电工电子技术CAI教学课件.ppt

1、 电工电子技术电工电子技术 CAI教学课件教学课件陶晋宜太原理工大学1、电路分析、电路分析2、模拟电子技术、模拟电子技术3、数字电子技术、数字电子技术4、电机与控制技术、电机与控制技术5、可编程控制技术、可编程控制技术电工电子技术的主要内容电工电子技术的主要内容上册上册下册下册 电工电子技术电工电子技术 （下册）（下册）数字与电气数字与电气控制技术基础控制技术基础下册下册数字电子技术：数字电子技术：第九章第九章 数字电路基础数字电路基础第十章第十章 组合逻辑电路组合逻辑电路第十一章第十一章 触发器与时序逻辑电路触发器与时序逻辑电路第十二章第十二章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形第十三

2、章第十三章 数数/模和模模和模/数转换技术数转换技术第十四章第十四章 存储器与可编程逻辑器件存储器与可编程逻辑器件电机与电气控制：电机与电气控制：第十五章第十五章 电机与电气控制技术基础电机与电气控制技术基础可编程控制技术：可编程控制技术：第十六章第十六章 可编程控制器可编程控制器第第9 9章章 数字电路基础数字电路基础9.1 数制数制9.2 编码编码9.3 逻辑代数基础逻辑代数基础9.4 TTL集成逻辑门集成逻辑门9.5 COM逻辑门逻辑门数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号电子电路中的信号电子电路中的信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号时间连续的信号时间连续的信号时间和幅度都是离散的时间和

3、幅度都是离散的模拟信号：模拟信号：tu正弦波信号正弦波信号t锯齿波信号锯齿波信号u研究模拟信号时，我们注重电路输研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。流放大器、滤波器、信号发生器等。在模拟电路中，晶体管一般工作在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。在放大状态。数字信号数字信号产品数量的统计。产品数量的统计。数字表盘的读数。数字表盘的读数。数字电路信号：数字电路信号：tu研究数字电路时注重电路输出、输入研究数字电路时注重电路输出、输入间

4、的逻辑关系，因此不能采用模拟电间的逻辑关系，因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的工具是逻辑代路的分析方法。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。式及波形图表示。在数字电路中，三极管工作在开关状在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止状态。态，即工作在饱和和截止状态。（1）十进制十进制：以十为基数的记数体制以十为基数的记数体制表示数的十个数码：表示数的十个数码：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循遵循逢十进一逢十进一的规律的规律157=012107105101 9.1 数制数制9.1.1几种常用的进制数制几种常用的

5、进制数制一个十进制数数一个十进制数数 N可以表示成：可以表示成：iiiDaN10)(10i是十进制数的位权。若在数字电是十进制数的位权。若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。技术上带来许多困难，而且很不经济。（2 2）二进制二进制：以二为基数的记数体制以二为基数的记数体制表示数的两个数码：表示数的两个数码：0、1遵循遵循逢二进一逢二进一的规律的规律iiiBaN2）（1001）B=012321202021 2i表示二进制数的权位表示二进制数的权位（1）用电路的两个

6、状态）用电路的两个状态-开、关来开、关来表示二进制数，数码的存储和传输表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。简单、可靠。（2）位数较多，使用不便；不合人）位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。十进制数。二进制与十进制相比的优缺点：二进制与十进制相比的优缺点：（3）八进制和十六进制：八进制和十六进制：(46)8=4 81+6 80=(38)D八进制记数码：八进制记数码：0、1、2、3、4、5、6、7遵循遵循逢八进一逢八进一的规律的规律iiiaN88）（由于二进制书写不方便，又

7、采用八进制由于二进制书写不方便，又采用八进制和十六进制。和十六进制。十六进制记数码：十六进制记数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)(4E6)H=4 162+14 161+6 160=(1254)D逢十六进一逢十六进一iiiHaN16）（9.1.2数制间的转换数制间的转换计算机中处理的数据计算机中处理的数据二进制二进制数据输入、输出计算机时转换成人们数据输入、输出计算机时转换成人们熟悉的数制。需要熟悉的数制。需要数制间的转换。数制间的转换。1.十进制与二进制之间的转换：十进制与二进制之间的转换：02iiiDaN）（2

8、22011aaNiiiD）（2221222aaNiiiD）（两边除二，余数为第两边除二，余数为第0位位a0商两边除二，余第商两边除二，余第1位位a1225 余余 1 a0122 余余 0 a162 余余 0 a232 余余 1 a312 余余 1 a40转换过程：转换过程：(25)D=(11001)B十进制与二进制之间的转换，十进制与二进制之间的转换，可以用二除十进制数，余数是二进可以用二除十进制数，余数是二进制数的第制数的第0位，然后依次用二除所位，然后依次用二除所得的商，余数依次是得的商，余数依次是a1a2、。除二取余法除二取余法对于纯小数对于纯小数：乘乘2 2取整取整两边乘二，整数部分为

9、第两边乘二，整数部分为第-1位位a-1小数两边乘二，整数部分第小数两边乘二，整数部分第-2位位a-2111122iiiDaaN）（1222111222iiiiiiaaa转换过程：转换过程：25.012625.05.00225.002a0125.013a2101.0625.0D11a2.十六进制与二进制之间的转换：十六进制与二进制之间的转换：(0101 1001)B=0 27+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D=(0 23+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160D=(59)H每四位每四位2进进制数对应制数对应一位

10、一位16进进制数制数(10011100101101001000)D=从末位开始从末位开始四位一组四位一组(1001 1100 1011 0100 1000)D=()H84BC9=(9CB48)H3.八进制与二进制之间的转换：八进制与二进制之间的转换：(10011100101101001000)B=从末位开始从末位开始三位一组三位一组(10 011 100 101 101 001 000)B=()O01554=(2345510)O329.2 编码编码数字系统的信息数字系统的信息数值数值文字、图形文字、图形二进制代码二进制代码编编码码为了表示为了表示9.2.1有符号二进制数的编码有符号二进制数的编

11、码算术运算中：算术运算中：+表示正数，表示正数，-表示负数表示负数计算机中：计算机中：0表示正数，表示正数，1表示负数，机器数表示负数，机器数算术运算：算术运算：X=+1010110 Y=-1011100机器数：机器数：X=01010110 Y=11011100机器数的表示方法：原码、反码、补码机器数的表示方法：原码、反码、补码1.原码原码在数值的真值前加符号位。在数值的真值前加符号位。例如：例如：W=1101 X=-1011 Y=0.1001 Z=-0.1001 字长字长n=5。对应的原码：对应的原码：W=01101 X=11011 Y=0.1001 Z=1.1001 计算机中，用原码实现运

12、算时，一般是取计算机中，用原码实现运算时，一般是取绝对值参加运算，符号位单独处理。绝对值参加运算，符号位单独处理。2.补码补码将减法化为加法。是计算机的一种编码方式。将减法化为加法。是计算机的一种编码方式。编码方式：编码方式：正数的补码是正数本身加上用正数的补码是正数本身加上用0 表表示的符号位，与原码相同。示的符号位，与原码相同。负数的补码是：用负数的补码是：用1表示符号位，数表示符号位，数值各位按位求反后加值各位按位求反后加1。例如：例如：W=1101 X=-1011 Y=0.1001 Z=-0.1001 字长字长n=5。对应的补码：对应的补码：W 补补=01101 X 补补=10101

13、Y 补补=0.1001 Z 补补=1.0111 例：求例：求1101-1011=？一般计算：一般计算：1101 -1011 0010用计算机计算：用计算机计算：01101补补 +10101补补 100010 溢出溢出结果相同结果相同3.反码反码编码规则：编码规则：正数的反码是数值，加上用正数的反码是数值，加上用0 表示的符号位。表示的符号位。负数：用负数：用1表示符号位，真值表示符号位，真值 部分按位变反。部分按位变反。例如：例如：W=1101 X=-1011 Y=0.1001 Z=-0.1001 字长字长n=5。对应的反码：对应的反码：W 反反=01101 X 反反=10100 Y 反反=0

14、.1001 Z 反反=1.0110 为了分别表示为了分别表示N个字符，所需的二进制个字符，所需的二进制数的最小位数：数的最小位数：N2n 编码可以有多种，数字电路中所用的主编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二要是二十进制码（十进制码（BCD码）。码）。BCD-Binary-Coded-Decimal4.BCD4.BCD码码在在BCD码中，码中，用四位二进制数表示用四位二进制数表示09十个数码。十个数码。四位二进制数最多可以表四位二进制数最多可以表示示16个字符，因此个字符，因此09十个字符与这十个字符与这16中中组合之间可以有多种情况，不同的对应组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一

15、种编码。这里主要介绍：便形成了一种编码。这里主要介绍：8421码码余余3码码5421码码2421码码简单介绍简单介绍在在BCD码中，十进制数码中，十进制数(N)D 与二进制编码与二进制编码(a3a2a1a0)B 的关系的关系可以表示为：可以表示为：(N)D=W3a3+W2a2+W1a1+W0a0W3W0为二进制各位的权为二进制各位的权所谓的所谓的8421码，就是指各位的权码，就是指各位的权重是重是8、4、2、1。00000001001000110110011110001001101010111101111011110101110001000123678910111314155124012357

16、8964012356789403456782910123678549二进制数二进制数自然码自然码 8421码码 2421码码 5421码码 余三码余三码9.2.2 可靠性编码可靠性编码 为了避免信息代码的错误，提为了避免信息代码的错误，提高可靠性，采用可靠性编码。高可靠性，采用可靠性编码。1.1.循环码（格雷码循环码（格雷码GRAYGRAY）特点：任意两个相邻的循环码，仅特点：任意两个相邻的循环码，仅有一位不同。这样可避免出现误码。有一位不同。这样可避免出现误码。例：四位二进制数例：四位二进制数0101 0110，会出现短暂误码会出现短暂误码0100。采用格雷码就可。采用格雷码就可以避免。以避

17、免。2.奇偶校验码奇偶校验码 由有效位和校验位组成。校验位可位于由有效位和校验位组成。校验位可位于有效位之前，也可位于有效位之后。有效位之前，也可位于有效位之后。奇校验码：奇校验码：当有效位中当有效位中1的个数为偶数时，的个数为偶数时，为为1，当有效位中，当有效位中1的个数为奇数时，为的个数为奇数时，为0。偶校验码：偶校验码：当有效位中当有效位中1的个数为偶数时，的个数为偶数时，为为0，当有效位中，当有效位中1的个数为奇数时，为的个数为奇数时，为1。如下表，校验位位于有效位之后。如下表，校验位位于有效位之后。0000000100100011011001111000100110101011110

18、1111011110101110001000123678910111314155124二进制数二进制数自然码自然码格雷格雷0000000100110010010101001100110111111110101110011000011110100110奇校验奇校验偶校验偶校验0000100010001000011101000010110110101110100001001100000000110010100110010010101001100011111000110010 9.3 逻辑代数基础逻辑代数基础9.3.1逻辑代数的特点和基本运算逻辑代数的特点和基本运算在数字电路中，研究的是电路的输入在

19、数字电路中，研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路逻辑电路，相应的研究工具是，相应的研究工具是逻辑代数逻辑代数（布尔代数）（布尔代数）。“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑是三种基本的逻辑运算，任何其它的逻辑关系都可以由它们运算，任何其它的逻辑关系都可以由它们构成。构成。在逻辑代数中，逻辑函数的变量在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（只能取两个值（二值变量二值变量），即），即0和和1，中间值没有意义，这里的中间值没有意义，这里的0和和1只表示只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高两个对立的逻辑状态，如电位的低高（0表示低

20、电位，表示低电位，1表示高电位）、开表示高电位）、开关的开合等。关的开合等。（1）“与与”逻辑逻辑A、B、C都具备时，事件都具备时，事件F F才发生才发生。EFABC&ABCF逻辑电路符号逻辑电路符号F=ABC逻辑式逻辑式逻辑乘法逻辑乘法逻辑与逻辑与AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表（2 2）“或或”逻辑逻辑A、B、C只有一个具备时，事件只有一个具备时，事件F就发生。就发生。1ABCF逻辑电路符号逻辑电路符号AEFBCF=A+B+C逻辑式逻辑式逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或AFBC00001001010111010011101101111111真

21、值表真值表（3）“非非”逻辑逻辑A具备时具备时，事件，事件F不发生；不发生；A不具备时，不具备时，事件事件F发生。发生。逻辑电路符号逻辑电路符号AEFRAF逻辑式逻辑式逻辑非逻辑非逻辑反逻辑反真值表真值表AF AF01109.3.2 逻辑代数的基本公式和规则逻辑代数的基本公式和规则从三种基本的逻辑关系，我们可以得从三种基本的逻辑关系，我们可以得到以下逻辑运算的基本公式：到以下逻辑运算的基本公式：0 0=0 1=1 0=01 1=10+0=00+1=1+0=1+1=11001 1）基本运算规则）基本运算规则A+0=A A+1=1 A 0=0 A=0 A 1=A1AA AAA 0AA AAA AA

22、 2）基本代数规律）基本代数规律交换律交换律结合律结合律分配律分配律A+B=B+AA B=B AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA(B C)=(A B)CA(B+C)=A B+A CA+B C=(A+B)(A+C)普通代普通代数不适数不适用用!3）吸收规则）吸收规则1.原变量的吸收：原变量的吸收：A+AB=A证明：证明：A+AB=A(1+B)=A1=A利用运算规则可以对逻辑式进行化简。利用运算规则可以对逻辑式进行化简。例如：例如：CDAB)FE(DABCDAB 被吸收被吸收2.反变量的吸收：反变量的吸收：BABAA 证明：证明：BAABABAA BA)AA(BA 例如：例如：DE

23、BCADCBCAA 被吸收被吸收3.混合变量的吸收：混合变量的吸收：CAABBCCAAB 证明：证明：BC)AA(CAABBCCAAB CAABBCAABCCAAB 例如：例如：CAABBCCAABBCDBCCAABBCDCAAB 1吸收吸收4）反演定理：）反演定理：BABABABAABAB0001111010110110010111110000BA ABBA 可以用列真值表的方法证明：可以用列真值表的方法证明：3.运算规则运算规则1）反演规则）反演规则将逻辑函数将逻辑函数F表达式中所有的表达式中所有的“.”换成换成“+”，所有的，所有的“+”换成换成“.”，“1”换成换成“0”，“0”换成换

24、成“1”，原变量换成反变，原变量换成反变量，反变量换成变量，所得到的函数量，反变量换成变量，所得到的函数反函数。反函数。例如：求逻辑函数例如：求逻辑函数F=AB+CD的反函数的反函数根据反演规则：根据反演规则：）（）（DCBAF2）对偶规则）对偶规则）（）（1 CABAF将逻辑函数将逻辑函数F表达式中所有的表达式中所有的“.”换成换成“+”，所有的所有的“+”换成换成“.”，“1”换成换成“0”，“0”换换成成“1”，所得到的函数就是函数，所得到的函数就是函数F的对偶式的对偶式记为记为 。F CBAF0CABAFCBAF9.3.2 最小项和最小项表达式最小项和最小项表达式1.真值表：将输入、输

25、出的所有可能状态一一真值表：将输入、输出的所有可能状态一一对应地列出的表格。对应地列出的表格。ABCF01000110000000101000101111011111n n个变量可以有个变量可以有2 2n n个组合，一般按二进制的顺序，个组合，一般按二进制的顺序，输出与输入状态一一对应，列出所有可能的状态。输出与输入状态一一对应，列出所有可能的状态。2.最小项最小项若一个具有若一个具有n变量的逻辑函数的变量的逻辑函数的“与项与项”包含了所有变量的原变量或反变量，则这包含了所有变量的原变量或反变量，则这一项称为一项称为最小项最小项。对两个变量对两个变量A、B：有四个最小项：有四个最小项：BABA

26、BAAB对三个变量对三个变量A、B、C有八个最小项：有八个最小项：CBACBACBABCACBACBACABABCn个变量构成个变量构成2n个最小项个最小项3.最小项表达式最小项表达式由最小项组成的与或表达式由最小项组成的与或表达式比如：比如：ABCCBACBACBACBAF 若两个最小项只有一个变量以原、反区别，若两个最小项只有一个变量以原、反区别，其他相都相同，称它们其他相都相同，称它们逻辑相邻逻辑相邻。最小项组成的与或表达式又称为逻辑函最小项组成的与或表达式又称为逻辑函数的标准形式。数的标准形式。ABCCBACBACBACBAF 逻辑相邻逻辑相邻CBCBACBA 逻辑相邻的项可以逻辑相邻

27、的项可以合并，消去一个因子合并，消去一个因子4.卡诺图：卡诺图：将将n个输入变量的全部最小项用小方块阵列个输入变量的全部最小项用小方块阵列图表示，并且将逻辑相邻的最小项放在相邻的图表示，并且将逻辑相邻的最小项放在相邻的几何位置上，所得到的阵列图就是几何位置上，所得到的阵列图就是n变量的变量的卡卡诺图诺图。卡诺图的每一个方块（最小项）代表一种卡诺图的每一个方块（最小项）代表一种输入组合，并且把对应的输入组合的相应代输入组合，并且把对应的输入组合的相应代码注明在阵列图的上方和左方。码注明在阵列图的上方和左方。00 01 10 11 AB0101两变量卡诺图两变量卡诺图三变量卡诺图三变量卡诺图ABC

28、0001111001000 001 011 010 100 101 111 110 有时为了方便，用二进制对应的十进制有时为了方便，用二进制对应的十进制表示单元编号。表示单元编号。ABC00011110010132457 760000 0001 0011 0010 0100 0101 0111 0110 1100 1101 1111 1101 1000 1001 1011 1010 ABCD0001111000011110四变量卡诺图四变量卡诺图ABCD0001111000010132457 761213131515148911111011100000 0001 0011 0010 0100

29、0101 0111 0110 1100 1101 1111 1101 1000 1001 1011 1010 ABCD0001111000011110几何相邻几何相邻轴对称相邻轴对称相邻卡诺图的特点：卡诺图的特点：（1）相邻小方格和轴对称小方格中的）相邻小方格和轴对称小方格中的最小项只有一个因子不同。最小项只有一个因子不同。（2）合并）合并2k个最小项，可以消去个最小项，可以消去k个逻辑变量。个逻辑变量。ABCD0001111000011110消去一个消去一个变量。变量。CBA消去两个变量。消去两个变量。BC消去消去三个三个变量。变量。C1001AB01015.用卡诺图表示逻辑表达式用卡诺图表

30、示逻辑表达式BAABF 逻辑表达式中所含的最小项用逻辑表达式中所含的最小项用1表示，表示，不含的用不含的用0表示。表示。ABBAABC00011110011 1 0 1 1 0 0 0 1 CABCBACBACBACBAFABC00011110010 1 0 1 1 0 1 1 F(A,B,C)=(1,2,4,7)1,2,4,7单单元取元取1，其，其它取它取0逻辑表达式还可用每个最小项对应的单元数表示逻辑表达式还可用每个最小项对应的单元数表示7421mmmmF(A,B,C,D)=(0,2,3,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15)ABCD0001 11 1000011011010

31、 0111 11 11111 111110 9.3.4逻辑函数的化简逻辑函数的化简1.利用逻辑代数的基本公式：利用逻辑代数的基本公式：例：例：ABAC)BC(A)BCB(AABCBA)CC(ABCBAABCCABCBAF 反变量吸收反变量吸收提出提出AB=1提出提出A例：例：CBBCBAABF )CBBC(BAAB ）（反演反演CB)AA(BC)CC(BAAB 配项配项CBBCAABCCBACBAAB 被吸收被吸收被吸收被吸收CB)BB(CAAB CBCAAB EWB仿真。由表达式列真值表仿真。由表达式列真值表 EWB仿真化简仿真化简CBCAAB 代数式化简代数式化简 结果不唯一结果不唯一2

32、利用卡诺图化简：利用卡诺图化简：ABC00011110010010001 11ABCBCABCBCAABC ABC00011110010010001 11AB?ABC00011110010010001 11ABBCF=AB+BC化简过程：化简过程：利用卡诺图化简的规则：利用卡诺图化简的规则：（1）卡诺圈内）卡诺圈内1的逻辑相邻的小方格应是的逻辑相邻的小方格应是2k个。个。ABCD0001 11 1000010000001 1001 11 10111 101110ADABCD0001 11 1000010000010 0011 10 00100 001110（2）画卡诺圈时应首先考虑圈尽可能少，

33、其）画卡诺圈时应首先考虑圈尽可能少，其次考虑圈尽可能大。次考虑圈尽可能大。（3）各最小项可以重复使用。）各最小项可以重复使用。（5）所有的）所有的1都被圈过后，化简结束。都被圈过后，化简结束。（6）化简后的逻辑式是各化简项的逻辑和。）化简后的逻辑式是各化简项的逻辑和。（4）注意利用无关项，可以使结果大大简化。）注意利用无关项，可以使结果大大简化。例：化简例：化简 F(A,B,C,D)=(0,2,3,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15)ABCD0001 11 1000011011010 0111 11 11111 111110ADCCBDBDCBDCBDBCBDCAF DCBDB

34、CBDCAF 例：化简例：化简ABCD0001 11 10000111111111100111111110ABDABDF 例：已知真值表如图，用卡诺图化简。例：已知真值表如图，用卡诺图化简。ABCF0000001001000110100111011111101状态未给出，即是无所谓状态。状态未给出，即是无所谓状态。ABC0001111001化简时可以将无所谓状态当作化简时可以将无所谓状态当作1或或0，目的是得到最简结果。目的是得到最简结果。认为是认为是1AF=A与基本逻辑关系相对应门电路叫基本与基本逻辑关系相对应门电路叫基本们主要有：们主要有：与门与门、或门或门、非门非门在数字电路中，一般用高

35、电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表低点平代表0，即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。9.4 TTL集成门电路集成门电路9.4.1门电路门电路门电路是用以实现逻辑关系的电子电路门电路是用以实现逻辑关系的电子电路1.基本门基本门2.几种常用的复合门几种常用的复合门“与与”、“或或”、“非非”三种基本门的三种基本门的逻辑组合，构成常见的复合门。逻辑组合，构成常见的复合门。CBAF 与非：与非：条件条件A、B、C都具都具备，则备，则F 不发不发生。生。&ABCFCBAF 或非：或非：条件条件A、B、C任一任一具备，则具备，则F不不 发生。发生。1ABCFBABABAF 异或：异或

36、：条件条件A、B有一个具有一个具备，另一个不备，另一个不具备则具备则F 发生。发生。=1ABBAABBAF 同或：同或：条件条件A、B有两个同有两个同时具备相同状时具备相同状态，态，F 发生。发生。=ABF1.TTL的基本与非门的基本原理的基本与非门的基本原理与分离元件电路相比，集成电路具有与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路。管集成门电路。9.4.1 TTL

37、 与非门与非门（Transistor-Transistor-Logic）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTLTTL与非门的内部结构与非门的内部结构CBAF +5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1）任一输入为低电平（）任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一输入为低电平（、任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高电平！高电平！+5VFR4R2

38、R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时“1”全导通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止3、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3VABCF 此电路此电路一、电压传输特性一、电压传输特性2.TTL与非门的特性和技术参数与非门的特性和技术参数测试电路测试电路&+5Vuiu0u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V

39、)阈值阈值UT=1.4V理想的传输特性理想的传输特性输出高电平输出高电平输出低点平输出低点平1）输出高电平）输出高电平UOH、输出低电平、输出低电平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。典型值典型值UOH=3.4V UOL 0.3V。2）阈值电压）阈值电压UTuiUT时，认为时，认为ui是高电平。是高电平。UT=1.4V3）开门电平）开门电平UON、关门电平、关门电平UOFFUON：保证输出为低电平时的最小输入高电：保证输出为低电平时的最小输入高电 平，平，其值为其值为2V。UOFF：保证输出为高电平时的最大输入低电：保证输出为高电平时的最大输入低电 平，其值为平

40、，其值为0.8V。UON越小，在输入高电平时，抗干扰能力越强越小，在输入高电平时，抗干扰能力越强UOFF越大，在输入低电平时，抗干扰能力越强越大，在输入低电平时，抗干扰能力越强4）高电平噪声容限）高电平噪声容限UNH，低电平噪声容限，低电平噪声容限UNLVUUUONOHNH4.024.2min）（VUUUOLOFFNL4.04.08.0max）（噪声容限反映了噪声容限反映了TTL与非门的抗干扰能力，与非门的抗干扰能力，噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。二、负载能力二、负载能力&？1）前后级之间电流的联系）前后级之间电流的联系+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级

41、输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏流出前级流出前级电流电流IOH（拉电流）（拉电流）前级输出为前级输出为 低电平时低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前级前级后级后级流入前级的电流入前级的电流流IOL 约约 1.4mA(灌电流灌电流)115OLRbeTT5I结结压压降降的的压压降降 mA4.137.03.05 灌电流的计算灌电流的计算饱和饱和+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V名称及符号名称及符号 含义含义 输入低电平电流输入低电平电流 IiL 输入为低电平时流入输输入为低电平时流入输入端的电流入端的电流-1.4mA。输入

42、高电平电流输入高电平电流 IiH 输入为高电平时流入输输入为高电平时流入输入端的电流入端的电流几十几十A。IOL及其极限及其极限 IOL（max）当当 IOL IOL(max)时时，输入输入不再是低电平不再是低电平。IOH及其极限及其极限 IOH(max)当当 IOH IOH(max)时时，输出输出不再是高电平不再是高电平。关于电流的技术参数关于电流的技术参数2）扇出系数）扇出系数 与非门能带同类门的最大个数与非门能带同类门的最大个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高电平时高电平时例如：例如：+5VR2R13kT2R3T1T5b

43、1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：2iL1iLOLIII输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：2iH1iHOHIII与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是10。3）输入端接一电阻）输入端接一电阻R接地接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R较小时较小时uiUT T2不导通，输出高电平。不导通，输出高电平。)U5(RRRu1be1i R3R3.4 Rui+5VFR4R2R13

44、kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R增大增大Ruiui=UT时，输出低电平。时，输出低电平。R3R3.4)V(4.1 R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c11、悬空的输入端相当于接高电平。、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的输入、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。端接高电平。关于输入电阻的两点说明关于输入电阻的两点说明4）平均传输时间）平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间平均传输时间)tt(21t2pd1pdpd Tpd1下降延迟时间下降延迟时间Tpd2上升延迟时间上升延迟时间三

45、、三、TTL门电路系列介绍门电路系列介绍TTL门电路分为两种系列：门电路分为两种系列：54系列和系列和74系列系列1）54/74：标准系列标准系列2）54/74H：高速系列高速系列3）54/74S：肖基特（抗饱和）系列肖基特（抗饱和）系列4）54/74LS：低功耗肖基特系列低功耗肖基特系列5）54/74AS：先进肖基特系列先进肖基特系列6）54/74ALS：先进低功耗肖基特系列：先进低功耗肖基特系列9.4.3集电极开路的与非门（集电极开路的与非门（OC门）门）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空集电极悬空T3无无T3,T4Open Collector Gate1.OC门

46、的工作原理门的工作原理&符号符号！+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出端要接一个负载电阻应用时输出端要接一个负载电阻RLRLUP+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC当当A、B、C全为高电平时，全为高电平时，T2 T5均饱和，输出端为低电平均饱和，输出端为低电平0.3V。RLUP当当A、B、C中有一个低电平时，中有一个低电平时，T2 T5均截止，输出端为均截止，输出端为高电平高电平E PV。OC门可以实现门可以实现“线与线与”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级UCCRLT5T5T5F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通

47、任一导通F=0UCCRLF1F2F3F全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3!2.负载电阻负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选择可以根据情况选择&+10VCOMSCOMS门门实现实现TTL门与门与CMOS门的连接门的连接9.4.4三态输出门（三态输出门（TS门）门）+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEEE-控制端控制端1.三态输出门的电路结构三态输出门的电路结构+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE01截止截止ABF +5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE10导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态

48、符号符号输出高阻输出高阻0E 1E ABF 功能表功能表低电平起作用低电平起作用&ABFE符号符号输出高阻输出高阻1E 0E ABF 功能表功能表高电平起作用高电平起作用&ABFEE1E2E3公用总线公用总线三态门主要作为三态门主要作为TTL电路与电路与总线总线间间的的接口电路接口电路2.用途：用途：E1、E2、E3分时接分时接入高电平入高电平9.5 MOS门电路门电路1.MOS反相器反相器0UDSIDuiuoUCCR负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”uiuoUCCuiuoUCC实际结构实际结构等效结构等效结构 CMOS反相器反相器UCCST2DT1AFNMOS管管PMOS管管CMOS电路电路ComplementaryUCCST2DT1uiuoui=0截止截止ugs2=UCC导通导通u=“”工作原理：工作原理：UCCST2DT1uiuoui=导通导通截止截止u=“”工作原理：工作原理：抽象成电气开关抽象成电气开关UDD=5VUIN=LUOUT=HUDD=5VUIN=HUOUT=L CMOS电路的优点电路的优点、静态功耗小。、静态功耗小。、允许电源电压范围宽（、允许电源电压范围宽（3 18V）。）。3、扇出系数大，抗噪容限大。、扇出系数大，抗噪容限大。