数字电路基础-.pptx

1.1 1.1 数字电路概述数字电路概述 1.2 1.2 数制和编码数制和编码1.3 1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础 1.4 1.4 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法本章小结本章小结 习题习题 第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.数字信号：数字信号：指在时间上和数值上都断续变化的离散电信号。常用0、1二元数值表示。u数字信号波形t2.数字电路：数字电路：对数字信号进行传输、处理的电子线路。例如例如例如例如：电报、脉博、钢琴声等例如例如例如例如：数字钟1.1.1 1.1.1 数字信号与数字电路数字信号与数字电路数字信号与数字电路数字信号与数字电路第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.1 1.1 数字电路概述数字电路概述数字电路概述数字电路概述1.1.2 1.1.2 数字电路的特点数字电路的特点数字电路的特点数字电路的特点（1）结构简单，便于集成化（2）抗干扰能力强（3）精度高（4）分析数字电路的数学工具是逻辑代数（5）数字电路能对数字信号进行各种逻辑运算第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.1 1.1 数字电路概述数字电路概述数字电路概述数字电路概述1.1.4 1.1.4 数字电路的分类数字电路的分类数字电路的分类数字电路的分类数字集成电路分类表数字集成电路分类表 数字电路在日常生活、计算机、通信、数控、电子测量等领域得到广泛应用1.1.3 1.1.3 数字电路的应用数字电路的应用数字电路的应用数字电路的应用第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.1 1.1 数字电路概述数字电路概述数字电路概述数字电路概述一、一、十进制十进制：以十为基数的记数体制表示数的十个数码：表示数的十个数码：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循遵循逢十进一逢十进一的规律的规律154.6=1.2.1 数制数制多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为数制。1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础一个十进制数一个十进制数N可以表示成：可以表示成：任意进制数展开式的普遍形式：任意进制数展开式的普遍形式：Ki：第：第i位的系数位的系数其中，其中，R成为计数的基数，成为计数的基数，ki为第为第i位的系数，位的系数，Ri称为第称为第i位的权。位的权。1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础二、二、二进制二进制定义：定义：以二为基数的记数体制以二为基数的记数体制表示数的两个数码表示数的两个数码：0、1遵循遵循逢二进一逢二进一的规律的规律注注:有时也用有时也用B和和D代替代替2和和10这两个脚注。这两个脚注。(1101101)2=126+125+024+123+122+021+120 =(109)101.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础八进制数码：八进制数码：0、1、2、3、4、5、6、(753.64)8=782+581+380+68-1+48-2=(491.8125)10展开式为：展开式为：例如：例如：注注:有时也用有时也用O代替代替8这个脚注。这个脚注。三、三、八进制八进制1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础十六进制数码：十六进制数码：1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)展开式为：展开式为：例如：例如：注注:有时也用有时也用H代替代替16这个脚注。这个脚注。四、十六进制四、十六进制(5DF.4)16=(5162+13161+15160+416-1)10 =(1503.25)101.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础几种进制之间的关系几种进制之间的关系1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.2.2 不同进制之间的转换不同进制之间的转换一、一、任意进制数转换为十进制数任意进制数转换为十进制数 方法方法：将数码按权展开，得出其相加的结果便为对应的十进制数。1.2 数制和码制数制和码制例如例如例如例如：第第1章章 数数字字电电路路基基础础整数部分：除2（8、16）取余，最后得到的余数为二进制（八进制、十六进制）最高位；小数部分：乘（8、16）取整，最先得到的整数为二进制（八进制、十六进制）最高位。1.2 数制和码制数制和码制二、十进制数转换为其他进制数二、十进制数转换为其他进制数第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.2 数制和码制数制和码制一、一、整数的转换整数的转换 第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.2 数制和码制数制和码制二、二、小数的转换小数的转换 第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.1.二进制转化为八进制二进制转化为八进制二进制转化为八进制二进制转化为八进制1.2 数制和码制数制和码制三、三、二进制与八进制的相互转换二进制与八进制的相互转换 方法：方法：以小数点为界，将二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每3位分成一组，头尾不足3位的补0，然后将每组3位二进制数转换成与其对应的1位八进制数。第第1章章 数数字字电电路路基基础础2.2.八进制转化为二进制八进制转化为二进制八进制转化为二进制八进制转化为二进制1.2 数制和码制数制和码制三、三、二进制与八进制的相互转换二进制与八进制的相互转换 方法：方法：将八进制转换成二进制，只要将每1位八进制数用3位二进制数表示即可。第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.1.二进制转化为十六进制二进制转化为十六进制二进制转化为十六进制二进制转化为十六进制1.2 数制和码制数制和码制四、四、二进制与十六进制之间的相互转换二进制与十六进制之间的相互转换 方法：方法：以小数点为界，将二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每4位分成一组，头尾不足4位的补0，然后将每组4位二进制数转换成与其对应的1位十六进制数。第第1章章 数数字字电电路路基基础础2.2.十六进制转化为二进制十六进制转化为二进制十六进制转化为二进制十六进制转化为二进制1.2 数制和码制数制和码制四、四、二进制与十六进制之间的相互转换二进制与十六进制之间的相互转换 方法：方法：将十六进制转换成二进制，只要将每1位八进制数用4位二进制数表示即可。第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.2.3 编码编码数数字字系系统统的的信信息息数值数值文字符号文字符号二进制代码二进制代码译码译码编码编码:为了表示字符为了表示字符1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二十进十进制码（制码（BCD码）。码）。BCD-Binary-Coded-Decimal在在BCD码中，用四位二进制数表示码中，用四位二进制数表示09十个数码。十个数码。四位二进制数最多可以表示四位二进制数最多可以表示16个字符，因此个字符，因此09十个字符十个字符与这与这16中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一种编码。这里主要介绍：了一种编码。这里主要介绍：8421码码余余3码码格雷码格雷码1.2 数制和码制数制和码制1.2.3 编码编码第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.常用的码制常用的码制8421 BCD码：码：用四位二进制数中的前十个码(00001001)来表示十进制数(09)，去掉10101111。各位的权值依次为8、4、2、1。余余3码：码：由8421码加0011得到。格雷（格雷（Gray）码：）码：是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码，仅有一位代码不同，其它位相同。其他有权码：其他有权码：只要满足最低权位值为1，4位权值之和大于等于9，且能区分09十个数码，均可构成有权BCD码。1.2 数制和码制数制和码制1.2.3 编码编码第第1章章 数数字字电电路路基基础础2.几种常见的几种常见的BCD代码代码1.2 数制和码制数制和码制第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.逻辑命题和逻辑变量逻辑命题和逻辑变量(1)逻辑命题：逻辑命题：反映事物因果关系规律的命题。(2)逻辑变量：逻辑变量：决定事物原因和结果的变量。1）包括：逻辑自变量：逻辑自变量：决定事物原因的变量。（输入变量输入变量）逻辑因变量：逻辑因变量：决定事物结果的变量。（输出变量输出变量）2）取值只有两种，即逻辑0和逻辑1，0和1称为逻辑常量，并不表示数量的大小，无大小、正负之分，而是表示两种对立的逻辑状态。2.逻辑函数逻辑函数反映逻辑自变量和逻辑因变量之间的表达式称为逻辑函数逻辑函数。如如：Z=f(A、B、C)其中：A、B、C为输入变量；Z为输出变量。1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础1.3.1 逻辑代数概述逻辑代数概述第第1章章 数数字字电电路路基基础础一、与逻辑（逻辑乘）一、与逻辑（逻辑乘）1.定义定义仅当决定事件（Y）发生的所有条件（A、B、C）均满足时，事件（Y）才能发生。例如例如例如例如：开关A，B串联控制灯泡Y的电路。将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯灭记作0。1.3.2 逻辑代数的基本运算逻辑代数的基本运算功能表功能表第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.表示方法表示方法1)真值表真值表2)逻辑表达式逻辑表达式3.逻辑规律逻辑规律:有有0出出0,全全1出出1Y=AB第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础二或运算（逻辑加）二或运算（逻辑加）1.定义定义当决定事件（Y）发生的各种条件（A，B，C，)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）就发生。例如例如例如例如：开关A，B并联控制灯泡Y的电路。功能表功能表第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.表示方法表示方法1)真值表真值表:2)逻辑表达式逻辑表达式:3.逻辑规律逻辑规律 有有1出出1,全全0出出00+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1Y=A+B第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础三非逻辑（逻辑反）三非逻辑（逻辑反）1.定义定义非逻辑指的是逻辑的否定。当决定事件（Y）发生的条件（A）满足时，事件不发生；条件不满足，事件反而发生。例如例如例如例如：开关A控制灯泡Y的电路。功能表功能表第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.表示方法表示方法3.逻辑规律逻辑规律:有有1出出0,有有0出出1 1)真值表真值表:2)逻辑表达式逻辑表达式:第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础定义：定义：由“与、或、非”组合后的逻辑函数。常用的复合函数及其表示方法：常用的复合函数及其表示方法：1.与非运算与非运算3）逻辑规律）逻辑规律:有有0出出1,全全1出出0四、复合逻辑运算四、复合逻辑运算2)真值表真值表:1)逻辑表达式逻辑表达式:第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.或非逻辑或非逻辑3.与或非逻辑与或非逻辑3)逻辑规律逻辑规律:有有1出出0,全全0出出12)真值表真值表:1)逻辑表达式逻辑表达式:1)逻辑表达式逻辑表达式:2)逻辑规律逻辑规律:各组均有各组均有0出出1,某组全某组全1出出0第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础4.异或逻辑异或逻辑3)逻辑规律逻辑规律:相同出相同出0,相反出相反出12)真值表真值表:1)逻辑表达式逻辑表达式:第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础 一、逻辑常量的运算关系一、逻辑常量的运算关系与运算：111001010000=.=.=.=.或运算：111101110000=+=+=+=+非运算：1001=二、逻辑代数的基本公式二、逻辑代数的基本公式 1.基本定律：基本定律：互补律：01=.=+AAAA重叠律：AAAAAA=.=+令令A=0、A=1代入这些公代入这些公式，即可证明等式成立式，即可证明等式成立0-1律：=.=+AAAA10=.=+0011AA反转律：1.3.3 逻辑代数的基本公式和运算规则逻辑代数的基本公式和运算规则第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础 上面各式可用真值表证明，即：等式两边所对应的真值表相等，上面各式可用真值表证明，即：等式两边所对应的真值表相等，等式成立。等式成立。交换律：+=+.=.ABBAABBA结合律：+=+.=.)()()()(CBACBACBACBA分配律：+.+=.+.+.=+.)()()(CABACBACABACBA反演律（摩根定理）：.=+=.BABABABA第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.常用公式常用公式证明：证明：证明：证明：公式1：公式2：公式3：公式4：第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础（1）代代入入规规则则：将等式两边出现的同一变量都用一个相同逻辑函数代替，则等式仍然成立。例如例如例如例如：已知，用函数Y=AC代替等式中的A，根据代入规则，等式仍然成立，即有：（2）反反演演规规则则：对于任何一个逻辑表达式Z，如果将表达式中的所有“”换换换换成成成成“”，“”换换换换成成成成“”，“0”0”换换成成“1”1”，“1”1”换换成成“0”0”，原原原原变变变变量量量量换换换换成成成成反反反反变变变变量量量量，反反反反变变变变量量量量换换换换成成成成原原原原变变变变量量量量，那么所得到的表达式就是函数Y的反函数。“先括号、然后乘、最后加先括号、然后乘、最后加”；不在一个变量上的反号应保留不变。；不在一个变量上的反号应保留不变。例如例如例如例如：3.基本规则基本规则第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础（3）对偶规则：）对偶规则：对对偶偶式式Y/：对于任何一个逻辑表达式Z，如果将表达式中的所有“”换换换换成成成成“”，“”换换换换成成成成“”，“0”0”换换成成“1”1”，“1”1”换换成成“0”0”，那么所得到的表达式就是函数Z的对偶式Y/。对偶规则对偶规则:凡原式成立，则其对偶式也成立。例如例如例如例如：对偶式对偶式:例如例如例如例如：原式原式:第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础一个逻辑函数确定后，其真值表唯一，但其表达式却有多种形式，而对应不同的表达式就有不同的逻辑图；最简表达式所代表的电路元件最低、可靠性好、传输时间短，因此，逻辑函数必须化简。一、逻辑函数的最简表达式一、逻辑函数的最简表达式1.最简与或表达式最简与或表达式 1.3.4 逻辑函数的化简逻辑函数的化简2.最简与非最简与非-与非表达式与非表达式第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础3.最简与或非表达式最简与或非表达式4.最简或与表达式最简或与表达式5.最简或非最简或非-或非表达式或非表达式一般逻辑函数都化简成最简与或式最简与或式（最基本的），由最简与或式可变换为其他形式的最简式。一、逻辑函数的最简表达式一、逻辑函数的最简表达式第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础二、逻辑函数的公式化简二、逻辑函数的公式化简第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础第第1章章 数数字字电电路路概概述述1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础逻辑函数不仅可用真值表、表达式、逻辑图来表示，还可用卡诺图表示。利用卡诺图化简逻辑函数，简捷直观、灵活方便，容易判断函数是否为最简式。卡诺图化简法适用于四变量以内的逻辑函数的化简。三、逻辑函数的卡诺图化简三、逻辑函数的卡诺图化简1.3.4 逻辑函数的化简逻辑函数的化简1.逻辑函数的最小项表达式逻辑函数的最小项表达式三变量函数的最小项三变量函数的最小项 任何一个逻辑函数都可以表示成若干个最小项之和任何一个逻辑函数都可以表示成若干个最小项之和 第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础2.卡诺图的构成卡诺图的构成（a）二变量卡诺图（b）三变量卡诺图（c）四变量卡诺图 在上图中，注意方格图最上和最下，最左和最右对应的小方格也是逻辑相邻的。实际上，凡与中心轴对称的最小项均是逻辑相邻项。依照同样方法，可以画出五个乃至更多变量的卡诺图。第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础3.逻辑函数的卡诺图表示逻辑函数的卡诺图表示第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础四、卡诺图表的化简规则四、卡诺图表的化简规则1.两个相邻最小项的合并两个相邻最小项的合并2.四个相邻最小项的合并四个相邻最小项的合并第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础3.八个相邻最小项的合并八个相邻最小项的合并五、利用卡诺图化简逻辑函数五、利用卡诺图化简逻辑函数化简原则：化简原则：化简原则：化简原则：第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础1.3.5 含随意项的逻辑函数化简含随意项的逻辑函数化简五、利用卡诺图化简逻辑函数五、利用卡诺图化简逻辑函数第第1章章 数数字字电电路路基基础础1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础1.4 逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法1真值表 2逻辑函数表达式 3时序图 4卡诺图 5逻辑图逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法第第1章章 数数字字电电路路概概述述本本 章章 小小 结结第第1章章 数数字字电电路路基基础础1 1数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在时间上和数值上均是离散的。2 2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1 1和逻辑和逻辑0 0，它和二进制，它和二进制数中的数中的0 0和和1 1正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。3 3常常用用BCDBCD码码有有84218421码码、242l242l码码、542l542l码码、余余3 3码码等等，其其中中842l842l码码使使用用最最广泛。广泛。4 4在在数数字字电电路路中中，半半导导体体二二极极管管、三三极极管管一一般般都都工工作作在在开开关关状状态态，即即工工作作于于导导通通（饱饱和和）和和截截止止两两个个对对立立的的状状态态，来来表表示示逻逻辑辑1 1和和逻逻辑辑0 0。影影响它们开关特性的主要因素是管子内部电荷存储和消散的时间。响它们开关特性的主要因素是管子内部电荷存储和消散的时间。5 5逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。6 6描描述述逻逻辑辑关关系系的的函函数数称称为为逻逻辑辑函函。逻逻辑辑函函数数中中的的变变量量和和函函数数值值都都只只能能取取0 0或或1 1两个值。两个值。7 7常常用用的的逻逻辑辑函函数数表表示示方方法法有有真真值值表表、函函数数表表达达式式 、逻逻辑辑图图等等，它它们们之间可以任意地相互转换。之间可以任意地相互转换。习习 题题第第1章章 数数字字电电路路基基础础习习 题题第第1章章 数数字字电电路路基基础础第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路 2.1 2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性 2.2 2.2 分立元件门电路分立元件门电路2.3 TTL2.3 TTL门电路门电路 2.4 CMOS2.4 CMOS集成门电路集成门电路本章小结本章小结 习题习题 一、二极管的导通条件一、二极管的导通条件2.1.1 二极管开关特性二极管开关特性2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路二极管的单向导电性：外加正向电压（Uth），二极管导通，导通压降约为0.7V；外加反向电压，二极管截止。uD(V)iD(mA)0.7V0.7V 第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路二、二极管的截止条件二、二极管的截止条件当Ud0.5V，或在二极管两端加上反向电压时，二极管可近似认为是开路。因此，可以把Ud0.5V作为二极管的截止条件。一旦截止，即可近似认为电流等于0，相当于开关断开。开关断开的等效电路如左图所示。2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性2.1.2 三极管开关特性三极管开关特性第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路放大iC饱和截止2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性 第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路一、饱和导通条件一、饱和导通条件三极管饱和导通时，如同具有压降的闭合开关。三极管临界饱和集电极电流为：三极管临界饱和基极电流为：输入高电平时，实际基极电流为：三极管饱和导通条件应为：二、截止条件二、截止条件硅三极管的截止条件为：2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性2.1.2 场效应管开关特性场效应管开关特性第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路图（a）为N沟道增强型MOS管，它的开启电压为UT。当ui=UGSUT时，MOS管导通，呈低阻状态，相当于开关接通，uo0，等效电路如图（c）所示。场效应管（MOS管）和二极管、三极管一样可以当作开关元件使用。2.1 半导体的开关特性半导体的开关特性2.2.1 与门与门2.2 分立元件门电路分立元件门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路Y=AB2.2.2 或门或门2.2 分立元件门电路分立元件门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路Y=A+B2.2.3 非门非门2.2 分立元件门电路分立元件门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路输入为低，输出为高；输入为低，输出为高；输入为高，输出为低。输入为高，输出为低。2.2.3 复合门复合门2.2 分立元件门电路分立元件门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路与非门的真值表或非门的真值表一、电路组成一、电路组成2.3.1 TTL TTL与非门工作原理与非门工作原理2.3 TTL门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路TTL与非门的电路结构与非门的电路结构 二、逻辑功能二、逻辑功能2.3.1 TTL TTL与非门工作原理与非门工作原理2.3 TTL门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路输入端全为高电平（+3.6V）时：T2、T5饱和，输出为低电平。此时UB1=2.1V，由于T2和T5处于饱和导通，输出端UC5=UOL=0.3V，即输出Y为低电平。输入端有低电平（+0.3V）时：T1导通，UB1=1V，T2、T5截止，T3、T4导通，UY约为3.6V，即输出Y为高电平。74LS00的引脚排列图的引脚排列图 2.3.2 TTL TTL集电极开路门集电极开路门2.3 TTL门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路1.1.线与问题线与问题在数字系统中，有些场合需要将门电路的输出端并联使用，即“线与”。但推拉式输出的门电路不能并联。2.2.OCOC门门解决上述问题的办法：需要线与时，用OC 门。例如例如，如图所示情形时,门电路会损坏。OC与非门的电路结构与非门的电路结构OC与非门线与图与非门线与图 TTL与非门线与与非门线与 2.3.3 TTL TTL三态门三态门2.3 TTL门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路输出有三种状态：输出有三种状态：高电平、低电平、高阻态。高电平、低电平、高阻态。国际符号国际符号TSL反相器的电路结构反相器的电路结构 TSL门的真值表2.4.1 CMOS反相器反相器2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路基本电路用T1(N沟道)管和T2管（P沟道）构成。输入脉冲幅度通常为VDD。真值表真值表A01Y10表达式表达式Y=AuA0VT1T2uYVDDVDD截止导通截止导通01.1.电路结构电路结构2.2.工作原理工作原理2.4.1 CMOS逻辑门逻辑门2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路一、与非门一、与非门1.组成组成两两T TP P管在上，管在上，并联并联；两两T TN N管在下，管在下，串联串联；2.工作原理工作原理只有当AB同为1且使串联的TN管同时导通时，输出才为0，其它情况输出为1。功能功能特点：特点：3.输出逻辑表达式输出逻辑表达式Y=ABY=AB2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路二、或非门二、或非门 3.输出逻辑表达式输出逻辑表达式Y=AB1.组成组成2.工作原理工作原理只有当AB同为0且使串联的TP管同时导通时，输出才为1，其它情况输出为0。功能功能特点：特点：=A+B两两T TP P管在上，管在上，串联串联；两两T TN N管在下，管在下，并联并联；2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路三、与门和或门三、与门和或门在CMOS与非门的输出端加上一个反相器，便构成了与门；在CMOS或非门的输出端加上一个反相器，便构成了或门。四、与或非门四、与或非门由三个与非门和一个反相器可构成与或非门，如图（a）所示。与或非门也可以由两个与门和一个或非门构成，如图（b）所示。与或非门的逻辑符号（a）（b）2.输出逻辑表达式输出逻辑表达式1.组成组成五、异或门五、异或门异或门可以由四个与非门构成，如右图所示，逻辑表达式为：2.4.3 CMOS传输门传输门2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路CP0、CP=1，T1和和T2截止，相当于开关断开。截止，相当于开关断开。CP1、CP=0，T1和和T2导通，相当于开关接通，导通，相当于开关接通，uoui。由于由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而易使用，因而CMOSCMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用端也可互易使用。2.4.4 CMOS漏极开路门、三态门漏极开路门、三态门2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路一、一、CMOSCMOS漏极开路门漏极开路门（a）电路结构（b）逻辑符号 如同TTL OC门，CMOSOD门，可用来实现“线与逻辑”,即可以把几个OD门的输出端用导线直接连接起来实现与运算。2.4 CMOS集成集成门电路门电路第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路二、二、CMOSCMOS三态门三态门Y=A高阻（EN=0时）（EN=1时）0 01 01 1TP1TP2TN1TN2 1 0高阻高阻YENA通止通止止通止通通通止止通通止止0 11.工作原理工作原理2.输出逻辑表达式和图形符号输出逻辑表达式和图形符号第第2章章 逻逻辑辑门门电电路路本章小结本章小结利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、门、OCOC门、门、ODOD门和传输门。门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。已被集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOSCMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOSCMOS电路的工作速度已电路的工作速度已有了大幅度的提高。有了大幅度的提高。第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用习习 题题第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用习习 题题第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用 3.1 3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 3.2 3.2 加法器加法器3.3 3.3 编码器编码器 3.4 3.4 译码器译码器3.5 3.5 数据选择器数据选择器 3.6 3.6 数据分配器数据分配器 本章小结本章小结 习题习题 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 组合逻辑电路是指在任一时刻，电路的输出状态仅取决于该时刻各输入状态的组合，而与电路原来的输出状态无关的逻辑电路。组合逻辑电路：输出与输入之间没有反馈电路，电路不存在记忆单元：从逻辑上逻辑上讲，组合电路在任一时刻的输出状态仅由该时刻的输入状态决定，而与过去的输入状态无关。从结构上结构上讲，组合电路都是单纯由逻辑门组成，且输出不存在反馈路径。组合逻辑电路的一般模型组合逻辑电路的一般模型 3.1.1 组合逻辑电路的基本概念组合逻辑电路的基本概念第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计一、组合逻辑电路的分析步骤一、组合逻辑电路的分析步骤（1）根据给定的逻辑电路图，写出逻辑表达式，分析每级输出与输入之间的关系；（2）化简逻辑表达式，可采用公式化简或卡诺图化简逻辑表达式；（3）由表达式列出真值表，列出输出信号与输入信号的状态；（4）对逻辑电路进行分析判断，根据真值表或表达式分析逻辑电路的功能，可以作简要的文字说明。3.1.2 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计（1）由逻辑图写出逻辑表达式，并进行化简。（2）列出真值表，如下表所示。【例题】试分析下图所示的逻辑电路的逻辑功能。二、分析举例二、分析举例 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计（3）电路功能描述。化简后，电路的输出信号Y只是输入信号A、B的与非运算，然后再和C相或运算的逻辑关系。只要输入信号C=1，输入信号Y一定为1；若输入信号C=0，只有当A、B全为1时，Y=0。因此当ABC=110时，Y=0；其余，Y=1。一、组合逻辑电路的设计步骤一、组合逻辑电路的设计步骤（1）分析给定的逻辑问题，列出真值表。（2）根据真值表写出组合逻辑电路的逻辑函数，并将逻辑函 数化简。（3）根据最简逻辑函数，画出逻辑电路图。3.1.3组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计【例题】试用与非门电路设计一个表决电路。设比赛中有3名裁判，当2名或2名以上裁判同意，则表决通过。解：设三名裁判分别为A、B、C，表决结果为Y。根据逻辑要求，列出真值表，如下表所示。写出逻辑表达式：画出逻辑电路图如下右图，卡诺图如下左图：第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计定义：定义：在组合逻辑电路中，当输入信号发生改变时，输出端可能出现不正常的错误输出信号，这种现象称为竞争冒险。一、一、竞争冒险的原因竞争冒险的原因 组合逻辑电路中产生的竞争冒险是由于门电路的延时作用产生的。信号在门电路传输过程中，需要一定的时间，虽然这个时间很短，但会对电路中的输出信号产生错误的影响。3.1.4 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险如下图所示的逻辑函数为 的与门电路将产生竞争冒险：（a）逻辑图）逻辑图 （b）波形图）波形图 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计二、消除竞争冒险的方法二、消除竞争冒险的方法 毛毛刺刺很很窄窄，因此常在输出端对地并接滤波电容C，或在本级输出端与下级输入端之间，串接一个积分电路，可将尖峰脉冲消除。但C或R、C的引入会使输出波形边沿变斜，故参数要选择合适，一般由实验确定。（1 1）接入滤波电容法）接入滤波电容法加滤波电路排除冒险加滤波电路排除冒险 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.1 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 毛刺仅发生在输入信号变化的瞬间，因此在这段时间内先将门封锁，待电路进入稳态后，再加选通脉冲使输出门电路开门。这样可以抑制尖峰脉冲的输出。该方法简单易行，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适。（2）引入选通脉冲法）引入选通脉冲法（3）修改逻辑设计法增加冗余项）修改逻辑设计法增加冗余项 只要在其卡诺图上两卡诺圈相切处加一个卡诺圈，即增加了一个冗余项，就可消除逻辑冒险。第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.2 加加 法法 器器 加法器加法器是数字逻辑中的一种最基本的算术运算电路，可以实现二进制的加法运算。实际上，计算机中的运算器是一种规模更大、功能更多的算术逻辑运算单元，其基本原理与加法器相似。算术运算中的加、减、乘、除四则运算在数字电路中往往都是将其转化为加法运算来实现的，因此，加法器是算术运算的核心电路。半加器半加器 全加器全加器 多位加法器多位加法器 二进制并行加二进制并行加/减运算器减运算器加法器加法器 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.2.1 半加器半加器（a）逻辑图）逻辑图 （b）逻辑符号）逻辑符号3.2 加加 法法 器器两个两个1位二进制数进行加法运算的逻辑电路，称为半加器。位二进制数进行加法运算的逻辑电路，称为半加器。半加运算后所得到的结果为和数与进位。半加运算后所得到的结果为和数与进位。逻辑表达式：逻辑表达式：第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.2.2 全加器全加器3.2 加加 法法 器器全加器全加器：由三个二进制位相加求得和及进位的逻辑电路。逻辑表达式：逻辑表达式：（a）逻辑图）逻辑图 （b）逻辑符号）逻辑符号 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用 实现多位二进制相加的电路称为加法器，按各位相加的方式不同可分为串行进位加法器和超前进位加法器。集成二进制集成二进制4位超前进位全加器位超前进位全加器74LS283的引脚图的引脚图3.2 加加 法法 器器3.2.3 多位加法器多位加法器全加器的逻辑图与逻辑符号全加器的逻辑图与逻辑符号 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用4位二进制并行加法位二进制并行加法/减法运算器减法运算器3.2 加加 法法 器器3.2.4 二进制并行加二进制并行加/减运算器减运算器 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.3 编编 码码 器器 3.3.1 编码器的原理编码器的原理4线线-2线编码器的真值表：线编码器的真值表：逻辑表达式：逻辑表达式：4线线-2线编码逻辑电路：线编码逻辑电路：第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.3.2 二二进制制编码器器3.3 编编 码码 器器二进制编码器二进制编码器:用用 n 位二进制代码对位二进制代码对 2n个信号进行编码的电路称为。个信号进行编码的电路称为。3位二进制逻辑表达式：位二进制逻辑表达式：3位二进制编码器：位二进制编码器：第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.3 编编 码码 器器3.3.3 集成编码器集成编码器一、优先编码器一、优先编码器74LS148逻辑表达式：逻辑表达式：74LS148的逻辑图：的逻辑图：第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.3 编编 码码 器器3.3.4 编码器的应用编码器的应用一、编码器的扩展一、编码器的扩展串行扩展实现的串行扩展实现的16线线-4线优先编码器线优先编码器 第第3章章 组组合合逻逻辑辑电电路路及及其其应应用用3.3 编编 码码 器器3.3.4 编码器的应用编码器的应用二、组成二、组成8421BCD编码器编码器74LS148组成组成8421BCD编码器编码器第第3章章 组组合合逻逻辑