数字电路 逻辑门电路

第2章 逻辑门电路
＋5V 5.1kΩ×4 LED
2 4 6 8
L1
L2
L3
L4
74LS05
1
1
1
3
1
5 6
1 6 8 & 9 101213
6 74LS20 & 1 2 4 5 &
8 &
9 101213
1 2 45
500Ω×4 a b c d
A B C D
＋5V
图 2.1
简易抢答器
第2章 逻辑门电路
1． 与非门 图2.8所示为双输入单输出DTL与非门电路及其逻辑符 号。当输入端A或B中的任何一端为低电平0（0V）时，所接 二极管VD1或VD2导通，晶体管V1的基极对地电压为0.7 V（小 于1.4 V），晶体管V1截止，晶体管V2也截止，输出端L为高
电平（+5 V）；当输入端同时为低电平0（0 V）时，输出端
第2章 逻辑门电路
(3) 在进行（1）、（2）操作步骤时，分别测试IC芯
片输入、输出管脚的电平变化，并完成表2.1所示内容。
表中， A、 B、 C、 D表示按键开关， “×”表示开关动 作无效； L1、 L2、 L3、L4表示4个指示灯。 按键闭合或 指示灯亮用“1”表示， 开关断开或指示灯灭用“0”表示。
2· 4 其他常用门的电路 1·
第2章 逻辑门电路
在介绍各系列门电路之前，首先要了解最基本的门电路。 本门电路是指能够实现 3 种基本逻辑功能关系的电路， 与门、 或门、非门（又称反相器）。利用与、或、 非门，能构成所有
可以想象出的逻辑电路。如与非门、 或非门、门、与或非门等。
逻辑门电路的描述有以下 4 种方式：真值表、逻辑表达式、
(3)按正确方法插好IC芯片，参照图2.1连接线路。 (4)通电前要认真检查线路。注意：IC芯片电源的正、负 端连接是否正确；电源连线是否反接；电路板各管脚或焊点之 间是否短路。待检查无误后方可通电。
3）操作与调试
（1）通电后，分别按下A、 B、 C、 D各键，观察对应指 示灯是否点亮。 (2) 当其中某一指示灯点亮时，再按其他键，观察其他指 示灯的变化。
识。作为初学者，我们还需明白更多的问题：什么是逻辑
门电路？它是怎样实现输入变量与输出变量间逻辑运算的? 逻辑门电路有多少种？在实际应用中我们应该如何选择逻
辑门？例如在上述实训电路中能否用其他门电路来实现？
不同类型的门电路具有哪些特点？输入、输出信号间的逻 辑关系应该如何描述？共有多少种方法，在不同情况下用 哪些方法描述更简捷方便？
第2章 逻辑门电路
VD1 A VD2 B 1kΩ －E C (a) DTL或门电路
图 2.6
L
A B
≥1
L
(b) 或门逻辑符号
双输入端或门
第2章 逻辑门电路
图 2.7 为描述双输入端或门输入与输出信号之间逻辑关 系的波形。
A B L
图 2.7 双输入端或门波形图
第2章 逻辑门电路
2.1.4其他常用门电路
同样也为高电平（+5 V）；当输入端A和B同时为高电平（+5 V）时，所接二极管VD1和VD2截止，
第2章 逻辑门电路
晶体管V1、V2均导通，输出端L为低电平0（+0.3V）。 可见，只要输入端中的任意一端为低电平时，输出端就一定 为高电平; 只有当输入端均为高电平时，输出端才为低电平
平
“0”时， 二极管VD1、
第2章 逻辑门电路
VD2的导通使输出端L为低电平“0”（0.7 V）。 可见， 只要输入中的任意一端为低电平时，输出端就一定为低电平; 只有当输入端均为高电平时，输出端才为高电平, 即输入与
输出信号状态满足“与”逻辑关系。 任何能够实现L=A·B
“与”逻辑关系的电路均称为“与门”。 图 2.5 为描述双输入端与门输入与输出信号之间逻辑关 系的波形图
第2章 逻辑门电路
第2章 逻辑门电路
实训2 简单抢答器的电路与试验
2· 逻辑门电路 1
2· 不同系列门电路 2
2· 门电路综合应用 3
2· 常用门简介 4 本章小结 习题2 返回主目录
第2章 逻辑门电路
第 2 章逻 辑 门 电 路
逻辑门电路是按特定逻辑功能构成的系列开关电路。 它
具有体积小、成本低、抗干扰能力强、使用灵活方便等特点,
其内部包含6个非门，故称为六非门。我们在第1章讨论过的逻 辑关系， 均可以用电子电路来实现。我们把这些电路称为逻辑 门。与第1章实训电路相比，集成逻辑门电路具有结构简单、 体积小、重量轻、容易实现等特点。
第2章 逻辑门电路
（2） 电路中对逻辑事件的是与否用电路电平的高与 低来表示。表示逻辑事件的这种电信号只有高、低电平两 种状态，故称为开关信号。为简单起见，用“1”和“0”两个
第2章 逻辑门电路
表 2.1
B C B A
抢答器逻辑状态表
L4 L3 L2 L1
第2章 逻辑门电路
5． 实训总结与分析 （1）实训中采用了两种不同信号的数字集成电路，其中， 74LS20可以实现4个输入信号与非的逻辑关系，称为四输入与 非门。由于内部包含两个完全相同的电路，故称为双四输入与
非门。74LS05可以实现非逻辑关系，称为非门，也称为反相。
0.2～0.3 V的电压，属于低电平范围； 当输入端为低电平0（0V 时，晶体管截止，晶体管集电极—发射极间呈高阻状态，输出端
L的电压近似等于电源电压，即输入与输出信号状态满足“非”
逻
辑关系。任何能够实现L= 小
A
“非”逻辑关系的电路均称为“非
门”。式中的符号“-”表示取反，在其逻辑符号的输出端用一个
万用表或逻辑笔来测量电路中的逻辑关系，分析电路。若输 入/输出开关信号频率较高，可用示波器或逻辑分析仪测试 并记录信号的波形，再根据波形图分析某一信号的变化规
律及在任一时刻各信号间的逻辑关系。 本实训电路中的输
入信号为手动开关信号， 频率很低， 所以我们用逻辑笔或 万用表来测试输入与输出信号之间的逻辑关系， 并用表2.1 直观地表示出来。
第2章 逻辑门电路
在安装与调试过程中，我们应该如何检验线路的好
坏并用相应的设备快速而准确地判断并排除故障按照实 际逻辑控制的要求，设计控制电路有哪些具体步骤？应 该如何选择元器件？ 在后面的章节中将围绕以上问题进行较详细的介绍
第2章 逻辑门电路
2· 逻辑门电路 1
2· 1 非门 1· 2· 2 与门 1· 2· 3 或门 1·
符号分别表示高、低电平。如用“1”表示高电平， “0”表
示 低电平，则称为正逻辑电路，反之称为负逻辑电路。在 数字电路中， 如采用实训中使用的称为TTL的集成器件， 高电平一般在4.3～5 V之间, 低电平在0～0.7 V之间。
第2章 逻辑门电路
（3）当输入/输出开关信号的频率很低时，我们可以用
第2章 逻辑门电路
＋5V VD1 A VD2 B (a) DTL与门电路 (b) 与门逻辑符号 R＝6 kΩ L B A
&
L
图 2.4 双输入端与门图
第2章 逻辑门电路
A B L
2.5 双输入端与门波形图
第2章 逻辑门电路
2.1.3 或门
图2.6所示为双输入单输出DTL或门电路及或门逻辑
符号。当输入端A或B中的任何一端为高电平1（+5 V）时
这样该与非门的所有输入端均为高电平， 根据与非关系，其输 由于该与非门输出端与其他3个与非门的输入端相连，它输出的 低电平维持其他3个与非门输出高电平。因此其他发光二极管都
出端则为低电平，反相器输出为高电平， 从而点亮发光二极管。
不亮。
第2章 逻辑门电路
5）通过本实训，我们对门电路及其应用有了一定认
是构成各种复杂逻辑控制及数字运算电路的基本单元。
熟练掌握门电路的基本原理及使用方法是本章学习的主
要内容。
第2章 逻辑门电路
实训2简单抢答器的电路与试验
1． 实训目的 （1） 了解集成逻辑门电路的结构特点。 （2） 体验由基本逻辑门电路实现复杂逻辑关系的一般方法。 （3） 学会集成门电路的使用及逻辑电平的测量。 （4） 建立组合逻辑电路的基本概念。 2． 实训设备与器件 实训设备：数字集成电路测试仪1台、逻辑笔1支、直流稳 压电源1台、万用表1块。 实训器件：双四输入与非门74LS20 2片、六非门74LS05 （OC门）1片、 发光二极管4只、5.1 kΩ电阻4个、 500 Ω电阻 4个、 按钮开关4个、 导线若干。
， 输出端L一定为高电平（+4.3 V）；当输入端同时为高 电平1时，输出端也为高电平；当输入端A和B同时为低电 平0（0 V）时，输出端L一定为低电平0。 可见， 只要输 入端中的任意一端为高电平， 输出端就一为高电平；只
有当输入端均为低电平时，输出端才为低电平，即输入
与输出信号状态满足“或”逻辑关系。 任何能够实现 L=A+B“或”逻辑关系的电路均称为“或门”。
第2章 逻辑门电路
3． 实训电路与说明 （1）逻辑要求：用基本门电路构成简易型 4 人抢答器。 A、B、C、D为抢答操作开关。任何一个人先将某一开关按下 且保持闭合状态，则与其对应的发光二极（指示灯）被点亮， 表示此人抢答成功； 而紧随其后的其他开关再被按下，与其对 应的发光二极管则不亮。 （2）电路组成：实训电路如图2.1所示，电路中标出的 74LS20为双四输入端与非门, 74LS05为六非门。 4． 实训步骤与要求 1） 检测IC 用数字集成电路测试仪测试IC的好坏。如果IC上的字迹 模糊， 型号显示不清楚， 通过自动扫描检测的方式可以检测 其型号。
第2章 逻辑门电路
在数字电路的逻辑符号中，若在输入端加小圆圈，则
表示输入低电平信号有效；若在输出端加一个小圆圈，则表 示将输出信号取反。
＋5V R＝1 kΩ A R＝5 kΩ L A 1 L
(a) DTL非门电路
(b) 非门逻辑符号来自百度文库
图 2.2 非门电路图与符号
第2章 逻辑门电路
非门除用真值表和逻辑表达式描述外，还可用如图 2.3所示的波形图（又称为时序图）来描述。波形图既能 直观地描述各输入与输出变量在某一时刻的对应关系， 又能描述每个信号的变趋势。
逻辑图和波形图。这4种描述方法都能反映逻辑门电路输入和输 出变量间的逻辑关系。其实这4种描述方法是等价的，各有其特 点且可以相互转换。在逻辑电路的分析和设计过程中可根据实 际情况灵活选择不同的描述方式。
第2章 逻辑门电路
目前几乎都做成单片集成电路；TTL系列门电路是 由晶体管—晶体管构成的门电路，其逻辑状态仅由双极型 晶体管实现， 电路中的二极管只用于电平转移和引出电 压， 电阻仅用于分压和限流。MOS系列门电路是用N沟
第2章 逻辑门电路
4）有了上面的基本知识， 我们可以分析电路的工作过程。 初始状态（无开关按下）时， a、 b、 c、 d端均为低电平，各与 非门的输出端为高电平， 反相器的输出则都为低电平（小于0.7 V），因此全部发光二极管都不亮。 当某一开关被按下后（如
开关A被按下）， 则与其连接的与非门的输入端变为高电平，
A L
图 2.3 非门波形图
第2章 逻辑门电路
2.1.2 与门
图2.4所示为双输入单输出DTL与门电路及与门逻辑符 号。在图2.4（a）中，当输入端A与B同时为高电平“1” （+5 V）时， 二极管VD1、 VD2均截止，R中没有电流， 其上的电压降为0 V，输出端L为高电平“1”（+5 V）；当A、 B中的任何一端为低电平“0”（0 V）或A、 B端同时为低电
道或P沟道耗尽型场效应管制成的集成电路。 若在一个门
电路中使用了N沟道和P沟道MOS管互补电路，则称为 CMOS门电路
第2章 逻辑门电路
2.1.1 非门
非门只有一个输入端和一个输出端，输入的逻辑状态经非
门后被取反，图2.2所示为非门电路及其逻辑符号。在图2.2（a）
中，当输入端A为高电平1（+5 V）时，晶体管导通，L端输出
第2章 逻辑门电路
2) 连接线路 (1)熟悉电路板。电路可以连接在自制的PCB(印刷电路板) 上，也可以焊接在万能板上，或通过“面包板”插接。无论采 用 哪种电路板，在连接电路之前，都必须首先对电路板的结构特 点有足够的认识。尤其是第一次使用“面包板“的读者，必须 事 先掌握它的使用方法。 （2）熟悉器件。如果将IC芯片正面朝上，开口朝前，则IC 引脚编号按逆时针方向排列，左前方第1个引脚的编号为1。数 字电路中IC的电源往往不在电路中标出， 一般情况下，左下方 最后一个引脚为电源“－”，编号最大的引脚（右前方第一个 引