常用组合逻辑电路及应用.

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1、第三章第三章 常用组合逻辑电路芯片常用组合逻辑电路芯片 及应用及应用（8 8） 引言引言 3.1 3.1 组合逻辑电路的基本概念组合逻辑电路的基本概念 3.2 3.2 组合逻辑电路分析和设计方法组合逻辑电路分析和设计方法 3.3 3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险 3.4 3.4 常用组合逻辑电路芯片及应用常用组合逻辑电路芯片及应用 小结小结 引言引言 典型数字控制系统实例 从本章开始，将介绍这些中、大规模集成组合 逻辑电路。常用的中、大规模集成组合逻辑电路有 编码器和译码器、数据选择器和数据分配器、数值 比较器、算术逻辑运算单元。对于这些常用的集成 组合逻辑电路，着重分

2、析它们的功能及基本的应用 方法。在学习这些内容的过程中，要以前面所学习 的真值表、逻辑代数、卡诺图等作为工具，进行逻 辑电路的分析与设计。 引言引言 编 码 器 译 码 器 寄 存 器 0123 4567 89-+ 码制转换器 比 较 器 计数器 加 法 器 寄 存 器 码制转换器 译码器 MUX 药片数 传感器 阀门 每瓶的药片数 总装瓶药片数 量显示 新瓶到位计数器清零 瓶内实际药片数（ 十进制） 每瓶药片的设定 数（十进制） 每瓶药片的设定数（ BCD编码数） 设定键盘 远程控制台 瓶内实际药片数（ 十进制） 比较相等信号 3.3 3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险

3、 3.3.1 产生竞争冒险的原因 3.3.2 消去竞争冒险的方法 3.4 3.4 常用组合逻辑电路芯片及常用组合逻辑电路芯片及 应用应用 3.4.1 3.4.1 编码器编码器 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器 3.4.3 3.4.3 数据选择器数据选择器 3.4.4 3.4.4 数值比较器数值比较器 3.4.5 3.4.5 算术运算器算术运算器 3.4.6 3.4.6 常用组合逻辑电路应用实例常用组合逻辑电路应用实例 3.1 3.1 组合逻辑电路的基本概念组合逻辑电路的基本概念 组合逻辑电路定义： 在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻 各输入状态的组合，而与先前状态

4、无关的逻辑 电路称为组合逻辑电路。 组合逻辑电路 A0 A1 ： ： An-1 Y0 Y1 ： ： Ym-1 Y 输 出 A 输 入 Y0=F0(A0,A1, ,An-1) Y0=F0(A0,A1, ,An-1) Ym-1=Fm-1(A0,A1, ,An-1) 3.1 3.1 组合逻辑电路的基本概念组合逻辑电路的基本概念 组合逻辑电路特点： （1）输出、输入之间没有反馈延迟通路； （2）电路中不含记忆单元。 组合电路逻辑功能表示： 组合电路是逻辑函数的电路实现，所以表示逻辑函数 的几种方法真值表、卡诺图、逻辑表达式及时序图均可 表示组合电路的逻辑功能 组合逻辑电路的分类： 按照功能特点可分为：

5、编码器、译码器、数据选择器 、分配器、比较器、加法器等。 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 电路分析的目的 目的是为了确定已知电路的逻辑功能，所以分析的结 论是指出电路所实现的逻辑功能。 电路分析的步骤 （1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式； （2）化简和变换各逻辑表达式； （3）列出真值表； （4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后 确定其功能。 实例 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 例：试分析如图所示电路的逻辑功能。图中输入信号A、B、 C、D是一组四位二进制代码 & & & & & & & & & ABCD

6、WX Y 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 解 （1）写出逻辑表达式： （2）进行化简： 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 （3）列真值表： （4）功能说明： 由真值表可知， 此电路实现的逻辑功 能是检奇电路。 ABCDY 00000 00011 00101 00110 01001 01010 01100 01111 10001 10010 10100 10111 11000 11011 11101 11110 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 电路设计的目的 组合逻辑电路设计的目的是根据逻辑功能设

7、计出 实现该功能的电路。 电路设计的步骤 （1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表； （2）由其值表写出逻辑表达式； （3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。 注意点 组合逻辑电路的设计，通常以电路简单，所用器 件的数目和种类最少为目标 实例 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 例：试设计将十进制的四位二进制码（8421）BCD 转换成典型格雷码 解： （1）分析题意，确定输入变量与输出变量的 数目 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 （2）列真值表 输入变量输出变量 B3B2B1B0G3G2G1G0 00000000 0001

8、0001 00100011 00110010 01000110 01010111 01100101 01110100 10001100 10011101 1010XXX 1011XXXX 1100XXXX 1101XXXX 1110XXXX 1111XXXX 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 （3）根据真值表，填写输出函数卡诺图 B3B2 00011110 000101 010101 11X 10011 00011110 000011 011100 11 1000 B1B0 G1卡诺图 B3B2 B1B0 G0卡诺图 G0G1 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析

9、和设计组合逻辑电路的分析和设计 （3）根据真值表，填写输出函数卡诺图 00011110 000000 011111 11 1011 00011110 000000 010000 11 1011 B3B2 B1B0 G3卡诺图 B3B2 B1B0 G2卡诺图 G2 G3 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 （4）化简并写出逻辑代数式 （5）、由逻辑代数式画出逻辑图 1 1 B0 B1 G0 1 B2 G2 G1 B3 G3 3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 逻辑代数是分析和设计逻辑电路的工具 组合逻辑电路的输出状态只决定于同一时刻的输

10、入 状态。 组合逻辑电路的分析目的是为了确定已知电路的逻 辑功能，步骤：写出各输出端的逻辑表达式、化简 和变换各逻辑表达式、列出真值表、确定功能。 应用逻辑门电路设计组合逻辑电路的步骤是：列出 真值表、写出逻辑表达式、化简和变换、画出逻辑 图 小结： 3.3.1 3.3.1 产生竞争冒险的原因产生竞争冒险的原因 竞争冒险的现象 由于逻辑门输出的延迟，当一个逻辑门的几个输 入端经不同的路径输入信号时，会产生错误的逻辑输 出信号，这种现象称为竞争冒险。 产生竞争冒险的原因 当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互 补信号的状态发生变化时，由于反相器的输出延时， 可能出现冒险现象。 实例 3.3.

11、2 3.3.2 消去竞争冒险的方法消去竞争冒险的方法 发现并消掉互补变量 例如 增加乘积项 输出端并联电容器 3.4.1 3.4.1 编码器编码器 1、编码器的定义与功能 2、集成电路编码器 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器 1、译码器的定义及功能 2、集成电路译码器 3、数据分配器 3.4.3 3.4.3 数据选择器数据选择器 1、数据选择器的定义及功能 2、集成电路数据选择器 3.4.4 3.4.4 数值比较器数值比较器 1、数值比较器的定义及功能 2、集成数值比较器 3.4.5 3.4.5 算术运算器算术运算器 1、半加器和全加器 2、多位数加法器 3、集成加

12、法器及应用 小小 结结 常用的中规模组合逻辑器件包括编码器 、译码器、数据选择器、数据比较器、加法 器等。它们可通过输入、输出使能端扩展为 更复杂的逻辑系统。 应用组合逻辑器件进行组合逻辑电路设 计时，可用第三章的组合逻辑电路设计步骤 。 3.4.1 3.4.1 编码器编码器编码器的定义与功能编码器的定义与功能 编码器的定义 将某一位有效的输入信息变换为以二进制按一 定的规律编排的代码（多位输出信息），使每组代 码都对应一位有效输入信息，这种功能称为编码。 具有编码功能的逻辑电路称为编码器。 二进制编码位数n与输入信息个数m有如下关系 ：m2n 3.4.1 3.4.1 编码器编码器编码器的定义

13、与功能编码器的定义与功能 4线-2线编码器 四位输入信息，二位编码输出信息。 输入输出 I0I1I3I4Y1Y0 100000 010001 001010 000111 3.4.1 3.4.1 编码器编码器编码器的定义与功能编码器的定义与功能 优先编码器 在两个或更多个同时输入时，编码器能够根据规定好 的先后次序，即优先级别，只对优先级别高的输入进行编 码，具有上述功能的逻辑部件称为优先编码器。 4线-2线优先编码器 四位输入信息，二位编码输出信息。 键盘输入8421BCD码编码器 功能表 输入输出 I0I1I2I3Y1Y0 100000 x10001 xx1010 xxx111 3.4.1

14、3.4.1 编码器编码器集成电路编码器集成电路编码器 8线-3线优先编码器74148 （CD4532） 功能表 逻辑图及化简可得各输出的表达式： 输入使能端只有其输入有效信号时，该器件才处于 工作状态，器件才具有其逻辑功能。 输出使能端当其输出有效信号时，指示该器件正处 于工作状态，器件具有其逻辑功能。 8线-3线优先编码器74148的应用 3.4.1 3.4.1 编码器编码器集成电路编码器集成电路编码器 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器定义及功能定义及功能 译码器的定义及功能 译码的功能是将具有特定含义的二进制码（多位输入信 号）进行辨别，并转换成一位的有效的输出

15、信号（地址译码 ）或转换成另一种二进制编码（代码转换）。具有译码功能 的逻辑电路称为译码器。 n位的二进制码和m个输出信号之间有如下关系：m=2n 2线4线译码器 功能表 二位二进制码输入，四个输出控制信号，其逻辑表达式 为： 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器集成译码器集成译码器 74138集成译码器 功能表 三位输入二进制码，八个输出信号其逻辑表 达式为： 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器集成译码器集成译码器 74138集成译码器应用 1. 用译码器实现逻辑函数 例：用3-8译码器实现逻辑函数 解：1）将使能端接成有效，使译码器工作有效，即G1接5V，G2A 、G2B接地。 2）将输入变量X、Y、Z分别接到译码器的输入C、B、A端， 则： 3.4.2 3.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器集成译码器集成译码器 74138集成译码器应用 2.功能扩展 例：用3-8译码器扩展为4-16译码器，其中4-16译码 器的输入变量为D0、D1、D2、D3；输出变量为Z0、Z1、 Z14、Z15 G1G2/D3D2/CD1/BD0/AZ15Z14Z8Z7Z6Z1Z0 100001111110 100011111101 1