電子線路與數(shù)字邏輯教案

教案說明

教案是教師為實施課堂教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)大綱要求而精心設(shè)計的授課方案；是

教師依據(jù)教學(xué)大綱，在深透鉆研教材，參考大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，遵循教案編

寫程序形成的文字材料。

一、教案大綱基本內(nèi)容及要求

1、教學(xué)目標：包括知識目標、能力培養(yǎng)目標和思想教育目標，確定教學(xué)目

標的依據(jù)一是大綱，二是教材，三是學(xué)生。教學(xué)大綱規(guī)定了各年級、各學(xué)科的基

礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)技能訓(xùn)練的基本要求，因此不能脫離大綱的指導(dǎo)；每章節(jié)教材都有

各自的特點，因此必須從具體的教材內(nèi)容出發(fā)；學(xué)生的知識水平和接受能力也有

差異，因此又必須針對學(xué)生的實際情況。只有三者兼顧，教學(xué)目標才能準確定位。

2、課時安排：根據(jù)教學(xué)計劃，按章節(jié)安排課時。課時安排要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容

要求和學(xué)生的接受能力而定，各課時教學(xué)內(nèi)容的分配要講究科學(xué)性、合理性。

3、重點難點：教學(xué)重點是教材中為了達到教學(xué)目的而著重指導(dǎo)學(xué)生必須熟

練掌握的內(nèi)容。教學(xué)難點就是學(xué)生對教材中不易理解掌握的地方。重點和難點的

確定，一定要站在學(xué)生的角度去考慮。教師認為易學(xué)好懂的地方，學(xué)生不一定感

到好學(xué)。

4、主要內(nèi)容：按章節(jié)詳細編寫授課內(nèi)容，突出重點難點，每章節(jié)講稿的內(nèi)

容是教學(xué)大綱的分散點和具體落腳點，要突出重點，分散難點，每堂課教學(xué)內(nèi)容

的量要基本相近，不能過輕或過重。在講稿編寫過程中，盡可能針對教學(xué)過程中

的主要內(nèi)容設(shè)計板書。

5、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法是在科學(xué)理論指導(dǎo)下，探求完成教學(xué)任務(wù)，

實現(xiàn)最佳效果所選用的教和學(xué)的方法。教學(xué)方法的選擇主要依據(jù)一定的教學(xué)目

的，因此，它所要求的教法巨然也不同。教學(xué)方法的選擇和運用要從實際出發(fā)，

除了依據(jù)一定的教學(xué)目的,還要依據(jù)教材的特點，以及符合學(xué)生掌握知識的規(guī)律,

要在實踐中不斷改進教學(xué)方法和手段，以期獲得良好的效果，

6、教具準備：教學(xué)過程中需要用的輔助材料。

7、教學(xué)后記：教師應(yīng)重視填寫“教學(xué)后記”，把課堂上出現(xiàn)的一些偶發(fā)事件

的處理、教學(xué)藝術(shù)火花的閃現(xiàn)、教學(xué)環(huán)節(jié)的巧妙銜接等都記錄下來，作為研究教

學(xué)的第一手資料。

二、教案質(zhì)量標準及質(zhì)量保證

1、教學(xué)目標要求準確，符合人才培養(yǎng)目標。

2、教學(xué)內(nèi)容所涉及的知識信息，要求把握好教什么與學(xué)什么、深度與廣度、

重點與難點、能力點和思想教育點等。

3、教學(xué)方法與手段要能達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，教法要靈活、得當(dāng)，師

生要互動。

4、教學(xué)后記能夠作用于以后的教學(xué)活動。

5、任課教師必須在授課前認真編寫教案，并經(jīng)教研室主任組織審定，合格

者再經(jīng)學(xué)院批準后方可在教學(xué)中使用。

6、編寫完的教案及講稿應(yīng)及時并不斷地補充、修正、完善，吸收教改和科

研新成果，反映學(xué)科和課程的前沿動態(tài)。

7、任課教師授課時必須攜帶教案。

課程教學(xué)進度表

（2016—2017學(xué)年學(xué)期適用）

任課老師在每學(xué)期開課前根據(jù)課程教學(xué)大綱編寫“課程教學(xué)進度表”，經(jīng)教

研組討論后在開學(xué)后一周內(nèi)發(fā)至學(xué)生班級，學(xué)院備案。

學(xué)院：信工學(xué)院系所：電工電子中心任課教師：鄭朝丹

性別：女年齡：38職稱：講師

學(xué)歷學(xué)位：博士研究生所學(xué)專業(yè)：電子材料

課程名稱：電子線路與數(shù)字邏輯

任課班級：信息安全15級

負責(zé)人簽字：鄭朝丹

本

學(xué)已本學(xué)期本學(xué)期時數(shù)

課

完

課

上

周

程

成

堂

課

學(xué)

學(xué)

總分小講實設(shè)計實

討

周

時

時

時

數(shù)

數(shù)

數(shù)

數(shù)

數(shù)計課論驗作業(yè)踐

48316348

教學(xué)方式課堂講解

教材《數(shù)字邏輯》第四版，歐陽星明

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》數(shù)字部分，第六版，康華光，2014

教學(xué)參考書

《電子學(xué)》第二版，PaulHorowitz等著,吳利民等譯，2013

周B教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)及時數(shù)

實

（包括講課、習(xí)題課、課堂討論、驗

餅習(xí)題設(shè)其合

次實備注

B課計他計

課踐

實驗課、課程設(shè)計、作業(yè)及其他）

1.1.概述；數(shù)字系統(tǒng)介紹、數(shù)字邏輯

4.12

電路的類型和研究方法；

認識常見電子元器件（RC/LC）、二

5.12

極管、三極管

1.2.數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1.3帶符號二進

6.1制數(shù)的代碼表示；L4幾種常用的編2

碼

2.1.邏輯代數(shù)的基本概念；2.2邏

7.12

輯代數(shù)的基本定理和規(guī)則；

2.3邏輯函數(shù)表達式的形式與變換

7.22

2.4邏輯函數(shù)化簡

3.1數(shù)字集成電路的分類；3.2半導(dǎo)

8.12

體器件的開關(guān)特性

3.3邏輯門電路，簡單邏輯門電路，

9.12

TTL邏輯門電路

9.23.3.2TTL集成邏輯門電路2

10.13.4觸發(fā)器，基本RS觸發(fā)器2

11.13.4.2常用的鐘控觸發(fā)器2

11.24.1組合邏輯電路的分析2

12.14.2組合邏輯電路的設(shè)計2

13.14.3組合邏輯電路的險象的處理2

7.1常用中規(guī)模組合邏輯電路：加

13.22

法器、譯碼器、編碼器

7.1.2選擇器與分配器；7.2計數(shù)

14.12

器，寄存器

15.15.1時序邏輯電路概述2

5.2同步時序邏輯電路的分析方

15.22

法

5.3同步時序邏輯電路的設(shè)計方

16.12

法

7.2常用中規(guī)模時序邏輯電路：計

17.12

數(shù)器、寄存器；

7.2常用中規(guī)模時序邏輯電路：計

17.22

數(shù)器、寄存器；

18.17.3.1555定時器2

19.17.3.2集成D/A轉(zhuǎn)換器2

19.27.3.3集成A/D轉(zhuǎn)換器2

教案

第一幸數(shù)李還科基礎(chǔ)

計劃學(xué)時：8

教學(xué)目標與要求：

（1）理解數(shù)字電路和數(shù)字信號的基本概念；掌握數(shù)制及轉(zhuǎn)換，理解8421BCD碼。

（2）熟練掌握邏輯代數(shù)的基本運算和基本定律，熟悉常用門電路的邏輯符號。

（3）熟悉常用函數(shù)的表示方法，掌握表達式、真值表、邏輯圖間的相互轉(zhuǎn)換。

（4）熟練掌握公式法和卡諾圖法化簡邏輯函數(shù)的基本方法；

教學(xué)主要內(nèi)袞、時間安挑及教學(xué)方法與手段：

1緒論（包括：模擬信號和數(shù)字信號，模擬電路、數(shù)字電路和混合信號電路，數(shù)

字電路的優(yōu)點，數(shù)字電路的發(fā)展及應(yīng)用）

2數(shù)制和碼制

3邏輯代數(shù)基礎(chǔ)（包括：基本邏輯運算、復(fù)合邏輯運算，基本公式和常用公式、

基本規(guī)則）

4邏輯函數(shù)及其表示方法

5邏輯函數(shù)的兩種標準形式

6邏輯函數(shù)的化簡（包括：邏輯函數(shù)化簡的意義，邏輯函數(shù)的公式化簡法，邏輯

函數(shù)的卡諾圖化簡法）

重A和難皮：

（1）基本邏輯運算；基本的公式、定律和規(guī)則。

（2）邏輯函數(shù)的真值表、邏輯式、邏輯圖之間的相互轉(zhuǎn)換。

（3）邏輯函數(shù)的兩種化簡方法。

第一講

數(shù)字電路概述

1.數(shù)字電路與模擬電路

電子電路中的信號可分為兩類一模擬信號和數(shù)字信號。

模擬信號是在時間和幅隹上都連續(xù)變化的信號，例如溫度、壓力、磁場、電

場等物理量通過傳感器變成的電信號，模擬語音的音頻信號和模擬圖像的視頻信

號等，如圖1.1（a）所示。對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。

數(shù)字信號是在時間和幅值上都不連續(xù)變化的離散信號，也可以說是由低電平

電信號和高電平電信號組成的信號，例如計算機中各部件之間傳輸?shù)男畔?、VCD

中的音視頻信號等，如圖1.1（b）所示。對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路

稱為數(shù)字電路，如數(shù)字電子鐘、數(shù)字萬用表的電子電路都是由數(shù)字電路組成的。

（a）模擬信號波形（b）數(shù)字信號波形

圖L1模擬信號和數(shù)字信號波形

2.數(shù)字電子技術(shù)的特點

1）數(shù)字電路的特點：精度高、可靠性強、應(yīng)用范圍廣、.集成度高且成本低、

功耗低。

2）研究的主要問題：輸入信號的狀態(tài)（0或1）與輸出信號的狀態(tài)間的邏輯關(guān)

系。

3）研究數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具：邏輯代數(shù)

3.數(shù)字電路的分類

1）按集成度：小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）

2）按開關(guān)器件類型：雙極性（TTL型）、單極性（M0S型）

3）按有無記憶功能：組合邏輯電路、時序邏輯電路

1.1數(shù)制與碼制

1.1.1數(shù)制

數(shù)制是表示數(shù)值大小的各種計數(shù)體制，即計數(shù)進位制的簡稱。

1.十進制

1）基數(shù)（radix）：10

2）數(shù)碼：1,?，10

3）進位規(guī)律：逢十進一

4）權(quán)：其中i=

[-/H?（7臂W是小鬻數(shù)入包.）

2.二進制

1）基數(shù)：2

2）數(shù)碼：1,0

3）進位規(guī)律：逢二進一

4）權(quán)：T

3.八進制

4.十六進制

數(shù)碼：0?9及A、B、C、D、E、F

十進制中的10?15在十六進制中用A、B、C、D、E、F表示

1.1.2數(shù)制轉(zhuǎn)換

1、其它進制數(shù)n十進制數(shù)

方法：加權(quán)系數(shù)求和法

【例1.1]（11001.011）2=（?）10

432,O12

解：（11001.011）2=1X2+1X2+0X2+0X2+1X2+0X2+1X2'

+1X2-3

=16+8+0+0+1+04-0.25+0+0.125=（25.375）

2、十進制數(shù)n其它進制數(shù)

方法：1）整數(shù)部分：除基數(shù)取余法（倒序）

2）小數(shù)部分：乘基數(shù)取整法

【例1.2】（50,75）|。=（110010.11.

3、二進制=八進制o十六進制

方法：分組轉(zhuǎn)換法

【例1.3](11001.11)2=(31.6)a=(19.C)u.

1.1.3碼制

數(shù)碼不僅可以表示大小，也可以表示事物，這種表示不同事物代號的數(shù)碼叫

代碼。編制代碼遵循的規(guī)則稱為碼制。

二一十進制編碼又稱為BCD(BinaryCodedDecimal)碼，即用二進制

代碼表示十進制的十個數(shù)碼0?9。至少要用四位二進制數(shù)才能表示0?9,

而四位二進制有16種組合，要在16種組合中挑出10個，分別表示0?9,怎么

挑呢？不同的挑法構(gòu)成了不同的BCD碼，如：8421碼、2421碼、余3碼、格雷

碼等。

1.8421BCD碼(恒權(quán)碼)用自然二進制的0000?1001來分別表示十進制

數(shù)的0?9十個數(shù)碼的，從高位到低位的權(quán)分別為8、4、2、1。

()(801.93)10=(100000000001.10010033)842g

注意：8421BCD碼#四位二進制數(shù)

2.5421BCD碼(恒權(quán)碼)

3.余三碼(無權(quán)碼)余三碼中每位的數(shù)碼沒有固定的權(quán)，它可由8421碼加

3得到。余三碼組成的四位二進制數(shù)比它代表的十進制數(shù)碼多三。

1.2邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

L2.1基本的邏輯運算

1.與運算

1)與邏輯：只有決定某個事件的全部條件同時具備時，這件事才發(fā)生，這

種因果關(guān)系叫做與邏輯。

2)真值表

3)邏輯表達式丫=4?BA-&

B一

4)與門邏輯符號

與門邏輯符號

5)基本運算規(guī)則：

2.或運算

1）或邏輯：在決定某個事件的各個條件中，只要有一個具備，這件事情就

會發(fā)生，這種因果關(guān)系叫做或邏輯。

2）真值表

3）邏輯表達式y(tǒng)二4+81一N1

B一

4）或門邏輯符號

成門邏輯符號

5）基本運算規(guī)則：

3.非運算

1）非邏輯：只要條件具備了，事件就不會發(fā)生；而當(dāng)條件不具備時，事件

一定發(fā)生，這種互相否定的因果關(guān)系叫做非邏輯，也叫做邏輯求反。

2）真值表

3）邏輯表達式Y(jié)=A

4）非門邏輯符號

5）基本運算規(guī)則：

非n龍輯符丹

4.復(fù)合邏輯運算

1）與非運算

①表達式

②謖輯符號

2）或非運算

①表達式丫=從+8

②邏輯符號

3）與或非運算

①表達式Y(jié)=AB+CD

②邏輯符號

4）異或運算

①表達式y(tǒng)-4④〃

②邏輯符號

③真值表

5）同或運算

①表達式y(tǒng)=AOB=NZ+A3

②邏輯符號

③真值表

第二講

L2.2邏輯代數(shù)的基本公式、定理和規(guī)則

1.邏輯代數(shù)的基本公式

1)邏輯常量運算公式

2)邏輯變量與常量運算公式

0-1律：4+O=A,A+l=l;Al=A,AO=O

互補律：A+A=IAA=O

重疊律(自等律)：A+A=A4A

雙重否定律(還原律)：A=A

3)邏輯代數(shù)的基本定理

交換律：AB=BAA+B=B+A

結(jié)合律：(AB)-C=4(B?C)(A+B)+C=A+(B+C)

分配律：A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A^C)

反演律(摩根定律)：A+B=AB7TB=~A+'B

吸收律：

A+AB=AAB+AB=A

A+AB=A+B

AB+AC+BC=AB+AC

2.邏輯代數(shù)的三個基本規(guī)則

利用這三個規(guī)則，可以得到更多的公式，也可擴充公式的應(yīng)用范圍。

1)代入規(guī)則

任何一個含有變量A的等式，如果將所有出現(xiàn)A的位置都用同一個邏輯函數(shù)

代替，則等式仍然成立。

例如，己知等式而=1+豆，用函數(shù)Y二AC代替等式中的A,根據(jù)代入規(guī)貝IJ,

等式仍然成立，即有：

(AC)B=AC+B=A+B+C

據(jù)此可以證明n個變量的摩根定律成立。

2）反演規(guī)則

對于任何一個邏輯表達式Y(jié),如果將表達式中的所有“產(chǎn)換成“+”

換成“?"，“0”換成“1”，“1”換成“0”，原變量換成反變量，反變量換成

原變量，那么所得的表達式就是函數(shù)Y的反函數(shù)（或稱補函數(shù)）Fo這個規(guī)則稱

為反演規(guī)則。

利用反演規(guī)則可以很容易地求出一個函數(shù)的反函數(shù)。

注意：①邏輯運算的優(yōu)先順序不變；②不是單個變量的反號保持不變。

3）對偶定理

對于任何一個邏輯表達式Y(jié),如果將表達式中的所有“?”換成“+”，

“+”換成“?"，“0”換成“1”，“1”換成“0”，而變量保持不變，則可得到

一個新的函數(shù)表達式Y(jié)',Y'稱為函數(shù)Y的對偶函數(shù)，這個規(guī)則稱為對偶規(guī)則。

例如：

對偶規(guī)則的意義在于：如果兩個函數(shù)相等，則它們的對偶函數(shù)也相等。

【例1】證明邏輯等式：AB^ABC+ABD+AB（C+D）=AB

1.3邏輯函數(shù)的建立及其表示方法

1.3.1邏輯函數(shù)的建立

【例2】三人多數(shù)表決電路

設(shè)定變量，狀態(tài)賦值；列些真值表

1.3.2邏輯函數(shù)的表示方法

常用的邏輯函數(shù)表示方法有：

1.邏輯表達式（不唯一）

2.真值表（唯一性）

3.卡諾圖（唯一性）

4.邏輯圖（不唯一）

5.波形圖（不唯一）

1.3.3邏輯函數(shù)的最小項表示法

1.最小項：所有變量都以原變量或以反變量的形式出現(xiàn)一次，并只出現(xiàn)一次

的與項（乘積項）

2.編號表示法：/〃i

3.性質(zhì)：

l）n個變量的邏輯函數(shù)有2n個最小項。

2）任意一個最小項，只有一組變量取值可使其值為1。

3）任意兩個不同最小項的乘積必為Oo

4）全部最小項的和必為lo

4.邏輯函數(shù)的最小項表達式

【例3】將丫=初+及展開成最小項表達式。

1.3.4邏輯函數(shù)不同表示方法間的轉(zhuǎn)換

1.真值表o表達式

［例4］寫出例2直值表的邏輯函數(shù)表達式。

【例5】寫出例3邏輯函數(shù)表達式的真值表。

2.邏輯圖=表達式

【例6】寫出下圖所示邏輯圖的邏輯函數(shù)表達式。

【歸納總結(jié)】

邏輯代數(shù)的基本公式、定律和定理是邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)，必須熟記于心，才能

做到靈活運用；邏輯函數(shù)表達式有不同的表示方法，最小項及函數(shù)的最小項表示

法要熟練掌握。

第三講

【引入】

根據(jù)邏輯表達式，可以畫出相應(yīng)的邏輯圖。但是直接根據(jù)邏輯要求而歸納出

來的邏輯表達式及其對應(yīng)的邏輯電路，往往不是最簡單的形式，這就需要對邏輯

表達式進行化簡。用化簡后的邏輯表達式來構(gòu)成邏輯電路，所需的門電路的數(shù)目

最少，電路最簡單，這樣有利于提高運算速度、穩(wěn)定性，也比較經(jīng)濟。

【新課】

1.4邏輯函數(shù)的化簡方法

化簡邏輯函數(shù)經(jīng)常用到的方法有兩種：一種是公式（代數(shù)）化簡法，就是利

用邏輯代數(shù)中的公式進行化簡；另一種是卡諾圖化簡法，用來進行化簡的工具是

卡諾圖。

L4.1邏輯函數(shù)的最簡表達式

邏輯函數(shù)表達式的一般形式：

與-或表達式

或-與表達式

與非-與非表達式

或非-或非表達式

與-或-非表達式

每種表達式都有相應(yīng)的最簡形式。

L4.2公式化簡法

公式化簡法就是運用邏輯代數(shù)的基本公式、定律和定理來化簡邏輯函數(shù)的一

種方法。

1.常規(guī)法：利用幾個常用的公式化簡

AB+AB=A

A+AB=A

A+AB=A+B

AB+AC+BC=A13+AC

【例1】用公式法化簡邏輯函數(shù)丫=入5+A萬心+?

（略）

【例2］用公式法化簡邏輯函數(shù)y=4）+A5+AB+XC+心O+A5研

（略）

2.配項法

利用公式4+入=1;A^=0;A+A=4;AB+^C+5C=AB+KC,先寫入某項，

展開后消去多余項。

【例3】用公式法化簡邏輯函數(shù)y=A三+8個+殺7+反'

（有兩種答案：Y=AB+AC+BC=AB+AC+BC）

公式化簡法的優(yōu)點是簡單方便，不受邏輯變量數(shù)目的限制，適用于變量較多

的邏輯函數(shù)是化簡。缺點是直觀行差，難以判斷所得的結(jié)果是否為最簡。而卡諾

圖化簡法具有直觀、形象且有規(guī)律，是邏輯函數(shù)化簡的一種常用方法。

L4.3卡諾圖化簡法

卡諾圖化簡法是將邏輯函數(shù)用卡諾圖來表示，在卡諾圖上進行函數(shù)化簡的方

法。

L卡諾圖

1）邏輯相鄰性：如果一個邏輯函數(shù)的某兩個最小項只有一個變量不同，其

余變量均相同，則稱這樣的兩個最小項為相鄰最小項。

2）卡諾圖：將代表n個變量的邏輯函數(shù)的2n個最小項的小方格，按相鄰規(guī)

則排列的方格圖。

3）畫法:

^BC

A\()001II10

0口|「

1

2變St片諾圖3變5H：曲圖

2.邏輯函數(shù)的卡諾圖

在卡諾圖上那些與給定邏輯函數(shù)的最小項相應(yīng)的方格內(nèi)填入1,其余的方格

內(nèi)填入0（或省略不填），即得到該函數(shù)的卡諾圖。

【例4】畫出邏輯函數(shù)y二通心+Mc+A前+ABC的卡諾圖。

［例5］畫出邏輯函數(shù)y（A8c。）=＞皿3,4,6,7,1114,15）的卡諾圖。

3.化簡邏輯函數(shù)

1）合并相鄰項的規(guī)律：

2n個標1的相鄰最小項（相鄰1方格）合并，可消去n個變量。

2）化簡的步驟：

①畫變量的卡諾圖

②畫出函數(shù)的卡諾圖一一填“1”

③合并相鄰1方格最小項一一圈“1”

④寫最簡與或表達式

【例6】試用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)丫=茄心+^C+痛心+ABC。

\CD

AB\OQ0111io

6

A\00011110

11

0-0-10

【例7］試用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)y（A民CD）=Z〃z（l,3,4,6,7,11,14,15）。

（略）

3）畫圈原則：圈數(shù)最少、圈盡可能大、有小到大、不能遺漏。

注意：2n個標1的相鄰最小項（相鄰1方格）才能合并

1方格可以重復(fù)圈，但在新包圍圈中至少要有一個尚未圈過的1

方格。

第四講

【復(fù)習(xí)鞏固】

1)邏輯函數(shù)的化簡方法

2)卡諾圖化簡法中，圈1時注意事項

【例1】試用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)y=AB+AC3+8己5+M+A次力

分析：利用合并相鄰項的規(guī)律簡化填“1”過程

1.4.4具有無關(guān)項的邏輯函數(shù)的化簡

1.無關(guān)項及其表示法

(1)無關(guān)項

在邏輯函數(shù)中變量的某些取值組合根本不會出現(xiàn)，或不允許出現(xiàn)。取值根本

不會出現(xiàn)或不允許出現(xiàn)的變量取值組合所對應(yīng)的最小項叫做約束項或無關(guān)項。

如“8421BCD碼顯示譯碼器電路”

“水箱問題”中的無關(guān)項問題。

(2)性質(zhì)

(3)表示法

邏輯表達式：約束條件

真值表(卡諾圖)：x

2.具有無關(guān)項的邏輯函數(shù)的化簡

根據(jù)需要，將“X”n“1”

【例2】化簡邏輯函數(shù)

尸(AB,C,D)=￡川0,2,4,6,8)+1,12,13,14,15)

【本模塊小結(jié)】

數(shù)字邏輯基礎(chǔ)是是邏輯電路分析和設(shè)計的基礎(chǔ)。要熟練掌握邏輯代數(shù)的基本

邏輯運算和基本定律，熟悉常用門電路的邏輯符號；熟悉常用邏輯函數(shù)的表示方

法，掌握表達式、真值表、邏輯圖間的相互轉(zhuǎn)換；熟練掌握公式法和卡諾圖法化

簡邏輯函數(shù)的基本方法。需要重點把握：邏輯函數(shù)不同表述方法之間的相互轉(zhuǎn)換

和邏輯函數(shù)的兩種化簡方法

【習(xí)題1］化簡LA8+AC+8C

【習(xí)題2】化簡y=Mc+A比+AB乙+ABC

【習(xí)題3】化簡

y(A,8,O=￡〃z(024,5,6)

ABC=O

注意：“X”="1”，但不是“1”

【習(xí)題4】寫出給定邏輯圖的輸出函數(shù)表達式。

教研組意見：

負責(zé)人簽字：年月日

教學(xué)后記(實施情況及分析人

舄二幸集成門電路

計劃學(xué)時：6

教學(xué)百標與要求：

（1）了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。

（2）熟練掌握基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或門）、三態(tài)門、OD門（OC

門）和傳輸門的邏輯功能。

（3）學(xué)會門電路邏輯功能分析方法。

（4）掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問題。

教學(xué)主要內(nèi)宗、時間安挑及教學(xué)方法與手段：

1CMOS門電路（MOS管的開關(guān)特性、CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理、

CMOS與非門、或非門和與或非門、CMOS門電路的電氣特性、CMOS邏輯電

路系列、CMOS漏極開路門、CMOS三態(tài)門、CMOS傳輸門）

2TTL門電路（二極管和三極管的開關(guān)特性、分立元件門電路、LSTTL與非門、

LSTTL門電路的電氣特性、TTL集電極開路門和三態(tài)門）

3集成門電路的接口

重A和唯A：

（1）CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和功能。

（2）TTL門電路的結(jié)構(gòu)和功能。

第一講

概述

邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。簡稱門電路。用邏

輯I和0分別來表示電子電路中的高、低電平的邏輯賦值方式，稱為正邏輯，

目前在數(shù)字技術(shù)中，大都采用正邏輯工作；若用低、高電平來表示，則稱為負邏

輯。本課程采用正邏輯。

獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）

兩種工作狀態(tài)。

在數(shù)字集成電路的發(fā)展過程中，同時存在著兩種類型器件的發(fā)展。一種是由

三極管組成的雙極型集成電路，例如晶體管-晶體管邏輯電路（簡稱TTL電路）

及射極耦合邏輯電路（簡稱ECL電路）。另一種是由MOS管組成的單極型集成電

路，例如N-MOS邏輯電路和互補MOS（簡稱COMS）邏輯電路,

分立元件門電路

二極管的開關(guān)特性

AJD(mA)

時，二

&v0.5V%-I

極管截止，iD=0o

UBR

UD(V)

To-0.50.7

S>0.5U時，

伏安特性一極管導(dǎo)通。開關(guān)電路

D

時的等效電路%=5U時的等效電路

%=ov時，二極管截止,%=5U時，二極管導(dǎo)通，如

同0.7U的電壓源，以。=4.3鞏

如同開關(guān)斷開，uo=OVo

二極管的反向恢復(fù)時間限制了二極管的開關(guān)速度。

三極管的開關(guān)特性NPN型三極管截止、放大、飽和3種工作狀態(tài)的特點

工作狀態(tài)截止放大飽和

條件4=00<4<4s九

發(fā)射結(jié)反發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正

偏偏偏

偏置情況集電結(jié)反集電結(jié)反集電結(jié)正

偏偏偏

工Ub8>0,UBC<0UBE>0,UBC>0

作集電極電4=0lc=B2B】c=Jcs

特流

點&E=KC-UcE=%S=

ce間電壓如=Kc

0.3V

很大，很小，

ce間等效

相當(dāng)開關(guān)可變相當(dāng)開關(guān)

電阻

斷開閉會

二極管門電路1、二極管與門

>+丘(+w)

j輸入輸出

5VDi3kQA8Y

Ld____

N000

J匕010

0VBo-100

111

I工D,

WA"BUY

I導(dǎo)通導(dǎo)通

OVOV0.7V

A

OV5V0.7V導(dǎo)通截止0-----&

—oY

5VOV0.7V截止導(dǎo)通B

1截止截止0—

5V5V5V

2、二極管或門

5VA

OV

小珠M-D.D2

OVOV截止

OV4.3截止

OVV截止

5V4.3導(dǎo)通

5VV導(dǎo)通

0V4.3截止

5V5VV導(dǎo)通

導(dǎo)通

三極管非門

三極管臨界飽和時

的基極電流為：

5-0.3…人

--------=0.16mA

30x1

理〉&$，三極管工作

在飽和狀態(tài)。輸出電

壓〃Y=&ES=03V。

AY

①〃A=OU時，三極管截止，jB=0,ic=0,01

輸出電壓〃Y=%C=5V

10

②以=5U時，三極管導(dǎo)通?；鶚O電流為:

4.3

組合邏輯門電路

1、與非門電路

XC

5

0

第二講

集成邏輯門電路

一、TTL與非門

1、電路結(jié)構(gòu)

(1)抗飽和三極管

作用：使三極管工作在淺飽和狀態(tài)。因為三極管飽和越深，其工作速度越慢，為

了提高工作速度，需要采用抗飽和三極管。

構(gòu)成：在普通三極管的基極B和集電極C之間并接了一個肖特基二極管(簡稱

SBD)o

特點：開啟電壓低，其正向?qū)妷褐挥?.4V,比普通硅二極管0.7V的正向?qū)?/p>

通壓降小得多；沒有電荷存儲效應(yīng)；制造工藝和TTL電路的常規(guī)工藝相容，甚至

無須增加工藝就可制造出SBDo

(2)采用有源泄放電路+&(+5V)

上圖中的V6、L、R6組成。

2、HL與非門的工作原理￡4

221----------~0

⑴月的等效電路?3D3

匕是多發(fā)射極三極管，其有三個發(fā)射結(jié)為PN結(jié)。故輸入R

Vi的等效電路

級用以實現(xiàn)A、B、C與的關(guān)系。其等效電路如右圖所示。

(2)工作原理分析

①輸入信號不全為1：如UA=0.3V,UR=ur=3.6V

則UB1=O.3+0.7=1V,T2、

T5截止，T3、T4導(dǎo)通

忽略了B3,輸出端的電位

為：

wy^5-0.7-0.7=3.6V

輸出n為高電平。

②輸入信號全為1：

如UA=UB=UC3.6V

則噸1=2.IV,T2、T5導(dǎo)通，T3、丁4截止

輸出端的電位為：

uY=UCES=0.3V

輸出卜為低電平。

WAWBWY真值表

0.3V0.3V3.6V

AB

0.3V3.6V3.6V~~0~M

3.6V0.3V3.6V011

i1oi1

功能表36V3.6V0.3V工

謖輯表達式：

集成與非門電路引腳排列圖（頂視）:

74LS00的引腳排列圖74LS20的引腳排列圖

（74LS00內(nèi)含4個2輸入與非門，74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門）

3,電壓傳輸特性和噪聲容限

（1）電壓傳輸特性

定義：門電路輸出電壓隨輸入電壓變化的特性曲線稱為電壓傳輸特性。

（電壓傳輸特性曲線見課本圖3.3.3.）

（2）概念

輸入電平范圍：高電平LUn?Ux=L2?5V；低電平LUn?Uz=0.2?LOV

?關(guān)門電平。上述輸入低電平中的最大值，即U.F=加皿=1.0VO

只有當(dāng)輸入5〈UOFF時，與非門才關(guān)閉，輸出高電平。

?開門電平。上述輸入高電平中的最小值，即UON=UM1L2V

只有當(dāng)輸入口＞八時，與非門才開通，輸出低電平。

?閾值電壓。工作在電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點對應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓,

又稱為門檻電壓。用如表示。

近似分析時，可以認為：當(dāng)UY%時，與非門工作在關(guān)閉狀態(tài)，輸出高電平U°H；

當(dāng)

5時，與非門工作在開通狀態(tài)，輸出低電平Ik。

（3）噪聲容限

在輸入信號上疊加的噪聲電壓只要不超過允許值，就不會影響電路的正常邏輯功

能，這個允許值稱為噪聲容限。

電路的噪聲容限越大，其抗干擾能力就越強。

4、輸入負載特性

定義：輸入電壓口隨輸入端對地外接電阻R1變化的曲線，稱為輸入負載特性。

（1）在丫2和V5導(dǎo)通前，5隨4的增大而上升，輸入電壓口

在R上升到匕和V5開始導(dǎo)通時，出不能用上式進行計算。當(dāng)w上升到1.IV時,

%的基極電壓被鉗在1.8V上，V,利Vs導(dǎo)通，輸出u0為低電增Ik,此后，5不再

隨R1的增大而升高。5隨Ri變化的曲線如上面右圖所示。

?維持輸出高電平的&最大值稱為關(guān)門電阻，用R肝表示，其值約為700。。

?維持輸出低電平的R最小值稱為開門電阻，用電表示，其值約為2。IKQo

5、輸出負載特性

輸出電壓5隨負載電流I。變化的特性曲線稱為輸出負載特性。

6、傳輸延遲時間

由于二極管、三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通時，都需要一定的時間,

再加上其它原因，輸出電壓u。的脈沖波形不僅比輸入波形延遲了一定的時間，

而且波形的上升沿和下降沿也都變壞了。

低功耗肖特基系列

其它功能的TTL門電路

TTL集成邏輯門電路除與非門外，常用的還有集電極開路與非門、或非門、

與或非門、三態(tài)門和異或門等。它們都是在上面所述的非門的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。

1、集電極開路與非門（0C門）

?電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號

A

B

C

邏輯符號

?作用與功能

問題的提出：為解決一般TTL與非門不能線與而設(shè)計的。（作用）

功能：接入外接電阻R后：

①A、B不全為1時，UB1=1V,T2>T3截止，Y=lo}

②A、B全為1時,UBI=2.IV,T2、T3飽和導(dǎo)通，Y=0o

外接電阻"的取值范圍為：

?應(yīng)用

(a)實現(xiàn)線與(b)驅(qū)動顯示器(c)實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換2、與或非門

3、三態(tài)輸出門(TSLH)

?電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號

?工作原理

①當(dāng)麗=0時，二極管D截止，TSL門的輸出狀態(tài)完全取決于輸入信號力、B

的狀態(tài)，電路輸出與輸入的邏輯關(guān)系和一般與非門相同。

②當(dāng)麗=1時，二極管3導(dǎo)通，一方面使Uc2=lV,%截止；另一方面使電

=1V,從而使V2和V5截止。輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。

結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)。

?三態(tài)輸出門的應(yīng)用(a)構(gòu)成單向總線(b)構(gòu)成雙向總線

二、TTL數(shù)字集成電路及主要參數(shù)

TTL系列集成電路

①74：標準系列，前面介紹的HL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的

平均傳輸時間?d=10ns,平均功耗々10mW。

②74H：高速系列，是在74系列基礎(chǔ)上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳

輸時間tpd=6ns,平均功耗々22mW。

③74S：肖特基系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進得到的，其典型電路與非門的平

均傳輸時間Sd=3ns,平均功耗尸=19mW。

TTL與非門主要參數(shù)

（1）輸出高電平㈤H：TTL與非門的一個或幾個輸入為低電平時的輸出電平。

產(chǎn)品規(guī)范值?H22.4V,標準高電平長H=2.4VO

（2）高電平輸出電流TOE：輸出為高電平時，提供給外接負載的最大輸出電

流，超過此值會使輸出高電平下降。70H表示電路的拉電流負載能力。

（3）輸出低電平的L：TTL與非門的輸入全為高電平時的輸出電平。產(chǎn)品規(guī)

范值比L〈0.4V,標準低電平為L=0.4V。

（4）低電平輸出電流/OL：輸出為低電平時，外接負載的最大輸出電流，超

過此值會使輸出低電平上升。/0L表示電路的灌電流負載能力。

（5）扇出系數(shù)用：指一個門電路能帶同類門的最大數(shù)目，它表示門電路的

帶負載能力。一般HL門電路帖28,功率驅(qū)動門的用可達25。

（6）最大工作頻率備超過此頻率電路就不能正常工作。

（7）輸入開門電平4N：是在額定負載下使與非門的輸出電平達到標準低電平

比L的輸入電平。它表示使與非門開通的最小輸入電平。一般TTL門電路的比N

Q1.8V。

（8）輸入關(guān)門電平40FF：使與非門的輸出電平達到標準高電平比H的輸入電平。

它表示使與非門關(guān)斷所需的最大輸入電平。一般TTL門電路的4（）FF^0.8VO

（9）高電平輸入電流ZIH：輸入為高電平時的輸入電流，也即當(dāng)前級輸出為高

電平時，本級輸入電路造成的前級拉電流。

（10）低電平輸入電流/IL：輸入為低電平時的輸出電流，也即當(dāng)前級輸出為低

電平時，本級輸入電路造成的前級灌電流。

（11）平均傳輸時間rPd：信號通過與非門時所需的平均延遲時間。在工作頻率

較高的數(shù)字電路中，信號經(jīng)過多級傳輸后造成的時間延遲，會影響電路的邏輯功

能。

（12）空載功耗：與非門空載時電源總電流花C與電源電壓北C的乘積。

三、TTL集成電路邏輯門電路的使用注意事項

（1）關(guān)于電源等：對于各種臬成電路，使用時一定要在推薦的工作條件范圍內(nèi)，

否則將導(dǎo)致性能下降或損壞器件。

（2）關(guān)于輸入端：數(shù)字集成電路中多余的輸入端在不改變邏輯關(guān)系的前提下可

以并聯(lián)起來使用，也可根據(jù)邏輯關(guān)系的要求接地或接高電平。HL電路多余的輸

入端懸空表示輸入為高電平（3）關(guān)于輸出端：具有推拉輸出結(jié)構(gòu)的TTL門電路

的輸出端不允許直接并聯(lián)使用。輸出端不允許直接接電源丫支或直接接地。

第三講

CMOS集成邏輯門電路漏極）JD端極）

一、CMOS反相器彳（襯底）

OGI巫（襯底）

1、MOS管的符號（柵極

人（源極）人（源極）

增強型NMOS管和增強型PMOS管的

NMOS管PMOSW

符號如右圖所示：

2、CMOS反相器

（@電路Q）TN截止、Tp導(dǎo)通（。TN導(dǎo)通、Tp截止

（1）〃A=OV時，TN截止，Tp導(dǎo)通。輸出電壓何=FbD=10\r。

（2）g=10V時，TN導(dǎo)通，Tp截止。輸出電壓i/y=OV。

二、其它功能的CMOS電路CMOS與非門和或非門

CMOS與非門①力、夕當(dāng)中有一個或全為低電平時，TNI、TN2中有一個或全部截止,

TpbTP2中有一個或全部導(dǎo)通，輸出V為高電平。

②只有當(dāng)輸入小8全為高電平時，TN1和TN2才會都導(dǎo)通，TP1和TP2才會都截

止，輸出V才會為低電平。

CMOS或非門①只要輸入48當(dāng)中有一個或全為高電平，TpbTP2中有一個或全

部截止，TNbTN2中有一個或全部導(dǎo)通，輸出卜為低電平。

②只有當(dāng)45全為低電平時，Tpi和TP2才會都導(dǎo)通，TN1和TN2才會都截止，

輸出N才會為高電平。

2、漏極開路的CMOS門（0DH）

和TTL電路中的0C門一樣，CMOS門電路中也有漏極開路的門電路，即0D

門。下圖所示為一輸入漏極開路的與非緩沖/驅(qū)動器，也具有與非功能一其邏輯

符號亦在下圖標示出，與0C門符號相同。

3、CMOS傳輸門

?電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號

?工作原理

①、0時，即C端為低電平（0V）、端為高電平（+時，TN和Tp都不

具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣C

②￡1時，即。端為高電平(+你))、

CMOSTSL門

端為低電平(0V)時，TN和TP都具備

了導(dǎo)通條件，輸入和輸出之間相當(dāng)于開

關(guān)接通一樣，Uo=ui。

4、CMOS三態(tài)輸出門電路及邏輯符號如

圖所示。

①，Tp2、TN2均導(dǎo)通，Tpi、TNI構(gòu)成

反相器。

時，TP2、TN2均截止，V與地和電源都

⑧電路

斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。

可見電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。

Ao----1

_Vo----o7

E°-----OEN

CMOSTSL門符號

三、高速CMOS門電路四、CMOS數(shù)字集成電路的特點與系列

1、特點

(1)CMOS電路的工作速度比TTL電路的低。

(2)CMOS帶負載的能力比TTL電路強。

(3)CMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在3?18V,抗干擾能力比TTL

電路強。

(4)CMOS電路的功耗比TTL電路小得多。門電路的功耗只有幾個n