数字电路讲座(4)——复合门电路

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数字电路中,除了使用基本的与门、或门和非门以外,大量使用的是由基本门电路组合成的复合门电路。这些复合门电路比基本门电路功能更强,性能更完善,使用也更方便。因为一个复合门电路实际上可以看成是两个或者更多门电路的组合,所以大量使用复合门电路还可以使数字电路更为简化。

常用的复合门电路有与非门、或非门和与或非门。

与非门

假定有这样一个门电路,它的逻辑功能相当于一个与门和一个非门,而且是如图1(a)那样按“与→非”的顺序连接的。也就是说,它的输出信号Z和输入信号A、B之间是先“与”后“非”的关系。我们就把具有这种复合功能的门电路叫做“与非门”。用数学式子表示就是Z=A·B-。这个数学式表示输出Z是输入A、B之间先“与”后“非”的结果。

图1
图1 🔍原图 (693×136)

前面我们已介绍过在逻辑符号图中用一个小圆圈表示“非”的逻辑关系,所以与非门的逻辑符号可以用在与门输出端加一个小圈来表示,见图1(b)。实际的与非门可以有好几个输入端,图中为简单起见,只画了两个输入端。

从与非门的逻辑功能可以很容易地写出它的真值表。只要把表1(a)与门真值表中输出Z这一列的逻辑值全部取反就得到与非门的真值表,见表1(b)。

图2
图2 🔍原图 (605×381)

为了便于记忆,与非门的这种逻辑功能可以用一句口诀来概括,那就是:“全1出0,有0出1”。口决的意思就是当与非门的输入全部是高电平时,输出才是低电平;只要有一个输入是低电平时,输出就是高电平。

与非门是使用最多的门电路。用它可以组成各种门电路。例如把它的所有输入端都连接在一起作为一个输入端使用时,它就成为一个非门,如图2(a)。又如在与非门的输出端接上一个非门,就可以得到一个与门,如图2(b)。同样,还可以用与非门组成其它别的门电路。

图3
图3 🔍原图 (778×153)

或非门

如果一个门电路的逻辑功能相当于图3(a)那样按“或→非”顺序连接的一个或门和一个非门,我们就把它叫做“或非门”。用数学式子表示就是:Z=A+B-。这个数学式表示输出Z是输入A、B之间先“或”后“非”的结果。或非门的逻辑符号可以用在或门输出端加一个小圆圈来表示,见图3(b)。

图4
图4 🔍原图 (693×154)

从或非门的逻辑功能也可以很容易地写出它的真值表。只要把表2(a)或门真值表中输出Z这一列的逻辑值全部取反就得到或非门的真值表,见表2(b)。

图5
图5 🔍原图 (608×379)

同样,或非门的逻辑功能也可以用一句口诀来概括,那就是:“全0出1,有1出0”。它的意思是当或非门的输入信号全部是低电平时,输出才是高电平;只要有一个输入信号是高电平,输出就是低电平。

前面我们介绍了正逻辑和负逻辑的概念。现在我们讨论的与非门和或非门时都用的是正逻辑。如果把它改成负逻辑将会出现什么情况呢?

如果把表2(b)中所有的“1”和“0”都取反,即把“1”改成“0”,把“0”改成“1”,也就是把原来的正逻辑改成了负逻辑。我们就发现:正逻辑的或非门改成负逻辑以后,它的真值表和表1(b)完全相同。也就是说,负逻辑的或非门和正逻辑的与非门有完全相同的逻辑功能。同样,如果把表1(b)的逻辑值全部取反就得到表2(b)。也就是说,负逻辑的与非门和正逻辑的或非门有完全相同的逻辑功能。

与或非门

还有一种常用的复合门电路,它的逻辑功能相当于图4(a)中按“与→或→非”顺序连接的两个与门、一个或门和一个非门。从图中看到,它是先“与”后“或”再“非”的逻辑关系。为了便于说明,图中只画了两个与门,每个与门只有两个输入端。实际上它可以有更多的与门,每个与门也可能有两个以上的输入端。

我们把具有这种复合功能的门电路按照它的逻辑功能的先后次序叫做“与或非门”。用数学式子表示时可以写成Z=A·B+C·D-。从数学式看到,这个复合门的输出Z是在输入A、B和C、D分别相“与”之后,把这两个“与”的结果再“或”一次,最后再取反(逻辑“非”)的结果。

与或非门的逻辑符号图见图4(b)。从图可看到,它是用与、或、非三种门的逻辑符号按照逻辑运算的先后次序拼成的,看上去一目瞭然。

图6
图6 🔍原图 (677×243)

根据与或非门的逻辑功能可以写出它的真值表,如表3。从真值表看到,当与或非门的两组输入A、B和C、D中,有一组是全“1”或者两组都是全“1”时,输出为“0”;其余情况下的输出都是“1”。由于有两组输入,共有16种组合,与或非门的真值表是比较复杂的。

图7
图7 🔍原图 (400×883)

复习思考题

1.有四句口诀:“全1出1,有0出0”,“有1出1,全0出0”、“全1出0,有0出1”、“有1出0,全0出1”。说明它们各对应于什么样的门电路。

2.图5是一个有五个输入端的与非门。如果输入端E接地(接地即相当于接低电平“0”),这时如给输入端A、B、C、D都加上高电平“1“,问输出端Z得到的是什么信号?

图8
图8 🔍原图 (277×177)

上期思考题答案

2.从真值表说明这是一个与非门。一个负逻辑的与非门和正逻辑的或非门具有相同的逻辑功能。与非门的逻辑符号图见本期的图1(b)。(俞鹤飞)