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数字逻辑电路数字逻辑电路主讲 江晓安教授第二章第二章 基本逻辑运算与集成门电路基本逻辑运算与集成门电路常用复合逻辑常用复合逻辑v2.2基本逻辑运算基本逻辑运算v2.1概述概述v2.0第二章第二章 基本逻辑运算与集成门电路基本逻辑运算与集成门电路v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 2 从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题从本章开始，以下各章均是讨论逻辑运算问题 逻辑运算是逻辑运算是逻辑思维逻辑思维和和逻辑推理逻辑推理的数学描述的数学描述概述概述v2.0 逻辑问题的前提是二值性问题，即一个问题只逻辑问题的前提是二值性问题，即一个问题只有二种答案，不是有二种答案，不是“真真”就是就是“假假”，不存在第三种，不存在第三种似是而非的答案这样逻辑问题也可用二种代码表示，似是而非的答案这样逻辑问题也可用二种代码表示，一般用一般用“1”和和“0”表示二种答案此处的表示二种答案此处的“1”和和“0”仅表示一个问题的二种结果，不表示数仅表示一个问题的二种结果，不表示数, ,无大小无大小之分1”和和“0”称逻辑常量。

称逻辑常量3非逻辑（非运算、逻辑反）非逻辑（非运算、逻辑反）或逻辑（或运算、逻辑加）或逻辑（或运算、逻辑加）Ø2.1.2与逻辑（与运算、逻辑乘）与逻辑（与运算、逻辑乘）Ø2.1.1基本逻辑运算基本逻辑运算v2.14 只有前提均具备了，结果才发生，这种关系称为只有前提均具备了，结果才发生，这种关系称为““与与””逻辑下面我们用开关下面我们用开关A、、B 串联控制灯串联控制灯F 的亮与灭，说明与逻辑的功能的亮与灭，说明与逻辑的功能与逻辑（与运算、逻辑乘）与逻辑（与运算、逻辑乘）Ø2.1.1定义：定义：开关合上为开关合上为““1”，，断断开为开为““0” 灯亮为灯亮为“1”，灯灭为，灯灭为“0” 描述逻辑功能有不同描述逻辑功能有不同的手段一、真值表一、真值表 将将ABAB各种可能的情况与各种可能的情况与灯灯 F F的关系列表表示如右图的关系列表表示如右图：：111010001000FAB真值表真值表真值表真值表BAFREBAFRE5二、逻辑函数表达式二、逻辑函数表达式F=F= A A··B B 将逻辑常量代入：将逻辑常量代入：0·0=00·1=01·0=01·1=10·A=01·A=AA·A=A与逻辑（与运算、逻辑乘）与逻辑（与运算、逻辑乘）Ø2.1.1三、逻辑符号三、逻辑符号 目前存在三种符号表示，目前存在三种符号表示，逐渐应统一到国际标准。

逐渐应统一到国际标准c））国际标准国际标准（（b））国外流行国外流行ABFBAFFAB（（a））国家标准国家标准＆＆6四、波形关系四、波形关系高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”与逻辑（与运算、逻辑乘）与逻辑（与运算、逻辑乘）Ø2.1.1AFB7Ø2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑( (或运算、逻辑加或运算、逻辑加) ) 只要具备了一个前提，结果就发生，这种关系称为只要具备了一个前提，结果就发生，这种关系称为““或或””逻辑下面我们用开关逻辑下面我们用开关A A、、B B 并联控制灯并联控制灯F F 的亮与的亮与灭，说明灭，说明““或或””逻辑的功能逻辑的功能定义：开关定义：开关 A 或或 B 合上为合上为““1””，断开为，断开为““0”” 灯亮为灯亮为““1””，灯灭为，灯灭为““0”” 描述逻辑功能四种不同的手段描述逻辑功能四种不同的手段FREAB8一、真值表一、真值表 将将AB各种可能的情况与各种可能的情况与灯灯F的关系列表表示如右图的关系列表表示如右图：：111110101000FAB真值表真值表真值表真值表Ø 2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑( (或运算、逻辑加或运算、逻辑加) )二、逻辑函数表达式二、逻辑函数表达式F= A+B 将逻辑常量代入：将逻辑常量代入：0+0=00+1=11+0=11+1=1A+0=AA+1=1A+A=AFREAB9三、逻辑符号三、逻辑符号FFFABABAB+≥≥1（（a））（（b））（（c））Ø 2.1.2 2.1.2 或逻辑或逻辑( (或运算、逻辑加或运算、逻辑加) )四、波形关系四、波形关系 高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”AFB10Ø2.1.3 非逻辑非逻辑( (非运算、逻辑反非运算、逻辑反) ) 前提与结果相反；前提为真，结果为假。

这种前提与结果相反；前提为真，结果为假这种关系称为关系称为“非非”逻辑下面我们用开关逻辑下面我们用开关A 控制灯控制灯F 的的亮与灭，说明亮与灭，说明“非非”逻辑的功能逻辑的功能定义：开关合上为定义：开关合上为““1””，断开为，断开为““0”” 灯亮为灯亮为““1””，灯灭为，灯灭为““0””EARF11一、真值表一、真值表 将将AB各种可能的情况各种可能的情况与灯与灯F 的关系列表表示为：的关系列表表示为：Ø2.1.3 非逻辑非逻辑( (非运算、逻辑反非运算、逻辑反) )EARF0110FA真值表真值表真值表真值表二、逻辑函数表达式二、逻辑函数表达式 F = A 将逻辑常量代入：将逻辑常量代入： 0 = 1 1 = 012三、逻辑符号三、逻辑符号Ø2.1.3 非逻辑非逻辑( (非运算、逻辑反非运算、逻辑反) )四、波形关系四、波形关系 高电平为高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”AF13 将基本逻辑运算进行简单的组合将基本逻辑运算进行简单的组合—组合成组合成如下常用复合逻辑如下常用复合逻辑。

“ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4 “与或非与或非”逻辑逻辑Ø2.2.3 “ “或非逻辑或非逻辑””Ø2.2.2 “与非逻辑与非逻辑”Ø2.2.1常用复合逻辑常用复合逻辑v2.214“ “与与与与” ”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“ “非非非非” ”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合先的组合先的组合先的组合先“ “与与与与” ”再再再再“ “非非非非” ”＆＆BAAB11FABA&F=ABB＆＆ “与非逻辑与非逻辑”Ø2.2.115AFB波形图波形图波形图波形图 “ “与与与与” ”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“ “非非非非” ”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合先的组合先的组合先的组合先“ “与与与与” ”再再再再“ “非非非非” ”011110101100FAB真值表真值表真值表真值表见见见见0 0得得得得1 1全全全全1 1得得得得0 0 “与非逻辑与非逻辑”Ø2.2.116 “ “或或或或” ”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“ “非非非非” ”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合先的组合先的组合先的组合先“ “或或或或” ”再再再再“ “非非非非” ”≥≥1BAA+B11FA+BAF=A+BB≥≥1 “ “或非逻辑或非逻辑””Ø2.2.217波形关系波形关系波形关系波形关系AFB “ “或或或或” ”逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和“ “非非非非” ”逻辑逻辑逻辑逻辑的组合。

先的组合先的组合先的组合先“ “或或或或” ”再再再再“ “非非非非” ”011010001100FAB真值表真值表真值表真值表全全全全0 0得得得得1 1见见见见1 1得得得得0 0 “ “或非逻辑或非逻辑””Ø2.2.218 “ “与与与与” ”逻辑逻辑逻辑逻辑、、、、“ “或或或或” ”逻辑逻辑逻辑逻辑、、、、“ “非非非非” ”逻辑逻辑逻辑逻辑的的的的组合 先先先先“ “与与与与” ”后后后后“ “或或或或” ”最后再最后再最后再最后再“ “非非非非” ”1F=AB+CD11ABCDF=AB+CD＆＆≥≥1＆＆ ≥≥1AB+CD≥≥1≥≥1CDAB＆＆BA＆＆DC “与或非与或非”逻辑逻辑Ø2.2.319 这是具有特殊功能的逻辑，它们的定义均这是具有特殊功能的逻辑，它们的定义均是对二变量而言是对二变量而言 “异或异或”电路的特殊功能电路的特殊功能③③ 多变量的多变量的“异或异或”②② “异或异或”“同或同或”逻辑逻辑①① “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.420其真值表如下：其真值表如下： 输入二变量相异为输入二变量相异为““0””，相同为，相同为““1””，称为，称为““同或同或””F2。

输入二变量相异为输入二变量相异为““1””，相同为，相同为““0””，称为，称为““或或””F1 ①① “ “异或异或”“”“同或同或””逻逻辑辑 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4A B F1F20 0010 1101 0101 101 异或异或 同或同或由真值表可得出下式由真值表可得出下式 ：：21 异或逻辑符号异或逻辑符号 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4 同或逻辑符号 （（a a）））） （（（（b b）））） （（（（c c）））） =1AFBABFAFB=1AFBAFB=BFA （（a a）））） （（（（b b）））） （（（（c c）））） 22 例如 F=A⊕B⊕C⊕D 由于不存在多变量的由于不存在多变量的““异或异或””电路，故多变量的电路，故多变量的““异或异或””通过二变量通过二变量““异或异或””实现。

实现②② 多变量的多变量的““异或异或”” “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4≥≥1F2F1&&=1BA=1DC=1FF = F1⊕⊕ F2F1= A⊕⊕ B F2=C⊕⊕D代入得：代入得：F=A⊕⊕B⊕⊕C⊕⊕D同理实现多变量的同或电路同理实现多变量的同或电路23③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 故可十分方便得故可十分方便得A，，A控制电路如下图所示：控制电路如下图所示：C=0 F=AC=1 F=A 0⊕⊕0=0 0⊕⊕1=1 1⊕⊕0=1 1⊕⊕1=0 0⊕⊕A=A 1⊕⊕A=AFCA=1控制端控制端 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.424奇数个奇数个“1”相异相异或结果为或结果为“1”偶数个偶数个“1”相异相异或结果为或结果为“0”③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 奇偶检测电路奇偶检测电路例例例例题题题题 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.425 利用此特性可十分方便组成奇偶校验位利用此特性可十分方便组成奇偶校验位的产生电路。

也可十分方便组成奇偶校验码的的产生电路也可十分方便组成奇偶校验码的检验电路检验电路 8421BCD奇校验位产生电路和校奇校验位产生电路和校验码检测电路如下图所示：验码检测电路如下图所示：③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.426&0001000=1BA00=1DC=1P100=1BA00=1DC=1P=1奇偶检验位产生电路奇偶检验位产生电路奇校验码检测电路奇校验码检测电路检验检验输出输出000000011 0111③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4011 027&0100=1BA0=1DC=1P10=1BA00=1DC=1P=1奇偶检验位产生电路奇偶检验位产生电路奇校验码检测电路奇校验码检测电路检验检验输出输出00③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.410 0 0 10 10 0 0 028 接收接收A⊕⊕B⊕⊕C⊕⊕D⊕⊕P =1 结果正确结果正确 =0 结果出错结果出错 输入输入 ABCD=0110 则则 P = 0⊕⊕1⊕⊕1⊕⊕0 =1 ABCD=1000 则则 P = 1⊕⊕0⊕⊕0⊕⊕0 =0③③ ““异或异或””电路的特殊功电路的特殊功能能 “ “异或异或”“”“同或同或””逻辑逻辑Ø2.2.4291.1.输出高电平输出高电平UOH输入低电输入低电平平UOI一般认为一般认为UO≤ 0.5V即即为合格为合格,标称值为标称值为3V，，最高最高可达到可达到3.6V，，输出低电平一输出低电平一般认为小于般认为小于0.5V为合格，标为合格，标称值为称值为0.3V。

一、特性和参数一、特性和参数 TTL与非门传输特性如图所示与非门传输特性如图所示3.6V U3.6V UOHOH 0.350.350.350.35V V V Vu u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 前面已讲过集成电路分为双极性型即前面已讲过集成电路分为双极性型即TTL电路和单电路和单极性极性MOS电路一般以电路一般以TTL电路为主讲述有关问题电路为主讲述有关问题30２２. 开门电平开门电平UON和关门电平和关门电平Voff 开门电平：开门电平：　　　　 输出低电平时与非门处于开门输出低电平时与非门处于开门状态，为保证输出低电平低于状态，为保证输出低电平低于0.350.35V V是允许输入高电平的最小值称为开是允许输入高电平的最小值称为开门电门电UON ；；U UONON0.350.350.350.35V V V VU UOOu u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 关门电平：关门电平： 输出为高电平时与非门处于关门输出为高电平时与非门处于关门状态，为保　证输出高电平高状态，为保　证输出高电平高2.72.7V V所所允许输入低电平的最高　值称为允许输入低电平的最高　值称为关门电平关门电平Voff ；；0.350.350.350.35V V V VU Uoffoffu u u ui i i i2.72.7313. 噪声容限噪声容限UNL 和和UNH　　此参数是用来说明门电路的抗干扰能力的。

此参数是用来说明门电路的抗干扰能力的 输入低电平时，输出应为高电平，如果此时输入端在低电平基输入低电平时，输出应为高电平，如果此时输入端在低电平基础上叠加一个正向干扰信号，础上叠加一个正向干扰信号， 如超过如超过Uoff时，输出将低于所规定时，输出将低于所规定高电平值，产生逻辑错误所允许的最大干扰信号幅度称为输入低高电平值，产生逻辑错误所允许的最大干扰信号幅度称为输入低电平时的噪声容电平时的噪声容 UNL U Uoffoffu u u ui i i iV VNLNLU UNLNL=U=U0FF0FF－－－－U UILIL=0.8=0.8－－－－0.3=0.50.3=0.5 v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 32 输入为高电平时，输出应为输入为高电平时，输出应为低低电平，如果此时输入端在高电平电平，如果此时输入端在高电平基础上叠加一个负向干扰信号，如低于基础上叠加一个负向干扰信号，如低于UON时，输出将高于规定低时，输出将高于规定低电平值，产生逻辑错误所允许最大干扰信号幅度称为输入高电平电平值，产生逻辑错误所允许最大干扰信号幅度称为输入高电平时的噪声容限时的噪声容限UNH 。

U UNHNH=U=UIHIH－－－－U UONON=3=3－－－－1.8V=1.2V1.8V=1.2V U UONONU UNHNHU UIHIH·u u u ui i i iv2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 334 4 输入短路电流输入短路电流IIS 对对 TTL门而言当输入端接地时，将有一个电流门而言当输入端接地时，将有一个电流1.41.4毫毫安左右的电流由管子流出安左右的电流由管子流出I IISIS﹠v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 当输入通过电阻接地，当输入通过电阻接地， IIS将在将在电阻上产生电压，影响该输入端的状电阻上产生电压，影响该输入端的状态 一般为了保证输出为高电平，输一般为了保证输出为高电平，输入端电阻满足：入端电阻满足：Ri≤0.7KΩ为了保证输出低电平，输入端电阻满足：为了保证输出低电平，输入端电阻满足： Ri≥2KΩ 场效应管无输入短路电流，通过电阻接地时，输入始终是低电平。

场效应管无输入短路电流，通过电阻接地时，输入始终是低电平345.门电路的门电路的扇扇入系数入系数NI和和NO 门电路允许输入端数为扇入系数门电路允许输入端数为扇入系数NI，一般，一般NI≥ 8门门,为为保证门电路输出正确逻辑电平时，保证门电路输出正确逻辑电平时，不超过功耗的前提下，其输出端允许带动同类不超过功耗的前提下，其输出端允许带动同类门的输入端数称为门的输入端数称为扇扇出系数，一般出系数，一般NO≥ 8 NO愈大，表明门的负载能力愈强愈大，表明门的负载能力愈强v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 35二、二种特殊门电路二、二种特殊门电路 1.输出开路门输出开路门(OC门）门） 一般的一般的TTL电路不输出不允许并联使用电路不输出不允许并联使用否则当一个输出为高电平，另一个输出为低否则当一个输出为高电平，另一个输出为低电平时，高电平将向低电平门产生一个很大电平时，高电平将向低电平门产生一个很大电流，将烧坏器件，即是器件没坏，输出电电流，将烧坏器件，即是器件没坏，输出电平不正常平不正常 (不高也不低）将产生逻辑错误。

不高也不低）将产生逻辑错误电路符号如图电路符号如图﹠v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 36OC门使用时应注意两点门使用时应注意两点 ①①　　OC门使用时，输出端与电源间应接一个电阻，才能工作门使用时，输出端与电源间应接一个电阻，才能工作 ②② OC门门并联使用时，完成逻辑与的功能通常称为门门并联使用时，完成逻辑与的功能通常称为“线与线与” 功能﹠﹠·U UC CR RU U0 0 ﹠﹠﹠﹠·U UC CF=AB·CD=AB+CDF=AB·CD=AB+CDF Fv2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 372.三态门三态门(TS门或门或TSL门）门）　　由于计算机　　由于计算机CPU采用总线结构，外设均挂在采用总线结构，外设均挂在总线上，总线上，CPU每一时刻仅能与一个外设交换信息，每一时刻仅能与一个外设交换信息，此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线的状态否则将破坏系统的正常工作，这就要求的状态否则将破坏系统的正常工作，这就要求连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了0 态和态和1态外，还增加一个高阻态。

态外，还增加一个高阻态v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 38A1A0ABDBCBCPUCPU0﹟1﹟2﹟3﹟译译码码器器v2.3 关于使用集成电路的有关问题关于使用集成电路的有关问题 39。