硬件基础——数字电路门电路

门电路与D触发器

一、与门

1.基本定义

        与门又称 “与电路”、逻辑“积”、逻辑“与”电路，是执行“与”运算的基本逻辑门电路。有多个输入端，一个输出端。当所有的输入同时为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平，否则输出为低电平（逻辑0）。

 2.真值表

3.实现方法

① 晶体管实现

② CMOS管实现

       O1与O2为PMOS管，O3与O4为NMOS管。

        从上图可以看出，与门由两级电路构成，且用的器件较多，即影响速度又降低集成度，所以用与非门多。

4.集成电路

74LS21：

二、或门

1.基本定义

        或门，又称或电路、逻辑和电路，是执行“或”运算的基本逻辑门电路。或门有多个输入端，一个输出端，只要输入中有一个为高电平时（逻辑“1”），输出就为高电平；只有当所有的输入全为低电平（逻辑“0”）时，输出才为低电平。

2.真值表 

3.实现方法

① 晶体管实现

② CMOS管实现

        从上图可以看出，或门由两级电路构成，且用的器件较多，即影响速度又降低集成度，所以用或非门多。

4.集成电路

74IS32：

三、非门

1.基本定义

        非门又称非电路、反相器，是执行“非”运算的基本逻辑门电。非门有一个输入和一个输出端。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑门），反之亦然。

2.真值表

3.实现方法

① 晶体管实现

② CMOS实现

4.集成电路

74LS04:

四、与非，或非

1.与非门

        任何一个有低电平，O3与O4均为截止状态，O1与O2导通，O输出高电平。 

 

        输入级， 主要用于一些防干扰的措施；中间级，主要是一些放大；输出级，主要是一些功率的放大。

2.或非门

五、异或，同或

1.异或门

        异或门是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门，有2个输入端、1个输出端。若两个输入的电平相异，则输出为高电平1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平0。

2.同或门

        同或门是数字逻辑中实现逻辑同或的逻辑门，有2个输入端、1个输出端。若两个输入的电平相同，则输出为高电平1；若两个输入的电平相异，则输出为低电平0。

六、D触发器

         有两个输入端，分别是信号输入端D，以及时钟控制端CP，他们俩输出依然是 Q 与 。其实与RS触发器类似，不同的是将G3的与非门的一个输入端，接到了另一个与非门的输出端。

        下面是RS触发器：

        RS的输入端永远处于相反状态。对于D来说，输入是什么，输出就是什么， 不存在保持和不确定这两种状态。而时钟输入端又好比一把锁，从D这个端口存入一个数据，然后改变时钟输入端的信号，就可以锁住这个数据，起到一个锁存的作用。

        对于时钟输入端这把锁，一般会有两把钥匙，通常是上升沿触发，以及下降沿触发。

         以下降沿触发为例，就是以高电平变为低电平的过程称为下降沿。

        现在D触发器的输入端为低电平，所以输出Q也为低电平。

        我们将D触发器输入变成高电平：可以发现，触发器并不是立即输入高电平 ，而是等到CP信号的上升沿到达时，才发生的变化。

七、RS触发器

1.与非门RS触发器

        最基础的由与非门构成的RS触发器。 基础RS触发器分为两种：由与非门构成的和或非门构成的。

        由上图知，由两个与非门交叉连接所构成，每个与非门的输出端与另一个与非门的输入端相连。与非门的RS触发器，两个输入端是S非和R非，分别对应着 Q 和  .回忆与非门的输出特点：有0出1，全1出0。也就是在电路中，在低电平到来时，他才会输出高电平，从而使触发器动作，而（只有一个）高电平到来时，不会使触发器动作。

        现在为高电位，不会使触发器动作，为低电位；二号与非门输出高电位，二号小灯点亮；一号与非门全一出零，输出低电位；流到二号与非门的输入端，使二号与非门继续导通，这就使二号小灯起到置一的功能。 

        将 同样拨到高电位，高电位不会使触发器动作，起到了一个保持的作用。可以看到，二号小灯没有变化。

        将  拨到低电位，一号小灯亮了，二号小灯熄灭。

         输出低电位，一号与非门导通，一号小灯电量；二号与非门全一出零，流到一号与非门的输入端，使一号与非门继续导通，这就起到了使二号小灯置零的功能。

        现在将 拨到高电位，同样可以使电路继续保持。

         在实际情况中，对于触发器，存在的状态只能是相反的，或者是互补的关系：当Q为0时，就要为1； 当Q为1时，就要为0.

        最后总结一下RS触发器的功能特点：

        其具有置零，置一，以及保持的功能，而这个保持功能就是记忆功能，它可以将前一次的状态记录下来。

2.或非门RS触发器

        其结构简单，是由两个或非门交叉连接所构成的，每个或非门的一个输出端，连接到另一个或非门的输入端，或非门RS触发器的两个输入端是R和S，分别对应着 Q 和  。

        有1出0，全0出1.在电路中，只有当高电平到来时，它才会输出低电平，从而使触发器动作，但只有一个低电平到来时，不会使触发器动作。

        仿真：

        此时R为低电位，不会使触发器动作；S为高电位，二号或非门输出低电位，二号小灯熄灭，同时低电位的信号流到一号或非门的输入端，一号或非门全0出1，一号小灯点亮，使一号小灯Q提到了置一的功能。

        现在将 S 拨到低电位，一个低电位无法使触发器动作，起到一个保持的作用，也可发现一号小灯没有变化。

        这时把R拨到高电位，可以发现一号小灯熄灭，二号小灯点亮。这是因为R输出高电平，一号或非门输出低电平，一号小灯熄灭；同时低电平的信号流到二号或非门的输入端，二号或非门全0出1，二号小灯点亮