第三章组合逻辑电路_数字电路技术基础()

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1、数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础电子课件郑州大学电子信息工程学院 *数字电子技术基础数字电子技术基础第三章 组合逻辑电路数字电子技术基础数字电子技术基础 3.1概述一、组合逻辑电路的特点 从功能上 从电路结构上任意时刻任意时刻的输出仅的输出仅 取决于该时刻的输入取决于该时刻的输入 信号组合信号组合不含记忆（存储）不含记忆（存储） 元件元件数字电子技术基础数字电子技术基础二、逻辑功能的描述输出与输入之间可以用如下逻辑函数来描述： 或者写成向量函数的形式：数字电子技术基础数字电子技术基础3.2.1 组合电路的分析组合逻辑电路的分析步骤如下： 1. 分别用符号标记各级门的输出端 2.

2、 从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到整 个电路的输出与输入关系的逻辑函数式。 用卡诺图或公式化简法将逻辑函数化成最简形式。 4. 为使电路功能更加直观，列出逻辑函数真值表，分析电 路逻辑功能。3.2. 组合逻辑电路的分析方法和设计方法数字电子技术基础数字电子技术基础【例3.2.1】试分析图3.2.1电路的逻辑功能。数字电子技术基础数字电子技术基础解：根据逻辑图可写出与之间的逻辑函数式当M=0时当M=1时数字电子技术基础数字电子技术基础 列出两种情况下的真值表如表3.2.1。数字电子技术基础数字电子技术基础由真值表可知，M=1时完成8421-BCD码转换为格雷码； M=0时完成格雷码

3、转换为8421-BCD码。 3.2.2 组合电路的设计组合逻辑电路设计的一般步骤如下： 1根据设计题目要求，进行逻辑抽象，确定输入变量和输出 变量及数目，明确输出变量和输入变量之间的逻辑关系。 2将输出变量和输入变量之间的逻辑关系（或因果关系）列 成真值表。 3根据真值表写出逻辑函数，并用公式法和卡诺图方法将逻 辑函数化简成最简表达式。数字电子技术基础数字电子技术基础4. 选用小规模集成逻辑门电路或中规模的常用集成组合逻 辑电路或可编程逻辑器件构成相应的逻辑函数。具体如何选 择，应根据电路的具体要求和器件的资源情况来决定。 5 根据选择的器件，将逻辑函数转换成适当的形式 在使用小规模集成门电路

4、进行设计时，为获得最简单的设 计结果，应把逻辑函数转换成最简形式，即器件数目和种类 最少。因此通常把逻辑函数转换为与非-与非式或者与或非式 ，这样可以用与非门或者与或非门来实现。 在使用中规模组合逻辑电路设计电路时，需要将逻辑函数 化成常用组合逻辑电路的逻辑函数式形式，具体做法将在下 一节介绍。 如果使用存储器或可编程逻辑器件来实现，具体做法将在 第七章介绍。 6根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路的逻辑图 。 数字电子技术基础数字电子技术基础【例3.2.2】试设计一个供三人使用的表决逻辑电路。 即三个人中，有两个或三个人表示同意，则表决通过 ，否则为不通过。 解：1. 首先进行逻辑抽象

5、用A、B、C表示每个人的 表决结果，用Y表示三人的表决 结果。因此，A、B、C为输入逻 辑变量，Y为输出逻辑变量。用 “1”表示表决人同意或表决通过 ，“0”表示表决人不同意或表决 不通过。根据题意列出表3.2.2所示 的逻辑真值表。数字电子技术基础数字电子技术基础2根据真值表，画出三变量逻辑函数卡诺图，如图3.2.2所 示，化简后得到Y的逻辑函数表达式。（3.2.1）3选定器件类型为小规模集成门电路。数字电子技术基础数字电子技术基础4根据式（3.2.1）画出逻辑电路图，得到图3.2.3电路。这里用到与门和或门。若用其他类型门电路来组成这个逻辑电 路，应将最简与-或式化成相应的形式。例如，要求

6、用与非门实现这个逻辑电路时，应当将逻辑 函数化成与非-与非表达式。（3.2.2）根据式（3.2.2）可以全部用与非门实现的逻辑电路图， 如图3.2.4所示。数字电子技术基础数字电子技术基础如果用与或非门实现这个逻辑电路，必须把式（3.2.2） 化成最简的与-或-非表达式。在第一章我们讲过，可以圈卡 诺中的0，然后求反而得到。圈0卡诺图如图3.2.5所示，得到 式（3.2.3）的与-或-非式为（3.2.3）按照式（3.2.3）画出用与-或-非门组成的逻辑电路如图 3.2.6所示。数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 编码器和译码器3.3.1 编码器 编码：广义上讲，将具有特定意义的信息（如 文

7、字、符号或数字），赋予相应的二进制代码的过 程 普通编码器 （二进制编码器、二-十进制编码器） 优先编码器数字电子技术基础数字电子技术基础 一、二进制编码器 特点：任何时刻 只允许输入一个编 码信号。 例：三位二进制 编码器输 入输 出 I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y010000000000 01000000001 00100000010 00010000011 00001000100 00000100101 00000010110 00000001111数字电子技术基础数字电子技术基础根据真值表和、互相排斥的约束条件，只要将使输出值为 1的输入变量直接相加，即可得到输出的最简与-

8、或表达式。 与非-与非式： 数字电子技术基础数字电子技术基础二、二进制优先编码器 特点：几个输入端同时加输入信号时，编码器能够按照一 定的优先次序，对优先级最高的输入信号进行编码，而不理 睬级别低的信号 例：8线-3线优先编码（74LS148） （设I7优先权最高I0 优先权最低）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础 由逻辑电路图可得到输出表达式为 数字电子技术基础数字电子技术基础状态 11不工作 01工作， 但无输 入 10工作， 且有输 入 00不可能 出现附加输出信号的状态及含意义数字电子技术基础数字电子技术基础一片8线-3线优先编码器74LS148只具有八级

9、优 先编码功能，利用选通输入端、选通输出端和优先 扩展输出端，可以实现多级优先编码。下面结合一个例子说明和信号实现电路扩展的 方法。数字电子技术基础数字电子技术基础控制端扩展功能举例： 例：用两片8-3线优先编码器16-4优先编码器其中，16个输入端为 ，4个输出端，其中 优先权最高， 优先权最低。数字电子技术基础数字电子技术基础状态 11不工作 01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现数字电子技术基础数字电子技术基础 第一片为高优先权 只有(1)无编码输入时，(2)才允许工作 第(1)片 时表示对 的编码 低三位输出应是两片的输出的“或”数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术

10、基础数字电子技术基础三、BCD码优先编码器 将 编成10个BCD码，即0110 1110 的优先权最高， 最低 输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码下图是BCD码优先编码器（74LS147）逻辑电路图、 逻辑符号及外引线排列图。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础由逻辑电路图可得到输出表达式为数字电子技术基础数字电子技术基础其真值表如表3.3.3所示。从表中可以看出，编码器的输 出是以BCD码的反码形式给出。 数字电子技术基础数字电子技术基础3.3.2 译码器 译码：编码的逆过程（把表示特定意义的信息代码翻译 出来的过程） 。 译码器的分类：一、二进制译码器，

11、也称最小项译码器，有3线-8线、4 线-16线译码器等；二、码制转换译码器，有8421-BCD码转换十进制译码器、余3码转换十进制译码器等；三、显示译码器，用来驱动各类显示器，如发光二极管、液晶数码管等。 数字电子技术基础数字电子技术基础 一、二进制译码器 例：3线8线译码器 表3.3.4 3线-8线译码器真值表输 入输 出 A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000000000001 00100000010 01000000100 01100001000 10000010000 10100100000 11001000000 11110000000数字电子技术基础数字电子技术基础真值表

12、 逻辑表达式：由表达式可以看出，对应每个输入状态，仅有一个输出 为0，其余为1。例如时，仅，即是输入二进制码101的译码 输出，所以这种译码器也称为最小项译码器。数字电子技术基础数字电子技术基础集成译码器实例：74LS138 图3.3.7（a）低电平 输出附加 控制端数字电子技术基础数字电子技术基础上图是用与非门实现的3线-8线译码器74LS138。输入为 三位二进制数 、 、 ，输出有八个信号 ，分 别对应输入的八种组合。 另外，74LS138有三个附加控制端 、 和 ，只有当 、 时，译码器处于工作状态；否则，译 码器不实现译码，也就是说不管输入为任何值，八个输出信 号均为1，如表3.3.

13、5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片起来以扩展译码器的功能。 图3.3.7（b）、（c）分别为74LS138的逻辑符号和外引线排列图。数字电子技术基础数字电子技术基础 74LS138的真值表：表3.3.5输输 入输输 出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111数字电子技术基础数字电子技术基础图3.3.7 3线-8线译码器74LS13

14、8 数字电子技术基础数字电子技术基础 二、二十进制译码器 将输入BCD码的10个代码翻译成十进制代码09的逻辑电路 。 例：74LS42真值表 逻辑表达式数字电子技术基础数字电子技术基础对于输入8421-BCD码，十个输出端对应十进制 数09，输出低电平有效。对应BCD码以外的伪 码（即10101111共六个代码）作为输入时，译 码器拒绝翻译，输出均无低电平，所以这个电路 具有拒绝伪码的功能 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础三、显示译码器在数字系统中，经常需要将数字、文字和符号的二进 制编码翻译成人们习惯形式直观地显示出来，供人们读取 或监视系统的工作情况。能够把二进制代码翻译并显示出 来的电路叫做显示译码器，它包括译码驱动电路和数码显 示器两部分。 1数码显示器 2BCD七段显示译码器数字电子技术基础数字电子技术基础1数码显示器 显示器分类及特点常用的数码显示器有两种，一种是发光二极管（LED）显示器， 其特点是清晰悦目、工作电压低（1.53V）、体积小、寿命长、可靠性 高等优点，而且响应时间短（1100ns）、颜色丰富（有红、绿、黄等颜色）、亮度高。它的缺点是工作电流比较大，每段的工作电流在 10mA左右。另一种常用的液晶（LCD）显示器，其特点是驱动电压低（在1V以 小可以工作）、工作电流非常小、功