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基本門電路及其組合

???門電路是實現各種邏輯關系的基本電路，是組成數字電路的最基本單元。從邏輯功能上看，有與門、或門和非門，還有由它們復合而成的與非門、或非門、與或非門、異或門等。從生產工藝上看，門電路又可分為兩大類：分立元件門電路和應用集成電路工藝制成的集成門電路。在學習這些邏輯電路時，不必考慮它的內部結構原理，而要著重掌握它們的邏輯功能。
??? 1.狀態的表示
??? 邏輯是指事物的因果關系所遵循的規律。世間萬物大多存在著對立統一的正反兩種邏輯狀態，如事物的真或假、電位(也叫電平)的高或低、開關的通或斷等。若將其中一種狀態規定為邏輯“真”，則另一種狀態便為邏輯“假”。通常將邏輯量在形式上數字化，即用1表示邏輯“真”，用0表示邏輯“假”。這時的0和1不再有數的意義，而是兩個符號，表示兩種對立的邏輯狀態。數字電路中，電路的工作狀態最終體現于電平的高或低，什么樣的電信號是高電平或低電平呢？這取決于電路元件參數和電源電壓的大小。在廣泛使用的TTL集成電路和計算機系統中，電源電壓采用5 V，它的標準高電平值是2.4 V，標準低電平值是0.4 V，只要實際的電平值≥2.4 V，即認為是高電平，實際的電平值≤0.4 V，即認為是低電平。
若規定高電平為1，低電平為0，稱為正邏輯系統。若規定低電平為1，高電平為0，則稱為負邏輯系統。本書中采用的都是正邏輯系統。
??? 2.基本邏輯門電路
??? (1)．與門
??? 在邏輯問題中，如果決定某一事件發生的多個條件必須同時具備事件才能發生，則稱這種因果關系為與邏輯。例如，在圖8-1所示電路中，開關A和B串聯控制燈Y。顯然，僅當兩個開關均閉合時(條件)，燈才能亮(結果)。否則，燈滅。實現與邏輯關系的電路稱為與門電路，如圖8-2所示的是最簡單的二極管與門電路。A、B是它的兩個輸入端，Y是輸出端。也可以認為A、B是它的兩個輸入變量，Y是輸出變量。假設輸入信號低電平為0 V，高電平為3 V，按輸入信號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，D_A、D_B均導通，則輸出V_Y=3V。
???? ② 輸入端有一個或兩個為低電平。例如V_A=0V， V_B=3V時， DA先導通，這時承受反向電壓而截止，輸出V_Y=0V。
??? 可見，只有當輸入端A、B全為高電平1時，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

??? 上述邏輯關系可用邏輯表達式描述為：
???????????????????????????????????? Y=A?B?????????????????????????????? (8-1)
??? 式中小圓點“?”表示A、B的與運算，也表示邏輯乘。在不致引起混淆的前提下，“?”常被省略。在某些文獻中，也有用符號∧表示與運算的。圖8-3所示為兩輸入端的與門邏輯符號。與門也可有兩個以上的輸入端。

式中小圓點“?”表示A、B的與運算，也表示邏輯乘。在不致引起混淆的前提下，“?”常被省略。在某些文獻中，也有用符號∧表示與運算的。圖8-3所示為兩輸入端的與門邏輯符號。與門也可有兩個以上的輸入端。
?? 門電路的邏輯關系也可以用波形圖來描述，如圖8-4所示。

?????

?? 2．或門
???? 在邏輯問題的描述中，如果決定某一事件發生的多個條件中，只要有一個或一個以上條件成立，事件便可發生，則稱這種因果關系為或邏輯。例如，在圖8-5所示電路中，開關A和B并聯控制燈Y。可以看出，當開關A、B中有一個閉合或者兩個均閉合時，燈Y即亮。因此，燈Y與開關A、B之間的關系是或邏輯關系。

??? 實現或邏輯關系的電路稱為或門電路。圖8-6所示是最簡單的二極管或門電路。A、Ｂ是它的兩個輸入，Y是輸出。采用與門電路同樣的分析方法，對不同的輸入組合，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為1時，輸出就為1；只有輸入全為0，輸出才為0。
?? 上述邏輯關系用邏輯表達式描述為：
?????????????????????????????????????? Y=A+B?????????????????????????? (8-2)
??? 式中，“+”號表示邏輯或而不是算術運算中的加號。某些文獻中也用“∨”表示或運算。圖8-7為兩輸入端的或門邏輯符號。或門也可有兩個以上的輸入端。

或門電路的邏輯關系也可用波形圖來描述，如圖8-8所示。

??? (3)．非門
??? 在邏輯問題中，如果某一事件的發生取決于條件的否定，即事件與事件發生的條件之間構成矛盾，則這種因果關系稱為非邏輯。
??? 例如，在圖8-9所示電路中，當開關A斷開時，燈亮；A閉合時，燈不亮。這個例子表示了一種條件與結果相反的非邏輯關系。
　

?? 圖8-10所示為三極管非門電路。非門又稱反相器，它只有一個輸入端和一個輸出端，其輸出與輸入恒為相反狀態。
?? 下面分析該三極管(工作在飽和或截止狀態)非門電路的邏輯功能。
?? ① 當輸入端A為高電平(VA=3V)時，適當選取RK、RB之值可使三極管飽和導通，其集電極輸出低電平(VY=0V)。
?? ② 當輸入端A為低電平(VA=0V)時，負電源UBB經RK、RB分壓使三極管基極電位為負，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

?? 如果用邏輯表達式描述，則為：
??????????????????????????????? ?????????????????????????? (8-3)
?? 它可和圖8-12的波形圖相對照。
　

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
?? 與非門電路是數字電路中運用最廣的一種邏輯門電路，邏輯符號及波形圖如圖8-13所示。

????與非門的邏輯功能為：輸入信號全為1，則輸出為0；只要有一個輸入為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式描述，則為：
??????????????????????????????????????????? ??????????????????????? (8-4)
??? 與非門可以有兩個或兩個以上的輸入端。
??? (2)．或非門
???? 或非門的邏輯符號及波形圖如圖8-14所示。
　

圖8-14 或非門電路
　

??? 或非門的邏輯功能是：輸入全為0，輸出才為1；只要有一個輸入為1，輸出就為0。或非門真值表如表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式描述則為：
??????????????????????????????????????????????? ??????????????? (8-5)
??? 或非門也可有兩個或兩個以上的輸入端。?

?? (3)．異或門
??? 異或門的邏輯符號及波形圖如圖8-15所示。

圖8-15 異或門電路

??? 其邏輯功能為：當兩個輸入端信號相同時，輸出為0；當兩個輸入端信號相異時，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式描述為：
?????????????????????????????????????????? ?????????????? (8-6)
??? 異或門只有兩個輸入端。

??? 思考與練習
??? 1.如果正邏輯改為負邏輯，那么正邏輯條件下的與門和或門的邏輯功能有何變化?
??? 2.假定一個電路中，指示燈Y和開關A、B、C的關系為 Y =AB+C
??? 試畫出相應的電路圖。??

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