《新編計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程》(第四版)28集成門電路課件

2.8簡(jiǎn)單門電路2.8簡(jiǎn)單門電路目錄

用晶體管實(shí)現(xiàn)的門電路

集成門電路

門電路實(shí)驗(yàn)OC門和三態(tài)門

計(jì)算機(jī)總線(BUS)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浻镁w管實(shí)現(xiàn)的門電路ABY與門+ABY或門YA非門+ABY或非門ABY與非門邏輯門邏輯門ABY與門+ABY或門YA非門在用晶體管實(shí)現(xiàn)邏輯門電路中，主要用到了三極管的開(kāi)關(guān)特性和二極管的單向?qū)ㄌ匦?。?dǎo)通：二極管兩端加正向電壓

。截止：二極管兩端加反向電壓。二極管單向?qū)ㄐ匀龢O管的開(kāi)關(guān)特性Vi=“1”時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，Vo=“0”Vi=“0”時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，Vo=“1”晶體管的開(kāi)關(guān)特性正向電流RDER3+5VViVoQR2R1S8050R3+5VVoQS8050反向電流RDE在用晶體管實(shí)現(xiàn)邏輯門電路中，主要用到了三極管的開(kāi)關(guān)特0.7V

+5VD2D1ABYR1K0V5V0V

5V

ABY0100001001110.7V

5V根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦栽O(shè)計(jì)與門電路。利用二極管實(shí)現(xiàn)與門電路與邏輯真值表Y=A·B與門0.7V+5VD2D1ABYR0V5V0VABY與邏輯符號(hào)利用二極管實(shí)現(xiàn)與門電路與門根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦栽O(shè)計(jì)與門電路。+5VD2D1ABYR1KABY與邏輯符號(hào)利用二極管實(shí)現(xiàn)與門電路4.3V

D2D1ABR1KY0V

5V

0V

5V

0V

根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦钥梢栽O(shè)計(jì)或門電路。利用二極管實(shí)現(xiàn)或門電路或邏輯真值表ABY011000101111Y=A+B或門4.3VD2D1ABRY0V5V0V5V利用二極管實(shí)現(xiàn)或門電路或邏輯符號(hào)+ABYYD2D1ABR1K根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦钥梢栽O(shè)計(jì)或門電路?；蜷T利用二極管實(shí)現(xiàn)或門電路或邏輯符號(hào)+AAY10015V5V0V

0.2V利用三極管實(shí)現(xiàn)非門電路非邏輯真值表0.2V

Y=A根據(jù)三極管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)非門電路。非門AY10015V5V0V0.2V利用三極管實(shí)現(xiàn)非門電路YA利用三極管實(shí)現(xiàn)非門電路非邏輯符號(hào)根據(jù)三極管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)非門電路。非門YA利用三極管實(shí)現(xiàn)非門電路非邏輯符號(hào)0V

5V

0V

5V

0V

4.3V

0.2V

5V利用晶體管實(shí)現(xiàn)與非門電路與非邏輯真值表R4D3D1D2+5VBA1KR3+5VYQR2R1

10K4.7K1KABY001011101110Y=A·B根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦院腿龢O管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)與非門電路。與非門與門

非門0V5V0V5V0V4.3V0.2V利用晶體管實(shí)現(xiàn)與非門電路ABY與非邏輯符號(hào)R4D3D1D2+5VBA1KR3+5VYQR2R1

10K4.7K1K根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦院腿龢O管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)與非門電路。與非門利用晶體管實(shí)現(xiàn)與非門電路ABY與非邏輯符號(hào)ABY0100011001100V

5V

0V5V

0V

4.3V0.2V

5V

R4D1D2BA1KR3+5VYQR2R1

10K4.7K1K利用晶體管實(shí)現(xiàn)或非門電路或非邏輯真值表Y=A+B根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦院腿龢O管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)或非門電路。或非門或門

非門ABY0100011001100V5V0V5V利用晶體管實(shí)現(xiàn)或非門電路或非邏輯真值表

R4D1D2BA1KR3+5VYQR2R1

10K4.7K1K+ABY根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦院腿龢O管的開(kāi)關(guān)特性設(shè)計(jì)或非門電路。或非門利用晶體管實(shí)現(xiàn)或非門電路或非邏輯真值表

目錄

用晶體管實(shí)現(xiàn)的門電路

集成門電路

門電路實(shí)驗(yàn)OC門和三態(tài)門

計(jì)算機(jī)總線(BUS)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浻镁w管實(shí)現(xiàn)的門電路集成電路（IntegratedCircuit）是一種微型電子器件或部件，即采用半導(dǎo)體制造工藝，將元器件和連線集成在一塊硅基片上，構(gòu)成的特定功能的電子電路，在電路中常用字母“IC”表示。。+ABYABYYAABY+ABY集成門電路的形成過(guò)程集成電路的概念集成電路（IntegratedCircuit）集成電路的分類集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?；旌霞呻娐啡箢?。模擬集成電路又稱線性電路，用來(lái)產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)數(shù)字集成電路用來(lái)產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)集成電路的分類集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)集成電路的分類集成電路按集成度高低的不同，即包含的門電路或元器件數(shù)量，可分為：分類門的個(gè)數(shù)典型的集成電路小規(guī)模集成電路最多12個(gè)邏輯門、觸發(fā)器中規(guī)模集成電路12～99計(jì)數(shù)器、加法器大規(guī)模集成電路100～9999小型存儲(chǔ)器、門陣列超大規(guī)模集成電路10000～99999微控制器特大規(guī)模集成電路106以上32位ARM處理器集成電路的分類集成電路按集成度高低的集成電路的分類集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,它們都是數(shù)字集成電路。雙極型集成電路制作工藝復(fù)雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型單極型集成電路制作工藝簡(jiǎn)單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型集成電路的分類集成電路按導(dǎo)電類型可分用雙極工藝制造的TTL、ECL系列產(chǎn)品1從誕生到發(fā)展的過(guò)程COMS系列產(chǎn)品2具有雙極和COMS特點(diǎn)的BiC-MOS3盡管系列品種很多，但它們?cè)谶壿嫻δ芊矫孢€是一樣的，只不過(guò)在處理信號(hào)的速度、功率與驅(qū)動(dòng)能力等方面各有所不同。根據(jù)集成電路從誕生到發(fā)展的成長(zhǎng)過(guò)程，大致可以分為：集成電路的分類TTL電路工作電壓為5V，其制作工藝復(fù)雜，功耗較大，典型的TTL電路：74系列。20世紀(jì)70年代，制作工藝簡(jiǎn)單，待機(jī)時(shí)接近零功耗的COMS電路誕生，工作電壓為3～18V，典型電路：4000/14000、74C/74H、74HC等系列。80年代前半期，74HC系列電路被美國(guó)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化，從此確立了該系列產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件中的核心地位。用雙極工藝制造的TTL、ECL系列產(chǎn)品1從誕生到發(fā)展的過(guò)

CMOS器件的特點(diǎn)與雙極型TTL相比，CMOS器件主要有以下優(yōu)點(diǎn)：低壓與寬壓功耗低噪聲容量大容易集成輸入阻抗高與雙極型TTL的5V相比，CMOS器件的工作電壓為3～18V，工作電壓更低、范圍更寬。使用CMOS器件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于輸入信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間非常短，貫穿電流所引起的功耗非常少。功耗低是CMOS器件擁有巨大市場(chǎng)的最大原因。CMOS具有更寬的噪聲容量。數(shù)字電路的噪聲容量由輸出振幅的最小值與輸入信號(hào)的最小必要振幅之差來(lái)定義。差值越大，對(duì)于電源/GND線或由信號(hào)線產(chǎn)生的突發(fā)噪聲來(lái)說(shuō)，越不容易引起誤動(dòng)作。由于CMOS的低功耗特征，在發(fā)熱問(wèn)題上比雙極器件更優(yōu)越，有利于集成化。實(shí)際的CMOS器件輸入級(jí)都配備有保護(hù)電路二極管或MOS晶體管，這些器件通常是反向偏置，所以具有幾十MΩ以上的輸入阻抗。CMOS器件的特點(diǎn)與雙極型TTL相74HC00為二輸入四與非門。14813111210912345671A1B1Y2A2B2YGNDVcc3A3B3Y4A4B4Y常用的集成門電路74HC00為二輸入四與非門。14813111211481311121091234567A1Y1A2Y2A3Y3GNDVccA6Y6A5Y5A4Y474HC04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如下。常用的集成門電路1481311121091234567A1Y1A2Y2A3Y①采用了比較先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，線路較為復(fù)雜。②它功能齊全、可靠性高。③輸入阻抗高、輸出驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、功耗低、工作速度快。④所有輸入、輸出端都加了二極管箝位保護(hù)。集成門電路的特點(diǎn)集成門電路的特點(diǎn)①采用了比較先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，線路較為復(fù)雜。集成目錄

用晶體管實(shí)現(xiàn)的門電路

集成門電路

門電路實(shí)驗(yàn)OC門和三態(tài)門

計(jì)算機(jī)總線(BUS)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浻镁w管實(shí)現(xiàn)的門電路

門電路的組成8個(gè)單刀雙擲的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于產(chǎn)生高電平邏輯“1”和低電平邏輯“0”。K1~K8

邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路門電路的組成8個(gè)單刀雙擲的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于產(chǎn)生高電平邏

門電路的組成D1~D8為共陽(yáng)極LED驅(qū)動(dòng)邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路門電路的組成D1~D8為共陽(yáng)極LED驅(qū)動(dòng)

門電路的組成邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路U1與U2為74HC04反相器+門電路的組成邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路K1~K8的工作原理8個(gè)單刀雙擲的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于產(chǎn)生高電平邏輯“1”和低電平邏輯“0”。K1~K8

以單個(gè)電路為例進(jìn)行說(shuō)明K1~K8的工作原理8個(gè)單刀雙擲的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于產(chǎn)生K1~K8的工作原理1產(chǎn)生邏輯高電平“1”0產(chǎn)生邏輯低電平“0”0K1~K8的工作原理1產(chǎn)生邏輯高電平“1”0門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●

●●●●K8~K1HEXD8~D1邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路0000000000000000門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●

●●●●0000000101H●●●●●●●★K8~K1HEXD8~D1邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路1000000010000000門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●

●●●●0000000101H●●●●●●●★0000001002H●●●●●●★●K8~K1HEXD8~D1邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路0100000001000000門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●

●●●●0000000101H●●●●●●●★0000001002H●●●●●●★●0000001103H●●●●●●★★………………K8~K1HEXD8~D1111111110FFH★★★★★★★★邏輯撥碼開(kāi)關(guān)與LED發(fā)光二極管顯示電路11000000實(shí)驗(yàn)結(jié)論Next28門電路實(shí)驗(yàn)原理0000000000H●●●●門電路實(shí)驗(yàn)結(jié)論①

8位二進(jìn)制數(shù)可以表達(dá)0~255種狀態(tài)。可以將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的表示形式，用LED顯示數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因此，常將LED顯示器作為人與計(jì)算機(jī)之間的信息交互界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)論門電路實(shí)驗(yàn)結(jié)論①8位二進(jìn)制數(shù)可以表達(dá)0~2目錄

用晶體管實(shí)現(xiàn)的門電路

集成門電路

門電路實(shí)驗(yàn)OC門和三態(tài)門

計(jì)算機(jī)總線(BUS)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浻镁w管實(shí)現(xiàn)的門電路OC門又稱集電極開(kāi)路與非門。高阻態(tài)R3+5V1K+R4D3D1D25VBA1KYQR2R1

10K4.7K0V

5V

0.2V

(OpenCollector)

OC門OC門又稱集電極開(kāi)路與非門。高阻態(tài)R3+5V1

OC門可以輸出低電平和高阻兩種狀態(tài)。當(dāng)處于高阻態(tài)時(shí)，電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開(kāi)路，輸出端對(duì)地電阻和對(duì)電源端的電阻都近似為無(wú)窮大。ABYOC門電路符號(hào)OC門真值表ABY01高阻00高阻10高阻110

OC門OC門可以輸出低電平和高阻兩種狀態(tài)。當(dāng)處于高阻態(tài)時(shí)0

1

0

0

OC門的線與功能分析。

只要有1個(gè)OC門輸出低電平，則總輸出Y就為低電平，只有當(dāng)所有OC門輸出狀態(tài)為高阻態(tài)時(shí)，總輸出Y才被電阻R拉為高電平，這就是“線與”功能。高阻

高阻高阻0

VCCABCDEFYOC門線與電路

OC門線與功能R0100OC門的線與功能分析。①

OC門為集電極開(kāi)路。②

OC門可以輸出兩種狀態(tài)：低電平和高阻態(tài)。③

OC門處于高阻態(tài)時(shí)，電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開(kāi)路。④

OC門具有線與、邏輯電平轉(zhuǎn)換、晶體管驅(qū)動(dòng)等功能。OC門電路的特點(diǎn)

OC門電路的特點(diǎn)①OC門為集電極開(kāi)路。OC門電路的特點(diǎn)OC門Y=AENAYAYEN或三態(tài)非門三態(tài)門是指輸出有3種狀態(tài)，除了“高”、“低”兩種狀態(tài)以外，還有“高阻”態(tài)，它是在邏輯門的基礎(chǔ)上加上使能控制信號(hào)和控制電路構(gòu)成的，即通過(guò)1個(gè)額外的輸入控制端來(lái)控制三態(tài)門進(jìn)入“高阻”態(tài)。0011X高阻010ENAY使能端三態(tài)門Y=AENAYAYENENn為1時(shí)輸出為高阻態(tài)。ENn為0時(shí)非門可以正常工作。EN1A1A2AnENn信號(hào)傳輸通道EN2出錯(cuò)01010三態(tài)門多個(gè)非門設(shè)備之間通信演示多個(gè)三態(tài)門設(shè)備之間通信演示ENn為1時(shí)輸出為高阻態(tài)。ENn為0時(shí)非門可以正常工EN1A1A2AnENn信號(hào)傳輸通道10

10

10

EN2010101ENn為1時(shí)輸出為高阻態(tài)。ENn為0時(shí)非門可以正常工作。三態(tài)門多個(gè)三態(tài)門設(shè)備之間通信演示EN1A1A2AnENn信號(hào)傳輸通道1設(shè)備2設(shè)備1設(shè)備6計(jì)算機(jī)總線設(shè)備3設(shè)備4設(shè)備5在計(jì)算機(jī)中常常需要多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行相互通信。若將所有設(shè)備兩兩相連需要n(n-1)/2條連接線。設(shè)備2設(shè)備1設(shè)備6計(jì)算機(jī)總線設(shè)備3設(shè)備4設(shè)備5設(shè)備6設(shè)備5設(shè)備4設(shè)備3設(shè)備2設(shè)備1datadatadatadata

data

data

為了簡(jiǎn)化線路，可以將相互通信的多個(gè)器件連接到一條線上，我們稱之為總線，即用一個(gè)傳輸通道以選通的方式傳送多路信號(hào)，分時(shí)實(shí)現(xiàn)多路信息的采集。計(jì)算機(jī)總線設(shè)備6設(shè)備5設(shè)備4設(shè)備3設(shè)備2設(shè)備1datad①系統(tǒng)中多個(gè)設(shè)備使用同一個(gè)傳輸通道，傳送多路信號(hào)。②系統(tǒng)分時(shí)采集多路信息。③總線上各器件互不影響。④各器件的輸出一定是三態(tài)門,各門電路控制端輪流有效。計(jì)算機(jī)總線的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)總線的特點(diǎn)①系統(tǒng)中多個(gè)