數(shù)字電子技術(shù)課件

1緒論三、數(shù)字電路的分類和學(xué)習(xí)方法二、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用一、數(shù)字電路與模擬電路返回2一、數(shù)字電路與模擬電路1.基本概念電信號：指隨時間變化的電壓和電流。模擬信號：在時間和幅值上都為連續(xù)的信號。數(shù)字信號：在時間和幅值上都為離散的信號。模擬電路：處理和傳輸模擬信號的電路。數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號的電路。返回3模擬信號：時間上連續(xù)：任意時刻有一個相對的值。數(shù)值上連續(xù)：可以是在一定范圍內(nèi)的任意值。例如：電壓、電流、溫度、聲音等。真實的世界是模擬的。缺點：很難度量；容易受噪聲的干擾；難以保存。優(yōu)點：用精確的值表示事物。模擬電路：處理和傳輸模擬信號的電路。三極管工作在線性放大區(qū)。4數(shù)字信號：時間上離散：只在某些時刻有定義。數(shù)值上離散：變量只能是有限集合的一個值，常用0、1二進制數(shù)表示。例如：開關(guān)通斷、電壓高低、電流有無。5數(shù)字化時代：音樂：CD、MP3電影：MPEG、RM、DVD數(shù)字電視數(shù)字照相機數(shù)字?jǐn)z影機手機數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號的電路。三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即飽和區(qū)或截止區(qū)。62.數(shù)字電路特點（與模擬電路相比）（1）數(shù)字電路的基本工作信號是用1和0表示的二進制的數(shù)字信號，反映在電路上就是高電平和低電平。（2）晶體管處于開關(guān)工作狀態(tài)，抗干擾能力強、精度高。（3）通用性強。結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，便于集成及系列化生產(chǎn)。（4）具有“邏輯思維”能力。數(shù)字電路能對輸入的數(shù)字信號進行各種算術(shù)運算和邏輯運算、邏輯判斷，故又稱為數(shù)字邏輯電路。7二、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.電子技術(shù)的應(yīng)用科學(xué)研究中，先進的儀器設(shè)備；傳統(tǒng)的機械行業(yè)，先進的數(shù)控機床、自動化生產(chǎn)線；通信、廣播、電視、雷達、醫(yī)療設(shè)備、新型武器、交通、電力、航空、宇航等領(lǐng)域；日常生活的家用電器；電子計算機及信息技術(shù)。返回82.電子技術(shù)的發(fā)展←→電子器件的改進與創(chuàng)新

1904年發(fā)明電真空器件（電子管）——電子管時代。1948年發(fā)明半導(dǎo)體器件——晶體管時代。20世紀(jì)60年代制造出集成電路——集成電路時代。3.電子技術(shù)的分類電子技術(shù)：研究電信號的產(chǎn)生、傳送、接收和處理。模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)9三、數(shù)字電路的分類和學(xué)習(xí)方法

1.數(shù)字電路的分類（1）按電路結(jié)構(gòu)分類組合邏輯電路：電路的輸出信號只與當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。時序邏輯電路：電路的輸出信號不僅與當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。返回10（2）按集成電路規(guī)模分類集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路(SmallScaleIC，SSI)中規(guī)模集成電路(MediumScaleIC，MSI)大規(guī)模集成電路(LargeScaleIC，LSI)超大規(guī)模集成電路(VeryLargeScaleIC，VLSI)特大規(guī)模集成電路(UltraLargeScaleIC，ULSI)巨大規(guī)模集成電路(GiganticScaleIC，GSI）112.數(shù)字電路的學(xué)習(xí)方法

（1）邏輯代數(shù)是分析和設(shè)計數(shù)字電路的重要工具，應(yīng)熟練掌握。（2）重點掌握各種常用數(shù)字邏輯電路的邏輯功能、外部特性及典型應(yīng)用。對其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和工作原理不必過于深究。（3）掌握基本的分析方法。（4）本課程實踐性很強。應(yīng)重視習(xí)題、基礎(chǔ)實驗和綜合實訓(xùn)等實踐性環(huán)節(jié)。（5）注意培養(yǎng)和提高查閱有關(guān)技術(shù)資料和數(shù)字集成電路產(chǎn)品手冊的能力。12越來越大的設(shè)計越來越短的推向市場的時間越來越低的價格大量使用計算機輔助設(shè)計工具（EDA技術(shù)）多層次的設(shè)計表述大量使用復(fù)用技術(shù)

IP（IntellectualProperty）3.當(dāng)前數(shù)字電路設(shè)計的趨勢13作業(yè)題（思考題）1、什么是數(shù)字信號？與模擬信號有何區(qū)別？2、什么是數(shù)字電路？數(shù)字電路有哪些特點？3、數(shù)字電路在生活中有哪些廣泛應(yīng)用？4、怎樣才能學(xué)好數(shù)字電路？14第一章數(shù)制與編碼一、十進制六、二－十進制碼五、原碼、反碼和補碼返回二、二進制三、R進制四、不同計數(shù)制間數(shù)制轉(zhuǎn)換15復(fù)習(xí)什么是數(shù)字信號？數(shù)字電路的特點？數(shù)制與編碼

內(nèi)容提要

十進制數(shù)；二進制數(shù)；R進制數(shù)；不同計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換；原碼、反碼和補碼；二－十進制碼（BCD碼）。16數(shù)制一、十進制數(shù)

數(shù)字符號（系數(shù)）：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9計數(shù)規(guī)則：逢十進一基數(shù)：10權(quán)：10的冪例：（244）10=（2×102+4×101+4×100）10

返回數(shù)碼：由數(shù)字符號構(gòu)成且表示物理量大小的數(shù)字和數(shù)字組合。計數(shù)制（簡稱數(shù)制）：多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法，以及從低位到高位的進制規(guī)則。17二、二進制數(shù)

數(shù)字符號：0、1計數(shù)規(guī)則：逢二進一基數(shù)：2權(quán)：2的冪一般形式為：（N）2=（bn-1bn-2…b1b0）2

=(bn-1×2n-1＋bn-2×2n-2＋……＋b1×21＋b0×20)10例1-1：（101011.011）2=

（1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3）10

=（32+8+4+1+0.25+0.125）10=（45.375）10數(shù)值越大，位數(shù)越多，讀寫不方便，容易出錯！18三、R進制數(shù)

數(shù)字符號：0~7計數(shù)規(guī)則：逢八進一基數(shù)：8權(quán)：8的冪例1-2：（125.04）8=（1×82+2×81+5×80+0

×

8-1+4×

8-2）10=（64+16+5+0.0625）10=（85.0625）101、八進制數(shù)

192.十六進制

數(shù)字符號：0~9、A、B、C、D、E、F計數(shù)規(guī)則：逢十六進一基數(shù)：16權(quán)：16的冪返回例1-3：（2F.6C）16=（2×161+15×160+6×

16-1+12

×

16-2）10=（32+15+0.375+0.046875）10=（47.421875）1020四、不同計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

1.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：除2取余法。例：求（217）10=（）2

解：∵2∣217…………余1b02∣108…………余0b12∣54…………余0b22∣27…………余1b32∣13…………余1b42∣6…………余0b52∣3…………余1b62∣1…………余1b70∴（217）10=（11011001）221例1-5：求（0.39）10=（）2

解：

∵0.39×2=0.78…………整數(shù)為0b-1

0.78×2=1.56…………整數(shù)為1b-20.56×2=1.12…………整數(shù)為1b-3

0.12×2=0.24…………整數(shù)為0b-40.24×2=0.48…………整數(shù)為0b-50.48×2=0.96…………整數(shù)為0b-6小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：乘2取整法。22∴（0.39）10=（0.0110001111）2

說明：有時可能無法得到0的結(jié)果，這時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求適當(dāng)取一定位數(shù)。0.96×2=1.92…………整數(shù)為1b-70.92×2=0.84…………整數(shù)為1b-80.84×2=1.68…………整數(shù)為1b-90.68×2=1.36…………整數(shù)為1b-10232.二進制與八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換

（1）二進制與八進制之間的轉(zhuǎn)換三位二進制數(shù)對應(yīng)一位八進制數(shù)。例1-8：（110101001001.10011）2

=（110，101，001，001.100,110）2

=（6511.46）8（6574）8=（110，101，111，100）2

=（110101111100）224（2）二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換四位二進制數(shù)對應(yīng)一位十六進制數(shù)。（10111010110）2=（010111010110）2

=（5D6）16（76.EB）16=（01110110.11101011）2

=（1110110.11101011）225

幾種計數(shù)進制數(shù)的對照表返回十進制二進制八進制十六進制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F26五、原碼、反碼和補碼

用原碼、反碼和補碼表示正、負(fù)二進制數(shù)，在計算技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。

在數(shù)值位前加一符號位。規(guī)定負(fù)數(shù)用1表示，正數(shù)用0表示。原碼：符號位＋絕對值；反碼：符號位＋反碼（有數(shù)值每位取反獲得）；補碼：符號位＋補碼（由反碼位加1獲得）。同時規(guī)定：二進制數(shù)的原碼、反碼和補碼相同。27

例1－10試寫出二進制（－101011.011）2的原碼、反碼和補碼的表示。解：原碼：（1，101011.011）反碼：（1，010100.100）補碼：（1，010100.101）

對于二進制數(shù)運算，用原碼進行乘、除法比較簡單；用補碼進行加、減法運算比較簡單。反碼是為求補碼的中間過程。2023/11/1328二進制代碼：具有特定意義的二進制數(shù)碼。編碼：代碼的編制過程。BCD碼：用一個四位二進制代碼表示一位十進制數(shù)字的編碼方法。六、二—十進制編碼（BCD碼）29表1-2幾種常用的BCD碼

十進制數(shù)8421碼2421碼余3碼000000000001110001000101002001000100101300110011011040100010001115010110111000601101100100170111110110108100011101011910011111110030（1）8421碼選取0000~1001表示十進制數(shù)0~9。按自然順序的二進制數(shù)表示所對應(yīng)的十進制數(shù)字。是有權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)依次為8、4、2、1，故稱為8421碼。1010~1111等六種狀態(tài)是不用的，稱為禁用碼。例：（756）10

=（011101010101）8421BCD1.有權(quán)BCD碼31

余3碼選取0000~0100和1000~1100這十種狀態(tài)。0101~0111和1101~1111等六種狀態(tài)為禁用碼。是有權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)值依次為5、4、2、1。

選取0011~1100這十種狀態(tài)。與8421碼相比，對應(yīng)相同十進制數(shù)均要多3（0011），故稱余3碼。2.無權(quán)BCD碼32

3.用BCD碼表示十進制例：用8421BCD碼表示（756）10，則為（756）10

＝（0111，0101，0110）8421BCD用2421BCD碼表示（756）10，則為（756）10

＝（1101，1011，1100）2421BCD對于一個多位碼的十進制數(shù)，同樣可以用BCD來表示。33其它常用的代碼

（1）格雷碼（又稱循環(huán)碼）特點：任意兩個相鄰的數(shù)所對應(yīng)的代碼之間只有一位不同，其余位都相同。循環(huán)碼的這個特點，使它在代碼的形成與傳輸時引起的誤差比較小。34

四位循環(huán)碼的編碼表十進制數(shù)循環(huán)碼十進制數(shù)循環(huán)碼0000081100100019110120011101111300101111104011012101050111131011601011410017010015100035（2）奇偶校驗碼

具有檢錯能力，能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個代碼位同時出錯的情況。

構(gòu)成：信息位(可以是任一種二進制代碼)及一位校驗位。校驗位數(shù)碼的編碼方式：

“奇校驗”時，使校驗位和信息位所組成的每組代碼中含有奇數(shù)個1；

“偶校驗”時，使校驗位和信息位所組成的每組代碼中含有偶數(shù)個1。36奇偶校驗碼（以8421BCD碼為例）37（3）字符碼

字符碼：專門用來處理數(shù)字、字母及各種符號的二進制代碼。最常用的：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼。用7位二進制數(shù)碼來表示字符?？梢员硎?7＝128個字符。38

美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASCII碼）39作業(yè)題1、1-1單號題2、1-2單號題3、1-34、1-55、1-66、1-77、1-840第二節(jié)邏輯函數(shù)的化簡

一、公式法化簡1

合并項法2

吸收法3

消去法4

配項法41復(fù)習(xí)什么是邏輯函數(shù)的相等？怎樣判斷？請寫出反演律的公式和四個常用公式。邏輯代數(shù)有哪三個規(guī)則？分別有什么用途？42化簡的意義和最簡單的概念

（1）化簡的意義

例：用非門和與非門實現(xiàn)邏輯函數(shù)返回

解：直接將表達式變換成與非－與非式：

可見，實現(xiàn)該函數(shù)需要用兩個非門、四個兩輸入端與非門、一個五輸入端與非門。電路較復(fù)雜?！?×4×1兩次求反反演律43若將該函數(shù)化簡并作變換：

可見，實現(xiàn)該函數(shù)需要用兩個非門和一個兩輸入端與非門即可。電路很簡單?！?×144（2）邏輯函數(shù)的多種表達式形式與-或表達式與非-與非表達式或-與非表達式或非-或表達式兩次求反并用反演律反演律反演律45（2）邏輯函數(shù)的多種表達式形式（續(xù)）或-與表達式或非-或非表達式與-或非表達式與非-與表達式46由以上分析可知，邏輯函數(shù)有很多種表達式形式，但形式最簡潔的是與或表達式，因而也是最常用的。（3）邏輯函數(shù)的最簡標(biāo)準(zhǔn)由于與或表達式最常用，因此只討論最簡與或表達式的最簡標(biāo)準(zhǔn)。最簡與或表達式為：①與項（乘積項）的個數(shù)最少；②每個與項中的變量最少。47公式化簡法

返回反復(fù)利用邏輯代數(shù)的基本公式、常用公式和運算規(guī)則進行化簡，又稱為代數(shù)化簡法。必須依賴于對公式和規(guī)則的熟練記憶和一定的經(jīng)驗、技巧。48

（1）代入規(guī)則

在任何一個邏輯等式（如F＝W）中，如果將等式兩端的某個變量（如B）都以一個邏輯函數(shù)（如Y=BC）代入，則等式仍然成立。這個規(guī)則就叫代入規(guī)則。

在公式化簡中大量應(yīng)用！需靈活掌握。最常使用，特別需要熟練記憶！49

（2）反演規(guī)則－便于實現(xiàn)反函數(shù)。（3）對偶規(guī)則－使公式的應(yīng)用范圍擴大一倍，使公式的記憶量減小一倍。反演變換：“﹒”→“﹢”“﹢”→“﹒”“0”

→

“1”“1”

→“0”，原變量→反變量反變量→原變量對偶變換：“﹒”→“﹢”“﹢”→“﹒”“0”

→

“1”“1”

→“0”50例2-7：化簡函數(shù)解：例化簡函數(shù)解：代入規(guī)則

或：代入規(guī)則

1.合并項法利用公式A+A=1或公式AB+AB=A進行化簡，通過合并公因子，消去變量。51

2.吸收法利用公式A+AB=A進行化簡，消去多余項。例2-9：化簡函數(shù)解：例2-10：化簡函數(shù)解：52例2-11:化簡函數(shù)解：例2-12:化簡函數(shù)解：

3.消去法利用公式A+AB=A＋B進行化簡，消去多余項。53例2-13:化簡函數(shù)解：

4.配項法在適當(dāng)?shù)捻椗渖螦+A=1進行化簡。54例:化簡函數(shù)解2：解1得：問題：函數(shù)Y的結(jié)果不一樣，哪一個解正確呢？答案都正確!最簡結(jié)果的形式是一樣的，都為三個與項，每個與項都為兩個變量。表達式不唯一！55例化簡函數(shù)解：

5.添加項法利用公式AB+AC+BC=AB＋AC，先添加一項BC，然后再利用BC進行化簡，消去多余項。56下面舉一個綜合運用的例子。解：57

公式化簡法評價：特點：目前尚無一套完整的方法，能否以最快的速度進行化簡，與我們的經(jīng)驗和對公式掌握及運用的熟練程度有關(guān)。優(yōu)點：變量個數(shù)不受限制。缺點：結(jié)果是否最簡有時不易判斷。

下次課將介紹與公式化簡法優(yōu)缺點正好互補的卡諾圖化簡法。當(dāng)變量個數(shù)超過4時人工進行卡諾圖化簡較困難，但它是一套完整的方法，只要按照相應(yīng)的方法就能以最快的速度得到最簡結(jié)果。58作業(yè)題2-659第二節(jié)邏輯函數(shù)的化簡二、圖形法化簡1

卡諾圖2

用卡諾圖表示邏輯函數(shù)4

利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)3

在卡諾圖合并最小項的規(guī)律60復(fù)習(xí)與或表達式最簡的標(biāo)準(zhǔn)是什么？公式化簡法的優(yōu)點？局限性？61二、圖形法化簡

公式化簡法評價：優(yōu)點：變量個數(shù)不受限制。缺點：目前尚無一套完整的方法，結(jié)果是否最簡有時不易判斷。

利用卡諾圖可以直觀而方便地化簡邏輯函數(shù)。它克服了公式化簡法對最終化簡結(jié)果難以確定等缺點。卡諾圖是按一定規(guī)則畫出來的方框圖，是邏輯函數(shù)的圖解化簡法，同時它也是表示邏輯函數(shù)的一種方法?？ㄖZ圖的基本組成單元是最小項，所以我們先討論最小項。

62（1）最小項返回具備以上條件的乘積項共八個，我們稱這八個乘積項為三變量A、B、C的最小項。

設(shè)A、B、C是三個邏輯變量，若由這三個邏輯變量按以下規(guī)則構(gòu)成乘積項：①每個乘積項都只含三個因子，且每個變量都是它的一個因子；②每個變量都以反變量(A、B、C)或以原變量(A、B、C)的形式出現(xiàn)一次，且僅出現(xiàn)一次。AB是三變量函數(shù)的最小項嗎？ABBC是三變量函數(shù)的最小項嗎？推廣：一個變量僅有原變量和反變量兩種形式，因此N個變量共有2N個最小項。1.卡諾圖63最小項的定義:對于N個變量，如果P是一個含有N個因子的乘積項，而且每一個變量都以原變量或者反變量的形式，作為一個因子在P中出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次，那么就稱P是這N個變量的一個最小項。表2-17三變量最小項真值表64（2）最小項的性質(zhì)

①對于任意一個最小項，只有一組變量取值使它的值為1，而變量取其余各組值時，該最小項均為0；②任意兩個不同的最小項之積恒為0；③變量全部最小項之和恒為1。65最小項也可用“mi”

表示，下標(biāo)“i”即最小項的編號。編號方法：把最小項取值為1所對應(yīng)的那一組變量取值組合當(dāng)成二進制數(shù)，與其相應(yīng)的十進制數(shù)，就是該最小項的編號。

表2-18三變量最小項的編號表

66卡諾圖返回（1）卡諾圖及其構(gòu)成原則

卡諾圖是把最小項按照一定規(guī)則排列而構(gòu)成的方框圖。構(gòu)成卡諾圖的原則是：

①N變量的卡諾圖有2N個小方塊（最小項）；

②最小項排列規(guī)則：幾何相鄰的必須邏輯相鄰。

邏輯相鄰：兩個最小項,只有一個變量的形式不同,其余的都相同。邏輯相鄰的最小項可以合并。

幾何相鄰的含義：一是相鄰——緊挨的；二是相對——任一行或一列的兩頭；三是相重——對折起來后位置相重。在五變量和六變量的卡諾圖中，用相重來判斷某些最小項的幾何相鄰性，其優(yōu)點是十分突出的。67圖2-11三變量卡諾圖的畫法

（2）卡諾圖的畫法首先討論三變量（A、B、C）函數(shù)卡諾圖的畫法。①3變量的卡諾圖有23個小方塊；②幾何相鄰的必須邏輯相鄰：變量的取值按00、01、11、10的順序（循環(huán)碼）排列。相鄰相鄰68圖2-12四變量卡諾圖的畫法相鄰相鄰不相鄰正確認(rèn)識卡諾圖的“邏輯相鄰”：上下相鄰，左右相鄰，并呈現(xiàn)“循環(huán)相鄰”的特性，它類似于一個封閉的球面，如同展開了的世界地圖一樣。對角線上不相鄰。69（3）最小項表達式

任何一個邏輯函數(shù)都可以表示為最小項之和的形式——標(biāo)準(zhǔn)與或表達式。而且這種形式是惟一的，就是說一個邏輯函數(shù)只有一種最小項表達式。例：將Y=AB+BC展開成最小項表達式。解：或：70

（1）從真值表畫卡諾圖根據(jù)變量個數(shù)畫出卡諾圖，再按真值表填寫每一個小方塊的值（0或1）即可。需注意二者順序不同。例2-8已知Y的真值表，要求畫Y的卡諾圖。表2-19邏輯函數(shù)Y的真值表2.

用卡諾圖表示邏輯函數(shù)ABCY00000011010101101001101011001111圖2-13例2-8的卡諾圖返回71

（2）從最小項表達式畫卡諾圖

把表達式中所有的最小項在對應(yīng)的小方塊中填入1，其余的小方塊中填入0。例2-9畫出函數(shù)Y(A、B、C、D)=∑m(0,3,5,7,9,12,15)的卡諾圖。圖2-14例1-9的卡諾圖72

（3）從與－或表達式畫卡諾圖把每一個乘積項所包含的那些最小項（該乘積項就是這些最小項的的公因子）所對應(yīng)的小方塊都填上1，剩下的填0，就可以得到邏輯函數(shù)的卡諾圖。1111AB＝11例已知Y＝AB＋ACD＋ABCD，畫卡諾圖。最后將剩下的填01+1ACD=1011ABCD=011173

（4）從一般形式表達式畫卡諾圖

先將表達式變換為與或表達式，則可畫出卡諾圖。74

（1）卡諾圖中最小項合并的規(guī)律合并相鄰最小項，可消去變量。合并兩個最小項，可消去一個變量；合并四個最小項，可消去兩個變量；合并八個最小項，可消去三個變量。合并2N個最小項，可消去N個變量。3.在卡諾圖中合并最小項的規(guī)律

由于卡諾圖兩個相鄰最小項中，只有一個變量取值不同，而其余的取值都相同。所以，合并相鄰最小項，利用公式A+A=1，AB＋AB＝A，可以消去一個或多個變量，從而使邏輯函數(shù)得到簡化。返回75圖2-15兩個最小項合并

m3m11BCD76圖2-16四個最小項合并

77圖2-17八個最小項合并78

A．基本步驟：

①畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖；②合并相鄰最小項（圈組）；③從圈組寫出最簡與或表達式。

關(guān)鍵是能否正確圈組。

B．正確圈組的原則①必須按2、4、8、2N的規(guī)律來圈取值為1的相鄰最小項；②每個取值為1的相鄰最小項至少必須圈一次，但可以圈多次；③圈的個數(shù)要最少（與項就少），并要盡可能大（消去的變量就越多）。4.利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)

79

C．從圈組寫最簡與或表達式的方法：

①將每個圈用一個與項表示

圈內(nèi)各最小項中互補的因子消去，相同的因子保留，相同取值為1用原變量，相同取值為0用反變量；

②將各與項相或，便得到最簡與或表達式。80例：用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)

Y(A、B、C、D)=∑m(0,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11)

解：相鄰A81相鄰BCA82BCABD83例：化簡圖示邏輯函數(shù)。解：多余的圈1122334484圈組技巧(防止多圈組的方法)：

①先圈孤立的1；

②再圈只有一種圈法的1；③最后圈大圈；④檢查：每個圈中至少有一個1未被其它圈圈過。85作業(yè)題2-92-10返回86復(fù)習(xí)卡諾圖化簡法的特點？步驟？什么叫邏輯相鄰？正確圈組的原則？875.利用任意項化簡邏輯函數(shù)返回

①任意項的概念

對應(yīng)于輸入變量的某些取值下，輸出函數(shù)的值可以是任意的(隨意項、任意項)，或者這些輸入變量的取值根本不會（也不允許）出現(xiàn)(約束項)，通常把這些輸入變量取值所對應(yīng)的最小項稱為無關(guān)項或任意項，在卡諾圖中用符號“×”表示，在標(biāo)準(zhǔn)與或表達式中用∑d（）表示。例：當(dāng)8421BCD碼作為輸入變量時，禁止碼1010～1111這六種狀態(tài)所對應(yīng)的最小項就是無關(guān)項。

第二節(jié)邏輯函數(shù)的化簡

88

②利用任意項的邏輯函數(shù)及其化簡

因為任意項的值可以根據(jù)需要取0或取1，所以在用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)時，充分利用任意項，可以使邏輯函數(shù)進一步得到簡化。89

例：設(shè)ABCD是十進制數(shù)X的二進制編碼，當(dāng)X≥5時輸出Y為1，求Y的最簡與或表達式。表2-20例1-12的真值表

XABCDY00

000010

001020

010030

011040

100050

101160

110170

111181

000191

0011/1010×/1011×/1100×/1101×/1110×/1111×解：列真值表，見表1-20所示。畫卡諾圖并化簡。90圖2-20例1-12的卡諾圖

充分利用任意項化簡后得到的結(jié)果要簡單得多。注意：當(dāng)圈組后，圈內(nèi)的任意項已自動取值為1，而圈外任意項自動取值為0。利用無關(guān)項化簡結(jié)果為：Y＝A＋BD＋BC91

例：化簡邏輯函數(shù)Y(A、B、C、D)=∑m(1,2,5,6,9)+∑d(10,11,12,13,14,15)式中d表示任意項。卡諾圖

解：畫函數(shù)的卡諾圖并化簡。結(jié)果為：Y＝CD＋CD

92卡諾圖的性質(zhì)和運算（1）若卡諾圖中的所有小方格均為0時，其對邏輯函數(shù)F=0。（2）若卡諾圖中的所有小方格均為1時，其對應(yīng)的邏輯函數(shù)F=1。（3）卡諾圖相加將兩卡諾圖各對應(yīng)小方格中的“0”“1”按邏輯加進行。例2-34已知F1=m0+m1+m5,F2=m1+m5+m6,求F=F1+F2解93第三節(jié)邏輯函數(shù)的系統(tǒng)簡化法一、求出全部主要項二、選出實質(zhì)主要項三、選擇主要項建立邏輯函數(shù)的最簡與或式

略94本章小結(jié)

返回

數(shù)字電路中廣泛采用二進制，二進制的特點是逢二進一，用0和1表示邏輯變量的兩種狀態(tài)。二進制可以方便地轉(zhuǎn)換成八進制、十進制和十六制。

BCD碼是十進制數(shù)的二進制代碼表示，常用的BCD碼是8421碼。數(shù)字電路的輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系可以用邏輯代數(shù)來描述，最基本的邏輯運算是與運算、或運算和非運算。95邏輯函數(shù)有四種表示方法：真值表、邏輯表達式、邏輯圖和卡諾圖。這四種方法之間可以互相轉(zhuǎn)換，真值表和卡諾圖是邏輯函數(shù)的最小項表示法，它們具有惟一性。而邏輯表達式和邏輯圖都不是惟一的。使用這些方法時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況選擇最適合的一種方法表示所研究的邏輯函數(shù)。96

本章介紹了兩種邏輯函數(shù)化簡法。公式化簡法是利用邏輯代數(shù)的公式和規(guī)則，經(jīng)過運算，對邏輯表達式進行化簡。它的優(yōu)點是不受變量個數(shù)的限制，但是否能夠得到最簡的結(jié)果，不僅需要熟練地運用公式和規(guī)則，而且需要有一定的運算技巧?？ㄖZ圖化簡法是利用邏輯函數(shù)的卡諾圖進行化簡，其優(yōu)點是方便直觀，容易掌握，但變量個數(shù)較多時（五個以上），則因為圖形復(fù)雜，不宜使用。在實際化簡邏輯函數(shù)時，將兩種化簡方法結(jié)合起來使用，往往效果更佳。97作業(yè)題2-10返回98第三章邏輯門電路第一節(jié)晶體二極管的開關(guān)特性第二節(jié)晶體三極管的開關(guān)特性第三節(jié)TTL集成邏輯門第四節(jié)其他類型的雙極型數(shù)字集成電路第五節(jié)CMOS門電路返回99復(fù)習(xí)請回憶實現(xiàn)與、或、非邏輯的開關(guān)電路形式？它們有何共同特點？開關(guān)電路與邏輯電路是如何聯(lián)系起來的？100第一節(jié)晶體二極管的開關(guān)特性

數(shù)字電路中的晶體二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)：相當(dāng)于開關(guān)閉合截止?fàn)顟B(tài)：相當(dāng)于開關(guān)斷開。邏輯變量←→兩狀態(tài)開關(guān)：在邏輯代數(shù)中邏輯變量有兩種取值：0和1；電子開關(guān)有兩種狀態(tài)：閉合、斷開。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，則是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。101

(1)靜態(tài)特性：斷開時，開關(guān)兩端的電壓不管多大，等效電阻ROFF=無窮，電流IOFF=0。

閉合時，流過其中的電流不管多大，等效電阻RON=0，電壓UAK=0。

(2)動態(tài)特性：開通時間ton=0

關(guān)斷時間toff=0

理想開關(guān)的開關(guān)特性：

102

客觀世界中，沒有理想開關(guān)。乒乓開關(guān)、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分接近理想開關(guān)，但動態(tài)特性很差，無法滿足數(shù)字電路一秒鐘開關(guān)幾百萬次乃至數(shù)千萬次的需要。

半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管做為開關(guān)使用時，其靜態(tài)特性不如機械開關(guān)，但動態(tài)特性很好。103一、二極管的靜態(tài)開關(guān)特性

返回1.靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路正向?qū)〞r，UD(ON)≈0.7（硅）、0.3V（鍺）RD≈幾Ω～幾十Ω相當(dāng)于開關(guān)閉合

圖3－1－1二極管的伏安特性曲線104

二極管的開關(guān)等效電路(a)導(dǎo)通時(b)截止時圖2-1二極管的伏安特性曲線開啟電壓理想化伏安特性曲線105反向截止時反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百kΩ）相當(dāng)于開關(guān)斷開圖3－1－1二極管的伏安特性曲線106若輸入信號頻率過高，二極管會雙向?qū)?，失去單向?qū)щ娮饔谩Ｒ虼烁哳l應(yīng)用時需考慮此參數(shù)。二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r間。通常后者所需的時間長得多。

反向恢復(fù)時間tre

：二極管從導(dǎo)通到截止所需的時間。一般為納秒數(shù)量級（通常tre≤5ns）。二、二極管的動態(tài)開關(guān)特性

107三、晶體二極管的開關(guān)參數(shù)最大正向電流：二極管正向?qū)娏鞯淖畲笤试S值。在使用時不得超過這一數(shù)值。最高反向工作電壓：二極管反向工作電壓的最大允許值。在使用時不得超過這一數(shù)值。反向擊穿電壓：二極管在一定反向電流（例如100uA）下的反向電壓。在此電壓下認(rèn)為二極管已被擊穿。

二極管主要穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)開關(guān)參數(shù)如下：108反向電流：二極管在最高反向工作電壓下的電流。零偏壓電容：二極管在零偏壓下的結(jié)電容。反向恢復(fù)時間：在一定負(fù)載條件下，二極管從正向電流（例如10mA）變化到反向電流一定值（例如10mA的10%）時所需時間。109第二節(jié)晶體三極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)開關(guān)特性二、動態(tài)開關(guān)特性三、晶體三極管開關(guān)參數(shù)四、晶體三極管反向器110一、靜態(tài)開關(guān)特性在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和和截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。圖3－2－1三極管開關(guān)電路及其靜態(tài)輸出特性（a）電路（b）輸出特性曲線返回111開關(guān)等效電路(1)截止?fàn)顟B(tài)

條件：發(fā)射結(jié)反偏特點：電流約為0112(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅113三極管開關(guān)等效電路(a)截止時(b)飽和時114

二、動態(tài)開關(guān)特性圖3－2－4三極管的開關(guān)時間

開啟時間ton

上升時間tr延遲時間td關(guān)閉時間toff下降時間tf存儲時間ts115(1)開啟時間ton

三極管從截止到飽和所需的時間。

ton=td+tr

td：延遲時間

tr：上升時間(2)關(guān)閉時間toff

三極管從飽和到截止所需的時間。

toff=ts+tf

ts

：存儲時間（幾個參數(shù)中最長的；飽和越深越長）tf

：下降時間toff>ton

。開關(guān)時間一般在納秒數(shù)量級。高頻應(yīng)用時需考慮。116三、晶體三極管的開關(guān)參數(shù)1、穩(wěn)態(tài)開關(guān)參數(shù)2、瞬態(tài)開關(guān)參數(shù)117四、晶體三極管反向器1、晶體三極管反相器工作原理2、負(fù)載的影響3、反相器的帶負(fù)載能力118作業(yè)題3-1返回119一、晶體管-晶體管邏輯門電路（TTL）二、TTL與非門的主要外部特征三、其它類型的TTL門電路四、其它系列TTL門電路第三節(jié)TTL集成邏輯門返回120

TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導(dǎo)體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。

TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。簡單了解TTL反相器的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應(yīng)用所需知識）。121復(fù)習(xí)什么是高電平？什么是低電平？什么是狀態(tài)賦值？什么是正邏輯？什么是負(fù)邏輯？二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？1221.電路組成TTL反相器的基本電路

一、晶體管-晶體管邏輯門電路123(1)輸入級NPN當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

uB1=1.0V當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。NNP124(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止125(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導(dǎo)通1262.工作原理（1）當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6V127（2）當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導(dǎo)通。輸出高電平uO=VCC-UBE3-UD≈5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V128(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負(fù)載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負(fù)載能力。當(dāng)輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)輸入低電平時，VT4截止，VT3導(dǎo)通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負(fù)載能力很強?？梢姡瑹o論輸入如何，VT3和VT4總是一管導(dǎo)通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負(fù)載能力很強。

129二、TTL與非門的主要外部特征

1、電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。圖2-10TTL反相器電路的電壓傳輸特性曲線分析VT4截止，稱關(guān)門VT4飽和，稱開門返回1302.TTL與非門輸入特性典型的輸入特性曲線如圖3-3-3（b)所示：所謂的輸入特性就是指輸入電壓和輸入電流之間的關(guān)系曲線。圖3-3-3TTL與非門輸入特性曲線1313、TTL與非門輸入端端接電阻RI的影響。

為了電壓工作在關(guān)態(tài)，必須使VI≤Voff，故可求出電阻Ri的允許數(shù)值為

UOFFUON由圖可知添加公式添加公式1324、TTL與非門輸出特性TTL與非門的輸出特性反映了輸出電壓v0與輸出電流i0的關(guān)系，如圖3-3-6所示。其中輸出電流規(guī)定以灌入電流為正方向。（1）與非門處于關(guān)態(tài)時：此時T4管截止，T3管、D4管導(dǎo)通，這時的負(fù)載為拉電流。輸出電阻R0為100Ω左右.當(dāng)拉電流增加時,輸出高電平將減小.如圖3-3-6(a)所示.圖3-3-6133(2)與非門處于關(guān)態(tài)時:此時T4飽和,T3管和D4管截止,負(fù)載電流為灌入電流.輸出電阻R0為10-20Ω.當(dāng)灌入電流增加時,T4的飽和程度減輕,輸出低電平隨灌入電流增加而略有增加,入圖3-3-6(b)的OA段所示.若灌入電流增加到使T4管工作在放大區(qū),則隨著灌如電流的增大,使輸入低電平增加較快,如曲線中的AB段.這是不允許的.134

(5)閾值電壓UTH

電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應(yīng)的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH≈1.4V。

(6)噪聲容限（UNL和UNH

）噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。

UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強。1355\傳輸延遲時間

在TTL門電路中,由于二極管\三極管開關(guān)時間的影響,使得輸出與輸入之間存在延遲,這種延遲時間稱為傳輸延遲時間.通常輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖綍r的傳輸延遲時間稱為延遲截止時間,記為tPLH;將輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的傳輸時間稱為導(dǎo)通延遲時間記為tPLH0如圖3-3-8所示.我們用平均延遲時間tpd來表示TTL門電路的傳輸延遲時間,tpd的大小反映了TTL門電路的工作速度.tpd為136UOFFUNLUILUONUNHUIH1376.電源特性-平均功耗和動態(tài)尖峰電流(1)平均功耗不難發(fā)現(xiàn),穩(wěn)態(tài)時TTL門電路工作于開態(tài)和關(guān)態(tài)時的電源電流值是不同的.電路處于穩(wěn)態(tài)時的空載功能稱為空載導(dǎo)通功耗.(2)動態(tài)尖峰電流當(dāng)輸入電壓由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,電路的狀態(tài)由開態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)態(tài).在這個轉(zhuǎn)換過程中,出現(xiàn)T1T2T3和T4等管同時處于導(dǎo)通的瞬間.7.TTL與非門的主要參數(shù)TTL與非門的主要參數(shù)有:輸出低電平,開門電平,關(guān)門電平,輸入漏電流,輸入短路電流,平均傳輸時間,扇入和扇出系數(shù)及空載導(dǎo)通功耗和空載截止功耗等.138①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）

UNL=UOFF-UIL

UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，則有UNL=0.8-0.3=0.5(V)

②高電平噪聲容限（高電平負(fù)向干擾范圍）

UNH=UIH-UON

UIH為電路輸入高電平的典型值（3V）若UON=1.8V，則有UNH=3-1.8=1.2(V)139三、其它類型的TTL門電路TTL或非門TTL異或門3.集電極開路的TTL與非門（OC門）三態(tài)輸出門140

兩個重要參數(shù)：

(1)輸入短路電流IIS當(dāng)uI=0V時，iI從輸入端流出。

iI=－(VCC－UBE1)/R1=－(5－0.7)/4≈－1.1mA

(2)高電平輸入電流IIH

當(dāng)輸入為高電平時，VT1的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，處于倒置工作狀態(tài)，倒置工作的三極管電流放大系數(shù)β反很小(約在0.01以下)，所以

iI=IIH=β反

iB2

IIH很小，約為10μA左右。141圖2-12輸入負(fù)載特性曲線（a）測試電路（b）輸入負(fù)載特性曲線

TTL反相器的輸入端對地接上電阻RI時，uI隨RI

的變化而變化的關(guān)系曲線。2.輸入負(fù)載特性142在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當(dāng)輸入電壓uI達到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不變，故uI=1.4V也不變。這時VT2和VT4飽和導(dǎo)通，輸出為低電平。虛框內(nèi)為TTL反相器的部分內(nèi)部電路

143RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，輸出高電平；RI

較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI→∞懸空時？144

(1)

關(guān)門電阻ROFF

——在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許RI

的最大值稱為關(guān)門電阻。典型的TTL門電路ROFF≈0.7kΩ。

(2)開門電阻RON——在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許RI

的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路RON≈2kΩ。數(shù)字電路中要求輸入負(fù)載電阻RI≥RON或RI≤ROFF

，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。振蕩電路則令ROFF≤RI≤RON使電路處于轉(zhuǎn)折區(qū)。1453.輸出特性

指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。

(1)輸出高電平時的輸出特性負(fù)載電流iL不可過大，否則輸出高電平會降低。圖2-13輸出高電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線拉電流負(fù)載146圖2-14輸出低電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線(2)輸出低電平時的輸出特性負(fù)載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。一般灌電流在20mA以下時，電路可以正常工作。典型TTL門電路的灌電流負(fù)載為12.8mA。灌電流負(fù)載1471.CT54/74H系列CT54/74H系列又稱高速系列。2.CT54S/74S系列74S又稱肖特基系列。3.CT54LS/74LS系列74SL系列又稱為低功耗肖特基系列。四、其它系列TTL門電路1482．TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)表2-574系列TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)參數(shù)名稱典型數(shù)據(jù)

導(dǎo)通電源電流ICCL

≤10mA

截止電源電流ICCH

≤5mA

輸出高電平UOH

≥3V

輸出低電平UOL

≤0.35V

輸入短路電流IIS

≤2.2mA

輸入漏電流IIH

≤70μA

開門電平UON

≤1.8V

關(guān)門電平UOFF

≥0.8V

平均傳輸時間tpd

≤30ns149作業(yè)題3-11150第四節(jié)其它類型的雙極型數(shù)字集成電路一、發(fā)射極耦合邏輯（ECL）門二、集成注入邏輯（I2L）電路151一、CMOS反相器的工作原理二、CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性第五節(jié)CMOS

門電路六、COMS邏輯門電路四、電源特性五、COMS傳輸門三、CMOS反相器的輸入特性和輸出特性152復(fù)習(xí)為什么要用OC門？OC門的工作條件？OC門有何應(yīng)用？三態(tài)門有哪三態(tài)？三態(tài)門有何應(yīng)用？153

MOS門電路：以MOS管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。

MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，得到了十分迅速的發(fā)展。第五節(jié)CMOS門電路1543、5、1CMOS反相器1．MOS管的開關(guān)特性MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。當(dāng)NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補，稱為CMOS管(意為互補)。

MOS管有增強型和耗盡型兩種。在數(shù)字電路中，多采用增強型。155圖2-24NMOS管的電路符號及轉(zhuǎn)移特性

(a)電路符號（b）轉(zhuǎn)移特性D接正電源截止導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小

（1）NMOS管的開關(guān)特性

156圖2-25PMOS管的電路符號及轉(zhuǎn)移特性

(a)電路符號（b）轉(zhuǎn)移特性D接負(fù)電源

（2）PMOS管的開關(guān)特性

導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小截止157圖2-26CMOS反相器UIH=VDD截止UOL≈0V當(dāng)uI=UIH=VDD

，VTN導(dǎo)通，VTP截止，uO=UOL≈0V導(dǎo)通158圖2-26CMOS反相器PMOS管負(fù)載管NMOS管驅(qū)動管

開啟電壓（又稱門電壓）UGS(th)<0，V(GS)N>0且VDD|VGS(th)|+Vgs(th)N。2．CMOS反相器的工作原理

（1）基本電路結(jié)構(gòu)159

（2）工作原理圖2-26CMOS反相器UIL=0V截止導(dǎo)通UOH≈VDD當(dāng)uI=UIL=0V時，VTN截止，VTP導(dǎo)通，

uO=UOH≈VDD

160

（3）邏輯功能實現(xiàn)反相器功能（非邏輯）。（4）工作特點

VTP和VTN總是一管導(dǎo)通而另一管截止，而且截止內(nèi)阻又極大，流過VTP和VTN的靜態(tài)電流極小（納安數(shù)量級），因而CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。這是CMOS電路最突出的優(yōu)點之一。161圖2-27CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性

3、5、2CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性AB段：截止區(qū)iD為0BC段：轉(zhuǎn)折區(qū)閾值電壓UTH≈VDD/2轉(zhuǎn)折區(qū)中點：電流最大CMOS反相器在使用時應(yīng)盡量避免長期工作在BC段。CD段：導(dǎo)通區(qū)162CMOS電路的優(yōu)點：

（1）靜態(tài)功耗極小。

CMOS電路靜態(tài)電流很小，約為納安數(shù)量級。（2）抗干擾能力很強。輸入噪聲容限可達到VDD/2。（3）電源利用率高。多數(shù)CMOS電路可在3～18V的電源電壓范圍內(nèi)正常工作。

（4）輸入阻抗高。（5）負(fù)載能力強。

CMOS電路可以帶50個同類門以上。（低電平0V，高電平VDD）1633.5.3、1CMOS門電路的使用知識

1．輸入特性

CMOS電路的輸入端設(shè)置了保護電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應(yīng)注意以下幾點：3.5、3CMOS反相器的輸入特性和輸出特性164

該電路具有或非邏輯功能,即Y=A+B

當(dāng)輸入全為低電平，兩個驅(qū)動管均截止，兩個負(fù)載管均導(dǎo)通，輸出為高電平。00截止導(dǎo)通1165

（1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。（2）存儲和運輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。2．輸出特性輸出低電平等效電路，也上輸入為高電平時，負(fù)載管Tp截止，驅(qū)動管TN管導(dǎo)通，這時負(fù)載電流從負(fù)載電路灌入驅(qū)動管。所以輸出低電平時的輸出特性曲線和N溝道MOS管的漏極特性曲線相同。1663.5、4電源特性

1．靜態(tài)功耗靜態(tài)時，無論輸入是高電平還是低電平，TP管和TN管總有一個是截止有。由于截止時的漏電流極小，所以這個電流產(chǎn)生的功耗可以忽略不計。但是，在實際的反相器中不僅有輸入保護二極管，還存在著寄生二極管。這些二極管的反向漏電流比TP管或TN管截止時的漏電流要大得多，它們構(gòu)成了電源靜態(tài)電流的主要成分。返回167

當(dāng)COMS反相器從一種穩(wěn)定工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，所產(chǎn)生的功耗移為動態(tài)功耗。動態(tài)功耗由兩部分組成，一部分是TP管、TN管在短時間內(nèi)同時導(dǎo)通所產(chǎn)生的功耗PT（稱為瞬時功耗），另一部分是在這個過程中對負(fù)載電容充、放是所消耗的功耗。2．動態(tài)功耗。168若C=1（接VDD)、C=0（接地），當(dāng)0＜uI＜(VDD－|UT|)時，VTN導(dǎo)通；當(dāng)|UT|＜uI＜VDD

時，VTP導(dǎo)通；

uI在0~VDD之間變化時，VTP和VTN至少有一管導(dǎo)通，使傳輸門TG導(dǎo)通。1、工作原理（了解）若C=0（接地)、C=1（接VDD

），

uI在0~VDD

之間變化時，VTP和VTN均截止，即傳輸門TG截止。3、5、5COMS傳輸門1692、組成它是由PMOS增強型和NMOS增強型管并聯(lián)互補組成的，也是PMOS管的源極和NMOS管的尖極相連，作為輸出/輸入端。兩個極受一對控制信號C和控制端。由于MOS器件的尖和平漏兩個擴散區(qū)是對稱的，所以信號可以雙向傳輸。170圖2-29CMOS與非門

在每個輸入端、輸出端加一級反相器，并且電路具有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的反相器稱為緩沖級。Y=AB1、CMOS與非、或非門

負(fù)載管并聯(lián)（并聯(lián)開關(guān)）

驅(qū)動管串聯(lián)（串聯(lián)開關(guān)）3、5、6COMS邏輯門電路171COMS或非門172圖2-32CMOS三態(tài)門之一(a)電路(b)邏輯符號

當(dāng)EN=0時，TG導(dǎo)通，F(xiàn)=A；當(dāng)EN=1時，TG截止，F(xiàn)為高阻輸出。②CMOS三態(tài)門173

（3）應(yīng)用舉例圖2-31CMOS模擬開關(guān)

①CMOS模擬開關(guān)：實現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)的功能。

C=0時，TG1導(dǎo)通、TG2截止，uO=uI1；

C=1時，TG1截止、TG2導(dǎo)通，uO=uI2。174圖3-33TTL門驅(qū)動CMOS門①外接上拉電阻RP在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使TTL門電路的UOH≈5V。（當(dāng)電源電壓相同時）

175②選用電平轉(zhuǎn)換電路(如CC40109)若電源電壓不一致時可選用電平轉(zhuǎn)換電路。

CMOS電路的電源電壓可選3~18V；而TTL電路的電源電壓只能為5V。③采用TTL的OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。若電源電壓不一致時也可選用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。1762.三態(tài)輸出的CMOS門電路（1）電平匹配

CMOS門電路作為驅(qū)動門，UOH≈5V，UOL≈0V；

TTL門電路作為負(fù)載門，UIH≥2.0V，UIL≤0.8V。電平匹配是符合要求的。（2）電流不匹配

CMOS門電路4000系列最大允許灌電流為0.4mA，

TTL門電路的IIS≈1.4mA，

CMOS4000系列驅(qū)動電流不足。177

（3）解決電流匹配問題

CMOS電路常用的是4000系列和54HC/74HC系列產(chǎn)品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。①選用CMOS緩沖器比如，CC4009的驅(qū)動電流可達4mA。②選用高速CMOS系列產(chǎn)品選用CMOS的54HC/74HC系列產(chǎn)品可以直接驅(qū)動TTL電路。178表3-7各種系列門電路的主要參數(shù)179表3-8常用集成門電路(TTL系列）

型號名稱主要功能74LS00四2輸入與非門

74LS02四2輸入或非門

74LS04六反相器

74LS05六反相器OC門74LS08四2輸入與門

74LS13雙4輸入與非門施密特觸發(fā)74LS308輸入與非門

74LS32四2輸入或門

74LS644-2-3-2輸入與或非門

74LS13313輸入與非門

74LS136四異或門OC輸出74LS365六總線驅(qū)動器同相、三態(tài)、公共控制74LS368六總線驅(qū)動器反相、三態(tài)、兩組控制180表3-8常用集成門電路(CMOS系列）

型號名稱主要功能CC4001四2輸入或非門

CC4011四2輸入與非門

CC4030四異或門

CC4049六反相器

CC4066四雙向開關(guān)

CC4071四2輸入或門

CC4073三3輸入與門

CC4077四異或非門

CC40788輸入或/或非門

CC40862-2-2-2輸入與或非門可擴展CC4097雙8選1模擬開關(guān)

CC4502六反相器/緩沖器三態(tài)、有選通端1813、5、7COMS電路的鎖定效應(yīng)及正確使用方法1、COMS電路的鎖定效應(yīng)

鎖定效應(yīng)又稱為可硅效應(yīng)，是COMS電路中的一個特有問題。發(fā)生鎖定效應(yīng)后往往會造成COMS器件的永久失效。因此完全有必要了解COMS電路產(chǎn)生鎖定效應(yīng)的原因及其防護方法。182在如下情況可以導(dǎo)通：（1）若V1<—VF（VF表示T1～T6發(fā)射結(jié)的正向?qū)▔航担r，T6導(dǎo)通，進而T1導(dǎo)通，則產(chǎn)生鎖定效應(yīng)。（2）若V1>VDD+VF時，T5導(dǎo)通，進而引起T2導(dǎo)通，則產(chǎn)生鎖定效應(yīng)。（3）若V0<—VF時，T4導(dǎo)通，進而引起T1導(dǎo)通，則產(chǎn)生鎖定效應(yīng)。（4）若V0>VDD+VF時，T3進而引起T2導(dǎo)通，則產(chǎn)生鎖定效應(yīng)。1832、COMS器件使用時應(yīng)注意的問題（1）輸入電路的靜電保護盡管在COMS電路的輸入端已經(jīng)設(shè)置了保護電路，但它所能承受的靜電電壓和脈沖功率仍有一定限度，因此，在運輸時最好使用金屬屏蔽層作為包裝材料，不能用易產(chǎn)生靜電電壓的化工材料、化纖織物包裝。在組裝、調(diào)試時，儀器儀表、工作臺面及烙鐵等均應(yīng)有良好接地。不能使用的多余輸入端不能懸空，以免拾取脈沖干擾。（2）輸入端加過流保護由于輸入保護電路中鉗位二極管電流容量有限，因此在可能出現(xiàn)大輸入電流的情況時，必須加過流保護措施。例如，在輸入端接有低電阻信號源時，或有長線接至輸入端時，或在輸入端接有大電容時，均在輸入端接保護電阻184作業(yè)題1、3-122、3-133、3-14返回185本章小結(jié)門電路是構(gòu)成各種復(fù)雜數(shù)字電路的基本邏輯單元，掌握各種門電路的邏輯功能和電氣特性，對于正確使用數(shù)字集成電路是十分必要的。本章介紹了目前應(yīng)用最廣泛的TTL和CMOS兩類集成邏輯門電路。在學(xué)習(xí)這些集成電路時，應(yīng)把重點放在它們的外部特性上。外部特性包含兩個內(nèi)容，一個是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系，即所謂邏輯功能；另一個是外部的電氣特性，包括電壓傳輸特性、輸入特性、輸出特性等。本章也講一些集成