第6章 逻辑门电路和组合逻辑电路
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电子课件电子技术基础第六版第六章门电路及组合逻辑电路可编辑全文
1. 逻辑函数的表达方式 逻辑电路的功能可用逻辑函数来表述。对于某一实际问题 的功能要求，如果以逻辑自变量（原因）作为输入，以逻辑 因变量（结果）作为输出，那么当输入量的取值确定后，输 出量便随之确定，这种输出与输入之间的函数关系就称为逻 辑函数。
逻辑函数除可以用逻辑函数表达式（逻辑表达式）表示以 外，还可以用相应的真值表以及逻辑电路图来表示。真值表 与前述基本逻辑关系的真值表类似，就是将各个变量取真值 （0 和 1）的各种可能组合列写出来，得到对应逻辑函数的真 值（0 或 1）。逻辑电路图（逻辑图）是指由基本逻辑门或复 合逻辑门等逻辑符号及它们之间的连线构成的图形。
TTL 集成“与非”门的外形和引脚排列 a）外形 bOS 集成门电路以绝缘栅场效应管为基本元件组成， MOS 场效应管有 PMOS 和NMOS 两类。CMOS 集成门电路 是由 PMOS 和 NMOS 组 成的互补对称型逻辑门电路。它具 有集成度更高、功耗更低、抗干扰能力更强、扇出系数更大 等优点。
三、其他类型集成门电路
1. 集电极开路与非门（OC 门） 在这种类型的电路内部，输出三极管的集电极是开路的， 故称集电极开路与非门，也称集电极开路门，简称 OC 门。
OC 门 a）逻辑符号 b）外接上拉电阻
74LS01 是一种常用的 OC 门，其外形和引脚排列如图所 示。
74LS01 的外形和引脚排列 a）外形 b）引脚排列
2. 主要参数 TTL 集成“与非”门的主要参数反映了电路的工作速度、抗 干扰能力和驱动能力等。
TTL 集成“与非”门的主要参数
TTL 集成“与非”门具有广泛的用途，利用它可以组成很多 不同逻辑功能的电路，其外形和引脚排列如图所示。如 TTL“ 异或”门就是在 TTL“与非”门的基础上适当地改动和组合而成 的；此外，后面讨论的编码器、译码器、触发器、计数器等 逻辑电路也都可以由它来组成。
逻辑函数除可以用逻辑函数表达式（逻辑表达式）表示以 外，还可以用相应的真值表以及逻辑电路图来表示。真值表 与前述基本逻辑关系的真值表类似，就是将各个变量取真值 （0 和 1）的各种可能组合列写出来，得到对应逻辑函数的真 值（0 或 1）。逻辑电路图（逻辑图）是指由基本逻辑门或复 合逻辑门等逻辑符号及它们之间的连线构成的图形。
TTL 集成“与非”门的外形和引脚排列 a）外形 bOS 集成门电路以绝缘栅场效应管为基本元件组成， MOS 场效应管有 PMOS 和NMOS 两类。CMOS 集成门电路 是由 PMOS 和 NMOS 组 成的互补对称型逻辑门电路。它具 有集成度更高、功耗更低、抗干扰能力更强、扇出系数更大 等优点。
三、其他类型集成门电路
1. 集电极开路与非门（OC 门） 在这种类型的电路内部，输出三极管的集电极是开路的， 故称集电极开路与非门，也称集电极开路门，简称 OC 门。
OC 门 a）逻辑符号 b）外接上拉电阻
74LS01 是一种常用的 OC 门，其外形和引脚排列如图所 示。
74LS01 的外形和引脚排列 a）外形 b）引脚排列
2. 主要参数 TTL 集成“与非”门的主要参数反映了电路的工作速度、抗 干扰能力和驱动能力等。
TTL 集成“与非”门的主要参数
TTL 集成“与非”门具有广泛的用途，利用它可以组成很多 不同逻辑功能的电路，其外形和引脚排列如图所示。如 TTL“ 异或”门就是在 TTL“与非”门的基础上适当地改动和组合而成 的；此外，后面讨论的编码器、译码器、触发器、计数器等 逻辑电路也都可以由它来组成。
门电路和组合逻辑电路
-U
(2) 工作原理 12V
“或” 门逻辑状态表
A B CY
00 00 01 01 10 10 11 11
00 11 01 11 01 11 01 11
输入A、B、C有一个为“1”，输出 Y 为“1”。
输入A、B、C全为低电平“0”，输出 Y 为“0”。
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6
2. 或门电路
逻辑表达式： Y=A+B+C
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2
电平的高低
UCC
一般用“1”和
“0”两种状态
区别，若规定
高电平为“1”，
低电平为“0”
则称为正逻辑。
反之则称为负 逻辑。若无特 0V
殊说明，均采
用正逻辑。
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高电平 1
低电平 0
3
1. 与 门电路
(1) 电路
03V A
DA
DB
03V B
03V C
DC
+U 12V R
在数字电路中，常用的组合电路有加法器、 编码器、译码器、数据分配器和多路选择器 等。下面几节分别介绍这几种典型组合逻辑 电路的使用方法。
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加法器
二进制
十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。 在数字电路中，为了把电路的两个状态 (“1”
态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。 二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。
26
12. 2. 2 组合逻辑电路的设计
根据逻辑功能要求 设计 逻辑电路
设计步骤如下： (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表 (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式 (3) 简化和变换逻辑表达式 (4) 画出逻辑图
门电路和组合逻辑电路
2. 逻辑函数的表示方法 (1) 逻辑状态表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 1 0 0 0 0 0 1
(2) 逻辑式 用 “与”、 “或” 、“非” 等逻辑运算的组合式， 表示逻辑函数的输入与输出的关系的逻辑状态关系。 (1) 常采用与—或表达式的形式； A B C Y (2) 在状态表中选出使函数值为 1 0 0 0 0 的变量组合； 0 0 1 1 0 1 0 0 (3) 变量值为 1 的写成原变量，为 0 1 1 0 1 0 0 0 0 的写成反变量，得到其值 1 0 1 0 为 1 的乘积项组合。 1 1 0 0 1 1 1 1 (4) 将这些乘积项加起来(逻辑或) 得到 “与—或”逻辑函数式 。 Y A BC ABC
A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 YA 0 0 0 0 1 1 1 1 YB 0 0 1 1 0 0 0 0 YC 0 1 0 0 0 0 0 0
Y YC CBABC YA ABCBAABC C ABC ABC BA
A
1
Y
YA
9.2 TTL 门电路
9.2.1 TTL与非门电路
多发射极晶体管 T1 +5 V
R1
R2
T3 T2
R4
A B C
+5 V A B B1 R1
T4 T5
Y
R3
R5
C1
C
T1 等效电路
当输入端 A、B、C 均为高电平时，输出端 Y 为低电 平。当输入端 A、B、C 中只要有一个为低电平，输 出端Y就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。
6.1-6.5组合逻辑电路
A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0 0 0 0 1 2.由状态表写出 逻辑式 1 Y0 ABC Y1 ABC 1 Y2 ABC Y3 ABC 1
输入 Ai Bi 0 0 0 1 1 0 1 1
输出 Si Ci 0 0 1 0 1 0 0 1
输入 Ai Bi
输出 Si Ci
由状态表可写出本位和与进位 的逻辑函数式。 根据Si=1，按正逻辑写：
0
0 1 1
0
1 0 1
0
1 1 0
0
0 0 1
Si Ai Bi Ai Bi A B
Si ( Ai Bi Ai Bi )C i 1 ( Ai Bi Ai Bi )Ci 1
Ci Ai Bi ( Ai Bi )Ci 1
于是可写出
S0 ( A0 B0 A0 B0 )C 1 ( A0 B0 A0 B0 )C1
C0 A0 B0 ( A0 B0 )C1
Y9等十进制数的10个信号编成二进制代码。已知Y9
的优先级别最高，Y8次之，依次类推。当有几个信号 同时出现在输入端时，要求只对级别最高的编码。 解： 列优先编码表
输
入
输 出
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4
Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 D
C
B
A
1
0
0
0
0
0 0 1
0
0 0 0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
Ci Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi C i 1 Ai Bi Ci 1 ( Ai Bi Ai Bi )Ci 1 Ai Bi (C i 1 Ci 1 ) ( Ai Bi )Ci 1 Ai Bi
电路-门电路和组合逻辑电路
03
门电路的特性
门电路具有输入和输出两个端子，输入信号通过内部逻辑运算得到输出
信号。门电路的特性包括逻辑功能、输入电阻、输出电阻和扇入扇出能
力等。
组合逻辑电路设计
组合逻辑电路
组合逻辑电路由门电路组成，用于实现一组特定的逻辑功能。常见 的组合逻辑电路有编码器、译码器、多路选择器等。
组合逻辑电路设计步骤
波形图分析法
总结词
通过观察信号波形的变化，分析电路的 输入输出关系和信号处理过程。
VS
详细描述
波形图分析法主要用于模拟电路的分析。 通过观察信号波形的形状、幅度、频率等 参数，分析电路对信号的处理过程，如放 大、滤波、调制等。同时，通过比较输入 输出信号的波形，可以理解电路的输入输 出关系和工作原理。
态图等描述电路功能的工具。
04
电路设计方法
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
门电路设计
01
门电路
门电路是数字电路的基本单元，用于实现逻辑运算。常见的门电路有与
门、或门、非门等。
02
门电路设计步骤
根据逻辑需求，选择合适的门电路类型，确定输入和输出信号，然后根
据逻辑关系连接门电路。
逻辑关系
每种类型的门电路都有特定的逻辑关系，例如与门在所有输入为 高电平时输出为高电平，否则输出为低电平。
门电路的应用
01
基本逻辑运算
门电路是实现基本逻辑运算的电 子元件，广泛应用于数字电路和 计算机中。
控制电路
02
03
信号转换
门电路可以用于控制其他电路的 工作状态，实现复杂的控制逻辑。
门电路可以将模拟信号转换为数 字信号，或者将数字信号转换为 模拟信号。
门电路及组合逻辑电路
6
0110 1001 0101 1100
7
0111 1010 0100 1101
8
1000 1011 1100 1110
9
1001 1100 1101 1111
权 8421
2421
5421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100 5421
二、复合逻辑运算
1．与非 —— 由与运算 和 非运算组合而 成。
2．或非 —— 由或运算和 非运算组合 而成。
“与非”真值
表 输入
输出
A
B
L
A
0
0
1
0
1
1
B
1
0
1
1
1
0
& L=A·B
“或非”真值Leabharlann 表 输入输出A
B
L
A
≥1
0
0
1
0
1
0
B
1
0
0
1
1
0
L=A+B
3、与或非门 由与门、或门和非门构成与或非门。
逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：
+VCC （ +5V）
L=AB
R
D1
3kΩ
000 010 100 111 A
L
D2
与门的输入端可以有多个。下图为一 B
个三输入与门电路的输入信号A、B、
与门电路
C和输出信号F的波形图。
A B C F
2．或运算
A
B
V
L
A
≥1
L=A+B
B
门电路和组合逻辑电路
2 1 1
1 .744 2 1 .488 2 0 .976 2
转换到第
四位误差
小于 1
24
0
1 .952
例： (176.5)8 = 182+781 +680 +58-1
2.3 十六进制数的表示
数码个数16个： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
(0 … … …
10 … … 15)
计数规律: 逢十六进 1,借一当 16 例：
(FA1.C)H = F162+A161 +1160 +C16-1
2D.A4 H =2×161+13×160+10×16-1+4×162=45.64062
3.2 十进制数换成任意进制数
1.整数部分: 除基取余法
用基数 R 去除 N 的整数, 直到商为零为止, 每次所得 的余数依次排列即为相应进制的数码。 最初得到的为最低有效数字, 最后得到的为最高有效数 字。
例：将（168)10转换成二、 十六进制数
2. 计数法
位置计数法 按权展开式
例：123.45 读作 一百二十三点四五 例：123.45=1102+2101+3100+410-1+510-2
按权展开通式
(N)10 = an-110n-1+an-210n-2 +…+ a1101+a0100 +a-1 10-1+a-210-2+…+a-m10-m
时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入信
号有关，而且还与电路原来的状态有关。例：计数器
（2）按结构分类 TTL 双极型（BJT） CMOS 单极型（FET）
1 .744 2 1 .488 2 0 .976 2
转换到第
四位误差
小于 1
24
0
1 .952
例： (176.5)8 = 182+781 +680 +58-1
2.3 十六进制数的表示
数码个数16个： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
(0 … … …
10 … … 15)
计数规律: 逢十六进 1,借一当 16 例：
(FA1.C)H = F162+A161 +1160 +C16-1
2D.A4 H =2×161+13×160+10×16-1+4×162=45.64062
3.2 十进制数换成任意进制数
1.整数部分: 除基取余法
用基数 R 去除 N 的整数, 直到商为零为止, 每次所得 的余数依次排列即为相应进制的数码。 最初得到的为最低有效数字, 最后得到的为最高有效数 字。
例：将（168)10转换成二、 十六进制数
2. 计数法
位置计数法 按权展开式
例：123.45 读作 一百二十三点四五 例：123.45=1102+2101+3100+410-1+510-2
按权展开通式
(N)10 = an-110n-1+an-210n-2 +…+ a1101+a0100 +a-1 10-1+a-210-2+…+a-m10-m
时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入信
号有关，而且还与电路原来的状态有关。例：计数器
（2）按结构分类 TTL 双极型（BJT） CMOS 单极型（FET）
门电路和组合逻辑电路
二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。
N进制数可用 十进制数可用
权
N KiNi 表示；
基数
i 第 位系数
D Ki1i0表示；
二进制数可用
B Ki2i 表示；
如： ( 1 0 1 . 1 1 ) 2 1 2 2 0 2 1 1 2 0 1 2 1 1 2 2
二进制与十进制间的转换
门电路和组合逻辑电路
本章要求：
第6章 门电路和组合逻辑电路
1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值 表和逻辑表达式。
2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数。 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路。 4. 理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑
电路的工作原理和功能。
5. 学会数字集成电路的使用方法。
2 13
余 1 (d1)
26
余 0 (d2)
23
余 1 (d3 )
21
余 1 (d4 )
0
(2)D 7(d4d3d2d1 d0)B(11)B 011
6.2 基本门电路及其组合 6.2.1 逻辑门电路的基本概念
逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。
TTL门电路芯片简介 如: 74LS00(四2输入与非门 )
UCC
14
13
12
11
10
9
8
&
&
&
&
1
2
3
4
5
6
7
GND
管脚
名称
第六章 数字电路基本器件及组合逻辑电路 第四节TTL集成逻辑门
非门处于关态时输出端得到的高电平值。典型值为3.6V。 b.输出低电平UOL：当输入全为高电平时，与非门处于开
态时输出端得到的低电平值。典型值为0.3V。 c.关门电平Uoff：在保证输出电压为额定高电平3.6V的
90％时，允许的最大输入低电平值。一般Uoff≥0.8V。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
即总的输出P为二个OC门单独输出P1和P2的“与”，等效 电路如图6－21 (b)所示。可见，OC与非门的“线与”可以 用来实现与或非逻辑功能。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
②实现“总线”（BUS）传输 如果将多个OC与非门按图6－22所示连接，当某一个门 的选通输入Ei为“1”，其他门的选通输入皆为“0”时，这 时只有这个OC门被选通，它的数据输入信号Di就经过此选通 门被送上总线（BUS）。为确保数据传送的可靠性，规定任 何时刻只允许一个门的输出数据被选通，也就是只能允许一 个门挂在数据传输总线（BUS）上，因为若多个门被选通， 这些OC门的输出实际上会构成“线与”，就将使数据传送出 现错误。
TTL与非门是采用双极型的晶体管－晶体管形式集成的 与非逻辑门电路。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
6.4.1 TTL与非门电路组成
图6－13是TTL与非门（CT54／74系列）的典型电路，它 由三部分组成：
输入级：由多发射极管VT1和电阻R1组成，完成“与” 逻辑功能。
中间级：由VT2和电阻R2、R3组成，从VT2的集电极和发 射极同时输出两个相位相反的信号，作为VT3、VT4输出级的 驱动信号，使VT3、VT4始终处于一管导通而另一管截止的工 作状态。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
6.4.4 集成与非门芯片介绍 常用的TTL与非门集成电路有7400和7420等芯片，采用
态时输出端得到的低电平值。典型值为0.3V。 c.关门电平Uoff：在保证输出电压为额定高电平3.6V的
90％时，允许的最大输入低电平值。一般Uoff≥0.8V。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
即总的输出P为二个OC门单独输出P1和P2的“与”，等效 电路如图6－21 (b)所示。可见，OC与非门的“线与”可以 用来实现与或非逻辑功能。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
②实现“总线”（BUS）传输 如果将多个OC与非门按图6－22所示连接，当某一个门 的选通输入Ei为“1”，其他门的选通输入皆为“0”时，这 时只有这个OC门被选通，它的数据输入信号Di就经过此选通 门被送上总线（BUS）。为确保数据传送的可靠性，规定任 何时刻只允许一个门的输出数据被选通，也就是只能允许一 个门挂在数据传输总线（BUS）上，因为若多个门被选通， 这些OC门的输出实际上会构成“线与”，就将使数据传送出 现错误。
TTL与非门是采用双极型的晶体管－晶体管形式集成的 与非逻辑门电路。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
6.4.1 TTL与非门电路组成
图6－13是TTL与非门（CT54／74系列）的典型电路，它 由三部分组成：
输入级：由多发射极管VT1和电阻R1组成，完成“与” 逻辑功能。
中间级：由VT2和电阻R2、R3组成，从VT2的集电极和发 射极同时输出两个相位相反的信号，作为VT3、VT4输出级的 驱动信号，使VT3、VT4始终处于一管导通而另一管截止的工 作状态。
数字电路基本器件及组合逻辑电路
6.4.4 集成与非门芯片介绍 常用的TTL与非门集成电路有7400和7420等芯片，采用
门电路与组合逻辑电路
（2-2）
在电子电路中，用高、低电平分别表示逻辑1和 0两种逻辑状态。 正逻辑：高电平表示 “1”，低电平表示“0” 负逻辑：高电平表示“0”，低电平表示“1”
在本书中，采用的是正逻辑。
（2-3）
获得高低电平的基本原理：
+UCC
开关S打开，Vo=+UCC，输 出高电平；
R 输 Vo 出 信 号 S
共有2个逻辑状态
+12V +3V 嵌位二极管 D
YA
1 A
R1
A
R2
Y
Y
晶体管非门
“非”门图形符号
（2-21）
与非门电路
全“1”出 “0” 有“0”出 “1”
Y AB
+12V +12V +3V R1 R2
A B
D1
D2
D
Y1
Y
A B
＆
Y
二极管“与” 门
晶体管“非” 门
“与非”门图形 符号
“与非” 门
二极管或门
（2-18）
5.3.2 二极管或门电路
共有22个逻辑状态
A B D1 D2 Y
Y AB
A B
≥1
Y
-12V
二极管或门
“或”门图形符号
（2-19）
5.3.3 三极管非门电路
共有2个逻辑状态
+12V +3V 嵌位二极管 D
YA
R1
A
R2
Y
A 1 0
Y 0 1
晶体管非门
（2-20）
5.3.3 三极管非门电路
（2-14）
§5.3 最简单的与、或、非门电路
在电子电路中，逻辑门电路是由半导体二极管 或三极管实现的，在逻辑门电路中，有分立元 件电路，也有集成门电路。
组合逻辑电路概念
组合逻辑电路概念引言组合逻辑电路是数字电路中最基本的电路之一，它由逻辑门组成，根据输入信号的不同组合产生相应的输出信号。
本文将介绍组合逻辑电路的基本概念、工作原理、常见的逻辑门和设计方法。
一、组合逻辑电路概述组合逻辑电路是指电路中的输出仅取决于当前输入信号的组合，与电路之前的状态无关。
它利用逻辑门来实现不同的布尔逻辑功能，常用于数字电子设备中的逻辑运算、数据处理、控制和计算等领域。
组合逻辑电路的特点是输出仅取决于当前的输入状态，具有简单、稳定、可靠等优点。
二、逻辑门逻辑门是组合逻辑电路的基本构建单元，它能够根据输入信号的不同组合产生相应的输出信号。
常见的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
2.1 与门（AND）与门是一种多输入、一输出的逻辑门，只有当所有输入信号同时为高电平时，输出信号才为高电平，否则输出信号为低电平。
2.2 或门（OR）或门是一种多输入、一输出的逻辑门，只要有一个输入信号为高电平，输出信号就为高电平，否则输出信号为低电平。
2.3 非门（NOT）非门是一种一输入、一输出的逻辑门，输出信号与输入信号相反，即当输入信号为高电平时，输出信号为低电平，反之亦然。
2.4 异或门（XOR）异或门是一种多输入、一输出的逻辑门，当输入信号中的高电平个数为奇数时，输出信号为高电平，否则输出信号为低电平。
三、组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计包括电路的逻辑功能设计和物理实现设计。
3.1 逻辑功能设计逻辑功能设计是指根据需求确定组合逻辑电路的逻辑功能，选择适当的逻辑门和其输入输出关系，以满足特定的逻辑要求。
这需要对问题进行抽象和分析，将问题转化为逻辑表达式或真值表，再根据逻辑表达式进行电路设计。
3.2 物理实现设计物理实现设计是指将逻辑电路转化为具体的电子元器件组合，并布线在PCB板上的设计。
这一过程需要根据逻辑功能设计的结果选择合适的逻辑门芯片或者设计自定义逻辑门电路，然后进行元器件布局和连线设计，最终形成一个满足逻辑要求的组合逻辑电路。
第6章习题课 基本门电路及组合逻辑电路
逻辑真值表
D Y
1 1
0 0 1 1 1 1
1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1
0 1 0 1 0 1
4分 分 9分 分 3分 分 8分 分 6分 分 11分 分
1
1
0
1
0
1
0 1 0 0
1
解：(2)
逻辑函数式
Y = A B CD + A BCD + AB CD + ABC D + ABCD
(2) 解： (1) 逻辑真值表
逻辑函数式
Y = ABC + ABD
A
1 1
B
1 1×
C
D
× 1
1
0
Y (3) 逻辑电路图
1 1
Y
≥1
余下的13种 输入状态
× 代表任意状态
&
&
ABC
ABD
6.16 某同学参加四门课程考试，规定如下： 某同学参加四门课程考试，规定如下： 课程A及格得1 不及格得0 (1) 课程A及格得1分，不及格得0分； 课程B及格得2 不及格得0 (2) 课程B及格得2分，不及格得0分； 课程C及格得3 不及格得0 (3) 课程C及格得3分，不及格得0分； 课程D及格得5 课程D及格得5分，不及格得0分。 不及格得0 (4) 若总分大于等于8 就可以结业。 若总分大于等于8分，就可以结业。 试用与非门画出实现上述要求的电路图。 试用与非门画出实现上述要求的电路图。
B
0 0 1 1 0 0 1 1
C
0 1 0 1 0 1 0 1
Y = A B C + A BC + AB C + ABC Y
门电路及组合逻辑电路电子教案
门电路及组合逻辑电路电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路简介了解数字电路的基本概念、特点和应用领域。
掌握数字电路的基本组成部分，如逻辑门、逻辑函数、逻辑代数等。
1.2 逻辑门介绍与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门的特点和功能。
分析逻辑门真值表和布尔表达式之间的关系。
利用逻辑门实现简单的逻辑功能。
第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述了解组合逻辑电路的定义、特点和分类。
掌握组合逻辑电路的输入输出关系。
2.2 常用组合逻辑电路介绍编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元等常用组合逻辑电路的功能和应用。
分析组合逻辑电路的真值表、布尔表达式和逻辑图。
第三章：逻辑函数及其简化3.1 逻辑函数了解逻辑函数的定义、特点和表示方法。
掌握逻辑函数的代数运算规则，如与、或、非、异或等。
3.2 逻辑函数的简化介绍卡诺图、卡诺图的画法和简化方法。
掌握逻辑函数的卡诺图化简和最小项、最大项的表达式。
第四章：触发器及其应用4.1 触发器概述了解触发器的定义、特点和分类。
掌握触发器的基本工作原理和真值表。
4.2 常用触发器介绍SR触发器、JK触发器、T触发器、边沿触发器等常用触发器的功能和应用。
分析触发器的时序图和逻辑图。
第五章：时序逻辑电路5.1 时序逻辑电路概述了解时序逻辑电路的定义、特点和分类。
掌握时序逻辑电路的输入输出关系。
5.2 常用时序逻辑电路介绍计数器、寄存器、序列检测器等常用时序逻辑电路的功能和应用。
分析时序逻辑电路的状态转换图和逻辑图。
第六章：数字电路设计方法6.1 数字电路设计概述了解数字电路设计的目标和基本步骤。
掌握数字电路设计的方法和工具。
6.2 数字电路设计方法介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。
掌握数字电路设计的模块化思想和层次化设计方法。
第七章：Verilog硬件描述语言7.1 Verilog语言概述了解Verilog语言的特点、优势和应用领域。
掌握Verilog语言的基本语法和数据类型。
第六章门电路及组合逻辑电路
第六章门电路及组合逻辑电路第六章门电路及组合逻辑电路第⼀节门电路⼀、填空题1、门电路及由门电路组合的各种逻辑电路种类很多，应⽤⼴泛，但其中最基本的三种门电路是、和。
2、逻辑电路的两种逻辑体制中，正逻辑的⾼电平⽤表⽰，低电平⽤表⽰。
负逻辑的⾼电平⽤表⽰，低电平⽤表⽰。
3、逻辑电路中最基本的逻辑关系为、、。
⼆、判断题（正确的在括号中打“√”，错误的打“×”）（）1、处理不连续的脉冲信号的电⼦电路称为模拟电路。
（）2、逻辑电路中，⼀律⽤“1”表⽰⾼电平，⽤“0”表⽰低电平。
（）3、“与”门的逻辑功能是“有1出1，全0出0”。
（）4、“异或”门的逻辑功能是：“相同出0，不同出1”。
（）5、常⽤的门电路中，判断两个输⼊信号是否相同的门电路是“与⾮”门。
（）6、数字集成电路从器件特性可分为TTL和MOS 两⼤系列。
（）7、由分⽴元件组成的⼆极管“⾮”门电路，实际上是⼀个⼆极管反相器。
三、选择题（将正确答案的序号填⼊括号中）1、符合“或”逻辑关系的表达式是（）。
A、1+1B、1+1＝10C、1+1＝12、“与⾮”门的逻辑功能是（）。
A、全1出0，有0出1B 、全0出1，有1出0C、全1出1，有0出03、符合下列真值表6－1的是（）门电路。
A、“与”B、“或”C、“⾮”4、符合下列真值表6－2的是（）门电路。
A、“与”B、“或”C、“⾮”D、“与⾮”5、在图6－1中的四个逻辑图，能实现Y=A的电路是（）。
6、图6－2的四个电路图中，不论输⼊信号A、B为何值，输⼊Y恒为1的电路为（）。
7、满⾜图6－3所⽰输⼊输出关系的门电路是（）。
A、“与”B、“或”C、“与⾮”D、“⾮”8、满⾜图6－4所⽰输⼊输出关系的门电路是（）门。
A、“或”B、“与”C、“与⾮”D、“⾮”9、满⾜“与⾮”逻辑关系的输⼊输出波形是图6－5中的（）。
四、综合题1、如果A＝1，B=0，C=0，求下列逻辑表达式的值。
（1）Y=A+B C （2）Y＝A BC（3）Y＝A（B+C）（4）Y=CBA+A2、⽤“与⾮”门元件实现如下逻辑表达式AB+（4）Y=（A+B）（A+C）（1）Y=A+B （2）Y=AB+AC （3）Y=CD3、图6－6所⽰为三个门电路与其输⼊信号波形，试分别画出相应的输出波形。
门电路及组合逻辑电路
间歇故障
由元器件老化、温度变化等引起的时好时坏的故障。
瞬态故障
由电磁干扰、静电放电等引起的短暂性故障。
故障诊断方法和技术
直观检查法
通过直接观察电路元器 件、连接线等是否异常
来判断故障。
逻辑笔测试法
利用逻辑笔测试电路各 点的逻辑状态，通过对
比分析找出故障。
替换法
用好的元器件替换怀疑 有问题的元器件，观察
寄存器传输控制电路设计
寄存器选择电路设计
根据控制信号选择相应的寄存器进行数据传输。
数据传输控制电路设计
控制数据的输入、输出以及寄存器之间的数据 传输。
时序控制电路设计
产生时序信号，控制寄存器传输操作的时序关系。
06 故障诊断与可靠性考虑
常见故障类型及原因
永久故障
由元器件损坏、电路连接错误等引起的不可恢复的故障。
门电路及组合逻辑电路
contents
目录
• 门电路基本概念与原理 • 基本门电路分析与设计 • 组合逻辑电路分析方法 • 常见组合逻辑功能模块介绍 • 组合逻辑电路设计实例分析 • 故障诊断与可靠性考虑
01 门电路基本概念与原理
门电路定义及作用
门电路定义
门电路是数字逻辑电路的基本单元，用于实现基本的逻辑运算功能。
定期维护和检测
对电路进行定期维护和检测，及时发现并处 理潜在故障。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
通过求补码的方式实现二进制数的减法运算，同 样需要使用基本逻辑门电路。
乘法器设计
将乘法运算转换为加法和移位操作，通过组合逻 辑电路实现乘法功能。
比较器设计
等于比较器
比较两个输入信号是否相等，输出相应的电平信号。
由元器件老化、温度变化等引起的时好时坏的故障。
瞬态故障
由电磁干扰、静电放电等引起的短暂性故障。
故障诊断方法和技术
直观检查法
通过直接观察电路元器 件、连接线等是否异常
来判断故障。
逻辑笔测试法
利用逻辑笔测试电路各 点的逻辑状态，通过对
比分析找出故障。
替换法
用好的元器件替换怀疑 有问题的元器件，观察
寄存器传输控制电路设计
寄存器选择电路设计
根据控制信号选择相应的寄存器进行数据传输。
数据传输控制电路设计
控制数据的输入、输出以及寄存器之间的数据 传输。
时序控制电路设计
产生时序信号，控制寄存器传输操作的时序关系。
06 故障诊断与可靠性考虑
常见故障类型及原因
永久故障
由元器件损坏、电路连接错误等引起的不可恢复的故障。
门电路及组合逻辑电路
contents
目录
• 门电路基本概念与原理 • 基本门电路分析与设计 • 组合逻辑电路分析方法 • 常见组合逻辑功能模块介绍 • 组合逻辑电路设计实例分析 • 故障诊断与可靠性考虑
01 门电路基本概念与原理
门电路定义及作用
门电路定义
门电路是数字逻辑电路的基本单元，用于实现基本的逻辑运算功能。
定期维护和检测
对电路进行定期维护和检测，及时发现并处 理潜在故障。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
通过求补码的方式实现二进制数的减法运算，同 样需要使用基本逻辑门电路。
乘法器设计
将乘法运算转换为加法和移位操作，通过组合逻 辑电路实现乘法功能。
比较器设计
等于比较器
比较两个输入信号是否相等，输出相应的电平信号。
门电路和组合逻辑
基于加法器和移位寄存器实现 乘法运算，通常采用逐位相乘 和累加的方法。
除法器设计
通过比较被除数和除数的大小 ，逐步减去除数并计数，实现
除法运算。
代码转换电路设计
二进制与BCD码转换
01
将二进制数转换为BCD码（Binary-Coded Decimal），以便与
十进制数进行转换。
BCD码与七段数码管驱动电路
译码器（Decoder）
功能
将二进制代码转换为相应 的输出信号。
类型
包括2-4译码器、3-8译码 器等，可根据需要选择不 同规格的译码器。
应用
用于实现数据分配、地址译码 等操作，如计算机内存地址译 码、多路选择器控制等。
数据选择器/分配器（Mux/Demux）
功能
数据选择器（Mux）从多个输入 信号中选择一个输出，数据分配 器（Demux）将一个输入信号
应用
用于实现信号的检测、判 断和控制，如ADC中的电 压比较、控制系统中的信 号比较等。
Part
05
复杂组合逻辑电路设计实例分 析
算术运算电路设计
加法器设计
通过全加器实现二进制数的加 法运算，可级联扩展为多位加
法器。
减法器设计
利用补码表示法实现减法运算 ，同样可通过级联方式实现多 位减法。
乘法器设计
符号表示
传输门通常用一个箭头表 示数据传输方向，控制信 号用C表示，数据信号用 D表示。
工作原理
当控制信号C为高电平时 ，传输门导通，数据信号 D可以从输入端传输到输 出端；当控制信号C为低 电平时，传输门关断，数 据信号D无法传输。
应用场景
传输门在数字电路中具有 广泛的应用，如用于实现 多路选择器、多路分配器 等组合逻辑电路。
除法器设计
通过比较被除数和除数的大小 ，逐步减去除数并计数，实现
除法运算。
代码转换电路设计
二进制与BCD码转换
01
将二进制数转换为BCD码（Binary-Coded Decimal），以便与
十进制数进行转换。
BCD码与七段数码管驱动电路
译码器（Decoder）
功能
将二进制代码转换为相应 的输出信号。
类型
包括2-4译码器、3-8译码 器等，可根据需要选择不 同规格的译码器。
应用
用于实现数据分配、地址译码 等操作，如计算机内存地址译 码、多路选择器控制等。
数据选择器/分配器（Mux/Demux）
功能
数据选择器（Mux）从多个输入 信号中选择一个输出，数据分配 器（Demux）将一个输入信号
应用
用于实现信号的检测、判 断和控制，如ADC中的电 压比较、控制系统中的信 号比较等。
Part
05
复杂组合逻辑电路设计实例分 析
算术运算电路设计
加法器设计
通过全加器实现二进制数的加 法运算，可级联扩展为多位加
法器。
减法器设计
利用补码表示法实现减法运算 ，同样可通过级联方式实现多 位减法。
乘法器设计
符号表示
传输门通常用一个箭头表 示数据传输方向，控制信 号用C表示，数据信号用 D表示。
工作原理
当控制信号C为高电平时 ，传输门导通，数据信号 D可以从输入端传输到输 出端；当控制信号C为低 电平时，传输门关断，数 据信号D无法传输。
应用场景
传输门在数字电路中具有 广泛的应用，如用于实现 多路选择器、多路分配器 等组合逻辑电路。
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R0
uY
真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 0 0 1
Y = AB
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二. 或逻辑和或门电路
决定一事件结果的诸条件中, 决定一事件结果的诸条件中,只要有一个或一个 以上具备时,事件就会发生的逻辑关系. 以上具备时,事件就会发生的逻辑关系. 真值表 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Y 0 1 1 1
A + BC = ( A + B ) ( A + C )
[例] 证明公式 A + BC = ( A + B)( A + C) 方法一: [解] 方法一:公式法 右式 = ( A + B )( A + C ) = A A + A C + A B + B C = A + AC + AB + BC = A(1 + C + B ) + BC = A + BC = 左式
左 = A B AB = ( A + B ) ( A + B ) = A A + A B + AB + B B = A B + AB
即 ⊙ A⊕ B = A⊙B ⊕ 同理可证 A⊙B = A⊕ B ⊙ ⊕
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二,逻辑函数的表示
1,真值表 , 2,逻辑表达式 , A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 0 0 1 0 1 1 1
电源 R 开关A 开关
灯Y
非逻辑关系
逻辑函数式
1
Y
Y= A
非门( 非门(NOT gate)
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三极管非门: 三极管非门:
+VCC +5V Rc
1 k
电压关系表 Y uI/V 0 5 uO/V 5 0.3
真值表 A 0 1 符号 A 1 Y Y 1 0
iC + uI -
0 0 0 1
1 1 1 0
1 1 0 0
+ + B A+ B A + B A+ B A B 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0
相等
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相等
5,若干常用公式 ,
(1) AB+ AB = A( B + B) = A +
(2) A+ AB= A(1 + B) = A +
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与逻辑的表示方法: 与逻辑的表示方法: 真值表 (Truth table) ) A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Y 0 0 0 1 逻 辑 符 号 A 断 断 合 合 A B 功能表 B Y 断 灭 合 灭 断 灭 合 亮 & Y
逻辑函数式
Y = A B = AB
6.3 逻辑函数的表示和化简
一,逻辑代数基本运算规则和定律
1,常量之间的关系(常量:0 和 1 ) ,常量之间的关系(常量: 与: 0 0 = 0 或: 1 + 1 = 1 非: 0 = 1
01=0 11=1
1+0=1 0+0=0
1= 0
2,变量和常量的关系(变量:A,B,C…) ,变量和常量的关系(变量: ) 与: A 1 = A 或: A + 0 = A 非: A A = 0
≥1 Y = A + B A B 1
Y=A
Y
Y
A
A
Y
A
Y
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国标符号 A B A B A B & Y = A B
曾用符号 A B Y
美国符号 A B A B Y
≥1
Y = A+ B A
B =1 Y = A⊕ B A B
Y
Y
⊕
Y
A B
Y
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A Rb
iB
4.3 k
T
β = 30
+ uO -
函数式
Y=A
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四. 复合门电路
(1) 与非逻辑
(NAND)
Y1 = AB
(2) 或非逻辑
(NOR)
A B A B
&
Y1
Y1,Y2 的真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y1 Y2 1 1 1 0 1 0 0 0
第6章 逻辑门电路和组合逻辑电路
6.1 基本逻辑关系和逻辑门电路 6.2 集成门电路 6.3 逻辑函数的表示和化简 6.4 组合逻辑电路的分析和设计 6.5 组合逻辑部件 6.6 可编程逻辑部件
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本章要求: 本章要求:
1. 掌握基本门电路的逻辑功能,逻辑符号,真值 掌握基本门电路的逻辑功能,逻辑符号, 表和逻辑表达式. TTL门电路 CMOS门 门电路, 表和逻辑表达式.了解 TTL门电路,CMOS门 电路的特点. 电路的特点. 2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数. 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路. 会分析和设计简单的组合逻辑电路. 4. 理解加法器,编码器,译码器等常用组合逻辑 理解加法器,编码器, 电路的工作原理和功能. 电路的工作原理和功能. 5. 学会数字集成电路的使用方法. 学会数字集成电路的使用方法.
≥1
Y2
Y2 = A + B
(3) 与或非逻辑
A (AND – OR – INVERT) B C D Y3 = AB+ CD
& ≥1
Y3
(真值表略 真值表略) 真值表略
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(4) 异或逻辑
A (Exclusive—OR) B
=1
Y4
Y4 = A⊕ B = AB + AB
证明: 公式 (4) 证明:
AB+ A + BC = AB+ A C C
左 = AB + AC + ( A + A) BC A + AB = A
= AB + AC + ABC + ABC = AB+ A + C
推论
AB+ A + BCD = AB+ A C C
AB + AB = A B + AB
证明: 公式 (5) 证明:
UD = 0.7 V
-VSS
-10V
D1 导通 截止 导通 导通
D2 uY/V 导通 0.7 导通 2.3 截止 2.3 导通 2.3
真值表 Y=A+B A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 1 1 1
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三. 非逻辑和非门电路
只要条件具备,事件便不会发生;条件不具备, 只要条件具备,事件便不会发生;条件不具备, 事件一定发生的逻辑关系. 事件一定发生的逻辑关系. 真值表 A 0 1 Y 1 0 逻 辑 符 号 A
(5) 同或逻辑 (异或非) 同或逻辑(异或非)
(Exclusive—NOR)
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Y4 0 1 1 0
Y5 = A⊕ B
= AB + AB
= A⊙B ⊙
A B
=1
Y5
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Y5 1 0 0 1
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逻辑符号对照 国标符号 A B A B & Y = A B 曾用符号 A B Y 美国符号 A B A B Y
开关A 开关
电源
开关B 开关 或逻辑关系
灯Y
逻辑函数式
Y = A+ B
逻 辑 符 号
A B
≥1
Y
或门( 或门(OR gate) )
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电压关系表
3V 0 V uA 3 3 V 3 V uB 3 0V0 V D1 D2
uY
RO
uA/V uB/V 0 0 3 3 0 3 0 3
二,晶体管的开关作用
1. 二极管的开关特性
S 截止 导通 3V 0V
R D 相当于 开关闭合
3V
R 相当于 开关断开 R
S 0V
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2. 三极管的开关特性
+UCC 3V 0V RB RC uO T 截止 饱和 0V 3V
C E
+UCC RC
uO uO ≈ 0
相当于 开关闭合
t
矩形波
t
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处理数字信号的电路称为数字电路, 处理数字信号的电路称为数字电路,它注重 研究的是输入,输出信号之间的逻辑关系. 研究的是输入,输出信号之间的逻辑关系. 在数字电路中, 在数字电路中,晶体管一般工作在截止区和 饱和区,起开关的作用. 饱和区,起开关的作用. 脉冲信号 如: 正脉冲:脉冲跃变后的值比初始值高 正脉冲: 负脉冲: 负脉冲:脉冲跃变后的值比初始值低
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一,模拟信号与数字信号
1. 模拟信号 电子电路中的信号 模拟信号 数字信号
模拟信号: 模拟信号:随时间连续变化的信号 正弦波信号
t
三角波信号
t
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处理模拟信号的电路称为模拟电路. 处理模拟信号的电路称为模拟电路.如整流 电路,放大电路等, 电路,放大电路等,注重研究的是输入和输出 信号间的大小及相位关系. 信号间的大小及相位关系. 在模拟电路中,晶体管三极管通常工作在放 大区. 大区. 2. 数字信号 幅度和时间上均离散的信号. 幅度和时间上均离散的信号. 尖顶波