逻辑门电路课件

20142014级机电教育技术班级机电教育技术班PPT模板下载：行业PPT模板：节日PPT模板：PPT素材下载：PPT背景图片：PPT图表下载：优秀PPT下载：PPT教程：Word教程：Excel教程：资料下载：PPT课件下载：范文下载：试卷下载：教案下载：数字电路集成门电路1概述2TTL与非门电路3CMOS门电路4接口电路集成门电路概述门电路门电路 是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应。门电路主要有：与门、或门、与逻辑关系相对应。门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。非门、或非门、异或门等。高低电平高低电平高电平：数字电路中较高电平代数值的范围。高电平：数字电路中较高电平代数值的范围。低电平：数字电路中较低电平代数值的范围。低电平：数字电路中较低电平代数值的范围。集成门电路概述正负逻辑正负逻辑n 正逻辑：用高电平代表正逻辑：用高电平代表1 1、低点平代表、低点平代表0 0。在数字电。在数字电路中，一般采用正逻辑系统。路中，一般采用正逻辑系统。n负负逻辑：用高电平代表逻辑：用高电平代表0 0、低点平代表、低点平代表1 1。tvVHVLPositive Logic10tvVHVLNegative Logic10集成门电路概述门电路分类门电路分类 按照电路组成不同，按照电路组成不同，门电路分为分立元件门电路门电路分为分立元件门电路和集成门电路和集成门电路。分立元件门电路是由二极管、三极管等分立。分立元件门电路是由二极管、三极管等分立元器件为主组成的电路，特点是抗干扰能力弱、带负载能力元器件为主组成的电路，特点是抗干扰能力弱、带负载能力低、体积大、可靠性差，目前已很少使用。低、体积大、可靠性差，目前已很少使用。集成电路集成电路ICIC（IntegratedCircuitsIntegratedCircuits）：将元、器件制作在同一硅片上，：将元、器件制作在同一硅片上，以实现电路的某些功能。以实现电路的某些功能。SSISSI（Small-Scale IntegrationSmall-Scale Integration）：）：1010个门电路。个门电路。MSIMSI（Medium-Scale IntegrationMedium-Scale Integration）：）：1010010100个门电路。个门电路。LSILSI（Large-Scale IntegrationLarge-Scale Integration）：）：100010000100010000个门电路。个门电路。VLSIVLSI（Very Large-Scale IntegrationVery Large-Scale Integration）：）：1000010000个门电路。个门电路。集成门电路概述集成门电路分类集成门电路分类 根据制造工艺的不同，根据制造工艺的不同，集成电路又分为双极型和单集成电路又分为双极型和单极型两类极型两类。双极型集成逻辑门电路：以双极型晶体管（电子和空穴两种载流双极型集成逻辑门电路：以双极型晶体管（电子和空穴两种载流子均参与导电）为基础的，主要类型有晶体管子均参与导电）为基础的，主要类型有晶体管晶体管逻辑门晶体管逻辑门（Transisitor-Transistor Logic,TTLTransisitor-Transistor Logic,TTL），高阈值逻辑门（），高阈值逻辑门（High High Threshold Logic,HTLThreshold Logic,HTL），射极耦合逻辑门（），射极耦合逻辑门（Emitter Coupled Emitter Coupled Logic,ECLLogic,ECL），集成注入逻辑门（），集成注入逻辑门（Integrated Injection Logic,Integrated Injection Logic,ILIL）。其中）。其中TTLTTL电路是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。电路是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。单极型集成逻辑门电路：集成逻辑门是以单极型晶体管（只有一单极型集成逻辑门电路：集成逻辑门是以单极型晶体管（只有一种极性的载流子：电子或空穴）为基础的。目前应用得最广泛的种极性的载流子：电子或空穴）为基础的。目前应用得最广泛的是金属是金属氧化物氧化物半导体场效应管逻辑电路（半导体场效应管逻辑电路（Metal Oxide Metal Oxide Semiconductor,MOSSemiconductor,MOS）。）。集成门电路概述衡量门电路的性能指标衡量门电路的性能指标1.1.传输延迟时间（传输延迟时间（Transmission Delay TimeTransmission Delay Time）2.2.功耗（功耗（Power DissipationPower Dissipation）3.3.逻辑电平（逻辑电平（Logic LevelLogic Level）4.4.阈值电压（阈值电压（Threshold VoltageThreshold Voltage）5.5.噪声容限（噪声容限（Noise MarginNoise Margin）6.6.扇入（扇入（FanInFanIn），扇出），扇出(FanOut)(FanOut)7.7.工作温度范围（工作温度范围（Operating Temperature RangeOperating Temperature Range）集成门电路TTL与非门电路pp半导体器件开关特性及分立元器件半导体器件开关特性及分立元器件门电路门电路半导体器件开关特性半导体器件开关特性 用用来来接接通通或或断断开开电电路路的的开开关关器器件件应应具具有有两两种种工工作作状状态态：一一种种是是接接通通（要要求求其其阻阻抗抗很很小小，相相当当于于短短路路），另另一一种是断开（要求其阻抗很大，相当于开路）。种是断开（要求其阻抗很大，相当于开路）。例：二极管与门例：二极管与门例：二极管或门例：二极管或门集成门电路TTL与非门电路pp半导体器件开关特性及分立元器件半导体器件开关特性及分立元器件门电路门电路典型典型TTLTTL与非门电路由三部分组成：与非门电路由三部分组成：输入级：由多发射极晶体管输入级：由多发射极晶体管VT1VT1和电阻和电阻R1R1组成。实现与逻辑关系。组成。实现与逻辑关系。中间级：由中间级：由VT2VT2和和R2R2、R3R3组成。在组成。在VT2VT2集电极和发射极获得两个集电极和发射极获得两个相位相反的信号，驱动下一级电路。相位相反的信号，驱动下一级电路。输出级：由输出级：由VT3VT3、VT4VT4、VT5VT5和和R4R4、R5R5组成。组成。集成门电路TTL与非门电路pp半导体器件开关特性及分立元器件半导体器件开关特性及分立元器件门电路门电路电路中各管工作状态见下表电路中各管工作状态见下表输入输入输出输出VTVT1 1VTVT2 2VTVT3 3VTVT4 4VTVT5 5全为高电平全为高电平 低电平低电平倒置运用倒置运用 饱和饱和 微通微通 截止截止饱和饱和有一个或以上为低电平有一个或以上为低电平 高电平高电平深饱和深饱和 截止截止微饱和微饱和导通导通截止截止当电路输入全部为高电平时，输当电路输入全部为高电平时，输出为低电平，称电路处于开启状出为低电平，称电路处于开启状态；输入中有一个或一个以上为态；输入中有一个或一个以上为低电平时，电路输出为高电平，低电平时，电路输出为高电平，称电路处于关闭状态。它们之间称电路处于关闭状态。它们之间的逻辑关系为：的逻辑关系为：集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL与非门的电气特性与非门的电气特性u抗干扰能力抗干扰能力u带负载带负载能力能力u功耗功耗u平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd74LS00集成门电路TTL与非门电路pp可以线与的可以线与的TTLTTL门电路门电路 1.1.集电极开路门（集电极开路门（OCOC门）门）OCOC门符号门符号集成门电路TTL与非门电路pp可以线与的可以线与的TTLTTL门电路门电路 集成门电路TTL与非门电路pp可以线与的可以线与的TTLTTL门电路门电路 三态门有三种输出状态：输出三态门有三种输出状态：输出高电平、低电平、高阻状态高电平、低电平、高阻状态(也称为禁止状态、开路状态也称为禁止状态、开路状态)。2.2.三态门（三态门（TSLTSL门）门）TSLTSL门符号门符号集成门电路TTL与非门电路pp可以线与的可以线与的TTLTTL门电路门电路 TSL TSL门电路除正常输入端门电路除正常输入端A A、B B，输出端，输出端F F外，增加了控制端口外，增加了控制端口C C，C C=1=1，电路完成正常与非功能；，电路完成正常与非功能；C C=0=0时，输出端对地呈现高阻状时，输出端对地呈现高阻状态。将态。将C称为控制端或使能端。三态门的基本用途是在数字系统中三态门的基本用途是在数字系统中构成总线构成总线(Bus)(Bus)。a a.单向总线。单向总线。b b.双向总线。双向总线。集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL门电路使用注意事项门电路使用注意事项1 1电源和地电源和地 电源的变化范围应控制在电源的变化范围应控制在V VCCCC(5V)(5V)的的10%10%以内；对要求严格的以内；对要求严格的电源，应控制在电源，应控制在V VCCCC的的0.25%0.25%变化范围内。变化范围内。要注意消除动态尖峰电流要注意消除动态尖峰电流。尖峰电流会干扰门电路的正常。尖峰电流会干扰门电路的正常工作，严重时造成逻辑错误。降低尖峰电流应注意布线时尽量减小工作，严重时造成逻辑错误。降低尖峰电流应注意布线时尽量减小分布电容，并降低电源内阻。同时，为了保证系统正常工作，必须分布电容，并降低电源内阻。同时，为了保证系统正常工作，必须保证电路接地的良好性。保证电路接地的良好性。2 2电路外引线端的连接电路外引线端的连接 (1)(1)正确辨别电路的电源端和接地端，不能接反。正确辨别电路的电源端和接地端，不能接反。(2)(2)各输入端不能直接与高于各输入端不能直接与高于5.5V5.5V或低于或低于-0.5V-0.5V的低内阻电源连接。的低内阻电源连接。(3)(3)输出端应通过电阻与低内阻电源连接。输出端应通过电阻与低内阻电源连接。(4)(4)输出端接有较大容性负载时，应串入电阻。输出端接有较大容性负载时，应串入电阻。(5)(5)除具有除具有OCOC和三态结构的电路之外，不允许电路输出端并联使和三态结构的电路之外，不允许电路输出端并联使用。用。集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL门电路使用注意事项门电路使用注意事项3 3多余输入端的处理多余输入端的处理 门电路的输入负载特性：门电路的输入负载特性：在与非门电路输入端接入较大在与非门电路输入端接入较大 电阻电阻(此处此处Ri1.4k)Ri1.4k)，相当于，相当于 在该输入端接入高电平。所以，在该输入端接入高电平。所以，TTLTTL门电路输入端对地悬空，门电路输入端对地悬空，相当于接高电平。相当于接高电平。TTLTTL与门与门(与非门与非门)的多余输入端可悬空处理，相当于接高电平输的多余输入端可悬空处理，相当于接高电平输入入TTLTTL门门(或非门或非门)的多余输入端不能悬空，应采取直接接地的办法的多余输入端不能悬空，应采取直接接地的办法以上各门电路多余输入端也可以采取与其他输入端并联使用的办以上各门电路多余输入端也可以采取与其他输入端并联使用的办法法 与或非门存在多余与或非门存在多余“与与”组，则多余组，则多余“与与”组中至少有一个输入组中至少有一个输入端接端接“0”0”。集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL集成电路引脚编号的判断方法集成电路引脚编号的判断方法集成电路引脚排列图集成电路引脚排列图 下图所示的是双列直插式塑封结构的下图所示的是双列直插式塑封结构的TTL TTL 集成电路，它有集成电路，它有1414个引脚。它的引脚编号从哪边开始排序呢？其引脚的判断方法是：个引脚。它的引脚编号从哪边开始排序呢？其引脚的判断方法是：将集成电路的文字面朝上，将弧形凹槽的标志置于左端，从凹口开将集成电路的文字面朝上，将弧形凹槽的标志置于左端，从凹口开始（左下角）按逆时针数起，顺序读出始（左下角）按逆时针数起，顺序读出1 1，2 2，7 7，8 8，9 9，1414。集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL器件的国际通用性及器件的国际通用性及CT54/CT74CT54/CT74系列系列集成门电路TTL与非门电路ppTTLTTL器件的国际通用性及器件的国际通用性及CT54/CT74CT54/CT74系列系列集成门电路CMOS门电路 MOS MOS门电路：以门电路：以MOSMOS管作为开关元件构成的门电路。管作为开关元件构成的门电路。MOSMOS门门电电路路，尤尤其其是是CMOSCMOS门门电电路路具具有有制制造造工工艺艺简简单单、集集成成度度高高、抗抗干干扰扰能能力力强强、功功耗耗低低、价价格格便便宜宜等等优优点，得到了十分迅速的发展。点，得到了十分迅速的发展。MOSMOS管管有有NMOSNMOS管管和和PMOSPMOS管管两两种种。当当NMOSNMOS管管和和PMOSPMOS管管成成对对出出现现在在电电路路中中，且且二二者者在在工工作作中中互互补补，称称为为CMOSCMOS管管(意意为为互互补补)。MOSMOS管管有有增增强强型型和和耗耗尽尽型型两两种种。在在数字电路中，多采用增强型。数字电路中，多采用增强型。集成门电路CMOS门电路pp常见常见CMOSCMOS电路电路 电路由电路由MOSMOS管管VT1VT1、VT2VT2组成。其中组成。其中VT1VT1为增强型为增强型NMOSNMOS管；管；VT2VT2为增强型为增强型PMOSPMOS管。管。VT2VT2起负载作用，称为负载管；起负载作用，称为负载管；VT1VT1称为驱动管。称为驱动管。两管的栅极连在一起，作为电路的输入端；两管的漏极连在一起，两管的栅极连在一起，作为电路的输入端；两管的漏极连在一起，作为电路的输出端。作为电路的输出端。CMOSCMOS反相器的电压传输特性如上右图示。反相器的电压传输特性如上右图示。集成门电路CMOS门电路pp常见常见CMOSCMOS电路电路或非门或非门与非门与非门集成门电路CMOS门电路pp常见常见CMOSCMOS电路电路传输门传输门集成门电路CMOS门电路pp常见常见CMOSCMOS电路电路ODOD门门即即CMOSCMOS漏极开路门。与漏极开路门。与OCOC门一样，正常工作时需外接上拉电阻，门一样，正常工作时需外接上拉电阻，实现实现“线与线与”逻辑功能。主要用于输出缓冲逻辑功能。主要用于输出缓冲/驱动器中，还可用驱动器中，还可用于输出电平的转换。于输出电平的转换。三态门三态门集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路产品介绍门电路产品介绍 CMOS CMOS逻辑门器件有三大系列：逻辑门器件有三大系列：40004000系列、系列、74C74C系列和系列和硅硅氧化铝系列。前两个系列应用很广，而硅氧化铝系列。前两个系列应用很广，而硅氧化铝系列因价格氧化铝系列因价格昂贵目前尚未普及。昂贵目前尚未普及。74C 74C系列有：普通系列有：普通74C74C系列、高速系列、高速CMOS74HCCMOS74HCHCTHCT系列及先进的系列及先进的CMOS74ACCMOS74ACACTACT系列。其中，系列。其中，74 74 HCTHCT和和74 ACT74 ACT系列可直接与系列可直接与TTLTTL相兼容。它们的功能与管脚相兼容。它们的功能与管脚设置均与设置均与TTL74TTL74系列保持一致。系列保持一致。以以74HC74HC系列产品为例进行简要说明。系列产品为例进行简要说明。74HC74HC系列是高速系列是高速CMOSCMOS标准逻辑电路系列，包含标准逻辑电路系列，包含HCHC型、型、HCTHCT型、型、HCUHCU型三类。型三类。集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路产品门电路产品介绍介绍CMOSCMOS与非门与非门74HC00 74HC00 集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路产品门电路产品介绍介绍CMOSCMOS或非门或非门74HC0274HC02集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路产品门电路产品介绍介绍CMOSCMOS反相器反相器74HC0474HC04集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路产品门电路产品介绍介绍CMOS ODCMOS OD门门74HC03 74HC03 集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路门电路使用注意事项使用注意事项1 1基本操作规则基本操作规则 静电击穿是静电击穿是CMOSCMOS电路失效的原因之一，在实际使用时应遵电路失效的原因之一，在实际使用时应遵守以下保护原则。守以下保护原则。存储和运输时应使用金属屏蔽层作为包装材料；存储和运输时应使用金属屏蔽层作为包装材料；进行手工焊接时，应保证设备接地良好；进行手工焊接时，应保证设备接地良好；试电路时，应先接通线路板电源，后接通信号源电源；断电时应试电路时，应先接通线路板电源，后接通信号源电源；断电时应先断开信号源电源，后断开线路板电源；先断开信号源电源，后断开线路板电源；源接通期间不应把器件从测试座上插入或拔出。源接通期间不应把器件从测试座上插入或拔出。2.2.输入规则输入规则输入信号电压控制在输入信号电压控制在V VSSSSV VDDDD之间；之间；输入端接低内阻信号源、接大电容或输入端连线较长时，应串接输入端接低内阻信号源、接大电容或输入端连线较长时，应串接限流电阻；限流电阻；与与TTLTTL门电路不同，门电路不同，CMOS门电路的多余输入端禁止悬空。多余与。多余与输入端接高电平或输入端接高电平或V VDDDD；多余或输入端接低电平或；多余或输入端接低电平或V VSSSS，也可通过电阻，也可通过电阻接地。接地。集成门电路CMOS门电路ppCMOSCMOS门电路门电路使用注意事项使用注意事项3.3.输出规则输出规则输出端的电平只能在输出端的电平只能在V VSSSSV VDDDD之间；之间；除除ODOD门和三态门之外，其余门和三态门之外，其余CMOSCMOS门电路输出端禁止并联使用；门电路输出端禁止并联使用；输出端禁止直接与输出端禁止直接与V VSSSS、V VDDDD连接；连接；为增加为增加CMOSCMOS门电路的驱动能力，同一芯片的几个电路可以并联一门电路的驱动能力，同一芯片的几个电路可以并联一起使用，以增加驱动能力，不在同一芯片上不允许这样使用。起使用，以增加驱动能力，不在同一芯片上不允许这样使用。4.4.电源规则电源规则CMOSCMOS门电路电源极性切勿接反，防止电路的永久损坏；门电路电源极性切勿接反，防止电路的永久损坏；电源电压不能超过极限电压范围，随电源电压增大，电路抗干扰电源电压不能超过极限电压范围，随电源电压增大，电路抗干扰能力增强，功耗增大。能力增强，功耗增大。集成门电路接口电路 接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路接口电路是驱动门与负载门之间的连接电路。作用是配。作用是配合驱动门和负载门，使驱动门的输出能够满足负载门输入的要求，合驱动门和负载门，使驱动门的输出能够满足负载门输入的要求，即达到负载门要求的驱动能力。即达到负载门要求的驱动能力。主要介绍主要介绍TTLTTL与与CMOSCMOS之间的接口电路。之间的接口电路。驱动门驱动门负载门负载门输出低电平的最大值输出低电平的最大值V VOLOLmaxmax输入低电平的最大值输入低电平的最大值V VILILmax max 输出高电平的最小值输出高电平的最小值V VOHOHminmin输入高电平的最小值输入高电平的最小值V VIHIHminmin输出低电平时电流的最小值输出低电平时电流的最小值I IOLOLminminn n输入低电平时电流的最大值输入低电平时电流的最大值I IILILmaxmax输出高电平时电流的最小值输出高电平时电流的最小值I IOHOHminminn n输入高电平时电流的最大值输入高电平时电流的最大值I IIHIHmaxmax(1)(1)在在TTLTTL与与CMOSCMOS之间附加一个之间附加一个上拉电阻上拉电阻R R，只要，只要R R的阻值不是非常的阻值不是非常大，将起到提升大，将起到提升TTLTTL输出高电平的作用。输出高电平的作用。(2)CMOS(2)CMOS门电路电源电压范围较宽，门电路电源电压范围较宽，当其电压值较高时，当其电压值较高时，CMOSCMOS门电路对门电路对输入高电平的要求将超过输入高电平的要求将超过TTLTTL门电路输门电路输出能够达到的范围。此时，应使用出能够达到的范围。此时，应使用OCOC门门作为驱动门电路。作为驱动门电路。(3)(3)使用带电平偏移的使用带电平偏移的CMOSCMOS接口电路，接口电路，如如4010940109。它的输出电平能够满足。它的输出电平能够满足CMOSCMOS对输入电平的要求。对输入电平的要求。集成门电路接口电路ppTTLTTL驱动驱动CMOSCMOS(1)(1)将同一芯片上的将同一芯片上的CMOSCMOS门电路门电路并联使用，提高带负载能力。并联使用，提高带负载能力。(2)(2)在在CMOSCMOS门电路后增加一级驱动门电路后增加一级驱动器电路，如同相输出驱动器器电路，如同相输出驱动器40104010、ODOD门门4010740107等，以提高带负载能力。等，以提高带负载能力。(3)(3)采用分立元件组成电流放大器。采用分立元件组成电流放大器。集成门电路接口电路ppCMOSCMOS驱动驱动TTLTTL1.1.门电路驱动门电路驱动LED LED TTL TTL门电路在输出高电平时拉电流较小，故一般用输出低电门电路在输出高电平时拉电流较小，故一般用输出低电平来直接驱动平来直接驱动LEDLED；如果要用高电平驱动；如果要用高电平驱动LEDLED，则需通过，则需通过OCOC门或是晶体门或是晶体管电路来驱动。管电路来驱动。HC HC系列、系列、ACAC系列的输出电流对称，因此高低电平均可直接驱系列的输出电流对称，因此高低电平均可直接驱动动LEDLED，40004000系列门电路输出电流不足以驱动系列门电路输出电流不足以驱动LEDLED，必须加入驱动电路。，必须加入驱动电路。2.2.门电路驱动功率器件门电路驱动功率器件 用门电路的输出对功率器件进行控制时，如果负载所需的拉用门电路的输出对功率器件进行控制时，如果负载所需的拉电流、灌电流很大，需要在数字集成电路和负载之间增加驱动器，如电流、灌电流很大，需要在数字集成电路和负载之间增加驱动器，如果负载所需的电流很小，则可以直接驱动。果负载所需的电流很小，则可以直接驱动。3.3.门电路输出端的隔离门电路输出端的隔离 如用可控硅作为开关来控制交流大电压负载时，可控硅电路如用可控硅作为开关来控制交流大电压负载时，可控硅电路不宜直接与逻辑电路相连，实际使用时可采用光电隔离器。不宜直接与逻辑电路相连，实际使用时可采用光电隔离器。集成门电路接口电路pp门电路与其他电路的连接门电路与其他电路的连接 写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits37谢谢聆听学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折LearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal