《电工电子学（第2版）》林小玲第5章数字集成电路（组合逻辑）

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1、第5章 数字集成电路 (组合逻辑电路）,上海大学自动化系 林小玲,5.2 组合逻辑电路,电路在任一时刻的输出状态仅由该时刻的输入信号决定,与电路在此信号输入之前的状态无关.,组合逻辑电路：用各种门电路组成的，用于实现某种功能的复杂逻辑电路。,组合逻辑电路框图,5.2.1 组合逻辑电路的分析方法,分析步骤:,(1) 根据逻辑电路图,写出输出逻辑函数表达式;,(2) 运用逻辑代数化简或变换,(3) 列逻辑状态表,(4) 分析逻辑功能,例1: 分析下图所示逻辑电路,P2=AP1,P3=BP1,P4=CP1,真值表:,逻辑功能: 一致电路,反演,还原,例2 如图所示是一个可用于保险柜等场合的密码锁控制

2、电路。开锁的条件是：(1)要拨对密码；(2)要将开锁控制开关S闭合。如果以上两个条件都得到满足，开锁信号为1，报警信号为0，锁打开而不发出报警信号。拨错密码则开锁信号为0，报警信号为1，锁打不开而警铃报警。试分析该电路的密码是多少。,(开锁信号),(报警信号),开锁信号,报警信号,当A=1 B=0 C=0 D=1时, F1=1,密码:1001,密码拨对时, F1=1 , F2=0,密码拨错时, F1=0 , F2=1,断开S时, F1=0 , F2=0 密码锁电路不工作,例 3：分析下图的逻辑功能,(1) 写出逻辑表达式,(2) 应用逻辑代数化简,反演律,反演律,吸收律,(3) 列逻辑状态表,

3、逻辑式,(1) 写出逻辑式,例 4：分析下图的逻辑功能,.,化简,(2) 列逻辑状态表,(3) 分析逻辑功能 输入相同输出为“1”,输入相异输出为“0”,称为“判一致电路”(“同或门”) ,可用于判断各输入端的状态是否相同。,逻辑式,例5：分析下图的逻辑功能,Y,&,&,1,.,B,A,&,C,1,0,1,A,设：C=1,封锁,打开,选通A信号,B,Y,&,&,1,.,B,A,&,C,0,0,1,设：C=0,封锁,选通B信号,打开,例 5：分析下图的逻辑功能,例6 如图所示逻辑电路，写出逻辑表达式并化 简之，并判别其逻辑功能。,A,1,C,&,&,F,B,1,（3-13）,分析：由图可知，其逻

4、辑表达式为：,F = ( A + ABC )( B + ABC ),= A + ABC + B + ABC,= A ABC + B ABC,A,1,= A ABC + B ABC,C,&,&,F,= ABC + ABC,= ABC,B,1,由此可得出，其逻辑功能为“与” 门，即F为A、B、C的与。,A,例7 如图为某逻辑电路的输入输出波形图。,试列出状态真值表，写出逻辑关系式，化 简并变换成与非形式，画出逻辑图。 分析 其状态真值表为：,B C F,A 0 1 1 0 0 1 0 1,B 0 1 0 1 0 0 1 1,C 0 0 1 1 1 0 0 1,F 0 1 0 1 0 0 0 1,A

5、,0,逻辑关系式为 F = ABC + A BC + ABC,用“与非”门实现 F = AB + BC,= ABC + ABC + A BC + ABC = AB( C + C ) + BC ( A + A ) = AB + BC,= AB + BC B C F 0 0 0,逻辑电路图为：,1 1,1 0,0 1,1 0,A B C,& &,&,F,0 0 1 0 1,1 0 0 1 1,1 1 0 0 1,1 0 0 0 1,例8 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。,解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简,2. 列真值表,当A为0时，输出Y、Z分别与所 对应的输入B、C

6、相同； 当A为1时，输出Y、Z分别是输 入B、C 取反。 这个电路逻辑功能是对输入 的二进制码求反码。最高位为 符号位，0表示正数，1表示负 数，正数的反码与原码相同； 负数的数值部分是在原码的基 础上逐位求反。,3. 确定电路逻辑功能,5.2.2 组合逻辑电路设计,设计步骤如下：,例1,设计一个三人表决逻辑电路，要求: 三人A、B、C各控制一个按键，按下为“1”，不按为“0”。多数（2）按下为通过。通过时L1，不通过L0。用与非门实现。,L= AC + BC + AB,2、 写出最简“与或”式,1、列真值表,3、用与非门实现逻辑电路,例2：某水塔使用两台水泵P、Q供水，水泵工作时用1表示，否

7、则为0。水塔内有三个水位探测器A、B和C，当水位超过某一探测器时，该探测器输出为1，否则为0。 控制原理： 当水位超过A时，P、Q均不工作； 当水位超过B、C，而低于A时，只有P工作； 当水位超过C，而低于A 、B时，只有Q工作； 当水位低于C时，P、Q均工作。 设计P、Q的控制电路。,水位高于A点 时，两个水泵 均不工作。,水位低于A点 而高于B点 时，小水泵P 单独工作。,水位低于B点 而高于C点 时，大水泵Q 单独工作。,水位低于C点 时，两个水泵 同时工作。,解：设计要求中已经规定了输入输出变量及其逻辑值的含义， 不必重复，列真值表如下。,A B C P Q,0,1,0,1,0,1,0

8、,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,X,X,X,X,X,X,X,X,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,水位低于A、B、C时，P、Q同时工作。,水位低于A、B而高于C 时，只有Q工作。,水位低于C却高于B， 不可能出现，打叉。,化简可得：,作逻辑图如下：,例3：设计一个三变量奇偶检验器。 要求: 当输入变量A、B、C 中有奇数个“1”时，输出为“1”，否则为 “0”。用“与非”门实现。,(1) 列逻辑状态表,(2) 写出逻辑表达式,取 Y=“1”( 或Y=“0” ) 列逻辑式,(2) 用“与非”门构成逻辑电路,在一种组合中，各输入变量之间是“与”关系,各组合之间是

9、“或”关系,(3) 逻辑图,Y,C,B,A,0,1,0,1,0,例 4: 某工厂有A、B、C 三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机G1和G2。G1的容量是G2的两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。试画出控制G1和 G2运行的逻辑图。,设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态： 开工为“1”，不开工为“0”； G1和 G2运行为“1”，不运行为“0”。,(1) 根据逻辑要求列状态表,首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的含义,逻辑要求：如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工

10、，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。,开工,“1”,不开工,“0”,运行,“1”,不运行,“0”,(1) 根据逻辑要求列状态表,(2) 由状态表写出逻辑式,(3) 化简逻辑式可得：,(4) 用“与非”门构成逻辑电路,(5) 画出逻辑图,5.2.3.2 译码器,5.2.3.3 加法器,5.2.3 集成组合逻辑电路,在数字电路中，常用的组合电路有加法器、编码器、译码器、数据分配器和多路选择器等。下面3节分别介绍这几种典型组合逻辑电路的基本结构、工作原理和使用方法。,5.2.3.1 编码器,即把二进制码按一定规律编排，使每组代码具有一特定的含义，称为编码。具有编码功能的逻辑

11、电路称为编码器。,5.2.3.1 编码器,控制信息,编码器,二进制代码,在数字系统里，常常要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）这就是编码 。实现这一功能的逻辑器件就是编码器,编码：赋予二进制代码特定含义的过程称为编码。,如：8421BCD码中，用1000表示数字8,如：ASCII码中，用1000001表示字母A等,编码器的逻辑功能： 能将每一个编码输入信号变换为不同的二进制的代码输出。 如BCD编码器：将10个编码输入信号分别编成10个4位码输出。 如8线-3线编码器：将8个输入的信号分别编成8个3位二进 制数码输出； 二进制编码器的结构框图,编码器的分类：普通编码器和优先编码器。

12、,普通编码器：任何时候只允许输入一个有效编码信号，否则 输出就会发生混乱。,优先编码器：允许同时输入两个以上的有效编码信号。当同 时输入几个有效编码信号时，优先编码器能按预先设定的优 先级别，只对其中优先权最高的一个进行编码。,设计编码器的过程与设计一般的组合逻辑电路相同，首先要列出状态表，然后写出逻辑表达式并进行化简，最后画出逻辑图。,（1 ） 二进制编码器,将输入信号编成二进制代码的电路。,2n个,n位,常用的二进制编码器有三种： 42线编码器、83线编码器和104线编码器。,前一个数表示输入的实际数值的个数，后者表示转换成二进制数以后的位数。如42线编码器，共有4个可能的输入值：0、1、

13、2和3它们分别占据一条输入信号线，而转换后的二进制编码分别是：0001、10和11，只需要2位就足够了，所以这种编码器只有两个输出信号线。同理83线编码器用3个二进制位对8个数编码；104线编码器则用4个二进制位对10个数编码。,3,3,4 输 入,I0 I1 I2 I3,Y1 Y0,I0 1 0 0,I1 0 1 0,I2 0 0 1,I3 0 0 0,Y1 0 0 1,Y0 0 1 0,0,0,0,1,1,1,编码器的输入为高电平有效。,+ I 0 I 1 I 2 I,Y 1 = I 0 I 1 I 2 I 3 + I 0 I 1 I 2 I 3,编码器的工作原理 普通编码器(4线2线编码

14、器）,二进制码输出,3,3,Y 1 = I 0 I 1 I 2 I 3 + I 0 I 1 I 2 I 3,Y 0 = I 0 I 1 I 2 I,+ I 0 I 1 I 2 I &,I 0 I 1 I 2,1 1 1,& &, 1 1,Y 1,I 3,1,Y 0,&,(2) 键盘输入8421BCD码编码器,2. 键盘输入8421BCD码编码器,输,入,输,出,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8 S9,A,B,C,D,GS,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1,1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1,1 1 1 1 1 1

15、 1 0 1 1 1,1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1,1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1,1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1,1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1,1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1,1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0,0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0,0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0,0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,该编码器为输入低电平有效,普通4 线2线编码器电路存在问题,当所有的输入都为1时，,Y1Y0

16、= ？,Y1Y0 = 00?,无法产生有效编码输出。,普通编码器不能同时输 入两个以上的有效编码 信号,优先编码器,优先编码器的提出：,普通编码器如果有两个 或更多输入信号有效，将会出现输出混乱。,必须根据轻重缓急，规定好这些外设允许操作的先后次序， 即优先级别,。,识别多个编码请求信号的优先级别，并进行相应编码的 逻辑部件称为优先编码器。,(2)优先编码器线(42 线优先编码器)（设计） 输入编码信号高电平有效，输出为二进制代码 输入编码信号优先级从高到低为 I3 I0,输入为编码信号I3 I0 （1）列出功能表,输出为Y1 Y0,输 入,输,出,（2）写出逻辑表达式,I0 1,I1 0,I2 I3 0 0,Y1 0,Y0 0,Y1 = I 2 I 3 + I 3, 1 ,0 1,0 0,0 1,1 0,Y0 = I1 I 2 I 3 +