《新编计算机基础教程》(第四版)2.8集成门电路课件.ppt
2.8 简单门电路,目 录,逻辑门,逻 辑 门,在用晶体管实现逻辑门电路中，主要用到了三极管的开关特性和二极管的单向导通特性。,导通：二极管两端加正向电压。截 止：二极管两端加反向电压。,二极管单向导通性,三极管的开关特性,Vi=“1”时开关闭合，Vo=“0”Vi=“0”时开关断开，Vo=“1”,晶体管的开关特性,0V,5V,0V,5V,0.7V,5V,根据二极管的单向导通特性设计与门电路。,利用二极管实现与门电路,与逻辑真值表,Y=A B,与 门,与逻辑符号,利用二极管实现与门电路,与 门,根据二极管的单向导通特性设计与门电路。,4.3V,0V,5V,0V,5V,0V,根据二极管的单向导通特性可以设计或门电路。,利用二极管实现或门电路,或逻辑真值表,Y=A+B,或 门,利用二极管实现或门电路,或逻辑符号,根据二极管的单向导通特性可以设计或门电路。,或 门,5V,5V,0V,0.2V,利用三极管实现非门电路,非逻辑真值表,根据三极管的开关特性设计非门电路。,非 门,利用三极管实现非门电路,非逻辑符号,根据三极管的开关特性设计非门电路。,非 门,0V,5V,0V,5V,0V,4.3V,0.2V,5V,利用晶体管实现与非门电路,与非逻辑真值表,根据二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计与非门电路。,与 非 门,与门,非门,利用晶体管实现与非门电路,与非逻辑符号,根据二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计与非门电路。,与 非 门,0V,5V,0V,5V,0V,4.3V,0.2V,5V,利用晶体管实现或非门电路,或非逻辑真值表,根据二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计或非门电路。,或 非 门,或门,非门,利用晶体管实现或非门电路,或非逻辑真值表,根据二极管的单向导通特性和三极管的开关特性设计或非门电路。,或 非 门,目 录,集成电路（Integrated Circuit）是一种微型电子器件或部件，即采用半导体制造工艺，将元器件和连线集成在一块硅基片上，构成的特定功能的电子电路，在电路中常用字母“IC”表示。,集成门电路的形成过程,集成电路的概念,集成电路的分类,集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。,集成电路的分类,集成电路按集成度高低的不同，即包含的门电路或元器件数量，可分为：,集成电路的分类,集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路,它们都是数字集成电路。,用双极工艺制造的TTL、ECL系列产品,1,COMS系列产品,2,具有双极和COMS特点的BiC-MOS,3,尽管系列品种很多，但它们在逻辑功能方面还是一样的，只不过在处理信号的速度、功率与驱动能力等方面各有所不同。,根据集成电路从诞生到发展的成长过程，大致可以分为：,集成电路的分类,TTL电路工作电压为5V，其制作工艺复杂，功耗较大，典型的TTL电路：74系列。,20世纪70年代，制作工艺简单，待机时接近零功耗的COMS电路诞生，工作电压为318V，典型电路：4000/14000、74C/74H、74HC等系列。,80年代前半期，74HC系列电路被美国JEDEC标准委员会标准化，从此确立了该系列产品在标准逻辑器件中的核心地位。,CMOS器件的特点,与双极型TTL相比，CMOS器件主要有以下优点：,低压与宽压,功耗低,噪声容量大,容易集成,输入阻抗高,与双极型TTL的5V相比，CMOS器件的工作电压为318V，工作电压更低、范围更宽。,使用CMOS器件进行数据处理时，由于输入信号的上升时间和下降时间非常短，贯穿电流所引起的功耗非常少。功耗低是CMOS器件拥有巨大市场的最大原因。,CMOS具有更宽的噪声容量。数字电路的噪声容量由输出振幅的最小值与输入信号的最小必要振幅之差来定义。差值越大，对于电源/GND线或由信号线产生的突发噪声来说，越不容易引起误动作。,由于CMOS的低功耗特征，在发热问题上比双极器件更优越，有利于集成化。,实际的CMOS器件输入级都配备有保护电路二极管或MOS晶体管，这些器件通常是反向偏置，所以具有几十M以上的输入阻抗。,74HC00为二输入四与非门。,14,8,13,11,12,10,9,1,2,3,4,5,6,7,1A,1B,1Y,2A,2B,2Y,GND,Vcc,3A,3B,3Y,4A,4B,4Y,常用的集成门电路,14,8,13,11,12,10,9,1,2,3,4,5,6,7,A1,Y1,A2,Y2,A3,Y3,GND,Vcc,A6,Y6,A5,Y5,A4,Y4,74HC04的内部结构电路如下。,常用的集成门电路,采用了比较先进的半导体技术，线路较为复杂。它功能齐全、可靠性高。输入阻抗高、输出驱动能力强、功耗低、工作速度快。所有输入、输出端都加了二极管箝位保护。,集成门电路的特点,集成门电路的特点,目 录,门电路的组成,K1 K8,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,门电路的组成,D1 D8为共阳极LED驱动,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,门电路的组成,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,U1与U2为74HC04反相器,K1 K8的工作原理,K1 K8,K1 K8的工作原理,1,产生逻辑高电平“1”,0,产生逻辑低电平“0”,0,门电路实验原理,0000 0000,00H,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,00000000,00000000,门电路实验原理,0000 0000,00H,0000 0001,01H,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,10000000,10000000,门电路实验原理,0000 0000,00H,0000 0001,01H,0000 0010,02H,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,01000000,01000000,门电路实验原理,0000 0000,00H,0000 0001,01H,0000 0010,02H,0000 0011,03H,逻辑拨码开关与LED发光二极管显示电路,11000000,实验结论,Next,28,门电路实验结论,8位二进制数可以表达0255种状态。可以将十六进制数转换为二进制数的表示形式，用LED显示数据的状态。,因此，常将LED显示器作为人与计算机之间的信息交互界面。,实验结论,目 录,OC门又称集电极开路与非门。,高阻态,0V,5V,0.2V,(Open Collector),OC 门,OC门可以输出低电平和高阻两种状态。当处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路，输出端对地电阻和对电源端的电阻都近似为无穷大。,OC 门,0,1,0,0,OC门的线与功能分析。,只要有1个OC门输出低电平，则总输出Y就为低电平，只有当所有OC门输出状态为高阻态时，总输出Y才被电阻R拉为高电平，这就是“线与”功能。,高阻,高阻,高阻,0,OC门线与电路,OC门线与功能,R,OC门为集电极开路。OC门可以输出两种状态：低电平和高阻态。OC门处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。OC门具有线与、逻辑电平转换、晶体管驱动等功能。,OC门电路的特点,OC 门电路的特点,三态门是指输出有3种状态，除了“高”、“低”两种状态以外，还有“高阻”态，它是在逻辑门的基础上加上使能控制信号和控制电路构成的，即通过1个额外的输入控制端来控制三态门进入“高阻”态。,使能端,三 态 门,A1,A2,An,信号传输通道,出错,0,1,0,1,0,三 态 门,多个非门设备之间通信演示,多个三态门设备之间通信演示,A1,A2,An,信号传输通道,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,0,1,三 态 门,多个三态门设备之间通信演示,设备2,设备1,设备6,计算机总线,设备3,设备4,设备5,在计算机中常常需要多个设备之间进行相互通信。若将所有设备两两相连需要 n(n-1)/2条连接线。,设备6,设备5,设备4,设备3,设备2,设备1,data,data,data,data,data,data,为了简化线路，可以将相互通信的多个器件连接到一条线上，我们称之为总线，即用一个传输通道以选通的方式传送多路信号，分时实现多路信息的采集。,计算机总线,系统中多个设备使用同一个传输通道，传送多路信号。系统分时采集多路信息。总线上各器件互不影响。各器件的输出一定是三态门,各门电路控制端轮流有效。,计算机总线的特点,计算机总线的特点,14,8,13,11,12,10,9,1,2,3,4,5,6,7,1E,1A,1Y,2E,2A,2Y,GND,Vcc,4E,4A,4Y,3E,3A,3Y,74HC125是一个三态输出四路总线缓冲器。内部结构图如下。,74HC125的内部结构,14,8,13,11,12,10,9,1,2,3,4,5,6,7,1E,1A,1Y,2E,2A,2Y,GND,Vcc,4E,4A,4Y,3E,3A,3Y,74HC125的工作原理,EN为三态控制(使能)端,目 录,计算机总线实验,门电路实验原理图,计算机总线实验原理图,在输入电路与总线之间增加74HC125，通过打开和关闭三态门，实现输入电路与CPU的隔离。,计算机总线实验,门电路实验原理图,计算机总线实验原理图,在输入电路与总线之间增加74HC125，通过打开和关闭三态门，实现输入电路与CPU的隔离。,计算机总线实验,门电路实验原理图,计算机总线实验原理图,在输入电路与总线之间增加74HC125，通过打开和关闭三态门，实现输入电路与CPU的隔离。,11111111,
