1、第七節正負邏輯問題1. 正負邏輯的規定在邏輯電路中，輸入和輸出一般都用電平來表示。若用H和L分別表示高、低電平，則門電路的功能可用下表所示的電平表來描述。1HHH¥LHLH但是，這個門體現了什么邏輯關系尚不清楚，因為還未確切說明電平與邏輯狀態之間的隸屬關系。這種關系可由人們任意地加以規定。如令H=l,L=0,則稱之為正邏輯體制，于是很容易由上表導出下表ABL001011101110顯然，后者表示一正邏輯與非門的真值表。與此相反，若令H=0,L=1,則稱之為負邏輯體制。據此，由本例可得出負邏輯或非門的真值表，如下表所示。ABL_110100010001對于同一電路，可以采用正邏輯，也可

2、以采用負邏輯。正邏輯和負邏輯兩種體制不牽涉到邏輯電路本身的結構問題，但根據所選正負邏輯的不同，即使同一電路也具有不同的邏輯功能。本書如無特殊說明，一律采用正邏輯，即規定高電平為邏輯1,低電平為邏輯0。2. 正負邏輯的等效變換般用正邏輯函數描述電路，在過渡到負邏輯時，只需按下列方式互換各種運算:與菲=或非與<=>或非=>非第八節邏輯門電路使用中的幾個實際問題以上討論了幾種邏輯門電路特別是重點地討論了TTL和CMO胡種電路。在具體的應用中可以根據要求來選用何種器件。器件的主要技術參數有傳輸延退時間、功耗、噪聲容限，帶負載能力等，據此可以正確地選用一種器件或兩種器件混用。下面對幾個

3、實際問題，如不同門電路之間的接口技術，門電路與負載之間的匹配等進行討論。一、各種門電路之間的接口問題在數字電路或系統的設計中，往往由于工作速度或者功耗指標的要求，需要采用多種邏輯器件混合使用，例如，TTL和CMO網種器件都要使用。由前面幾節的討論已知，每種器件的電壓和電流參數各不相同，因而需要采用接口電路，一般需要考慮下面三個條件：1. 驅動器件必須能對負載器件提供灌電流最大值。2. 驅動器件必須對負載器件提供足夠大的拉電流。3. 驅動器件的輸出電壓必須處在負載器件所要求的輸入電壓范圍,包括高。低電壓值。其中條件1和2,屬于門電路的扇出數問題，已在第四節作過詳細的分析。條件3屬于電壓兼容性的問

4、題。其余如噪聲容限、輸入和輸出電容以及開關速度等參數在某些設計中也必須予以考慮。下面分別就CMOS驅動TTL門或者相反的兩種情況的接口問題進行分析。1. CMOS門驅動TTL門在這種情況下，只要兩者的電壓參數兼容，不需另加接口電路，僅按電流大小計算出扇出數即可。下圖表示CMOS驅動TTL門的簡單電路。當CMOS的輸出為高電平時，它為TTL負載提供拉電流，反之則提供灌電流。1一"頒例邛-*TTL員載T例2.9.174HC00與非門電路用來驅動一個基本的TTL反相器和六個74LS門電路。試驗算此時的CMOS/電路是否過載？解：(1) 查相關手冊得接口參數如下：一個基本的TTL門電路，Ii

5、l=1.6mA,六個74LS門的輸入電流Iil=6X0.4m42.4mA。總的輸入電流IiL(totai)=1.6mA+2.4mA=4mA(2) 因74HC00門電路的Iol=Iil=4mA所驅動的TTL門電路未過載。2. TTL門驅動CMOS此時TTL為驅動器件，CMO朋負載器件。由手冊可知，當TTL輸入為低電平時，它的輸出電壓參數與CMOHC的輸入電壓參數是不兼容的。例如，LSTTL的VOH(min)為2.7V，而HCCMOS勺VlH(min)為3.5V。為了克服這一矛盾，常采用如上圖所示的接口措施。由圖可知，用上拉電阻R接到Vdd可將TTL的輸出高電平電壓升到約5V,上拉電阻的值取決于負

6、載器件的數目以及TTL和CMOS勺電流參數。當TTL驅動CM&HCT寸，由于電壓參數兼容，不需另加接口電路。基于這一情況，在數字電路設計中，也常用CMOSHCT當作接口器件，以免除上拉電阻。1. 二、門電路帶負載時的接口電路用門電路直接驅動顯示器件在數字電路中，往往需要用發光二極管來顯示信息的傳輸，如簡單的邏輯器件的狀態，七段數碼顯示，圖形符號顯示等。在每種情況下均需接口電路將數字信息轉換為模擬信息顯示。下圖(a)表示CMO寂相器74HC04W動一發光二極管LED電路中串接了一限流電阻R以保護LEDb限流電阻的大小可分別按下面兩種情況來計算。當圖中門電路的輸入為低電平1時，輸出為高電平

7、，于是一二0(«反之，當LED接人電路的情況如上圖(b)所示時，門電路的輸入信號應為高電平，輸出為低電平，故有-二以上兩式中，IdLED的電流，VfLED的正向壓降，Voh和Vol為門電路的輸出高、低電平電壓，常取典型值。2. 機電性負載接口在工程實踐中，往往會遇到用各種數字電路以控制機電性系統的功能，如控制電動機的位置和轉速，繼電器的接通與斷開，流體系統中的閥門的開通和關閉，自動生產線中的機械手多參數控制等。下面以繼電器的接口電路為例來說明。在繼電器的應用中，繼電器本身有額定的電壓和電流參數。一般情況下，需用運算放大器以提升到必須的數一模電壓和電流接口值。對于小型繼電器，可以將兩個

8、反相器并聯作為驅動電路，如下圖所示。信號44HC04三、抗丁擾措施在利用邏輯門電路（TTL或CMOS作具體的設計時，還應當注意下列幾個實際問題:1.多余輸入端的處理措施集成邏輯門電路在使用時，一般不讓多余的輸入端懸空，以防止干擾信號引人。對多余輸入端的處理以不改變電路工作狀態及穩定可靠為原則。對于TTL與非門，一般可將多余的輸入端通過上拉電阻（13kQ）接電源正端，也可利用一反相器將其輸入端接地，其輸出高電位可接多余的輸入端。對于CMOJfe路，多余輸入端可根據需要使之接地（或非門）或直接接Vdd（與非門）。2.去耦合濾波器數字電路或系統往往是由多片邏輯門電路構成，它們是由一公共的直流電源供電

9、。這種電源是非理想的，一般是由整流穩壓電路供電,具有一定的內阻抗。當數字電路運行時，產生較大的脈沖電流或尖峰電流，當它們流經公共的內阻抗時，必將產生相互的影響，甚至使邏輯功能發生錯亂。一種常用的處理方法是采用去耦合濾波器，通常是用10100uF的大電容器與直流電源并聯以濾除不需的頻率成分。除此以外，對于每一集成芯片還加接0.luF的電容器以濾除開關噪聲。3. 接地和安裝工藝正確的接地技術對于降低電路噪聲是很重要的。這方面可將電源地與信號地分開，先將信號地匯集在一點，然后將二者用最短的導線連在一起，以避免含有多種脈沖波形（含尖峰電流）的大電流引到某數字器件的輸入端而導致系統正常的邏輯功能失效。此

10、外，當系統中兼有模擬和數字兩種器件時，同樣需將二者的地分開，然后再選用一個合適共同點接地，以免除二者之間的影響。必要時，也可設計模擬和數字兩塊電路板，各備直流電源，然后將二者恰當的地連接在一起。在印刷電路板的設計或安裝中，要注意連線盡可能短，以減少接線電容而導致寄生反饋有可能引起寄生振蕩。有關這方面技術問題的詳細介紹，可參閱有關文獻。集成數字電路的數據手冊，也提供某些典型電路應用設計，亦是有益的參考資料。此外，CMO繇件在使用和儲藏過程中要注意靜電感應導致損傷的問題。靜電屏蔽是常用的防護措施。本章小結在雙極型邏輯門電路中，不論哪一種邏輯門電路，其中的關鍵器件是二極管和BJT。影響它們的開關速度

11、的主要因素是器件內部的電荷存儲和消散的時間。利用二極管和BJT可構成簡單的邏輯與、或、非門電路。邏輯非門（反相器）電路的主要技術參數為扇出數、噪聲容限、傳輸延遲時間及功耗和功耗一延遲時間積等。-TTL邏輯門電路是當前應用較廣泛的門電路之一，電路的基礎是NPN®BJT反相器。TTL反相器的輸入級由BJT構成，它可能工作在飽和、截止、放大和倒置放大等4種模式，取決于反相器的輸入和輸出的狀態。TTL反相器輸出級常用推拉式結構實現，其特點是輸出阻抗低，帶負載能力強。無論輸入級還是輸出級均有利于提高開關速度。如將TTL反相器的輸入BJT改為多發射極結構便可構成與非門電路。利用肖特基二極管可以構

12、成抗飽和TTL電路，同時在驅動級引入有源下拉電路可以提高工作速度。在TTL邏輯門電路中，為了實現線與的邏輯功能，可以采用或非門、集電極開路門和三態門來實現。-ECL邏輯門電路是以差分放大電路為基礎的，因為它不工作到BJT的飽和區，因而它的開關速度是眾多邏輯門電路中最高的。其缺點是功耗較大，噪聲容限低。CMO隴輯門電路是由互補的增強型N溝道和P溝道MOSFET勾成，它是目前應用較廣泛的另一種邏輯門電路。與TTL門電路相比，它的優點是功耗低，扇出數大（指帶同類門負載），噪聲容限亦大，開關速度與TTL接近，有取代TTL之趨勢。BiMOS是取MO副ECL兩者的優勢，其開關速度較高，功耗亦低。 NMO/輯門電路結構簡單，易于集成化，因而在大規模集成電路中應用較多。