第3章逻辑门电路与触发器
数字电路中的逻辑门和触发器
数字电路中的逻辑门和触发器数字电路是由数字信号处理器构成的系统，它们能处理数字量。
在数字电路中，逻辑门和触发器是两个非常重要的组件，因为它们可以实现复杂的数字逻辑功能。
在本文中，我们将介绍逻辑门和触发器的基本原理和应用。
逻辑门逻辑门是数字电路中最基本的元件之一。
它可以通过输入和输出的逻辑状态来实现布尔逻辑功能。
常用的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门、与非门和或非门等。
与门是一个基本的逻辑门，它由两个输入和一个输出组成。
当两个输入都为1时，输出为1；否则输出为0。
与门的符号为“&”。
例如，1&1=1，1&0=0，0&0=0。
或门是另一个基本的逻辑门，它也由两个输入和一个输出组成。
当两个输入都为0时，输出为0；否则输出为1。
或门的符号为“|”。
例如，1|1=1，1|0=1，0|0=0。
非门是最简单的逻辑门之一。
它只有一个输入和一个输出。
当输入为1时，输出为0；当输入为0时，输出为1。
非门的符号为“~”。
例如，~1=0，~0=1。
相对于与门和或门，异或门执行的操作更为复杂。
它也由两个输入和一个输出组成。
当两个输入不同时，输出为1；否则输出为0。
异或门的符号为“^”。
例如，1^1=0，1^0=1，0^0=0。
与非门是另一种基本的逻辑门。
与门和非门的组合，它由两个输入和一个输出组成。
当两个输入都为1时，输出为0；否则输出为1。
与非门的符号为“!&”。
例如，!&(1,1)=0，!&(1,0)=1，!&(0,0)=1。
或非门是最后一种基本的逻辑门。
或门和非门的组合，它由两个输入和一个输出组成。
当两个输入都为0时，输出为1；否则输出为0。
或非门的符号为“!|”。
例如，!|(1,0)=0，!|(0,0)=1，!|(1,1)=0。
逻辑门在数字电路中的应用非常广泛。
通过逻辑门的组合，可以实现各种复杂的数字逻辑功能，例如加法器、减法器、乘法器和除法器等。
数字电路基础知识
第三章 数字电路基础知识1、逻辑门电路（何为门）2、真值表3、卡诺图4、3线-8线译码器的应用5、555集成芯片的应用一. 逻辑门电路（何为门）在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种。
每种逻辑运算代表一种函数关系，这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述，也可用文字来描述，还可用表格或图形的方式来描述。
最基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。
例如：实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门；实现“与非”运算的电路称为与非门。
逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。
1.1.1 与门“与”运算是一种二元运算，它定义了两个变量A 和B 的一种函数关系。
用语句来描述它，这就是：当且仅当变量A 和B 都为1时，函数F 为1；或者可用另一种方式来描述它，这就是：只要变量A 或B 中有一个为0，则函数F 为0。
“与”运算又称为逻辑乘运算，也叫逻辑积运算。
“与”运算的逻辑表达式为：F A B =⋅ 式中，乘号“．”表示与运算，在不至于引起混淆的前提下，乘号“．”经常被省略。
该式可读作：F 等于A 乘B ，也可读作：F 等于A 与B 。
由“与”运算关系的真值表可知“与”逻辑的运算规律为：00001100111⋅=⋅=⋅=⋅= 表2-1b “与”运算真值表简单地记为：有0出0，全1出1。
由此可推出其一般形式为：001A A AA A A⋅=⋅=⋅=实现“与”逻辑运算功能的的电路称为“与门”。
每个与门有两个或两个以上的输入端和一个输出端，图2-2是两输入端与门的逻辑符号。
在实际应用中，制造工艺限制了与门电路的输入变量数目，所以实际与门电路的输入个数是有限的。
其它门电路中同样如此。
1.1.2 或门“或”运算是另一种二元运算，它定义了变量A 、B 与函数F 的另一种关系。
用语句来描述它，这就是：只要变量A 和B 中任何一个为1，则函数F 为1；或者说：当且仅当变量A 和B 均为0时，函数F 才为0。
数字电子技术基础(侯建军)
§1-2 逻辑代数基础
逻辑变量及基本逻辑运算 逻辑函数及其表示方法
逻辑代数的运算公式和规则
逻辑变量及基本逻辑运算
一、逻辑变量
取值：逻辑 0 、逻辑 1 。逻辑 0 和逻辑 1 不代 表数值大小，仅表示相互矛盾、相互对立 的两种逻辑状态
二、基本逻辑运算 与运算 或运算 非运算
返 回
与逻辑
只有决定某一事件的所有条件全部具备， 这一事件才能发生
乘基取整法 ：小数乘以目标数制的基数（ R=2 ），第 1一次相乘结果的整数部分为目的数的最高位 0 1 K0 0 -1，将其小 数部分再乘基数依次记下整数部分，反复进行下去， 直 K-1 K-2 K-3 K-4 K-5
由此得：(0.65)10=(0.10100)2 综合得：(81.65)10=(1010001.10100)2
逻辑表达式
―-‖非逻辑运算符
F= A
逻辑符号 1 A
F
三、复合逻辑运算 与非逻辑运算 或非逻辑运算 与或非逻辑运算
或逻辑真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 F 0 1 1 1 逻辑符号 A 1 B
F
或逻辑运算符，也有 N个输入： 用“∨”、“∪”表 逻辑表达式 示 F= A + B+ ...+
F= A + B
N
返 回
非逻辑
当决定某一事件的条件满足时，事件不发 返 回 生；反之事件发生，
非逻辑真值表 A F 0 1 1 0
§1-1 数制与编码
进位计数制 数制转换
数值数据的表示
常用的编码
§1-2 逻辑代数基础
逻辑变量及基本逻辑运算 逻辑函数及其表示方法
逻辑代数的运算公式和规则
数字逻辑第3章 门电路
逻辑式：Y=A + B
逻辑符号： A 1
B
Y
电压关系表
uA uB uY
0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
真值表
ABY
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
三、三极管非门
5V
利用二极管的压降为0.7V， 保证输入电压在1V以下时，
电路可靠地截止。
A(V) Y(V) <0.8 5 >2 0.2
II H &
II L &
… …
NOH
I OH (max) I IH
N MIN ( NOH , NOL )
NOL
IOL(max) I IL
六、CMOS漏极开路门（OD）门电路（Open Drain）
1 . 问题的提出
普通门电路
在工程实践中，往往需要将两个门的输出端 能否“线与”？
并联以实现“与”逻辑功能，称为“ 线与 。
输入 0 10% tr tf
tPHL
输出
tPLH
tr：上升时间
tf：下降时间 tw：脉冲宽度 tPHL：导通传输时间
tPLH：截止传输时间
平均传输延迟时间 （Propagation delay)
tpd= tpHL+ tpLH 2
5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。
PMOS
NMOS
3、增强型MOSFET的开关特性
iD管可变子类型恒
VGS1 击开/关的条（件1）N沟道增强开型/M关O的S等FE效T电：路
逻辑电路的器件
逻辑电路的器件逻辑电路是电子电路中的一种，它是由逻辑门组成的电路，用于实现逻辑运算。
逻辑电路的器件是指用于构建逻辑电路的各种电子元件，包括逻辑门、触发器、计数器、多路选择器等。
这些器件在数字电路中起着至关重要的作用，下面我们将逐一介绍这些器件的特点和应用。
1. 逻辑门逻辑门是逻辑电路中最基本的器件，它是用于实现逻辑运算的电子元件。
逻辑门有与门、或门、非门、异或门等多种类型，每种类型的逻辑门都有其特定的逻辑运算规则。
例如，与门的输出只有在所有输入都为1时才为1，否则为0；或门的输出只有在任意一个输入为1时才为1，否则为0。
逻辑门广泛应用于数字电路中，例如计算机的CPU中就包含了大量的逻辑门。
2. 触发器触发器是一种存储器件，它可以存储一个二进制位的状态，并在时钟信号的作用下改变其状态。
触发器有很多种类型，例如SR触发器、D触发器、JK触发器等。
其中，D触发器是最常用的一种，它可以存储一个二进制位的状态，并在时钟信号的上升沿或下降沿改变其状态。
触发器广泛应用于数字电路中，例如计数器、寄存器等电路中都需要使用触发器。
3. 计数器计数器是一种用于计数的电路，它可以实现二进制计数、十进制计数等多种计数方式。
计数器通常由多个触发器组成，每个触发器存储一个二进制位的状态，当计数器接收到时钟信号时，触发器的状态会按照一定的规律改变，从而实现计数。
计数器广泛应用于数字电路中，例如计算机的时钟电路中就包含了多个计数器。
4. 多路选择器多路选择器是一种用于选择输入信号的电路，它可以从多个输入信号中选择一个输出信号。
多路选择器通常由多个逻辑门组成，每个逻辑门的输出都与一个输入信号相连，当选择器接收到控制信号时，只有与控制信号相对应的逻辑门的输出才会被选中，从而实现输入信号的选择。
多路选择器广泛应用于数字电路中，例如计算机的指令译码电路中就包含了多个多路选择器。
逻辑电路的器件是数字电路中不可或缺的组成部分，它们的特点和应用各不相同，但都起着至关重要的作用。
触发器
1
1 0
6、T’触发器
将T触发器的T端接高电平即为T’触发器。
T’触发器的特征方程为：
Q
其功能为：
n1
TQ T Q 1 Q 1 Q Q
每来一个触发脉冲，触发器的状态翻转一次。
1、各种触发器之间的相互转换
用待求触发器的输入表示现有触发器的输入信号，从而求出转换 电路。
③用JK触发器实现T’触发器功能。
分析：JK触发器是现有触发器，而T’触发器为待求。
考虑到T’触发器是将T触发器的T端置1得到，所以只要求出T触发 器，再令T＝1即可。 解：利用上题的结论得：
+Vcc
④用D触发器实现JK触发器功能。
分析：D触发器是现有触发器，而JK触发器为待求。
3、JK触发器
由于RS触发器存在不定状态，所以应用时有局限性，为了克服这个
问题，人们更多情况下使用其他的触发器。 JK触发器的输入端有三个：时钟脉冲输入端C，控制输入端J和K。 其元件符号为：
对于边沿触发器，触发时刻有两种情形：CP的上升沿（即由0变1 的时刻）和下降沿（即由1变0的时刻）。 上面的符号分别与之对应，C端前带圈的为下降沿触发。
RS、JK、D、T和T’触发器。
触发器的基本性质：
1、有两个稳定的状态，0状态和1状态； 2、在一定外界信号作用下，可以从一个 稳定的状态翻转到另一个稳定的状态。
项目一 RS触发器
1、基本RS触发器
①电路组成和逻辑符号 基本RS触发器有两种：由与非门构成的和由或非门构成的。 我们以前者为例：
输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态，即两个稳态。
当Q=0时，称为“0态”；当Q=1时，称为“1态”。
什么是逻辑门电路它在电子电路中的作用是什么
什么是逻辑门电路它在电子电路中的作用是什么逻辑门电路是指应用于数字电路中的逻辑元件。
它由一组有特定逻辑功能的晶体管或其他半导体器件组成，能够对输入的电信号进行逻辑运算，然后输出相应的处理结果。
逻辑门电路是数字电子电路中最基本的组成部分，其作用是实现不同的逻辑功能，如与门、或门、非门、异或门等。
一、逻辑门电路的定义与基本概念逻辑门电路是指由逻辑门组成的数字电路。
逻辑门是能够接受一个或多个输入信号，并根据规定的逻辑关系对输入信号进行逻辑运算，最后输出一个结果信号的电子元件。
逻辑门电路是基于二进制数字的运算与处理，其输出信号可以被其他逻辑门电路接收作为输入信号进行级联运算。
二、逻辑门电路的作用逻辑门电路在数字电路中起着重要的作用，主要有以下几个方面。
1. 实现逻辑功能逻辑门电路通过对输入信号进行逻辑运算，能够实现与门、或门、非门等不同的逻辑功能。
例如，与门电路只有在所有输入信号都为高电平时才会输出高电平，否则输出低电平；或门电路只要任何一个输入信号为高电平，输出就为高电平。
通过逻辑门电路的组合，可以实现复杂的逻辑运算，如加法器、计数器等。
2. 实现布尔运算逻辑门电路可以实现布尔运算，即逻辑运算的基本操作，如与运算、或运算、非运算等。
这些布尔运算可以用于数字电路的设计与实现，用来实现各种逻辑功能并完成复杂的数据处理。
3. 实现控制与决策逻辑门电路可以用作控制与决策的基础。
例如，在计算机的中央处理器（CPU）中，逻辑门电路被用来实现指令的解码和执行，根据不同的指令类型进行相应的操作。
逻辑门电路还可以用于控制开关、触发器等元件的状态，从而实现各种电路的控制与决策。
4. 实现存储与记忆逻辑门电路可以与触发器、存储器等元件结合使用，实现数字电路中的存储与记忆功能。
例如，通过级联的触发器电路可以实现寄存器，用来存储数字数据。
逻辑门电路还可以用于存储器的地址选择、数据读写等操作，从而实现数据的存储与检索。
5. 实现信号的转换与匹配逻辑门电路可以用于信号的转换与匹配。
逻辑电路的基础知识
逻辑电路的基础知识一、逻辑电路的概念及分类逻辑电路是指由逻辑门组成的电路，其输入和输出信号只有两种状态：高电平和低电平。
逻辑电路按照功能可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合逻辑电路输出仅取决于输入，而时序逻辑电路的输出还受到时钟信号等因素的影响。
二、基本逻辑门1. 与门（AND Gate）：当所有输入都为高电平时，输出为高电平；否则输出为低电平。
2. 或门（OR Gate）：当任意一个输入为高电平时，输出为高电平；否则输出为低电平。
3. 非门（NOT Gate）：当输入为高电平时，输出为低电平；否则输出为高电平。
4. 异或门（XOR Gate）：当输入相同时，输出为低电平；否则输出为高电平。
三、逻辑运算符1. 与运算符（&&）：当且仅当两个条件都成立时返回true。
2. 或运算符（||）：只要有一个条件成立就返回true。
3. 非运算符（!）：如果条件成立，则返回false；否则返回true。
四、布尔代数布尔代数是一种数学分支，用于描述二进制变量之间的关系。
它包括基本运算（与、或、非）和衍生运算（异或、与非、或非等）。
布尔代数可以用来简化逻辑电路的设计。
五、Karnaugh图Karnaugh图是一种用于简化布尔代数的工具。
它将输入变量的所有可能取值表示为一个二维表格，然后将相邻的1合并为更大的区域，以减少逻辑门数量。
Karnaugh图可以用于组合逻辑电路的设计。
六、触发器触发器是时序逻辑电路中常用的元件，它可以存储一个二进制状态，并根据时钟信号进行状态转换。
常见的触发器包括SR触发器、D触发器、JK触发器等。
七、计数器计数器是一种常见的时序逻辑电路，它可以根据时钟信号进行计数操作。
常见的计数器包括二进制计数器和BCD计数器。
八、多路选择器多路选择器是一种组合逻辑电路，它可以根据控制信号从多个输入中选择一个输出。
常见的多路选择器包括2:1选择器和4:1选择器等。
九、总线总线是一种用于连接多个设备的通信线路，它可以传输数据和控制信息。
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第3章逻辑门电路与触ai University of Electronic Power
二、根据集成电路规模的大小进行分类
通常根据一片集成电路芯片上包含的逻辑门个数或元件 个数，分为 SSI 、MSI 、LSI 、VLSI。
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3. 2 半导体器件的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管等器件一般是 以开关方式运用的，其工作状态相当于相当于开关的“接通” 与“断开”。
数子系统中的半导体器件运用在开关频率十分高的电路中 (通常开关状态变化的速度可高达每秒百万次数量级甚至千万次 数量级)，研究这些器件的开关特性时，不仅要研究它们的静止 特性，而且还要分析它们的动态特性。
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3.1 数字集成电路的分类
数字集成电路通常按照所用半导体器件的不同或者根据 集成规模的大小进行分类。
一、根据所采用的半导体器件进行分类
根据所采用的半导体器件，数字集成电路可以分为两大类。 1.双极型集成电路：采用双极型半导体器件作为元件。主 要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、 集成度较低。 2.单极型集成电路(又称为MOS集成电路): 采用金属-氧化 物半导体场效应管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Transister)作为元件。主要特点是结构简单、制造方便、集 成度高、功耗低，但速度较慢。
★正向电压 VD ≤ VTH ：管子截止，电阻很大、正向电流 IF 接近 于 0， 二极管类似于开关的断开状态 ；
★正向电压 VD = VTH ：管子开始导通，正向电流 IF 开始上升； ★正向电压 VD ＞VTH (一般锗管为0.3V，硅管为0.7V) ：管子充 分导通， 电阻很小，正向电流IF 急剧增加，二极管类似于开关的接 通状态。使二极管充分导通的电压为导通电压，用VF表示。
┊ TTL电路的“性能价格比”最佳，应用最广泛。
MOS集成电路又可进一步分为： PMOS( P-channel Metel Oxide Semiconductor)； NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)； CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor)。
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2． 反向特性
二极管在反向电压VR 作用下，处于截止状态，反向电阻 很大，反向电流 IR 很小（将其称为反向饱和电流，用 IS 表 示，通常可忽略不计 ），二极管的状态类似于开关断开。而 且反向电压在一定范围内变化基本不引起反向电流的变化。
1. SSI (Small Scale Integration ) 小规模集成电路: 逻辑门数小于10 门(或元件数小于100个)；
2. MSI (Medium Scale Integration ) 中规模集成电路: 逻辑门数为10 门～99 门(或元件数100个～999个)；
3. LSI (Large Scale Integration ) 大规模集成电路: 逻辑门数为100 门～9999 门(或元件数1000个～99999个)； 4. VLSI (Very Large Scale Integration) 超大规模集 成电路: 逻辑门数大于10000 门(或元件数大于100000个)。
采用集成电路进行数字系统设计的优点：
可靠性高、可维性好、功耗低、成本低等优点，可以大 大简化设计和调试过程。
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本章知识要点:
● 半导体器件的开关特性； ● 逻辑门电路的功能、外部特性及使用方法； ● 常用触发器的功能、触发方式与外部工作特性。
注意事项：
● 正向导通时可能因电流过大而导致二极管烧坏。组成 实际电路时通常要串接一只电阻 R，以限制二极管的正向电 流；
● 反向电压超过某个极限值时，将使反向电流IR突然猛 增，致使二极管被击穿（通常将该反向电压极限值称为反向击 穿电压VBR），一般不允许反向电压超过此值。
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第三章 逻辑门电路与触发器
第3章逻辑门电路与触发器
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集成门电路和触发器等逻辑器件是实现数字系统功能的 物质基础。
随着微电子技术的发展，人们把实现各种逻辑功能的元 器件及其连线都集中制造在同一块半导体材料小片上，并封 装在一个壳体中，通过引线与外界联系，即构成所谓的集成 电路块，通常又称为集成电路芯片。
3.2.1 晶体二极管的开关特性
一、静态特性 静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。
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典型二极管的静态特性曲线 (又称伏安特性曲线) ：
1. 正向特性
门槛电压 ( VTH )：使二极管开始导通的正向电压，又称为阈值 电压 (一般锗管约0.1V，硅管约0.5V)。
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双极型集成电路又可进一步可分为： TTL(Transistor Transistor Logic)电路； ECL(Emitter Coupled Logic)电路； I2L(Integrated Injection Logic)电路。