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1、课题2组合逻辑电路,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路 实训2. 2音量显示电路,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.1组合逻辑电路的分析与设计方法 任何时刻产生的稳定输出状态仅取决于该时刻各输入状态的组合，而与过去的输入状态无关的逻辑电路，则称为组合逻辑电路。组合逻辑电路由门电路组成，电路的输出与输入之间没有反馈回路 2.1.1.1组合逻辑电路的分析方法 分析逻辑电路的功能，一般步骤大致如下 根据给定组合电路逻辑图，写出组合电路各个门的输出表达式 变换和化简输出逻辑表达式 列出真值表 根据真值表和化简后的函数表达式，分析总结出电路的逻辑功能。,下一页,返回,实训2
2、.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.1.2组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计是分析的逆过程，一般步骤大致如下 根据电路的逻辑功能要求，列出组合电路的真值表 根据门电路类型，对所得组合电路的真值表，化简出逻辑表达式 根据逻辑表达式，画逻辑图,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.2数值加法器 加法器是能实现二进制加法逻辑运算的组合逻辑电路。 所谓半加器是指只有被加数(A)和加数(B)输入的一位二进制加法电路。加法电路有两个输出，一个是两数相加的和(S)，另一个是相加后向高位进位(Co)。根据半加器定义，得其真值表，如表2一6所示 由真值表
3、得输出函数表达式,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,显然，半加器的和函数S是其输入A, B的异或函数;进位函数C0是A和B的逻辑乘。用一个异或门和一个与门即可实现半加器功能。半加器的逻辑图和逻辑符号如图2一6所示。 2.1.2.2全加器 全加器不仅有被加数A和加数B，还有低位来的进位C1作为输入;三个输入相加产生全加器两个输出，和S即向高位进位Co。根据全加器功能得真值表见如表2一7。 图2 -7所示为全加器输出函数卡诺图，由图可得,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,由此可见，和函数S是三个输入变量的异或。为了利用和函数的共同
4、项，进位函数C0按图2 -7所示化简，而不是按最简与或式化简，得如图2一8所示的逻辑图。 2.1 .2. 3多位二进制加法电路 用全加器可以实现多位二进制加法运算，实现四位二进制加法运算的电路如图2一9所示。低位进位输出作为高位进位输入，这种进位方式称为异步进位。,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.2.4快速进位集成4位加法器74283的应用 1.用74283实现多位二进制数加法运算 一片74283只能进行4位二进制数的加法运算，将多片74283进行级联，可扩展加法运算的位数。用2片74283组成的8位二进制数加法电路如图2一10所示。 2.用7428
5、3实现余3码到8421 BCD码的转换 对一个十进制数符，余3码比8421 BCD码多3，要实现余3码到8421 BCD码的变换，只需从余3码中减去3(即0011)利用二进制补码的概念，很容易实现上述减法。由于0011的补码为1101,减0011和加1101等效。所以，从74283的A3A0输入余3码，B3B0接1101代码，就能实现相应的转换，其逻辑图如图2一11所示。,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.2.5减法运算的买现 在数字电路中，减法运算是通过加法器来实现的。例如，A减B可用A加一B来表示，因此，实现减法的实质是负数的表示问题。二进制运算中
6、，通常用补码和符号位表示负数。定义一个无符号数N的n位自然二进制码为该数的原码，原码各位取反定义为该数的反码，2n减这个数的原码定义为该数的补码。即,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,可见，补码和反码之间存在以下关系 即一个数的补码可将原码取反后加1。两数相减(A一B)可表示为,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,2.1.2.6加法器的应用 二进制并行加法/减法器，如下图2一12所示。 2.1.3数值比较器 数值比较器就是对两个数A和B的大小进行比较。比较的结果有A B,AB和A=B三种情况 1.一位数值比较器 一位数值比较器作
7、为多位比较器的基础，其真值表见如表2-8，逻辑表达式为,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,逻辑电路图如图2一13所示。 2.多位数值比较器 2位数值比较器的真值表如表2一9所示。 由此可写出如下逻辑表达式 根据表达式画出逻辑图如图2一14所示,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,3.集成四位数值比较器74 LS85的功能 数字集成比较器74 LS85是具有4位数值比较功能的逻辑器件，为能扩展数值位数，集成芯片74LS85将低位数值比较器的3个输出作为它的输入，分别是大于输入IAB，等于输入IA=B 。和小于输入IA=B 。其引脚
8、分布图如图2一15所示，化简真值表如表2一10。,下一页,上一页,返回,实训2.1 Multisim仿真多数表决电路,4.集成数值比较器的扩展 利用多片4位数值比较器的比较输入，LA B, LA= B和LAB ，可以连接成更多位的数值比较器，只要将低位芯片的输出作为高位数值比较器的比较输入即可。当高4位数值比较器输入相等A7 A6 A5 A4 = B7 B6 B5 B4时，8位数值比较器的输出由低4位数值比较器输出确定。当高4位数值比较器输入不相等时，8位数值比较器的输出与低4位数值比较器输出无关。按图示2一16级联方式，可以组成更多位数值比较器。 图2一17所示是采用并联方式用5片74LS8
9、5组成的16位二进制数比较器将16位按高位至低位分成4组，每组用1片74LS85进行比较，各组的比较是并行的。将每组的比较结果再经1片74LS85进行比较后得出比较结果。,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 1编码器 在日常生活中，我们会遇到如教室号、学号、身份证号、电话号码、邮政编码等，这些一串按规律编排的数码代表某种特定的含义。在数字电路中，用一定位数的二进制代码表示特定信息(如文字、符号等)的过程称为编码。实现编码操作的逻辑电路称为编码器。 2. 2. 1. 1二进制编码器 1.三位二进制编码器 输入变量用I0 I7表示，输出函数用Y0Y2表示，其真值表见如表2一11,下
10、一页,返回,实训2. 2音量显示电路,根据真值表可得出如下逻辑表达式 根据表达式画出逻辑图如图2一19所示,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2.三位二进制优先编码器 在使用二进制编码器中，当两个以上信号同时输入编码器时将产生错误码输出。为解决这一问题，对输入信号依照规定的先后顺序进行编码，这就是优先编码。在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排斥的特性。输入变量用I0I7表示，设I7的优先级别最高，I6次之，依此类推，I0最低输出函数用Y0Y2表示，其真值表见表2一12。 根据真值表可得出如下逻辑表达式,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,下一页,
11、上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,根据表达式画出逻辑图如图2一20所示。 3.集成三位二进制优先编码器74 LS 148 集成三位二进制优先编码器的引脚排列图和逻辑功能示意图如图2一21(a)、(b)所示。 2. 2. 1. 2二一十进制编码器 用4位二进制数对十进制数码09进行编码的电路称为二一十进制编码器，常用的是8421BCD码。集成10一4线优先编码器74LS147的引角排列图如图2一22所示，其真值表见表2一14。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 1. 3编码器的功能扩展 常用的优先编码器有CT 1147 , CT 3147 , CT 1148 ,
12、CT 4148 , 74LS148国际通用型号有54/74148, 54/74LS148, 54/74 HC148等。它们的输入、输出端都分别是10一4线或8一3线。用8一3线优先编码器74 LS 148可扩展成16一4线优先编码器，如图2 - 23所示,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 2译码器 译码是编码的逆过程。译码是将二进制代码按其编码时的特定含义翻译为对应的信号。实现译码操作的逻辑电路称为译码器。实际上译码器就是把一种代码转换为另一种代码的电路。它输入的是二进制或二一十进制代码，输出则是对应信息的单元码。译码器分二进制译码器、十进制译码器及字符显示译码器，各
13、种译码器的工作原理类似，设计方法也基本相同。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 2. 1二进制译码器 二进制译码器是2n线输入， 2n线输出的组合逻辑电路，与n个变量有2n最小项的情形对应，所以也称为变量译码器。常用的有2一4线(CT 4139 ,74LS139)、3一8线(CT 1138、74LS138)、4一16线(CT 1154、74LS154)译码器。 2. 2. 2. 2二进制译码器的功能扩展 由74LS138的真值表知，它只有3个输人端和8个输出端，当需要对4位二进制数进行译码时，可以将高位 与低位 相连作为扩展的输人端A3高位片译码器的8个输出端 即可实
14、现4一16线译码器，如图2 - 25所示。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 2. 3二一十进制译码器 把二一十进制代码(BCD码)翻译成十进制数字对应的有效电平信号的电路，称为二一十进制译码器。 二一十进制译码器的输入是十进制数的4位二进制编码(BCD码)，分别用A3 , A2, A1, A0表示;输出的是与10个十进制数字相对应的10个信号，用Y9 Y0表示。由于二一十进制译码器有4根输入线，10根输出线，所以又称为4线-10线译码器。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2. 2. 2. 4显示译码器 显示译码器集中译码和驱动显示于一体。在工程实际中
15、，用BCD七段显示译码器去驱动七段数码显示器，完成输入BCD代码显示十进制数码的任务。 1.七段数码显示器 1)七段数码显示原理 七段数码显示器的种类有许多种，常用的有辉光数码管、荧光数码管、半导体数码管、液晶显示器等，它们工作原理不同，但显示原理却是相同的，都是将0 9十个数码，用a, b,c,d,e,f,g个发光段的不同发光组合来显示，如图2一26所示,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2)半导体数码显示管(LE D) 将七个做成条状的发光二极管，按“8”字结构连同小数点“”封装在一起即成半导体数码显示管。半导体数码显示管电路有两种接法，共阴极接法和共阳极接法，如图2 - 2
16、7所示。当使用小数点“”时，将其对应的引脚“h”接高电平或低电平。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,3)液晶显示器(LC D) 液晶为液态晶体的简称，是一种有机化合物。它既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性。利用液晶的颜色和透明度随电场变化的性质可制成显示器。制作时在平整度很好的玻璃上喷上二氧化锡透明导电层，光刻成七段作为正面极板，在另一块玻璃上对应做成“8”字形的反面极板，作为公共接地端，封装成约10 m厚的液晶盒，灌注液晶后密封，即成为液晶数码管无显示信号输入时，无外加电场作用，液晶分子整齐排列，外部入射的光线大部分被反射回来，液晶呈透明状态;当正面某段输入高电平时，这段所夹持的液晶就加上了电场，电场将液晶电离而产生正离子，正离子在电场力的作用下作定向运动，在运动过程中不断撞击液晶分子，破坏了液晶分子的整齐排列，无规则排列的液晶对环境光就产生了散射作用，形成暗视场，形成光反差，从而将图形显示出来。,下一页,上一页,返回,实训2. 2音量显示电路,2.七段显示译码器
