现代数字电路与逻辑设计1.pptVIP

无论数字信号还是模拟信号都有传输通路。在电子电路中，人们将产生、变换、传送、处理模拟信号的电子电路叫做模拟电路，将产生、存储、变换、处理、传送数字信号的电子电路叫做数字电路。数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完成逻辑运算，具有逻辑推理和逻辑判断的能力，因此被称为数字逻辑电路或逻辑电路。数字电路经历了由电子管和半导体分立元件组成的分立器件电路，发展成在微小的芯片上集成半导体器件及无源器件的集成电路。当前数字电路正向着大规模、低功耗、高速度、可编程、可测试和多值化方向发展，因而提高了数字逻辑的可靠性，缩小了系统的尺寸体积，更有利于大批量生产，达到提高产品的技术经济指标的目的。 1.1 逻辑运算与逻辑电路 在客观世界中，事物的发展变化通常都是有一定因果关系的。例如，电灯的亮、灭决定于电源是否接通，如果接通了，电灯就会亮，否则就灭。电源接通与否是因，电灯不亮是果。这种因果关系，一般称为逻辑代数关系，反映和处理这种关系的数学工具，就是逻辑代数。和普通代数比较起来，在逻辑代数中，虽然也用英文字母表示变量，但情况要简单得多。在二值逻辑中，变量取值不是1就是0，没有第三种可能。而且这里的1和0并不是表示数值的大小，它们所代表的是两种不同的逻辑状态。例如，用1和0分别表示一件事的是与非、真与假，电压的高与低，电流的有与无，一个开关的开通与关断，一盏电灯的亮与灭等等。 1.1.1 逻辑运算 在逻辑代数中，基本逻辑运算有与、或、非三种，常用的复合逻辑运算是与非、或非、与或非、异或等。 （2）或逻辑关系当决定一件事情的各个条件中，只要有一个具备，这件事情就会发生，这样的因果关系，叫做或逻辑关系。只要开关A或者开关B闭合，灯就会亮，所以对灯亮这件事情来说，开关A和开关B闭合是或的逻辑关系。 （2）基本逻辑运算 在真值表中，对Y1来说，只有当A与B均为1时，其值才会为1，显然是一种与的逻辑关系，并记作: 上式读作Y2等于A或B，相应地，把这种运算叫做逻辑或运算，简称为或运算。或运算和算术中的加法运算很相似，所以又叫做逻辑加法运算，相应地，又常读作Y2等于A加B。 1.1.2 正负逻辑问题 在上图中，用英文字母表示变量，这里叫做逻辑变量。整个式子叫做逻辑表达式，式中A、B称为输入逻辑变量。Y叫做输出逻辑变量，字母上面无反号的称为原变量，有反号的叫做反变量。 几种逻辑运算的正逻辑和负逻辑电平关系。 1.输入有任一个(或两个)为0.3V 假定输入端A为0.3V，那么T1的A发射结导通，T1的基极电平VB1=VA+VBE1=0.3V+0.7V=1.OV。此时，VB1作用于T1的集电结和T2，T3的发射结上，VB1过低，不足以使T2和T5导通。因为要使T2和T5导通，至少需要VB1=2.lV。当T2和T5截止时，电源VCC通过电阻R2向T3提供基极电流，使T3和T4导通，其电流流入负载。因为电阻R2上的压降很小，可以忽略不计，输出电平为 VO=VCC-VBE3-VBE4=5-0.7-0.7=3.6V 实现了输入只要有一个低电平，输出为高电平的逻辑关系。 2.输入端全为3.6V 当输入端全为高电平3.6V时，T1的所有发射结都处于反向偏置而截止，集电结为正向偏置而导通，即T1处于反向工作状态。电源VCC通过电阻R1和T1的集电结向T2提供基极电流，使T2和T5饱和导通(饱和时的管压降VCES=0.3V)。所以T3的基极电平为 VB3=VCES2+VBE5=0.3+0.7=lV 大于T3发射结的导通电压VBE3，所以T3导通，其发射结压降为0.7V左右，这样，T4的基极电位为 VB4=VB3-VBE3=l-0.7=0.3V 而T4发射极的电位即T5集电极的电位为 VE4=VC5=VCES5=0.3V T4发射结压降近似为0，故T4截止。其结果将使T5处于深度饱和状态。故输出为0.3V，也即VO=0.3V。实现了输入全为高电平，输出为低电平的逻辑关系。 通过上述分析可知，当输入有一个或两个为0.3V时，输出为3.6V；当输入全为3.6V时，输出为0.3V。电路实现了与非门的逻辑关系。 1.1.4 TTL与非门的电压传输特性 电压传输特性是指输出电压VO随输入电压VI变化的特性。如果将TTL与非门的某输入端电压由OV逐渐增加到5V，其它输入端接5V，测量输出端电压，可以得到一条电压变化的曲线，这就是电压传输特性曲线，如右图所示。 前面介绍逻辑门时，假定高电平3.6V代表逻辑1,低电平0.3V代表逻辑0，但是在实际应用中，由于受到噪声干扰，信号的高、低电平要发生变化。为了