数字电子技术课件.ppt

数字电子技术,所用教材：数字电子技术基础（第五版），阎石主编参考教材：数字电子技术基础（第四版），阎石主编 电子技术基础（数字部分）（第四版），康光华主编上课教师：张迎春所在教研室：信控学院 电子信息工程教研室教研室地点：机电楼B308联系电话：13658647099电子信箱：zyc_,第一章 数制和码制,本章基本要求：1、掌握数字电路的特点；2、掌握数字量和模拟量的区别；3、掌握几种常用的数制（二进制、八进制、 十进制、及十六进制）及数制之间的转换；3、掌握原码、补码及反码的概念；5、掌握几种常见的码制。,一、数字电路特点,工作信号：离散信号。表示为二进制的数字信号；元器件的工作状态： 二极管：导通或截止；三极管：饱和或截止； 场效应管：可变电阻区或夹断区。代数基础：逻辑代数（布尔代数）；数制：二进制：0，1 但0或1不是具体的数值，而是表示一定范围，或表示两种不同的状态。例如：用1表示高电平，用0表示低电平。研究的主要问题：逻辑问题，即研究输出与输入之间的因果关系，即逻辑关系。,1.1 概述,数字量：在时间上和数值上都离散的物理量。模拟量：在时间上和数值上都连续的物理量。数字信号：用于表示数字量的信号。模拟信号：用于表示模拟量的信号。数字电路：工作在数字信号下的电子电路。模拟电路：工作在模拟信号下的电子电路。,二、 数字量和模拟量,1. 2 几种常用的数制,数制：每一位的构成从低位向高位的进位规则常用的进制：十进制，二进制，八进制，十六进制,各种进制进位规则,逢二进一,逢八进一,逢十进一,逢十六进一,四种数制对应表,1. 3不同数制之间的转换(自学掌握，考试内容),二十进制转换：将二进制数按权展开后，按十进制数相加。,十二进制转换：整数部分，用2除十进制数，余数是二进制数的第0位K0，然后依次用2除所得的商，余数依次是第1位K1 、第2位K2 、；小数部分，乘以2，取整数，依次为K-1、 K-2、 ,（27.125）10=（？）2,（11011.001）2,二十六进制：,即十六进制的一位对应二进制的四位。,(10011100101101001000)B=,从末位开始四位一组,(1001 1100 1011 0100 1000)B,= (9CB48)H,十六二进制原理同样。,小数部分，从高位开始四位一组,十六十进制：将十六进制数按权展开后，按十进制数相加。,十十六进制：与十二进制原理类似；也可以先将十进制数先转换为二进制数，然后在转换为十六进制数。,二八进制：,即八进制的一位对应二进制的三位。,(011110.010111)2=,从末位开始三位一组,(011 110. 010 111 )2,八二进制原理同样。,)8,从高位开始三位一组,1.4 二进制运算,1.4.1 二进制算术运算的特点算术运算：1、和十进制算数运算的规则相同 2、逢二进一 特 点：加、减、乘、除 全部可以用移位和相 加这两种操作实现。简化了电路结构。,所以数字电路中普遍采用二进制算数运算,1.4.2 反码、补码和补码运算1、 二进制数的正、负号的表示方法 最高位为符号位（0为正，1为负） 如 +89 = （0 1011001） -89 = （1 1011001）（原码）,2、 二进制数补码,对于有效数字（不包括符号位）为n位的二进制数N，其补码为：,3、 二进制数反码,思考：补码与反码关系？,（N）COMP=（N）INV+1,练习P11例1.4.1,4、二进制的减法运算,在做减法运算时，如果两个数为原码，则首先要比较两数绝对值的大小，然后以绝对值大的作为被减数，绝对值小的作为减数，求出差值，最后再确定差的符号。 （此过程较复杂）,A-B=A+(B)COMP-2n,A-B=A+(B)INV+1-2n,思考：如何确定差的符号位？,练习P12例1.4.2,1.5 几种常用的编码,数字系统的信息,数值,文字符号,二进制代码,编码,为了分别表示N个字符，所需的二进制数的最小位数：,最常见的编码有如下几种,4位二进制编码,二-十进制编码（BCD码）,ASC码（自学了解）,1、四位二进制编码,8421码（自然编码）： 即00001111，在这种代码中， 从左到右每一位的1的权分别为 8、4、2、1， 且每一位的权是固定不变的， 所以它也属于恒权代码。,编码规律：按排列顺序逐个加1,循环码（格雷码）,代码特点：逻辑相邻 ，即两个相临的代码之间只有一位发生变化,记忆特点：最低位：首末各1个0，然后2个1，2个0；次低位：首末各2个0，然后4个1，4个0，4个1；次高位：首末各4个0，中间8个1；最高位：8个0，8个1。,2、BCD码：用四位二进制数中的任意十种组合来表示一位十进制数，即二十进制代码 。,8421 BCD码：即00001001，依次表示十进制数的09。,余3码：将8421码的前三个和后三个代码去掉，用其余的代码00111100依次来表示09。,余3循环码：将循环码的前三个和后三个代码去掉，用其余的代码依次来表示09。,其余BCD码见课本P13页。,1、数字电路的特点；2、各种进制及进制之间的相互转换；3、原码、补码及反码的概念；4、常用码制（8421码、循环码；8421BCD码、余三码及余三循环码等；）,小结:,下次讲：2.12.4，2.5.1，2.5.2,课后练习：1.11.15 （自己通过练习掌握）,1、数字电路的特点；2、各种进制及进制之间的相互转换；3、原码、补码及反码的概念；4、常用码制（8421码、循环码；8421BCD码、余三码及余三循环码等；）5、逻辑代数中的基本逻辑运算。,复习,2.1 概述(逻辑的概念)2.2 逻辑代数中的基本逻辑运算2.3 逻辑代数中的公式和定理 （ 2.3，2.4) 2.5 逻辑函数及其表示方法2.6 逻辑函数的化简方法 逻辑函数的公式法及卡诺图法化简方法2.7 具有无关项的逻辑函数及其化简,第二章 逻辑代数基础,本章重点: 基本概念及逻辑函数的化简,2.1 概述,基本概念逻辑： 事物的因果关系逻辑运算的数学基础： 逻辑代数在二值逻辑中的变量取值： 0或1,2.2 逻辑代数中的基本逻辑运算,1、“与”逻辑,一、最基本逻辑运算,与逻辑：决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）。,规定: 开关合为逻辑“1” 开关断为逻辑“0” 灯亮为逻辑“1” 灯灭为逻辑“0”,真值表,真值表特点: 有0 则0, 全1则1,逻辑式：F=AB,2、 “或”逻辑,或逻辑：决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。,真值表,逻辑式： F=A+B,真值表特点： 有1 则1, 全0则0。,3、 “非”逻辑,非逻辑：决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。,逻辑式：,真值表,与、或、非的逻辑符号,三种最基本的逻辑运算：与、或、非,4、“与非”逻辑运算,二、其它基本逻辑运算,5、“或非”逻辑运算,6、“与或非”逻辑运算,7、“异或”运算,8、同或运算,1、数字电路的特点；2、各种进制及进制之间的相互转换；3、原码、补码及反码的概念；4、常用码制（8421码、循环码；8421BCD码、余三码及余三循环码等；）5、逻辑代数中的基本逻辑运算。,小结:,下次讲：2.4，2.4，2.5.1，2.5.2,课后练习：1.11.15 （自己通过练习掌握）,数字电子技术,所用教材：数字电子技术基础（第五版），阎石主编参考教材：数字电子技术基础（第四版），阎石主编 电子技术基础（数字部分）（第四版），康光华主编上课教师：张迎春所在教研室：信控学院 电子信息工程教研室教研室地点：机电楼B308联系电话：13658647099电子信箱：zyc_,1、 常量之间的运算,2、常量和变量之间的运算,3、变量和变量之间的运算,互补律，变量与其反变量之间的关系,一、公式,2.3 逻辑代数中的公式和定理（ 2.3，2.4),交换律,结合律,分配律,同一律（重叠律）,德摩根定理,还原律,（17推论）,1418，吸收律,由两乘积项组成的表达式中，如果一项含因子A，另一项含A的非，则这两项其余因子各自取反，就得到这个函数的反函数。,4、关于异或运算的公式,因果互换律：,1、代入定理：,二、 逻辑代数的基本定理,在任何一个含有变量A的逻辑等式中，若以一函数式取代 该等式中所有A的位置，该等式仍然成立。,2、反演定理：,注意：a）运算的优先顺序。b）不是单个变量上的非号应保留不变。,在一个逻辑函数式Y中,若将其中所有的“+”变成“”，“”变成“+”，“ 0”变成“1”， “1”变成“0”，原变量变成反变量，反变量变成原变量，所得函数式即为原函数式的反函数，记作：,例: 试用反演定理求 的反逻辑式。解：,练习：P27例2.4.2，2.4.3,对偶定理：若两个函数式相等，那么它们的对偶式也相等。,3、对偶定理：,例：试求函数式 的对偶式。解：,例：证明：解：,对偶式：在一个逻辑函数式Y中,若将其中所有的“+”变成“”，“”变成“+”，“ 0”变成“1”， “1”变成“0”，所得函数式即为原函数式的对偶式，记作：,2.5 逻辑函数及其表示方法,2.5.1 逻辑函数的概念2.5.2 逻辑函数的表示方法（逻辑真值表、函数表 达式、逻辑电路图、波形图、卡诺图）2.5.3 逻辑函数的两种标准形式（最小项表达式、 最大项表达式）2.5.4 逻辑函数形式的变换,2.5.1 逻辑函数的概念,对于一个逻辑事件，输入量（即条件）与输出量（即结果）之间也是一种函数关系，称为逻辑函数关系，也可以写作：Y=F（A，B，C，）。 这种逻辑函数关系有五种表达方式：逻辑真值表、函数表达式、逻辑电路图、波形图、卡诺图。,找出输入、输出变量，并用相 应的字母表示； b)逻辑赋值。 c)画出表格。,例举重裁判电路，A为主裁判,B、C为副裁判，灯亮时判为试举成功。,一、逻辑真值表：将输入变量所有取值下对应的输出值求出来，列成表格，即为逻辑真值表。,列写逻辑真指标的步骤,2.5.2 逻辑函数的表示方法,二、逻辑函数式：将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻辑关系用与、或、非等逻辑运算符号连接起来的式子，又称函数式或逻辑式。,三、逻辑电路图：是将逻辑函数中输出变量与输入变量之间的逻辑关系用与、或、非等逻辑符号表示出来的图形。,四、波形图：将输入变量所有取值可能与对应输出按时间顺序排列起来画成时间波形。,五、逻辑函数表示方法之间的相互转换,a)找出真值表中使函数值为1的输入变量取值；b)每个输入变量取值都对应一个乘积项，变量取值为1， 用原变量表示，变量取值为0，用反变量表示。c)将这些乘积项相加即可。,首先在表格左侧将各个不同输入变量取值依次按递增顺序列出来，然后将每组输入变量取值代入函数式，并将得到的函数值对应地填在表格右侧即可。,练习P31P32 例2.5.1,练习P31P32 例2.5.2,五、逻辑函数表示方法之间的相互转换,练习P33P34例2.5.3，2.5.4，2.5.5,1、最小项的概念 最小项：设m为包含n个因子的乘积项，且这n个因子以原变量形式或者反变量形式在m中出现且只出现一次，称m为n变量的一个最小项。n变量共有 个最小项。,2、最小项的编号规则：使最小项m值为1 的输入变量取值所对应的十进制数即为该最小项的编号，记作 。,一、 最小项表达式最小项之和,2.5.3 逻辑函数的两种标准形式,例：三变量最小项的编号,练习：画四变量最小项编号表,3、最小项的性质：a)对应任意一组输入变量取值，有且只有一个最小项值为1；b)任意两个最小项之积为0；c)全体最小项之和为1；d)具有逻辑相邻性的两个最小项相加，可合并为一项，并消去一对因子。,4、逻辑函数的最小项表达式： 由真值表获得：将使函数值为1 的最小项进行逻辑加；,例：将函数式化成最小项和的形式。解：,由一般函数式获得：该函数式中的每个乘积项缺哪个因子，就乘以该因子加上其反变量，展开即可。,二、 最大项表达式最大项之积（自学了解）,2.5.4 逻辑函数形式的变换（为获得不同的实现电路）,逻辑函数,与或式,与非-与非式,与或非式,或非-或非式,1、逻辑代数的各种公式、定理；2、逻辑函数的各种表示方法及相互转换。3、最小项的概念、编号、性质及最小项表达式；4、逻辑函数形式的变换。,作业： 2.1（6） 2.2（2） 2.3（b） 2.6（a） 2.7（a）2.8，2.10（1，6），2.12（1）,小结:,下次讲：2.6，2.7,1、逻辑代数的各种公式、定理；2、逻辑函数的各种表示方法及相互转换。3、最小项的概念、编号、性质及最小项表达式；4、逻辑函数形式的变换。,复习,逻辑函数的公式化简法：是指熟练运用所学基本公式和常用公式，将一个函数式化成最简形式。,2.6 逻辑函数的化简方法,一、最简与或式形式的标准：该与或式中包含的乘积项的个数最少，且每个乘积项所包含的因子数也最少。,二、常用公式化简法：并项法、吸收法、消因子法、消项法、配项法等。,2.6.1 逻辑函数公式化简法,1、并项法：利用,2、吸收法：利用,3、消因子法：利用,4、消项法： 利用,5、配项法： 利用,用公式法化简逻辑函数，需要充分熟悉各个公式、定理，而且多种方法要结合应用。,结论,一、卡诺图定义：将n变量的全部最小项各用一个小方块表示，并使具有逻辑相邻性的最小项在几何位置上也相邻地排列起来，所得图形称为n变量的卡诺图。,三变量卡诺图,2.6.2 逻辑函数的卡诺图化简法,二变量卡诺图,五变量卡诺图,四变量卡诺图,将函数式化成最小项和的形式；将函数式中包含的最小项在卡诺图相应位置处填1，其余位置处填0。,例：试画出逻辑函数 的卡诺图。解：,二、用卡诺图表示逻辑函数,根据卡诺图写函数式的方法：将卡诺图中所有填1的小方块所表示的最小项相加即可得到相应的函数式。,例：卡诺图如图所示，要求写出其函数式。,1、合并最小项规则 a)具有逻辑相邻性的2个最小项相加，可合并为1项，消去1对不同因子。 b)具有逻辑相邻性的4个最小项相加，且组成矩形组，可合并为1项，消去2对不同因子。 c)具有逻辑相邻性的8个最小项相加，且组成矩形组，可合并为1项，消去3对不同因子。 d)具有逻辑相邻性的个2n最小项相加，且组成矩形组，可合并为一项，消去n对不同因子。,三、用卡诺图化简逻辑函数,2、化简步骤：（1）将函数化为最小项之和的形式；（2） 画出表示该逻辑函数的卡诺图；（3）找出可以合并的最小项（根据合并最小项的原则）；（4）选取可以合并的最小项画圈并化简，写出最简与或式。,能大则大，能少则少，重复有新，一块不漏,画圈口诀：,能大则大每一圈包含的最小项个数越多越好；,能少则少画的圈的个数越少越好；,重复有新每一圈中至少有一个新的最小项；,一块不漏一个最小项也不能漏掉。,卡诺图化简逻辑函数实例,解：,(a)将取值为“1”的相邻小方格圈成圈;,(b)所圈取值为“1”的相邻小方格的个数应为2n，(n=0,1,2),卡诺图化简逻辑函数实例,解：,三个圈最小项分别为：,合并最小项,写出简化逻辑式,最小项合并方法：保留一个圈内最小项的相同变量，而消去相反变量。,解：,写出简化逻辑式,多余,例2. 应用卡诺图化简逻辑函数,(1),(2),解：,写出简化逻辑式,1,例3. 应用卡诺图化简逻辑函数,1,思考：如何直接根据普通函数式填写卡诺图？,练习：用卡诺图法化简函数,练习：P46，例题2.6.10，2.6.11,注意：也可以先通过合并卡诺图中的0求出Y, 再将Y求反得到Y。,1,1,1,1,1,1,1,1,约束项任意项无关项：约束项和任意项可以写入函数式，也可不包含在函数式中，因此统称为无关项。,在有些逻辑函数中，有的输入变量取值组合是不允许出现的，这些变量组合对应的最小项称为约束项；这些最小项应恒等于0。,在输入变量某些取值下，函数值为1或为0不影响逻辑电路的功能，在这些取值下为1的最小项称为任意项。,2.7 具有无关项的逻辑函数及其化简,一、基本概念：,思考：约束项和任意项有什么区别？,见P5152,约束项不允许出现，所以约束项的值始终为0；任意项是否出现不影响电路功能，所以有可能出现使任意项为1的输入变量取值。,二、无关项的表示方法,真值表中，用“”或“”表示；,表达式中，可令无关项=0；（或全体 无关项之和=0）,卡诺图中，对应方格内填“”或“” 。,含有无关项的逻辑函数还可以表示成如下形式：,结论,2.7.2 无关项在化简逻辑函数中的应用,合理地利用无关项，可得更简单的化简结果。加入（或去掉）无关项，可使化简后的项数最少，每项所含因子最少；从卡诺图上直观地看，加入无关项的目的是使圈最大，圈的数量最少。,一、公式法：可在函数式中加上或去掉无关项再化简；,二、卡诺图法：有利于化简的，当作1处理；不利于化简的，当作0处理。,例2.7.1： 化简具有约束的逻辑函数：,给定约束条件为：,1,1,1,例2： 试用卡诺图法化简具有无关项的逻辑函数： 解：,练习：课本P54例2.7.2,1,1,1,1,1,1,1,1,1、逻辑函数的公式法化简方法；2、逻辑函数的卡诺图化简方法；3、含有无关项的逻辑函数的化简方法。,作业： 2.15（4） （9） （10） 2.16（b） 2.17（4） 2.18（5） 2.20（c） 2.22（3） 2.23（4）,小结:,下次讲：3.13.23.3,第三章 门电路（四次课）,本章学习思路：了解内部结构特点，掌握功能及外部特性，熟悉各种参数，掌握连接规律并能定性判断电路功能。,掌握门电路概念、类型及逻辑体制的概念,3.1 概述,一、门电路：用以实现逻辑关系的单元电路，与基本逻辑关系相对应。,常见门电路：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。,三、正负逻辑体制概念： 在电子电路中，用高低电平表示0和1两种逻辑状态。正逻辑：高电平对应“1”；低电平对应“0”。负逻辑：高电平对应“0”；低电平对应“1”。,二、类型：,分立元件门电路：,二极管门电路,双极型、单极型及混合型,集成门电路：,注意：在数字电路中，电压值具体为多少不重要，只要能判断高低电平即可。,正与非门的真值表,负或非门的真值表,正与非门与负或非门相对应,一般采用正逻辑体制,一、半导体二极管的开关特性,一个二极管，具有单向导电性。外加正向电压时导通，相当于开关闭合；外加反向电压时截止，相当于开关断开。正向导通压降：硅管0.7V，锗管0.3V。,3.2 半导体二极管门电路,高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0,vI=VIH D截止，vO=VOH=VCCvI=VIL D导通，vO=VOL=0.7V,设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7V,二、二极管门电路,1、二极管与门,设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7V,2、二极管或门,F=A+B,二极管门电路缺点：存在电平偏移；带负载能力差。,适用场合：IC电路的内部逻辑单元,3.3 CMOS门电路,3.3.1 MOS管开关电路知识回顾 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构及工作原理 二、电压、电流传输特性曲线 三、噪声容限 3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 一、输入端保护措施和输入特性 二、输出特性,3.3.5 其它类型的CMOS门电路,3.3.6 CMOS门电路的特点及正确使用,1、NMOS反相器及开关特性,（1）vI VGS(th)N,MOS工作在截止 (夹断)区,VO=VOHVDD,3.3.1 MOS管开关电路知识回顾,开启电压 VGS(th)N，VGS(th)N 0,（3）vI VGS(th)N且VDS较小时，工作在可变电阻区。,若RDRON，则VOL0,（2）vI VGS(th)N且VDS较大时,MOS工作在恒流区，此时，iD与VDS无关,VGS越大，RON越小,2、PMOS管开关特性,开启电压VGS(th)P | VGS(th) P|时，MOS管导通。,（2） 当| VGS | | VGS(th) P|且 | VDS | 较大时，工作在恒流区,（3） 当| VGS | | VGS(th) P|且 | VDS | 较小时，工作在可变电阻区,3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构及工作原理,（Complementary -Symmetry MOS）,工作原理：,vi=0时：VGS1= VDD ， VGS2=0, T1导通、T2截止，vO= VDD vi= VDD时：VGS2=VDD, VGS1=0 T2导通、T1截止， vO=0,令VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N,二、电压、电流传输特性曲线,1、电压传输特性曲线,AB段：vi VTN T1导通，T2截止 vOVOHVDD,CD段：vi VDDVTP T1截止，T2导通 vOVOL0,VDD VTN+VTP且VTN=VTPVTN即VGS（th）N VTP即VGS（th）P,二、电压、电流传输特性曲线,1、电压传输特性曲线,VDD VTN+VTP且VTN=VTP,BC段：VTNvi VDDVTP T1、T2同时导通,CMOS反相器的阈值电压,B,在BB段, RON2 RON1,设T1导通内阻为RON1 ， T2导通内阻RON2 ：,在BC段, RON1 RON2,当 时，RON2 = RON1,2、电流传输特性曲线,AB段：T1导通，T2截止，iD0;,CD段：T2导通，T1截止，iD0;,BC段：T1、T2均导通，iD0且在vI=VDD时，iD最大。,注意：使用CMOS器件时,不应使之长期工作在电流传输特性的BC段，以防止器件因功耗过大而损坏。,三、输入噪声容限,输入端噪声容限：在保证输出高低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，输入电平允许的波动范围。,输入端为高（低）电平时的噪声容限VNH（ VNL ）：在保证输出为低（高）电平的条件下，输入电平允许的向下（上）的波动范围。,思考：对单级门，如何求输入端噪声容限？,VNH=VIHVIH(min)=,VNL=VIL(max)VOL=,理想情况下，以阈值电压为分界线，则：,设VIL=0， VIH=VDD；VOH=VDD， VOL0 ； 则对门本身而言，,当前级门带动同类型的后级门时，有：,VNH=VOHVIH(min)=,VNL=VIL(max)VIL=,1、逻辑门及逻辑体制的概念； 2、二极管开关特性及二极管与门、或门电路；3、CMOS 反相器的电路结构及工作原理；4、 CMOS反相器的电压及电流传输特性曲线； 5、 CMOS反相器的阈值电压及噪声容限的概念。,小结,下次讲：3.3.33.3.53.5.1,作业： 3.1,2、 CMOS 反相器的电路结构及工作原理；,1、 逻辑体制的概念；,4、 CMOS反相器的电压及电流传输特性曲线；,5、 CMOS反相器的阈值电压及噪声容限的概念。,复习,3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性,一、输入端保护措施和输入特性,1、输入端保护电路,二极管压降为VDF =0.7V,2、输入特性,当0VDD+ VDF时，D1导通；当vI VDF时，D2导通；,二、输出特性,1、低电平输出,（1）VOLIOLRON 随着IOLVOL,（2）在同一IOL下， VDDRONVOL,低电平输出特性为：,2、高电平输出,（2）在同一IOH下， VDDRONVOH,（1）VOHVDDIOHRON随着IOHVOH略有降低,高电平输出特性为：,3.3.5 其它类型的CMOS门电路,一、CMOS与非门和或非门二、带缓冲级的CMOS与非门和或非门三、CMOS OD门四、CMOS传输门五、CMOS三态门 重点：（1）CMOS门电路的连接规律； （2）根据电路结构分析电路功能。,一、CMOS与非门和或非门,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,与非门,工作原理:,工作原理:,0 0 1,0 1 0,1 0 0,1 1 0,此类门电路的缺点：P92（1）输出电阻RO受输入状态影响；（2）输出的高低电平受输入端数目的影响。,连接规律,与非门,与非门：NMOS串，PMOS并；或非门：NMOS并，PMOS串。,二、带缓冲级的CMOS与非门和或非门,（1）带缓冲级的CMOS与非门,或非门+缓冲器=与非门,（2）带缓冲级的CMOS或非门（P93）,与非门+缓冲器=或非门,三、OD门,电路图,电路符号,1、引出OD门的目的：（1）实现电平的转换（2）实现线与。,2、OD门的线与接法,注意（1）外接电源可以和门电路电源VDD不同； （2）外接电阻RL的阻值要合适，以保证门正常工作。,外接电阻RL的阻值的计算方法见课本P9496，自学掌握。,四、CMOS传输门,工作原理:,0vI VDDVGS(th)N时，T1导通；,（2）当C=1，C=0时,T1、T2均截止,输入和输出之间呈高阻态,传输门截止,（1）当C=0，C=1时,VGS(th)PVI VDD时，T2导通。,故0vI VDD时，T1、T2至少有一个导通。,传输门导通,用途：P98 99页。,四、三态输出门,（应用时，总是接在集成电路的输出端，又称为输出缓冲器）,三态门的用途,1、接成总线结构,2、实现双向传输,3、CMOS OD门：结构特点。,1、 CMOS反相器：结构特点及工作原理、电压电流传输特性曲线、输入端保护措施、输出特性曲线；主要参数。,2、 CMOS与非门、或非门：连接规律及逻辑功能判断。,4、 CMOS三态门：控制端控制作用。,5、 CMOS传输门：工作原理及应用。,CMOS门电路小结,3.5.1 半导体三极管的开关特性,3.5 TTL门电路,一、三极管的基本开 关电路,只要参数合理：vI=VIL时，T截止，VO=VOHvI=VIH时，T导通，VO=VOL,二、三极管的开关等效电路,截止状态,饱和导通状态,思考：如何判断三极管的三个状态？,分立元件门电路的特点：（1）体积大、工作不可靠。（2）需要不同电源。（3）各种门的输入、输出电平不匹配。,三、三极管反相器,A=1时，vI为高电平，T饱和导通，vO=VCES，Y=0;,A=0时，vI为低电平，T反向截止，vO=VCC，Y=1;,重要题型：如何判断三极管的工作状态？,三极管工作状态判断问题分析思路,2、若不能直接看出三极管是否截止，则先假设三极管截止，求出vBE；,3、若vBE vON ，则假设正确，三极管确实截止，从而求出vO即可。,4、若vBE vON ，则假设错误，三极管导通，求出IB和IBS。,（1）若IB IBS，则三极管饱和导通。,（2）若IBIBS，则三极管线性放大。,课堂练习：P115例3.5.1；课本习题 3.11,1、观察电路中三极管是否截止，若截止，直接求出vO即可。,1、CMOS 与非门和或非门的连接规律；2、 CMOS三态门及OD门的功能； 3、 三极管工作状态的判断。,小结,下次讲：3.5.23.5.3,作业：3.7， 3.12,复习,1、 TTL 反相器的电路结构、工作原理；2、 TTL 反相器的电压传输特性曲线、输入端噪声容限；3、 TTL 反相器的输入特性、输出特性、输入负载特性；4、 TTL 反相器的有关参数。,当前一级门带动相同的后一级门时，,输入端噪声容限,对单级门本身而言，,带拉电流负载,带灌电流负载,设流进门的电流方向为参考方向,相关参数：VIH(min):输入高电平最小值(开门电平VON)VIL(max):输入低电平最大值(关门电平VOFF)VOH(min):输出高电平最小值(标准高电平VSH)VOL(max):输出低电平最大值(标准低电平VSL)IIL：低电平输入电流IIS：输入短路电流(低电平输入电流最大值)IIH：高电平输入电流(输入漏电流)N：扇出系数,TTL门最多驱动同类门的个数ROFF：关门电阻RON：开门电阻VNH:输入高电平噪声容限VNL:输入低电平噪声容限VTH:阈值电压,3.5.5 其它类型的TTL门电路 (结构特点、工作原理),一、TTL与非门二、TTL或非门三、TTL与或非门四、TTL异或门五、集电极开路的门电路（OC门）六、三态输出门电路（TS门）,（1）能定性判断电路逻辑功能；,（2）掌握电路结构特点，掌握典型电路的典型应用。,一、TTL与非门,特点：将TTL反相器的输入端改为多发射极三极管,逻辑式：,二、TTL或非门,逻辑式：,三、与或非门,逻辑式：,四、异或门,A=1，B=1时：,A=1，B=1时：,逻辑式：,A=0，B=1时：,五、集电极开路的门电路（OC门）,1、问题的提出 ：,（Open Collector),答案：不能。,能否“线与”？,“线与”后必然有很大的负载电流同时流过这两个门的输出级。这个电流将远远超过正常工作电流，可能使门电路损坏。,G1 截止,G2 导通,另外，单个的标准TTL门电路的局限性有：（1）无法满足对不同输出电平的需要。 （2）不能驱动满足驱动较大电流、较高电压的负载的要求。,2、OC门的结构及应用,（1）电路结构如图所示：,应用时输出端要外接一上拉负载电阻 RL 和 电源VCC2,集电极悬空,（2）OC门实现“线与”,分析： G1、G2任一导通，Y=0 G1、G2全截止，Y=1,RL和 VCC2的值如何确定？,OC门外接负载电阻的计算方法P133,问题：m=? m=？自学加讨论课解决,六、 三态输出门电路(TSL门),输出有三个状态，VOL，VOH，高阻（Z）,三态门的用途（同CMOS门）,四大重点内容:1、 组合逻辑电路基本概念；2、 组合逻辑电路的分析；3、 组合逻辑电路的设计； 用SSI门电路实现组合逻辑电路； 用MSI门电路实现组合逻辑电路。4、 常用中规模集成组合逻辑电路。,5、自学了解组合逻辑电路中的竞争冒险现象及其成因和常用消除竞争冒险的方法。,第四章 组合逻辑电路（四次课）,逻辑电路分类： 组合逻辑电路 时序逻辑电路,第四章 组合逻辑电路（四次课）,二、组合逻辑电路逻辑功能描述：,一、 组合逻辑电路的特点： 逻辑功能特点：每一时刻的输出仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关； 电路结构特点：不包含记忆单元（或存储单元。）,4.1 概述(解决第一大重点),一、分析：已知电路求逻辑功能,4.2 组合电路的分析与设计,步骤：根据电路写出输出表达式化简（为使写真值表简单）写出真值表说明功能。,二、设计：已知实际逻辑问题求逻辑电路,步骤：实际逻辑问题逻辑抽象逻辑真值表逻辑函数式根据要求选定所用器件：1、若选用SSI，化简函数变换函数画出实现电路；2、若选用MSI，变换函数画出实现电路。,逻辑抽象任务:1、 分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量；2、 定义逻辑状态的含义：用0或1表示输入和输出的不同状态；3、 根据给定的因果关系列出逻辑真值表。,逻辑图,逻辑表达式,1,1,最简与或表达式,化简,2,2,从输入到输出逐级写出,分析实例1,最简与或表达式,3,真值表,3,4,电路的逻辑功能,当输入A、B、C中有2个或3个为1时，输出Y为1，否则输出Y为0。所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路：只要有2票或3票同意，表决就通过。,4,逻辑图,逻辑表达式,最简与或表达式,分析实例2,真值表,用与非门实现,电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一个为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。,电路的逻辑功能,自学P162课本例4.2.1,真值表,电路功能描述,例1：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的电灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。,设楼上开关为A，楼下开关为B，灯泡为Y。并设A、B闭合时为1，断开时为0；灯亮时Y为1，灯灭时Y为0。根据逻辑要求列出真值表。,1,逻辑抽象,1,组合逻辑电路设计实例1,1,0,1,2,逻辑表达式或卡诺图,最简与或表达式,化简,3,2,已为最简与或表达式,4,逻辑变换,5,逻辑电路图,用与非门实现,用异或门实现,真值表,电路功能描述,例2：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举起的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。,设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。,1,逻辑抽象,1,2,2,逻辑表达式,设计实例2,3,卡诺图,最简与或表达式,化简,4,5,逻辑变换,6,逻辑电路图,3,化简,4,Y=,AC,+AB,5,6,自学P165课本例4.2.2,1、组合逻辑电路的概念；2、组合逻辑电路的分析方法；3、组合逻辑电路的设计方法（用SSI实现）。,作业： 4.1，4.3 ，4.5，4.7,小结:,下次讲：4.3.14.3.24.3.3,课堂讨论： 4.6，4.22,1、组合逻辑电路的概念； 逻辑电路分类；组合逻辑电路特点；,复习,2、组合逻辑电路的分析方法；3、组合逻辑电路的设计方法（用SSI实现）。,重点：各种MSI器件的功能、类型、原理、扩展及应用学习思路：掌握定义（功能） 类型（功能区别） 原理（输出与输入关系） 应用（用MSI设计组合逻辑电路、 实现逻辑函数）所有MSI器件内部结构一般了解。常见MSI器件：编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器。,4.3 若干常用的组合逻辑电路（MSI）,4.3.1编码器,一、编码器的定义和分类,1、定义： 编码：用二进制代码表示有关对象的过程；即将输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码的过程。 用来进行编码的逻辑器件叫编码器。,一、编码器的定义和分类,2、分类： 普通编码器：每次只允许有一个编码信号输入；优先编码器：每次允许多个编码信号输入，但只对优先级 别最高的进行编码。,二、实例介绍,实例1：普通3位二进制编码器（8/3线编码器）,输入输出均为高电平有效,思考：输入输出为低电平有效，编码器框图及真值表如何？,特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。,实例2：普通3位二进制优先编码器（8/3线编码器）,低电平有效的8/3线编码器真值表如何？,实例：74HC148,高位片优先级别高，高位片优先进入编码状态；只有高位片无信号输入时，才允许低位片工作；输出端不够，通过扩展输出端进行扩展。,例：用两片8线-3线优先编码器16线-4线优先编码器,思考：四个输出端如何实现？,1、8421 BCD码优先编码器,真值表,实例3 二-十进制编码器,用二进制代码表示特定对象的过程称为编码；实现编码操作的电路称为编码器。 编码器分二进制编码器和十进制编码器，各种编码器的工作原理类似，设计方法也相同。大多数集成二进制编码器和集成十进制编码器均采用优先编码方案。 记住三点:1、二进制编码器：输入2n个对象，n个变量输出；2、二-十进制编码器：输入10个对象，输出n=4；3、普通编码器：每次只允许有一个对象输入； 4、优先编码器：每次允许多个对象输入，但只对优先级别最高的进行编码。(熟悉掌握四位二进制优先编码器74148的管脚功能及真值表),本节小结,一、定义、分类二、实例介绍(功能、真值表、输出逻辑式、扩展)三、用译码器设计组合逻辑电路,分类：二进制译码器 二-十进制译码器 字符显示译码器,4.3.2译码器,一、定义：把输入代码状态的特定含义翻译出来的过程称为译码，或将每一个输入的二进制代码翻译成对应的高低电平输出信号的过程称为译码；实现译码操作的电路称为译码器。(译码是编码的逆过程),1、二进制译码器：(2)定义(功能)：设二进制译码器的输入端为n个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种组合，2n个输出中只有一个为1（或为0），其余全为0（或为1）。,二、实例介绍,高电平有效的译码器，输出逻辑式？,低电平有效的译码器，输出逻辑式？,(2)实例介绍,二进制译码器实例1：3位二进制译码器,真值表,高电平有效的3/8