基本門電路及其組合
???門電路是實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系的基本電路,是組成數(shù)字電路的最基本單元。從邏輯功能上看,有與門、或門和非門,還有由它們復(fù)合而成的與非門、或非門、與或非門、異或門等。從生產(chǎn)工藝上看,門電路又可分為兩大類:分立元件門電路和應(yīng)用集成電路工藝制成的集成門電路。在學(xué)習(xí)這些邏輯電路時(shí),不必考慮它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理,而要著重掌握它們的邏輯功能。
??? 1.狀態(tài)的表示
??? 邏輯是指事物的因果關(guān)系所遵循的規(guī)律。世間萬(wàn)物大多存在著對(duì)立統(tǒng)一的正反兩種邏輯狀態(tài),如事物的真或假、電位(也叫電平)的高或低、開關(guān)的通或斷等。若將其中一種狀態(tài)規(guī)定為邏輯“真”,則另一種狀態(tài)便為邏輯“假”。通常將邏輯量在形式上數(shù)字化,即用1表示邏輯“真”,用0表示邏輯“假”。這時(shí)的0和1不再有數(shù)的意義,而是兩個(gè)符號(hào),表示兩種對(duì)立的邏輯狀態(tài)。數(shù)字電路中,電路的工作狀態(tài)最終體現(xiàn)于電平的高或低,什么樣的電信號(hào)是高電平或低電平呢?這取決于電路元件參數(shù)和電源電壓的大小。在廣泛使用的TTL集成電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,電源電壓采用5 V,它的標(biāo)準(zhǔn)高電平值是2.4 V,標(biāo)準(zhǔn)低電平值是0.4 V,只要實(shí)際的電平值≥2.4 V,即認(rèn)為是高電平,實(shí)際的電平值≤0.4 V,即認(rèn)為是低電平。
若規(guī)定高電平為1,低電平為0,稱為正邏輯系統(tǒng)。若規(guī)定低電平為1,高電平為0,則稱為負(fù)邏輯系統(tǒng)。本書中采用的都是正邏輯系統(tǒng)。
??? 2.基本邏輯門電路
??? (1).與門
??? 在邏輯問(wèn)題中,如果決定某一事件發(fā)生的多個(gè)條件必須同時(shí)具備事件才能發(fā)生,則稱這種因果關(guān)系為與邏輯。例如,在圖8-1所示電路中,開關(guān)A和B串聯(lián)控制燈Y。顯然,僅當(dāng)兩個(gè)開關(guān)均閉合時(shí)(條件),燈才能亮(結(jié)果)。否則,燈滅。實(shí)現(xiàn)與邏輯關(guān)系的電路稱為與門電路,如圖8-2所示的是最簡(jiǎn)單的二極管與門電路。A、B是它的兩個(gè)輸入端,Y是輸出端。也可以認(rèn)為A、B是它的兩個(gè)輸入變量,Y是輸出變量。假設(shè)輸入信號(hào)低電平為0 V,高電平為3 V,按輸入信號(hào)的不同可有下述幾種情況(忽略二極管正向壓降)。

???? ① 輸入端全為高電平,DA、DB均導(dǎo)通,則輸出VY=3V。
???? ② 輸入端有一個(gè)或兩個(gè)為低電平。例如VA=0V, VB=3V時(shí), DA先導(dǎo)通,這時(shí) 承受反向電壓而截止,輸出VY=0V。
??? 可見(jiàn),只有當(dāng)輸入端A、B全為高電平1時(shí),才輸出高電平1,否則輸出端均為低電平0,這合乎與門的要求。
??? 將邏輯電路所有可能的輸入變量和輸出變量間的邏輯關(guān)系列成表格,如表8-1所示,稱為真值表。
?????????????????????????????????????????????????????????? 表8-1 與門真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
??? 上述邏輯關(guān)系可用邏輯表達(dá)式描述為:
???????????????????????????????????? Y=A?B?????????????????????????????? (8-1)
??? 式中小圓點(diǎn)“?”表示A、B的與運(yùn)算,也表示邏輯乘。在不致引起混淆的前提下,“?”常被省略。在某些文獻(xiàn)中,也有用符號(hào)∧表示與運(yùn)算的。圖8-3所示為兩輸入端的與門邏輯符號(hào)。與門也可有兩個(gè)以上的輸入端。
式中小圓點(diǎn)“?”表示A、B的與運(yùn)算,也表示邏輯乘。在不致引起混淆的前提下,“?”常被省略。在某些文獻(xiàn)中,也有用符號(hào)∧表示與運(yùn)算的。圖8-3所示為兩輸入端的與門邏輯符號(hào)。與門也可有兩個(gè)以上的輸入端。
?? 門電路的邏輯關(guān)系也可以用波形圖來(lái)描述,如圖8-4所示。

?? 2.或門
???? 在邏輯問(wèn)題的描述中,如果決定某一事件發(fā)生的多個(gè)條件中,只要有一個(gè)或一個(gè)以上條件成立,事件便可發(fā)生,則稱這種因果關(guān)系為或邏輯。例如,在圖8-5所示電路中,開關(guān)A和B并聯(lián)控制燈Y??梢钥闯觯?dāng)開關(guān)A、B中有一個(gè)閉合或者兩個(gè)均閉合時(shí),燈Y即亮。因此,燈Y與開關(guān)A、B之間的關(guān)系是或邏輯關(guān)系。
??? 實(shí)現(xiàn)或邏輯關(guān)系的電路稱為或門電路。圖8-6所示是最簡(jiǎn)單的二極管或門電路。A、B是它的兩個(gè)輸入,Y是輸出。采用與門電路同樣的分析方法,對(duì)不同的輸入組合,不難得出或門電路的真值表,如表8-2所示。
??????????????????????????????????????????????????????? 表8-2 或門真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
??? 從表中可知,輸入變量只要有一個(gè)為1時(shí),輸出就為1;只有輸入全為0,輸出才為0。
?? 上述邏輯關(guān)系用邏輯表達(dá)式描述為:
?????????????????????????????????????? Y=A+B?????????????????????????? (8-2)
??? 式中,“+”號(hào)表示邏輯或而不是算術(shù)運(yùn)算中的加號(hào)。某些文獻(xiàn)中也用“∨”表示或運(yùn)算。圖8-7為兩輸入端的或門邏輯符號(hào)?;蜷T也可有兩個(gè)以上的輸入端。
或門電路的邏輯關(guān)系也可用波形圖來(lái)描述,如圖8-8所示。
??? (3).非門
??? 在邏輯問(wèn)題中,如果某一事件的發(fā)生取決于條件的否定,即事件與事件發(fā)生的條件之間構(gòu)成矛盾,則這種因果關(guān)系稱為非邏輯。
??? 例如,在圖8-9所示電路中,當(dāng)開關(guān)A斷開時(shí),燈亮;A閉合時(shí),燈不亮。這個(gè)例子表示了一種條件與結(jié)果相反的非邏輯關(guān)系。
?? 圖8-10所示為三極管非門電路。非門又稱反相器,它只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端,其輸出與輸入恒為相反狀態(tài)。
?? 下面分析該三極管(工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài))非門電路的邏輯功能。
?? ① 當(dāng)輸入端A為高電平(VA=3V)時(shí),適當(dāng)選取RK、RB之值可使三極管飽和導(dǎo)通,其集電極輸出低電平(VY=0V)。
?? ② 當(dāng)輸入端A為低電平(VA=0V)時(shí),負(fù)電源UBB經(jīng)RK、RB分壓使三極管基極電位為負(fù),三極管截止,從而輸出高電平(其電位近似等于UCC)。
?? 表8-3是非門電路的邏輯真值表,非門的邏輯符號(hào)如圖8-11所示。
?????????????????????????????????????????????????????????? 表8-3 非門真值表
A |
Y |
0 |
1 |
1 |
0 |
?? 如果用邏輯表達(dá)式描述,則為:
??????????????????????????????? ?????????????????????????? (8-3)
?? 它可和圖8-12的波形圖相對(duì)照。
3.基本邏輯門電路的組合
?? 利用與門、或門、非門三種最基本的門電路可以組成各種復(fù)合門電路,其中最常用的有與非門電路、或非門電路、異或門電路等。
?? (1).與非門
?? 與非門電路是數(shù)字電路中運(yùn)用最廣的一種邏輯門電路,邏輯符號(hào)及波形圖如圖8-13所示。
????與非門的邏輯功能為:輸入信號(hào)全為1,則輸出為0;只要有一個(gè)輸入為0,則輸出為1。與非門真值表如表8-4所示。
????????????????????????????????????????????????????????? 表8-4 與非門真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
??? 與非門的邏輯功能用邏輯表達(dá)式描述,則為:
??????????????????????????????????????????? ??????????????????????? (8-4)
??? 與非門可以有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端。
??? (2).或非門
???? 或非門的邏輯符號(hào)及波形圖如圖8-14所示。
??? 或非門的邏輯功能是:輸入全為0,輸出才為1;只要有一個(gè)輸入為1,輸出就為0?;蚍情T真值表如表8-5所示。
???????????????????????????????????????????????????? 表8-5? 或非門真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
??? 或非門的邏輯功能用邏輯表達(dá)式描述則為:
??????????????????????????????????????????????? ??????????????? (8-5)
??? 或非門也可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端。?
?? (3).異或門
??? 異或門的邏輯符號(hào)及波形圖如圖8-15所示。
??? 其邏輯功能為:當(dāng)兩個(gè)輸入端信號(hào)相同時(shí),輸出為0;當(dāng)兩個(gè)輸入端信號(hào)相異時(shí),輸出為1。其真值表如表8-6所示。
???????????????????????????????????????????????????????????? 表8-6 異或門真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
??? 異或門的邏輯功能用邏輯表達(dá)式描述為:
?????????????????????????????????????????? ?????????????? (8-6)
??? 異或門只有兩個(gè)輸入端。
??? 思考與練習(xí)
??? 1.如果正邏輯改為負(fù)邏輯,那么正邏輯條件下的與門和或門的邏輯功能有何變化?
??? 2.假定一個(gè)電路中,指示燈Y和開關(guān)A、B、C的關(guān)系為 Y =AB+C
??? 試畫出相應(yīng)的電路圖。??
- 門電路(39542)
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