第十章 组合逻辑电路 电工电子技术(第3版)课件

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控制端低电平有效
A
＆
B
Y
EN
EN
控制端是低电平,即EN=0, 输出完成与非功能。 Y=百度文库A·B Y为高电平或低电平
控制端是高电平,即EN=1, 输出端Y“悬空”，呈现高电
阻状态。
A1
B
极管VDA和VDB承受正偏电
压,导通,输出VY =+0.3V。
0.3V
VDB
输 出
Y R 12V
16
(2)输入VA=+3V、VB=+0.3V,二极管VDA承受的正偏电
压高，优先导通, 输出V Y=+3V。同时，使VDB承受反
偏电压，截止。这时，输出V Y =+3V。
若输入VA=+0.3V、 VB =+3V,情况与上相似，输出 V Y
（二）真值表 表示数字电路逻辑功能和进行逻辑设计的重要工具 高电平 用1表示—逻辑1 低电平 用0表示—逻辑0 与门真值表
逻辑变量 A 、 B 、 Y 取值只能是1或0
输入逻辑变量的全部取值组合— n个输入逻辑变量，
2 共有 n种取值组合。
输出逻辑变量 Y
13
与门逻辑功能
全1出1 有0出0
(三)逻辑函数式
截止区（关门）
说明
AB段:
输入ui＜0.5V左右即输入低电平，输出高电平。
是传输特性的截止区,与非门处于关门状态。
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BC段
输入0.7V ＜ ui＜1.3V
随着输入信号ui增加,输出uO
线性下降。
是特性曲线的线性段
CD段
输入1.3V ＜ ui＜1.4V
uO／V
AB
3
2
C
1 D
0 0. 5 1 1. 5 2
二极管VDB承受的正偏电压高，优先导通。 输出信号VY≈+0.3V。 使二极管VDA承受反偏电压，截止。
输出VY≈+0.3V，低电平。
A VDA
A VDA
B
Y
B
Y
3V 0.3V
VDB R 12V
3V 0.3V
VDB R 12V
10
(3)输入信号VA=VB =+3V，二极管VDA和VDB承受同样 的正偏电压，同时导通，使输出信号VY≈ +3V。
E ui／V
输出uO急剧下降为低电平uO=0.3V
与非门导通
UT
CD段是特性曲线的转折区或过渡区
阈值电压(门槛电压)UT UT ≈1.4V
DE段 输入ui＞1.4V,输出uO保持低电平0.3V。
是特性曲线的饱和段,与非门导通(开启)。
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（二）TTL与非门的主要参数
（1）输出高电平UOH和输出低 电平UOL 输出高电平 UOH ≥ 2.7V 标准数值UOH = 3.4V
开门电平UON
保证输出是低电平时,所允许的 最低输入高电平数值。
u0 UOH
2.7V
一旦输入uI＜ UON,输出uO就迅
速升为高电平,与非门由开启转 换为截止 。
0
UNL
UNH
UIL U0FF U0N
UIH
ui
UON≈1.8V
(3)噪声容限 表示门电路的抗干扰能力
TTL与非门 UNL= 0.4V UNH= 0.9V
二.TTL数字集成电路的子系列
CT1000 标准系列 与国际54／74标准系列产品对应 如T1004(六反相器)与54LS04、 74LS04对应 工作速度较低。
CT2000 高速系列 与国际54／74高速系列产品对应 工作速度高、带负载能力强，但功耗也高。
CT3000 肖特基系列 与国际54S／74S系列产品对应 工作速度很高，但功耗也高。
输入逻辑变量 A、B、C等
输出逻辑变量Y 取值取决于输入逻辑变量，是一种函 数关系，称为逻辑函数，并且用逻辑函数式表示。
与逻辑函数式
Y=A·B 或 Y=AB
与逻辑又称为逻辑乘
读做“Y等于A与B”
与逻辑运算规则
0 ·0 = 0
0 ·1 = 0
1 ·0 = 0 与门图形符号
1 ·1 = 1 A B
Y=A·B·C
极管截止,IC≈0。电路输出高电平uo≈UCC。
输入高电平ui=UiH，三极管发射结正偏,且使其饱和导
通，电路输出低电平。该低电平数值即为三极管饱和管
压降uo≈UCES ≈03V。
21
四.与非门、或非门和与或非门
+12V
复合逻辑和复合门 （一）与非门
VDA R A
由与门和非门串联组合而成
B VDB
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一.TTL与非门电路简介
TTL集成电路的输入级电路和输出级电路均采用双极
型晶体管组成
+5V
（一）TTL与非门基本电路
+5V
R1
R1
R2
R4
A
b1
C1
b1
c1
A
VT1
VT2
VT4
B
VD YC
B C
VT3
R3
A
输入级 中间级 输出级
B
Y
R
输入级 多发射极晶体管VT1
12V
实现对输入信号的与逻辑运算
19
非门(反相器)图形符号
A
非逻辑函数式
YA
1 Y
非逻辑运算规则 0 1
10
例如A=1则 YA10 例如A=0则 YA01
非逻辑真值表
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（二）三极管非门电路 单管共射极放大电路 输出信号与输入信号反相
RC
+UCC
ui UiH
RB
+ u—i
+
UiL
0
t
u0
—
u0 UCC
UCES
0
t
输入低电平ui=UiL= + 0.3V, UBE＜死区电压(+0.5V),三
26
R1
R2
b1
c1
A
VT1
VT2
B
C R3
输入级 中间级
中间级 倒相级
R4
VT4
VD
VT3
+5V Y
输出级
晶体管VT2 自其集电极和发射极分别输出两个相位相 反的信号,分别加至输出级的VT4和VT3，使一个导通， 另一个截止。
输出级
VT4和VT3组成推拉式电路 带负载能力强、改善输出信号波形 27
uo=f(ui)
围绕使用了解TTL与非门的电压传输特性 TTL集成电路均采用+5V电源
29
+5V
R ui
R1
R2
VT1
VT2
uO／V
+5V
R4
3. 4 A B
3
VT4
C
VD
2
uO
V
VT3V
1
R3
D
0 0. 5 1 1. 5 2
输入端并联,加入输入·信号
E ui／V
输入0输出为1 输入1输出为0
非门
(一) 三状态输出与非门
总线结构：分时传递多路信号
减少集成电路中的连线数目
控制端 (使能端) EN
A B
EN
功能 控制端高电平有效
＆ Y
EN
控制端是高电平,即EN=1, 输出完成与非功能。 Y= A·B Y为高电平或低电平
控制端是低电平,即EN=0, 输出端Y“悬空”(与内部电 路断开)，呈现高电阻状态。
CT4000 低功耗肖特基系列 与国际54LS／74LS 系列产品对应
工作速度高，且功耗低。是当前应用较多
的主流产品
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在不同子系列产品中，如产品型号后面几位数字相同， 通常它们的逻辑功能、管脚排列等都相同。例如 T4022、 T3022 、 T2022 、 T1022 (54S22、 74LS22) 等均为同一功能产品----双4输入与非门。 三.TTL与非门的电压传输特性和主要参数 (一)电压传输特性
数字电路的基本逻辑关系 与、或、非 复合逻辑关系 与非、或非、与或非等
分立元件门电路 为学习和使用数字集成电路打下
基础
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一.与逻辑和与门电路 (一)与逻辑和二极管与门
输入信号(条件)
SA
输入
SB U
输出
开关SA和SB的状态(闭合或断开) 二值信号
输出信号(结果)
灯泡的状态(亮或暗) 二值信号
逻辑关系:只有输入信号－开关SA 、SB全都闭合,输出 信号－灯才被点亮
P
工作原理
二极管与门
+12V（UCC）
RC
RB
Y
非门
真值表
A
＆
1
Y
B
逻辑功能
全1出0 有0出1
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与非门图形符号
A
＆
逻辑函数式 YABC
B C
Y
（二）或非门
由或门和非门串联组合而成
工作原理
真值表
A
≥1
1
Y
B
逻辑功能
有1出 0 全 0出1
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或非门图形符号 逻辑函数式
A B
≥1
Y
C
YABC
（三）与或非门
u0 UOH
2.7V
输出低电平 UOL ≤ 0.4V 标准数值UOL = 0.3V
UOL 0 UIL UOFFUON
（2）关门电平UOFF和开门电平UON
关门电平UOFF
ui UIH
保证输出是高电平时,所允许的最高输入低电平数值。
一旦输入uI＞ UOFF,输出uO就迅速降为低电平,与
非门由截止转换为开启，UOFF ≈ 0.8V。 32
一.模拟信号与数字信号
u
模拟信号:随时间连续变
化的电信号
0
t
数字信号
举例：对机械零件计数
电光源
光电转换
放大电路
整形电路
u
u
u
0
t0
t0
t
2
二.数字信号与数字电路的特点
1.数字信号 不连续变化 u
信号的变化发生在一系列离
1
1
1
1
散的瞬间 数值变化是阶跃的形式
0 0
0
0
0t
2.数字信号 有信号－数字电路呈现高电平—用“1”表示 没有信号－数字电路呈现低电平—用“0”表示 “0”和“1”是两个符号
VDB R
Y
输 出
12V
VDA
Y VDB R
12V
8
A B 0.3V
VDA
Y VDB R
12V
A B 0.3V
VDA
Y VDB R
12V
(1)输入信号VA=+0.3V、 VB=+0.3V
VDA 、VDB承受正偏电压、导通－理想二极管处理
VY=+0.3V 输出低电平
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(2)输入信号VA=+3V、VB =+0.3V
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)
数字集成电路按所用晶体管类型的不同分为两大类
双极型数字集成电路---主要是TTL数字集成电路 CMOS数字集成电路----MOS场效晶体管组成
TTL数字集成电路的优点是工作速度高、产品参数
稳定、工作可靠，获得广泛应用。
3.数字电路 只有两个稳定状态 特别适宜于集成化
数字电路抗干扰能力强、工作可靠性高、精度高、 数字信息便于长期保存和读数。
3
(2)重点是分析其输出信号与输入信号之间的逻辑关系 模拟电路中晶体管工作在放大状态(线性区) 重点是分析其输出信号与输入信号之间的数值、相位关 系及输出信号波形的保真。
(3)以学习数字集成电路的外部功能和使用方法为主
VDA A
B
Y
VDB R 3V
12V
VDA A
B
Y
VDB R 3V
12V
VY≈ +3V，输出高电平。
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总结： 只有当输入信号全都是高电平时，输出才是高电平。 输入信号中只要有一个（或几个）是低电平时，输出 就是低电平。 对于输出高电平来说，满足与逻辑关系—与门电路
输出电平与输入电平之间的关系
12
C
＆ Y
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与门应用举例
A
＆
Y
输入A 矩形脉冲系列
B
输入B 控制脉冲
A B Y
门被封锁
门开启
门被封锁
·
15
二.或逻辑关系和或门电路
或逻辑 决定一件事情的 输 几个条件中,只要有一个 入 SA 条件具备,这件事情就会 发生。
SB U
(一)二极管或门电路
VDA A
(1)输入VA=VB=+0.3V，二
与逻辑关系:只有当决定一件事情的条件全都具备之后,
这件事情才能发生。这种逻辑关系就称为与逻辑。 7
二极管与门电路
SA
输入
SB U
输出
输A 入B
输入信号 VA和VB
高电平(+3V )或低电平(+0.3V)
输出信号 VY
A
逻辑关系:
(1)输入信号VA=+0.3V、 VB =+0.3V
B 0.3V
VDA
第十章 组合逻辑电路
电 子
模拟电子电路
电 路
数字电子电路
组合逻辑电路 时序逻辑电路
本章主要内容
数字电子电路的基础知识 二进制 基本逻辑关系和基本逻辑门电路 逻辑代数的基本公式和逻辑函数式的化简方法
组合逻辑电路的分析方法和设计方法
常用的集成组合逻辑电路 编码器、译码器和加 法器的功能及使用方法
1
10-1 数字信号与数字电路
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或门图形符号 Y=A+B+C
A B
≥1
Y
C
正逻辑 规定逻辑1表示高电平、逻辑0表示低电平。
负逻辑 规定逻辑1表示低电平、逻辑0表示高电平。
三.非逻辑和非门电路 （一）非逻辑和非门
非逻辑就是对一个逻辑变量取“反”。即对这个逻辑变 量加以否定—对于高电平的否定是低电平；对于低电平 的否定是高电平。
=+3V。
A VDA
B
Y
3V
VDB R
0.3V
12V
(3)输入VA = VB =+3V,二极管VDA和VDB承受相同
的正偏电压,同时导通,输出 V Y =+3V。
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（二）真值表
或逻辑 全0出0 有1出1
（三）逻辑函数式 Y=A+B 或逻辑又称逻辑加
或逻辑运算规则 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1
低电平噪声容限UNL
高电平噪声容限UNH
UNL 和 UNH 越大抗干扰能力越强
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(4)扇出系数N 表示与非门带负载能力的技术指标 TTL与非门 N≤8
(5)平均传输延迟时间tpd
表示与非门开关速度的技术指标
典型中速TTL与非门 tpd=(20～40) μs
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四.其它功能的TTL门电路 与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门等。
A
＆ ≥1
逻辑函数式 Y=A·B + C ·D
B C
Y
D
逻辑功能 每一组输入端内部是与逻辑关系
组与组之间是或非逻辑关系
当任何一组（或几组）输入端的输入全为高电平时，
输出是低电平；只有在每一组输入中都有低电平时，
输出才是高电平。
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10-4 TTL集成门电路 电子技术的发展方向之一是集成化
集成电路按集成度的不同分为