《电工电子技术》第12章 逻辑门与组合逻辑电路
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电工电子技术与技能课件单元十二 模块二 组合逻辑电路的分析与应用
3．显示译码器
显示译码器的功能是将输入的BCD码译成 能用于显示器件的十进制数的信号，并驱动 显示器显示数字。
1
0
1
分组试验
0
总结
U1(BI/RBO)
U1
7
13
A
QA
1
12
B
QB
2
11
C
QC
6
74LS48
10
D
QD
4
9
BI/RBO
QE
5
15
RBI
QF
3
14
LT
QG
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
0
0
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1
0
×
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电工与电子技术 12 门电路和组合逻辑电路(3～4)PPT课件
加法器叫全加器。
表12-4-2
故其输入有三个：加数A、被加数 输 入 输 出
B和低位的进位 Ci-1，输出为三者的和
S和其向高位的进位Ci，其真值表如表 12-4-2所示
A B Ci-1 S Ci 00000 0 0 11 0
输出端的逻辑式为
0 1010 0 11 0 1
S A B Ci1 Ci AB Ci1( A B)
A
＆
B
C
＆
＆
＆
Y
b.化简
＆
Y A • ABC B • ABC C • ABC ( A B C)(A B C ) AB AC AB BC AC BC
其卡诺图为
图12-3-2 例12-3-1的电路
A BC 00 01 11 10 00 1 1 1 11 1 0 1
化简后 Y AB AC BC
超前进位加法器提高了运算速度，但同时增加了电路 的复杂性，而且位数越多，电路就越复杂。
图12-4-4是用两片4位超前进位全加器构成的8位并串行进 位全加器的电路。
CO
Y7 Y6 Y5 Y4
Y3 Y2 Y1 Y0
CO
S3 S2 S1 S0
74LS283（2)
CI
A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0
态设灯点亮为“1”,熄灭为
输入
输出
“0”。输出为发出报警信号Y， A B C Y
交通灯正常工作为“0”，有 故障发出报警信号为“1”。
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
(2) 根据题中的逻辑要求写出
0
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第12章 门电路与组合逻辑电路
第12章 门电路与组合逻辑电路 1. 电压传输特性描述了门电路的输入电压和输出电压之间 的关系。图12.3.3所示的是TTL与非门的电压传输特性。当ui 从零开始逐渐增大时，在ui的一定范围内输出保持高电平基 本不变。当ui上升到一定数值之后，输出很快下降为低电平， 此后即使ui继续增加，输出也保持低电平基本不变。
B CD
(式(12.2.9))
第12章 门电路与组合逻辑电路 12.2.4
当用不同电路实现逻辑函数时，其逻辑表达式也不同， 这就需要将不同形式的逻辑表达式进行变换。下面介绍最常 用的与或表达式与与非-与非表达式的互相转换方法，主要运 用式(12.2.13)和式(12.2.14)的反演律。
第12章 门电路与组合逻辑电路 【例12.2.4】 将与或表达式Y=A+B+C转换为与非-与非 表达式。 解
第12章 门电路与组合逻辑电路
【例12.2.1】 化简表达式 Y AB AB AB 。
解
Y AB (A A)B
AB B AB
(利用A+A ＝1) (式(12.2.11))
AB AB(C D)
第12章 门电路与组合逻辑电路
【例12.2.2】 化简表达式 Y A AB ABC ABCD 。 解
12.3.2 三态门有哪几种输出状态？为什么使用三态门时 可以实现一条总线分时地传送多个信号？
第12章 门电路与组合逻辑电路
第12章 门电路与组合逻辑电路 12.2.3 逻辑表达式的化简
逻辑表达式也需要化简，以便使它的逻辑电路更为简单。 对不同形式的表达式，最简的标准是不一样的。以与或表达 式为例，首先要求化简后的表达式中所包含的或项最少，每
用逻辑公式化简逻辑表达式的方法，称为公式法。 运用 公式法时，需熟练掌握逻辑代数的基本公式。
电子技术之门电路与组合逻辑电路介绍课件
方法
逻辑表达 式的验证
方法
逻辑函数
01
逻辑函数可以表示 电路的输入和输出
之间的关系
02
03
逻辑函数的化简和 优化是组合逻辑电 路设计的重要步骤
04
逻辑函数是描述组 合逻辑电路的数学
表达式
逻辑函数可以用布 尔代数表示，也可
以用真值表表示
逻辑电路优化
01
优化逻辑表达 式：简化逻辑 表达式，降低
电路复杂度
组合逻辑电路的设计
确定逻辑功能：根 据需求确定电路的
逻辑功能
设计逻辑电路：根 据化简后的真值表 设计组合逻辑电路
列出真值表：列出 输入输出之间的真
值表
验证逻辑电路：使 用仿真工具验证设 计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ逻辑电路是否
符合需求
化简真值表：使用 卡诺图等方法化简
真值表
优化逻辑电路：根 据实际情况对逻辑 电路进行优化，提
译码器
功能：将二进制代码 转换为十进制代码
工作原理：根据输入 的二进制代码，输出
相应的十进制代码
应用：数字显示、数 据传输、计算机控制
等领域
特点：速度快、体积 小、功耗低、可靠性
高
结构：由多个与非门 和或非门组成
组合逻辑电路分析
逻辑表达式
组合逻辑 电路的基
本概念
逻辑表达 式的表示
方法
逻辑表达 式的化简
门电路的输入 和输出都是二 进制信号，即 0和1
门电路可以组 合成更复杂的 电路，如组合 逻辑电路和时 序逻辑电路
门电路的分类
01
基本门电路：与门、或门、 非门
02
复合门电路：与非门、或 非门、异或门
03
特殊门电路：三态门、传 输门、时钟门
逻辑表达 式的验证
方法
逻辑函数
01
逻辑函数可以表示 电路的输入和输出
之间的关系
02
03
逻辑函数的化简和 优化是组合逻辑电 路设计的重要步骤
04
逻辑函数是描述组 合逻辑电路的数学
表达式
逻辑函数可以用布 尔代数表示，也可
以用真值表表示
逻辑电路优化
01
优化逻辑表达 式：简化逻辑 表达式，降低
电路复杂度
组合逻辑电路的设计
确定逻辑功能：根 据需求确定电路的
逻辑功能
设计逻辑电路：根 据化简后的真值表 设计组合逻辑电路
列出真值表：列出 输入输出之间的真
值表
验证逻辑电路：使 用仿真工具验证设 计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ逻辑电路是否
符合需求
化简真值表：使用 卡诺图等方法化简
真值表
优化逻辑电路：根 据实际情况对逻辑 电路进行优化，提
译码器
功能：将二进制代码 转换为十进制代码
工作原理：根据输入 的二进制代码，输出
相应的十进制代码
应用：数字显示、数 据传输、计算机控制
等领域
特点：速度快、体积 小、功耗低、可靠性
高
结构：由多个与非门 和或非门组成
组合逻辑电路分析
逻辑表达式
组合逻辑 电路的基
本概念
逻辑表达 式的表示
方法
逻辑表达 式的化简
门电路的输入 和输出都是二 进制信号，即 0和1
门电路可以组 合成更复杂的 电路，如组合 逻辑电路和时 序逻辑电路
门电路的分类
01
基本门电路：与门、或门、 非门
02
复合门电路：与非门、或 非门、异或门
03
特殊门电路：三态门、传 输门、时钟门
电工电子技术 第十二章逻辑门和常用组合逻辑电路 第三节逻辑代数的基本运算规则及定理
例：证明A+AB=A+B 解： A+AB=（A+A）（A+B）
=（A+B）
反演定理：A • B = A+B A+B = A • B
例：证明：若 F=AB+AB 则 F=AB+A B
解：F=AB+AB =AB•AB =(A+B)•(A+B)
=AA+AB+A B+BB =AB+A B
2. 利用逻辑代数公式化简
（1）并项法 A+A=1 （2）吸收法 A+AB=A（1+B）=A （3）消去法 A+AB=A+B （4）配项法 A=A（B+B）
例 ：证明AB+AC+BC=AB+AC 配项法
解：AB+AC+BC=AB+AC+(A+A)BC =AB+AC+ABC+ABC =AB+ABC+AC+ABC
吸收法
=AB(1+C)+A(1+B) =AB+AC
例；：0• 0=0 • 1=1 • 0 1 • 1=1
0+1=1+0=1+1
0+0=0
0=1 1=0
（2）基本定律
交换律：A+B=B+A
A • B=B • A
结合律：A+(B+C)=(A+B)+C A • (B • C)=(A • B) • C
分配律：A(B+C)=A • B+A • C A+B • C=(A+B) • (A+C)
电工与电子技术》考试【 门电路和组合逻辑电路】题目类型【问答题】难度【易】
问题【7】删除修改
能否将AB=AC，A+B=A+C，A+AB=A+AC这三个逻辑式化简为B=C。
答案：
不能。上述三个等式只表明等式两边的逻辑运算结果相同，并不能说明等式两边的输入条件有何种关系，在逻辑代数中也没有减法和除法运算,不能将等式左边的变量或“与”项搬到右边去相减或相除。上述三个等式中B和C只能说具有相同的逻辑效果，但并不是相同的逻辑条件，不能划等号，例如在第三个等式中B和C都是 余项中的因子，与逻辑结果无关。
答案：
逻辑运算中的“1”和“0” 只是表示两个相反的逻辑状态，如电位的高低、开和关等，不是算术运算中的两个数字。逻辑加法运算是一种“或”逻辑关系，所以1+1=1，而不像十进制加法运算中1+1=2或二进制加法运算1+1=10。
问题【6】删除修改
逻辑代数和普通代数有什么区别
答案：
逻辑代数和普通代数的主要区别有：(1) 逻辑变量有原变量和反变量两类，普通代数中无反变量。 (2) 逻辑变量的取值只有“０”和“１”，而普通代数中变量可取任意值。 (3) 逻辑代数中的各种运算都是逻辑运算，而不是普通代数中的数值运算。同样，逻辑变量的两个取值“０”和“１”也不代表数值的大小，而只代表两个相反的状态。 (4) 逻辑代数中的基本运算只有逻辑乘(“与”)、逻辑加(“或”)、和逻辑“非”三种，不像普通代数中有加、减、乘、除四种。
问题【3】删除修改
组合电路的设计方法和组合电路的分析方法有何不同
答案：
组合电路的设计方法是在已知逻辑功能的前提下设计出逻辑电路。而组合电路的分析方法是在已知组合电路结构的前提下，研究其输出与输入之间的逻辑关系。二者实施目的恰好相反。故设计步骤和分析步骤基本相反。
能否将AB=AC，A+B=A+C，A+AB=A+AC这三个逻辑式化简为B=C。
答案：
不能。上述三个等式只表明等式两边的逻辑运算结果相同，并不能说明等式两边的输入条件有何种关系，在逻辑代数中也没有减法和除法运算,不能将等式左边的变量或“与”项搬到右边去相减或相除。上述三个等式中B和C只能说具有相同的逻辑效果，但并不是相同的逻辑条件，不能划等号，例如在第三个等式中B和C都是 余项中的因子，与逻辑结果无关。
答案：
逻辑运算中的“1”和“0” 只是表示两个相反的逻辑状态，如电位的高低、开和关等，不是算术运算中的两个数字。逻辑加法运算是一种“或”逻辑关系，所以1+1=1，而不像十进制加法运算中1+1=2或二进制加法运算1+1=10。
问题【6】删除修改
逻辑代数和普通代数有什么区别
答案：
逻辑代数和普通代数的主要区别有：(1) 逻辑变量有原变量和反变量两类，普通代数中无反变量。 (2) 逻辑变量的取值只有“０”和“１”，而普通代数中变量可取任意值。 (3) 逻辑代数中的各种运算都是逻辑运算，而不是普通代数中的数值运算。同样，逻辑变量的两个取值“０”和“１”也不代表数值的大小，而只代表两个相反的状态。 (4) 逻辑代数中的基本运算只有逻辑乘(“与”)、逻辑加(“或”)、和逻辑“非”三种，不像普通代数中有加、减、乘、除四种。
问题【3】删除修改
组合电路的设计方法和组合电路的分析方法有何不同
答案：
组合电路的设计方法是在已知逻辑功能的前提下设计出逻辑电路。而组合电路的分析方法是在已知组合电路结构的前提下，研究其输出与输入之间的逻辑关系。二者实施目的恰好相反。故设计步骤和分析步骤基本相反。
《电工电子技术》——门电路及组合逻辑电路共65页
60、人民的幸福是至高无个的法❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
《电工电子技术》——门电路及组合逻 辑电路
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
《电工电子技术》——门电路及组合逻 辑电路
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
电工电子技术教学参考教学课时分配
《电工电子技术》教学参考
教学课时分配
《电工电子技术》课程涉及专业很多，教学课时的数量、教学内容的选择和学时安排有较大差异，编者根据本校的教学情况和自己的教学经验，给出了三种学时的分配情况，仅供参考。
旨在为从事该课程的青年教师更合理地组织教学内容和教学过程，提高该课程的教学质量。
教材中标有“*”的内容属于加深加宽内容，下面的学时分配不包括此类内容，教师可根据学时情况和专业要求适当选择；“电工测量”一章可结合实验进行教学。
2．教学时数为60学时
3．教学时数为48学时。
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2）TTL数字集成电路使用注意事项 首先要注意根据使用的环境温度选择合适的系列，一般民
用产品选74系列即可，对使用环境温度变化较大，超出0~+70℃
输入端并联接地，流出门电路输入端的电流值。
典型值为1.6 mA。 输入漏电流IIH 也称为输入高电平电流。当与非门的任意一个 输入端接高电平，其余输入端悬空时，流过该输 入端的电流值。典型值为40 μA。
输出高电平电流IOH 当与非门工作在关门状态，保证与非门输
出高电平不低于额定高电平UOH的90%时，可以流 出门电路输出端的最大电流。典型值为0.4 mA。该 参数表明了门电路带拉电流负载的能力。 输出低电平电流IOL 当与非门工作在开门状态，保证与非门稳
为逻辑门电路，简称门电路。
12.1.1 半导体器件的开关特性
1．半导体二极管的开关特性
当输入电压UI为高电平UIH 时，二极管VD上所加电压为正向 电压，二极管导通，导通电压UD 约为0.7v，回路接通。
当输入电压UI 为低电平UIL 时，二极管VD上所加电压小于
PN结的阈值电压0.5v，二极管截止，回路断开 。
第12章 逻辑门与组合逻辑电路
12.1 逻辑门电路 12.2 组合逻辑电路的分析与设计方法 12.3 典型组合逻辑电路及其应用
退 出
12.1 逻辑门电路
12.1.1 半导体器件的开关特性 12.1.2 基本逻辑门电路电路 12.1.3 TTL集成门电路
12.1.4 CMOS集成门电路 退 出
用于实现基本逻辑功能和某些复合逻辑功能的单元电路称
平均功耗P 平均功耗是指门电路在输出端空载的情况下，处于开
门状态和关门状态功耗的平均值。该参数表明了门电路
的静态功率消耗，其值越小越好。典型值为10 mW。
我们希望门电路既能够延迟时间短又能平均功耗低，但在现 实中这往往是矛盾的，高速门电路往往功耗大，功耗小则延迟时 间长。所以在应用中应该根据实际需要考虑其综合性能。
厂家（产地）标志 工作温度范围 符 号 含义 中国产TTL数 字集成电路 符号 含义
标准
CT 74
W B
F 阿 拉 伯 数 字 器 件 功 能 D P J
陶瓷扁平
塑封扁平 全密封扁平 陶瓷双列直插 塑料双列直插 黑陶双列直插
H
0~+70℃ L S LS
高速
低功耗 肖特基 低功耗肖特基
美国德州仪器 SN 公司 MC 摩托罗拉公司 HD 日立电器公司
AS 先进肖特基 54 -55 ~ ALS 先进低功耗肖特基 +125℃ F 快速 FAS 快速肖特基
1．TTL与非门
1） 内部电路结构与工作原理
VCC = + 5v R1 R2 VT3 A B C UI VT1 VT2 VT4 Y VT5 R3 R4 UO A B C & Y R5
（a） 电路结构
VCC = + 5v R1 R2 VT3 A B EN VD1 VT1 VT2 VT4 Y VT5 R3 R4 A B EN & Y
EN
R5
（a） 电路结构
（b）逻辑符号
图12-11
三态与非门电路结构与逻辑符号
3．TTL数字集成电路主要参数及使用注意事项
1）TTL集成电路主要参数与技术指标 （1）TTL与非门电压传输特性
0
0 1 1 1 1
1
1 0 0 1 1
0
1 0 1 0 1
1
1 1 1 1 0
全为高电平
3.6
2） 电路型号与引脚排列 常用的74系列集成TTL与非门的型号有74LS00、74LS10和 74LS20，它们分别是4-2输入与非门、3-3输入与非门和2-4输入与 非门。
Vcc 4B 14 13 4A 12
SN 74 LS 04 P
封装形式：塑料双列直插封装 器件功能：六反相器 器件系列：低功耗肖特基 工作温度：0~+70℃ 生产厂家：美国德州仪器公司
表12-4 74/54系列数字集成电路型号各部分含义
第1部分 第2部分 第3部分 器件系列 符号 含义 第4部分 器件 品种 符 含 符号 号 义 第5部分 封装形式 含义
&
4Y 11
3B 10
3A 9
&
3Y 8
Vcc 1C 14 13
1Y 12
3C 11
3B 10
3A 9
&
3Y 8
Vcc 2D 14 13
2C 12
NC 11
2B 10
2A 9
&
2Y 8
& & & & &
1 1A
2 1B
3 1Y
4 2A
5 2B
6
7
1 1A
2 1B
3 2A
4 2B
5 2C
6
7
1 1A
2 1B
Uo (v) UOH A 3 C 2 4 B
1 UOL 0 UIL
UNL D UOFF1 Uth UON 2
UNH E 3 UIH Ui (v)
图12-12 TTL与非门电压传输特性
2）TTL与非门主要参数 输出高电平UOH 与非门处于截止状态（AB段）时的输出电平，
典型值为3.6 v。 输出低电平UOL 与非门处于导通状态（DE段）时的输出电平， 典型值为0.3 v。 开门电平UON 保证与非门能够稳定可靠地工作于导通状态时的
2Y GND
2Y GND
(d) 74LS36
(e) 74LS51
(f) 74LS86
图12-9
其它集成TTL门电路引脚排列
2）TTL集电极开路门和三态门 将两个以上门电路的输出端直接相连的做法称为“线与”。 所以普通的TTL门电路是不允许“线与”的。为此，将传统的 TTL与非门电路输出级的负载管取消，便可以直接“线与”。
UA (v)
0.3 0.3
UB (v)
0.3 0.3
UC (v)
0.3 3.6
UY (v)
3.6 3.6
A
0 0
B
0 0
C
0 1
Y
1 1
一个以上 输入为低 电平
0.3
0.3 3.6 3.6 3.6
3.6
3.6 0.3 0.3 3.6 3.6
0.3
3.6 0.3 3.6 0.3 3.6
3.6
3.6 3.6 3.6 3.6 0.3
三极管开关电路及等效电路
3．MOS管的开关特性
导通条件： UI =UIH≥ UtH 截止条件： UI =UIL ≤ UtH
VDD
VDD RD VTM P + UO + UI=UIH G S RD D VTM + UO=UOL + UI=UIL G
VDD RD D S VTM + UO=UOH
iD
D + UI G S
截止条件：
VCC
Ube≤ 0.5 v
VCC VCC
RC
RC + + + Ubes=0.7 v VT + UO=UOL + UI=UIL
RC + VT UO=UOH
iC
RB + UI VT RB + UI=UIH RB
iB
UO
Uces=0.3 v
（a） 电路
（b）饱和等效电路
（c）截止等效电路
图12-2
定输出为额定低电平时，可以流入门电路输出端的
最大电流。典型值为16 mA。该参数表明了门电路 带灌电流负载的能力。从数值上可以看出，标准系
列与非门带灌电流负载的能力要远大于带拉电流负
载的能力。 扇出系数N 在保证能够正常工作的前提下，门电路的输出端可 以连接的同型号门电路的数目。
平均传输延迟时间tpd 与非门的输入和输出信号之间有一定的时间
iD
+ UI R VD + UD=0.7 v UI=UIH R UI=UIL R + VD + VD
（a） 电路
（b）导通等效电路
（c）截止等效电路
图12-1
二极管开关电路及等效电路
2．半导体三极管的开关特性
饱和条件：
VCC U ces U I U bes ≥ RC RB
即：
iB≥iBS
RB
（a） 电路
（b）逻辑符号
图12-6
三极管非门（反相器）电路和逻辑符号
12.1.3 TTL集成门电路
TTL集成门电路是一种应用十分广泛的数字集成电路，因其 结构中输入-输出部分均采用了晶体管，所以称为晶体管-晶体管 逻辑电路（Transistor- Transistor Logic），简称TTL电路。 目前应用最广泛的TTL集成门电路是74/54系列，74/54系列数 字集成电路型号通常由五个部分组成，如下所示，组成型号的符 号及含义如表12-4所示。
R1 A B UI VT1
R2 VT2
VCC = + 5v Y VT5 UO
A B
& Y
R3
（a） 电路结构
（b）逻辑符号
图12-10
OC门电路结构与逻辑符号
三态门又简称为TSL（Three-State Logic）门，所谓三态就是 指这种类型门电路的输出在正常的0和1之外，还有一个高阻状态。 当三态门为高阻状态时，其输出端相当于完全脱离电路，对电路 上的其它元器件不产生任何影响。
0
0 3 3
0
3 0 3
0.7
0.7 0.7 3.7
0
0 1 1
0
1 0 1
0