《数电幻灯片第3章(组合逻辑电路)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电幻灯片第3章(组合逻辑电路)（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 组合逻辑电路,数字电子技术基础 Fundamentals of Digital Electronic Technology,2,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,3.3 若干常用的组合逻辑电路,3.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象,3.1 概述,3,本章内容提要 1.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。 2.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,逻辑电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,现时的输出仅取决于现时的输入,除与现时输入有关外还与电路原来的状态有关,3.1 概 述,数字电路分类：
2、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。,5,一.组合逻辑电路的特点 电路任一时刻的输出状态只决定于该时刻各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。 组合电路就是由门电路组合而成，电路中没有记忆单元，没有反馈通路。,每一个输出变量是全部或部分输入变量的函数： L1=f1（A1、A2、Ai） L2=f2（A1、A2、Ai） Lj=fj（A1、A2、Ai）,二、逻辑功能的描述,6,3.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法,分析过程一般包含4个步骤：,3.2.1 组合逻辑电路的分析方法,所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路
3、图，求出电路的逻辑功能。,(1)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。,7,例3.3.1：组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。,解：（1）由逻辑图逐级写出逻辑表达式。为了写表达式方便，借助中间变量P。,8,（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， 电路输出为“1”，所以这个电路 称为“不一致电路”。,9,3.2.2 组合逻辑电路的设计方法,设计逻辑电路标准-“最简逻辑电路”：器件数量最少、器件种类最少，器件之间的连线最少。,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
4、现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。,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。,10,例1：设计一个三人表决电路，结果按“少数服从多数”的原则决定。 解：（1）列真值表：,（3）化简。,（2）由真值表写出逻辑表达式：,11,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：（德摩根定理）,画出逻辑图如图所示。,得最简与或表达式：,（4）画出逻辑图。,12,例2: 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
5、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；,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。,13,(2)列真值表； 把逻辑关系转换成数字表示形式；,真值表,(3) 由真值表写逻辑表达式，并化简；,化简得最简式：,14,(4) 画逻辑电路图：,用一个与或非门加一个非门就可以实现， 其逻辑电路图如下图所示。,如果作以下变换：,用与非门实现.,15,解：（1）列真值表（简化真值表，三输入应有八种情况，输入变量不独立，是有约束项的逻辑问题）。,例3：设计一个电话机
6、信号控制电路。电路有I0（火警）、I1（盗警）和I2（日常业务）三种输入信号，通过排队电路分别从L0、L1、L2输出，在同一时间只能有一个信号通过。如果同时有两个以上信号出现时，应首先接通火警信号（优先级最高），其次为盗警信号，最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信号控制电路。要求用集成门电路7400（每片含4个2输入端与非门）实现。,16,（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式：,（3）根据要求，将上式转换为与非表达式：,（4）画出逻辑图。,17,3.3 若干常用的组合逻辑电路,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
7、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。,18,生活中常用十进制数及文字、符号等表示事物。,二进制代码,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。,编码器,译码器,一般而言，N个不同的信号，至少需要n位二进制数编码。 N和n之间满足关系: 2nN,19,一、普通二进制编码器,3位二进制编码器有8个输入端，3个输出端，所以常称为8线3线编码器，其功能真值表见下表：（输入为高电平有效，只允许一个信息入，即每次只一个
8、I为1，对输入有约束）,输 入,输 出,0,Y,2,1,Y,Y,1 0 0 0 0 0 0 0,0 1 0 0 0 0 0 0,0 0 1 0 0 0 0 0,0 0 0 1 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0 0 0,0 0 0 0 0 1 0 0,0 0 0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 0 0 0 1,1,I,2,I,5,4,6,I,I,0,3,I,7,I,I,I,0 0 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,1 0 0,1 0 1,1 1 0,1 1 1,编码器真值表,20,由真值表写出各输出的逻辑表达式为（利用了约束项化简）： Y2=I4+I5+I6+I7 Y1=I2+I
9、3+I6+I7 Y0=I1+I3+I5+I7,用或门实现逻辑电路,21,用与非门和非门实现逻辑电路：,22,例*：设计一个键控8421BCD码编码器。,23,（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式为（下式为利用约束项化简后的结果）：,解：（1）列出真值表：（开关按下表示该条线为0电位，对该条编号的开关编码，只允许一个开关按下，有约束条件）,重新整理得：,（3）由表达式画 出逻辑图：,A,B,C,D,(4)增加控制使能标志GS ：,a.当按下S0S9 任意一个键时， 或非门有1出0， 与非门有0出1， GS=1，表示有信 号输入； b.当S0S9均没按 下时，GS=0，表 示没有信号输入。,26,
10、优先编码器允许同时输入两个以上编码信号,并按优先级输出。,集成优先编码器举例 1).74LS148（8线-3线优先编码器),二、优先编码器,在上述二进制编码器中，如果多个输入端同时为1，其输出是混乱 的。因此，在数字系统中常要求当编码器同时有多个输入为有效 时，输出不但有意义，且应按事先编排好的优先顺序输出，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。,27,输入信号以I7的优 先权最高，I0的优 先权为最低。,74LS148的功能表,按真值表写出逻辑 表达式，利用约束项化 简，并用圈0的办法.,28,29,把I1I9的十个状态分别编成十个BCD码。其中I9的优先权最高，I1
11、的优先权最低。,2)、 74LS147(二十进制编码器),74LS147的功能表,30,二十进制优先编码器74LS147的逻辑图,31,用两片74LS148接成16线4线优先编码器. 将 A0A15 16个低电平输入信号编为00001111 16个4位二进制代码。其中A15的优先权最高，A0的优先权最低。,三编码器的扩展应用,32,3.3.2 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。,一译码器的基本概念及工作原理,33,二、二进制译码器 位二进制译码器（线线译码器）,译
12、码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。,34,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。,35,用与非门组成的线线译码器74LS138,36,3线8线译码器74LS138的功能表,37,三、二十进制译码器74LS42：将输入BCD码的十个代码译成十个高、低电平输出信号。,38,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1
13、,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,伪,码,序号,二十进制译码器74LS42的真值表,39,试用两片3线8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将输入的4位二进制代码D3D2D1D0译成16个独立的低电平信号Z0Z15。,译码器的扩展,40,四、用译码器产生多输出函数,例：试利用3线8线译码器产生一组多输出逻辑函数,41,解：当S=1时，3线8线译码器各输出端的函数式为：,将Z1Z4化为最小项之和的形式：,42,经转换得：,即,43,五、数字显
14、示译码器,常用的数字显示器有多种类型: 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，有半导体显示器(又称发光二极管(LED)显示器)、荧光显示器、液晶显示器、气体放电管显示器等。 1七段数字显示器原理,44,按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两种。,2七段显示译码器7448 七段显示译码器7448是一种 与共阴极数字显示器配合 使用的集成译码器。,共阴极,共阳极,45,46,（1）正常译码显示。LT=1，BI/RBO=1时，对输入为十进制数l15的二进制码（00011111）进行译码，产生对应的七段显示码。,（2）灭零。当LT=1，而输入为0的二进制码000
15、0时，只有当RBI =1时，才产生0的七段显示码,如果此时输入RBI =0 ，则译码器的ag输出全0，使显示器全灭；所以RBI称为灭零输入端。,（3）试灯。当LT=0时，无论输入怎样，ag输出全1，数码管七段全亮。由此可以检测显示器七个发光段的好坏。 LT称为试灯输入端。,7448的逻辑功能：,47,（4）特殊控制端BI/RBO。BI/RBO可以作输入端，也可以作输出端。 作输入使用时，如果BI=0时，不管其他输入端为何值，ag均输出0，显示器全灭。因此BI称为灭灯输入端。 作输出端使用时，受控于RBI。当RBI=0，输入为0的二进制码0000时，RBO=0，用以指示该片正处于灭零状态。所以，RBO
