脉冲教学ppt4

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1、 第四章 组合逻辑电路教学要求：1、熟练掌握基于门电路的组合逻辑电路的分析和设计方法，以及编码器、译码器、数据选择器、加法器、数码比较器等常用组合逻辑部件的功能、原理和主要用途。2、根据给定的门电路（SSI）组件或MSI组件，设计其它功能的组合逻辑电路。前 言 1、 组合逻辑网络的特点：组合逻辑网络的特点是，任何一个时刻的稳定输 出，只取决于该时刻的输入，而与网络以前时刻的输 入无关。 2、电路结构：由逻辑门电路组成。只有从 输入到输出通道，没有从输出到 输入通路。这种电路没有记忆功能。 3、输入与输出信号的函数关系：写成向量函数的形式：4、 组合逻辑网络的分析与设计：所谓分析是对给定的逻辑电

2、路，阐明其输入状态 与输出状态之间的关系。即看它所能完成的逻辑功能。所谓设计（又称为综合）是根据实际的命题即给 定的功能要求，做出相应的逻辑电路，也就是在给定 的逻辑功能块之间选取最佳的连线方案。在逻辑电路的分析与设计中，核心问题是经济合 理。要做到这一点，就有一个最佳方案的问题，当然 最佳的标准根据不同的要求，它不是唯一的。但是作 为逻辑设计的古典方法来说，它的最佳标准就是最经 济，即要求所用的集成块最少，集成块之间的连线也 最少。目前，随着大规模集成电路的出现，设计的出发点 不再是使集成块最省，而是力求使系统合理，所用的功 能块少。即使这样，古典的方法至今还是很有用的。5、正逻辑与负逻辑的

3、定义： 前面曾用真值表来描述逻辑运算。在真值表中用 “1”表示逻辑真，用“0”表示逻辑假，而没有指出 这个“1”和“0”对应的具体电位。 A、正逻辑：用逻辑门的高电平代表“1”，低电平代表“0”。 B、负逻辑：用逻辑门的高电平代表“0”，低电平代表“1”。采用正逻辑与负逻辑的真值表如下所示。比较两个真值表发现，正逻辑与门和负逻辑或门等 同；正逻辑或门和负逻辑与门等同。这一点在以后会经 常用。为了讨论方便，下面所讨论的逻辑电路均对正逻 辑而言。 组合逻辑电路的分析 所谓逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系，并指出电路的逻辑功能。 一、分析步骤： 1、由给定的逻辑电路，从输

4、入端开始，根据器件 的功能逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。 2、根据输出函数表达式列出真值表。 3、用文字概括出电路的逻辑功能。 二、分析举例：1、分析图示组合逻辑电路的逻辑功能： A、输出端的逻辑函数表达式：B、真值表：C、逻辑功能： 三变量少数服从 多数表决器。 A B CF0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 10 0 0 1 0 1 1 12、分析图示组合逻辑电路的逻辑功能：A、逻辑表达式：B、真值表： C、逻辑功能： 完成异或功能，半加功能， 或者说当两输入不同时， 输出为1。 3、分析图示电路，指出该电路的逻辑功能。A、写出函

5、数表达式：B、真值表：C、分析功能：电路称为一位全加器。2 组合逻辑电路的设计一、最佳设计的衡量工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量， 主要考虑的问题有以下几个方面： 1、所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器 件之间的连线最简单。这样的电路称“最小化”电路。 2、满足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延 迟。 3、功耗小，工作稳定可靠。 注： 最小化电路不一定是最佳化电路，必须从经济 指标、速度和功耗等多个指标综合考虑，才能 设计出最佳电路。组合逻辑电路可以采用小规模集成电路实现，也可 以采用中规模集成电路器件或存储器、可编程逻辑器件 来实现。下面先介绍采用传统设计的实例。

6、 二、以SSI为组件的组合逻辑电路的设计步骤：1、进行逻辑抽象，列出描述实际逻辑问题的真值表。（是基础，也是关键） 1）首先弄清：什么是输入变量，输出变量或逻辑函数； 2）弄清输入变量和输出变量或逻辑函数间的因果关系； 3）给输入、输出变量赋值，并根据给定的因果关系列出 真值表。 2、根据真值表写出表达式并化简，得到最简与或式。 3、将最简与或式变换成满足给定要求的形式（根据要求 选用的组件而定）。 4、画出逻辑电路。 5、工艺设计。三、设计举例： 1、下图所示是具有两个输入X、Y和三个输出Z1、Z2、 Z3的组合电路。写出当XY时Z1 1；X=Y时 Z2 1；当XY时，使输出为1。 A、分析

7、题意， 列真值表： B、写逻辑函数式：C、 画出逻辑电路：略5、设计一个将8421 BCD码转换为余3码的变换电路。 A、分析题意， 列真值表： 该电路输入为8421 BCD码，输出为余3码，因此它 是一个四输入、四输出的码制变换电路，框图、真值表 如图示： 其中：10101111为无关项。 K图化简：B、选择器件： 从门电路的数量、种类、速度等方面综合折衷考虑 。选择非门，与非门，异或门。 C、写出输出函数表达式： 先得出最简与或式，然后进行函数式变换。变换时 一方面应尽量利用公共项以减少门的数量，另一方 面减少门的级数，以减少传输延迟时间，因而得到 输出函数式为 ：D、画逻辑电路： 电路采

8、用了三种门电路，速度较快，逻辑图如图示 。6、用或非门设计一组合电路，其输入为8421BCD码，输 出L。当输入数能被4整除时，L1，其他情况均为0。 （0可以被任何数整除） A、分析题意，列真值表： 其中：10101111 为无关项。B、写逻辑函数式：C、最简设计D、画逻辑电路: ABC LD7、在只有原变量输入，没有反变量输入条件下，用与 非门实现函数。 A、生成项：公式 BC项为多余项，也称生成项。头部因子与尾部因子：乘积项中，原变量部分称头部 因子，反变量部分称尾部因子。有用的生成项：除尾部因子之外的其它变量因子（头部因子）相同的乘积项。 B、由函数F可知： 为有用的生成项。所以：C、

9、尾部因子变换，尽可能减少尾部因子的种类，即取 得最多的尾部公共项。 所用的公式是： 即因子插入法。依此，上式变为：D、两次取反，得与非与非表达式：E、画逻辑图，如图所示：3 常用MSI组合逻辑器件及应用一、编码器用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码 。在数字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进 制编码。 实现编码操作的电路就是编码器。按照被编 码信号的不同特点和要求，有二进制编码器、二十进 制编码器、优先编码器之分。 1、二进制编码器用n位二进制代码对N个（ N=2n ）一般信号进行编 码的电路，叫做二进制编码器。例如n=3，可以对8个一般信号进行编码。 编码器特点：任何时刻只允许

10、输入一个有效信号。其输 入是一组有约束(互相排斥)的变量， 否则输出会发生 混乱。A、三位二进制编码器框图： 输入：I0I7 8个高电平信号 输出：三位二进制代码F2、F1、F0 B、真值表：C、编码器的输出函数1）由真值表得出编码器输出函数为： 2）因为任何时刻，I0I7当中仅有一个取值为1，利用 这个约束条件将上式化简，得到： D、三位二进制编码器的框图：2、二十进制(BCD)编码器将十进制数（09）10个信号编成二进制代码的 电路叫做二十进制编码器。它的输入是代表09这10 个数符的状态信号，输出是相应的BCD码。其特点是任 何时刻只允许输入一个有效信号。A、 8421 BCD 码编码表

11、： B、编码器的各输出表达式：C、 8421BCD码编码器电路图：3、优先编码器优先编码器常用于优先中断系统和键盘编码。与普 通编码器不同，优先编码器允许多个输入信号同时有效 ，但它只按其中优先级别最高的有效输入信号编码，对 级别较低的输入信号不予理睬。 常用的MSI优先编码器有10线4线(如74LS147)、8线3线(如74LS148)。 A、74LS148二进制优先 编码器的逻辑符号： 1）输入端： 70为状态信号输入端，低电平有效。 7的优先级别最高，0的级别最低。 2）输出端： C、B、A 为代码(反码)输出端。 C为最高位， A 为最低位。 3）使能端： E1为使能(允许)输入端，低

12、电平有效。 当E1=0时，电路允许编码。 当E1=1时，电路禁止编码。此时输出C、B、A均为高电平。 4）E0为选通输出端 CS为扩展输出端 它们用于级联和扩展。B、74LS148的功能表：C、 用2片83优先编码器扩展为164优先编码器二、译码器 1、二进制译码器二进制译码器有n个输入端(即n位二进制码)，2n个 输出线。 常见的MSI译码器有24译码器、38译码器 和416译码器。变量译码器也称为最小项发生器。 A、 24译码器 1）逻辑电路及逻辑符号：（输出信号低电平有效）E为使能端：它可用来引入选通脉冲，以抑制冒险脉冲的发生。也可用来扩展输入变量数。 2）功能表：当 时：3）输出函数：

13、4）功能扩展：B、38译码器： 1)、译码器逻辑符号： 2)、功能表如表：3)、输出函数：E1=1，E2A+E2B=0处于译码状态，否则被禁止译码。 C、二进制译码器的应用： 1)、实现存储系统的地址译码。 2)、实现逻辑函数（最小项发生器）。3)、用作数据分配器或脉冲分配器。 D、举例： 试用38译码器实现函数：因为：当使能端有效时，每个输出 ， 所以：只要将输入变量加至译码器的地址输入端，并在 输出端辅以少量的门电路，便可实现。 逻辑电路：同理解F2。2、二十进制译码器二十进制译码器也称BCD译码器，它的功能是将 输入的一位BCD码(四位二进制)译成10个高、低电平输 出信号，因此也叫41

14、0译码器。 A、二十进制译码器74LS42的逻辑图和逻辑符号。 B、74LS42功能表：3、显示译码器A、显示译码器是用来驱动显示器件，显示数字或字 符的MSI部件。 显示译码器随显示器件的类型而异，与辉光数码管 相配的是BCD十进制译码器，而常用的发光二极管(LED) 数码管、液晶数码管、荧光数码管等是由7个或8个字段 构成字形的，因而与之相配的有BCD七段或BCD八段显示 译码器。 B、显示译码原理。 发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷 化镓等制成，有红、黄、绿等色。 LED数码管有共阳、共阴之分。共阴式LED数码管的 原理图如图所示。 使用时，公共阴极接地，7个阳极ag由

15、相应的BCD 七段译码器来驱动(控制)，如图所示。 1）、共阴式LED数码管的原理图：2）、BCD七段译码器来驱动电路图：C、BCD七段（共阴）译码器真值表：三、数据选择器数据选择器又称多路选择器(Multiplexer, 简称 MUX），其框图如图所示。它有n位地址输入、 2n位数 据输入、1位输出。每次在地址输入的控制下，从多路 输入数据中选择一路输出，其功能类似于一个单刀多掷 开关。常用的数据选择器有： 2选1、4选1、 8选1、16选1等。1、4选1数据选择器 A、逻辑图及符号： 其中D0D3是数据输入端，也称为数据通道；A1、A0 是地址输入端，或称选择输入端；Y是输出端；E是 使能端，低电平有效。B、功能表：C、4选1 MUX的逻辑表达式(E=0)： mi是地址变量A1、A0所对应的最小项，称地址最小项。2、 8选1数据选择器（MUX）A、逻辑符号： B、功能表： C、K图：D、输出表达式：3、数据选择器的应用： 数据选择器的应用很广，可作数据选择，以实现多 路信号分时传送；可实现组合逻辑函数；可在数据传输 时实现并串转换；可产生序列信号。A、用MUX实现函数F原理：1)、对于n个地址输入的MUX，表达式为：2)、任何一个具有n个输入