數(shù)字電子技術（第4版） 課件 項目2　 使用基本邏輯門電路

第2單元邏輯門電路2.1概述2.3TTL門的輸出結構

2.4CMOS集成門電路退出2.5集成門電路的實用知識2.2TTL門電路獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件（二、三極管、場效應管）的導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。邏輯0和1：電子電路中用高、低電平來表示。高低電平的取值有一定的范圍。

邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。基本的常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。2.1概述門電路常用類型：TTL、CMOS2．2．1TTL與非門

2．2TTL門電路一片集成電路內的各個邏輯門互相獨立，可以單獨使用，但其電源引線（電源正極Ucc和電源負極GND）是共用的。2.2.2TTL門電路電壓傳輸特性測試

電壓傳輸特性是指輸入電壓從零逐漸增加到高電平時，輸出電平隨輸入電平變化的特性，通常用電壓傳輸特性曲線來表示。2.2.3TTL門電路的主要參數(shù)表2.1TTL門電路的工作條件典型值最大值單位VCC供電電壓4．7555．25VVIH輸入高電平2VVIL輸入低電平0.8VIOH高電平輸出電流-0.4mAIOL低電平輸出電流8mATA正常工作的溫度070°C表2.2TTL門電路的電參數(shù)信號特性工作狀態(tài)最小值典型值最大值單位VI輸入固定電壓VCC取最小值，II＝－18mA－1.5VVOH輸出高電壓VCC取最小值，IOH取最大值，VIL取最小值2.73.4VVOL輸出低電平VCC取最小值，IOL取最大值，VIL取最小值0.350.5VVCC取最小值，IOL＝4mA0.250.4VII最大輸入電壓情況下的輸入電流VCC取最大值，VI＝7V0.1mAIIH高電平輸入電流VCC取最大值，VI＝2.7V20μAIIL低電平輸入電流VCC取最大值，VI＝0.4V-0.36mAIIOS短路電流VCC取最大值-20-100mAIICCH輸出高電平時的供電電流VCC取最大值0.81.6mAIICCL輸出低電平時的供電電流VCC取最大值2.44.4mA（2）主要參數(shù)

①輸出高電平VOH

②輸出低電平VOL

③開門電平VON和關門電平VOFF

④噪聲容限

典型值為3.6V典型值為0.3V典型值分別為1.5V、1.0V。VNH=VIH-VONVNL=V0FF-VIL⑤輸入短路電流IIL和輸入漏電流IIH

（2）主要參數(shù)

⑥輸出電流I0

圖2.6拉電流和灌電流⑦扇出系數(shù)NO

⑧平均傳輸延遲時間tpd

⑨功耗

（2）主要參數(shù)

NO=IL/IILtpd=(tpHL+tpLH)/22.2.4電路應用

利用74LS00可控制信號傳送。

與非門電路選通信號2．2．5TTL與非門的改進系列

數(shù)字電路的發(fā)展，對集成電路的要求更高。集成電路的改進主要從提高工作速度、降低功耗、增強抗干擾能力等方面進行。常用的三種改進型的TTL與非門的特性2．3TTL門的輸出結構

普通的TTL門電路有輸出端是不允許直接連接在一起。TTL門電路的輸出結構有以下三種：①推拉式結構②集電極開路輸出結構即OC門

③三態(tài)輸出結構

普通TTL與非門禁止輸出端直接相連2.3.1集電極開路門

OC門：輸出端需要外加上拉電阻然后接外加電源的集電極開路門電路，輸出的高電平電壓值與外加電源相同。

（2）OC門的主要用途

①線與

此電路通過輸出線的相連，就實現(xiàn)了“與邏輯”功能，這稱為“線與”。

②電平轉移

OC電路的輸出經(jīng)負載電阻RL接向+10V電源電壓VCC。這樣，當電路輸入低電平時輸出管截止，輸出高電平電壓值為10V。

OC實現(xiàn)電平轉移③用作驅動電路

OC門通常具有較大電流驅動能力。

OC門用作驅動電路2.3.2三態(tài)門(TSL門)結論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)?？偨Y

三態(tài)門又稱為三態(tài)輸出門，它的輸出端有三種狀態(tài)：①門導通，輸出低電平；②門截止，輸出高電平；③高阻態(tài)，或稱禁止態(tài)，此時輸出端相當于是懸空的，即與內部電路斷開。

三態(tài)門是在普通門電路的基礎上加上控制電路構成的。主要改變的是電路的輸出結構，不改變邏輯功能，所以任何邏輯功能門都可以有三態(tài)輸出的功能。

TSL門的應用：用于控制信號的傳輸①作多路開關：E=0時，門G1使能，G2禁止，Y=A；E=1時，門G2使能，G1禁止，Y=B。②信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳送，B=A；E=1時信號向左傳送，A=B。③構成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，總線就會輪流接受各TSL門的輸出?？刂贫薊N可作為讀/寫(RW)選擇端。當此端為低電平時，由微處理器向存儲器寫入信號，數(shù)據(jù)傳送從左往右；當此端為高電平時，微處理器（CPU）從存儲器讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送從右往左。

（2）三態(tài)門的用途

利用三態(tài)門進行數(shù)據(jù)的雙向傳送2．4CMOS集成門電路

CMOS集成門電路是互補金屬氧化物半導體器件的簡稱。它是利用柵源之間的電壓υGS來控制漏極電流ID的一種器件。它和晶體管一樣可以當作開關使用。

2.4.1常用CMOS門電路

CMOS門電路有和TTL相當功能的邏輯門，如：與門、或門、與非門、或非門、與或非門、三態(tài)門、異或門、和類似TTL的OC門的OD門（漏極開路的門電路）等，其邏輯符號和表達式與TTL門電路的完全一致。此外，CMOS傳輸門也是常用的CMOS門電路。

TTL門電路只能用于控制數(shù)字信號的傳遞，而CMOS傳輸門可用來控制模擬信號的傳遞。

圖2.18CMOS模擬開關的邏輯符號1．模擬開關的種類類別

型號

名稱

特點

模擬開關

CD4066四雙向模擬開關

四組獨立開關，雙向傳輸

多路模擬開關

CD40518選1模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

CD4052雙4選1模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

CD4053三路2組雙向模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

CD4067單16通道模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

CD4097雙8通道電路模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

CD4529雙四路或單八路模擬開關

電平位移，雙向傳輸，地址選擇

2.模擬開關的應用實例2.4.2CMOS邏輯門電路的主要參數(shù)

（1）輸出高電平VOH與輸出低電平VOL。VOH的理論值為電源電壓VDD，VOH（min）=0.9VDD；VOL的理論值為0V，VOL（max）=0.01VDD。（2）閾值電壓Vth。閾值電壓Vth約為VDD/2。（3）抗干擾容限。CMOS非門的關門電平VOFF為0.45VDD，開門電平VON為0.50VDD。因此，其高、低電平噪聲容限均達0.45VDD。其他CMOS門電路的噪聲容限一般也大于0.3VDD，電源電壓VDD越大，其抗干擾能力越強。（4）傳輸延遲與功耗。CMOS電路的功耗很小，但傳輸延遲較大。74HC高速CMOS系列的工作速度己與TTL系列相當。（5）扇出系數(shù)。因CMOS電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，一般額定扇出系數(shù)可達50。但必須指出的是，扇出系數(shù)是指驅動CMOS電路的個數(shù)，若就灌電流負載能力和拉電流負載能力而言，CMOS電路遠遠低于TTL電路。

2.4.2CMOS邏輯門電路的主要參數(shù)

2.4.3CMOS集成門電路的應用燈光報警器電路實驗2.5集成門電路的實用知識2.5.1常用集成門電路型號系列簡介1、TTL門電路型號系列介紹

2.CMOS門電路型號系列介紹

3、74系列的TTL、和4000系列的CMOS門電路輸入、輸出參數(shù)

在該表中CMOS門電路的供電電壓采用與TTL門電路相同的供電電壓+5V。

2.5.2集成門電路使用注意事項

1、TTL門電路的使用注意事項：

（1）TTL電路的電源正端通常標以“VCC”，負端標以“GND”。電源正常是集成電路門電路能否正常工作的必要條件。

（2）TTL集成電路對電源電壓要求比較嚴格，除了低電壓、低功耗系列外，通常只允許在+5V±0.5V的范圍內工作。

TTL與非門輸入端經(jīng)電阻接地1、TTL門電路的使用注意事項：

（4）TTL集成電路的輸出端不允許直接接地或直接接+5V，否則將導致器件損壞。與非門多余輸入端的處理或門、或非門多余輸入端的處理（3）TTL門電路的多余輸入端處理方法集成電路在使用集成電路時有時可能會出現(xiàn)多余的引腳。多余的引腳處理時主要考慮邏輯關系（1）CMOS電路的電源正端標以“VDD”，負端標以“VSS”。使用時一般將“VSS”接地。（2）由于CMOS通過上千Ω的電阻接地，仍看作低電平輸入。（3）CMOS集成電路一定要先加VDD，后加輸入信號；先撤去輸入信號，后去掉VDD。2、CMOS集成電路的使用注意事頂

（4）CMOS集成電路的輸出端不允許直接接VDD或VSS。（5）在儲存和運輸中，CMOS集成電路應用金屬紙（如鋁箔）包好，短路集成電路的管腳，裝入金屬盒內屏蔽。使用時，開封后要馬上使用，以免靜電擊穿集成電路。（6）所有與CMOS電路直接接觸的工具，測試設備必須可靠地接地。2、CMOS集成電路的使用注意事頂

2.5.3TTL與CMOS電路的接口技術1.TTL驅動CMOS接口電路的作用是：提高輸出高電平。2.CMOS驅動TTLCMOS驅動TTL要解決的問題是增大其驅動電流。為此，可以用專門用于CMOS電路驅動TTL電路的接口電路或用晶體管銜接。

（1）利用獨立電流放大器

利用三極管的電流放大作用。（2）利用專用接口電路利用專用電路如六反相緩沖器CC4009、CC4010六同相緩沖器等來直接驅動TTL負載。2.CMOS驅動TTL3、TTL和CMOS驅動外接負載

標準的TTL、CMOS的拉電流、灌電流是比較小的，對一些對電壓和電流要求不大的負載，它可以直接相連。對一些需要大電壓、大電流的負載，如指示燈、繼電器、可控硅等，就必須在負載和集成電路之門增加驅動電路。驅動電路采用OC門或復合門等形式輸出，具有很強負載能力。當這些TTL和CMOS要驅動高電壓大電流顯示屏，繼電器、步進電機等，就必須用大功率接口電路。

想一想：在選用集成電路時，主要考慮哪些因素？

本單元學習指導

在門電路中作為開關器件的有二極管、三極管和場效應管。二極管具有單向導電性。當υD〈VTH時，二極管截止，可看作開關斷開；當υD〉VTH時，二極管導通，可看作開關接通。三極管是可控的開關器件，利用管子工作于飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)來對應于開關的接通和斷開狀態(tài)。υBE〈VTH，三極管處于截止狀態(tài)，相當于開關斷開；當IB〉IBS=ICS/β時，三極管進入飽和狀態(tài)，相當于開關接通。

N溝道增強型MOS管，當υGS>VT時，認為開關閉合；而當υGS<VT，認為開關斷開。P溝道增強型MOS管由于υGS、υDS、VT均為負值，導通條件是∣υGS∣>∣VT∣。邏輯門電路可以由分立元件構成，也可以由集成電路電路來實現(xiàn)。常用的集成邏輯門電路有TTL和CMOS兩種。

TTL邏輯門電路的基礎是TTL與非門。掌握其主要參數(shù)是正確使用門電路的基礎。

本單元學習指導

本單元學習指導

CMOS集成電路電路使用的是MOS管，由于CMOS電路的最基本的邏輯單元是反相器，它是采用了N溝道管與P溝道管互補式電路，功耗小，集成度又高，其高速CMOS電路，工作速度已可與TTL電路媲美。

普通門電路采用推拉式的輸出結構；OC門使用時必須通過上拉電阻外接電源，OC門可實現(xiàn)線與并可提高輸出電壓；三態(tài)門利用控制端可控制門電路處于高阻態(tài)或正常傳送信號的狀態(tài)，從而使門電路方便實現(xiàn)與傳輸總線的相連。

實驗二

門電