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1、4 组合逻辑电路 教学基本要求 1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法 2.掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和 加法器的逻辑功能及其应用； 3.学会阅读MSI器件的功能表，并能根据设计要求完 成电路的正确连接。 组合逻辑电路的一般框图 逻辑函数描述 Li = f (A1, A2 , , An ) (i=1, 2, , m) 组合逻辑电路工作特点:在任何时刻，电路的输出状态只取 决于同一时刻的输入状态而与电路原来的状态无关。 组合逻辑电路 结构特征: 1、输出、输入之间没有反馈延迟通路， 2、不含记忆单元 2. 组合逻辑电路的分析步骤： 4.1组合逻辑电路分析 (1) 由逻辑图写
2、出各输出端的逻辑表达式； (2) 化简和变换逻辑表达式； (3) 列出真值表； (4) 根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。 根据已知逻辑电路，经分析确定电路的的逻辑功能。 1. 组合逻辑电路分析 分析举例一 分析图中所示电路的逻辑功能 1写表达式 2真值表 A B CY 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 A B CY 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 3确定逻辑功能 符合电路 判断三个输入信号是否相同的电路 A B C 5、 画出逻辑图。 （1） 采用SSI-与或式：乘积项少；乘积项所含变量数少； 4、根据器件的类型,简化
3、和变换逻辑表达式 （2） 采用MSI-所用芯片数最少; （3） 采用PLD 组合逻辑电路的设计步骤 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。正常情况 下，红、黄、绿灯只有一个亮，否则视为故障状态，发出报警 信号，提醒有关人员修理。 解 逻辑抽象 输入变量： 1 - 亮 0 - 灭 输出变量： R（红） Y（黄） G（绿） Z（有无故障） 1 - 有 0 - 无 列真值表 R Y GZ 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 设计举例一 卡诺图化简 R YG 0 1 00 01 11 10 1 111 列真
4、值表 R Y GZ 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 设计举例一 画逻辑图 设计举例一 例2 有一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不 同类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或 两种类型以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统发出报 警信号.试设计产生报警信号的逻辑电路。 输出（F）：电路的报警信号。 “1”：产生报警信号， “0”：不产生报警信号。 解：1、逻辑抽象 输入变量（A、B、C）：烟感、温感和紫外光感三种探测器的 探测信号。 “1”：表示有火灾探测信号， “0”：
5、表示没有火灾探测信号； 1 1 0 0 1 1 0 0 B 1 0 1 0 1 0 1 0 C 1 1 1 0 1 0 0 0 F 0 1 1 1 1 0 0 0 A 真值表 3、根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式 2、列写真值表，求得最简与或表达式。 与或式： 0010 011 1 00011110 0 1 B C A (1) 若采用与非门： (2) 若采用或非门： 2、当水位超过B点，低于C点时： 仅L1工作; 3、当水位超过A点，低于B点时： 仅L2工作; 4、当水位低于A点时：水泵L1 、L2 同时工作. L1L1 A B L1L1L1L2 C 输入变量（A、B、C ）：为三个检测仪
6、的输出 逻辑1：水位低于水位检测仪； 逻辑0：水位高于水位检测仪。 输出变量（L1， L2）：两个水泵 逻辑1：水泵工作； 逻辑0：水泵不工作。 1、逻辑抽象： L1L2 A B C 当水位超过C点时，L1 、L2均停止工作; 2、列真值表 11 01 00 10 当水位超过B点，低于C点时仅L1工作; 当水位低于A点时，L1 、L2同时工作。 当水位超过A点，低于B点时仅L2工作; L1L2 111 011 101 001 110 010 100 000 C B A L1L2 A B C L1L2 111 011 101 001 110 010 100 000 CBA 1 1 0 1 01
7、0 0 00 01 11 10 A BC 1 0010 1 L1 BC 00 01 11 10 A BC 1 0001 1 L2 A B ABCL1=+ L2= B 3、由真值表写出逻辑表达式简化和变换逻辑表达式 4、画出逻辑电路（略） 例4.2.2 试设计一个码转换电路，将4位 格雷码转换为自然二进制码。可以采用 任何逻辑门电路来实现。 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
8、 1010 1011 1100 1101 1110 1111 格雷码 G3G2G1G0 二进制码 b3b2b1b0 二 进 制 码 b3 b2 b1 b0 四 位 码 变 换 器 电路框图 G3 G2 G1 G0 格 雷 码 4.3.1产生竞争冒险的原因 A A A A L G2 G1 A AAL+= 1 1 & 1 G2 G1 A L 4.3.1产生竞争冒险的原因 当电路输出端的逻辑函数表达式，在一定条件下可以简化成 两个互补信号相乘或者相加，即 并且在互补信号的状态发生变化时可能出现冒险现象。 或者 竞争冒险就是因信号传输延迟时间不同，而引起输出逻辑错误 的现象 分析下图所示的逻辑电路是否
9、会产生的竞争冒险. 当A=B=1时 L为两个互补信号相加因此，该电路存在竞争冒险。 C C AC CB L 4.3.2 消去竞争冒险的方法 1. 发现并消除互补变量 A B C 1 & L B = C = 0时 为消掉AA，变换逻辑函数式为 )(CABAL += 可能出现竞争冒险。 AA F = BCBAACF += 2. 增加乘积项,避免互补项相加 ， 当A=B=1时，根据逻辑表达式有 CBACL+= 当A=B=1时 CBACL+= CBACL+= + AB CCL+= AB 0 1 A 0 0 0 1 0 1 1 1 L B C 00 01 11 10 3. 输出端并联电容器 420pF
10、如果逻辑电路在较慢速度下工作，为了消去竞争冒险 ，可以在输出端并联一电容器，其容量为420pF之间。致 使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢，可对于很窄的 负跳变脉冲起到平波的作用。 4.4 常用组合逻辑集成电路 1.)编码器 (Encoder)的概念与分类 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：具有编码功能的逻辑电路。 4.1.1 编码器 编码器的概念：编码器的概念： 在数字系统里，为了区分一系列不同的事物，将其中的每个在数字系统里，为了区分一系列不同的事物，将其中的每个 事物用一
11、个二值代码表示，把二进制码按一定的规律编排，事物用一个二值代码表示，把二进制码按一定的规律编排， 使每组代码具有一定的含义，称为编码。使每组代码具有一定的含义，称为编码。 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。 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。 编码器的逻辑功能： 1)编码器 (Encoder)的概念与分类 编码器的分类：普通编码器和优先编码器。 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
12、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。 1)编码器 (Encoder)的概念与分类 二进制编码器的结构框图 普通二进制编码器 1、编码器的工作原理 I0 I1 Yn-1 Y0 Y1 1 n 2 - I 二进制 编码器 2 n 个 输入 n位二进 制码输出 (1) 4线2线普通二进制编码器 (设计) 1000 0100 0010 0001 Y0Y1I3I2I1I0 （2）逻辑功能表 编码器的输入为高电平有效。 （a）逻辑框图 4 输 入 二进制码输出 11 01 10 00 1、编码器的工作原理 I0 I3为1时,表示有编码请求 (2.)
13、键盘输入8421BCD码编码器（分析） 代码输出 使能标志 编码输入 1 0 1 1 0 0 0 0 没有编码输入时,输出是? 使能标志有什么作用? 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 功能表 输 入输 出 S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9ABCDGS 111111111100000 111111111010011 111111110110001 111111101101111 111111011101101 111110111101011 111101111101001 111011111100111 110111111100101 101
14、111111100011 011111111100001 该编码器为输入低电平有效 2. 键盘输入8421BCD码编码器 当所有的输入都为1时， Y1Y0 = ？Y1Y0 = 00 无法输出有效编码。 普通4 线2线编码器电路存在问题? 普通编码器不能同时输入两个以上的有效编码信号 I2 = I3 = 1 , I1= I0= 0时， Y1Y0 = ？ Y1Y0 = 00 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 3. 优先编码器 优先编码器的提出： 实际应用中，经常有两 个或更多输入编码信号 同时有效。 必须根据轻重缓急，规定好这些外设允许操作的先
15、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） （1）列出功能表 输 入输 出 I0I1I2I3Y1Y0 100000 10001 1010 111 高 低 （2）写出逻辑表达式 （3）画出逻辑电路（略） 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I0I3 输入为编码信号I3 I0 输出为Y1 Y0 3321IIIY += 33210IIIIY += 优先编码器CD4532的示意框图、引脚图 2 集成电路编码器 CD4532电路图 优先编码器CD4532功能表 输
