詳解MOS管及簡(jiǎn)單CMOS邏輯電平電路

現(xiàn)代單片機(jī)主要是采用CMOS工藝制成的。

MOS管又分為兩種類(lèi)型：N型和P型。

如下圖所示：

以N型管為例，2端為控制端，稱(chēng)為“柵極”;3端通常接地，稱(chēng)為“源極”;源極電壓記作Vss，1端接正電壓，稱(chēng)為“漏極”，漏極電壓記作VDD。要使1端與3端導(dǎo)通，柵極2上要加高電平。

對(duì)P型管，柵極、源極、漏極分別為5端、4端、6端。要使4端與6端導(dǎo)通，柵極5要加低電平。

在CMOS工藝制成的邏輯器件或單片機(jī)中，N型管與P型管往往是成對(duì)出現(xiàn)的。同時(shí)出現(xiàn)的這兩個(gè)CMOS管，任何時(shí)候，只要一只導(dǎo)通，另一只則不導(dǎo)通(即“截止”或“關(guān)斷”)，所以稱(chēng)為“互補(bǔ)型CMOS管”。

非門(mén)(反向器)是最簡(jiǎn)單的門(mén)電路，由一對(duì)CMOS管組成。其工作原理如下：

A端為高電平時(shí)，P型管截止，N型管導(dǎo)通，輸出端C的電平與Vss保持一致，輸出低電平;A端為低電平時(shí)，P型管導(dǎo)通，N型管截止，輸出端C的電平與VDD一致，輸出高電平。

與非門(mén)工作原理：

①、A、B輸入均為低電平時(shí)，1、2管導(dǎo)通，3、4管截止，C端電壓與VDD一致，輸出高電平。

②、A輸入高電平，B輸入低電平時(shí)，1、3管導(dǎo)通，2、4管截止，C端電位與1管的漏極保持一致，輸出高電平。

③、A輸入低電平，B輸入高電平時(shí)，情況與②類(lèi)似，亦輸出高電平。

④、A、B輸入均為高電平時(shí)，1、2管截止，3、4管導(dǎo)通，C端電壓與地一致，輸出低電平。

或非門(mén)工作原理：

①、A、B輸入均為低電平時(shí)，1、2管導(dǎo)通，3、4管截止，C端電壓與VDD一致，輸出高電平。

②、A輸入高電平，B輸入低電平時(shí)，1、4管導(dǎo)通，2、3管截止，C端輸出低電平。

③、A輸入低電平，B輸入高電平時(shí)，情況與②類(lèi)似，亦輸出低電平。

④、A、B輸入均為高電平時(shí)，1、2管截止，3、4管導(dǎo)通，C端電壓與地一致，輸出低電平。

注：將上述“與非”門(mén)、“或非”門(mén)邏輯符號(hào)的輸出端的小圓圈去掉，就成了“與”門(mén)、“或”門(mén)的邏輯符號(hào)。而實(shí)現(xiàn)“與”、“或”功能的電路圖則必須在輸出端加上一個(gè)反向器，即加上一對(duì)CMOS管，因此，“與”門(mén)實(shí)際上比“與非”門(mén)復(fù)雜，延遲時(shí)間也長(zhǎng)些，這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要注意。

三態(tài)門(mén)的工作原理：

當(dāng)控制端C為“1”時(shí)，N型管3導(dǎo)通，同時(shí)，C端電平通過(guò)反向器后成為低電平，使P型管4導(dǎo)通，輸入端A的電平狀況可以通過(guò)3、4管到達(dá)輸出端B。

當(dāng)控制端C為“0”時(shí)，3、4管都截止，輸入端A的電平狀況無(wú)法到達(dá)輸出端B，輸出端B呈現(xiàn)高電阻的狀態(tài)，稱(chēng)為“高阻態(tài)”。

這個(gè)器件也稱(chēng)作“帶控制端的傳輸門(mén)”。帶有一定驅(qū)動(dòng)能力的三態(tài)門(mén)也稱(chēng)作“緩沖器”，邏輯符號(hào)是一樣的。

注：從CMOS等效電路或者真值表、邏輯表達(dá)式上都可以看出，把“0”和“1”換個(gè)位置，“與非”門(mén)就變成了“或非”門(mén)。對(duì)于“1”有效的信號(hào)是“與非”關(guān)系，對(duì)于“0”有效的信號(hào)是“或非”關(guān)系。

上述圖中畫(huà)的邏輯器件符號(hào)均是正邏輯下的輸入、輸出關(guān)系，即對(duì)“1”(高電平)有效而言。而單片機(jī)中的多數(shù)控制信號(hào)是按照負(fù)有效(低電平有效)定義的。例如片選信號(hào)CS(Chip Select)，指該信號(hào)為“0”時(shí)具有字符標(biāo)明的意義，即該信號(hào)為“0”表示該芯片被選中。因此，“或非”門(mén)的邏輯符號(hào)也可以畫(huà)成下圖。