电工电子技术基础课件第10章

R2
T3 T2
R3
+5V
R5
R4
拉电流
T4
uY = 3.6 V
Y
T5 RL
A
B1 R1 C1
B
设：uA= 0.3V uB= uC=3.6V，则 VB1= (0.3+0.7) V= 1V
C
T2 、T5 截止，
T3、 T4 导通，
uY = 5 – ube3 – ube4 – uR2 = (5 – 0.7 – 0.7)V = 3.6 V
扰
保证输出高电平所允许的最大输入低电平的电压值
能
力 （4）开门电压 U ON
通常: U ON≤1.8V
保证输出低电平所允许的最小输入高电平的电压值
（5）扇形系数 N
输出端能带动同类门的最大数目 典型：N≥8
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
（6）平均传输延时时间 tpd
第10章 门电路和组合逻辑电路
教学目标
1 掌握与、或、非基本逻辑运算及与非、异或逻辑 运算功能。
2 理解逻辑代数的基本运算法则和基本定律。 3 掌握复合逻辑运算关系表达式、逻辑符号和逻辑 规律，掌握逻辑代数运算法则及逻辑化简方法。 4 了解数字集成门电路特点及其使用方法。 5 掌握组合逻辑电路分析和设计方法。 6 了解编码器、译码器、加法器等逻辑部件及功能。
(3) 逻辑符号
(2) 真值表
AB F
001 010 100 110
口诀 有1出0,全0出1
(4) 逻辑表达式
F AB
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
3.与或非门 (1) 与或非门组成
(2) 逻辑符号
(3) 逻辑表达式 F A1B1 A2B2
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第10章 门电路和组合逻辑电路
第一节 数字电路概述 第二节 逻辑门电路 第三节 TTL门电路 第四节 CMOS门电路 第五节 组合逻辑电路 第六节 常用组合逻辑模块
第10章 门电路和组合逻辑电路
思政引例
绳锯木断，水滴石穿。
——罗大经
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第1章 电路基本概念与定律
思政引例
1849年英国数学家乔治.布尔(George Boole)首先提出描 述客观事物逻辑关系布尔代数，1938年克劳德.香农(Claude E. Shannon)将布尔代数应用到继电器开关电路的设计，因此 又称为开关代数。逻辑代数是描述客观事物逻辑关系，逻辑函 数表达式中逻辑变量取值只有两个值，即0和1。微电子技术是 现代军事技术与军事武器装备基础和核心技术，海湾战争就是 现代战争中以“硅芯片”打垮“钢铁”的典型战例。
（2）A、B、C和D全部为高电平(3V)时
T1 截至，T2饱和导通，输出F为低电平
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与 非 逻 辑 关 系
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
TTL 与非门电路
第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
(1) 输入不全为 1
+5V
VB1 = 1 V
R1
T1
A B C
Y=1
小
第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
(2) 输入全为 1
+5 V
VB1 = 2.1 RV1 T1
A B C
VC2=1V
R2 T2
T3 T5
R4 uY = 0.3 V T4
Y
R3
R5
灌电流
+VCC R1 T1
设 uA = uB = uC = 3.6 V ，输入端全部是高电平， VB1 升高，足以 使 T2 、T5 导通，uo = 0.3 V，Y = 0。且 VB1 = 2.1 V，T1 发射结全部反 偏。
第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
4.异或门 (1) 异或门组成
(2) 真值表
AB F
0 00 0 11 1 01 1 10
口诀 相同出0,相异出1
(3) 逻辑符号
(4) 逻辑表达式 F AB AB
AB
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
特别提示 “与”逻辑是指当决定某件事的几个条件全部具备 时，该件事才会发生，这种因果关系称为“与”逻辑 关系，实现“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路。 “或”逻辑是指当决定某件事的几个条件中，只要有 一个条件具备，该件事就会发生，这种因果关系称为 “或”逻辑关系，实现“或”逻辑关系的电路称为 “或”门电路。在逻辑关系中，“非”就是否定或相 反的意思。实现“非”逻辑关系的电路称为“非”门 电路。
(3) 逻辑符号
与门 或门 非门
(2) 真值表 AB F
0 00 0 10 1 00 1 11
口诀 有0出0,全1出1
(4) 逻辑表达式
F A B
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
2.或门 (1) 或门电路
(3) 逻辑符号
(2) 真值表 AB F
0 00 0 11 1 01 1 11
相应位的“权” （2）二进制数 逢二进一
数码 0，1（共2个） (an-1…a1a0)B=an-1×2n-1+…+a1×21+ a0×20
相应位的“权”
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第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
（3）八进制数 逢八进一 数码 0，1，2，3，4，5，6，7（共8个） (an-1…a1a0)O=an-1×8n-1+…+a1×81+ a0×80
口诀 有1出1,全0出0
(4) 逻辑表达式
F AB
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
3.非门 (1) 非门电路
(2) 真值表
AF
01 10
口诀 有0出1,有1出0
(3) 逻辑符号
(4) 逻辑表达式
FA
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
3.性能参数 （1）输出高电压 UOH 典型值：3.5V 规范值:≥2.4V
输入至少1个为低电平时的输出电压值
（2）输出低电压 U OL 规范值:≤0.4V
抗
输入全为高电平时的输出电压值
干 （3）关门电压 UOFF 通常: UOFF≥0.8V
二、复合逻辑门电路 与非门 或非门 与或非门 异或门
1.与非门 (1) 与非门组成
(2) 真值表
AB F
0 01 0 11 1 01 1 10
口诀 有0出1,全1出0
(3) 逻辑符号
非逻辑 (4) 逻辑表达式
F A B
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
2.或非门 (1) 或非门组成
A
B
&
Y
C
Y ABC
与非门的逻辑功能：全 1 出 0，有 0 出 1。
第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
74LS20与非门外引线排列图
电压传输特性
2.电压传输特性
电压传输特性——将与非门的某一输入端的电压从0逐渐
增大，而将其他输入端接恒定的高电平时测得的输出电压uO 随输入电压 uI 变化的特性。
晶体管导通时工作在 深度饱和状态
tpd
tpd1 tpd2 2
tpd越小，电路允许工作速度越快
TTL电路：
tpd ≤40ns
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
二、集电极开路与非门（OC门）
(c)与非门
___
F AB
___ ___
F ABCD
(d)线与
相应位的“权” （4）十六进制数 逢十六进一
数码 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B， C，D，E，F（共16个）
(an-1…a1a0)H=an-1×16n-1+…+a1×161+ a0×160
相应位的“权”
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第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
[例题] 比较 (26)D、(1B)H、(36)O、(10100)B的大小 [解] 不同进制数比较大小，通常是都先换成十进制形式
三态门的应用
（利用总线分时复用传输多路不同的信号）
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
VC2 = UCE2 + UBE5 = (0.3 + 0.7) V = 1 V，使 T3 导通，T4 截止。
第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
由以上分析可知： 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。
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
三、三态门 1.三态门工作原理
输入端 控制端
输出端
__
（a）当 E 0 时， T1截至，D导通，F=A
__
（b）当 E 1 时， T1饱和导通，T2截至，F呈高阻态
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
矩形脉冲信号 脉冲幅度
前沿 (上升沿)
高电平
后沿 (下降沿)
A
脉冲周期
低电平
T1
T2
T
占空比 T1 T
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第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
数字电路的特点 1.可靠性较高 数字电路只需要区别数字信号高电平、
低电平，而不必反映信号幅度和精度； 2.抗干扰能力强 因为干扰信号主要影响信号的幅度； 3.便于智能化 数字电路对信号具有算术运算和逻辑运算
10.2 逻辑门电路
（逻辑）门电路 按照一定的逻辑关系而开关的门。
不满足条件的 电信号
一种开关
满足条件的 电信号
不能够通过“门”
能够通过“门”
门电路输入信号与输出信号之间存在一定逻辑关系
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
一、基本逻辑门电路 1.与门 (1) 与门电路
(1B)H 1161 11160 (27)D (36)O 3 81 6 80 (30)D (10100)B 1 24 1 22 (20)D
四个数的大小关系为
(36)O > (1B)H > (26)D > (10100)B
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第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
10.1 数字电路概述
一、数字电路和模拟电路
时间上连续变化的信号
时间和幅度都是跳变的信号
处理模拟信 号的电路
处理数字信 号的电路
模拟电路
特点：注重电路的输入、 输出大小、相位关系
数字电路 特点：注重电路的输入、输
出的逻辑关系
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第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
和判断，有一定“逻辑思维”能力； 4.功耗小 因为数字电路电子元件大多工作在开关状态。
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第10章 门电路和组合逻辑电路——数字电路概述
二、数字电路的数制 （1）十进制数 逢十进一
数码 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（共10个） (an-1…a1a0)D=an-1×10n-1+…+a1×101+ a0×100
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
10.3 TTL门电路
一、TTL与非门电路
截导至通
10.47V
高低电平 (+5V)
30VV 3V
(悬空) 3V
3V
1.工作原理
饱截和至导通
（1）A、B、C和D中一个或多个为低电平(0V)时
T1 导通，T2 截至，输出F为高电平
2.逻辑符号
低电平选通 三态门
A F
E EN
高电平选通 三态门
3.三态门真值表
EA F
0
0
0
1
1
1 高阻态
表中为任意状态
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
双向三态门
双向三态门真值表
E 传送方向
0
Di Do
1 Di Do
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第10章 门电路和组合逻辑电路——TTL门电路
利用晶体管实现与门、或门和非门三种门电路。渺小构筑 伟大，瞬间组成永恒，每一个单独个体都依托于社会，引导学 生认识个体与集体辩证关系。个人与国家相互成就、相辅相成， 每个人虽只是奋斗在中国一个“1”，但中国却因每一个“1” 的奋斗而伟大，而个人有了强大祖国做后盾才能有更好发展。
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逻辑门
第10章 门电路和组合逻辑电路——逻辑门电路
几种常用逻辑门
与门
或门
非门
符号 A B
&
A FB
≥1
FA
1
F
逻辑式
F AB
F AB
FA
逻辑门 与非门
或非门
与或非门
异或门
A 符号 B
&
FA B ≥1
A
F B& C ≥1 D&
A FB
=1 F
逻辑式 F AB F A B F ABCD F AB