MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图.doc
MOS管与简单CMOS逻辑门电路原理图现代单片机主要是采用CMOS工艺制成的。1、MOS管 MOS管又分为两种类型：N型和P型。如如下图所示： 以N型管为例，2端为控制端，称为“栅极；3端通常接地，称为“源极；源极电压记作Vss，1端接正电压，称为“漏极，漏极电压记作VDD。要使1端与3端导通，栅极2上要加高电平。 对P型管，栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。要使4端与6端导通，栅极5要加低电平。 在CMOS工艺制成的逻辑器件或单片机中，N型管与P型管往往是成对出现的。同时出现的这两个CMOS管，任何时候，只要一只导通，另一只如此不导通即“截止或“关断，所以称为“互补型CMOS管。2、CMOS逻辑电平高速CMOS电路的电源电压VDD通常为+5V；Vss接地，是0V。高电平视为逻辑“1，电平值的X围为：VDD的65%VDD或者VDD-1.5VVDD低电平视作逻辑“0，要求。不确定电平。在硬件设计中要防止出现不确定电平。近年来，随着亚微米技术的开展，单片机的电源呈下降趋势。低电源电压有助于降低功耗。VDD为3.3V的CMOS器件已大量使用。在便携式应用中，VDD为2.7V，甚至1.8V的单片机也已经出现。将来电源电压还会继续下降，降到0.9V，但低于VDD的35%的电平视为逻辑“0，高于VDD的65%的电平视为逻辑“1的规律仍然是适用的。3、非门非门反向器是最简单的门电路，由一对CMOS管组成。其工作原理如下：A端为高电平时，P型管截止，N型管导通，输出端C的电平与Vss保持一致，输出低电平；A端为低电平时，P型管导通，N型管截止，输出端C的电平与VDD一致，输出高电平。4、与非门与非门工作原理：、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与VDD一致，输出高电平。、A输入高电平，B输入低电平时，1、3管导通，2、4管截止，C端电位与1管的漏极保持一致，输出高电平。、A输入低电平，B输入高电平时，情况与类似，亦输出高电平。、A、B输入均为高电平时，1、2管截止，3、4管导通，C端电压与地一致，输出低电平。5、或非门或非门工作原理：、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与VDD一致，输出高电平。、A输入高电平，B输入低电平时，1、4管导通，2、3管截止，C端输出低电平。、A输入低电平，B输入高电平时，情况与类似，亦输出低电平。、A、B输入均为高电平时，1、2管截止，3、4管导通，C端电压与地一致，输出低电平。注： 将上述“与非门、“或非门逻辑符号的输出端的小圆圈去掉，就成了“与门、“或门的逻辑符号。而实现“与、“或功能的电路图如此必须在输出端加上一个反向器，即加上一对CMOS管，因此，“与门实际上比“与非门复杂，延迟时间也长些，这一点在电路设计中要注意。6、三态门三态门的工作原理：当控制端C为“1时，N型管3导通，同时，C端电平通过反向器后成为低电平，使P型管4导通，输入端A的电平状况可以通过3、4管到达输出端B。当控制端C为“0时，3、4管都截止，输入端A的电平状况无法到达输出端B，输出端B呈现高电阻的状态，称为“高阻态。这个器件也称作“带控制端的传输门。带有一定驱动能力的三态门也称作“缓冲器，逻辑符号是一样的。注： 从CMOS等效电路或者真值表、逻辑表达式上都可以看出，把“0和“1换个位置，“与非门就变成了“或非门。对于“1有效的信号是“与非关系，对于“0有效的信号是“或非关系。 上述图中画的逻辑器件符号均是正逻辑下的输入、输出关系，即对“1高电平有效而言。而单片机中的多数控制信号是按照负有效低电平有效定义的。例如片选信号CSChip Select，指该信号为“0时具有字符标明的意义，即该信号为“0表示该芯片被选中。因此，“或非门的逻辑符号也可以画成如下图。7、组合逻辑电路 “与非门、“或非门等逻辑电路的不同组合可以得到各种组合逻辑电路，如译码器、解码器、多路开关等。 组合逻辑电路的实现可以使用现成的集成电路，也可以使用可编程逻辑器件，如PAL、GAL等实现。三态门与高阻态 三态门，是指逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外，还有第三种状态高阻状态的门电路。高阻态相当于隔断状态电阻很大，相当于开路。 三态门都有一个EN控制使能端，来控制门电路的通断。 可以具备这三种状态的器件就叫做三态(门,总线,.). 计算机里面用 1和0表示是，非两种逻辑，但是，有时候，这是不够的， 比如说，他不够富有，但是他也不一定穷啊；她不漂亮，但也不一定丑啊，处于这两个极端的中间，就用那个既不是 也不是的中间态表示，叫做高阻态。 高电平，低电平可以由内部电路拉高和拉低。而高阻态时引脚对地电阻无穷，此时读引脚电平时可以读到真实的电平值。高阻态的重要作用之一就是I/O(输入/输出)口在输入时读入外部电平用。 高阻态相当于该门和它连接的电路处于断开的状态。(因为实际电路中你不可能去断开它，所以设置这样一个状态使它处于断开状态)。三态门是一种扩展逻辑功能的输出级，也是一种控制开关。主要是用于总线的连接，因为总线只允许同时只有一个使用者。通常在数据总线上接有多个器件，每个器件通过OE/CE之类的信号选通。如器件没有选通的话它就处于高阻态，相当于没有接在总线上，不影响其它器件的工作。 如果你的设备端口要挂在一个总线上，必须通过三态缓冲器。因为在一个总线上同时只能有一个端口作输出，这时其他端口必须在高阻态，同时可以输入这个输出端口的数据。所以你还需要有总线控制管理， 访问到哪个端口，那个端口的三态缓冲器才可以转入输出状态，这是典型的三态门应用。 如果在线上没有两个以上的输出设备, 当然用不到三态门，而线或逻辑又另当别论了。+ 高阻态这是一个数字电路里常见的述语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定 。 高阻态的实质：电路分析时高阻态可做开路理解。你可以把它看作输出输入电阻非常大。他的极限可以认为悬空。也就是说理论上高阻态不是悬空，它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几是一样的。 当门电路的输出上拉管导通而下拉管截止时，输出为高电平；反之就是低电平；如上拉管和下拉管都截止时，输出端就相当于浮空没有电流流动，其电平随外部电平上下而定，即该门电路放弃对输出端电路的控制 典型应用：1、在总线连接的结构上。总线上挂有多个设备，设备于总线以高阻的形式连接。这样在设备不占用总线时自动释放总线放弃对总线的使用，以方便其他设备获得总线的使用权。2、大局部单片机I/O使用时都可以设置为高阻输入，如陵阳，AVR等等。高阻输入类似于CMOS输入阻抗可以认为输入电阻是无穷大的，认为I/O对前级影响极小，而且不产生电流不衰减，而且在一定程度上也增加了芯片的抗电压冲击能力触发器/存放器/锁存器1、D触发器2、存放器3、锁存器
