[工学]数字电路与系统设计课件

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1、第2章组合逻辑器件与电路2.1集成逻辑门2.2常用MSI组合逻辑模块2.3组合逻辑电路分析2.4组合逻辑电路设计*2.5组合逻辑电路中的竞争与险象2.1集成逻辑门2.1.1双极型逻辑门电路1.TTL与非门电路(1)电路组成TTL逻辑门电路的基本形式是与非门，其典型电路如图2-1所示，它在结构上可分为输入级、中间级和输出级三个部分。输入级是由多射极晶体管V1和电阻R1组成的一个与门，实现输入逻辑变量A、B、C的“与”运算功能。V1管的电流放大作用，有利于提高V1管从饱和到截止的转换速度。中间级是由V2、R2及R3组成的一个电压分相器。它在V2的发射极与

2、集电极上分别得到两个相位相反的电压，以驱动输出级三极管V4、V5轮流导通。输出级是由V3、V4、V5和R4、R5组成的一个非门。其中V5为驱动管，达林顿复合晶体管V3、V4与电阻R4、R5一起构成了V5的有源负载。输出级采用的推挽结构，使V4、V5轮流导通，输出阻抗较低，有利于改善电路的输出波形，提高电路的负载能力。图2-1典型TTL与非门电路2)工作原理图2-2输入全为高电平时的工作状态图2-3输入有低电平时的工作状态3)电路功能如果用逻辑“1”表示高电平(+3.6V)，用逻辑“0”表示低电平(+0.3V)，则根据前面分析可知，该电路只有当输入变量

3、A、B、C全部都为1时，输出才为0，实现了三变量A、B、C的与非运算：。因此，该电路是一个三输入与非门。2．集电极开路门和三态门1)集电极开路门集电极开路门简称OC门(Open-CollectorGate)，它是将TTL与非门输出级的倒相器V5管的集电极有源负载V3、V4及电阻R4、R5去掉，保持V5管集电极开路而得到的。由于V5管集电极开路，因此使用时必须通过外部上拉电阻RL接至电源EC。EC可以是不同于UCC的另一个电源。图2-4OC门逻辑符号(a)国标符号；(b)惯用符号OC门的逻辑符号如图2-4所示。国标符号中的表示逻辑门是集电极开路输出

4、。OC门之所以允许输出端直接连在一起，是因为RL的阻值可以根据需要来选取。只要该阻值选择得当，就可保证OC门的正常工作。RL的估算公式如下：其中:n为输出端直接相连的OC门的个数；m为负载门的个数；EC为RL外接电源的电压；UOLmax为输出低电平的上限值；ＵOHmin为输出高电平的下限值；IOL为单个OC门输出低电平时输出管V5所允许流入的最大电流；ISE为负载门的短路输入电流；IOH为OC门输出高电平时由负载电阻流入输出管V5的电流，也称输出漏电流；IRE为负载门输入高电平时的输入电流，也称输入反向漏电流.OC门的有关电压、电流

5、参数可从集成电路手册中查到。例如，某OC门的IOL=16mA，ISE=1.6mA，IOH=0.25mA，IRE=0.05mA，UOLmax=0.3V，UOHmin=3.0V，如果n=4，m=3，EC=5V，则可计算出RLmin=420Ω，RLmax=1740Ω，即上拉电阻RL的取值范围为420Ω~1740Ω。一般而言，RL越小，速度越高，但功耗也越大，因此需要统一考虑。本例中，如果速度能够满足使用要求，可取RL=1.5kΩ，以便降低电路的功耗。【例2-1】用OC门实现逻辑函数。解,实现电路如图2-5所示。显然，只有当两个OC门输出都为1时，F才为1。因

6、此，多个OC门输出端连接在一起实现的是“逻辑与”功能。在数字电路中，这种将多个逻辑门输出端直接连在一起实现“逻辑与”功能的方法称为“线与(WiredAND)”。如果逻辑门输出端直接连在一起实现“逻辑或”的功能，则称为“线或(Wired-OR)”。OC门除了可以“线与”连接外，还可以用来驱动感性负载或实现电平转换。例如，在图2-5的电路中，EC=10V时，F的输出高电平就从3.6V变成了10V。图2-5例2-1电路2)三态门三态门也称TS门(ThreeStateGate)，是在TTL逻辑门的基础上增加一个使能端EN而得到的。当EN=0时，TTL

7、与非门不受影响，仍然实现与非门功能；当EN=1时，TTL与非门的V4、V5将同时截止，使逻辑门输出处于高阻状态。因此，三态门除了具有普通逻辑门的高电平（逻辑1）和低电平（逻辑0）两种状态之外，还有第三种状态——高阻抗状态，也称开路状态或Z状态。三态门的逻辑符号和真值表分别如图2-6和表2-1所示。国标符号中的倒三角形“▽”表示逻辑门是三态输出，EN为“使能”限定符，输入端的小圆圈表示低电平有效(有的三态门也可能没有小圆圈，说明EN是高电平有效)。图2-6三态门的符号(a)国标符号；(b)惯用符号表2-1三态门的真值表ENABF1Φφ高阻0001001

8、101010110多个三态门的输出端可以直接相连，但与OC门线与连接明显不同的是