续),反应在电上和数值上是离散(不连续),反应在电路上就是低电平和高电平两种状态(即路上就是低电平和高电平两种状态(即0 0和和1 1两个逻辑值)。两个逻辑值)。(2 2)在数字电路中,研究主要问题是电路)在数字电路中,研究主要问题是电路逻辑功效,即输入信号状态和输出信号状逻辑功效,即输入信号状态和输出信号状态之间逻辑关系。态之间逻辑关系。(
4、3 3)对组成数字电路元器件精度要求不高,)对组成数字电路元器件精度要求不高,只要在工作时能够可靠地域分只要在工作时能够可靠地域分0 0和和1 1两种状两种状态即可。态即可。数字电路特点数字电路特点第5页(1)便于集成与系列化生产,成本低廉,使用方便;)便于集成与系列化生产,成本低廉,使用方便;(2)工作准确可靠,精度高,搞干扰能力强。)工作准确可靠,精度高,搞干扰能力强。(3)不但能完成数值计算,还能完成逻辑运算和)不但能完成数值计算,还能完成逻辑运算和 判断,运算速度快,保密性强。判断,运算速度快,保密性强。(4)维修方便,故障识别和判断较为轻易。)维修方便,故障识别和判断较为轻易。2.数
5、字电路优点数字电路优点 数字电路优越性能使其得到广泛应用和迅猛发展。数字电路优越性能使其得到广泛应用和迅猛发展。数字电路不但在计算机、通信技术中应用广泛,而且在数字电路不但在计算机、通信技术中应用广泛,而且在医疗、检测、控制、自动化生产线以及人们日常生活中,医疗、检测、控制、自动化生产线以及人们日常生活中,也都产生了越来越深刻影响。也都产生了越来越深刻影响。第6页取得高、低电平基本方法:取得高、低电平基本方法:取得高、低电平基本方法:取得高、低电平基本方法:利用半导体开关元件利用半导体开关元件(二极管、三极管)导通、截止(即开、关)两种工(二极管、三极管)导通、截止(即开、关)两种工作状态来实
6、现。作状态来实现。逻辑逻辑逻辑逻辑0 0和逻辑和逻辑和逻辑和逻辑1 1:电子电路中通常把高电平表示为电子电路中通常把高电平表示为逻辑逻辑1;把低电平表示为;把低电平表示为逻辑逻辑0。(正逻辑)。(正逻辑)逻辑门电路:逻辑门电路:逻辑门电路:逻辑门电路:用以实现基本和惯用逻辑运算用以实现基本和惯用逻辑运算电子电路。简称门电路。电子电路。简称门电路。基本和惯用门电路有基本和惯用门电路有与与门、门、或或门、门、非非门(反相门(反相器)、器)、与非与非门、门、或非或非门、门、与或非门与或非门和和异或异或门等。门等。9.1.2 9.1.2 基本门电路基本门电路基本门电路基本门电路第7页1.“1.“1.“
7、1.“与与与与”门电门电门电门电路路路路 当决定某事件全部条件同时具备时,结果才会发生,这种因果当决定某事件全部条件同时具备时,结果才会发生,这种因果关系叫做关系叫做“与与”逻辑逻辑,也称为,也称为逻辑乘逻辑乘。(1 1)“与与”逻辑关系逻辑关系F=AB与与与与逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:有有有有0 0 0 0出出出出0 0 0 0,全,全,全,全1 1 1 1出出出出1 1 1 1。第8页“与与与与”门门门门真值表真值表“与与与与”门电路图符号门电路图符号 一个一个“与与与与”门输入端门输入端最少为两个,输出端只有最少为两个,输出端只有一个。一个。(2)实现与逻辑关系电路称为)实
8、现与逻辑关系电路称为与门与门与门与门。第9页“与与与与”逻辑(逻辑乘)运算规则逻辑(逻辑乘)运算规则逻辑(逻辑乘)运算规则逻辑(逻辑乘)运算规则 与门输入端能够有多个。下列图为一个三输入与门与门输入端能够有多个。下列图为一个三输入与门电路输入信号电路输入信号A、B、C和输出信号和输出信号F波形图。波形图。A BCF有有0出出0有有0出出0全全1出出1第10页2.“2.“2.“2.“或或或或”门电门电门电门电路路路路 当某事件发生全部条件中最少有一个条件满足时,事件必定发当某事件发生全部条件中最少有一个条件满足时,事件必定发生,当全部条件都不满足时,事件决不会发生,这种因果关系叫做生,当全部条件
9、都不满足时,事件决不会发生,这种因果关系叫做“或或”逻辑逻辑,也称为,也称为逻辑加逻辑加。(1 1)“或或”逻辑关系逻辑关系F=A+B或或或或逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:有有有有1 1 1 1出出出出1 1 1 1,全,全,全,全0 0 0 0出出出出0 0 0 0。第11页(2)实现或逻辑关系电路称为实现或逻辑关系电路称为或门或门。“或或或或”门门门门真值表真值表“或或或或”门电路图符号门电路图符号 一个一个“或或或或”门输入端门输入端也是最少两个,输出端只也是最少两个,输出端只有一个。有一个。第12页“或或或或”逻辑(逻辑加)运算规则逻辑(逻辑加)运算规则逻辑(逻辑加)运算规则
10、逻辑(逻辑加)运算规则 或门输入端也能够有多个。下列图为一个三输入或或门输入端也能够有多个。下列图为一个三输入或门电路输入信号门电路输入信号A、B、C和输出信号和输出信号F波形图。波形图。A BCF全全0出出0全全0出出0有有1出出1第13页3.“3.“3.“3.“非非非非”门电门电门电门电路路路路 当某事件相关条件不满足时,事件必定发生;当条件满足时,当某事件相关条件不满足时,事件必定发生;当条件满足时,事件决不会发生,这种因果关系叫做事件决不会发生,这种因果关系叫做“非非”逻辑逻辑。(1 1)“非非”逻辑关系逻辑关系非非非非逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:逻辑功效:给给给给1 1 1 1出出
11、出出0 0 0 0,给,给,给,给0 0 0 0出出出出1 1 1 1。F=A输入输入A为高电平为高电平1(3V)时,三极管饱和导通,时,三极管饱和导通,输出输出F为低电平为低电平0(0V);输入;输入A为低为低电平电平0(0V)时,三极时,三极管截止,输出管截止,输出F为高为高电平电平1(3V)。第14页逻辑非(逻辑反)运算规则逻辑非(逻辑反)运算规则“非非非非”门门门门真值表真值表 一个一个“非非非非”门输入端门输入端只有只有只有只有1 1个个个个,输出端只有一个。,输出端只有一个。第15页9.1.3 9.1.3 复合门电路复合门电路复合门电路复合门电路将与门、或门、非门组合起来,能够组成
12、各种复合门电路。将与门、或门、非门组合起来,能够组成各种复合门电路。由与门和非门组成与非门由与门和非门组成与非门1.1.1.1.与非门与非门与非门与非门与非门逻辑功效:与非门逻辑功效:与非门逻辑功效:与非门逻辑功效:有有有有0 0 0 0出出出出1 1 1 1;全;全;全;全1 1 1 1出出出出0 0 0 0。与非门真值表与非门真值表第16页内含内含4个两输入端与非门,个两输入端与非门,电源线及地线公用。电源线及地线公用。内含两个内含两个4输入端与非门,输入端与非门,电源线及地线公用。电源线及地线公用。第17页由或门和非门组成由或门和非门组成或非门或非门或非门或非门或非门逻辑功效:或非门逻辑
13、功效:或非门逻辑功效:或非门逻辑功效:全全全全0 0 0 0出出出出1 1 1 1;有;有;有;有1 1 1 1出出出出0 0 0 0。或非门真值表或非门真值表2.2.2.2.或或或或非门非门非门非门第18页3.3.3.3.与或与或与或与或非门非门非门非门第19页异或门和同或门异或门和同或门逻辑图符号逻辑图符号逻辑图符号逻辑图符号异或门功效:异或门功效:异或门功效:异或门功效:相异出相异出相异出相异出1 1 1 1;相同出;相同出;相同出;相同出0 0 0 0。异或门真值表异或门真值表4.4.4.4.异或异或异或异或门门门门同或门真值表同或门真值表同或门功效:同或门功效:同或门功效:同或门功效
14、:相同出相同出相同出相同出1 1 1 1;相异出;相异出;相异出;相异出0 0 0 0。5.5.5.5.同或同或同或同或门门门门第20页9.1.4 9.1.4 集成门电路集成门电路集成门电路集成门电路R5R1+UccR2R3AFT1T2T3T5BCR4T4F1ABCF1+UccR1等效电路等效电路1.TTL1.TTL集成电路集成电路集成电路集成电路输出级中输出级中T3、T4复合管电路组成达林顿电路,与电阻复合管电路组成达林顿电路,与电阻R5作为作为T5负负载,不但可降低电路输出电阻,提升其负载能力,还可改进门电载,不但可降低电路输出电阻,提升其负载能力,还可改进门电路输出波形,提升工作速度。路
15、输出波形,提升工作速度。输入级输入级输入级等效电路输入级等效电路显然显然F1=ABC 相当与门。相当与门。中间级中间级 中间级也称倒相级,即中间级也称倒相级,即在在T2集电级和发射级同时输集电级和发射级同时输出两个相位相反信号。出两个相位相反信号。推拉式输出级推拉式输出级第21页TTLTTL与非门工与非门工与非门工与非门工作原理作原理作原理作原理R5R1+UccR2R3AFT1T2T3T5BCR4T4F1输入信号中最少输入信号中最少有一个为低电平有一个为低电平(0.3V)时,低)时,低电平所对应电平所对应PN结导通,结导通,T1基极基极电位被固定在电位被固定在1V(0.3+0.7)。)。1V
16、输入端只要有一个为低电平,输入端只要有一个为低电平,T1基极电位就会固定在基极电位就会固定在1V,造成,造成T1深度饱和,深度饱和,F1电位为低电平电位为低电平0.3V。T2、T5 截止;截止;0.3V截止截止截止截止饱和饱和饱和饱和有有有有0 0出出出出1 1;T3、T4饱和导通(经过饱和导通(经过Ucc,R2););TTL与非门输出电位为:与非门输出电位为:第22页R5R1+UccR2R3AFT1T2T3T5BCR4T4F1输入信号全部为高输入信号全部为高电平(电平(3.6V)时,)时,电源电源UCC经经R1、T1集集电结向电结向T2、T5基极基极提供电流,提供电流,T2、T5发射结导通后
17、,发射结导通后,T1基极电位被钳位在基极电位被钳位在2.1V。0.7+0.7+0.7=2.1V2.1V 输入端全部为高电平时,输入端全部为高电平时,T1基极电位就会钳位在基极电位就会钳位在2.1V,使,使T1输出电输出电位位F1为为1.4V,T1处于倒置工作状态(即发射结反偏,集电结正偏)。处于倒置工作状态(即发射结反偏,集电结正偏)。0.7V截止截止微导通微导通0.7V0.7V全全全全1 1出出出出0 0。T1在此状态下在此状态下值较小,所以值较小,所以T2、T5饱和,饱和,T3微导通,微导通,T4截止;截止;TTL与非门输出电位等于与非门输出电位等于T5饱和电位值:饱和电位值:0V1.4V
18、饱和饱和饱和饱和第23页功效真值表功效真值表逻辑表示式逻辑表示式输入有输入有0,输出为,输出为1;输入全;输入全1,输出为,输出为0。&ABCF与非门图符号与非门图符号第24页(2 2)集电极开路)集电极开路)集电极开路)集电极开路TTLTTL与非门(与非门(与非门(与非门(OCOC门)门)门)门)实际使用中,若将两个或多个逻辑门输出端直实际使用中,若将两个或多个逻辑门输出端直接与总线相连,就会得到附加接与总线相连,就会得到附加“线与线与线与线与”逻辑功效。逻辑功效。上面讲到普通上面讲到普通TTL与非门,因为采取了推拉与非门,因为采取了推拉式输出电路,所以其输出电阻很低,使用时输出式输出电路,
19、所以其输出电阻很低,使用时输出端不能长久接地或与电源短接。所以不能直接让端不能长久接地或与电源短接。所以不能直接让输出端与总线相连,即不允许直接进行上述输出端与总线相连,即不允许直接进行上述“线线与与”。FR5UccT3T5T4R5UccT3T5T4G1G2线与线与 多个普通多个普通TTL与非门电路输出端也不能连接与非门电路输出端也不能连接在一起后上总线。因为,当它们输出端连接在一在一起后上总线。因为,当它们输出端连接在一起上到总线上,只要有一个与非门输出为高电平起上到总线上,只要有一个与非门输出为高电平时,这个高电平输出端就会直接与其它低电平输时,这个高电平输出端就会直接与其它低电平输出端连
20、通而形成通路,总线上就会有一个很大电出端连通而形成通路,总线上就会有一个很大电流流Ic由高电平输出端经总线流向低电平输出端门由高电平输出端经总线流向低电平输出端门电路,该门电路将因功耗过大而极易烧毁。电路,该门电路将因功耗过大而极易烧毁。第25页处理方法:处理方法:处理方法:处理方法:集电极开路,如左下列图所表示,称为集电极开路,如左下列图所表示,称为集电极开路集电极开路集电极开路集电极开路 与非门,简称与非门,简称OCOC门门门门。R1UccR2R3AFT1T2T5BC OC门在结构上将普通门在结构上将普通TTL门输门输出级有源负载部分(如普通出级有源负载部分(如普通TTL与与非门中非门中T
21、3、T4、R4)去除)去除,输出级晶输出级晶体管体管T5集电极在集成电路内部不连集电极在集成电路内部不连接任何元件,直接作为输出端(集接任何元件,直接作为输出端(集电极开路)。电极开路)。OC门在使用时,应依据负载大小和要门在使用时,应依据负载大小和要求,合理选择外接电阻求,合理选择外接电阻RC数值,并将数值,并将RC和和电源电源UCC连接在连接在OC门输出端。门输出端。另外另外另外另外 OC OC门还能够门还能够门还能够门还能够实现总线传输。实现总线传输。实现总线传输。实现总线传输。RCRcUccF&总线总线 OC门不但能够实现门不但能够实现“线与线与线与线与”逻辑逻辑逻辑逻辑;还;还能够能
22、够作为接口电路实现逻辑电平转换;作为接口电路实现逻辑电平转换;作为接口电路实现逻辑电平转换;作为接口电路实现逻辑电平转换;第26页R5R1+UccR2R3AFT1T2T3T5BR4T4F1(3 3)三态门)三态门)三态门)三态门三态门含有三种输出状态:三态门含有三种输出状态:高电平、低电平高电平、低电平高电平、低电平高电平、低电平和和高阻状态高阻状态高阻状态高阻状态。END1D2R电路分析:电路分析:当当EN=1 时,二极管时,二极管D2截截止,此时三态门是普通与非止,此时三态门是普通与非门电路;门电路;F=AB;当当EN=0时(有效状态),时(有效状态),T1饱和,饱和,T2、T4截止,同时
23、截止,同时D1导通使导通使T3、T5也截止。这时从也截止。这时从外往输入端看进去,电路展现外往输入端看进去,电路展现高阻态;高阻态;因为三态门在因为三态门在EN=1时为普通时为普通与非门,有高、低电平两种状态,与非门,有高、低电平两种状态,在在EN=0时为高阻态,共有三种状时为高阻态,共有三种状态,所以称为三态门。态,所以称为三态门。三态门逻辑符号以下:三态门逻辑符号以下:ABE/DFENEN&第27页三态门真值表三态门真值表 三态门主要用于总线结构,三态门主要用于总线结构,实现用一根导线轮番传送多路数实现用一根导线轮番传送多路数据。通常把用于传输多个门输出据。通常把用于传输多个门输出信号导线
24、叫做总线(母线)。以信号导线叫做总线(母线)。以下列图所表示。只要控制端轮番下列图所表示。只要控制端轮番地出现高电平(每一时刻只允许地出现高电平(每一时刻只允许一个门正常工作),总线上就轮一个门正常工作),总线上就轮番送出各个与非门输出信号,由番送出各个与非门输出信号,由此可省去大量机内连线。此可省去大量机内连线。总线(总线(总线(总线(BUSBUS)D1E/D1&ENL L1 1D2E/D2&ENL L2 2DnE/Dn&ENL Ln n第28页(1 1)CMOSCMOS反相器反相器反相器反相器1.CMOS1.CMOS门电路门电路门电路门电路工作管工作管T1为为N沟道增强型沟道增强型MOS管
25、,负载管管,负载管T2为为P沟道增强型沟道增强型MOS管,两管漏极接在一起作为电路输出端,两管栅极接在一起作为电路管,两管漏极接在一起作为电路输出端,两管栅极接在一起作为电路输入端,输入端,T1、T2源极与其衬底相连,一个接地,一个接电源源极与其衬底相连,一个接地,一个接电源uiUDDT1T2u0NMOS管管PMOS管管 假如要使电路中绝缘栅型场效应管形成假如要使电路中绝缘栅型场效应管形成导电沟道,导电沟道,T T1 1栅源电压必须大于开启电压值,栅源电压必须大于开启电压值,T T2 2栅源电压必须低于开启电压值,所以,为栅源电压必须低于开启电压值,所以,为使电路正常工作,电源电压使电路正常工
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