门电路和组合逻辑电路
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第二十章 门电路和组合逻辑电路
(1-0)
第二十章 门电路和组合逻辑电路
§ 20.1 脉冲信号 § 20.2 基本门电路及其组合 § 20.3 TTL门电路 § 20.4 CMOS门电路 § 20.5 逻辑代数 § 20.6 组合逻辑电路的分析和综合 § 20.7 加法器 § 20.8 编码器 § 20.9 译码器和数字显示 § 20.10 数据分配器和数据选择器 § 20.11 应用举例
1
0
只要能判断高 低电平即可
(20-16)
在数字电路中，门电路是最基本的逻 辑元件，其输入和输出间存在一定的逻 辑关系，它是和基本逻辑关系相对应的 电子电路，主要有：与门、或门、与非 门、或非门、异或门等。
(20-17)
基本逻辑关系：
（1）“与”逻辑 A、B、C条件都具备时，事件F才发生。
A BC
(20-14)
在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能 取两个值（二值变量），即：“0”和 “1”，中间值没有任何意义。“0”和 “1”只表示两个对立的逻辑状态。如电 位的高低、开关的开合等。
(20-15)
在逻辑电路中，只有 两种相反的工作状态，即 高电平和低电平，通常用 “1”表示高电平、用“0” 表示低电平。这种表示方 法即为所谓的正逻辑系统。 若用“0”表示高电平、用 “1”表示低电平，即为所 谓的负逻辑系统。一般均 采用正逻辑系统。
E
F
逻辑符号
A B
&F
C
(20-18)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
状态表
A BC F 00 0 0 00 1 0 01 0 0 01 1 0 10 0 0 10 1 0 11 0 0 11 1 1
特点：有0则0, 全1则1
逻辑表达式 F=A•B•C
tr
tf
T
实际的矩形波
脉冲幅度：A 脉冲周期：T 脉冲频率：f 脉冲上升沿：tr 脉冲下降沿：tf 脉冲宽度：tp
(20-9)
正脉冲和负脉冲
+3V
百度文库
0
0
-3V
正脉冲
+3V
3
0
-3V
负脉冲
正脉冲：脉冲跃变后的值 > 初始值 负脉冲：脉冲跃变后的值 < 初始值
(20-10)
晶体管的开关作用
c
b
s
e
开关闭合
Vcc
1
高电平：V
可用三极 低电平：V
管代替
0
0V
在数字电路中，电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。
(20-12)
三极管的开关特性
+Ucc
uA
t
R1
A R2
F uF
t
+Ucc
0.3V
(20-13)
§20.2 基本门电路及其组合
§20.2.1 逻辑门电路的基本概念
在数字电路中，我们研究的是电路的 输入和输出之间的逻辑关系，所以数字电 路又称逻辑电路，而相应的研究工具是逻 辑代数（布尔代数），其基本逻辑关系为： 与、或、非。
c IC
bT IB e
c
b
s
e
开关断开
放大状态：IC = βIB 饱和状态: βIB > IC(sat) 截止状态：IC ≈ 0
Si： Uce开= 关0.3闭V合 Ge：Uce开= 关0.断1V开
(20-11)
Vcc R
K
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
VO
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
(20-4)
模拟电路研究的问题
基本电路元件: 基本模拟电路:
• 晶体三极管 • 场效应管 • 集成运算放大器
• 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） • 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） • 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、…）
(20-5)
数字电路研究的问题
基本电路元件： • 逻辑门电路
(20-1)
数字信号和模拟信号
电
模拟信号 随时间连续变化
子
电
例：正弦波信号、锯齿波信号等。
路
中
数字信号 时间和幅度都是离散的
的
信
例：产品数量的统计、数字表盘
号
的读数、数字电路信号等。
(20-2)
V(t) 模拟信号
t
V(t) 数字信号
高电平 上升沿 t
低电平 下降沿
(20-3)
模拟电路与数字电路比较
逻辑与或逻辑乘
与逻辑运算规则 0 • 0=0 0 • 1=0 1 • 0=0 1 • 1=1
(20-19)
（2）“或”逻辑
A、B、C 有一个或一个以上条件具 备时，事件F就发生。
逻辑符号 A
E
B C
F
A B
1 F
C
(20-20)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
• 触发器
基本数字电路：
• 组合逻辑电路 • 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、
脉冲整形电路） • A/D转换器、D/A转换器
(20-6)
两个数字系统实例
请见书：P215 ~ 216
(20-7)
§20.1 脉冲信号
常见脉冲信号
矩形波 尖顶波
(20-8)
实际的矩形波参数
0.9A
0.5A
A
tP 0.1A
A条件具备时 ，事件F不发生；A不具 备时，事件F发生。
R
逻辑符号
EA
FA
F
(20-22)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
状态表
AF 01 10
逻辑表达式
FA
逻辑非逻辑反
非逻辑运算规则
01 10
特点：1则0, 0则1
(20-23)
（4）几种常用的逻辑关系
状态表
A BC F 00 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 1 10 0 1 10 1 1 11 0 1 11 1 1
特点：有1则1, 全0则0
逻辑表达式 F=A+B+C
逻辑或或逻辑加
或逻辑运算规则 0 + 0=0 0 + 1=1 1 + 0=1 1 + 1=1
(20-21)
（3）“非”逻辑
“与”、“或”、“非”是三种基本的 逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以 它们为基础表示。
与非：条件
A、B、C都具 备，则F 不发 生。
A
F ABC
B C
&F
(20-24)
或非：条件
A、B、C任一 具备，则F不 发生。
F ABC
A B
1 F
C
异或：条件
A、B有一个具 备，另一个不 具备则F 发生。
1.电路的特点
模拟电路: 晶体管一般工作在线性放大区； 数字电路: 晶体管工作在开关状态，即工作在
饱和区和截止区。
2.研究的内容
模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、相 位、失真等方面的关系。主要采用电路分析方 法分析，动态性能用微变等效电路分析。
数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。 主要的工具是逻辑代数，电路的功能用状态表、 逻辑表达式及波形图表示。
(1-0)
第二十章 门电路和组合逻辑电路
§ 20.1 脉冲信号 § 20.2 基本门电路及其组合 § 20.3 TTL门电路 § 20.4 CMOS门电路 § 20.5 逻辑代数 § 20.6 组合逻辑电路的分析和综合 § 20.7 加法器 § 20.8 编码器 § 20.9 译码器和数字显示 § 20.10 数据分配器和数据选择器 § 20.11 应用举例
1
0
只要能判断高 低电平即可
(20-16)
在数字电路中，门电路是最基本的逻 辑元件，其输入和输出间存在一定的逻 辑关系，它是和基本逻辑关系相对应的 电子电路，主要有：与门、或门、与非 门、或非门、异或门等。
(20-17)
基本逻辑关系：
（1）“与”逻辑 A、B、C条件都具备时，事件F才发生。
A BC
(20-14)
在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能 取两个值（二值变量），即：“0”和 “1”，中间值没有任何意义。“0”和 “1”只表示两个对立的逻辑状态。如电 位的高低、开关的开合等。
(20-15)
在逻辑电路中，只有 两种相反的工作状态，即 高电平和低电平，通常用 “1”表示高电平、用“0” 表示低电平。这种表示方 法即为所谓的正逻辑系统。 若用“0”表示高电平、用 “1”表示低电平，即为所 谓的负逻辑系统。一般均 采用正逻辑系统。
E
F
逻辑符号
A B
&F
C
(20-18)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
状态表
A BC F 00 0 0 00 1 0 01 0 0 01 1 0 10 0 0 10 1 0 11 0 0 11 1 1
特点：有0则0, 全1则1
逻辑表达式 F=A•B•C
tr
tf
T
实际的矩形波
脉冲幅度：A 脉冲周期：T 脉冲频率：f 脉冲上升沿：tr 脉冲下降沿：tf 脉冲宽度：tp
(20-9)
正脉冲和负脉冲
+3V
百度文库
0
0
-3V
正脉冲
+3V
3
0
-3V
负脉冲
正脉冲：脉冲跃变后的值 > 初始值 负脉冲：脉冲跃变后的值 < 初始值
(20-10)
晶体管的开关作用
c
b
s
e
开关闭合
Vcc
1
高电平：V
可用三极 低电平：V
管代替
0
0V
在数字电路中，电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。
(20-12)
三极管的开关特性
+Ucc
uA
t
R1
A R2
F uF
t
+Ucc
0.3V
(20-13)
§20.2 基本门电路及其组合
§20.2.1 逻辑门电路的基本概念
在数字电路中，我们研究的是电路的 输入和输出之间的逻辑关系，所以数字电 路又称逻辑电路，而相应的研究工具是逻 辑代数（布尔代数），其基本逻辑关系为： 与、或、非。
c IC
bT IB e
c
b
s
e
开关断开
放大状态：IC = βIB 饱和状态: βIB > IC(sat) 截止状态：IC ≈ 0
Si： Uce开= 关0.3闭V合 Ge：Uce开= 关0.断1V开
(20-11)
Vcc R
K
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
VO
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
(20-4)
模拟电路研究的问题
基本电路元件: 基本模拟电路:
• 晶体三极管 • 场效应管 • 集成运算放大器
• 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） • 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） • 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、…）
(20-5)
数字电路研究的问题
基本电路元件： • 逻辑门电路
(20-1)
数字信号和模拟信号
电
模拟信号 随时间连续变化
子
电
例：正弦波信号、锯齿波信号等。
路
中
数字信号 时间和幅度都是离散的
的
信
例：产品数量的统计、数字表盘
号
的读数、数字电路信号等。
(20-2)
V(t) 模拟信号
t
V(t) 数字信号
高电平 上升沿 t
低电平 下降沿
(20-3)
模拟电路与数字电路比较
逻辑与或逻辑乘
与逻辑运算规则 0 • 0=0 0 • 1=0 1 • 0=0 1 • 1=1
(20-19)
（2）“或”逻辑
A、B、C 有一个或一个以上条件具 备时，事件F就发生。
逻辑符号 A
E
B C
F
A B
1 F
C
(20-20)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
• 触发器
基本数字电路：
• 组合逻辑电路 • 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、
脉冲整形电路） • A/D转换器、D/A转换器
(20-6)
两个数字系统实例
请见书：P215 ~ 216
(20-7)
§20.1 脉冲信号
常见脉冲信号
矩形波 尖顶波
(20-8)
实际的矩形波参数
0.9A
0.5A
A
tP 0.1A
A条件具备时 ，事件F不发生；A不具 备时，事件F发生。
R
逻辑符号
EA
FA
F
(20-22)
规定: 开关合为逻辑“1”；开关断为逻辑“0”； 灯亮为逻辑“1”；灯灭为逻辑“0”
状态表
AF 01 10
逻辑表达式
FA
逻辑非逻辑反
非逻辑运算规则
01 10
特点：1则0, 0则1
(20-23)
（4）几种常用的逻辑关系
状态表
A BC F 00 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 1 10 0 1 10 1 1 11 0 1 11 1 1
特点：有1则1, 全0则0
逻辑表达式 F=A+B+C
逻辑或或逻辑加
或逻辑运算规则 0 + 0=0 0 + 1=1 1 + 0=1 1 + 1=1
(20-21)
（3）“非”逻辑
“与”、“或”、“非”是三种基本的 逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以 它们为基础表示。
与非：条件
A、B、C都具 备，则F 不发 生。
A
F ABC
B C
&F
(20-24)
或非：条件
A、B、C任一 具备，则F不 发生。
F ABC
A B
1 F
C
异或：条件
A、B有一个具 备，另一个不 具备则F 发生。
1.电路的特点
模拟电路: 晶体管一般工作在线性放大区； 数字电路: 晶体管工作在开关状态，即工作在
饱和区和截止区。
2.研究的内容
模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、相 位、失真等方面的关系。主要采用电路分析方 法分析，动态性能用微变等效电路分析。
数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。 主要的工具是逻辑代数，电路的功能用状态表、 逻辑表达式及波形图表示。