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1、第四章组合逻辑电路 2 本章教学内容 组合逻辑电路的分析方法常用组合逻辑电路组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的竞争 冒险 3 4 1概述 什么是组合逻辑电路 任意时刻电路的输出状态 仅仅取决于该时刻电路各输入端的状态 而与电路以前各时刻的输入状态无关 这样的数字逻辑系统就称为组合逻辑电路 简称组合电路 组合逻辑电路中不包含存储记忆单元 输出 输入之间没有反馈延迟通路 组合电路由基本门电路组合而成 一个实际的组合逻辑电路 往往是具有多个输入端和多路输出 4 4 1概述 组合逻辑电路的描述 向量形式 常用的组合逻辑模块有加法器 编码器 译码器 数据选择器 数值比较器和奇偶校验电路以及算术运算电路等
2、5 4 2组合逻辑电路的分析方法 4 2 1组合逻辑电路的一般分析方法 组合逻辑电路中 关注两个问题 第一个是对于给定的组合电路 确定其逻辑功能 即组合电路的分析 第二个是对于给定的逻辑功能要求 在电路上如何实现它 即组合电路的设计 6 4 2组合逻辑电路的分析方法 4 2 1组合逻辑电路的一般分析方法 基本步骤 根据给定的逻辑电路图 写出各输出端的逻辑表达式 对各逻辑表达式进行化简与变换 根据逻辑表达式 列出真值表 根据真值表 进行逻辑功能的评述 7 4 2组合逻辑电路的分析方法 4 2 2组合逻辑电路分析举例 组合电路实现了异或逻辑功能 8 4 2组合逻辑电路的分析方法 4 2 2组合逻辑
3、电路分析举例 9 4 2组合逻辑电路的分析方法 4 2 2组合逻辑电路分析举例 不一致电路 10 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器半加器与全加器 半加 仅考虑两个一位二进制数相加 称为半加 Ai Bi表示两个一位的二进制数 Si表示相加后的和数 Ci表示相加后的进位 11 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器半加器与全加器 半加 仅考虑两个一位二进制数相加 称为半加 12 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器半加器与全加器 全加 在考虑两个一位二进数相加时 同时考虑来自于低位向前进位的一位二进制数加法就称为全加 Ai Bi表示两个一位的二进制数 Si表示相加后的和数 Ci 1表
4、示来自低位的进位 Ci表示相加后的进位 13 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器半加器与全加器 全加 在考虑两个一位二进数相加时 同时考虑来自于低位向前进位的一位二进制数加法就称为全加 14 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器半加器与全加器 全加 15 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器多位数加法电路 以四位二进制加法为例 串行进位加法器 优点 结构简单清晰缺点 运算速度相对较慢 16 4 3常用组合逻辑电路 4 3 1加法器多位数加法电路 以四位二进制加法为例 超前进位加法器 优点 运算速度快缺点 结构复杂 超前进位 是指进位信号由加数和被加数直接产生 每位相加的结果不需要
5、等待低位的向前进位 从而消除了传送低位进位信息所需的时间 17 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 能将指定信息变换为特定的二进制代码的电路称为编码器 普通编码器 低电平有效的待编码输入信号 Y2 Y1 Y0 高电平有效的待编码输出信号 2n个编码输入 需要n位二进制代码输出 普通编码器每次只允许有一个输入编码信号有效 18 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 普通编码器 没有列出无关项 19 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 优先编码器 在优先编码器电路中 允许同时输入两个以上的编码信号 在设计优先编码器时 已将所有的输入信号按优先顺序排好队 当几个输入信号同时出现时 只
6、对其中优先权最高的一个进行编码 以8线 3线优先编码器74LS148为例分析 20 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 优先编码器 输入信号 输出信号 输入选通端 低电平 电路正常编码 高电平 电路输出锁在高电平 21 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 优先编码器 选通输出端 选通输出端和扩展端用于扩展编码 输出低电平 表示 电路工作 但无编码输入 扩展端 输出低电平 表示 电路工作 且有编码输入 22 优先级最高 优先级最低 23 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 编码器的功能扩展 24 4 3常用组合逻辑电路 4 3 2编码器 二 十编码器 74LS147是二 十优先
7、编码器 有十个输入端 输出为四位BCD码 优先级最高 优先级最低 25 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 译码是编码的逆进程 译码器的功能是将二进制代码所代表的特定对象还原出来的组合逻辑电路 根据译码对象的不同 可以分成二进制译码器 变量译码器 和二 十进制译码器 码制变换译码器 显示译码器等 26 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 27 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 28 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 使能有效时 输出有什么特点 29 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 使能有
8、效时 输出有什么特点 二进制译码器的两个特点 输入一组二进制代码时 译码器只有一个输出端有输出 其它无输出 即一组代码和某一特定对象一一对应关系 每一个输出函数与输入代码的一个最小项 即一个标准与项 对应 30 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 两个2线 4线译码器构成3线 8线译码器 31 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 32 33 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二进制译码器 译码器用作数据分配器 以74LS138为例 若译码输入A2 A1 A0为101 其他输出为高电平 若译码输入A2 A1 A0为001 其他输出为高电平 34 4
9、 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 二 十进制译码器 如74LS42 有四个输入端 主要功能是将输入BCD码翻译成十个高 低电平的输出信号 而当输入的代码为1010 1111 8421BCD码以外的代码 中的任一个 输出均为高电平 35 36 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 常用数码显示器 七段数码显示器 适合十进制数码和简单字符显示 37 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 常用数码显示器 点阵式显示器 显示内容比较丰富 38 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 常用数码显示器 液晶显示器 透明电极 反射电极 液晶分子 优点 功耗
10、极小 缺点 亮度很差 响应速度较低 39 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 将4位BCD码译成七段显示代码 40 共阴 41 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 注 没有包含特殊控制引脚功能 42 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 灯测试输入端 无论A3 A0输入什么 译码输出全高电平 可检查该数码管各段能否正常发光 平时应置为高电平 43 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 灭零输入端 当A3 A0
11、输入0000 译码输出全低电平 将本应显示 但不希望显示的0熄灭 44 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 灭灯输入 灭零输出双功能端 无论其他引脚输入是什么 译码输出全低电平 有灭灯功能 作为输入端使用时 称为灭灯输入控制端 作为输出端使用时 称为灭零输出控制端 表示本该显示的零熄灭了 45 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 单数码管显示 上拉电阻提高74LS48输出高电平时的驱动能力 46 4 3常用组合逻辑电路 4 3 3译码器 显示译码器 七段显示译码器 74LS48 多数码管显示 具有熄
12、灭无效零及调节显示亮度的功能 47 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 在数字传输过程中 需要从一组数据中选出某一个时 要用到数据选择器 也称为多路开关 48 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 49 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 若是n位地址码的2n选一数据选择器 则有 使能有效时 50 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 51 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 74LS153是双四选一数据选择器 52 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择
13、器 两个四选一扩展成八选一数据选择器 53 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 两个四选一扩展成八选一数据选择器 54 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 两个四选一扩展成八选一数据选择器 55 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 两个四选一扩展成八选一数据选择器 56 4 3常用组合逻辑电路 4 3 4数据选择器 四选一数据选择器 多路选择器的扩展 57 4 3常用组合逻辑电路 4 3 5数值比较器1位数值比较器 数值比较器就是对两个二进制数进行比较 判断两个数字大小或是否相等的逻辑电路 58 4 3常用组合
14、逻辑电路 4 3 5数值比较器1位数值比较器 59 4 3常用组合逻辑电路 4 3 5数值比较器多位数值比较器 在比较两个多位数的大小时 必须自高而低地逐位比较 而且高位相等时 才需比较低位 60 61 逻辑功能 62 逻辑功能 63 逻辑功能 64 4 3常用组合逻辑电路 4 3 5数值比较器比较器的级联 65 4 4组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的设计 就是根据给定的设计要求 以最简的逻辑电路实现其逻辑功能 这里所说的 最简 包含三层含义 电路所用的器件数目最少 器件的种类最少 器件之间的连线最少 设计方法有三种形式 采用小规模集成或门电路实现 采用中规模集成模块实现 采用可编程逻辑器件实
15、现 66 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计步骤逻辑抽象 建立真值表由真值表写出逻辑函数表达式对逻辑表达式进行化简和变换画出逻辑图 67 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 例 设计一个三变量多数表决电路 输出信号与三个输入信号中多数情况相一致 第一步 逻辑抽象 建立真值表 用A B C表示输入 Y表示表决输出 对于输入A B C 0表示反对 1表示同意对于输出Y 0表示表决不通过 1表示表决通过 68 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第二步 由真值表写出逻辑函数表达式 69 4 4组合逻辑电
16、路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第三步 化简与变换 用与非门实现 70 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第三步 化简与变换 用或非门实现 71 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第三步 化简与变换 用与或非门实现 72 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 例 设计由三个开关控制一个电灯的逻辑电路 要求改变任何一个开关的状态都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮 第一步 逻辑抽象 建立真值表 用A B C表示开关输入 Y表示电灯状态输出 对于输入A B C 0表示断开 1表示闭合对于输出Y 0表示灯灭 1表示灯亮 73 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第二步 由真值表写出逻辑函数表达式 74 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第二步 由真值表写出逻辑函数表达式 75 4 4组合逻辑电路设计 4 4 1采用SSI设计组合逻辑电路设计举例 第二步 由真值表写出逻辑函数表达式 76 4 4组合逻辑电
