集成逻辑门电路.
《电子技术基础与技能》教案集成逻辑门电路
《电子技术基础与技能》教案-集成逻辑门电路一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解集成逻辑门电路的基本概念和特点；（2）掌握集成逻辑门电路的符号表示和真值表；（3）学会分析集成逻辑门电路的工作原理和应用。
2. 过程与方法：（1）通过观察和实验，培养学生的观察能力和动手能力；（2）通过小组讨论，培养学生的合作能力和解决问题的能力。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对电子技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索和坚持真理的精神。
二、教学内容1. 集成逻辑门电路的基本概念和特点2. 集成逻辑门电路的符号表示和真值表3. 集成逻辑门电路的工作原理4. 集成逻辑门电路的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）集成逻辑门电路的基本概念和特点；（2）集成逻辑门电路的符号表示和真值表；（3）集成逻辑门电路的工作原理和应用。
2. 教学难点：（1）集成逻辑门电路的工作原理；（2）集成逻辑门电路的应用。
四、教学准备1. 教具：（1）电子技术实验仪；（2）集成逻辑门电路模块；（3）多媒体教学设备。
2. 学具：（1）学生实验手册；（2）集成逻辑门电路实验电路图；（3）笔和笔记本。
五、教学过程1. 导入新课（1）教师通过简单的逻辑门电路实例，引导学生思考逻辑门电路的作用和应用；（2）学生分享对逻辑门电路的了解和认识。
2. 讲解集成逻辑门电路的基本概念和特点（1）教师讲解集成逻辑门电路的定义和特点；（2）学生认真听讲，做好笔记。
3. 学习集成逻辑门电路的符号表示和真值表（1）教师展示集成逻辑门电路的符号表示和真值表；（2）学生跟随教师一起学习和理解符号表示和真值表。
4. 实验操作（1）教师引导学生分组进行集成逻辑门电路实验；（2）学生动手操作，观察实验现象，记录实验结果。
5. 分析集成逻辑门电路的工作原理（1）教师引导学生根据实验结果，分析集成逻辑门电路的工作原理；（2）学生通过小组讨论，共同探讨集成逻辑门电路的工作原理。
集成逻辑门电路基本知识
集成逻辑门电路基本知识1. 引言集成逻辑门电路是现代数字电路的基础，广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
了解集成逻辑门电路的基本知识对于理解数字电路的原理和设计至关重要。
本文将介绍集成逻辑门电路的基础概念、分类和应用。
2. 集成逻辑门电路的概述集成逻辑门电路是由多个逻辑门组成的电路，逻辑门通过控制输入端的电信号，产生特定的输出信号。
逻辑门的种类包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。
3. 集成逻辑门电路的分类3.1 与门与门是最基本的逻辑门之一，其输入端都要为高电平时，输出端才会为高电平。
与门的符号为“&”或“∩”，常用的与门有AND、NAND等类型。
3.2 或门或门是另一种基本的逻辑门，只要输入端中有一个为高电平，则输出端为高电平。
或门的符号为“|”或“∪”，常用的或门有OR、NOR等类型。
3.3 非门非门是最简单的逻辑门之一，若输入端为高电平，则输出端为低电平；若输入端为低电平，则输出端为高电平。
非门的符号为“!”或“¬”。
3.4 异或门异或门是比较特殊的逻辑门，当输入端中只有一个为高电平时，输出端为高电平；否则，输出端为低电平。
异或门的符号为“⊕”或“≠”。
4. 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路可以用于各种数字电路的设计和实现，以下是集成逻辑门电路的一些常见应用场景：4.1 逻辑运算集成逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，例如用与门组成加法器、用异或门实现比较器等。
逻辑运算是计算机和数字电路的基础。
4.2 存储器设计存储器是计算机系统中重要的组成部分，集成逻辑门电路可以用于存储器的设计和实现。
常见的存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
4.3 时序电路设计时序电路是处理与时间有关的数字信号的电路，集成逻辑门电路可以用于时序电路的设计和实现。
时序电路广泛应用于计时器、时钟、触发器等领域。
5. 总结集成逻辑门电路是数字电路中的基本组成单元，通过不同逻辑门的组合，可以实现各种逻辑运算和功能。
集成逻辑门电路
图 4 输出高电平带负载的情形 5、集电极开路门和三态门电路 1) 集电极开路门-OC 门（Open Collector） 在工程实践中，有时必须将几个门的输出端并联使用，已实现“与”逻辑， 称为“线与”。但是，普通 TTL 门电路的输出结构决定了它不能进行“线与”。 如图所示，如果将 G1、G2 两个 TTL“与非”门的输出端直接连接起来，当 G1 输 出为高电平，G2 输出为低电平时，从 G1 的电源 VCC 通过 G1 的 T4、D 到 G2 的 T3,形成一个低电阻通路，产生很大的电流。另外，由于此时“线与”输出结 果为低电平，负载门还将向 G2 的 T3 灌电流，所以 G2 很可能被烧毁。因此， 普通的 TTL 门电路是不能进行“线与”的。 为了满足实际应用中实现“线与”的要求，专门生产了一种可以进行“线与” 的门电路——集电极开路，即 OC 门（Open Collector） 。 “与非”OC 门如图所示，T3 集电极开路。T3 集电极开路以后，为保证“与非”功 能使用时必须外接上拉电阻 RL。
图 5“与非”OC 门结构图图 6 “与非”OC 门符号图 2) OC 门应用 a) 实现“线与”。 在使用 OC 门进行“线与”时， 外接上拉电阻 RL 的选择非常重 要，只有 RL 选择得当，才能保证 OC 门应有的逻辑功能，才能保证输出
满足要求的高电平和低电平。一般而言，上拉电阻 RL 应选在 1K 左右。 b) 电平转换。在数字系统的接口部分须有电平转换时，常用 OC 门来完成。 如图，把上拉电阻接到 10V 电源上，这样 OC 门输入普通的 TTL 电平时， 其输出高电平都可以时 10V. 3) 三态门输出 三态门是指逻辑门的输出除有高低电平两种状态外， 还有第三种状态—— 高阻状态门电路，高阻态相当于隔离状态。三态门都有一个控制使能端 EN 来 控制门电路的通断。具备这三种状态的器件称为三态门电路。
集成逻辑门电路实验报告
集成逻辑门电路实验报告集成逻辑门电路实验报告引言：集成逻辑门电路是现代电子技术中的重要组成部分，它可以实现数字信号的逻辑运算。
本次实验旨在通过搭建不同类型的逻辑门电路，深入理解逻辑门的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是掌握集成逻辑门电路的基本原理和应用，通过搭建不同类型的逻辑门电路，加深对数字逻辑电路的理解。
二、实验器材与仪器1. 集成逻辑门芯片（如74LS00、74LS02、74LS08等）2. 面包板3. 连接线4. 示波器5. 信号发生器三、实验步骤与结果1. 搭建与门电路首先，将74LS08芯片插入面包板中，并用连接线将芯片的输入端与信号发生器连接，输出端与示波器连接。
通过调节信号发生器的频率和幅度，观察示波器上的波形变化。
实验结果显示，当输入信号同时为高电平时，输出信号为高电平；否则，输出信号为低电平。
2. 搭建或门电路接下来，将74LS02芯片插入面包板中，并按照与门电路的搭建方式连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果表明，只要输入信号中有一个为高电平，输出信号就为高电平；只有当所有输入信号都为低电平时，输出信号才为低电平。
3. 搭建非门电路然后，将74LS04芯片插入面包板中，并连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果显示，当输入信号为高电平时，输出信号为低电平；当输入信号为低电平时，输出信号为高电平。
4. 搭建异或门电路最后，将74LS86芯片插入面包板中，并连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果表明，当输入信号中只有一个为高电平时，输出信号为高电平；当输入信号中有两个或两个以上为高电平时，输出信号为低电平。
四、实验总结通过本次实验，我深入了解了集成逻辑门电路的原理和应用。
逻辑门电路是数字电子技术中的基础，广泛应用于计算机、通信等领域。
通过搭建与门、或门、非门和异或门电路，我对逻辑门的工作原理有了更加清晰的认识。
集成逻辑门电路实验报告
一、实验目的1. 理解和掌握集成逻辑门电路的基本原理和组成。
2. 熟悉不同类型集成逻辑门电路（如与门、或门、非门、异或门等）的逻辑功能和特性。
3. 学习使用集成逻辑门电路进行基本逻辑运算和组合逻辑电路的设计。
4. 提高动手能力和电路分析能力。
二、实验原理集成逻辑门电路是数字电路中最基本的单元，由若干个逻辑门组成，可以完成基本的逻辑运算。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
这些逻辑门通过输入信号和输出信号之间的逻辑关系来实现特定的功能。
三、实验器材1. 数字电路实验箱2. 万用表3. 74LS00四2输入与非门1片4. 74LS86四2输入异或门1片5. 74LS11三3输入与门1片6. 74LS32四2输入或门1片7. 74LS04反相器1片四、实验内容1. 验证常用集成门电路的逻辑功能（1）连接74LS00四2输入与非门，测试其逻辑功能。
根据输入信号的不同组合，观察输出信号的变化，验证与非门的逻辑功能。
（2）连接74LS86四2输入异或门，测试其逻辑功能。
根据输入信号的不同组合，观察输出信号的变化，验证异或门的逻辑功能。
（3）连接74LS11三3输入与门，测试其逻辑功能。
根据输入信号的不同组合，观察输出信号的变化，验证与门的逻辑功能。
（4）连接74LS32四2输入或门，测试其逻辑功能。
根据输入信号的不同组合，观察输出信号的变化，验证或门的逻辑功能。
（5）连接74LS04反相器，测试其逻辑功能。
观察输入信号和输出信号之间的关系，验证反相器的逻辑功能。
2. 学习使用集成逻辑门电路进行基本逻辑运算（1）使用与非门实现与运算：将两个输入信号分别连接到与非门的两个输入端，观察输出信号的变化，验证与非门实现与运算的功能。
（2）使用或门实现或运算：将两个输入信号分别连接到或门的两个输入端，观察输出信号的变化，验证或门实现或运算的功能。
（3）使用非门实现非运算：将输入信号连接到非门的输入端，观察输出信号的变化，验证非门实现非运算的功能。
13集成逻辑门电路的逻辑功能与参数测试解析
13集成逻辑门电路的逻辑功能与参数测试解析首先，13集成逻辑门电路的逻辑功能主要包括与门、或门、非门和与非门。
与门（AND gate）是指在所有输入信号都为1时，输出才为1；或门（OR gate）是指只要有一个输入信号为1，输出就为1；非门（NOT gate）是指将输入信号取反得到输出信号；与非门（NAND gate）是指在所有输入信号都为1时，输出为0，其它情况输出为1其次，13集成逻辑门电路的参数测试解析主要包括输入电压范围、输出电压范围、工作电流、功耗以及响应时间等。
输入电压范围是指逻辑门电路能够接受的输入电压的最小和最大值。
一般来说，逻辑门电路应能接受逻辑电平的输入信号，即输入电压大于一些阈值时被认为是逻辑高电平，小于该阈值时被认为是逻辑低电平。
测试时需要逐步增加输入电压，观察输出的变化情况，确定逻辑门电路的输入电压范围。
输出电压范围是指逻辑门电路的输出电压的最小和最大值。
一般来说，逻辑门电路的输出电压应接近标准逻辑电平，即逻辑高电平的输出电压接近供电电压（例如5V），逻辑低电平的输出电压接近地线电压（例如0V）。
测试时需要测量逻辑门电路的输出电压，并与标准逻辑电平进行比较。
工作电流是指逻辑门电路在工作状态下所消耗的电流。
一般来说，逻辑门电路的工作电流应尽量小，以降低功耗和减少发热。
测试时可以使用电流表或万用表测量逻辑门电路的工作电流。
功耗是指逻辑门电路在工作过程中所消耗的功率。
功耗与工作电流相关，功率等于电流乘以电压，因此功耗可以通过测量电流和电压计算得到。
在设计集成逻辑门电路时，需要考虑功耗对系统的影响，尽量降低功耗。
响应时间是指逻辑门电路从输入信号变化到输出信号变化所需的时间。
响应时间越小，表示逻辑门电路的反应速度越快。
测试时可以通过观察输入信号和输出信号的变化情况，并使用示波器等仪器测量响应时间。
综上所述，13集成逻辑门电路的逻辑功能与参数测试解析可以通过测试输入电压范围、输出电压范围、工作电流、功耗和响应时间等来完成。
第2章集成逻辑门电路
2.3.2
TTL集电极开路门
TTL集电极开路门（Open Collector Gate）也称为OC门。 在用门电路组成逻辑电路时，如果能将输出端直接并联（称为 “线与”逻辑），可以使电路简化许多。前面所介绍的TTL与非 门却不能这样使用，原因有两个：一是TTL与非门无论输出为高 电平还是低电平，输出电阻都很小；二是两个TTL与非门连在一 起以后，如果一个门输出为高电平，另一个输出为低电平，那么 会有很大的电流从截止门的三极管VT4流到导通门的三极管VT5， 此电流大大超过正常工作电流，严重时会损坏门电路。解决的办 法是把TTL与非门电路的输出级改为集电极开路的三极管结构，
图2.25
二极管的开关电路特性
2．双极型三极管的开关特性 双极型三极管的输出特性曲线如图2.26所示。由输出特性曲线 可知，三极管可分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。特别 当三极管工作在截止区和饱和区时，电参数也表现为对立的两个 状态，可以作为开关使用。
图2.26
三极管的输出特性曲线
2.2
晶体二极管和三极管的开关特性
第一个字母C代表中国，T代表TTL；它们对应型号的门电路逻辑 功能和引脚图与国际标准基本是一样的。本书电路举例将以最常 用的74XX系列和74LSXX系列门电路为主。本章讨论的集成逻辑门 属于小规模集成电路（SSI）。
2.3.1
TTL与非门电路
1．电路结构 每个系列的TTL与非门基本都是由输入级、中间级（倒相级） 和输出级组成。图2.30为TTL与非门的基本电路。 输入级通常由多发射极晶体三极管组成，如图中VT1。我们可 以把VT1看成是发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三 极管。输入级完成“与”逻辑功能。 中间级由VT2组成，其集电极和发射极输出的信号相位相反。 由这两个相位相反的信号去控制输出级的VT3和VT5，所以中间级 也称倒相级。 输出级由VT3、VT4和VT5组成，采用推拉式结构。其中VT3、
模电集成逻辑门电路
按电路结构不同分 是构成数字电路的基本单元之一
TTL 集成门电路
输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS 集成门电路
用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
CTMT按LO功即S 能即T特rCa点nomsi不sptlo同erm-分TernatnasriystMoreLtaolg-Oicxide-Semiconductor
中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每 片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。
大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。
超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
3.1.1三极管的开关特性
⒈ 静态开关作用
ube
ubc
ui
截止 反偏 反偏， iB＝iC ＝0，开关断开。 10K
( 集 射极间近似于断路)
放大 正偏 反偏， iC ＝ βiB， 线性放大。
饱和 正偏 正偏， iB >IBS ， 开关闭合。
( uCE 0.1 ~ 0.3V ,集 射极间近似于短路)
t
uI 负跳变到 iC 下降到
0.1IC(sat) 所需的时间 toff 称
为三极管关断时间。 通常
toff > ton
t 开通关常时工间作主频要率由不于高电时，
荷可存忽储略效开应关引时起间，要而提工高作
开频关率速高度时，必须降考低虑三开极关
管速饱度和是深否度合，适加，速否基则区导存致
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B 3V
反偏截止！
“与”门电路
注意：分析过程中与门电路输入 A & 端上串接的二极管，都是按理想 F B 二极管处理的，即导通后管压降 为0V(实际硅管0.7V，锗管0.3V)。 “与”门逻辑电路图符号
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
（2) “或”门
D1
ห้องสมุดไป่ตู้
A 0V 3V B 0V
D2
反偏截止！
R
一个“或”门的输入端也是至少为 两个，其输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为高电平3V 时，串接其上的二极管则迅速导 通，输出F将被钳位到高电平1； 0.3V F 3V 其余为低电平的输入端，其端子 上串接的二极管呈截止态。
非符号 A
“非”门电路
1
F
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.2 TTL集成门电路
分立元件构成的门电路，不但元件多体积 大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路 的可靠性较差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规 模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。 采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上 许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线 或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，这种 特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电路相 比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、 而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。 按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型 集成逻辑门，例如：TTL电路 和单极型（或MOS型）集成 逻辑门，例如：CMOS电路两大类。
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
T5
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
T2
T3 T4 T5
(U0)
F
中间级由电阻R2，R3和三极管 T2组成。中间级又称为倒相极， 其作用是从T2的集电极和发射极 同时输出两个相位相反的信号，作为输出极里的三极管T3和T5的 驱动信号，同时控制输出级的T4、T5管工作在截然相反的两个状 态，以满足输出级互补工作的要求。三极管T2还可将前级电流放 大以供给T5足够的基极电流。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
＋UCC R D1
3V A 0V
D2
一个“与”门的输入端至少为两个， 输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为低电平0 时，该低电平二极管就会迅速导 通，输出F将被钳位到低电平0； 3V F 其余为高电平的输入端，其端子 0.3V 上串接的二极管呈截止态。 ②输入全部为高电平3V时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在高电平“1”。
（1) “与”门
当门电路用二极管、晶体管和电阻等分立元件构成 时，称为分立元件门电路。目前电子工业的飞速发展和 集成电路的日新月异，分立元件门电路几乎都被集成门 电路所取代。但是，为了更好地理解和掌握基本逻辑门 电路的工作原理和逻辑功能，我们仍用分立元件的门电 路剖析基本逻辑门的电路组成及逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
两种常用的TTL与非门集成电路芯片管脚排列图
电源
14 13 12 & & 1 2 3 4 5 & 6 7 地 1 2 3 4 5 11 10 9 & & 6 7 地 8 电源 14 13 12 11 10 9 & 8
(a) 74LS00与非门芯片管脚排列图
(b) 74LS20与非门芯片管脚排列图
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
3.2 TTL集成门电路
3.3 CMOS集成门电路
数字电路及逻辑设计
学习目的与要求
门电路是构成组合逻辑电路的基本单 元，学习中注意理解各种基本逻辑门的 工作原理和逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
最基本的逻辑关系只有三种，就是我们在第1章向大家 介绍的与逻辑、或逻辑和非逻辑。能够实现上述逻辑关 系的基本逻辑门相应为与门、或门和非门。
3.6V 0.3V
输入级
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
R2 750Ω
5V R5 100Ω
CC
T2
T3 T4 T5
(U0)
输出级 F
中间级
R3 300Ω
R4 3KΩ
TTL与非门内部电路组成结构图
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
R1 3KΩ R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
T2
T3
T4
(U0)
F
输入级由多发射极晶体管T1和电 阻R1组成。所谓多发射极晶体管， 可看作由多个晶体管的集电极和基 极分别并接在一起，而发射极作为逻辑门的输入端。多个发射极 的发射结可看作是多个钳位二极管，其作用是限制输入端可能出 现的负极性干扰脉冲。Tl的引入，不但加快了晶体管T2储存电荷 的消散，提高了TTL与非门的工作速度，而且实现“与”逻辑作 用。
型号中74是指标准型系列TTL芯片；L指低功耗；S表示肖 特基。其中74LS00中包含四个2输入的与非门；74LS20包括 两个4输入的与非门。芯片中的电源线和“地”线均为公用。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
(1) TTL与非门的内部结构
逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之 为Transistor- Transistor-Logic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简 称为TTL，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。 1)TTL与非门 +U
－UCC
“或”门电路
②输入全部为低电平0时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在低电平“0”。
A B
注意：电路中二极管的极性画法 和与门电路的区别，所有管子都 是按照理想二极管处理的。
逻辑门电路
≥1
F
“或”门逻辑电路图符号
数字电路及逻辑设计
（3) “非” 门
饱和导通 截止不通
A 0V 3V RB1 RB2
+UCC RC FUCC + 0.3V T
输入变量A 为高电平3V时，三 极管饱和导通，ICRC≈+UCC，因 此输出F为低电平0.3V； 当输入变量A 为低电平0V时， 三极管截止，输出F ≈+UCC，显 然为高电平+UCC。
－UBB
由图可看出，一个“非”门的输 入端只有一个，输出端也只有一个。 “非”门逻辑路图符 号
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1