数字电路与逻辑设计（第四版）课件 第2章 组合逻辑电路.pptx

第2章组合逻辑电路;

2.1集成门电路;

54系列和74系列具有相同的子系列，两个系列的参数基本相同，主要在电源电压范围和工作环境温度范围上有所不同，54系列适应的范围更大些，如表2-1所示。不同子系列在速度、功耗等参数上有所不同。TTL门电路采用5V电源供电。;

2.1.2CMOS门电路

CMOS门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、功耗低、速度慢、抗静电能力差。虽然TTL门电路由于速度快和更多类型选择而流行多年，但CMOS门电路具有功耗低、集成度高的优点，而且其速度已经获得了很大的提高，目前已可与TTL门电路相媲美。;

2.1.3数字集成电路的品种类型

每个系列的数字集成电路都有很多不同的品种类型，用不同的代码表示，例如：;

具有相同品种类型代码的逻辑电路，不管属于哪个系列，它们的逻辑功能都相同，引脚也兼容。例如，7400、74LS00、74ALS00、74HC00、74AHC00都是引脚兼容的4路2输入与非门封装，引脚排列和逻辑电路图如图2-1所示。;

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2.1.4数字集成电路的性能参数和使用

1.数字集成电路的性能参数

数字集成电路的性能参数主要包括：直流电源电压、输入/输出逻辑电平、扇出系数、传输延时、功耗等。

1)直流电源电压

一般TTL门电路的直流电源电压为5V，最低4.5V，最高5.5V。CMOS门电路的直流电源电压有5V和3.3V两种。CMOS门电路的一个优点是电源电压的变化范围比TTL门电路大，如5VCMOS门电路当其电源电压在2~6V范围内时能正常工作，3.3VCMOS门电路当其电源电压在2~3.6V范围内时能正常工作。;

2)输入/输出逻辑电平

数字集成电路有如下四个不同的输入/输出逻辑电平参数：

低电平输入电压UIL：能被输入端确认为低电平的电压范围。

高电平输入电压UIH：能被输入端确认为高电平的电压范围。

低电平输出电压UOL：正常工作时低电平输出的电压范围。

高电平输出电压UOH：正常工作时高电平输出的电压范围。

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图2-2和图2-3分别给出了TTL门电路和CMOS门电路的输入/输出逻辑电平。;

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3)扇出系数

扇出系数???在正常工作范围内，一个门电路的输出端能够连接同一系列门电路输入端的最大数目。扇出系数越大，门电路的带负载能力就越强。一般来说，CMOS门电路的扇出系数比较高。扇出系数的计算公式为

其中，IOH为高电平输出电流；IIH为高电平输入电流；IOL为低电平输出电流；IIL为低电平输入电流。;

例如，从74LS00与非门的参数表中可以查到：

因此：

这说明一个74LS00与非门的输出端最多能够连接20个74LS系列门电路(不一定是与非门)的输入端，如图2-4所示。;

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4)传输延时(tP)

传输延时(tP)指输入变化引起输出变化所需的时间，它是衡量逻辑电路工作速度的重要指标。传输延时越短，工作速度越快，工作频率越高。tPHL指输出由高电平变为低电平时，输入脉冲的指定参考点(一般为中点)到输出脉冲的相应指定参考点的时间。tPLH指输出由低电平变为高电平时，输入脉冲的指定参考点到输出脉冲的相应指定参考点的时间。;

5)功耗(PD)

逻辑电路的功耗(PD)定义为直流电源电压和电源平均电流的乘积。一般情况下，门电路输出为低电平时的电源电流ICCL比门电路输出为高电平时的电源电流ICCH大。CMOS门电路的功耗较低，而且与工作频率有关(频率越高功耗越大)；TTL门电路的功耗较高，基本与工作频率无关。;

2.数字集成电路的使用

1)类型选择

设计一个复杂的数字系统时，往往需要用到大量的门电路，应根据各个部分的性能要求选择合适的门电路，以使系统达到经济、稳定、可靠且性能优良。在优先考虑功耗，对速度要求不高的情况下，可选用CMOS门电路；当要求很高速度时，可选用ECL门电路。由于TTL门电路速度较高、功耗适中、使用普遍，所以在无特殊要求的情况下，可选用TTL门电路。表2-2给出了常用的TTL、ECL、CMOS门电路的主要性能参数比较。;

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2)TTL门电路和CMOS门电路的连接

我们知道，TTL门电路和CMOS门电路是两种不同类型的电路，它们的参数并不完全相同。因此，在一个数字系统中，如果同时使用TTL门电路和CMOS门电路，为了保证系统能够正常工作，必须考虑两者之间的连接问题，应满足下列条件：;

如果不满足上述条件，必须增加接口电路。常用的方法有增加上拉电阻、采用专用接口电路、驱动门并接等。例如，若不满足UOH(min)(驱动门)UIH(min)(负载门)，则可在驱动门