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1、第四章 组合逻辑电路,第一节 组合逻辑电路的分析和设计方法,组合逻辑电路的分析方法,组合逻辑电路的设计方法,数字系统中的逻辑电路分为两种：组合逻辑电路和时序逻辑电路。本章讨论组合逻辑电路。 如果一个逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出值仅仅取决于该时刻各输入值的组合，而与过去的输入值无关，则称该电路为组合逻辑电路。组合逻辑电路可用示框图进行描述。,从电路结构来看，组合电路具有两个特点： (1)电路由逻辑门电路组成，不包含任何记忆元件，没有记忆能力。 (2)输入信号是单向传输的，输出仅由当前输入决定，与电路过去输入状态无关；电路中不存在任何反馈回路。,根据给定的组合逻辑电路，写出逻辑表达式，或写出其
2、真值表,从而了解其电路的逻辑功能，确定输出与输入的关系，并在必要时运用逻辑函数化简的方法对逻辑电路设计是否合理进行评定。 分析的目的在于检验所设计的逻辑电路是否能实现预定的逻辑功能。,4.1.1 组合逻辑电路的分析,组合逻辑电路的分析过程,例 ：组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。,解：（1）由逻辑图逐级写出表达式（借助中间变量P）。,AP,BP,CP,（2）化简与变换：,（3）由表达式列出真值表。,（4）分析逻辑功能 ： 当A、B、C三个变量不一致时，输出为“1”，所以这个电路称为“不一致电路”。,组合逻辑电路的设计方法： 根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路。设
3、计步骤如下： 1.进行逻辑抽象，将一个实际的逻辑问题抽象为一个逻辑函数。首先分析所给实际逻辑问题的因果关系，将引起事件所产生的结果作为输出函数，再分别以二值逻辑0和1给以逻辑赋值，做出真值表。 2.根据真值表可写出输出逻辑函数的“与或”表达式。 3.将输出逻辑函数表达式进行化简或变换。 4.根据化简或变换后的输出逻辑函数表达式，画出其逻辑图。,采用小规模集成器件的组合逻辑电路设计,用与非门设计逻辑电路,根据功能要求,填卡诺图化简逻辑函数,列真值表,写最简与或式,用多种基本门设计逻辑电路,变为与非与非式,例 ：射击游戏每人打三枪，一枪打鸟，一枪打鸡，一枪打兔子。规则：打中两枪得奖（其中有一枪必须
4、是鸟）。,解 (1)：设置自变量 A打中鸟、B打中鸡、C打中兔子。,0,0,0,0,0,1,1,1,得最简与或表达式：,（4）画出逻辑图,（5）如果要求用与非门实现该逻辑电路，就应将表达式转换成与非与非表达式：,（3）用卡诺图化简。,逻辑函数形式的变换,“与或” “与非与非”表达式 对Y两次求反 利用摩根定理将函数进行变换。,例：用与非门实现,“与或” “与或非”表达式 对Y 一次求反,例：用与或非门实现,“与或” “或非或非”表达式 对Y两次求对偶 对Y的“或与”表达式两次求反 。,例：用或非门实现,生活中常用十进制数及文字、符号等表示事物。,数字电路只能以二进制信号工作。,用二进制代码表示
5、文字、符号或者数码等特定对象的过程，称为编码。实现编码的逻辑电路，称为编码器。,4.2.1 编码器,对M个信号编码时，应如何确定位数N？ N位二进制代码可以表示多少个信号？例：对101键盘编码时，采用几位二进制代码？,编码原则：N位二进制代码可以表示2N个信号，则对M个信号编码时，应由2N M来确定位数N。例：对101键盘编码时，采用了7位二进制代码ASC码。27128101。目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两种。,一、普通编码器,特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。,利用无关项化简，得：,用门电路实现逻辑电路：,二、优先编码器,特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优
6、先权最高的一个进行编码。例：8线-3线优先编码器 （设I7优先权最高I0优先权最低）,真值表,输入：逻辑0(低电平）有效,输出：逻辑0(低电平）有效,工作状态,禁止状态,输出全为高电平,允许编码，但无有效编码请求,正在优先编码,输出是反码,低电平有效,优先权最高,级联使用:用两片74HC148构成16线4线优先编码器。,译码： 编码的逆过程，将编码时赋予代码的特定含义“翻译”出来。译码器： 实现译码功能的电路。,常用的译码器有二进制译码器、二-十进制 译码器和显示译码器等。,4.2.2 译码器,位二进制译码器（线线译码器）,3位二进制译码器的框图,译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高
7、、低电平信号。,采用二极管与门阵列构成的位二进制译码器,用二极管与门阵列构成的译码器比较简单，但是其电路的输入电阻较低而输出电阻较高，且输出的高、低电平信号发生偏移。通常只在一些大规模集成电路内部采用这种结构，而在一些中规模集成电路译码器中多采用三极管集成门电路结构。,用与非门组成的线线译码器74LS138,74LS138的功能表,高电平有效,输入控制端,低电平有效,译中为0,禁止译码,译码 工作,逻辑符号（输出0有效）：,当控制端S1S2S3=100 时，译码器处工作状态，,它能将三位二进制数的每个代码分别译成低电平。,74LS138,Y,7,Y,6,Y,5,Y,4,Y,3,Y,2,Y,1,
8、Y,0,S,2,S,3,S,1,A2,A1,A0,当译码器禁止工作时，所有输出端都输出无效电平（高电平）。,三、译码器的应用,1译码器的扩展 用两片74138扩展为4线16线译码器,1,D0,D2,D1,D3,1 0 0 1,高位片工作,0,2实现组合逻辑电路,例: 试用译码器和门电路实现逻辑函数：,解：将逻辑函数转换成最小项表达式: 再转换成与非与非形式。,= m3+m5+m6+m7,用一片74138加一个与非门就可实现该逻辑函数。,数字显示译码器,数字显示器分类：按显示方式分: 有字型重叠式、点阵式、分段式等。按发光物质分: 有发光二极管(LED)式、荧光式、液晶显示等。,1七段式LED显
9、示器,LED显示器有两种结构：,2七段显示译码器74487448是一种与共阴极数字显示器配合使用的集成译码器。,试灯输入端,灭零输入端,灭灯输入端,灭零输出端,一、 数据选择器的基本概念及工作原理数据选择器: n位地址码An-1A0决定m个数据输入端中哪一个输入数据传送到唯一的输出端Y上 。满足m =2n,4.2.3 数据选择器,00,01,10,11,双四选一数据选择器,1,0,0,地址输入端,控制输入端,数 据 输 入 端,输出端,TG,1,TG,3,TG,2,TG,4,TG,6,TG,5,1,1,1,1,&,1,1,Y,TG,1,TG,3,TG,2,TG,4,TG,6,TG,5,D,0,D,0,1,1,1,D,1,D,1,1,D,2,D,2,1,D,3,D,3,1,1,1,1,1,&,A,0,A,0,1,1,A,1,A,1,Y,Y,1,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,TG,1,TG,3,TG,2,TG,4,TG,6,TG,5,1,1,1,1,&,1,1,Y,TG,1,TG,3,TG,2,TG,4,TG,6,TG,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,&,A,0,A,0,1,1,A,1,A,1,Y,Y,1,1,1,1,D0,D2,D3,D1,D1,
