第6章門電路和組合邏輯電路

1、第6章門電路和組合邏輯電路第第6章章 門電路和組合邏輯電路門電路和組合邏輯電路6.1 數(shù)字電路概述數(shù)字電路概述6.2邏輯代數(shù)基礎(chǔ)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)6.3邏輯門電路邏輯門電路6.4集成門電路集成門電路6.5邏輯組合電路的分析與設(shè)計邏輯組合電路的分析與設(shè)計6.6常用集成組合邏輯電路常用集成組合邏輯電路6.7組合邏輯電路的組合邏輯電路的Multisim仿真仿真小結(jié)小結(jié)第第6章章 重點重點 各種邏輯門各種邏輯門(與門、或門、非門、與與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門、非門、或非門、與或非門、異或門、傳輸門、三態(tài)門等）的邏輯符號、傳輸門、三態(tài)門等）的邏輯符號、邏輯表達式和真值表邏輯表達式和真值

2、表 組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法 編碼器、譯碼器編碼器、譯碼器 TTL電路、電路、MOS電路的特點電路的特點6.1 數(shù)字電路概述數(shù)字電路概述u正弦波信號正弦波信號tut方波信號方波信號電子電路中的信號電子電路中的信號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號隨時間連續(xù)變化隨時間連續(xù)變化不連續(xù)變化不連續(xù)變化模擬電路數(shù)字電路邏輯電路邏輯電路數(shù)字電路組合邏輯電路時序邏輯電路電路的輸出狀態(tài)完全由電路的輸出狀態(tài)完全由當時的輸入狀態(tài)決定，當時的輸入狀態(tài)決定，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)，沒有記憶功能。沒有記憶功能。電路的輸出狀態(tài)不僅與電路的輸出狀態(tài)不僅與當時的輸入狀態(tài)有關(guān)，

3、當時的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與電路原來的狀而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功能。態(tài)有關(guān)，具有記憶功能。主要由觸發(fā)器組成主要由門電路組成一、數(shù)字電路的特點一、數(shù)字電路的特點1、晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)；、晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)；2、對信號大小的要求減弱，抗干擾能力強；、對信號大小的要求減弱，抗干擾能力強；3、主要研究輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，用邏、主要研究輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，用邏輯代數(shù)方法，表達功能用真值表、邏輯表達式、輯代數(shù)方法，表達功能用真值表、邏輯表達式、波形圖。波形圖。二、二進制數(shù)二、二進制數(shù) （開關(guān)通斷，三極管飽和截止，低電平高電平等開關(guān)通斷，三極管飽和截止，低電平高電平等）二進制數(shù)

4、（二進制數(shù)（Binary,B）：逢二進一）：逢二進一二二十進制（十進制（Decimal，D）轉(zhuǎn)換，）轉(zhuǎn)換，09的轉(zhuǎn)換碼的轉(zhuǎn)換碼八進制（八進制（Octonary，O)十六進制（十六進制（Hexadecimal，H）三、數(shù)字脈沖信號三、數(shù)字脈沖信號正脈沖正脈沖負脈沖負脈沖脈沖幅度脈沖幅度A脈沖前沿脈沖前沿脈沖后沿脈沖后沿脈沖寬度脈沖寬度tp脈沖周期脈沖周期T脈沖頻率脈沖頻率f上升時間上升時間tr下降時間下降時間tf占空比占空比Atrtf后沿后沿前沿前沿0110正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)負邏輯系統(tǒng)負邏輯系統(tǒng)四、邏輯電平與正負邏輯四、邏輯電平與正負邏輯 ViVoKUccR只要能判斷只要能判斷高低電平即高低電

5、平即可，如可，如TTL電平電平10VLVH模擬信號速度測量例模擬信號速度測量例脈沖信號速度測量例脈沖信號速度測量例五、舉例五、舉例0 0=0 1=1 0=01 1=10+0=00+1=1+0=1+1=110 = =01= =邏輯代數(shù)的基本定律邏輯代數(shù)的基本定律（一）基本運算規(guī)則（一）基本運算規(guī)則A+0=AA+1=1A 0 =0 A=0A 1= 1 A =A1AA= = AAA= = 0AA= = AAA= = AA = =常量與常量常量與常量常量與變量常量與變量基本邏輯：邏輯與基本邏輯：邏輯與 :A B=AB邏輯或邏輯或:A+B邏輯非邏輯非:6.2 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)A（二）基本代數(shù)規(guī)律

6、（二）基本代數(shù)規(guī)律交換律交換律結(jié)合律結(jié)合律分配律分配律A+B=B+AA B=B AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA (B C)=(A B) CA(B+C)=A B+A CA+B C=(A+B)(A+C)普通代普通代數(shù)不適數(shù)不適用用!（三）吸收規(guī)則（三）吸收規(guī)則1.原變量的吸收：原變量的吸收：A+AB=A證明：證明：A+AB=A(1+B)=A1=A利用運算規(guī)則可以對邏輯式進行化簡。利用運算規(guī)則可以對邏輯式進行化簡。例如：例如：CDAB)FE(DABCDAB = = 被吸收被吸收2.反變量的吸收：反變量的吸收：BABAA = = 證明：證明：BAABABAA = = BA)AA(B

7、A = = = =例如：例如：AABCDEABCDE=被吸收被吸收3.混合變量的吸收：混合變量的吸收：CAABBCCAAB = = 證明：證明：BC)AA(CAABBCCAAB = = CAABBCAABCCAAB = = = =例如：例如：CAABBCCAABBCDBCCAABBCDCAAB = = = = = = 1吸收吸收4. 反演定理：反演定理：BABABABA = = = = ABAB0001111010110110010111110000BA ABBA 可以用列真值表的方法證明：可以用列真值表的方法證明：邏輯表達式的化簡：邏輯表達式的化簡：邏輯表達式的轉(zhuǎn)換：邏輯表達式的轉(zhuǎn)換：（要求

8、與非門實現(xiàn)時）（要求與非門實現(xiàn)時）1. 與門電路與門電路“與與”邏輯：所有條件滿足，事件才發(fā)生。邏輯：所有條件滿足，事件才發(fā)生。開關(guān)：閉合為開關(guān)：閉合為1，打開為，打開為0。燈：亮為燈：亮為1，不亮為，不亮為0。邏輯表達式邏輯表達式F=ABC&ABCF邏輯符號邏輯符號AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表有有0出出0，全，全1出出1有低出低，全高出高有低出低，全高出高電路電路EFABC6.3 邏輯門電路邏輯門電路6.3.1 基本邏輯門基本邏輯門門：即開關(guān)，條件滿足，信號通過；條件不滿足，門：即開關(guān)，條件滿足，信號通過；條件不滿足，信號不能通

9、過。信號不能通過。“與與”邏輯實現(xiàn)電路：邏輯實現(xiàn)電路：如二極管與門電路。如二極管與門電路。2. 或門電路或門電路“或或”邏輯：只要有條件滿足，事件就發(fā)生。邏輯：只要有條件滿足，事件就發(fā)生。邏輯表達式邏輯表達式F=A+B+C有有1出出1，全，全0出出0有高出高，全高出高有高出高，全高出高電路電路AEFBC真值表真值表AFBC00001001010111010011101101111111邏輯符號邏輯符號 1ABCF“或或”邏輯實現(xiàn)電路：邏輯實現(xiàn)電路：如二極管或門電路。如二極管或門電路。3. 非門電路非門電路“非非”邏輯：條件滿足，事件不發(fā)生；條件不滿足，事件發(fā)生。邏輯：條件滿足，事件不發(fā)生；條件

10、不滿足，事件發(fā)生。有有1出出0，有，有0出出1有高出低，有低出高有高出低，有低出高取反取反邏輯符號邏輯符號AF1邏輯表達式邏輯表達式F=A電路電路AEF真值表真值表AF0110“非非”邏輯實現(xiàn)電路：邏輯實現(xiàn)電路：如三極管非門電路。如三極管非門電路。“與與”、“或或”、“非非”是三種基本的邏輯關(guān)系，任何其它的是三種基本的邏輯關(guān)系，任何其它的邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)榛A(chǔ)表示。邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)榛A(chǔ)表示。1.與非門與非門F=ABC有有0出出1，全，全1出出0 。（兩步）。（兩步）2.或非門或非門F=A+B+C有有1出出0，全，全0出出1。 6.3.2 復(fù)合門電路復(fù)合門電路ABCDF& 13

11、.與或非門與或非門F=AB+CD真值表？真值表？F=1，A、B、C、D=？4.異或門異或門F=A B=1ABFABF000011101110ABF0010101001115.同或門同或門=1ABFF=A B例例： 與門、或門、與非門、或非與門、或門、與非門、或非門、異或門、同或門的輸入門、異或門、同或門的輸入A、B的波形如圖所示，輸出分別為的波形如圖所示，輸出分別為F1、F2、F3、F4、F5、F6。根據(jù)輸入。根據(jù)輸入A、B的波形，畫出各輸出端的波形。的波形，畫出各輸出端的波形。 解：解： 根據(jù)它們的邏輯關(guān)系，可根據(jù)它們的邏輯關(guān)系，可畫出波形圖如圖所示。畫出波形圖如圖所示。 注意！注意！作圖時

12、要用尺畫作圖時要用尺畫并對齊。并對齊。&AFE符號符號輸輸 出出 高高 阻阻0E = =1E = =AF =功能表功能表低電平起作用低電平起作用三態(tài)門三態(tài)門&ABFE輸輸出出高高阻阻1E = =0E = =ABF = =高電平起作用高電平起作用6.3.3 其它門電路其它門電路 傳輸門傳輸門uiuoCCC=1C=0C=0C=1&AFEA&AFEA&AFEA總線總線 二極管與門二極管與門FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3VFD1D2AB-12V二極管或門二極管或門uAuBuF0V0V-0.3V0V

13、3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VR1DR2AF+12V +3V三極管非門三極管非門uAuF3V0.30V3.3嵌位二極管嵌位二極管R1DR2F+12V+3V三極管非門三極管非門D1D2AB+12V二極管與門二極管與門與非門與非門1、體積大、工作不可靠。、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。、需要不同電源。3、各種門的輸入、輸出電平、各種門的輸入、輸出電平不匹配。不匹配。6.5 組合邏輯電路的分析與設(shè)計組合邏輯電路的分析與設(shè)計6.5.1 組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析已知電已知電路路 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)找出輸入輸出之找出輸入輸出之間的邏輯關(guān)系間的邏輯關(guān)系 1、由前至后逐級求出各個邏輯門

14、的邏輯關(guān)系表達式。、由前至后逐級求出各個邏輯門的邏輯關(guān)系表達式。分析步驟：分析步驟：2、用邏輯代數(shù)或卡諾圖對邏輯代數(shù)進行化簡。、用邏輯代數(shù)或卡諾圖對邏輯代數(shù)進行化簡。3、列出輸入輸出狀態(tài)真值表、列出輸入輸出狀態(tài)真值表4、分析和歸納功能，得出結(jié)論。、分析和歸納功能，得出結(jié)論。例例1：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 &ABFABABBA BABA BABAF = =BABABABA = = = =ABF001010100111真值表真值表相同為相同為“1”不同為不同為“0”同或門同或門=1BAF = =例例2：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 &ABFBA A

15、BA BBA BBAABAF = =BBAABA = =BBAABA = =）（）（BABA = =ABF000011101110真值表真值表相同為相同為“0”不同為不同為“1”異或門異或門=1BAF = =例例3：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 &2&3&4AMB1F=101被封鎖被封鎖11MBAMMBAMMBAMF=&2&3&4AMB1F=010被封鎖被封鎖1多路選擇器（二選一）多路選擇器（二選一）例例4：分析下圖的邏輯功能：分析下圖的邏輯功能& 1ABF1F3F211輸輸入入輸輸出出ABABA=BAB0001001001

16、1010011010直接列真值表直接列真值表6.5.2 組合邏輯電路的設(shè)計組合邏輯電路的設(shè)計任務(wù)任務(wù)要求要求最簡單的最簡單的邏輯電路邏輯電路1、定義、定義1和和0（正邏輯）（正邏輯）2、根據(jù)實際問題的邏輯含義，列出真值表。、根據(jù)實際問題的邏輯含義，列出真值表。設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：3、求出邏輯代數(shù)表達式，并進行化簡。、求出邏輯代數(shù)表達式，并進行化簡。4、設(shè)計邏輯電路（與非門實現(xiàn)）、設(shè)計邏輯電路（與非門實現(xiàn)）例例1：設(shè)計三人表決電路（：設(shè)計三人表決電路（A、B、C）。每人一個按鍵，如果同意）。每人一個按鍵，如果同意則按下，不同意則不按。結(jié)果用指示燈表示，多數(shù)同意時指示燈則按下，不同意則不按。結(jié)果用

17、指示燈表示，多數(shù)同意時指示燈亮，否則不亮。亮，否則不亮。解：解：1、首先指明邏輯符號取首先指明邏輯符號取“0”、“1”的含義。的含義。輸入：同意為輸入：同意為1，不同意為，不同意為0；輸出：通過是；輸出：通過是1，否則是，否則是0。ABCF000000100100011110001011110111113、寫出邏輯代數(shù)表達式并化簡。、寫出邏輯代數(shù)表達式并化簡。（方法之一：與或表達方式）（方法之一：與或表達方式）F=ABC+ABC+ABC+ABC +ABC+ABC(添加項）添加項）=(A+A)BC+(B+B)AC+(C+C)ABF=BC+AC+ABF= BC+AC+AB = BC AC AB與非

18、形式與非形式2、列真值表、列真值表4、根據(jù)邏輯表達式畫出邏輯圖。、根據(jù)邏輯表達式畫出邏輯圖。CABCABF = =& 1&AB BCFF= BC AC AB&ABCF組合邏輯電路設(shè)計以芯片少組合邏輯電路設(shè)計以芯片少, ,品種少為優(yōu)品種少為優(yōu)6.6 常用集成組合邏輯電路常用集成組合邏輯電路編碼：編碼：用代碼表示各種對象或信號的過程。用代碼表示各種對象或信號的過程。 生活中編碼郵政編碼，學(xué)號等。生活中編碼郵政編碼，學(xué)號等。編碼器：編碼器：具有編碼功能的邏輯電路。具有編碼功能的邏輯電路。二進制編碼器：二進制編碼器：將一系列信號狀態(tài)編制成二進制代碼。將一系列信號狀態(tài)編制成二進制

19、代碼。N位二進制代碼有位二進制代碼有2n種不同的組合，表示種不同的組合，表示2n個信號。個信號。 設(shè)計編碼器的過程與設(shè)計一般的組合邏輯電路相同，設(shè)計編碼器的過程與設(shè)計一般的組合邏輯電路相同，首先要列出狀態(tài)表，然后寫出邏輯表達式并進行化簡，首先要列出狀態(tài)表，然后寫出邏輯表達式并進行化簡，最后畫出邏輯圖。最后畫出邏輯圖。6.6.1 編碼器編碼器8-3編碼器邏輯圖編碼器邏輯圖I1I2I3I4I5I6I7I8F3F2F10 1 11 1 1 11 0 001 0 11 1 1 11 0 011 1 01 1 1 11 0 101 1 10 1 1 11 0 111 1 11 0 1 11 1 001

20、1 11 1 0 11 1 011 1 11 1 1 01 1 101 1 11 1 1 10 1 11編碼表編碼表86421IIIIF = =8642IIII= =87432IIIIF = =87653IIIIF =例：八線例：八線-三線編碼器三線編碼器設(shè)八個輸入端為設(shè)八個輸入端為I1 I8，八種狀態(tài)，八種狀態(tài)，與之對應(yīng)的輸出設(shè)為與之對應(yīng)的輸出設(shè)為F1、F2、F3，共三位二進制數(shù)。共三位二進制數(shù)。1. 二進制編碼器二進制編碼器2. 二二十進制編碼器十進制編碼器用二進制代碼表示十進制數(shù)：用二進制代碼表示十進制數(shù)：BCD碼。碼。輸入（十輸入（十進制數(shù)）進制數(shù)）D C B AY0 （0）0 0 0

21、 0Y1 （1）0 0 0 1Y2 （2）0 0 1 0Y3 （3）0 0 1 1Y4 （4）0 1 0 0Y5 （5）0 1 0 1Y6 （6）0 1 1 0Y7 （7）0 1 1 1Y8 （8）1 0 0 0Y9 （9）1 0 0 1975319753176327632765476549898YYYYYYYYYYAYYYYYYYYBYYYYYYYYCYYYYD=圖？8421碼：碼：譯碼器的輸入：譯碼器的輸入：一組二進制代碼一組二進制代碼譯碼器的輸出：譯碼器的輸出：一組高低電平信號一組高低電平信號6.6.2 譯碼器和數(shù)字顯示器譯碼器和數(shù)字顯示器譯碼：譯碼：將代碼翻譯成各種對象或信號的過程。將

22、代碼翻譯成各種對象或信號的過程。譯碼器：譯碼器：具有譯碼功能的邏輯電路。具有譯碼功能的邏輯電路。二進制譯碼器：二進制譯碼器：將二進制翻譯成電路的某種狀態(tài)。將二進制翻譯成電路的某種狀態(tài)。將將n種輸入的組合譯成種輸入的組合譯成2n種電路狀態(tài)。也叫種電路狀態(tài)。也叫n-2n線譯線譯碼器。碼器。2-4線譯碼器線譯碼器74LS139的內(nèi)部線路的內(nèi)部線路&1Y0Y2Y3YA1A0S輸入輸入控制端控制端輸出輸出74LS139管腳圖管腳圖S1S10A11A10Y11Y12Y13Y10A11A10Y11Y12Y13Y1S20A21A20Y21Y22Y23Y2ccUGND3Y22Y21Y20Y21A20A2

23、S2一片一片139種含兩個種含兩個2-4譯碼器譯碼器74LS139的功能表的功能表A1A01XX11110000111001101101011010111110S0Y1Y2Y3Y“”表示低電平有效。表示低電平有效。1. 二進制譯碼器二進制譯碼器2. 二二十進顯示譯碼器十進顯示譯碼器二二-十進十進制編碼制編碼顯示譯顯示譯碼器碼器顯示器顯示器件件在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運算結(jié)果用人們習(xí)慣的在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運算結(jié)果用人們習(xí)慣的十進制顯示出來，這就要用到十進制顯示出來，這就要用到顯示譯碼器顯示譯碼器。顯示器件顯示器件： 常用的是常用的是七段顯示器件七段顯示器件共陽數(shù)碼管（共陽數(shù)碼管（0亮）亮）

24、共陰數(shù)碼管（共陰數(shù)碼管（1亮）亮）顯示譯碼器顯示譯碼器：11474LS49BCBIDAeabcdfgUccGND74LS49的管腳圖的管腳圖消隱控制端消隱控制端74LS49與七段顯與七段顯示器件的連接示器件的連接：bfac d egbfac d egBID C B A+5V+5V74LS49是集是集電極開路，必電極開路，必須接上拉電阻須接上拉電阻6.6.3 數(shù)據(jù)選擇器與數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)選擇器與數(shù)據(jù)分配器從一組數(shù)據(jù)中選擇一路信號進行傳輸?shù)碾姀囊唤M數(shù)據(jù)中選擇一路信號進行傳輸?shù)碾娐罚Q為路，稱為數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器。A0A1D3D2D1D0W控制信號控制信號輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)

25、選擇器類似一器類似一個多投開個多投開關(guān)。選擇關(guān)。選擇哪一路信哪一路信號由相應(yīng)號由相應(yīng)的一組控的一組控制信號控制信號控制。制。思考題思考題1、分析邏輯電路的步驟是什么？、分析邏輯電路的步驟是什么？2、設(shè)計邏輯電路的步驟是什么？、設(shè)計邏輯電路的步驟是什么？1、什么是編碼器？什么是二、什么是編碼器？什么是二十進制編程器？十進制編程器？2、什么是譯碼器？什么是二、什么是譯碼器？什么是二十進制顯示譯碼器？十進制顯示譯碼器？3、什么是數(shù)碼管的共陰極接法？、什么是數(shù)碼管的共陰極接法？習(xí)題：習(xí)題：P175 6-5，6-6，6-9，6-106.4 集成門電路集成門電路與分立元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠

26、性高、與分立元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特點，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采速度快的特點，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為DTL（Diode-T-Logic）、）、TTL（Transister-T-Logic）、）、HTL（High Threshold Logic）、）、MOS管管集成門電路。集成門電路。6.4.1 TTL與非門與非門CBAF = =速度、帶負載能力速度、帶負載能力+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC1、任一輸入為低電平（、任一輸入為低電平（0.3V）

27、時）時“0”1V不足以讓不足以讓V2、V5導(dǎo)通導(dǎo)通三個三個PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通需導(dǎo)通需2.1V+5VFR4R2R13kR5V3V4V1b1c1ABC1、任一輸入為低電平（、任一輸入為低電平（0.3V）時）時“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高電平！高電平！+5VFR4R2R13kV2R5R3V3V4V1V5b1c1ABC2、輸入全為高電平（、輸入全為高電平（3.4V）時）時“1”全導(dǎo)通全導(dǎo)通電位被嵌電位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止2、輸入全為高電平（、輸入全為高電平（3.4V）時）時+5VFR2R13kV2R3V1V5b1c1ABC全反偏全反偏“1”飽和飽和uF

28、=0.3VABCF = =此電路此電路電壓傳輸特性電壓傳輸特性主要參數(shù)主要參數(shù)測試電路測試電路&+5Vuiu01、輸出高電平、輸出高電平UOH 典型值為典型值為3.5V，產(chǎn)品規(guī)范值，產(chǎn)品規(guī)范值UOH 2.4V2、輸出低電平、輸出低電平UOL典型值為典型值為0.35V，產(chǎn)品規(guī)范值，產(chǎn)品規(guī)范值UOH 0.4V3、關(guān)門電平、關(guān)門電平Uoff低電平上限值，反映抗正向干擾能力。低電平上限值，反映抗正向干擾能力。 Uoff 0.8V4、開門電平、開門電平Uon高電平下限值，反映抗負向干擾能力。高電平下限值，反映抗負向干擾能力。 Uon 1.8V5、扇出系數(shù)、扇出系數(shù)N帶同類帶同類IC的數(shù)量，的數(shù)量，N 8&？6、平均傳輸時間、平均傳輸時間)(2121pdpdpdttt=tuiotuootpd1tpd250%50%tpd 40nS1、懸空的輸入端相當于接高電平。、懸空的輸入端相當于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸