数字电子技术02-逻辑门电路课件.ppt
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- 数字 电子技术 02 逻辑 门电路 课件
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1、第第2 2章章 逻辑门电路逻辑门电路 集成电路集成电路 把若干个器件及其连线,按照一定的功能要求,制做在把若干个器件及其连线,按照一定的功能要求,制做在同一块半导体基片上的产品。同一块半导体基片上的产品。数字集成电路(逻辑集成电路)数字集成电路(逻辑集成电路)完成逻辑功能或数字功能的集成电路。完成逻辑功能或数字功能的集成电路。集成逻辑门集成逻辑门 最简单的数字集成电路。最简单的数字集成电路。7400引脚配置及DIP封装外形图本章教学要求本章教学要求1.1.熟练掌握常用门电路的熟练掌握常用门电路的符号及逻辑功能符号及逻辑功能;了解;了解TTLTTL与非门的工作原理;与非门的工作原理;2.2.熟悉
2、熟悉TTLTTL、CMOSCMOS集成逻辑门的集成逻辑门的外部特性、主要参外部特性、主要参数和使用方法数和使用方法;3.3.理解集电极开路门和三态门的主要特点及应用;理解集电极开路门和三态门的主要特点及应用;4.4.了解了解ECLECL的特点。的特点。正逻辑正逻辑 高电平高电平U UOHOH “真真”(1 1);低电平低电平U UOLOL“假假”(0 0)。负逻辑负逻辑 与上相反与上相反 高电平高电平U UOHOH “假假”(0 0);低电平低电平U UOLOL“真真”(1 1)。逻辑电平(逻辑电平(U UOHOH和和U UOLOL)因逻辑器件内部结构不同而异因逻辑器件内部结构不同而异;U U
3、OHOH和和U UOLOL的差值愈大,电路可靠性越高。的差值愈大,电路可靠性越高。正负逻辑正负逻辑获得高低电平的原理获得高低电平的原理 输入信号输入信号Ui控制晶体管起到开关控制晶体管起到开关S的作用:的作用:开关开关S断开时,输出电压断开时,输出电压UO为高电平;为高电平;开关开关S导通时,输出电压导通时,输出电压UO为低电平;为低电平;输入、输出电压的高低电输入、输出电压的高低电平都是一个范围平都是一个范围1.按集成度分类按集成度分类一、逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类名称名称缩写缩写元件集成度元件集成度等效门等效门实例实例小规模集成电路小规模集成电路(Small Scale Integr
4、ation)SSI10100个个1020个个逻辑门、触发器逻辑门、触发器等等中规模集成电路中规模集成电路(Medium Scale Integration)MSI1001000个个20100个个译码器、译码器、MUX、加法器、计数器加法器、计数器大规模集成电路大规模集成电路(Large Scale Integration)LSI1000100000个个1001000个个RAM、ROM、微、微处理器、单片机、处理器、单片机、DSP、ASIC等等超大规模集成电路超大规模集成电路(Large Scale Integration)VLSI100000个以上个以上1000个以上个以上2.按基本结构分类按
5、基本结构分类 TTLTTL门门(晶体管晶体管-晶体管逻辑门晶体管逻辑门)ECLECL门门(射极耦合逻辑门射极耦合逻辑门)I I2 2L L门门(集成注入逻辑门集成注入逻辑门)PMOSPMOS门门(P(P沟道增强型沟道增强型MOSMOS管构成的逻辑门管构成的逻辑门)NMOSNMOS门门(N(N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管构成的逻辑门管构成的逻辑门)CMOSCMOS门门(利用利用PMOSPMOS管和管和NMOSNMOS管构成的互补电路)管构成的互补电路)双极型逻辑门双极型逻辑门单极型逻辑门单极型逻辑门3.3.按逻辑门电路的型号分类(按逻辑门电路的型号分类(TITI)4000系列系列HC/HC
6、T(高速系列高速系列)A HC/AHCT、VHC/VHCT(改进高速系列改进高速系列)LVC(低压系列低压系列)ALVC(改进低压系列改进低压系列)SN54/74系列系列74H(高速系列高速系列)74L(低功耗系列低功耗系列)74S(肖特基系列肖特基系列)74AS(改进肖特基系列改进肖特基系列)74LS(低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列)74LS(低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列)74F(快速系列快速系列)TTL门门CMOS 门门54系列系列军用型:尺寸小、功耗小、军用型:尺寸小、功耗小、可靠性高、工作温度范围大(可靠性高、工作温度范围大(-55+125)74系列系列民用型,低成本改进型,工民
7、用型,低成本改进型,工作温度(作温度(0+70)P:39P:484.4.按逻辑功能分类按逻辑功能分类与门与门或门或门非门非门与非门与非门或非门或非门与或非门与或非门异或门异或门同或门同或门5.5.按结构分类按结构分类OC门(集电极开路输出门)TS门(三态输出门)CMOS门门TTL门门普通结构门普通结构门特殊结构门特殊结构门OD门(漏极开路输出门)TG门(CMOS传输门)TS门(三态输出门)TTL电路具有速度快、驱动能力强的特点。电路具有速度快、驱动能力强的特点。缺点,是功耗比较大,只能做成小规模和中规模集成缺点,是功耗比较大,只能做成小规模和中规模集成电路电路。CMOS集成电路最突出的优点在于
8、功耗极低,所以非集成电路最突出的优点在于功耗极低,所以非常适合于制作大规模集成电路。常适合于制作大规模集成电路。随着随着CMOS制作工艺的不断进步,无论在工作速度还制作工艺的不断进步,无论在工作速度还是在驱动能力上,是在驱动能力上,CMOS电路都已经可与电路都已经可与TTL电路比电路比拟。因此,拟。因此,CMOS电路将逐渐取代电路将逐渐取代TTL电路而成为数电路而成为数字集成电路的主流产品。字集成电路的主流产品。1.二极管、三极管逻辑门二极管、三极管逻辑门二极管与门二极管或门三极管非门二、分立门电路和集成门电路功能分析二、分立门电路和集成门电路功能分析双极型三极管的开关等效电路双极型三极管的开
9、关等效电路截止时饱和导通时关门状态开门状态2.TTL2.TTL与非门与非门OC门在使用时输门在使用时输出端必须外接一出端必须外接一个电阻到个电阻到+VCC,称为上拉电阻称为上拉电阻3 3.集电极开路输出门集电极开路输出门(OC(OC门门)OCOC门门 “线与线与”)(21 CDABFFF)(OCOC门并联电路门并联电路等效逻辑电路等效逻辑电路(b)BADCFF1F2&(a)&ABCD门2门1F1F2线与FRCICC4.4.漏漏极开路输出门极开路输出门(O(OD D门门)5.5.三态输出门(三态输出门(TSTS门)门)EN=1EN=1 正常的与非门正常的与非门 EN=0EN=0 禁止状态禁止状态
10、 输出端相当于悬空输出端相当于悬空 三态门与负载之间三态门与负载之间 无信号联系无信号联系 注意注意 禁止状态不是逻辑状态禁止状态不是逻辑状态 三态门不是三值逻辑门三态门不是三值逻辑门三态门的图形符号三态门的图形符号低电平有效:高电平有效:三态缓冲门三态倒相门三态与门三态与非门三态门的应用三态门的应用 在公用通道(总线)上轮流传送信息 实现输入输出双向传输端口实现输入输出双向传输端口输出G=0输入G=1【例】写出下图电路的输出函数表达式,画出对应所【例】写出下图电路的输出函数表达式,画出对应所示输入波形的输出波形。示输入波形的输出波形。解解 由图可见,当E=0时,上端三态门工作,下端三态门处于
11、高阻状态,;当E=1时,下端三态门工作,上端三态门处于高阻状态,。由此可得F的综合表达式为:,F对应的输出波形如图所示。AF)(BAF)(BAEAEF6.CMOS传输门及双向模拟开关传输门及双向模拟开关当当C=0,C=1时,时,TG门截止;门截止;当当C=1,C=0时,时,TG门导通;门导通;外特性:外特性:指的是电路在外部表现出来的各种特性。指的是电路在外部表现出来的各种特性。外部特性包含两个内容:外部特性包含两个内容:1.1.输出与输入间的逻辑关系,即逻辑功能;输出与输入间的逻辑关系,即逻辑功能;2.2.外部的电气特性,包括电压传输特性、输入特外部的电气特性,包括电压传输特性、输入特性、输
12、出特性等。性、输出特性等。三、三、TTL集成门电路的主要外部特性及参数集成门电路的主要外部特性及参数直流电源电压直流电源电压输入输入 /输出逻辑电平输出逻辑电平输入输入 /输出电流输出电流扇出系数扇出系数传输延时传输延时功耗功耗 参数参数引线排列从左下角引线排列从左下角 开始开始,逆时针计算逆时针计算 缺口缺口标记标记17814绝大多数右下角GND绝大多数左上角Vcc&GNDCCV74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形如图所示。正视图74LS00封装和引脚封装和引脚241.1.标准标准TTLTTL门的输入门的输入 /输出逻辑电平输出逻辑电平 (max)(max)OLILNLVVV
13、输入低电平时噪声容限:输入低电平时噪声容限:(min)(min)IHOHNHVVV输入高电平时噪声容限:输入高电平时噪声容限:【例】74系列门电路中,输入输出电平典型参数为:VIL(max)=0.8V,VIH(min)=2.0V,VOL(max)=0.4V,VOH(min)=2.4V,因此可以计算出VNL=0.4V,VNH=0.4V。导通延迟时间导通延迟时间t tpHLpHL 从输入端接入高电平从输入端接入高电平开始,到输出端输出开始,到输出端输出低电平为止,所经历低电平为止,所经历的时间;的时间;截止延迟时间截止延迟时间t tpLHpLH 从输入端接入低电平从输入端接入低电平开始,到输出端输
14、出开始,到输出端输出高电平为止,所经历高电平为止,所经历的时间的时间 平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpdTTLTTL与非门的延迟时间与非门的延迟时间 UIUOAAtpHLBBtpLH)(21pLHpHLpdttt272.扇入和扇出系数扇入和扇出系数“拉电流拉电流”工作状态工作状态 :(相对驱动门来说的(相对驱动门来说的)“灌电流灌电流”工作状态工作状态:扇入系数扇入系数:指一个门电路所能允许的输入端个数。:指一个门电路所能允许的输入端个数。扇出系数扇出系数:一个门电路所能驱动的同类门电路输:一个门电路所能驱动的同类门电路输入端的最大数目。入端的最大数目。OHOLIHILIIII扇出
15、系数或【例】在如图所示的由74系列TTL与非门组成的电路中,计算门G1能驱动多少同样的与非门。要求G1输出的高、低电平满足VOH3.2V,VOL0.4V。与非门的输入电流为IIL-1.6mA,IIH40A。VOL0.4V时输出电流最大值为IOL(max)=16mA,VOH3.2V时输出电流最大值为IOH(max)=-0.4mA。G1的输出电阻忽略不计。10mA6.1mA16IL(max)OL(max)ILOLOLIIIIN5mA04.02mA4.0(max)HI(max)HOHIOHOHInIInIN5,minOHOLONNN灌电流工作时:灌电流工作时:拉电流工作时:拉电流工作时:3.电压传输
16、特性电压传输特性 TTL与非门电压传输特性是指在某一输入端接可调直流电源,与非门电压传输特性是指在某一输入端接可调直流电源,其余输入端接高电平情况下,输出电压其余输入端接高电平情况下,输出电压VO随输入电压随输入电压VI变化变化的曲线。的曲线。AB段(截止区)BC段(线性区)CD段(转折区)DE段(饱和区)根据根据电压传输特性电压传输特性,可以求出,可以求出TTL非门几个非门几个重要参数重要参数:输入高电平输入高电平VIH和输入低电平和输入低电平VIL 、输出高电平、输出高电平VOH和输出低电平和输出低电平VOL 、开门、开门电平电平VON和关门电平和关门电平VOFF 、阈值电压、阈值电压VT
17、H等等。VOHVOLVONVOH(min)VOL(max)VOFFVTHV IL(max)V IH(min)VILVIH关门状态关门状态开门状态开门状态B【例例】根据根据电压传输特性电压传输特性,求出,求出TTL非门几个非门几个重要参数重要参数:输入高电输入高电平平VIH和输入低电平和输入低电平VIL 、输出高电平、输出高电平VOH和输出低电平和输出低电平VOL 、开、开门电平门电平VON和关门电平和关门电平VOFF 、阈值电压、阈值电压VTH等等。4.输入端负载特性输入端负载特性TTL反相器的输入端对地接上电阻RI 时,uI随RI 的变化而变化的关系曲线。ROFF关门电阻RON 开门电阻uI
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