電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課件 第5章 門(mén)電路和組合邏輯電路_第1頁(yè)
電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課件 第5章 門(mén)電路和組合邏輯電路_第2頁(yè)
電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課件 第5章 門(mén)電路和組合邏輯電路_第3頁(yè)
電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課件 第5章 門(mén)電路和組合邏輯電路_第4頁(yè)
電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課件 第5章 門(mén)電路和組合邏輯電路_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩26頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)高等學(xué)校應(yīng)用型本科系列教材第5章

門(mén)電路和

組合邏輯電路電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)數(shù)字電路設(shè)計(jì),簡(jiǎn)稱數(shù)字設(shè)計(jì),又稱為邏輯電路設(shè)計(jì)或邏輯設(shè)計(jì)(LogicDesign),設(shè)計(jì)的最根本目的是構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)。在數(shù)字電路中,因?yàn)殡娮悠骷膶?dǎo)通與截止,電壓或者電流通常只有兩個(gè)狀態(tài):高電平或者低電平,有電流或者無(wú)電流。這樣的兩個(gè)狀態(tài)可用邏輯1(真)或邏輯0(假)來(lái)表示。通常數(shù)字信號(hào)用0、1符號(hào)構(gòu)成的序列表示。數(shù)字電路輸入與輸出的0、1序列間的邏輯關(guān)系便是該數(shù)字電路的邏輯功能的體現(xiàn)。因而,數(shù)字電路就是實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系的電路。數(shù)字電路通常由邏輯門(mén)、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、寄存器等邏輯器件構(gòu)成,分析的重點(diǎn)是電路輸入、輸出序列間的邏輯關(guān)系。5.1邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)

5.1.1邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)概述1847年,英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治·布爾首先提出了描述客觀事物邏輯關(guān)系的數(shù)學(xué)方法——布爾代數(shù)。1938年,克勞德·香農(nóng)將布爾代數(shù)用于設(shè)計(jì)電話繼電器開(kāi)關(guān)電路(SwitchingCircuit),因此又稱開(kāi)關(guān)代數(shù)(SwitchingAlgebra)。后來(lái),布爾代數(shù)被廣泛地應(yīng)用于解決數(shù)字邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)上,所以也叫做邏輯代數(shù)(LogicAlgebra)。邏輯代數(shù)像普通代數(shù)一樣,用字母表示變量,稱為邏輯變量。每個(gè)邏輯變量的取值只有0和1兩種可能,這里的0和1已不再表示數(shù)量的大小,而是代表兩種不同的邏輯狀態(tài)。如在邏輯推理中表示條件的有或無(wú)、事件的真或假、肯定或否定,在電路中表示電壓的高或低、開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)、晶體管的飽和或截止、熔絲的接通或斷開(kāi)等。5.1.2邏輯運(yùn)算5.1.3邏輯代數(shù)的公理與定理5.1.4邏輯函數(shù)的基本定理1.代入定理2.反演定理3.對(duì)偶定理5.1.5邏輯函數(shù)的表示方法常用的邏輯函數(shù)表示方法有:邏輯真值表(或邏輯狀態(tài)表)邏輯表達(dá)式邏輯圖波形圖5.1.6邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式1.最小項(xiàng)和最大項(xiàng)在有n個(gè)變量的邏輯函數(shù)中,若m為包含n個(gè)變量的與運(yùn)算,而且這n個(gè)變量均以原變量或反變量的形式在m中出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次,則稱m為該組變量的最小項(xiàng)(Minterm)。在有n個(gè)變量的邏輯函數(shù)中,若M為包含n個(gè)變量的或運(yùn)算,而且這n個(gè)變量均以原變量或反變量的形式在M中出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次,則稱M為該組變量的最大項(xiàng)(Maxterm)。2.邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式(1)與—或邏輯標(biāo)準(zhǔn)形式即最小項(xiàng)之或的形式。利用互補(bǔ)律可以把任何一個(gè)邏輯函數(shù)化為最小項(xiàng)之或的標(biāo)準(zhǔn)形式。這種標(biāo)準(zhǔn)形式在邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)以及計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。(2)或—與標(biāo)準(zhǔn)形式即最大項(xiàng)之與的形式。利用互補(bǔ)律在缺少某一變量的和項(xiàng)中加上該變量,然后利用分配律展開(kāi),就可以把任何一個(gè)邏輯函數(shù)化為最大項(xiàng)之與的標(biāo)準(zhǔn)形式。5.1.7邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)1.邏輯函數(shù)的最簡(jiǎn)形式化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的意義在于,用盡可能少的電子器件實(shí)現(xiàn)同一功能的邏輯電路,從而降低成本,提高設(shè)備的可靠性?;?jiǎn)邏輯函數(shù)的準(zhǔn)則是:在與—或、或—與邏輯函數(shù)中,要求其中包含的與項(xiàng)或或項(xiàng)最少,而且每個(gè)與項(xiàng)或或項(xiàng)里的因子也不能再減少。化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的目的就是要消去多余的與項(xiàng)和每個(gè)與項(xiàng)中多余的因子,以得到邏輯函數(shù)式的最簡(jiǎn)形式。2.公式化簡(jiǎn)法公式化簡(jiǎn)法的原理就是反復(fù)使用邏輯代數(shù)的公理和定理消去函數(shù)式中多余的與項(xiàng)和多余的因子,以求得函數(shù)式的最簡(jiǎn)形式。公式化簡(jiǎn)法經(jīng)常使用的方法有以下幾種。(1)并項(xiàng)法:利用合并律將兩項(xiàng)合并為一項(xiàng),并消去Y和這一對(duì)因子。而且,根據(jù)代入定理可知,X和Y都可以使任何復(fù)雜的邏輯式。(2)吸收法:利用吸收律將XY消去。X和Y可以是任何復(fù)雜的邏輯式。(3)消因子法:利用吸收律將中的或重的消去。X、Y均可以是任何復(fù)雜的邏輯式。(4)消項(xiàng)法:利用添加律將YZ項(xiàng)消去。其中X、Y、Z均可以是任何復(fù)雜的邏輯式。(5)添加項(xiàng)法:逆行利用添加律公式可以在邏輯函數(shù)式中添加一項(xiàng),消去兩項(xiàng),從而達(dá)到化簡(jiǎn)的目的。其中X、Y、Z均可以是任何復(fù)雜的邏輯式。3*.卡諾圖法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)(1)邏輯函數(shù)的卡諾圖表示法卡諾圖(KarnaughMap)是邏輯函數(shù)真值表的圖表形式,是由美國(guó)工程師卡諾(Karnaugh)首先提出來(lái)的。圖中列出了二、三、四變量最小項(xiàng)的卡諾圖。(2)用卡諾圖表示邏輯函數(shù)既然任何一個(gè)邏輯函數(shù)都能表示為若干最小項(xiàng)之或的形式,那么自然也就可以設(shè)法用卡諾圖來(lái)表示任意一個(gè)邏輯函數(shù)。具體的方法是首先把邏輯函數(shù)化為最小項(xiàng)之或的形式,然后在卡諾圖上與這些最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)的位置上填入1,在其余的位置上填入0,就得到了表示該邏輯函數(shù)的卡諾圖。也就是說(shuō),任何一個(gè)邏輯函數(shù)都等于它的卡諾圖中填入1的那些最小項(xiàng)之或。5.1.8具有無(wú)關(guān)項(xiàng)邏輯函數(shù)1.約束項(xiàng)、任意項(xiàng)和邏輯函數(shù)式中的無(wú)關(guān)項(xiàng)在分析某些具體的邏輯函數(shù)時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到輸入變量的取值不是任意的情況。對(duì)輸入變量取值所加的限制稱為約束。同時(shí),把這一組變量稱為具有約束的一組變量。2.無(wú)關(guān)項(xiàng)在化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)中的應(yīng)用化簡(jiǎn)具有無(wú)關(guān)項(xiàng)的邏輯函數(shù)時(shí),如果能合理利用這些無(wú)關(guān)項(xiàng),一般都可得到更加簡(jiǎn)單的化簡(jiǎn)結(jié)果。合并最小項(xiàng)時(shí),究竟把卡諾圖上的×作為1(即認(rèn)為函數(shù)式中包含了這個(gè)最小項(xiàng)),還是作為0(即認(rèn)為函數(shù)式中不包含這個(gè)最小項(xiàng))對(duì)待,應(yīng)以得到的相鄰最小項(xiàng)的圈最大,而且圈的數(shù)目最少為原則。5.2邏輯門(mén)電路

5.2.1半導(dǎo)體二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)特性邏輯代數(shù)中的各個(gè)邏輯變量和邏輯函數(shù)的取值只能是“0”或“1”,這里的“0”和“1”表示的是兩種不同的邏輯狀態(tài),就像真與假、有與無(wú)、開(kāi)與關(guān)、導(dǎo)通與截止、高電平與低電平等。在電路中通常用高電平與低電平表示這兩種邏輯狀態(tài),用電路的通與斷實(shí)現(xiàn)這兩種邏輯狀態(tài)。5.2.2分離元件門(mén)電路1.二極管與門(mén)(DiodeANDGate)2.二極管或門(mén)(DiodeORGate)3.三極管或非門(mén)(TransistorNOTGate)5.2.3TTL門(mén)電路1.TTL與非門(mén)工件原理及外部特性2.其它類型的TTL門(mén)電路(1)TTL與門(mén)電路(2)TTL或非門(mén)和與或非門(mén)電路(3)集電極開(kāi)路門(mén)電路(OC門(mén))(4)TTL三態(tài)門(mén)電路(TTLThree-StateGateCircuit)5.2.4ECL門(mén)電路1.ECL門(mén)電路結(jié)構(gòu)2.ECL門(mén)電路的工作特點(diǎn)5.2.5MOS門(mén)電路MOS集成邏輯門(mén)電路有PMOS、NMOS和CMOS三種類型。用N溝道增強(qiáng)型MOS管構(gòu)成的集成電路稱為NMOS電路;用P溝道增強(qiáng)型MOS管構(gòu)成的集成電路稱為PMOS電路;用N溝道增強(qiáng)型MOS管和P溝道增強(qiáng)型MOS管互補(bǔ)構(gòu)成的集成電路稱為CMOS電路。1.NMOS門(mén)電路2.CMOS門(mén)電路(1)CMOS非門(mén)(2)CMOS與非門(mén)(3)CMOS或非門(mén)(4)CMO與或非門(mén)(5)CMOS傳輸門(mén)(6)CMOS三態(tài)門(mén)(7)CMOS漏極開(kāi)路門(mén)(OD門(mén))(CMOSOpen-DrainGate)(8)施密特觸發(fā)器輸入門(mén)(Schmitt-TriggerInputGate)3.CMOS門(mén)電路特點(diǎn)和使用中應(yīng)注意的問(wèn)題5.3組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)組合邏輯電路(CombinationalLogicCircuits)由門(mén)電路組合而成,在電路結(jié)構(gòu)上沒(méi)有反饋回路,在功能上不具備記憶能力,即某一時(shí)刻的輸出狀態(tài)只取決于該時(shí)刻的輸入狀態(tài),而與電路過(guò)去的狀態(tài)無(wú)關(guān)。5.3.1組合邏輯電路的結(jié)構(gòu)5.3.2組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的一般分析步驟如下:(1)根據(jù)給定的邏輯電路圖,分別用符號(hào)標(biāo)注各級(jí)門(mén)的輸出。(2)從輸入端到輸出端,逐級(jí)寫(xiě)出邏輯函數(shù)表達(dá)式,并寫(xiě)出最后的輸出邏輯函數(shù)的表達(dá)式。(3)利用代入規(guī)則,將電路中添加的標(biāo)注符號(hào)消除,得到電路的輸出函數(shù)與輸入變量的邏輯函數(shù)表達(dá)式。(4)利用公式化簡(jiǎn)法、卡諾圖化簡(jiǎn)法或表格化簡(jiǎn)法對(duì)邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)。(5)列出真值表或畫(huà)出波形圖。(6)判斷電路的邏輯功能,或評(píng)定電路的技術(shù)指標(biāo)。上述的分析步驟中,前面5個(gè)步驟都不難,只需細(xì)心即可。但最后一步往往需要經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析才可以得出結(jié)論,有時(shí)可能還需要借助于分析者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。上述的分析步驟也不是一成不變的,有些簡(jiǎn)單的邏輯電路,可以不加標(biāo)注就直接寫(xiě)出輸出邏輯函數(shù)與輸入變量之間的關(guān)系。5.3.3組合邏輯電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟(1)邏輯抽象(LogicAbstract)。分析設(shè)計(jì)題目要求,確定輸入變量和輸出邏輯函數(shù)的數(shù)目及其關(guān)系。許多設(shè)計(jì)要求往往沒(méi)有直接給出明顯的邏輯關(guān)系,因此要求設(shè)計(jì)者對(duì)所設(shè)計(jì)的邏輯問(wèn)題有一個(gè)全面的理解,對(duì)每一種可能的情況都能作出正確的判斷,有時(shí)還需要給予邏輯定義。如開(kāi)關(guān)的狀態(tài)用邏輯描述時(shí),可以定義“開(kāi)(ON)”為邏輯1,“關(guān)(OFF)”為邏輯0。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和定義的邏輯狀態(tài),列出真值表。(3)由真值表寫(xiě)出邏輯函數(shù)表達(dá)式,并用公式法或表格法化簡(jiǎn),或直接用卡諾圖化簡(jiǎn)后寫(xiě)出最簡(jiǎn)邏輯函數(shù)表達(dá)式。(4)根據(jù)要求使用的門(mén)電路類型,將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換為與之相適應(yīng)的形式。(5)根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫(huà)出邏輯電路圖。在組合邏輯電路的設(shè)計(jì)中,邏輯抽象是關(guān)鍵,需要仔細(xì)分析各種邏輯關(guān)系和因果關(guān)系,必須包括所有情況,不能遺漏。5.3.4常用組合邏輯器件1.編碼器(Encoder)將一個(gè)數(shù)字、文字、人名或者信號(hào)用數(shù)字代碼來(lái)表示的過(guò)程,稱為編碼。能完成編碼功能的電路或裝置成為編碼器。n位二進(jìn)制數(shù)編碼可以表示2n種不同的情況。一般而言,m個(gè)不同的信號(hào),至少需要用n位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼,m和n之間的關(guān)系為m≤2n。普通編碼器優(yōu)先編碼器2.譯碼器(Decoder)譯碼是編碼的逆過(guò)程,是將數(shù)字代碼翻譯成它原來(lái)所代表的文字、數(shù)字或信息等的過(guò)程。能完成譯碼功能的電路或裝置,稱為譯碼器。數(shù)字譯碼器主要有二進(jìn)制譯碼器、BCD碼譯碼器和顯示譯碼器等。假設(shè)譯碼器有n個(gè)輸入端,m個(gè)譯碼輸出端,如果m=2n,則稱為全譯碼器,如果m<2n,則稱為部分譯碼器。(1)二進(jìn)制譯碼器(BinaryDecoder)(2)BCD碼譯碼器(BCDDecoder)(3)顯示譯碼器(DisplayDecoder)在數(shù)字系統(tǒng)中,常常需要將數(shù)字、符號(hào)甚至文字的二進(jìn)制代碼翻譯成人們習(xí)慣的形式并直觀地顯示出來(lái),供人們讀取以監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況。能夠完成這種功能的譯碼器就稱為顯示譯碼器。3.數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)選擇器也叫多路開(kāi)關(guān),其功能是從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路送到輸出端。而數(shù)據(jù)分配器是將單路輸入數(shù)據(jù)根據(jù)要求分配到不同的輸出端。(1)數(shù)據(jù)選擇器(Multiplexer)數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)地址選擇碼從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇一路到數(shù)據(jù)輸出端輸出,常用的數(shù)據(jù)選擇器有二選一(74LS157、74LS257)、四選一(74LS153、74LS253)、八選一(74LS151、74LS251)和十六選一(74LS150等)。(2)數(shù)據(jù)分配器(Demultiplexer)數(shù)據(jù)分配器是將一

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論