主編：張靜之電子技術及應用

第2版第六章基本邏輯門電路主要內容

通過本章節的學習可以達到：

1、了解模擬信號和數字信號的區別；掌握解數制及其轉換方法；2、掌握基本邏輯門電路的功能；

3、掌握由基本門電路構成的“與非門”、“或非門”、“與或非門”、“異或門”和“同或門”電路的功能；

4、掌握TTL門電路和CMOS門電路的使用方法；

5、理解掌握邏輯代數運算規則和卡諾圖化簡邏輯函數的方法，

6、能靈活的選擇和運用相應的方法化簡邏輯關系；電子技術及應用

第2版教學導航6.1數字電路概述第六章基本邏輯門電路6.3基本邏輯關系和邏輯門電路6.6邏輯代數及其應用6.2數制及變換6.5

集成門電路簡介6.4基本邏輯門電路的組合電子技術及應用

第2版6.1.1數字電路及其特點電子技術及應用

第2版6.1數字電路概述（a）（b）圖6-1模擬信號和數字信號1、

模擬信號與數字信號

模擬信號是一種時間上和數值上都連續的物理量，如圖6-1a所示。從自然界的大部分物理量，如速度、壓力、溫度、聲音、重量以及位置等都是最常見的模擬量。

數字信號指在時間和數值上都是不連續變化的，是離散的物理量，如圖6-1b所示。離散信號的值只有真或假，是與不是，因此可以使用二進制數中的0和1來表示。

需要注意兩點：1）這里的0和1指的是邏輯0和邏輯1；2）邏輯電平不是一個具體的物理量，而是物理量的相對表示。6.1.1數字電路及其特點6.1數字電路概述

用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數字電路，或數字系統。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數字邏輯電路。邏輯門是數字邏輯電路的基本單元。存儲器是用來存儲二進制數據的數字電路。從整體上看，數字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。

數字電路是以二進制邏輯代數為數學基礎，使用二進制數字信號，既能進行算術運算又能方便地進行與、或、非、判斷、比較、處理等邏輯運算；實現簡單，系統可靠性較強；集成度高，體積小，功耗低是數字電路突出的優點之一。電路的設計、維修、維護靈活方便，隨著集成電路技術的高速發展，數字邏輯電路的集成度越來越高，電路的設計組成只需采用一些標準的集成電路塊單元連接而成，對于非標準的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過編程的方法實現任意的邏輯功能。2、

數字電路基礎電子技術及應用

第2版6.1.2脈沖波形6.1數字電路概述電子技術及應用

第2版圖6-2

矩形脈沖

在數字電路中，加工和處理的都是脈沖波形，而應用最多的是矩形脈沖，如圖6-2（a）所示。實際的脈沖波形沒那么理想，而是如圖6-2（b）所示波形，其主要參數包括：6.1.2脈沖波形6.1數字電路概述電子技術及應用

第2版6.2.1數制6.2

數制及變換

數制（NumberSystem），是計數進位的簡稱。日常生活中常采用的是十進制，此外，還有二進制、八進制和十六進制等。

十進制數是人們熟悉的，它由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個數碼和一個小數點符號組成。十進制數的基數為10，進位規律為“逢十進一”。1、數制1）十進制數數碼在一個數中的位置不同，其值也不同。例如十進制數3545.2，可以展開成：3545.2＝3×103＋5×102＋4×101＋5×100＋2×10-1電子技術及應用

第2版6.2.1數制數碼在一個數中的位置不同，其值也不同。例如十進制數3545.2，可以展開成：3545.2＝3×103＋5×102＋4×101＋5×100＋2×10-1電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換6.2.1數制2）二進制數3）八進制數電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換6.2.1數制4）十六進制數電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換6.2.2變換2、變換（1）十進制轉換成二進制、八進制和十六進制圖6-3十進制轉二進制電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換6.2.2變換電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換圖6-4十進制轉八進制圖6-5十進制轉十六進制6.2.2變換（2）八進制數、十六進制數和二進制數的相互轉換電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換表6-1

八進制和三位二進制數對照表

二進制數轉換成八進制數時，二進制數的整數部分從低位開始，每三位分為一組，若最左邊一組不足三位，可在左邊添0補足。二進制小數部分從小數點向右每三位分為一組，最后不足三位，可在右邊添0補足。然后，將每組二進制數轉換成八進數。6.2.2變換電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換解：根據表6-1有：表6-2

十六進制和三位二進制數對照表6.2.2變換電子技術及應用

第2版6.2

數制及變換6.3.1基本邏輯門電路6.3基本邏輯門電路

邏輯電路是指輸入、輸出具有一定的邏輯關系的電路。而邏輯關系則是研究前提條件與結果之間的關系。如果把輸入信號看作“條件”，把輸出信號看作“結果”，那么當“條件”具備時，“結果”就會發生。邏輯電路就是當它的輸入信號滿足某種條件時，才有輸出信號的電路。門電路就是輸入、輸出之間按一定的邏輯關系控制信號通過或不通過的電路。基本邏輯關系有三種：與邏輯、或邏輯和非邏輯。實現這些邏輯關系的電路分別為與門、或門和非門電路。電子技術及應用

第2版6.3.1與門電路電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路圖6-6

與邏輯的控制電路

式中的“·”是邏輯乘運算符號，讀作邏輯“與”，僅表示與的邏輯功能，并無數量相乘的概念，有時允許省去符號“·”。能實現“與”邏輯功能的電路稱“與”門電路，簡稱“與”門。與門邏輯符號如圖6-7a所示。6.3.1基本邏輯門電路

圖6-7b所示為由二極管構成的與門電路。在圖中為理想二極管，A、B為兩個輸入端，Y為輸出端。輸出電壓與輸入電壓的關系如表5-4所示。用邏輯“1”表示高電平5V，用邏輯“0”表示低電平0V，就可以將表6-4的電路電壓關系轉換表6-3所示的真值表，該電路符合與邏輯關系，為“與門”電路。電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路表6-3與邏輯真值表圖6-7

與門電路邏輯符號和二極管與門電路表6-4二極管與門電路電壓關系表6.3.2

或門電路

輸入A、B和輸出Y的狀態關系用表6-5表示。從表中可見，只要輸入A或B是“1”時，輸出Y為“1”，其邏輯功能為：有“1”出“1”，全“0”出“0”，輸出與輸入之間為或邏輯關系。或邏輯的表達式為：

在數理邏輯中，當決定事件發生的幾個條件中，只要有一個或一個以上條件具備時，該事件就會發生，這就是“或邏輯”關系。如圖6-9所示電路，只要開關A、B其中一個閉合（任一個條件具備）時，燈Y就亮（事件就發生）。

式中的“+”是邏輯或的運算符號，讀作邏輯“或”，僅表示“或”的邏輯功能，無數量相加的概念。電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路圖6-9

或邏輯控制電路表6-5或邏輯真值表

能實現“或”邏輯功能的門電路稱“或”門電路，簡稱“或”門。或門邏輯符號如圖6-10a所示。

如圖6-10b所示為由二極管構成的或門電路。輸入端A、B，輸出端Y。其輸出電壓與輸入電壓的關系表如表6-6所示。邏輯“1”表示高電平5V，邏輯“0”表示低電平0V，就可以將表5-6的電路電壓關系轉換表6-5所示的真值表，該電路實現了或邏輯功能，是“或”門電路。電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路圖6-10

或門電路邏輯符號和二極管與門電路表6-6二極管或門電路電壓關系表6.3.2

或門電路6.3.3

非門電路

在數理邏輯中，決定某事件的條件只有一個，條件具備了，事件不發生，而條件不具備時，事件卻發生了，這種因果關系叫做非邏輯。在圖6-12所示電路中，開關A和燈Y并聯，當開關A閉合時，燈Y滅；反之，燈亮。其邏輯功能為：有1出0，有0出1，輸出與輸入之間為非邏輯關系。非門電路也稱為反相器。它的狀態關系真值表見表6-7。電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路圖6-12

非邏輯控制電路表6-7非邏輯真值表電子技術及應用

第2版6.3基本邏輯門電路6.3.3

非門電路圖6-13

非門邏輯符號及其波形圖非邏輯的表達式為：6.4.1

與非門電路電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-14

與非門的構成及輸入輸出波形表6-9與非門邏輯真值表6.4.2

或非門電路電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-15

或非門的構成及輸入輸出波形表6-10與非門邏輯真值表6.4.3

與或非門電路電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-16

與或非門的邏輯門電路及邏輯符號6.4.4

異或門電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-17

異或門邏輯符號表6-11異或門邏輯真值表6.4.5

同或門電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-18

同或門邏輯符號表6-12同或門邏輯真值表電子技術及應用

第2版6.4基本邏輯門電路的組合圖6-19

【例6-4】波形圖6.4.5

同或門6.5.1

TTL集成門電路6.5

集成門電路簡介

利用半導體集成工藝將一個或多個完整的門電路做在同一塊硅片上，成為集成門電路。集成門按內部有源器件的不同可分為兩大類：一類為雙極型晶體管集成電路，主要有晶體管TTL邏輯、射極耦合邏輯ECL和集成注入邏輯IIL等幾種類型；另一類為單極型MOS集成電路，包括NMOS、PMOS和CMOS等幾種類型，常用的是TTL和CMOS集成電路。集成門電路按其集成度又可分為：小規模集成電路(SSI)、中規模集成電路（MSI）、大規模集成電路（LSI）和超大規模集成電路（VLSI）。電子技術及應用

第2版

1、TTL集成門電路的特點TTL電路是晶體管-晶體管邏輯電路的英文縮寫（Transistor-Transistor-Logic），是數字集成電路的一大門類。它采用雙極型工藝制造，具有高速度低功耗和品種多等特點。TTL電路采用雙極型工藝制造，具有高速度和品種多等特點。TTL集成門電路第一代產包括SN54/74系列；第二代包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）；第三代為采用等平面工藝制造的先進的STTL(ASTTL)和先進的低功耗STTL（ALSTTL）。電子技術及應用

第2版6.5

集成門電路簡介6.5.1

TTL集成門電路

2、TTL集成門電路的多余輸入端的處理TTL門電路輸入阻抗特性為：當輸入電阻較低時，輸入電壓很小，隨外接電阻的增加，輸入電平增大，當輸入電阻大于1KΩ時，輸入電平就變為閾值電壓UTH即為高電平，這樣即使輸入端不接高電平，輸入電壓也為高電平，影響了低電平的輸入。所以對于TTL電路多余輸入端的處理，采用以下方法：

（1）TTL與門和與非門電路采用以下四種方法：①將多余輸入端接高電平，即通過限流電阻與電源相連接；②根據TTL門電路的輸入特性可知，當外接電阻為大電阻時，其輸入電壓為高電平，這樣可以把多余的輸入端懸空，此時輸入端相當于外接高電平；③通過大電阻（大于1kΩ）到地，這也相當于輸入端外接高電平；④當TTL門電路的工作速度不高，信號源驅動能力較強，多余輸入端也可與使用的輸入端并聯使用。電子技術及應用

第2版6.5.1

TTL集成門電路

（2）TTL或門、或非門電路多余輸入端的處理應采用以下三方法：①接低電平；②接地；③由TTL輸入端的輸入伏安特性可知，當輸入端接小于IKΩ的電阻時輸入端的電壓很小，相當于接低電平，所以可以通過接小于IKΩ（500Ω）的電阻到地。6.5

集成門電路簡介6.5.2

MOS集成門電路

1、MOS集成門電路的特點MOS集成電路是由絕緣柵場效應管（MOS）器件構成的。用MOS管作為開關元件的數字邏輯電路稱為MOS邏輯電路。相對于雙極型TTL邏輯門電路，也稱單極型邏輯門。兩者就邏輯功能而言，并無區別，但是MOS器件具有制造工藝簡單、集成度高、體積小、功耗低、輸入阻抗大、抗干擾能力強等優點，因此發展很快在各種數字電路中得到廣泛的應用。

MOS邏輯電路可分為三類：PMOS、NMOS和CMOS。其中PMOS邏輯電路的特點是工藝簡單，但開關速度最低，故較少采用；NMOS邏輯電路，則由于其導電的載流子是電子，故與PMOS電路中的空穴載流子相比，開關速度要高一些，但其工藝較復雜一些。而CMOS（ComplementaryMOS）邏輯電路，它采用互補的NMOS管和PMOS管構成的邏輯電路。CMOS電路較前兩類MOS電路的突出優點是：靜態功耗低、開關速度高，與雙極性晶體管的TTL電路速度接近，故目前應用最多。CMOS電路產品中主要為CD4000系列和高速CMOS54/74HC系列。其中CD4000系列的工作電壓范圍很寬（3～18V），能與TTL電路共用電源，因此與TTL電路連接方便。電子技術及應用

第2版6.5

集成門電路簡介

2、CMOS集成門電路的多余輸入端的處理CMOS管在電路中是一壓控元件，基于這一特點，輸入端信號易受外界干擾，所以在使用CMOS門電路時輸入端特別注意不能懸空。在使用時應采用以下方法：（1）CMOS與門、與非門電路的多余輸入端就應采用高電平，即可通過限流電阻（500Ω）接電源。（2）或門和或非門電路多余輸入端的處理方法應是將多余輸入端接低電平，即通過限流電阻（500Ω）接地。

COMS電路的使用應注意以下幾個問題：（1）COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。（2）輸入端接低內阻的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內，COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS。COMS電路由于輸入太大的電流，內部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應就是COMS鎖定效應。當產生鎖定效應時，COMS的內部電流能達到40mA以上，很容易燒毀芯片。電子技術及應用

第2版6.5.2

MOS集成門電路6.5

集成門電路簡介

通常采用的防御措施：①在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規定電壓。②芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。③在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。（3）當接長信號傳輸線時，在COMS電路端接匹配電阻。（4）當輸入端接大電容時，應該在輸入端和電容間接保護電阻。電阻值為：R=V0/1mA，（V0是外界電容上的電壓）。（5）當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號和負載的電源;關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉COMS電路的電源。電子技術及應用

第2版6.5.2

MOS集成門電路6.5

集成門電路簡介6.5.3

TTL與CMOS電路的比較電子技術及應用

第2版6.5

集成門電路簡介6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用1.邏輯代數的基本公式電子技術及應用

第2版表6-13邏輯代數的基本運算定律電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用例6-11將表6-14所示的邏輯函數真值表轉換成表達式。電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.1邏輯代數的運算規則6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6.2邏輯函數的公式化簡法6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用6.6.2邏輯函數的公式化簡法電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用6.6.2邏輯函數的公式化簡法電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用6.6.2邏輯函數的公式化簡法6.6.3邏輯函數的卡諾圖化簡法電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用6.6.3邏輯函數的卡諾圖化簡法電子技術及應用

第2版6.6邏輯代數及其應用6.6.3邏輯函數的卡諾圖化簡法

將邏輯函數真值表中的最小項重新排列成矩陣形式，并且使矩陣的橫方向和縱方向的邏輯變量的取值按照格雷碼（Gray碼）的順序排列，構成的圖形就是卡諾圖，如圖6-22～圖6-24所示。格雷碼（Gray碼），又稱循環碼，是一種常用的十進制數的二進制編碼，其規則是從一個代碼變為相鄰的另一個代碼時，其中只有一位二進制數碼變化。在填卡諾圖時，將卡諾圖中對應于函數式中包含的最小項的方格填“1”，其余的方格填“0”。圖6-22

二變量的卡諾圖

3、邏輯函數的卡諾圖表示圖6-23

二變量