第2章邏輯門(mén)(1)

1、1第二章 邏輯門(mén)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：（1）數(shù)字電路的基本邏輯單元）數(shù)字電路的基本邏輯單元門(mén)電路，及其對(duì)應(yīng)門(mén)電路，及其對(duì)應(yīng)的邏輯運(yùn)算與圖形描述符號(hào)的邏輯運(yùn)算與圖形描述符號(hào) 。（2）三態(tài)邏輯門(mén)和集電極開(kāi)路輸出門(mén)）三態(tài)邏輯門(mén)和集電極開(kāi)路輸出門(mén) 。（3）TTL集成門(mén)的邏輯功能、外特性和性能參數(shù)集成門(mén)的邏輯功能、外特性和性能參數(shù) 。（4）CMOS集成門(mén)的邏輯功能、外特性和性能參數(shù)。集成門(mén)的邏輯功能、外特性和性能參數(shù)。 22.1 2.1 基本邏輯門(mén)基本邏輯門(mén) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算 與、或、非三種基本邏輯門(mén)的邏輯功能與、或、非三種基本邏輯門(mén)的邏輯功能 邏

2、輯門(mén)的真值表邏輯門(mén)的真值表 各種邏輯門(mén)電路的輸出波形各種邏輯門(mén)電路的輸出波形3l 在邏輯代數(shù)中，最基本的邏輯運(yùn)算有與與、或或、非非三種 。l 最基本的邏輯關(guān)系有三種：與與邏輯關(guān)系、或或邏輯關(guān)系、非非邏輯關(guān)系。l 實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算的電路稱為基本邏輯門(mén)基本邏輯門(mén)。 42.1.1 與門(mén)l 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“與與”運(yùn)算的電路稱為運(yùn)算的電路稱為與邏輯門(mén)與邏輯門(mén)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱與門(mén)與門(mén) 。l 邏輯邏輯與與運(yùn)算可用開(kāi)關(guān)電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)相運(yùn)算可用開(kāi)關(guān)電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)相串聯(lián)串聯(lián)的例的例子來(lái)說(shuō)明子來(lái)說(shuō)明 5l “與與”運(yùn)算的邏輯表達(dá)運(yùn)算的邏輯表達(dá)式為：式為： l “與與”運(yùn)算真值表運(yùn)算真值表 :表2-2 “與”運(yùn)算真值表AB00

3、0010100111FA BFA B6l “與與”邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：0 000 11 001 11 001AAAA AA 7l 與門(mén)的邏輯符號(hào)與門(mén)的邏輯符號(hào): 例例2-2 : 向向2輸入與門(mén)輸入圖示的波形，求其輸出波形輸入與門(mén)輸入圖示的波形，求其輸出波形F。 解：解： 82.1.2 或門(mén)l 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“或或”運(yùn)算的電路稱為運(yùn)算的電路稱為或邏輯門(mén)或邏輯門(mén)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱或門(mén)或門(mén) 。l 邏輯邏輯或或運(yùn)算可用開(kāi)關(guān)電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)相運(yùn)算可用開(kāi)關(guān)電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)相并聯(lián)并聯(lián)的例的例子來(lái)說(shuō)明子來(lái)說(shuō)明 9l “或或”運(yùn)算的邏輯表達(dá)式為：運(yùn)算的邏輯表達(dá)式為： F = A+Bl “或或”運(yùn)算真值表運(yùn)算真值

4、表 :l “或或”邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：000011011 11 011AAAAAA 10l 或門(mén)的邏輯符號(hào)或門(mén)的邏輯符號(hào): 例例2-4 : 向向2輸入或門(mén)輸入圖示的波形，求其輸出波形輸入或門(mén)輸入圖示的波形，求其輸出波形F。 解：解： 112.1.2 非門(mén)l 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“非非”運(yùn)算的電路稱為運(yùn)算的電路稱為非邏輯門(mén)非邏輯門(mén)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱非門(mén)非門(mén) 。12l “非非”運(yùn)算的邏輯表達(dá)式運(yùn)算的邏輯表達(dá)式為：為：l “非非”運(yùn)算真值表運(yùn)算真值表 :l “非非”邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：邏輯的運(yùn)算規(guī)律為：FA011010AAAAA A13l 非門(mén)的邏輯符號(hào)非門(mén)的邏輯符號(hào): 例例2-5 : 向非門(mén)輸入圖示的

5、波形，求其輸出波形向非門(mén)輸入圖示的波形，求其輸出波形F。 解：解： 142.2 復(fù)合邏輯門(mén)復(fù)合邏輯門(mén) l 與非、或非、異或、同或的復(fù)合邏輯運(yùn)算與非、或非、異或、同或的復(fù)合邏輯運(yùn)算l 與非門(mén)、或非門(mén)的邏輯功能與非門(mén)、或非門(mén)的邏輯功能l 異或門(mén)、同或門(mén)的邏輯功能異或門(mén)、同或門(mén)的邏輯功能l 各種復(fù)合邏輯門(mén)的真值表描述及輸出波形各種復(fù)合邏輯門(mén)的真值表描述及輸出波形主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：15l 基本邏輯運(yùn)算的復(fù)合叫做基本邏輯運(yùn)算的復(fù)合叫做復(fù)合邏輯運(yùn)算復(fù)合邏輯運(yùn)算。而實(shí)現(xiàn)。而實(shí)現(xiàn)復(fù)合邏輯運(yùn)算的電路叫復(fù)合邏輯運(yùn)算的電路叫復(fù)合邏輯門(mén)復(fù)合邏輯門(mén)。l 最常用的復(fù)合邏輯門(mén)有最常用的復(fù)合邏輯門(mén)有與非門(mén)與非門(mén)、或非門(mén)或非

6、門(mén)、異或門(mén)異或門(mén)和和同或門(mén)同或門(mén)等。等。162.2.1 與非門(mén)與非門(mén)l “與與”運(yùn)算后再進(jìn)行運(yùn)算后再進(jìn)行“非非”運(yùn)算的復(fù)合運(yùn)算稱為運(yùn)算的復(fù)合運(yùn)算稱為“與非與非”運(yùn)算運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“與非與非”運(yùn)算的邏輯電路稱運(yùn)算的邏輯電路稱為為與非門(mén)與非門(mén)。 l 與非門(mén)與非門(mén)的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：l 與非門(mén)的邏輯符號(hào)與非門(mén)的邏輯符號(hào) ：FA B17l “與非與非”門(mén)真值表門(mén)真值表 ：表2-7 “與非”門(mén)真值表AB001011101110FA B182.2.2 或非門(mén)或非門(mén)l “或或”運(yùn)算后再進(jìn)行運(yùn)算后再進(jìn)行“非非”運(yùn)算的復(fù)合運(yùn)算稱為運(yùn)算的復(fù)合運(yùn)算稱為“或非或非”運(yùn)算運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“或非或非

7、”運(yùn)算的邏輯電路稱運(yùn)算的邏輯電路稱為為或非門(mén)或非門(mén)。 l 或非門(mén)或非門(mén)的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：l 或非門(mén)的邏輯符號(hào)或非門(mén)的邏輯符號(hào) ：FAB19l “或非或非”門(mén)真值表門(mén)真值表 ：FAB表2-8 “或非”門(mén)真值表AB001010100110202.2.3 異或門(mén)異或門(mén)l 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“異或異或”邏輯運(yùn)算的邏輯電路稱為邏輯運(yùn)算的邏輯電路稱為異或門(mén)異或門(mén)。 l 異或門(mén)異或門(mén)的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：l 異或門(mén)的邏輯符號(hào)異或門(mén)的邏輯符號(hào) ：FABABAB21l“異或異或”門(mén)真值表門(mén)真值表 ：FAB表2-9 2輸入“異或”門(mén)真值表AB000011101110222.2.3 同

8、或門(mén)同或門(mén)l “異或異或”運(yùn)算之后再進(jìn)行運(yùn)算之后再進(jìn)行“非非”運(yùn)算，則稱為運(yùn)算，則稱為“同或同或”運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)“同或同或”邏輯運(yùn)算的邏輯電邏輯運(yùn)算的邏輯電路稱為路稱為同或門(mén)同或門(mén)。 l 同或門(mén)同或門(mén)的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：的邏輯關(guān)系表達(dá)式為：l 同或門(mén)的邏輯符號(hào)同或門(mén)的邏輯符號(hào) ：ABABABF = A B23l 同或門(mén)真值表同或門(mén)真值表 ：FAB表2-10 2變量“同或”門(mén)真值表AB001010100111242.3 其它邏輯門(mén)l 集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的概念集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的概念l 集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的使用方法集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的使用方法l 集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的應(yīng)用集電極開(kāi)路邏輯門(mén)的應(yīng)用l 三態(tài)邏

9、輯門(mén)的概念及邏輯功能三態(tài)邏輯門(mén)的概念及邏輯功能l 三態(tài)邏輯門(mén)電路的應(yīng)用三態(tài)邏輯門(mén)電路的應(yīng)用主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：252.3.1 三態(tài)邏輯門(mén)l 三態(tài)輸出門(mén)三態(tài)輸出門(mén)（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱TS門(mén)門(mén)）有三種邏輯狀態(tài)，即）有三種邏輯狀態(tài)，即0、1、Z。第三種狀態(tài)為。第三種狀態(tài)為高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)(Z)，或禁止?fàn)顟B(tài)。，或禁止?fàn)顟B(tài)。l 三態(tài)邏輯門(mén)符號(hào)：l 高電平有效的三態(tài)門(mén)真值表高電平有效的三態(tài)門(mén)真值表 ：控制端EN高電平有效 控制端EN低電平有效 26三態(tài)門(mén)的應(yīng)用：三態(tài)門(mén)的應(yīng)用：l 三態(tài)門(mén)用于總線傳輸三態(tài)門(mén)用于總線傳輸 ：l 用三態(tài)門(mén)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸用三態(tài)門(mén)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸 ：11272.3.2 集電極開(kāi)路邏輯門(mén)l

10、集電極開(kāi)路門(mén)，簡(jiǎn)稱集電極開(kāi)路門(mén)，簡(jiǎn)稱OC門(mén)門(mén)。其特點(diǎn)是門(mén)電路內(nèi)部。其特點(diǎn)是門(mén)電路內(nèi)部輸出三極管的集電極開(kāi)路。在使用時(shí)，必須外接輸出三極管的集電極開(kāi)路。在使用時(shí)，必須外接“上拉電阻上拉電阻RP” 。l OC與非門(mén)的邏輯符號(hào)與非門(mén)的邏輯符號(hào) ：l 兩個(gè)兩個(gè)OC門(mén)輸出端可以直接相連，實(shí)現(xiàn)門(mén)輸出端可以直接相連，實(shí)現(xiàn)“線與線與”功功能。能。 12FFFAB CD28l OC門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換：門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換：l OC門(mén)用做驅(qū)動(dòng)器：門(mén)用做驅(qū)動(dòng)器：292.4 集成電路邏輯門(mén)集成電路邏輯門(mén) l TTL集成邏輯門(mén)的概念集成邏輯門(mén)的概念l 比較各種比較各種TTL系列的特性系列的特性l CMOS集成邏輯門(mén)的概念

11、集成邏輯門(mén)的概念l 集成電路邏輯門(mén)的性能參數(shù)集成電路邏輯門(mén)的性能參數(shù)l 計(jì)算具體邏輯器件的扇出系數(shù)計(jì)算具體邏輯器件的扇出系數(shù)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：302.4.1 概述概述 l 把若干個(gè)有源器件和無(wú)源器件及其連線，按照一把若干個(gè)有源器件和無(wú)源器件及其連線，按照一定的功能要求，制作在一塊半導(dǎo)體基片上，這樣定的功能要求，制作在一塊半導(dǎo)體基片上，這樣的產(chǎn)品叫的產(chǎn)品叫集成電路集成電路。l 最簡(jiǎn)單的數(shù)字集成電路是最簡(jiǎn)單的數(shù)字集成電路是集成邏輯門(mén)集成邏輯門(mén)。 l 集成電路的優(yōu)點(diǎn)：如體積小、耗電省、重量輕、集成電路的優(yōu)點(diǎn)：如體積小、耗電省、重量輕、可靠性高可靠性高 l 數(shù)字集成電路的規(guī)模一般是根據(jù)門(mén)的數(shù)目來(lái)劃分

12、數(shù)字集成電路的規(guī)模一般是根據(jù)門(mén)的數(shù)目來(lái)劃分的的 ：有：有SSI ，MSI ，LSI ，VLSI 等。等。l 集成電路邏輯門(mén)按照組成的有源器件可分為兩大集成電路邏輯門(mén)按照組成的有源器件可分為兩大類：類： TTL門(mén)門(mén) ，MOS門(mén)，后者主要是門(mén)，后者主要是CMOS門(mén)。門(mén)。 312.4.2 TTL集成電路邏輯門(mén)l TTL門(mén)電路由雙極型三極管構(gòu)成，其特點(diǎn)是速度門(mén)電路由雙極型三極管構(gòu)成，其特點(diǎn)是速度快、抗靜電能力強(qiáng)，但其功耗較大，不適宜做成快、抗靜電能力強(qiáng)，但其功耗較大，不適宜做成大規(guī)模集成電路。大規(guī)模集成電路。 l TTL門(mén)電路有門(mén)電路有74（民用）和（民用）和54（軍用）兩大系列，（軍用）兩大系列，每

13、個(gè)系列中又有若干子系列。每個(gè)系列中又有若干子系列。 3254系列與74系列的比較：TTL系列速度及功耗的比較: 332.4.3 CMOS集成電路邏輯門(mén)l CMOS集成門(mén)電路由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，它的特點(diǎn)是集成度高、集成門(mén)電路由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，它的特點(diǎn)是集成度高、功耗低，但速度較慢、抗靜電能力差。功耗低，但速度較慢、抗靜電能力差。 l 同同TTL門(mén)電路一樣，門(mén)電路一樣，CMOS門(mén)電路也有門(mén)電路也有74和和54兩大系列。兩大系列。 l 74系列系列5V CMOS門(mén)電路的基本子系列如下：門(mén)電路的基本子系列如下：u74HC和和74HCT：高速：高速CMOS（High-speed CMOS），），T表示和表示和

14、TTL直接兼容。直接兼容。u74AC和和74ACT：先進(jìn)：先進(jìn)CMOS（Advanced CMOS），它們提供了比），它們提供了比TTL系列更高的速度和更低的功耗。系列更高的速度和更低的功耗。u74AHC和和74AHCT：先進(jìn)高速：先進(jìn)高速CMOS（Advanced High-speed CMOS）。）。l 74系列系列3.3V CMOS門(mén)電路的基本子系列如下：門(mén)電路的基本子系列如下：u74LVC：低壓：低壓CMOS（Lower-voltage CMOS）。）。u74ALVC：先進(jìn)低壓：先進(jìn)低壓CMOS（Advanced Lower-voltage CMOS）。）。342.4.4 集成電路門(mén)的性能參數(shù)l 數(shù)字集成電路的性能參數(shù)主要包括：數(shù)字集成電路的性能參數(shù)主要包括： u直流電源電壓直流電源電壓u輸入輸入 / 輸出邏輯電平輸出邏輯電平u扇出系數(shù)扇出系數(shù)u傳輸延時(shí)傳輸延時(shí)35l 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)TTL門(mén)的輸入門(mén)