數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高職PPT完整全套教學(xué)課件

模塊一數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)集成邏輯門電路組合邏輯電路集成觸發(fā)器時(shí)序邏輯電路脈沖波形的產(chǎn)生與整形數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件全套可編輯PPT課件

隨著數(shù)字電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字通信系統(tǒng)、高清晰數(shù)字電視、數(shù)字視聽設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等越來越多的數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)入我們工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域，讓我們的生產(chǎn)、生活以及思維方式悄悄地發(fā)生著變革。那么，數(shù)字電子技術(shù)究竟是一門怎樣的技術(shù)呢？為什么它能在近幾十年取得如此矚目的變化？現(xiàn)在就讓我們一起探索其中的奧秘吧！序言數(shù)字邏輯基礎(chǔ)概述數(shù)制及二進(jìn)制代碼邏輯代數(shù)基礎(chǔ)邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn)目錄CONTENTS1234數(shù)字邏輯基礎(chǔ)概述1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路數(shù)字電路的特點(diǎn)一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)1、模擬量和數(shù)字量自然界中存在各種各樣的物理量，從變化規(guī)律來看，大致可以分為模擬量和數(shù)字量?jī)纱箢?。?）模擬量：具有時(shí)間上連續(xù)變化、值域內(nèi)任意取值的特點(diǎn)，如溫度、速度、壓力、交流電壓等就是典型的模擬量。（2）數(shù)字量：具有時(shí)間上離散變化、數(shù)值也離散取值的特點(diǎn)，如機(jī)床上記錄零件個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)信號(hào)就是典型的數(shù)字量。一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)2、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)在電子設(shè)備中，無(wú)論是數(shù)字量還是模擬量都是以電信號(hào)的形式出現(xiàn)的。（1）模擬信號(hào)：用于表示模擬量的電信號(hào)，如圖1-1(a)所示。（2）數(shù)字信號(hào)：用于表示數(shù)字量的電信號(hào)，如圖1-1(b)所示。圖1-1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)3、數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的，常用數(shù)字0和1表示，這里的0和1是一種符號(hào)，稱為邏輯0和邏輯1，用來表示客觀世界中相互關(guān)聯(lián)又相互對(duì)立的兩種狀態(tài)，如高低、真假、開關(guān)等，因而稱之為二值數(shù)字邏輯，簡(jiǎn)稱數(shù)字邏輯。數(shù)字邏輯在電路上可以很方便地通過電子器件的開關(guān)特性來實(shí)現(xiàn)，也就是用高、低電平分別表示邏輯1和邏輯0兩種狀態(tài)。表1-1所示為電壓與邏輯電平的對(duì)照關(guān)系。表1-1

電壓與邏輯電平的對(duì)照關(guān)系電壓二值邏輯邏輯電平+5V1H（高電平）0V0L（低電平）一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（1）正邏輯：表1-1中用“1”表示高電平，用“0”表示低電平。（2）負(fù)邏輯：表1-1中用“0”表示高電平，用“1”表示低電平。（3）理想的脈沖波形：理想的脈沖波形的突變部分是瞬時(shí)的，不占用時(shí)間，如圖1-2所示的方波信號(hào)。圖1-2理想的脈沖波形一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（4）實(shí)際的脈沖波形：脈沖電壓從零值躍變到最大值時(shí)或從最大值躍變到零值時(shí)都需要經(jīng)過一定的時(shí)間，如圖1-3所示。①脈沖波形的上升時(shí)間（tr）：從脈沖幅值的10%到90%所經(jīng)歷的時(shí)間；②脈沖波形的下降時(shí)間（tf）：從脈沖幅值的90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間；③脈沖寬度（tW）：脈沖幅值的50%的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的部分；④占空比（q）：脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比，可用如下公式表示二者之間的關(guān)系。一、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)圖1-3實(shí)際的脈沖波形二、數(shù)字電路1、數(shù)字電路的概念工作于數(shù)字信號(hào)下的電路稱為數(shù)字電路，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的變換、處理和傳輸。2、數(shù)字集成電路（1）概念：如果把數(shù)字電路的基本單元邏輯門電路集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，就構(gòu)成了數(shù)字集成電路。（2）分類：表1-2為從集成度角度對(duì)數(shù)字集成電路進(jìn)行的分類。另外，如果按照半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝還可以把數(shù)字集成電路分為TTL型和CMOS型器件。二、數(shù)字電路表1-2

從集成度角度對(duì)數(shù)字集成電路進(jìn)行的分類分類集成度典型集成電路小規(guī)模集成電路最多12個(gè)邏輯門、觸發(fā)器中規(guī)模集成電路12～99計(jì)數(shù)器、加法器大規(guī)模集成電路100～9999小型存儲(chǔ)器、門陣列超大規(guī)模集成電路10000～99999大型存儲(chǔ)器、微處理器甚大規(guī)模集成電路

以上可編程邏輯器件、多功能專用集成電路三、數(shù)字電路的特點(diǎn)

數(shù)字電路在信號(hào)的存儲(chǔ)、處理和傳輸上比模擬電路具有更大的優(yōu)勢(shì)：(1)數(shù)字技術(shù)能夠完成許多復(fù)雜的信號(hào)處理工作。數(shù)字電路主要對(duì)用0和1表示的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理，只要能可靠地區(qū)分0和1這兩種狀態(tài)就可以正常工作，易于完成復(fù)雜信號(hào)的處理工作。(2)數(shù)字電路不僅能夠完成算術(shù)運(yùn)算，而且能夠完成邏輯運(yùn)算，具有邏輯推理和邏輯判斷的能力，因此其也被稱為數(shù)字邏輯電路或邏輯電路，這在控制系統(tǒng)中非常重要。(3)由數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，精確性和穩(wěn)定性好，便于使用、維護(hù)和進(jìn)行故障診斷，容易完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)。三、數(shù)字電路的特點(diǎn)

(4)高速度，低功耗，可編程?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝使得數(shù)字器件的工作速度越來越快，而功耗卻可以越來越低，超大規(guī)模集成芯片的功耗甚至可以達(dá)到毫瓦級(jí)。另外，可編程器件的使用可以讓用戶根據(jù)自己的需要來定制芯片，提高了電路設(shè)計(jì)的靈活性，并大大縮短了研發(fā)周期。但數(shù)字電路也有自身的局限性，自然界中大多數(shù)物理量都是模擬量，數(shù)字技術(shù)不能直接處理模擬信號(hào)，也不能直接使用處理后的數(shù)字信號(hào)，必須經(jīng)過模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，所以實(shí)際的電子系統(tǒng)通常都是模擬電路和數(shù)字電路的結(jié)合體，在發(fā)展數(shù)字電子技術(shù)的同時(shí)也要重視模擬電子技術(shù)的發(fā)展。數(shù)制及二進(jìn)制代碼2進(jìn)位計(jì)數(shù)制不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制代碼一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制

人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常使用十進(jìn)制數(shù)來計(jì)數(shù)，即把0～9十個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)或幾個(gè)按照一定的規(guī)律排列起來表達(dá)物體數(shù)量的多少。像這種多位數(shù)碼的特定構(gòu)成方式及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則就稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱數(shù)制。除了常用的十進(jìn)制數(shù)，在計(jì)算機(jī)這樣的數(shù)字系統(tǒng)中，廣泛采用的還有二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)等表示方式。小知識(shí)一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制1、十進(jìn)制（1）內(nèi)涵：十進(jìn)制是用0，1，2，...，9十個(gè)不同的數(shù)碼按一定的規(guī)律排成序列計(jì)數(shù)。數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱作基數(shù)，十進(jìn)制就是以10為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。（2）特點(diǎn)：①采用0，1，2，…，9這十個(gè)不同的數(shù)碼來計(jì)數(shù)，基數(shù)為10；②計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十進(jìn)一”或“借一當(dāng)十”。（3）表示方法：式中，Ki為基數(shù)10的第i次冪的系數(shù)，它可以是0～9中的任意一個(gè)數(shù)字。一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制1、十進(jìn)制（4）例子：十進(jìn)制數(shù)108.2可寫成如下形式。一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制2、二進(jìn)制（1）內(nèi)涵：二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的排序規(guī)律相似，區(qū)別僅在于基數(shù)不同。二進(jìn)制就是以2為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。（2）特點(diǎn)：①采用0和1兩個(gè)數(shù)碼來計(jì)數(shù)，基數(shù)為2；②計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢二進(jìn)一”，即1+1=10(讀作“壹零”)。（3）表示方法：

式中，二進(jìn)制數(shù)用下標(biāo)“B”或“2”來表示，Ki為0或1。根據(jù)此式可以方便地把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制2、二進(jìn)制（4）例子：（5）二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則有：①加法：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10。②乘法：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1。一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制3、十六進(jìn)制（1）內(nèi)涵：用二進(jìn)制表示數(shù)時(shí)位數(shù)很多，不便于書寫和記憶，為了便于描述二進(jìn)制數(shù)，通常采用易于轉(zhuǎn)換的十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制就是以16為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。（2）特點(diǎn)：①采用0～9和A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)共16個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為16。②計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十六進(jìn)一”。一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制3、十六進(jìn)制（3）表示方法：

式中，十六進(jìn)制數(shù)用下標(biāo)“H”或“16”來表示，Ki為0～9和A～F中的任一數(shù)字。二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

出于習(xí)慣，人們通常采用十進(jìn)制數(shù)計(jì)數(shù)，但數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算都按二進(jìn)制來進(jìn)行。二進(jìn)制比較簡(jiǎn)單，只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，在數(shù)字電路中能通過三極管的飽和與截止、電平的高與低等方便地表示兩種狀態(tài)，只要規(guī)定其中一種狀態(tài)為“1”，另一種狀態(tài)為“0”，就可以用來表示二進(jìn)制數(shù)，而且二進(jìn)制的運(yùn)算簡(jiǎn)單，所以二進(jìn)制在數(shù)字電路中被廣泛應(yīng)用。因此必須知道這幾種數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。小提示二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1、其他進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)根據(jù)二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的位權(quán)展開式展開相加，可以很方便地將一個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制數(shù)時(shí)要對(duì)整數(shù)部分和小數(shù)部分分開轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分采用連除基數(shù)取余，再將余數(shù)逆序排列得到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的整數(shù)部分；小數(shù)部分則采用連乘基數(shù)取整，再將整數(shù)順序排列得到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的小數(shù)部分。例如將十進(jìn)制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解：整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換過程如下：二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制數(shù)小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換過程如下：所以。二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換因?yàn)?4=16，所以4位二進(jìn)制數(shù)共有16種組合狀態(tài)，可以分別用來表示十六進(jìn)制的16個(gè)數(shù)碼。這樣，二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，每4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成1位十六進(jìn)制數(shù)。整數(shù)部分從小數(shù)點(diǎn)往左每4位一組，最高位組若不夠四位則補(bǔ)0；小數(shù)部分從小數(shù)點(diǎn)往右每4位一組，最后一組不夠四位也補(bǔ)0。將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要把每1位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)即可。例如：三、二進(jìn)制代碼

在數(shù)字系統(tǒng)中，常用一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)來表示一些符號(hào)信息，這就是二進(jìn)制代碼。1位二進(jìn)制代碼可以表示2個(gè)信號(hào)，2位二進(jìn)制代碼可以表示4個(gè)信號(hào)，依次類推，n位二進(jìn)制代碼可以表示2n個(gè)不同的信號(hào)。在信息符號(hào)與二進(jìn)制代碼之間建立這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系就是編碼。若要求編碼的信息有N項(xiàng)，則所需的二進(jìn)制代碼的位數(shù)n應(yīng)滿足≥N。小知識(shí)三、二進(jìn)制代碼1、二-十進(jìn)制碼（1）內(nèi)涵：二-十進(jìn)制碼(簡(jiǎn)稱BCD碼)就是指用一組4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)的編碼方式。（2）特點(diǎn)：①這種代碼具有二進(jìn)制數(shù)的形式，又具有十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)，可以作為人與計(jì)算機(jī)聯(lián)系時(shí)的一種中間表示。②4位二進(jìn)制碼最多可以有16種不同的組合方式，可以從中取任意10種組合來表示0～9這十個(gè)數(shù)碼。當(dāng)采用不同的編碼方案時(shí)，可以得到不同形式的BCD碼。如表1-3所示為幾種常用的BCD碼。三、二進(jìn)制代碼表1-3

幾種常用的BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421碼2421碼5421碼余3碼格雷碼000000000000000110000100010001000101000001200100010001001010011300110011001101100010401000100010001110110501011011100010000111601101100100110010101701111101101010100100810001110101110111100910011111110011001101三、二進(jìn)制代碼1、二-十進(jìn)制碼（3）最基本、最常用的是8421BCD碼，選用0000～1001這10種組合來代表十進(jìn)制的0～9。各位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)值分別為，故稱為8421BCD碼。由于它保存了二進(jìn)制位權(quán)的特點(diǎn)，所以將二進(jìn)制碼各自乘以其權(quán)值后相加，即得所代表的十進(jìn)制數(shù)。因而它與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換是一種直接按位轉(zhuǎn)換，即一組4位二進(jìn)制數(shù)碼代表1位十進(jìn)制數(shù)。（4）舉例：

三、二進(jìn)制代碼2、可靠性編碼可靠性編碼可以減少代碼在形成和傳輸過程中由于各位變化速度不同而產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率。格雷(Gray)碼又稱循環(huán)碼，就是一種可靠性編碼。從表1-3中的排列情況可以看出其特點(diǎn)就是任何相鄰的兩組代碼中僅有一位不同，所以在傳輸過程中不容易出錯(cuò)。三、二進(jìn)制代碼3、ASCII碼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有數(shù)字、字符和各種專用符號(hào)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)簡(jiǎn)稱ASCII碼，就是一種常用的用二進(jìn)制代碼表示符號(hào)的編碼方式。代碼由7位二進(jìn)制碼組成，共有=128種狀態(tài)，可以用來表示128個(gè)字符，這些字符包括數(shù)字、英文字母、控制符及其他一些符號(hào)和標(biāo)記，具體請(qǐng)參見附錄B。ASCII碼常用在計(jì)算機(jī)的輸入、輸出設(shè)備上。邏輯代數(shù)基礎(chǔ)3基本邏輯運(yùn)算基本定律、常用公式和基本規(guī)則一、基本邏輯運(yùn)算

邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，由英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治·布爾在1847年首先提出，它是研究邏輯函數(shù)(因變量)與邏輯變量(自變量)之間規(guī)律性的一門應(yīng)用數(shù)學(xué)，是分析和設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。和普通代數(shù)一樣，邏輯代數(shù)也用字母A、B、C等來表示變量，但不同的是這些變量的取值范圍只有0和1兩種對(duì)立的邏輯狀態(tài)，因而又稱為二值邏輯變量?；镜倪壿嬤\(yùn)算有三種：與、或、非。小提示一、基本邏輯運(yùn)算1、與運(yùn)算如圖1-4(a)所示的串聯(lián)開關(guān)電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的與邏輯電路，開關(guān)A、B與燈F的狀態(tài)關(guān)系如表1-4(a)所示。顯然，只有當(dāng)開關(guān)A和B都接通時(shí)，燈F才能亮，它們之間滿足這樣一種關(guān)系：“只有當(dāng)決定一件事情的條件全部具備之后，這件事情才會(huì)發(fā)生。”這種關(guān)系稱為與邏輯。如果設(shè)圖中的開關(guān)接通為1，斷開為0，燈亮為1，燈滅為0，則由狀態(tài)表可列出其真值表，如表1-4(b)所示。圖1-4與邏輯運(yùn)算一、基本邏輯運(yùn)算1、與運(yùn)算

表1-4與邏輯狀態(tài)關(guān)系表和真值表（a）開關(guān)燈FAB斷斷滅斷通滅通斷滅通通亮（a）開關(guān)燈FAB斷斷滅斷通滅通斷滅通通亮（b）ABF000010100111一、基本邏輯運(yùn)算1、與運(yùn)算（1）邏輯表達(dá)式：F=A·B=AB。其中“·”表示與邏輯，通常可以省略。（2）運(yùn)算規(guī)則：0·0=0；0·1=0；1·0=0；1·1=1。由此推出A·0=0；A·1=A；A·A=A。（3）輸入、輸出端能實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算的邏輯電路稱為與門。其邏輯符號(hào)如圖1-4(b)所示，圖中的“&”表示與邏輯。一、基本邏輯運(yùn)算2、或運(yùn)算圖1-5(a)所示的并聯(lián)開關(guān)電路為一個(gè)簡(jiǎn)單的或邏輯電路，開關(guān)A、B與燈F的狀態(tài)關(guān)系如表1-5(a)所示。顯然，當(dāng)開關(guān)A和B任意一個(gè)接通，燈F都能亮，它們之間滿足這樣一種關(guān)系：“決定一件事情的幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，這件事情就會(huì)發(fā)生?！边@種邏輯關(guān)系稱為或邏輯，其真值表如表1-5(b)所示。圖1-5或邏輯運(yùn)算一、基本邏輯運(yùn)算2、或運(yùn)算

表1-5或邏輯狀態(tài)關(guān)系表和真值表（a）開關(guān)燈FAB斷斷滅斷通亮通斷亮通通亮（b）ABF000011101111一、基本邏輯運(yùn)算2、或運(yùn)算（1）邏輯表達(dá)式：F=A+B。

圖1-5或邏輯運(yùn)算符號(hào)“+”表示A、B做或運(yùn)算，也稱邏輯加。（2）運(yùn)算規(guī)則：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1。由此推出A+0=A；A+1=1；A+A=A。（3）或運(yùn)算的邏輯符號(hào)如圖1-5(b)所示。一、基本邏輯運(yùn)算3、非運(yùn)算圖1-6(a)所示是非邏輯電路，開關(guān)A與燈F的狀態(tài)關(guān)系如表1-6(a)所示。很明顯，開關(guān)A接通時(shí)燈不亮，A斷開時(shí)燈亮。它們之間滿足“某事的發(fā)生以另一件事不發(fā)生為條件”，這種邏輯關(guān)系稱為非邏輯。其真值表如表1-6(b)所示。從表中可以看出，A與F總是處于相反的邏輯狀態(tài)。圖1-6非邏輯運(yùn)算一、基本邏輯運(yùn)算3、非運(yùn)算

表1-6非邏輯狀態(tài)關(guān)系表和真值表（a）開關(guān)A燈F斷亮斷滅（b）AF0110（1）邏輯表達(dá)式：。（2）運(yùn)算規(guī)則：；

。由此推出

；

；。（3）非運(yùn)算的邏輯符號(hào)如圖1-6(b)所示。一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算按不同的方式組合，還可以構(gòu)成與非、或非、與或非、異或、同或等復(fù)合邏輯運(yùn)算，并構(gòu)成相應(yīng)的復(fù)合門電路。（1）與非運(yùn)算將與和非運(yùn)算組合在一起可以構(gòu)成與非運(yùn)算，或稱與非邏輯。與非運(yùn)算的邏輯符號(hào)和真值表分別如圖1-7和表1-7所示。邏輯表達(dá)式為，輸入、輸出端能實(shí)現(xiàn)與非運(yùn)算的電路稱為與非門。圖1-7與非邏輯符號(hào)一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算（1）與非運(yùn)算表1-7與非邏輯真值表ABF001011101110一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算（2）或非運(yùn)算將或和非運(yùn)算組合在一起構(gòu)成或非運(yùn)算，邏輯符號(hào)和真值表分別如圖1-8和表1-8所示。圖1-8或非邏輯符號(hào)表1-8或非邏輯真值表ABF001010100110一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算（3）與或非運(yùn)算將與、或、非三種運(yùn)算組合在一起可以構(gòu)成與或非運(yùn)算，邏輯符號(hào)如圖1-9所示。圖1-9與或非邏輯符號(hào)一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算（4）異或運(yùn)算異或邏輯關(guān)系是：輸入不同時(shí)，輸出為1；輸入相同時(shí)，輸出為0。異或邏輯符號(hào)和真值表分別如圖1-10和表1-9所示。圖1-10異或邏輯符號(hào)表1-9異或邏輯真值表ABF000011101110一、基本邏輯運(yùn)算4、復(fù)合邏輯運(yùn)算（5）同或運(yùn)算同或邏輯關(guān)系是：輸入相同時(shí)，輸出為1；輸入不同時(shí)，輸出為0。同或與異或邏輯正好相反，其邏輯符號(hào)和真值表分別如圖1-11和表1-10所示。圖1-11同或邏輯符號(hào)表1-10同或邏輯真值表ABF001010100111二、基本定律、常用公式和基本規(guī)則1、基本定律和常用公式基本定律表達(dá)式0-1律A+0=AA+1=1A+A=AA·0=0A·1=AA·A=A

結(jié)合律(A+B)+C=A+(B+C)(AB)C=A(BC)交換律A+B=B+AAB=BA分配律A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)反演律吸收律A+AB=AA+AB=A+BA(A+B)=A(A+B)(A+B)=A多余項(xiàng)定律AB+AC+BC=AB+AC(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+CA)表1-11基本定律和常用公式二、基本定律、常用公式和基本規(guī)則1、基本定律和常用公式（1）例題：證明等式成立。證明：直接利用基本定律，有二、基本定律、常用公式和基本規(guī)則2、基本規(guī)則（1）代入規(guī)則在任何一個(gè)邏輯等式中，如果等式兩邊出現(xiàn)相同的變量，如變量A，可以將所有含A的地方代之以同一個(gè)邏輯函數(shù)F，等式仍然成立，這個(gè)規(guī)則就稱為代入規(guī)則。因?yàn)槿魏我粋€(gè)邏輯函數(shù)F只有兩種可能的取值0和1，所以代入規(guī)則正確，可以把代入規(guī)則看作是公理，利用它來擴(kuò)大等式的應(yīng)用范圍。（2）反演規(guī)則對(duì)邏輯等式F取非(求其反函數(shù))稱為反演?？梢酝ㄟ^反復(fù)使用摩根定律求得，也可以運(yùn)用由摩根定律得到的反演規(guī)則一次寫出。利用反演規(guī)則可以一次寫出反函數(shù)表達(dá)式，使用起來非常方便，但要特別注意以下兩個(gè)方面：①變換時(shí)要注意加括號(hào)來保持原式中的運(yùn)算順序。②不是在單個(gè)變量上面的非號(hào)應(yīng)保持不變。二、基本定律、常用公式和基本規(guī)則2、基本規(guī)則（3）對(duì)偶規(guī)則例題：已知，求和。解：根據(jù)反演規(guī)則有根據(jù)對(duì)偶規(guī)則有邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn)4邏輯函數(shù)表達(dá)式邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法一、邏輯函數(shù)表達(dá)式

比較復(fù)雜一些的邏輯電路往往有多個(gè)邏輯變量，用來描述輸入、輸出邏輯變量之間因果關(guān)系的函數(shù)就稱為邏輯函數(shù)。邏輯函數(shù)的描述方法有真值表、邏輯函數(shù)表達(dá)式、邏輯圖、波形圖和卡諾圖等，下面先討論邏輯函數(shù)建立的過程，一般實(shí)際問題往往要復(fù)雜得多，但基本過程都類似。小知識(shí)一、邏輯函數(shù)表達(dá)式例子：圖1-12所示是一個(gè)控制樓梯照明的雙聯(lián)開關(guān)電路，A裝在樓上，B裝在樓下，樓下開燈可在樓上關(guān)燈，樓上開燈可在樓下關(guān)燈，即兩個(gè)開關(guān)都同時(shí)處于上或下時(shí)電路才導(dǎo)通。試找出描述開關(guān)A、B與燈F之間邏輯關(guān)系的邏輯函數(shù)表達(dá)式。圖1-12雙聯(lián)開關(guān)電路一、邏輯函數(shù)表達(dá)式解：要建立邏輯函數(shù)，一般可以根據(jù)實(shí)際問題先使用真值表來描述邏輯關(guān)系，再根據(jù)真值表找到邏輯函數(shù)表達(dá)式。根據(jù)此問題取變量A、B、F，設(shè)F=1為燈亮，F(xiàn)=0為燈熄滅，開關(guān)向上扳為1，開關(guān)向下扳為0，則可把A、B、F之間的所有組合情況列出，得真值表如表1-13所示。ABF001010100111表1-13真值表一、邏輯函數(shù)表達(dá)式

由真值表可知，只有在輸入A=B=0和A=B=1兩種組合時(shí)才能使燈亮(輸出F=1)，用原變量表示取1，反變量表示取0，可以寫出電路的邏輯函數(shù)表達(dá)式為F=AB＋AB。二、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法

邏輯函數(shù)可以有多種不同的表達(dá)方式，如果邏輯表達(dá)式比較簡(jiǎn)單，那么用來實(shí)現(xiàn)的邏輯電路所用元件也較少，這樣不僅可以降低成本，而且可以提高電路的可靠性，因此我們經(jīng)常需要通過化簡(jiǎn)的手段找出邏輯函數(shù)的最簡(jiǎn)形式，并且根據(jù)不同類型的表達(dá)式選擇不同的化簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。由于使用中最常見的是與或式，而且也容易同其他形式的表達(dá)式互相轉(zhuǎn)換，所以我們主要介紹與或式的化簡(jiǎn)，即使得化簡(jiǎn)后的函數(shù)具有最少的項(xiàng)數(shù)且每一項(xiàng)中所含變量個(gè)數(shù)也最少?；?jiǎn)邏輯函數(shù)的常用方法主要有代數(shù)化簡(jiǎn)法和卡諾圖化簡(jiǎn)法。小知識(shí)二、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法2、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法（1）并項(xiàng)法利用公式將兩項(xiàng)合并為一項(xiàng)，同時(shí)消去一個(gè)變量。例題：（2）吸收法利用公式A+AB=A吸收多余項(xiàng)AB。例題：（3）消去法利用公式消去多余因子，或利用公式消去多余項(xiàng)。例題：二、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法2、邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法（4）配項(xiàng)法利用公式將某一項(xiàng)展開為兩項(xiàng)以增加必要的乘積項(xiàng)，再利用前面的方法與其他乘積項(xiàng)合并使項(xiàng)數(shù)減少，得到最簡(jiǎn)結(jié)果。例題：三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法1、邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式（1）內(nèi)涵：在n變量的邏輯函數(shù)中，如果某個(gè)乘積項(xiàng)含有邏輯問題的全部n個(gè)變量，每個(gè)變量都以它的原變量或反變量的形式出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次，這樣的乘積項(xiàng)就稱為n變量邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)。（2）性質(zhì)：a.對(duì)于任意一個(gè)最小項(xiàng)，有且僅有一組變量取值使它等于1，而取其他各組值時(shí)，此最小項(xiàng)的值均為0。如對(duì)于B，只有ABC取值為010時(shí)其值才為1，而其他取值全為0。b.任意兩個(gè)不同最小項(xiàng)的乘積恒為0，根據(jù)性質(zhì)a，當(dāng)ABC取某個(gè)值時(shí)兩個(gè)不同的最小項(xiàng)至少有一個(gè)為0，因而乘積始終為0。c.n個(gè)變量的全部最小項(xiàng)的和恒為1。三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法2、用卡諾圖表示邏輯函數(shù)（1）邏輯變量的卡諾圖①二變量卡諾圖每個(gè)小方格代表一個(gè)最小項(xiàng)，并且任何兩個(gè)邏輯相鄰的最小項(xiàng)，其所對(duì)應(yīng)的小方格在幾何位置上也相鄰，相鄰的兩格所表示的最小項(xiàng)都僅有一個(gè)因子不同。圖1-13二變量卡諾圖三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法2、用卡諾圖表示邏輯函數(shù)（1）邏輯變量的卡諾圖②多變量卡諾圖

圖1-14多變量卡諾圖三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法2、用卡諾圖表示邏輯函數(shù)（1）邏輯變量的卡諾圖②多變量卡諾圖在多變量卡諾圖中要注意相鄰的特性，因?yàn)榭ㄖZ圖可以卷起來看。也可以折疊起來看，在尋找相鄰性上要注意上、下、左、右尤其是邊和角的鄰格。如四變量卡諾圖中，當(dāng)左、右卷起來看時(shí)，左邊第一列與右邊第四列相鄰；當(dāng)上、下卷起來看時(shí)，上邊第一行還與下邊第四行相鄰，因此，四個(gè)角的小方格也具有相鄰性。三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法2、用卡諾圖表示邏輯函數(shù)（2）用卡諾圖表示邏輯函數(shù)由于任何一個(gè)邏輯函數(shù)都可以展開成最小項(xiàng)表達(dá)式，所以只要根據(jù)變量數(shù)畫出對(duì)應(yīng)的卡諾圖，然后按最小項(xiàng)編號(hào)把邏輯函數(shù)中包含的最小項(xiàng)在相應(yīng)的方格中填1，沒有包含的項(xiàng)填0(也可不填)，就可以得到用卡諾圖表示的邏輯函數(shù)。實(shí)際上當(dāng)我們熟悉卡諾圖之后，可以不必每次都先求出最小項(xiàng)表達(dá)式，而只要根據(jù)函數(shù)與或式尋找變量的公共部位就可以得到卡諾圖了。三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法3、利用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)，實(shí)質(zhì)上就是利用相鄰性反復(fù)運(yùn)用公式AB＋AB=A合并最小項(xiàng)，消去相異的變量，得到最簡(jiǎn)與或式。具體的化簡(jiǎn)方法就是“畫包圍圈”。由于圖中任意兩個(gè)相鄰項(xiàng)都僅有一個(gè)因子不同，所以兩個(gè)相鄰項(xiàng)合并可消去一個(gè)相異變量，4個(gè)相鄰項(xiàng)合并可消去兩個(gè)相異變量，以此類推，2n個(gè)相鄰項(xiàng)合并時(shí)，可消去n個(gè)相異變量。因此，畫包圍圈應(yīng)遵循如下原則：(1)必須包含函數(shù)所有的最小項(xiàng)，即為1的小方格必須全部含在包圍圈中。(2)包圍圈只能圈2n個(gè)方格，且圈越大越好，因?yàn)槿υ酱笙サ南喈愖兞吭蕉啵玫降慕Y(jié)果越簡(jiǎn)單。(3)不同的包圍圈可以重復(fù)圈同一個(gè)區(qū)域，但每個(gè)圈中至少要包含一個(gè)尚未被圈過的1。(4)包圍圈的圈數(shù)要盡可能的少，這也意味著最后乘積項(xiàng)的數(shù)目少，圈數(shù)越少，電路中所用的門數(shù)也越少。三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法圖1-15合并最小項(xiàng)三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法3、利用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)歸納起來，用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)可分成以下三個(gè)步驟進(jìn)行：(1)根據(jù)邏輯函數(shù)建立卡諾圖，注意要包括所有的邏輯變量。(2)將相鄰含1的小方格畫入包圍圈，對(duì)應(yīng)每個(gè)包圍圈合并成一個(gè)新的乘積項(xiàng)。(3)將所有包圍圈對(duì)應(yīng)的乘積項(xiàng)相加即可得到最簡(jiǎn)與或式。例題：用卡諾圖法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。圖1-16例題的卡諾圖三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法3、利用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)

例題：用卡諾圖法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。解：畫出邏輯函數(shù)F的卡諾圖，如圖1-16所示，按照合并規(guī)律畫出最小項(xiàng)的包圍圈，得最簡(jiǎn)式為。三、邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法4、具有約束項(xiàng)的邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)

約束條件反映了邏輯函數(shù)中各邏輯變量之間的制約關(guān)系。約束條件所含的最小項(xiàng)稱為約束項(xiàng)，它表示輸入變量某些取值組合不允許出現(xiàn)，或者不影響邏輯函數(shù)的輸出，因此也被稱為無(wú)關(guān)項(xiàng)、任意項(xiàng)，一般用di表示，i仍為最小項(xiàng)序號(hào)，填入卡諾圖時(shí)約束項(xiàng)用“×”表示。約束項(xiàng)可以視需要取值為1或0，而不會(huì)影響其函數(shù)值,可以充分利用約束項(xiàng)使表達(dá)式大大簡(jiǎn)化。延伸閱讀隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展和使用，在時(shí)間中，不斷的將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的效率和性能提升。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以自身特有的優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到了電子產(chǎn)品的歡迎，也替代了曾經(jīng)達(dá)到巔峰核心技術(shù)，并在這一領(lǐng)域取得了發(fā)展和提升。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)目前的使用處于初級(jí)階段，在未來的發(fā)展中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的水平會(huì)在實(shí)踐中不斷的提升。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和目前已經(jīng)進(jìn)入和發(fā)展的領(lǐng)域來看，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的未來發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將更加注重速度，減少電子設(shè)備功能和資源的損失，減小幾何尺寸，使數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠滿足現(xiàn)代社會(huì)和工業(yè)的需要。生產(chǎn)部門的需求繼續(xù)增長(zhǎng)。其次，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展將側(cè)重于核心結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和改變，更側(cè)重于數(shù)字信號(hào)處理器核心微體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。感謝觀看數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)模塊二集成邏輯門電路數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

由具體器件構(gòu)成的能夠?qū)崿F(xiàn)基本和常用邏輯關(guān)系的電子線路，稱為邏輯門電路。常用的門電路都是小規(guī)模集成電路，從電路結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的工藝來看，具有代表性的是TTL門電路和CMOS門電路兩大類。盡管目前數(shù)字電路中集成邏輯門電路占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是分立元件門電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于分析工作原理，有助于了解集成邏輯門電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其特性。下面先來討論由分立元件構(gòu)成的門電路。序言分立元件門電路TTL集成邏輯門電路CMOS集成邏輯門電路集成門電路應(yīng)用注意事項(xiàng)目錄CONTENTS1234Multisim10的基本操作5分立元件門電路1晶體管的開關(guān)特性基本晶體管門電路一、晶體管的開關(guān)特性

在電路中，理想開關(guān)具有以下特點(diǎn)：開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)兩端電壓為0；開關(guān)斷開時(shí)，其流過的電流為0，開關(guān)兩端間呈現(xiàn)的電阻為無(wú)窮大，且開關(guān)的轉(zhuǎn)換在瞬間完成。理想開關(guān)的特性，我們可以用邏輯變量“1”和“0”來表示。分立元件門電路中的晶體管一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；截止時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管則是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。小知識(shí)一、晶體管的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：二極管是一種非線性器件，其電路符號(hào)及伏安特性曲線如圖2-1所示。圖2-1二極管的電路符號(hào)及伏安特性曲線一、晶體管的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：

可以把二極管當(dāng)作開關(guān)來使用正是利用了二極管的單向?qū)щ娦?。從如圖2-1(b)所示的二極管的伏安特性曲線可見，當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流極小，幾乎為零，這一部分稱為死區(qū)，相應(yīng)的電壓稱為死區(qū)電壓(也稱閾值電壓或門檻電壓)。當(dāng)外加正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，正向電流就會(huì)急劇增大，二極管呈現(xiàn)很小的電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)相當(dāng)于開關(guān)閉合。當(dāng)二極管兩端加上反向電壓時(shí)，在開始的很大范圍內(nèi)，二極管相當(dāng)于非常大的電阻，反向電流在一定電壓范圍內(nèi)極小，且不隨反向電壓而變化，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)相當(dāng)于開關(guān)斷開。其開關(guān)特性等效電路如圖2-2所示。一、晶體管的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：

若二極管反向電壓加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增大，即發(fā)生了反向擊穿。對(duì)于普通的二極管，被擊穿后，由于反向電流很大，一般會(huì)造成“熱擊穿”，從而不能恢復(fù)原來的性能，二極管也就失去了單向?qū)щ娦?。圖2-2二極管的開關(guān)特性等效電路一、晶體管的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性（2）動(dòng)態(tài)特性：通常情況下，二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r(shí)間，不能像理想開關(guān)那樣瞬間完成，而且從導(dǎo)通變?yōu)榻刂顾璧臅r(shí)間更長(zhǎng)一些。一般把二極管從導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間（tre）。若輸入信號(hào)頻率過高，負(fù)半周寬度小于tre時(shí)，二極管會(huì)雙向?qū)ǎ蜗驅(qū)щ娮饔?。因此，高頻應(yīng)用時(shí)需要考慮此參數(shù)的影響。一、晶體管的開關(guān)特性2、三極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：

三極管電路及伏安特性曲線如圖2-3(a)、(b)所示，從特性曲線上可以看出，三極管有三個(gè)工作區(qū)：放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)。圖2-3三極管的電路符號(hào)及伏安特性曲線一、晶體管的開關(guān)特性2、三極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：①截止區(qū)：三極管工作在截止區(qū)的條件是uBE<UTH，UTH為三極管的導(dǎo)通電壓。當(dāng)三極管發(fā)射結(jié)電壓uBE<UTH時(shí)，iB和iC均近似為0，三極管的集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖2-4(a)所示。圖2-4三極管開關(guān)特性等效電路圖一、晶體管的開關(guān)特性2、三極管的開關(guān)特性（1）靜態(tài)特性：②飽和區(qū)：當(dāng)三極管發(fā)射結(jié)電壓uBE>UTH時(shí)，開始脫離截止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)入放大狀態(tài)。三極管飽和的條件是iB>IBS，其中，IBS≈UCC/(βRC)為臨界飽和電流。在飽和區(qū)，三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，集電極和發(fā)射極間電壓為反向飽和電壓UCES(0.2～0.3V)。飽和越深，UCE越小。三極管的集電極和發(fā)射極間相當(dāng)于短路狀態(tài)，如圖2-4(b)所示。由此可見，三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極電流控制的開關(guān)。練一練

三極管電路如圖25所示。若三極管導(dǎo)通電壓為0.5V，飽和時(shí)UBE=0.7V，UCES=0.3V。當(dāng)輸入電壓uI分別為0.3V和10V時(shí)，三極管的工作狀態(tài)處于哪個(gè)區(qū)域？對(duì)應(yīng)的輸出電壓uO為多少？

圖2-5三極管電路練一練圖2-6三極管等效電路一、晶體管的開關(guān)特性2、三極管的開關(guān)特性（2）動(dòng)態(tài)特性：三極管的開關(guān)過程就是管子在飽和與截止兩種狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，同樣需要一定的時(shí)間才能完成。如圖2-7（a）所示，在三極管輸入端加入一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)，則輸出電流iC和輸出電壓uO均滯后于輸入電壓uI的變化，其波形如圖2-7(b)、(c)所示。通常用延遲時(shí)間td、上升時(shí)間tr、存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf來描述三極管開關(guān)的瞬態(tài)過程。從截止到飽和所需的時(shí)間稱為開通時(shí)間（ton），ton=td+tr。從飽和到截止所需的時(shí)間稱為關(guān)閉時(shí)間(toff)，toff=ts+tf。三極管的開關(guān)時(shí)間隨著管子類型的不同會(huì)有很大差別，一般在幾十到幾百納秒。三極管的開關(guān)時(shí)間限制了開關(guān)的速度，開關(guān)時(shí)間越短，開關(guān)速度越高，在高頻應(yīng)用時(shí)需要特別注意考慮這個(gè)問題。一、晶體管的開關(guān)特性圖2-7三極管開關(guān)電路波形二、基本晶體管門電路

門電路的輸入和輸出信號(hào)都是用電平(或電位)的高低表示的。電位是指絕對(duì)電壓的大小，電平是指一定的電壓范圍。高電平和低電平分別表示兩段電壓的范圍。在TTL電路中，通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算低電平。同時(shí)，高電平和低電平又可用邏輯“1”和邏輯“0”分別表示，這樣可以得到邏輯電路的真值表，便于進(jìn)行邏輯分析。小知識(shí)二、基本晶體管門電路1、與門（1）原理：由二極管構(gòu)成的雙輸入單輸出與門電路和與門符號(hào)如圖2-8所示。A、B為輸入端，F(xiàn)為輸出端。當(dāng)A、B任一端為“0”(0V)時(shí)，二極管D1、D2至少有一個(gè)導(dǎo)通，如UA=0V，UB=5V，則D1導(dǎo)通，D2截止，使得F輸出為“0”(其電位等于二極管導(dǎo)通時(shí)的端電壓，硅管約0.7V)。當(dāng)A、B端同時(shí)為“1”(UA=UB=5V)時(shí)，二極管D1、D2均截止，R中無(wú)電流流過(其兩端電壓為0V)，輸出端F為“1”(其電位為電源電壓5V)。可見，只要輸入端中任意一端為“0”，輸出端為“0”，只有輸入端全為“1”時(shí)，輸出才為“1”，即輸入與輸出信號(hào)狀態(tài)滿足“與”邏輯關(guān)系。二、基本晶體管門電路1、與門（1）原理：圖2-8與門電路圖和符號(hào)二、基本晶體管門電路1、與門（2）狀態(tài)表與波形圖表2-1與門邏輯狀態(tài)表ABF0(0V)0(0V)0(0.7V)0(0V)1(5V)0(0.7V)1(5V)0(0V)0(0.7V)1(5V)1(5V)1(5V)圖2-9與門電路波形圖二、基本晶體管門電路2、或門（1）原理：

由二極管構(gòu)成的雙輸入單輸出或門電路及或門符號(hào)如圖2-10所示。A、B為輸入端，F(xiàn)為輸出端。當(dāng)A、B任一端為“1”(5V)時(shí)，二極管D1、D2至少有一個(gè)導(dǎo)通，如UA=5V，UB=0V，則D1導(dǎo)通，D2截止，使得F輸出為“1”(4.3V)。當(dāng)A、B端同時(shí)為“0”(0V)時(shí)，二極管D1、D2均截止，電阻中無(wú)電流(其兩端電壓為0V)，輸出端F為“0”(0V)?？梢?，只要輸入端中任意一端為“1”時(shí)，輸出端為“1”，只有輸入端全為“0”時(shí)，輸出才為“0”，即輸入與輸出信號(hào)狀態(tài)滿足“或”邏輯關(guān)系。二、基本晶體管門電路2、或門（1）原理：圖2-10或門電路圖和符號(hào)二、基本晶體管門電路2、或門（2）狀態(tài)表與波形圖表2-2或門邏輯狀態(tài)表ABF0(0V)0(0V)0(0V)0(0V)1(5V)1(4.3V)1(5V)0(0V)1(4.3V)1(5V)1(5V)1(4.3V)圖2-11或門電路波形圖二、基本晶體管門電路3、非門（1）原理：

非門電路圖及其邏輯符號(hào)如圖2-12所示。電路中的三極管工作于開關(guān)狀態(tài)，在截止區(qū)和飽和區(qū)間轉(zhuǎn)換。非門電路中只有一個(gè)輸入端A和輸出端F。當(dāng)A為“1”時(shí)(設(shè)其電位為3V)，三極管處于飽和狀態(tài)，F(xiàn)輸出為“0”(其電位為0.2~0.3V，即三極管飽和電壓值)；當(dāng)A為“0”(0V)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)輸出為“1”(其電位近似等于電源電壓值12V)。該電路的輸入與輸出狀態(tài)滿足“非”邏輯關(guān)系，非門電路也常稱為反相器。非門邏輯符號(hào)的輸出端有一個(gè)小圓圈。在數(shù)字電路邏輯符號(hào)中，若在輸入端加小圓圈，則表示輸入低電平信號(hào)有效。若在輸出端加小圓圈，則表示輸出信號(hào)取反。二、基本晶體管門電路3、非門（1）原理：圖2-12非門電路圖和符號(hào)二、基本晶體管門電路3、非門（2）狀態(tài)表與波形圖圖2-13

非門電路波形圖表2-3非門邏輯狀態(tài)表AF0(0V)1(12V)1(3V)0(0.3V)二、基本晶體管門電路4、與非門（1）原理：

圖2-14與非門電路圖和符號(hào)當(dāng)輸入端A、B中的任何一端接“0”時(shí)，所接二極管D1、D2中至少有一個(gè)導(dǎo)通，如UA=0V，UB=5V，此時(shí)看似D1、D2都會(huì)導(dǎo)通，但D1導(dǎo)通后會(huì)使得u1箝位在0.7V，從而D2截止，所以u(píng)1為“0”，使得三極管T截止，輸出端為“1”(此時(shí)二極管D導(dǎo)通，使得輸出略大于5V)。當(dāng)輸入端同時(shí)為“1”(+5V)時(shí)，所接二極管D1、D2均導(dǎo)通，此時(shí)u1為5.7V，即u1為“1”，三極管T飽和導(dǎo)通，F(xiàn)輸出為“0”(電位為三極管飽和電壓值0.3V左右)。電路中加負(fù)電源是為了保證三極管T能夠可靠截止。與+5V相連的二極管D在三極管截止時(shí)起箝位作用，保證此時(shí)輸出端電位略大于5V，使輸出、輸入的“1”電平一致。二、基本晶體管門電路4、與非門（1）原理：圖2-14與非門電路圖和符號(hào)二、基本晶體管門電路4、與非門（2）狀態(tài)表與波形圖圖2-15

與非門電路波形圖表2-4與非門邏輯狀態(tài)表ABF0(0V)0(0V)1(5.7V)0(0V)1(5V)1(5.7V)1(5V)0(0V)1(5.7V)1(5V)1(5V)0(0.3V)TTL集成邏輯門電路2TTL與非門電路TTL集電極開路門和三態(tài)門電路TTL集成電路的系列產(chǎn)品一、TTL與非門電路

TTL集成邏輯門電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)均采用晶體三極管，所以又稱為晶體三極管晶體三極管邏輯電路，簡(jiǎn)稱為TTL電路。下面以TTL與非門電路為例，介紹TTL電路的一般組成、原理、特性和參數(shù)。導(dǎo)讀1、電路結(jié)構(gòu)典型TTL與非門電路如圖2-16所示，它由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三個(gè)部分構(gòu)成。一、TTL與非門電路圖2-16典型TTL與非門電路1、電路結(jié)構(gòu)（1）輸入級(jí)輸入級(jí)由多發(fā)射極三極管T1、基極電阻R1及兩個(gè)二極管組成。多發(fā)射極三極管的等效電路如圖2-17所示，它的作用是對(duì)輸入變量實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算，輸入級(jí)相當(dāng)于一個(gè)與門。一、TTL與非門電路圖2-17集成電路中的多發(fā)射極三極管1、電路結(jié)構(gòu)（2）中間級(jí)中間級(jí)由三極管T2、電阻R2和R3組成，實(shí)現(xiàn)放大和倒相功能。向后級(jí)提供兩個(gè)相位相反的信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)三極管T3、T4。（3）輸出級(jí)輸出級(jí)是由三極管T3、T4及電阻R4組成的推挽式功率放大電路。此種電路結(jié)構(gòu)可以減小電路的輸出電阻，提高輸出的帶負(fù)載能力和抗干擾能力。由于三極管T3和T4分別由兩個(gè)相位相反的電壓來控制，因此，T3和T4總處于一管導(dǎo)通而另一管截止的工作狀態(tài)。一、TTL與非門電路2、工作原理（1）輸入全為高電平：當(dāng)輸入全為高電平時(shí)，UA=UB=3.6V，粗看似乎T1的兩個(gè)發(fā)射結(jié)都正偏，T1的基極電壓UB1=4.3V，但UCC通過R1和T1的集電結(jié)為T2和T4提供基極電流，使得T2和T4飽和導(dǎo)通，此時(shí)T1的基極電壓uB1=UBC1+UBE2+UBE3=2.1V，所以T1的uB1被箝位在2.1V上，于是T1的兩個(gè)發(fā)射結(jié)都反偏，集電結(jié)正偏。由于T2和T4飽和導(dǎo)通，使T2的uC2=UCES2＋UBE4≈1V。該電壓作用于T3的發(fā)射結(jié)和二極管D3兩個(gè)PN結(jié)上，顯然T3和D3都截止。所以輸出為低電平，uO=uC4=UCES=0～3V。一、TTL與非門電路2、工作原理（2）輸入中至少有一個(gè)為低電平：當(dāng)輸入中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，T1的兩個(gè)發(fā)射結(jié)必然有一個(gè)導(dǎo)通，如UA=0.3V時(shí)，A端導(dǎo)通，T1基極電壓uB1=1V，該電壓作用于T1的集電結(jié)和T2、T4的發(fā)射結(jié)上，不足以使各結(jié)導(dǎo)通，所以T2和T4均截止，而此時(shí)T3和D3導(dǎo)通，因此輸出為高電平，uO=UCC-UBE3-UD3=3～6V。根據(jù)上面的分析，當(dāng)輸入端為一個(gè)或多個(gè)低電平時(shí)，輸出為高電平；輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平，實(shí)現(xiàn)了“與非”的邏輯關(guān)系。一、TTL與非門電路3、TTL與非門傳輸特性電壓傳輸特性是指輸出電壓uO隨輸入電壓uI變化的關(guān)系曲線，即uO=f(uI)。圖2-18所示為TTL與非門的電壓傳輸特性，該曲線大致可以分為四段。一、TTL與非門電路圖2-18TTL與非門的電壓傳輸特性3、TTL與非門傳輸特性（1）截止區(qū)(AB段)：由上述分析可知，在傳輸特性曲線的AB段，因?yàn)檩斎腚妷簎I<0.6V，所以u(píng)B1<3V，T2和T4截止而T3導(dǎo)通，輸出為高電平。（2）線性區(qū)(BC段)：由于輸入電壓uI>0.6V，但低于1.4V，所以T2導(dǎo)通而T4仍然截止，這時(shí)T2工作在放大區(qū)，隨著uI的升高，uC2和uO線性地下降。（3）轉(zhuǎn)折區(qū)(CD段)：當(dāng)輸入電壓繼續(xù)上升，使得T4導(dǎo)通并工作在放大區(qū)，輸出電位急劇下降為低電平。轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓或門檻電壓，用UTH表示。（4）飽和區(qū)(DE段)：此后uI繼續(xù)升高，但uO不再變化，進(jìn)入特性曲線的DE段。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（1）輸入和輸出的高、低電平：由TTL與非門的電壓傳輸特性曲線可知，在不同輸入電壓條件下，有不同的輸出電壓。實(shí)際門電路中高低電平的大小是允許在一定范圍內(nèi)變化的。一般在生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)手冊(cè)中都會(huì)給出四種邏輯電平參數(shù)：輸入低電平的上限值UIL(max)、輸入高電平的下限值UIH(min)、輸出低電平的上限值UOL(max)、輸出高電平的下限值UOH(min)。根據(jù)這些參數(shù)可以判斷不同的集成電路的高、低電平所對(duì)應(yīng)的電壓范圍。如UOH的典型值為3.6V，UOL的典型值為0.3V。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（2）開門電平UON和關(guān)門電平UOFF：保證輸出電壓為額定低電平時(shí)，所允許的最小輸入高電平稱為開門電平UON，即只有當(dāng)UI>UON時(shí)，輸出才是低電平。一般產(chǎn)品的UON在1.5V左右，它表示了使門開通所需要的最小輸入高電平。保證輸出電壓為額定高電平時(shí)，所允許的最大輸入低電平稱為關(guān)門電平UOFF，即只有當(dāng)UI≤UOFF時(shí)，輸出才是高電平。一般產(chǎn)品的UOFF為0.8~1V。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（3）閾值電壓UTH：電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值稱為閾值電壓UTH，它是三極管T4導(dǎo)通和截止的分界線，所以在分析TTL與非門工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)uI<UTH時(shí)，T4截止，輸出為高電平；當(dāng)uI>UTH時(shí)，T4導(dǎo)通，輸出為低電平。因此閾值電壓是使輸出發(fā)生高低電平轉(zhuǎn)換的輸入電壓值，也稱作門檻電壓。TTL與非門的閾值電壓UTH為1.4V左右。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（4）噪聲容限：在數(shù)字系統(tǒng)中，各邏輯電路之間的連線可能會(huì)受到各種噪聲的干擾，但當(dāng)輸入端高、低電平受到干擾而發(fā)生變化時(shí)，并不引起輸出端低、高電平的變化，即在保證電路正常輸出的前提下，允許輸入電平有一定的波動(dòng)范圍。噪聲容限就是指輸入電平允許波動(dòng)的最大范圍。它包括輸入高電平噪聲容限UNH和輸入低電平噪聲容限UNL。圖2-19所示為噪聲容限的定義示意圖。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（4）噪聲容限：一、TTL與非門電路圖2-19噪聲容限的定義示意圖4、主要參數(shù)（4）噪聲容限：①輸入高電平噪聲容限UNH輸入高電平時(shí)，保證TTL電路仍可正常輸出的最大允許負(fù)向干擾電壓。顯然有UNH＝UOH(min)-UIH(min)②輸入低電平噪聲容限UNL輸入低電平時(shí)，保證TTL電路仍可正常輸出的最大允許正向干擾電壓。顯然有UNL＝UIL(max)-UOL(max)輸入信號(hào)的噪聲容限越大，說明集成門電路的抗干擾能力越強(qiáng)。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（5）傳輸延遲時(shí)間：傳輸延遲時(shí)間tpd是用來描述門電路開關(guān)速度的動(dòng)態(tài)參數(shù)，門電路在動(dòng)態(tài)脈沖信號(hào)作用下，輸出脈沖相對(duì)于輸入脈沖延遲了多長(zhǎng)時(shí)間，如圖2-20所示。圖中tpHL表示輸出電壓由高變低輸出脈沖的延遲時(shí)間；tpLH表示輸出電壓由低變高輸出脈沖的延遲時(shí)間。這兩個(gè)延遲時(shí)間的平均值稱為平均傳輸延遲時(shí)間tpd，TTL門電路的平均傳輸延遲時(shí)間tpd一般在20ns左右，即門電路的最高工作頻率fmax在20～30MHz。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（5）傳輸延遲時(shí)間：一、TTL與非門電路圖2-20傳輸延遲波形圖4、主要參數(shù)（6）扇入扇出數(shù)：扇入數(shù)通常是指門電路輸入端的個(gè)數(shù)，用NI表示，對(duì)于一個(gè)2輸入的或非門，其扇入數(shù)NI＝2。扇出數(shù)是指門電路在正常工作時(shí)所能帶同類門電路的最大數(shù)目，它表示帶負(fù)載能力。扇出數(shù)計(jì)算要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)來分別考慮。在數(shù)字電路中負(fù)載可分為拉電流負(fù)載(負(fù)載電流從驅(qū)動(dòng)門向外電路流出)和灌電流負(fù)載(負(fù)載電流從外電路灌入驅(qū)動(dòng)門)兩種。一、TTL與非門電路4、主要參數(shù)（6）扇入扇出數(shù)：一、TTL與非門電路圖2-21扇出數(shù)計(jì)算4、主要參數(shù)（6）扇入扇出數(shù)：①拉電流負(fù)載如圖2-21(a)所示，右邊稱為負(fù)載門，左邊稱為驅(qū)動(dòng)門。驅(qū)動(dòng)門輸出為“1”(高電平)時(shí)，電流將從驅(qū)動(dòng)門流向負(fù)載門，這個(gè)電流就好像是負(fù)載門受作用將電流從驅(qū)動(dòng)門中拉出一樣，因此稱為拉電流負(fù)載。設(shè)流入每個(gè)負(fù)載門的電流為IIH，從驅(qū)動(dòng)門流出的電流為IOH，由圖知，IOH等于所有流入負(fù)載門的電流IIH之和。顯然負(fù)載門的個(gè)數(shù)越多，形成的IOH越大，這將會(huì)引起輸出高電壓的降低。由于高電平下限值的存在，負(fù)載門的個(gè)數(shù)不能過多。在輸出高電平時(shí)，扇出數(shù)可以根據(jù)下式計(jì)算：NOH=IOH/IIH一、TTL與非門電路5、常用TTL與非門集成芯片常用的TTL與非門集成芯片有74LS00（4-2輸入與非門）、74LS04（6反相器）、74U20（2-4輸入與非門）、74LS08（4-2輸入與門）、74LS02（4-2輸入或非門）和74LS86（異或門）等。4-2輸入雙與非門74LS00，即在一塊集成塊內(nèi)含有兩個(gè)互相獨(dú)立的與非門，每個(gè)與非門有四個(gè)輸入端，其邏輯框圖和符號(hào)如圖2-22所示。此類電路多數(shù)采用雙列直插式封裝，在封裝上有一個(gè)小豁口，可用來標(biāo)識(shí)管腳的排列順序。一、TTL與非門電路5、常用TTL與非門集成芯片

一、TTL與非門電路圖2-2274LS00邏輯框和符號(hào)練一練

如圖2-23所示電路，已知74LS00門電路的參數(shù)為IOH/IOL=1.0mA/-20mAIIH/IIL=50μA/-1.43mA試求門GP的扇出數(shù)是多少？

圖2-2374LS00門電路練一練解：門GP輸出低電平時(shí)，設(shè)可帶門數(shù)為NL：NL×IIL≤IOLNL≤IOL/IIL=20/1.43=14門GP輸出高電平時(shí)，設(shè)可帶門數(shù)為NH：NH×IIH≤IOHNH≤IOH/IIH=1.0/0.05=20取較小值，即扇出系數(shù)為14。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路（1）將兩個(gè)以上門電路的輸出端直接并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)“與”邏輯的功能稱為“線與”。如圖2-24所示，當(dāng)F輸出處于高電平時(shí)，T3導(dǎo)通；而若F′輸出處于低電平，則T4′導(dǎo)通。這樣就會(huì)形成一低阻通路，從而產(chǎn)生很大的電流，有可能燒壞器件，并且也無(wú)法確定輸出是高電平還是低電平。這一問題可以采用TTL集電極開路門解決。（2）TTL集電極開路門電路和邏輯符號(hào)如圖2-25(a)、(b)所示。與普通TTL“與非”門相比，OC門的輸出級(jí)三極管T4的集電極不是接有源負(fù)載而是懸空的，即輸出管T4的集電極開路，故稱為集電極開路門。這種門電路由于T4的集電極開路，所以在使用時(shí)需要外接負(fù)載電阻RL(或稱上拉電阻)及電源。該電源可以是+5V的TTL工作電源UCC，也可以是其他電壓值的電源UCC′，以實(shí)現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。T4截止時(shí)的輸出(高電平)電壓由其所接外電路決定。如圖2-25(c)所示，。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路圖2-24兩個(gè)門的輸出端直接相連二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路圖2-25集電極開路與非門電路和邏輯符號(hào)二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路（3）普通TTL與非門不允許直接驅(qū)動(dòng)電壓高于5V的負(fù)載，否則與非門將被損壞。如圖2-26所示，集電極開路門接上拉電阻RL的作用是：低電平輸出時(shí)，限制灌入集電極開路門電路的灌電流，以保證輸出低電平UOL不超過上限值UOL(max)，因此所接上拉電阻RL不能太小，就存在RLmin；高電平輸出時(shí)，又起到限制集電極開路門電路拉電流的作用，以保證輸出高電平UOH大于下限值UOH(min),因此所接上拉電阻RL不能太大，存在RLmax。（4）如圖2-27所示，如果TTL門電路輸入端A、B均為高電平(3.6V)，輸出為低電平(0.3V)，輸入CMOS電路信號(hào)為低電平，輸出管截止，輸出為高電平(10V)，實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。（5）如圖2-28所示，當(dāng)OC門輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光；當(dāng)OC門輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管截止不發(fā)光。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路圖2-26OC門上拉電阻的計(jì)算二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路1、TTL集電極開路門電路圖2-27OC門實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換圖2-28OC門驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出TTL三態(tài)與非門電路和邏輯符號(hào)如圖2-29所示。圖2-29

TTL三態(tài)與非門電路和邏輯符號(hào)二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出（1）當(dāng)使能輸入端EN＝1時(shí)，二極管D4截止(開關(guān)斷開)，與其相連的多發(fā)射極管T1的相應(yīng)發(fā)射結(jié)反偏截止，此時(shí)門電路相當(dāng)于二輸入的與非門；當(dāng)使能輸入端EN為低電平時(shí)，二極管D4導(dǎo)通(開關(guān)閉合)，與之相連的T1相應(yīng)的發(fā)射結(jié)正偏，使UB1被箝位在低電平，從而T2、T4均截止，同時(shí)T2集電極電位為低電平，T3也截止，這時(shí)從輸出端看進(jìn)去，對(duì)地和電源都相當(dāng)于開路，呈現(xiàn)高阻抗。高阻態(tài)并無(wú)邏輯值，僅表示電路與其他電路無(wú)關(guān)聯(lián)，所以三態(tài)電路仍是二值邏輯電路。除了這種高電平有效的三態(tài)門電路外，還有控制端低電平(EN)有效的電路，圖2-30所示為低電平有效的三態(tài)與非門邏輯符號(hào)。由于該電路有高電平、低電平和高阻態(tài)三種狀態(tài)，所以稱為三態(tài)門。高電平有效的三態(tài)與非門電路的真值表如表2-5所示。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出表2-5高電平有效的三態(tài)與非門電路的真值表ENABF10011011110111100××高阻圖2-30低電平有效的三態(tài)與非門邏輯符號(hào)二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出（2）門電路的三態(tài)輸出主要應(yīng)用于多個(gè)門輸出共享數(shù)據(jù)或控制信號(hào)總線傳輸，這樣可以減少輸出連線。為避免多個(gè)門輸出同時(shí)占用數(shù)據(jù)總線，這些門的使能信號(hào)(EN)中只允許有一個(gè)為有效電平(如高電平)，如圖2-31所示。在數(shù)據(jù)總線上掛接了三個(gè)高電平有效的三態(tài)門，當(dāng)EN0=1，EN1=EN2=0時(shí)，門電路G0接到數(shù)據(jù)總線，D=F0；當(dāng)EN1=1，EN0=EN2=0時(shí)，門電路G1接到數(shù)據(jù)總線，D=F1；當(dāng)EN2=1，EN0=EN1=0時(shí)，門電路G2接到數(shù)據(jù)總線，D=F2。因此，只要保證任何時(shí)刻只有一個(gè)三態(tài)門的使能端有效，即可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)通過一條總線進(jìn)行傳送的功能。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出圖2-31三態(tài)門總線傳輸應(yīng)用

另外，利用三態(tài)門還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，如圖2-32所示。當(dāng)EN＝1時(shí)，G1工作，G2處于高阻態(tài)，則總線上的數(shù)據(jù)D0經(jīng)門G1送到總線上；當(dāng)EN＝0時(shí)，G1處于高阻態(tài)，G2工作，則總線上的數(shù)據(jù)D1由門G2反相后輸出。二、TTL集電極開路門和三態(tài)門電路2、三態(tài)門輸出圖2-32三態(tài)門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸三、TTL集成電路的系列產(chǎn)品

常見的TTL集成電路根據(jù)其工作范圍的不同，分為54和74兩大系列。74系列與54系列的電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)，差別主要是工作環(huán)境溫度和電壓工作范圍有所不同，而且54系列為軍用品，74系列為民用品。小知識(shí)三、TTL集成電路的系列產(chǎn)品

對(duì)于廣泛使用的74系列TTL門電路，除了基本型集成門電路外，為了提高工作速度、降低功耗、提高抗干擾能力等，各生產(chǎn)廠家對(duì)門電路做了多次改進(jìn)，從而有74H、74S、74LS、74AS、74ALS、74F等系列產(chǎn)品。對(duì)于不同系列的TTL器件，只要器件型號(hào)的后幾位數(shù)碼一樣，它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。如7420、74H20、74S20、74LS20都是四輸入雙與非門，都采用14條引腳的雙列直插式封裝，而且各引腳的位置也相同。（1）74系列：它是中速系列，TTL集成電路的早期產(chǎn)品，其平均傳輸延遲時(shí)間約為10ns，但平均功耗每門約10mW，現(xiàn)已基本淘汰。（2）74L系列：為低功耗TTL系列，又稱LTTL系列。三、TTL集成電路的系列產(chǎn)品（3）74H系列：它是高速系列，采用了抗飽和三極管，將R3用“有源泄放電路代替”，輸出級(jí)采用了達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，輸入端加了3個(gè)保護(hù)二極管。在工作速度方面得到改善，平均傳輸延遲時(shí)間約為普通型的1/2，約為6ns，但是平均功耗增加了，每門約為22mW。（4）74S(又稱STTL)系列：為肖特基系列。此系列門電路在電路中采用肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)和有源泄放回路，工作速度和功耗均得到了明顯改善。（5）74LS系列：它為低功耗肖特基系列，在74S肖特基系列的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小門電路功耗，成為比較理想的TTL門電路。這一系列的集成電路綜合性能較好，價(jià)格較ALS系列優(yōu)越，因此得到了較廣泛的應(yīng)用。（6）74AS和74ALS系列：速度和功耗上較前系列進(jìn)一步提高。（7）74F系列：其速度和功耗介于74AS系列和74ALS系列之間，廣泛應(yīng)用于速度要求較高的TTL邏輯電路。CMOS集成邏輯門電路3MOS管開關(guān)及其等效電路常用CMOS邏輯門電路CMOS邏輯門系列一、MOS管開關(guān)及其等效電路

由金屬氧化物絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)(MOS)管構(gòu)成的單極型集成電路稱為MOS電路。MOS門電路主要有三種類型：NMOS門電路、PMOS門電路和CMOS門電路。CMOS電路較之TTL電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：功耗低、靜態(tài)電流小(約為納安數(shù)量級(jí))、抗干擾能力強(qiáng)、電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、負(fù)載能力強(qiáng)等，目前廣泛應(yīng)用的都是CMOS集成邏輯門電路。導(dǎo)讀1、MOS管開關(guān)等效電路圖2-33所示為增強(qiáng)型NMOS管開關(guān)電路及其輸出特性曲線，輸出特性中的斜線為直流負(fù)載線。圖2-33增強(qiáng)型NMOS管開關(guān)電路及其輸出特性曲線一、MOS管開關(guān)及其等效電路1、MOS管開關(guān)等效電路（1）當(dāng)輸入電壓uI較小時(shí)，有uGS<UT，MOS管截止，iD=0，uO=UDD，此時(shí)器件不損耗功率。隨著uI增大，柵源電壓uGS增大，當(dāng)uGS≥UT且uDS≥uGS-UT時(shí)，MOS管工作在飽和區(qū)，iD基本不變。當(dāng)uI增大到一定程度時(shí)，uDS≤uGS-UT，MOS管工作在可變電阻區(qū)。根據(jù)輸出特性曲線的可變電阻區(qū)知，iD隨uDS近似呈線性變化，d、s之間可近似等效為線性電阻RON(又稱導(dǎo)通電阻)，此時(shí)的MOS管相當(dāng)于受uGS控制的可變電阻，而且uGS越大，輸出特性曲線越陡峭，RON越小。根據(jù)上述分析，當(dāng)MOS管分別工作在截止區(qū)和可變電阻區(qū)時(shí)，其相當(dāng)于受uGS控制的一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，其等效電路如圖2-34所示。一、MOS管開關(guān)及其等效電路1、MOS管開關(guān)等效電路（2）當(dāng)輸入為高電平，即uGS取足夠大時(shí)，MOS管工作在可變電阻區(qū)，有RD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RON，此時(shí)MOS管看作開關(guān)“閉合”，uO≈RON/RD×UDD，是個(gè)很小的值，即輸出為低電平；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，uGS很小，MOS管處于截止區(qū)，RON趨于無(wú)窮大，可以看作開關(guān)“斷開”，uO≈UDD，輸出為高電平。圖2-34MOS管的開關(guān)等效電路一、MOS管開關(guān)及其等效電路2、MOS管開關(guān)特性由于MOS管本身存在電容效應(yīng)及導(dǎo)通電阻，所以當(dāng)在MOS管的開關(guān)電路輸入端加入一個(gè)理想的脈沖信號(hào)時(shí)，其導(dǎo)通及閉合兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換會(huì)受到電容充放電的影響，使輸出波形邊沿變得緩慢，輸出電壓的變化也會(huì)滯后于輸入電壓的變化,如圖2-35所示。為減小開關(guān)時(shí)間，可以用P溝道MOS管來代替電阻RD，這就構(gòu)成了所謂的CMOS開關(guān)。圖2-35MOS管開關(guān)電路波形一、MOS管開關(guān)及其等效電路二、常用CMOS邏輯門電路1、CMOS反相器（1）工作原理：如圖2-36所示，CMOS反相器由兩個(gè)管型互補(bǔ)的場(chǎng)效應(yīng)管TN和TP組成。TN為工作管，是N溝道MOS增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，開啟電壓為UTN。TP為負(fù)載管(作為漏極負(fù)載Rd)，是P溝道MOS增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，開啟電壓為UTP。工作管和負(fù)載管的柵極g接在一起，作為輸入端uI；工作管和負(fù)載管的漏極d接在一起，作為輸出端uO。TP源極s接電源UDD，TN源極s接地。為了使電路正常工作，要求電源UDD大于兩只MOS管的開啟電壓的絕對(duì)值之和，即UDD=UTN+|UTP|。當(dāng)輸入電壓uI為低電平“0”時(shí)，工作管TN因其UGS小于開啟電壓UTN而截止，負(fù)載管TP因其UGS小于開啟電壓UTP而導(dǎo)通。工作管TN截止，漏極電流近似為零，輸出電壓uO為高電平“1”。二、常用CMOS邏輯門電路1、CMOS反相器（1）工作原