组合逻辑电路ppt培训课件

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1、4 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的分析,4.2 组合逻辑电路的设计,4.3 组合逻辑电路中的竞争和冒险,4.4 常用组合逻辑集成电路,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。 4.掌握可编程逻辑器件的表示方法，会用PLD实现组合逻辑电路。,组合逻辑电路的一般框图,Li = f (A1, A2 , , An ) (i=1, 2, , m),工作特征: 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

2、与电路原来的状态无关。,序 关于组合逻辑电路,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,二. 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。,一. 组合逻辑电路分析,三、组合逻辑电路的分析举例,例1 分析如图所示逻辑电路的功能。,1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式,2. 列写真值表。,3. 确定逻辑功能：,解：,输入变量的取值中有奇数 个1时，L为1，否则L为0, 电路

3、具有为奇校验功能。,如要实现偶校验，电路应做何改变？,例2 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。,解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简和变换。,X = A,2、列写真值表,X = A,真值表,这个电路逻辑功能是对输入的二进制码求反码。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码与原码相同；负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。,3、确定电路逻辑功能,真值表,1、逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义；,2、根据逻辑描述列出真值表；,3、由真值表写出逻辑表达式;,5、 画出逻辑图。,4、根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式,二、

4、组合逻辑电路的设计步骤,一、组合逻辑电路的设计：根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑 功能的最简单逻辑电路。,4.2 组合逻辑电路的设计,例1 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。,解：1、 逻辑抽象。,输入信号: I0、I1、I2分别为特快、直快和慢车的进站请求信号

5、 且有进站请求时为1，没有请求时为0。,输出信号: L0、L1、L2分别为3个指示灯的状态， 且灯亮为1，灯灭为0。,根据题意列出真值表,(2) 写出各输出逻辑表达式。,L0 = I0,真值表,2、 根据真值表写出各输出逻辑表达式。,L0 = I0,3、 根据要求将上式变换为与非形式,4、 根据输出逻辑表达式画出逻辑图。,例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。,解：(1) 明确逻辑功能，列出真值表。,设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码，,当输入格雷码按照从0到15递增排序时， 可列出逻辑电路真值表,输出变量B3、B2、B1和B0为自

6、然二进制码。,逻辑电路真值表,(2) 画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。,(3) 根据逻辑表达式，画出逻辑图,4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险,4.3.1 产生的竞争冒险的原因,4.3.2 消去竞争冒险的方法,4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险,不考虑门的延时时间,考虑门的延时时间,当A=0 B=1,4.3.1 产生的竞争冒险的原因,竞争:当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，而变化的时间有差异的现象。,冒险:两个输入端的信号取值的变化方向是相反时，如门电路输出端的逻辑表达式简化成两个互补信号相乘或者相加，由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象。,4.3.2 消去竞争冒险的方法,1.

7、 发现并消除互补变量,B = C = 0时,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,当A=B=1时,3. 输出端并联电容器,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，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。,420pF,4.4 若干典型的组合逻辑集成电路,4.4.1 编码器,4.4.2 译码器/数据分配器,4.4.3 数据选择器,4.4.4 数值比较器,4.4.5 算术运算电路,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

8、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。,4.4.1 编码器,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：,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。,二进

9、制编码器的结构框图,普通二进制编码器,2、编码器的工作原理,（1） 4线2线普通二进制编码器 (设计),编码器的输入为高电平有效。,该电路是否可以再简化？,当所有的输入都为1时， Y1Y0 = ？,Y1Y0 = 00,无法输出有效编码。,结论：普通编码器不能同时输入两个已上的有效编码信号,I2 = I3 = 1 , I1= I0= 0时， Y1Y0 = ？,Y1Y0 = 00,（2） 键盘输入8421BCD码编码器（分析）,代码输出,使能标志,编码输入,该编码器为输入低电平有效,键盘输入8421BCD码编码器功能表,（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

10、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。,优先编码器线(42 线优先编码器)（设计）,（1）列出功能表,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,输入为编码信号I3 I0 输出为Y1 Y0,优先编码器CD4532的逻辑符号、引脚图,3、集成电路编码器,CD4532电路图,优先编码器CD4532功能表,为什么要设计GS、EO输出信号？,用二片CD4532构成16线-4线优先编码器,其逻辑图如下图所示，试分析其工作原理。,。,0,0

11、,0 0 0 0 0,无编码输出,0,。,1,1,0,哪块芯片的优先级高？,1,。,1,译码器的分类：,译码：译码是编码的逆过程，它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的信号.(即电路的某种状态),1、译码器的概念与分类,译码器：具有译码功能的逻辑电路称为译码器。,唯一地址译码器,代码变换器,将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号。,将一种代码转换成另一种代码。,二进制译码器 二十进制译码器 显示译码器,常见的唯一地址译码器：,4.4.2 译码器/数据分配器,（1）二进制译码器原理框图,n 个输入端,使能输入端,2n个输出端,设输入端的个数为n，输出端的个数为M 则有 M=2n,2、译码器的工

12、作原理,（2） 2线 - 4线译码器的逻辑电路(分析）,(a) 74HC139集成译码器,（1）集成二进制译码器,3、集成电路译码器,逻辑符号说明,（b） 74HC138(74LS138)集成译码器,引脚图,逻辑图,74HC138集成译码器,逻辑图,74HC138集成译码器功能表,已知下图所示电路的输入信号的波形试画出译码器输出的波形。,（2）译码器的应用,译码器的扩展,用74X139和74X138构成5线-32线译码器,基于这一点用该器件能够方便地实现三变量逻辑函数。,用译码器实现逻辑函数,. . .,当E3 =1 ，E2 = E1 = 0时,用一片74HC138实现函数,首先将函数式变换为

13、最小项之和的形式,在译码器的输出端加一个与非门，即可实现给定的组合 逻辑函数.,数据分配器：相当于多输出的单刀多掷开关，是一种能将从数据分时送到多个不同的通道上去的逻辑电路。,数据分配器示意图,用74HC138组成数据分配器,用译码器实现数据分配器,0 1 0,C B A,74HC138译码器作为数据分配器时的功能表,（2）集成二十进制译码器 7442,功能：将8421BCD码译成为10个状态输出。,功能表,对于BCD代码以外的伪码（10101111这6个代码）Y0 Y9 均为高电平。,集成二十进制译码器7442,（3）显示译码器,七段显示译码器,（1）最常用的显示器有：半导体发光二极管和液晶

14、显示器。,常用的集成七段显示译码器,-CMOS七段显示译码器74HC4511,CMOS七段显示译码器74HC4511功能表,CMOS七段显示译码器74HC4511功能表(续),例 由74HC4511构成24小时及分钟的译码电路如图所示， 试分析小时高位是否具有零熄灭功能。,4.3.3 数据选择器,1、数据选择器的定义与功能,数据选择的功能：在通道选择信号的作用下，将多个通道的数据分时传送到公共的数据通道上去的。,数据选择器：能实现数据选择功能的逻辑电路。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，又称“多路开关” 。,2、4选1数据选择器,2 位地址码输入端,使能信号输入端，低电平有效,1路数据输出

15、端,（1）逻辑电路,数 据 输 入 端,（2）工作原理及逻辑功能,74LS151功能框图,3、集成电路数据选择器,8选1数据选择器74HC151,2个互补输出端,8 路数据输入端,1个使能输入端,3 个地址输入端,74LS151的逻辑图,74LS151的功能表,数据选择器组成逻辑函数产生器,控制Di ，就可得到不同的逻辑函数。,4、数据选择器74LS151的应用,比较Y与L，当 D3=D5=D6=D7= 1 D0=D1=D2=D4=0时，,Y=L,例1 试用8选1数据选择器74LS151产生逻辑函数,解:,利用8选1数据选择器组成函数产生器的一般步骤,a、将函数变换成最小项表达式,b、将使器件处于使能状态,c、地址信号S2、 S1 、 S0 作为函数的输入变量,d、处理数据输入D0D7信号电平。逻辑表达式中有mi ,则相应Di =1，其他的数据输入端均为0。,用两片74151组成二位八选一的数据选择器, 数据选择器的扩展 位的扩展,字的扩展,将两片74LS151连接成一个16选1的数据选择器，, 实现并行数据到串行数据的转换,1、1位数值比较器(设计),数值比较器：对两个1位数字进行比较（A、B），以判断其大小的逻辑电路。,输入：两个一位二进制数 A、B。,