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數字邏輯第三章(內建門與觸發器)

一、分類

        1.采用的半導體器件

                        雙極型內建電路(采用雙極型半導體器件):速度快,負載能力強;功耗較大,結構複雜

                                           TTL:速度快,邏輯電平擺幅大,抗幹擾能力強,負載能力強

                                           ECL:速度特别快,平均傳輸延遲時間1ns下;制造技術複雜,功耗大,抗幹擾能力弱

                                           IIL:結構簡單,功耗低,抗幹擾能力弱

                        MOS內建電路(采用金屬氧化物半導體場效應):結構簡單,制造友善,內建度高,功耗低;速度稍慢

                                           PMOS、NMOS、CMOS(P/NMOS可分為耗盡型、增強型)

        2.內建規模:SSI/MSI/LSI/VLSI

        3.設計方法和功能定義:

                      非使用者定制電路、全使用者定制電路、半使用者定制電路

二、半導體開關特性

        1.二極管靜态開關特性

                 正向特性:外加電壓<門檻值電壓(VTH),截止狀态;外加電壓>門檻值電壓,導通狀态

                 反向特性:外加電壓<擊穿電壓(VBR),損壞;外加電壓<擊穿電壓(反向截止電壓VR),截止狀态

        2.二極管動态開關特性

                 反向恢複時間=存儲時間+渡越時間(tre=ta+tt)

                 開通時間:非常短,可忽略

        3.三極管靜态特性

數字邏輯第三章(內建門與觸發器)

         4.三極管動态特性

                   開通時間=延遲時間+上升時間(tON=td+tr)

                   關閉時間=存儲時間+下降時間(tOFF=ts+tf)

三、邏輯門電路

      1.    與門、或門、非門

      2. TTL內建邏輯門:

               典型TTL與非門:F=ABC

                主要外部特性參數: 

                                  輸出高電平:與非門輸入至少有一個接低電平時的輸出電平

                                  輸出低電平:與非門輸入全為高電平時的輸出電平

                                  開門電平:確定與非門輸出為低電平時所允許的最小輸入高電平

                                  關門電平:確定與非門輸出為高電平時所允許的最大輸入低電平

                                  扇入系數:與非門所允許的輸入端數目

                                  扇出系數:與非門輸出端所連接配接同類門的最大個數

                灌電流負載工作:負載電流從外接電路流入與非門

                拉電流負載工作:負載電流從與非門流入外接電路

                                  輸入短路電流:與非門一個或多個輸入端接低電平,其他接高電平或懸空時流向低電平輸入端的電流

                                  輸入漏電流:與非門一端接高電平,其他接低電平時流入高電平的電流

                                   平均延遲時間:導通延遲時間與截止延遲時間的平均數

                                  平均功耗:導通功耗與空載功耗的平均數

         3.常用內建TTL門電路

                 非門、或非門、與或非門、異或門、與門、或門

          4.兩種特殊門電路

                 集電極開路與非門(OC門):兩個與非門的輸出端直接對接,實作“與”邏輯

                三态輸出門(TS門):EN=0時,高阻狀态;EN=1時,與非邏輯;

          5.COMS內建邏輯門電路

                   靜态特性,栅極(G)、漏極(D)、源極(S)

數字邏輯第三章(內建門與觸發器)

                CMOS內建邏輯門:

                    CMOS反相器、CMOS與非門、CMOS或非門、CMOS三态門、CMOS傳送門

              6.正邏輯與負邏輯(互為反演式)

四、觸發器

       觸發器有兩個互補的輸出端Q和Q;觸發器有兩個穩定狀态(“1”狀态,“0”狀态)

       現态:輸入信号作用之前的狀态;    次态:輸入信号作用之後的狀态

     1.基本R-S觸發器

            (用與非門構成的基本R-S觸發器)當僅當低電平或負脈沖作用于輸入端時,才會翻轉

                             RS:11,狀态不變;10,置為1狀态;01,置為0狀态;00,不允許。

                             功能表、狀态表、狀态圖、次态方程、激勵表

             (用或非門構成的基本R-S觸發器)

                            RS:00,狀态不變;01,置為1狀态;10,置為0狀态;11,不允許。

     2.常用時鐘控制觸發器

            鐘控R-S觸發器:Q(n+1)=S+R Q

                   CP=0時,封鎖,觸發器狀态保持不變;

                   CP=1時,RS:00,狀态不變;01,置為1狀态;10,置為0狀态;11,不允許。

            鐘控D觸發器:Q(n+1)=D

                   CP=0時,封鎖,觸發器狀态保持不變;

                   CP=1時,D:1,置為1狀态;0,置為0狀态;

            鐘控J-K觸發器:Q(n+1)=J Q + K Q

                   CP=0時,封鎖,狀态不變

                   CP=1時,JK:00,不變;01,置為0狀态;10,置為1狀态;11,翻轉;

           鐘控T觸發器:Q(n+1) = T Q + T Q

                    CP=0時,封鎖,狀态不變;

                    CP=1時, T:0,不變;1,翻轉;

     3.其他結構鐘控觸發器

                 主從鐘控觸發器

                          主從R_S觸發器:Q(n+1) = S + R Q                                R S = 0

                          主從J-K觸發器:  Q(n+1) = J Q + K Q                             

                 維持-阻塞鐘控觸發器