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数字逻辑电路

数字逻辑电路. 主讲 江晓安教授. 第二章 基本逻辑运算与集成门电路. 2.0. 概述. 2.1. 基本逻辑运算. 2.2. 常用复合逻辑. 第二章 基本逻辑运算与集成门电路. 2.3 关于使用集成电路的有关问题. 2.0. 概述. 从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题。 逻辑运算是 逻辑思维 和 逻辑推理 的数学描述。.

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Presentation Transcript

  1. 数字逻辑电路 主讲 江晓安教授 第二章 基本逻辑运算与集成门电路

  2. 2.0 概述 • 2.1 基本逻辑运算 • 2.2 常用复合逻辑 第二章 基本逻辑运算与集成门电路 • 2.3 关于使用集成电路的有关问题

  3. 2.0 概述 从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题。 逻辑运算是逻辑思维和逻辑推理的数学描述。 逻辑问题的前提是二值性问题，即一个问题只有二种答案，不是“真”就是“假”，不存在第三种似是而非的答案。这样逻辑问题也可用二种代码表示，一般用“1”和“0”表示二种答案。此处的“1”和“0”仅表示一个问题的二种结果，不表示数,无大小之分。“1”和“0”称逻辑常量。

  4. 2.1.1 与逻辑（与运算、逻辑乘） • 2.1.2 或逻辑（或运算、逻辑加） 非逻辑（非运算、逻辑反） • 2.1 基本逻辑运算

  5. 2.1.1 与逻辑（与运算、逻辑乘） A B A B R R F F E E 真值表 AB F 00 0 01 0 10 0 11 1 只有前提均具备了，结果才发生，这种关系称为“与”逻辑。下面我们用开关A、B 串联控制灯F 的亮与灭，说明与逻辑的功能。 一、真值表 将AB各种可能的情况与灯 F的关系列表表示如右图： 定义：开关合上为“1”，断开为“0”。 灯亮为“1”，灯灭为“0”。 描述逻辑功能有不同的手段。

  6. 2.1.1 与逻辑（与运算、逻辑乘） & ＆ A A A F F F B B B a b c （ ） 国家标准 （ ） 国外流行 （ ） 国际标准 二、逻辑函数表达式 F=A·B 将逻辑常量代入： 三、逻辑符号 目前存在三种符号表示， 逐渐应统一到国际标准。

  7. 2.1.1 与逻辑（与运算、逻辑乘） A B F 四、波形关系 高电平为“1”，低电平为“0”

  8. A R B F E 2.1.2 或逻辑(或运算、逻辑加) 只要具备了一个前提，结果就发生，这种关系称为“或”逻辑。下面我们用开关A、B 并联控制灯F的亮与灭，说明“或”逻辑的功能。 定义：开关 A 或 B 合上为“1”，断开为“0”。 灯亮为“1”，灯灭为“0”。 描述逻辑功能四种不同的手段。

  9. A R B F E 真值表 AB F 00 0 01 1 10 1 11 1 2.1.2 或逻辑(或运算、逻辑加) 二、逻辑函数表达式 F=A+B 将逻辑常量代入： 一、真值表 将AB各种可能的情况与 灯F的关系列表表示如右图：

  10. ≥ 1 A A A + F F F B B B a b c （ ） （ ） （ ） A B F 2.1.2 或逻辑(或运算、逻辑加) 三、逻辑符号 四、波形关系 高电平为“1”，低电平为“0”

  11. R E A F 2.1.3非逻辑(非运算、逻辑反) 前提与结果相反；前提为真，结果为假。这种关系称为“非”逻辑。下面我们用开关A 控制灯F 的亮与灭，说明“非”逻辑的功能。 定义：开关合上为“1”，断开为“0”。 灯亮为“1”，灯灭为“0”。

  12. R E A F 真值表 二、逻辑函数表达式 F =A 将逻辑常量代入： A F 0 1 1 0 0 = 1 1 = 0 2.1.3非逻辑(非运算、逻辑反) 一、真值表 将AB各种可能的情况 与灯F 的关系列表表示为：

  13. A F 2.1.3非逻辑(非运算、逻辑反) 三、逻辑符号 四、波形关系 高电平为“1”，低电平为“0”

  14. 2.2.1 “与非逻辑” • 2.2.2 “或非逻辑” • 2.2.3 “与或非”逻辑 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 • 2.2 常用复合逻辑 将基本逻辑运算进行简单的组合—组合成如下常用复合逻辑。

  15. 2.2.1 “与非逻辑” 1 ＆ A F 1 B AB AB ＆ A F=AB B & “与”逻辑和“非”逻辑的组合。先“与”再“非”。

  16. 波形图 • 2.2.1 “与非逻辑” 见0得1全1得0 真值表 AB F A B 00 1 01 1 10 1 11 0 F “与”逻辑和“非”逻辑的组合。先“与”再“非”。

  17. 1 1 ≥ A F 1 B • 2.2.2 “或非逻辑” A+B A+B 1 ≥ A F=A+B B “或”逻辑和“非”逻辑的组合。先“或”再“非”。

  18. 波形关系 全0得1见1得0 • 2.2.2 “或非逻辑” 真值表 A AB F B 00 1 01 0 10 0 11 0 F “或”逻辑和“非”逻辑的组合。先“或”再“非”。

  19. ＆ A AB B 1 1 ≥ ≥ 1 1 F=AB+CD 1 • 2.2.3 “与或非”逻辑 ＆ C CD D AB+CD 1 1 ≥ ＆ ≥ ＆ A B F=AB+CD C D “与”逻辑、“或”逻辑、“非”逻辑的组合。 先“与”后“或”最后再“非”。

  20. ① “异或”“同或”逻辑 ② 多变量的“异或” ③ “异或”电路的特殊功能 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 这是具有特殊功能的逻辑，它们的定义均是对二变量而言。

  21. 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 ①“异或”“同或”逻辑 输入二变量相异为“1”，相同为“0”，称为“或”F1。 输入二变量相异为“0”，相同为“1”，称为“同或”F2。 异或 同或 其真值表如下： 由真值表可得出下式 ：

  22. =1 =1 A A A F F F B B B （a） （b） （c） • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 F A A F A F = B B B （a） （b） （c） 异或逻辑符号 同或逻辑符号

  23. =1 F A & 1 B =1 1 ≥ F • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 & =1 C F D 2 ② 多变量的“异或” 由于不存在多变量的“异或”电路，故多变量的“异或”通过二变量“异或”实现。 例如F=A⊕B⊕C⊕D F = F1⊕ F2 F1= A⊕ B F2=C⊕D 代入得： F=A⊕B⊕C⊕D 同理实现多变量的同或电路

  24. 0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊕1=0 0⊕A=A 1⊕A=A 故可十分方便得A，A控制电路如下图所示： =1 A C=0 F=A C=1 F=A F • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 C 控制端 ③“异或”电路的特殊功能

  25. 奇偶检测电路 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 例题 ③ “异或”电路的特殊功能 奇数个“1”相异或结果为“1”。 偶数个“1”相异或结果为“0”。

  26. 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 ③ “异或”电路的特殊功能 利用此特性可十分方便组成奇偶校验位的产生电路。也可十分方便组成奇偶校验码的检验电路。 8421BCD奇校验位产生电路和校验码检测电路如下图所示：

  27. ③ “异或”电路的特殊功能 1 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 1 A A B B C C D D P 1 =1 =1 0 0 0 0 =1 0 & =1 =1 0 P 0 0 0 1 1 0 0 0 检验 0 0 =1 =1 0 0 输出 0 0 奇偶检验位产生电路 奇校验码检测电路

  28. ③ “异或”电路的特殊功能 1 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 0 A A B B C C D D P 0 =1 =1 0 0 =1 0 & =1 =1 P 0 1 1 0 检验 0 =1 0 =1 0 0 输出 奇偶检验位产生电路 奇校验码检测电路

  29. ③ “异或”电路的特殊功能 输入ABCD=0110 则 P = 0⊕1⊕1⊕0 =1 ABCD=1000 则 P = 1⊕0⊕0⊕0 =0 • 2.2.4 “异或”“同或”逻辑 接收A⊕B⊕C⊕D⊕P =1 结果正确 =0结果出错

  30. 3.6V UOH 0.35V ui • 2.3关于使用集成电路的有关问题 前面已讲过集成电路分为双极性型即TTL电路和单极性MOS电路。一般以TTL电路为主讲述有关问题。 一、特性和参数 TTL与非门传输特性如图所示 1.输出高电平UOH输入低电平UOI一般认为UO≤0.5V即为合格,标称值为3V，最高可达到3.6V，输出低电平一般认为小于0.5V为合格，标称值为0.3V。

  31. UO 2.7 0.35V ui 0.35V Uoff ui UON • 2.3关于使用集成电路的有关问题 ２. 开门电平UON和关门电平Voff 关门电平： 开门电平： 输出低电平时与非门处于开门状态，为保证输出低电平低于0.35V是允许输入高电平的最小值称为开门电UON ； 输出为高电平时与非门处于关门状态，为保　证输出高电平高2.7V所允许输入低电平的最高　值称为关门电平Voff；

  32. ui VNL Uoff • 2.3关于使用集成电路的有关问题 3. 噪声容限UNL和UNH 此参数是用来说明门电路的抗干扰能力的。 输入低电平时，输出应为高电平，如果此时输入端在低电平基础上叠加一个正向干扰信号， 如超过Uoff时，输出将低于所规定高电平值，产生逻辑错误。所允许的最大干扰信号幅度称为输入低电平时的噪声容UNL 。 UNL=U0FF－UIL=0.8－0.3=0.5

  33. · ui UIH UON UNH • 2.3关于使用集成电路的有关问题 输入为高电平时，输出应为低电平，如果此时输入端在高电平基础上叠加一个负向干扰信号，如低于UON时，输出将高于规定低电平值，产生逻辑错误。所允许最大干扰信号幅度称为输入高电平时的噪声容限UNH 。 UNH=UIH－UON=3－1.8V=1.2V

  34. ﹠ IIS • 2.3关于使用集成电路的有关问题 4 输入短路电流IIS 对 TTL门而言当输入端接地时，将有一个电流1.4毫安左右的电流由管子流出。 当输入通过电阻接地， IIS将在 电阻上产生电压，影响该输入端的状 态。 一般为了保证输出为高电平，输 入端电阻满足：Ri≤0.7KΩ 为了保证输出低电平，输入端电阻满足： Ri≥2KΩ 场效应管无输入短路电流，通过电阻接地时，输入始终是低电平。

  35. 2.3关于使用集成电路的有关问题 5.门电路的扇入系数NI和NO 门电路允许输入端数为扇入系数NI，一般 NI≥ 8门,为保证门电路输出正确逻辑电平时， 不超过功耗的前提下，其输出端允许带动同类 门的输入端数称为扇出系数，一般NO≥ 8。 NO 愈大，表明门的负载能力愈强。

  36. 2.3关于使用集成电路的有关问题 二、二种特殊门电路 1.输出开路门(OC门） 一般的TTL电路不输出不允许并联使用。 否则当一个输出为高电平，另一个输出为低 电平时，高电平将向低电平门产生一个很大 电流，将烧坏器件，即是器件没坏，输出电 平不正常 (不高也不低）将产生逻辑错误。 电路符号如图 ﹠

  37. UC ﹠ · UC F R ﹠ · ﹠ U0 F=AB·CD=AB+CD • 2.3关于使用集成电路的有关问题 OC门使用时应注意两点 ①　OC门使用时，输出端与电源间应接一个电阻，才能工作。 ② OC门门并联使用时，完成逻辑与的功能通常称为“线与” 功能。

  38. 2.3关于使用集成电路的有关问题 2.三态门(TS门或TSL门） 　　由于计算机CPU采用总线结构，外设均挂在总线上，CPU每一时刻仅能与一个外设交换信息，此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线的状态。否则将破坏系统的正常工作，这就要求连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了0 态和1态外，还增加一个高阻态。

  39. AB CPU DB CB 3﹟ 0﹟ 1﹟ 2﹟ 译 码 器 A1 A0 • 2.3关于使用集成电路的有关问题

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