【5A文】数字电子技术之组合逻辑电路

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1、【5A文】数字电子技术之组合逻辑电路,2019/1/11,2,4.1.1 组合逻辑电路的分析方法,4.1.2 组合逻辑电路的设计方法,4.1 组合逻辑电路的分析和设计方法,2019/1/11,3,数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路: 任意时刻的输出仅仅取决于当时的输入信号，而与电路原来的状态无关。,本章内容提要 小规模集成电路(SSI)构成组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。 常用组合逻辑电路的基本工作原理及常用中规模集成（MSI）组合逻辑电路的逻辑功能、使用方法和应用举例。,4.1.1 组合逻辑电路的分析方法,2019/1/11,4,1. 分析的主要步骤如下： (1)

2、由逻辑图写表达式； (2)化简表达式； (3)列真值表； (4)描述逻辑功能。,4.1 门级组合逻辑电路的分析和设计方法,小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。,所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，求出电路的逻辑功能。,2. 举例说明组合逻辑电路的分析方法,2019/1/11,5,例4-1 试分析图3-1所示电路的逻辑功能。,解：第一步：由逻辑图可以写输出F的逻辑表达式为：,图3-1 例3-1逻辑电路图,2019/1/11,6,第二步：可变换为 F = AB+AC+BC 第三步：列出真值表如表4-1所示。,表4-1 例3-1真值表,第四步：确定电路的逻辑功能。 由真值表可

3、知，三个变量输入，只有两个及两个以上变量取值为1时，输出才为1。可见电路可实现多数表决逻辑功能。,2019/1/11,7,例4-2 分析图4-2（a）所示电路的逻辑功能。,图4-2 例4-2逻辑电路图,仿真,解：为了方便写表达式，在图中标注中间变量，比如F1、F2和F3。,2019/1/11,8,S,2019/1/11,9,表4-2 例4-2真值表,该电路实现两个一位二进制数相加的功能。S是它们的和，C是向高位的进位。由于这一加法器电路没有考虑低位的进位，所以称该电路为半加器。根据S和C的表达式，将原电路图改画成图3-2（b）所示的逻辑图。,图4-2（b）逻辑图,2019/1/11,10,4.

4、1.2 组合逻辑电路的设计方法,.组合逻辑电路的设计步骤： (1)分析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值； (2)列真值表； (3)写出逻辑表达式，并化简； (4)画逻辑电路图。,与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。,2019/1/11,11,2. 组合逻辑电路设计方法举例。,例4-3 一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。,解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；,

5、输入变量：烟感A 、温感B，紫外线光感C； 输出变量：报警控制信号Y。 逻辑赋值：用1表示肯定，用0表示否定。,表3-2 例3-3真值表,2019/1/11,12,(2)列真值表； 把逻辑关系转换成数字表示形式；,(3) 由真值表写逻辑表达式，并化简；,化简得最简式：,2019/1/11,13,图4-3 例4-3的逻辑电路图,(4) 画逻辑电路图： 用与非门实现，其逻辑图与例3-1相同。 如果作以下变换：,用一个与或非门加一个非门就可以实现， 其逻辑电路图如图4-3所示。,例 4-4 有三个班学生上自习，大教室能容纳两个班学生， 小教室能容纳一个班学生。设计两个教室是否开灯的逻辑 控制电路，要

6、求如下： (1) 一个班学生上自习， 开小教室的灯。 (2) 两个班上自习， 开大教室的灯。 (3) 三个班上自习， 两教室均开灯。 解 （） 确定输入、 输出变量的个数: 根据电路要求，设 输入变量、分别表示三个班学生是否上自习, 1表 示上自习, 表示不上自习； 输出变量、 分别表示大 教室、小教室的灯是否亮, 表示亮, 表示灭。,2019/1/11,14,表 4-4 例 4-3 的真值表,2019/1/11,15,（） 列真值表： 如表3-4所示。,() 画逻辑图: 逻辑电路图如图4.5(a)所示。若要求用T与非门，实现该设计电路的设计步骤如下： 首先, 将化简后的与或逻辑表达式转换为与

7、非形式； 然后再画出如图4.5(b)所示的逻辑图； 最后， 画出用与非门实现的组合逻辑电路。,2019/1/11,16,（） 化简: 利用卡诺图化简, 如图3.4所示可得:,2019/1/11,17,图 4-4 例 4-3 的卡诺图,2019/1/11,18,图 4-5 例 4-3 的逻辑图 (a) 直接实现； (b) 用与非门实现,2019/1/11,19,练习： 1、设计一个A、B、C三人表决电路。当表决某个提案时，多数人同意，提案通过。用与非门实现。,2019/1/11,20,作业题,P84 1、4.1 2、4.2 3、4.3 4、4.4,2019/1/11,21,4.2.1 编码器,4

8、.2 常用中规模集成组合逻辑器件及其应用,2019/1/11,22,人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题，设计了许多逻辑电路。然而，我们发现，其中有些逻辑电路经常、大量出现在各种数字系统当中。为了方便使用，各厂家已经把这些逻辑电路制造成中规模集成的组合逻辑电路产品。,比较常用的有编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等等。下面分别进行介绍。,4.2.1 编码器,2019/1/11,23,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。,2019/1/11,24,对M

9、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。,2019/1/11,25,4.2.1.1 普通编码器,定义：任何时刻只允许输入一个有效编码请求信号，否则输出将发生混乱。 举例：以一个三位二进制普通编码器为例，说明普通编码器的工作原理。,图4-4 普通编码器的方框图,输入：八个信号（对象） I0I7 （二值量）,八

10、个病房呼叫请求,输出：三位二进制代码 Y2Y1Y0 称八线三线编码器,对病房编码,2019/1/11,26,表4-5 编码器输入输出的对应关系,设输入信号为1表示对该输入进行编码。,任何时刻只允许输入一个编码请求,表达式、电路图？,其它输入取值组合不允许出现，为无关项。,2019/1/11,27,4.2.1.2 优先编码器,在优先编码器中，允许同时输入两个以上的有效编码请求信号。 当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。 优先级别的高低由设计者根据输入信号的轻重缓急情况而定。如根据病情而设定优先权。,2019/1/11,28,表4-6 74LS148电路的功能表,例：八线三

11、线优先编码器74LS148,2019/1/11,29,低电平有效,2019/1/11,30,2019/1/11,31,禁止状态,工作状态,2019/1/11,32,2019/1/11,33,图4-6 74LS148的逻辑符号,以上通过对74LS148编码器逻辑功能的分析，介绍了通过MSI器件逻辑功能表了解集成器件功能的方法。,要求初步具备查阅器件手册的能力。不要求背74LS148的功能表。,2019/1/11,34,图4-7 用74LS148接成的16线4线优先编码器,2019/1/11,35,4.2.2 译码器,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

12、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。,4.2.2.1 二进制译码器,2019/1/11,36,图4-7 三位二进制译码器的方框图,输入：二进制代码（N位）， 输出：2N个，每个输出仅包含一个最小项。,输入是三位二进制代码、有八种状态，八个输出端分别对应其中一种输入状态。因此，又把三位二进制译码器称为3线8线译码器。,2019/1/11,37,1. 74LS138的逻辑功能,内部电路图,负逻辑与非门,为便于理解功能而分析内部电路,2019/1/11,38,表4-6 74LS138的功能表,2019/1/11,39,图4-8 74LS138的逻辑符号,20

13、19/1/11,40,如74LS138的功能表所示，当S1接+5V，S2和S3接地时，得到对应个输入端的输出Y：,2019/1/11,41,Y0Y7,S3,2019/1/11,42,当译码器处于工作状态时，每输入一个二进制代码将使对应的一个输出端为低电平，而其它输出端均为高电平。也可以说对应的输出端被“译中”。 74LS138输出端被“译中”时为低电平，所以其逻辑符号中每个输出端 上方均有“”符号。,2019/1/11,43,2. 应用举例 (1)功能扩展(利用使能端实现),图3-9 用两片74LS138译码器构成4线16线译码器,A3 =0时，片工作，片禁止,A3 =1时，片禁止，片工作,2

14、019/1/11,44,(2) 实现组合逻辑函数F（A，B，C）,2019/1/11,45,例4-4 试用74LS138译码器实现逻辑函数：,解：因为,则,2019/1/11,46,图4-10 例4-4电路图,4.2.2.2 二-十进制译码器,2019/1/11,47,二十进制译码器的逻辑功能是将输入的BCD码译成十个输出信号。,图4-11 二十进制译码器74LS42的逻辑符号,2019/1/11,48,表4-7 二-十进制译码器74LS42的功能表,2019/1/11,49,设计举例： 1、用译码器设计组合逻辑电路 例：试用3线-8线译码器74LS138和适当的门电路构成一个1位二进制全加器

15、。 解:已知全加器真值表,2019/1/11,50,Sn=(1,2,4,7) Cn=(3,5,6,7) 用2个与非门和一个4选1实现两输出电路设计。,4.2.2.3 显示译码器,2019/1/11,51,在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果，另一方面用于监视数字系统的工作情况。 数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由显示译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图4-12所示。,2019/1/11,52,图4-12 数字显示电路的组成方框图,1. 数字显示器件 数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件，常见的有辉光

16、数码管、荧光数码管、液晶显示器、发光二极管数码管、场致发光数字板、等离子体显示板等等。本书主要讨论发光二极管数码管。,2019/1/11,53,（1）发光二极管（LED）及其驱动方式,LED具有许多优点，它不仅有工作电压低(1.53V)、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应速度快(100ns)、亮度比较高。 一般LED的工作电流选在510mA，但不允许超过最大值（通常为50mA）。 LED可以直接由门电路驱动。,2019/1/11,54,图（a）是输出为低电平时，LED发光，称为低电平驱动； 图（b）是输出为高电平时，LED发光，称为高电平驱动； 采用高电平驱动方式的TTL门最好选用OC门。,图4-13 门电路驱动LED (a) 低电平驱动 (b) 高电平驱动,R为限流电阻,2019/1/11,55,图4-14 七段显示LED数码管 (a) 外形图 (b) 共阴型 (c) 共阳型,(2) LED数码管 LED数码管