分立元件门电路TTL门电路半加器全加器解读课件

7.5 分立元件门电路分立元件门电路7.5.1二极管与三极管的开关特性二极管与三极管的开关特性7.5.2 分立元件门电路分立元件门电路 7.5.3 复合逻辑门电路复合逻辑门电路 8.1 集成门电路集成门电路1 TTL与非门与非门 2 OC门门 3 三态门三态门(TS门门)4 集成门电路使用的一些实际问题集成门电路使用的一些实际问题(了解了解)8.2 半加器和全加器半加器和全加器7.5 分立元件门电路7.5.1二极管与三极管的开关特性11 什么是最小项？什么是最小项？复习卡诺图化简法2 n变量的最小项有变量的最小项有？个。？个。2n个个3 如何给最小项编号？如何给最小项编号？000001010011与项与项(乘积项乘积项)中所有变量都出现且只出现一次，中所有变量都出现且只出现一次，出现的形式可以是原变量也可以是反变量出现的形式可以是原变量也可以是反变量。100101110111m0m1m2m3m4m5m6m71 什么是最小项？复习卡诺图化简法2 n变量的最小项有？个2F=m(1,3,4,5,7,10,12,14)FABCD000111100001111001F=+11111110000000BCDAD ACDF=m(1,3,4,5,7,10,12,137.5 分立元件门电路分立元件门电路 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，门电路主要有：门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、与门、或门、与非门、或非门、异或门异或门等。等。由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。7.5 分立元件门电路 门电路是用以实现逻辑关系的电子电47.5.1二极管与三极管的开关特性二极管与三极管的开关特性开关电路开关电路 uiuoUccRui=UCC-uo=1ui=0 -uo=0D7.5.1二极管与三极管的开关特性开关电路 uiuoUccR5饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V饱和截止3V0VuO 0相当于相当于uO UCC+U6二极管与门电路二极管与门电路ZD1D2AB+5V7.5.2 分立元件门电路分立元件门电路 A B0 0 Z 00 1 01 0 01 1 1二极管与门电路ZD1D2AB+5V7.5.2 分立元件门电路7二极管或门电路二极管或门电路ZDADBAB-12VA B0 0 Z 00 1 11 0 11 1 1二极管或门电路ZDADBAB-12VA B0 0 Z 8+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止截止截止截止饱和饱和逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”“0”“1”AY“非非非非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑符号逻辑符号1AY三极管非门电路三极管非门电路(反相器反相器)+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止饱和逻辑表9ABD1D2+12V3.9KR二极管二极管与与门门A BA B-12V三极管三极管非非门门D+12V +3V1.5K 1K 18K P=30Z与非门电路与非门电路7.5.3 复合逻辑门电路复合逻辑门电路 Z=有有0出出1，全，全1出出0ABD1D2+12V3.9KR二极管与门A BA B10ABD1D2-12VR二极管二极管或或门门A+BD+12V+3V1.5K 1K 18K-12VP=30三极管三极管非非门门FA+B或非门电路或非门电路F=有有1出出0，全，全0出出1ABD1D2-12VR二极管或门A+BD+12V+3V111根据输入波形画出输出波形根据输入波形画出输出波形ABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2根据输入波形画出输出波形ABY1有“0”出“0”，全“1”出128.1 集成门电路集成门电路分立元件门电路：体积大，速度低，带负载分立元件门电路：体积大，速度低，带负载能力差，工作不可靠能力差，工作不可靠集成门电路：体积小、速度快集成门电路：体积小、速度快、可靠性高可靠性高按制作工艺可分为双极型按制作工艺可分为双极型/单极性两大类。单极性两大类。TTL、CMOS逻辑门电路应用最广泛。逻辑门电路应用最广泛。TTL:输入和输出端都是半导体晶体管，称之为输入和输出端都是半导体晶体管，称之为transistor transistor logic gate8.1 集成门电路分立元件门电路：体积大，速度低，带负载13输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极多发射极多发射极多发射极三极管三极管三极管三极管1 TTL与非门与非门Y=A B C输入级中间级输出级 T5Y R3R5AB CR4R2R1 14 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流负载电流负载电流负载电流（拉电流）（拉电流）（拉电流）（拉电流）(1)输入端有一个低电平输入端有一个低电平“0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”VY 5-0.7-0.7 =3.6V5V T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T215 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)(2)输入全为高电平输入全为高电平“1”(3.6V)时时4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流负载电流负载电流负载电流（灌电流）（灌电流）（灌电流）（灌电流）输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V全导通全导通 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T216有有有有“0”“0”出出出出“1”“1”全全全全“1”“1”出出出出“0”“0”“与非与非”逻辑关系逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A B CY&ABC 输入端至少有一个低电平时，输入端至少有一个低电平时，T4发射极输出高发射极输出高电平，产生拉电流；输入全是高电平时，电平，产生拉电流；输入全是高电平时，T5集电极集电极输出低电平，产生灌电流。输出低电平，产生灌电流。有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系00010017T2截止时，截止时，uc2为高电平，为高电平，uE2为低电平；为低电平；+5VuoR4R2R13k T2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC100 750 360 3K T2导通使导通使uc2降低降低uE2升高升高T2集电极电压和发射极集电极电压和发射极电压变化方向相反，所电压变化方向相反，所以把这一级叫做以把这一级叫做倒相级倒相级输出级工作特点：输出级工作特点：T4和和T5总是一个导通一总是一个导通一个截止，有利于降低输出级的静态功耗，个截止，有利于降低输出级的静态功耗，这种形式的电路叫做这种形式的电路叫做推拉式电路推拉式电路。T2截止时，uc2为高电平，uE2为低电平；+5VuoR4R18(3)TTL反相器传输特性反相器传输特性(不要求不要求)AB段段:T2,T5截止，截止，T3,T4导通导通,uo=3.6V+5VuoR4R2R13k T2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC100 750 360 3K BC段段:uB2增大增大T2发射结正偏处于放大状态发射结正偏处于放大状态,T5仍截止仍截止CD段段:Ui增大到增大到1.4V，T2,T5迅速转为饱和导通迅速转为饱和导通(3)TTL反相器传输特性(不要求)AB段:T2,T5截止19输出高电平的下限值输出高电平的下限值输出低电平的上限值输出低电平的上限值阈值电压或门槛电压阈值电压或门槛电压UOH(min)(4)TTL与非门的主要参数与非门的主要参数(不要求不要求)UOL(max)UTH低电平输入电流低电平输入电流IIL 高电平输入电流高电平输入电流IIH 输入为高电平时流入输输入为高电平时流入输入端的电流入端的电流(几十微安几十微安)输入为低电平时输入为低电平时流入输入端的电流入输入端的电流流输入短路电流输入短路电流IIS(-1.6mA)输出高电平的下限值UOH(min)(4)TTL与非门的主要参20+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1IOLIIs1IIs2IIs3输出为低电平时输出为低电平时 扇出系数扇出系数:与非门最多能带同类负载门的个数与非门最多能带同类负载门的个数+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1IOLIIs1II21IiH3+5VR4R2R5T3T4T1T1T1IiH1IiH2输出为高电平时输出为高电平时 IOH一般为一般为8-10个个IiH3+5VR4R2R5T3T4T1T1T1IiH1IiH22平均传输延迟时间：与非门工作速度的参数平均传输延迟时间：与非门工作速度的参数tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输延迟时间：与非门工作速度的参数tuiotuoo50%23 普通普通TTL与非门的输出端是不允许直接相连的。与非门的输出端是不允许直接相连的。当一个门的输出为高电平另一个为低电平时，当一个门的输出为高电平另一个为低电平时，将有将有一个很大的电流同时流过着两个门的输出级，该电一个很大的电流同时流过着两个门的输出级，该电流的数值远远超出正常的工作电流，可能使门电路流的数值远远超出正常的工作电流，可能使门电路损坏。损坏。(连接方式连接方式)将多个与非将多个与非门输出端直接并联连接门输出端直接并联连接(5)线与线与 普通TTL与非门的输出端是不允许直接相24iORL+5VR4R2R5T3T4UOH+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1UOL+5V输出为输出为 低电平低电平时时输出为输出为 高电平高电平时时iORL+5VR4R2R5T3T4UOH+5VR2R13kT25i+5VR4R2T3T4T5100 750 3K R3UOH+5VR4R2T3T4T5100 750 3K R3UOLi+5VR4R2T3T4T51007503KR3UOH26OC门电路门电路OC门逻辑符号门逻辑符号2 OC门门 (Open Collector Gate)集集电极开路与非门电极开路与非门OC门电路OC门逻辑符号2 OC门27+V 当输出为高电平时，当输出为高电平时，T3截止，截止，由由V经过上拉电阻向负载提供电经过上拉电阻向负载提供电流。流。+V CCRCY1AB&G1Y2CD&G2Y+V 当输出为高电平时，T3截止，由V经过上拉电阻283 三态门（三态门（TS门）门）Three-State Output Gate 高电平、低电平、高电阻高电平、低电平、高电阻使能端使能端TS门逻辑符号门逻辑符号高电平有效高电平有效 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态表示任意态表示任意态三态输出三态输出三态输出三态输出“与非与非与非与非”状态表状态表状态表状态表ABEY1V1V3 三态门（TS门）高电平、低电平、高电阻使能端TS门逻辑符29 应用举例：应用举例：(1)用做多路开关用做多路开关YA11E1EA21G1G2使能端使能端10禁止禁止使能使能01使能使能禁止禁止 应用举例：(1)用做多路开关YA11E1EA21G1G30任何时刻只允许一个三态门使能，其余为高阻态。任何时刻只允许一个三态门使能，其余为高阻态。(2)构成数据总线构成数据总线E1E1E1G1G2GnA1A2An数据总线数据总线011101110实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号任何时刻只允许一个三态门使能，其余为高阻态。(2)构成数据314 集成门电路使用的一些实际问题集成门电路使用的一些实际问题TTL门电路多余输入端的处理门电路多余输入端的处理悬空悬空(视为视为“1”)与非门多余输入端的三种处理方法与非门多余输入端的三种处理方法 a接电源接电源 b通过通过R接电源接电源 c与使用输入端并联与使用输入端并联abc4 集成门电路使用的一些实际问题TTL门电路多余输入端的处理32a接地接地 b通过通过R接地接地 c与使用输入端并联与使用输入端并联 或非门多余输入端的三种处理方法或非门多余输入端的三种处理方法abca接地 b通过R接地 33例：例：A=1101,B=1001，计算，计算A+B。1 1 0 11 0 0 1+011010011加法运算的基本规则加法运算的基本规则(1)逢二进一。逢二进一。(2)最低位是两个数最低位的叠加，不需考虑进位。最低位是两个数最低位的叠加，不需考虑进位。(3)其余各位都是三个数相加，包括加数、其余各位都是三个数相加，包括加数、被加数和低位来的进位。被加数和低位来的进位。(4)任何位相加都产生两个结果：本位和、任何位相加都产生两个结果：本位和、向高位的进位。向高位的进位。用半加器实现用半加器实现用全加器实现用全加器实现例：A=1101,B=1001，计算A+B。1 1 0341.半加器半加器逻辑图逻辑图=1&ABSCABCS逻辑符号逻辑符号COA B S C0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1真值表真值表8.2 半加器和全加器半加器和全加器1.半加器逻辑图=1&ABSCABCS逻辑符号COA 352.全加器全加器A-加数；加数；B-被加数；被加数；CI-低位的进位；低位的进位；S-本位和；本位和；C-进位。进位。真值表真值表ABCISC0000000110010100110110010101011100111111 2.全加器A-加数；B-被加数；CI-低位的进位36 全加器逻辑图全加器逻辑图逻辑图逻辑图C=逻辑符号逻辑符号 全加器逻辑图逻辑图C=逻辑符号37实现两个四位二进制数的加法运算。实现两个四位二进制数的加法运算。A 1101；B1011 用四个全加器组成串联电路用四个全加器组成串联电路C3A3B3S3S2S1S0A2A1A0B2B1B0C0 CIC0 CIC0 CIC0 CIC1C2C011011011=0=1=0=1=0=1=1=1串行进位；运算速度慢；电路简单；串行进位；运算速度慢；电路简单；加法运算电路是微型机加法运算电路是微型机CPU中一个关键部件中一个关键部件1 1 0 1（A）（B）（S）+1 0 1 1 11 0 0 0例题例题实现两个四位二进制数的加法运算。用四个全加器组成串联电路C38作业：P166 8-1,8-11预习：8.3 编码器和译码器 8.4 数据选择器作业：P166 8-1,8-11预习：8.3 编码器和译39