组合逻辑电路分析与设计(1)

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74系列中的子系列：
74LS子系列在功耗和速度上表现较好，是应用 最广泛的TTL器件。
不会对静电放电非常敏感。
通常由５V直流电源供电。
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（2）TTL与CMOS的比较
电源电压：典型TTL（＋5V），CMOS（3～18V） 输出高电平：TTL（3.6V），CMOS（VDD－0.1） 输出低电平：TTL（0.3V），CMOS（0） 抗干扰能力：CMOS更好
最基本的门电路是与门、或门和非门。
利用与、或、非门就可以构成各种逻辑门。
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集成电路的规模类型 集成电路的制造技术类型 集成电路的封装类型 集成电路引脚编号 集成电路的使用特性
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集成电路的规模类型：
通常用一个芯片中包含逻辑门或元件的数量的多少来 衡量集成电路的规模。
目前数字集成电路的集成度分为6类：
74HC系列
高性能CMOS器件 逻辑功能与管脚排列与74系列TTL芯片相同
74HCT系列
高性能CMOS器件
输入输出电平与TTL电平相同，完全兼容74
系列的TTL芯片 h
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（4）CMOS逻辑电路的特点： 与TTL集成电路相比，CMOS电路具有如下特点：
1、制造工艺较简单，集成度和成品率较高，成本低。
同一系列的芯片可以项目连接实现各种逻辑功能。
不同系列的芯片则不能随便连接，他们可能用不 同的电压表示1和0。
即使是同一类型的芯片（例如，TTL）也可能有
多种逻辑系列。
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1. CMOS逻辑门
（1） 简介
MOS（metal-oxide semiconductor FET）集 成逻辑门是采用MOS管作为开关元件的数字 集成电路。
MOS门有PMOS、 NMOS和CMOS三种类 型， CMOS电路又称互补MOS电路，它突 出的优点是静态功耗低、抗干扰能力强、工 作稳定性好、开关速度高，是性能较好且应 用较广泛的一种电路。
就直流电源而言，可分为＋５V和＋３.3V两类
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（2）CMOS器件的系列
4000系列
最早的CMOS系列 与流行的TTL系列不兼容
TTL电路形式发展较早，工艺比较成熟。 ECL电路速度快，但功耗大。I2L电路速度较 慢，但集成密度高。
另一类为单极型MOS集成电路
包括NMOS、 PMOS和CMOS等。
常用辑系列： 是一些集成电路芯片的集合。
同一系列的芯片具有类似的输入、输出及内部电 路特征，但逻辑功能不同。
第2章 组合逻辑电路分 主要内容 析与设计
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主要内容
1. 集成逻辑门 2. 常用MSI组合逻辑模块 3. 组合型可编程逻辑器件 4. 组合逻辑电路分析 5. 组合逻辑电路设计 6. 组合逻辑电路的VHDL描述 7. 组合逻辑电路中的险象
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逻辑电路的分类：
组合逻辑电路 逻 辑 电 路
时序逻辑电路
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仅有逻辑门级联而成， 没有反馈通道 功能可用真值表描述 现时的输出仅取决 于现时的输入
含有记忆元件
输出除与现时输入 有关外还与电路原 来的状态有关
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研究组合电路无非是两方面的问题:
1.已知电路图,要求分析清楚它的逻辑 功能。
2. 已知对逻辑功能的要求,要求设计一 个电路 来实现它。
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分析步骤大致如下：
2、功耗低。
3、电源电压范围宽。
4、扇出系数大，驱动能力强。
5、逻辑摆幅大，抗干扰能力强。
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(5) CMOS集成电路使用注意事项
CMOS电路容易产生栅极击穿问题，所以要特别注意 以下几点：
(a) 避免静电损失
存放CMOS电路不能用塑料袋，要用金属将管脚短接 起来或用金属盒屏蔽。
工作台应当用金属材料覆盖并应良好接地。
焊接时，电烙铁壳应接地。
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(b)处理多余输入端
CMOS电路的多余输入端不允许悬空。
多余输入端应根据逻辑要求或接电源，或接地， 或与其他输入端连接。
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讨论题：CMOS门电路多余引脚的处理。
将2输入的CMOS逻辑门转换成CMOS反相器，其中 的一个引脚多余，请分析以下4种处理方法的合理性。
VDD
静态功耗：CMOS的静态功耗很低 工作速度：TTL已优势不大
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（4）TTL集成门电路使用注意事项
(a) 电源电压应满足在标准值5V+10%的范围内。
(b) TTL电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出 系数。
(c) 多余输入端的处理。
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集成电路的封装类型：
集成电路封装形式取决于它们装配在印制电路板上的方式， 通常分为两大类：
由给定的逻辑电路图
写出逻辑关系表达式
用逻辑代数或卡诺图对逻辑函数进行化简。
列出输入输出状态的真值表表并得出结论。
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设计步骤大致如下：
确定实际问题的逻辑含义
列出真值表
用逻辑代数或卡诺图对逻辑函数进行化简。
写出逻辑代数式
画出逻辑图
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2.1 集成逻辑门
逻辑门： 逻辑门电路是够实现各种基本逻辑关系的电路， 简称“门电路”或逻辑元件。
＆
X
Z 1KΩ
X
≥1
ZX
≥1
Z
悬空
＆
X
Z
1KΩ
(a)
(b)
(c)
(d )
合理
合理
合理
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不合理 19
2. TTL逻辑门
（1）TTL逻辑系列
74民用系列
54军用系列
逻辑功能和引脚排列完全相同
温度： 0～70度 电压： 5v 5％
-55～125度 5v 10％
54军用系列比74民用系列更能适应恶劣的 自然环境和电气环境。
小规模集成电路(SSI)
中规模集成电路（MSI）
大规模集成电路（LSI） 超大规模集成电路（VLSI）
特大规模集成电路（ULSI） 巨大规模集成电路（GSI）
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集成电路的制造技术类型：
集成门按内部有源器件的不同可分为两大类：
一类为双极型晶体管集成电路
双极型？
参与导 电的有 两种载 流子。
包括晶体管TTL逻辑（transistor-transistor logic）、射极耦合逻辑ECL（emitter coupled logic）和集成注入逻辑I2L（integrated injection logic ）等。
插孔装配：如DIP双列直插式
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平面装配：
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集成电路引脚编号：
IC芯片的引脚序号是依次半圆缺口（小点， 凹槽）为参考点定位的，缺口左下边的第一
个引脚编号为1，IC引脚编号按逆时针方向
增加。
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集成电路的使用特性
1. 逻辑电平 2. 噪声容限 3. 输出驱动能力（负载能力） 4. 功耗特性 5. 延迟特性 6. 不同系列逻辑门的性能比较