ch13門電路和組合邏輯電路(修改)

13.1

分立元件門電路13.2

TTL與非門電路13.4

組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)第

13章門電路和組合邏輯電路一類稱為模擬信號(hào)，它是指時(shí)間上和數(shù)值上的變化都是連續(xù)平滑的信號(hào)，如圖(a)中的正弦信號(hào)，處理模擬信號(hào)的電路叫做模擬電路。電子電路中的信號(hào)分為兩大類：一類稱為數(shù)字信號(hào)，它是指時(shí)間上和數(shù)值上的變化都是不連續(xù)的，如圖(b)中的信號(hào)，處理數(shù)字信號(hào)的電路稱為數(shù)字電路。(b)(a)

邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯元件。

所謂門就是一種開關(guān)，它能按照一定的條件去控制信號(hào)的通過或不通過。門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系(因果關(guān)系)，所以門電路又稱為邏輯門電路。

基本邏輯關(guān)系為“與”、“或”、“非”三種。

門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門等。13.1基本門電路及其組合13.1.1門電路的基本概念設(shè)：開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示，開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。邏輯表達(dá)式：

Y=A?B（1）“與”邏輯關(guān)系“與”邏輯關(guān)系是指當(dāng)決定某事件的條件全部具備時(shí)，該事件才發(fā)生。000101110100ABY220V+-BYA邏輯狀態(tài)表1.與門電路(2)二極管“與”門電路

1.電路2.工作原理輸入A、B、C全為高電平“1”，輸出Y為“1”。輸入A、B、C不全為“1”，輸出Y為“0”。0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0.3V00000010101011001000011001001111ABYC“與”門邏輯狀態(tài)表3.3V0.3V(2)二極管“與”門電路4.邏輯關(guān)系：“與”邏輯即：有“0”出“0”，

全“1”出“1”Y=ABC3.邏輯表達(dá)式：

5.邏輯符號(hào)：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“與”門邏輯狀態(tài)表BY220VA+-(1)“或”邏輯

“或”邏輯關(guān)系是指當(dāng)決定某事件的條件之一具備時(shí)，該事件就發(fā)生。邏輯表達(dá)式：

Y=A+B邏輯狀態(tài)表011111011000ABY2、或門電路(2).二極管“或”門電路

1.電路0V0V0V0V0V3V3V3V3V-0.3V00000011101111011001011101011111ABYC“或”門邏輯狀態(tài)表2.7V2.7V-U-12VRDADCABYDBC2.工作原理輸入A、B、C全為低電平“0”，輸出Y為“0”。輸入A、B、C有一個(gè)為“1”，輸出Y

為“1”。(2)二極管“或”門電路4.邏輯關(guān)系：“或”邏輯即：有“1”出“1”，

全“0”出“0”Y=A+B+C3.邏輯表達(dá)式：

5.邏輯符號(hào)：ABYC>100000011101111011001011101011111ABYC“或”門邏輯狀態(tài)表3.非門電路

“非”邏輯關(guān)系是否定或相反的意思。邏輯表達(dá)式：Y=A狀態(tài)表101AY0Y220VA+-R(1)非邏輯(2)三極管“非”門電路+UCCARKRCYT

1

0截止飽和2.邏輯表達(dá)式：Y=A“0”10“1”

1.電路“0”“1”AY“非”

門邏輯狀態(tài)表3.邏輯符號(hào)1AY例：根據(jù)輸入波形畫出輸出波形ABY1有“0”出“0”，全“1”出“1”有“1”出“1”，全“0”出“0”&ABY1>1ABY2Y21、“與非”門電路有“0”出“1”，全“1”出“0”“與”門&ABCY&ABC“與非”門00010011101111011001011101011110ABYC“與非”門邏輯狀態(tài)表Y=ABC邏輯表達(dá)式：1Y“非”門13.1.3基本邏輯門電路的組合2、“或非”門電路有“1”出“0”，全“0”出“1”1F“非”門00010010101011001000011001001110ABFC“或非”門邏輯狀態(tài)表“或”門ABC>1“或非”門FABC>1F=A+B+C邏輯表達(dá)式：3、“與或非”門電路“與或非”門邏輯表達(dá)式：1Y>1&AB&CDYABC>1&D&總結(jié)&ABY邏輯門與或非與非或非圖形符號(hào)邏輯式Y(jié)＝A·BY=A+BY=AY=A·BY=A+BABY≥11AY&YABABY≥1歸納五種常用邏輯門如下：輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)多發(fā)射極三極管13.2TTL門電路1.電路T4Y

R3AB

CR4R2R1T3T2+5VT1DE2E1B等效電路CR1+5V13.2.1TTL與非門電路“1”(3.6V)(1)輸入全為高電平“1”(3.6V)時(shí)4.3VT2、T4飽和導(dǎo)通鉗位2.1VE結(jié)反偏截止“0”(0.3V)

負(fù)載電流（灌電流）輸入全高“1”,輸出為低“0”1V2.工作原理C2T4Y

R3AB

R4R2R1T3T2+5VT1DT5YR3R5AB

CR4R2R1T3T4T2+5VT12.工作原理1VT2、T5截止

負(fù)載電流（拉電流）(2)輸入端有任一低電平“0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”輸入有低“0”輸出為高“1”流過E結(jié)的電流為正向電流VY5-0.7-0.7

=3.6V5VC2有“0”出“1”全“1”出“0”“與非”邏輯關(guān)系001110101011ABY“與非”門邏輯狀態(tài)表Y=AB3邏輯表達(dá)式:Y&AB“與非”門

TTL與非門組件就是將若干個(gè)與非門電路，經(jīng)過集成電路工藝制作在同一芯片上。&+U/p>

1234567地74LS00&&&74LS00組件含有兩個(gè)輸入端的與非門四個(gè)。邏輯符號(hào)&FEBA0

高阻0

0

1

1

0

1

11

1

0

111

1

10表示任意態(tài)13.2.2三態(tài)輸出“與非”門三態(tài)輸出“與非”狀態(tài)表ABEF輸出高阻功能表&FEBA三態(tài)門應(yīng)用：可實(shí)現(xiàn)用一條總線分時(shí)傳送幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)。“1”“0”“0”如圖所示：總線&A1B1E1&A2B2E2&A3B3E3A1

B113.4

組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)&ABY邏輯門與或非與非或非圖形符號(hào)邏輯式Y(jié)＝A·BY=A+BY=AY=A·BY=A+BABY≥11AY&YABABY≥1歸納五種常用邏輯門如下：13.4.1邏輯代數(shù)

邏輯代數(shù)（又稱布爾代數(shù)），它是分析設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。雖然它和普通代數(shù)一樣也用字母表示變量，但變量的取值只有“0”，“1”兩種，分別稱為邏輯“0”和邏輯“1”。這里“0”和“1”并不表示數(shù)量的大小，而是表示兩種相互對(duì)立的邏輯狀態(tài)。

邏輯代數(shù)所表示的是邏輯關(guān)系，而不是數(shù)量關(guān)系。這是它與普通代數(shù)的本質(zhì)區(qū)別?；具\(yùn)算法則：1.邏輯代數(shù)運(yùn)算法則邏輯代數(shù)只有邏輯乘，邏輯加和求反三種基本運(yùn)算交換律：結(jié)合律：分配律：證明：√吸收率：證：證：√分配律110011111100反演律列狀態(tài)表證明：AB00011011111001000000表示方法邏輯式邏輯狀態(tài)表邏輯圖卡諾圖2.邏輯函數(shù)的表示方法&ABC1YY=ABC邏輯表達(dá)式：00010011101111011001011101011110ABYC“與非”門邏輯狀態(tài)表邏輯圖[例1]

應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡下列邏輯式：[解]3.

邏輯函數(shù)的化簡4.邏輯函數(shù)的變換例：用“與非”門構(gòu)成基本門電路(2)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“或”門電路(1)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“非”門電路BAY&&&由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：&YA(3)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“與”門電路(4)用“與非”門構(gòu)成“或非”門YBA&&&&由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：AY&B&由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：13.4.2組合邏輯電路的分析

(1)由邏輯圖寫出輸出端的邏輯表達(dá)式(2)運(yùn)用邏輯代數(shù)化簡或變換(3)根據(jù)最簡表達(dá)式列邏輯狀態(tài)表(4)由狀態(tài)表確定邏輯電路的邏輯功能已知邏輯電路確定邏輯功能分析步驟：例1：分析下圖的邏輯功能

(1)寫出邏輯表達(dá)式Y(jié)=Y2Y3=AABBAB...AB..AB.A..ABBY1.AB&&&&YY3Y2..(2)應(yīng)用邏輯代數(shù)化簡Y=AABBAB...=AAB+BAB..=AB+AB反演律=A(A+B)+B(A+B)..反演律=AAB+BAB..

(3)列邏輯狀態(tài)表ABY001100111001Y=AB+AB=AB邏輯式

(4)分析邏輯功能

輸入相同輸出為“0”，輸入相異輸出為“1”，稱為“異或”邏輯關(guān)系。這種電路稱“異或”門。

=1ABY邏輯符號(hào)(1)寫出邏輯式例2：分析下圖的邏輯功能.A

B.Y=ABAB

.A?B化簡&&11.BAY&A

B

=AB+AB

(2)列邏輯狀態(tài)表Y=AB+AB(3)分析邏輯功能

輸入相同輸出為“1”,輸入相異輸出為“0”,稱為“判一致電路”(“同或門”)

,可用于判斷各輸入端的狀態(tài)是否相同。=AB邏輯式

=1ABY邏輯符號(hào)=ABABY00110010011113.4.2組合邏輯電路的設(shè)計(jì)根據(jù)邏輯功能要求邏輯電路設(shè)計(jì)

(1)由邏輯要求，列出邏輯狀態(tài)表

(2)由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯表達(dá)式

(3)簡化和變換邏輯表達(dá)式

(4)畫出邏輯圖設(shè)計(jì)步驟如下：例設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路供三人表決使用

(1)列邏輯狀態(tài)表

0000

A

B

C

Y0010010001111000101111011111分析：A，B，C代表三人，1表示贊成，0表示不贊成，如果多數(shù)贊成，則指示燈亮，Y=1用輸入、輸出變量的邏輯狀態(tài)（“1”或“0”）以表格形式來表示邏輯函數(shù)。三輸入變量有八種組合狀態(tài)n輸入變量有2n種組合狀態(tài)

(2)寫出邏輯表達(dá)式

用“與”“或”“非”等運(yùn)算來表達(dá)邏輯函數(shù)的表達(dá)式。取Y=“1”(或Y=“0”)列邏輯式取Y=“1”對(duì)應(yīng)于Y=1，若輸入變量為“1”，則取輸入變量本身(如A)；若輸入變量為“0”則取其反變量(如A)。一種組合中，輸入變量之間是“與”關(guān)系，

0000

A

B

C

Y0010010001111000101111011111各組合之間是“或”關(guān)系(2)邏輯式反之，也可由邏輯式列出狀態(tài)表。

0000

A

B

C

F0010010001111000101111011111

(3)邏輯圖CBA&>1&>1

F13.5

加法器13.5.1二進(jìn)制

十進(jìn)制：0~9十個(gè)數(shù)碼，“逢十進(jìn)一”。在數(shù)字電路中，常用的組合電路有加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器和多路選擇器等。下面幾節(jié)分別介紹這幾種典型組合邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法。在數(shù)字電路中，為了把電路的兩個(gè)狀態(tài)(“1”態(tài)和“0”態(tài))與數(shù)碼對(duì)應(yīng)起來，采用二進(jìn)制。二進(jìn)制：0，1兩個(gè)數(shù)碼，“逢二進(jìn)一”。13.5.1