《电工电子技术基本教程 教学课件 ppt 作者 付扬 第6章-逻辑门和组合逻辑电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术基本教程 教学课件 ppt 作者 付扬 第6章-逻辑门和组合逻辑电路（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 逻辑门和组合逻辑电路,数字电路的基本单元-逻辑门,逻辑代数及其化简,组合逻辑电路,数字电路和模拟电路相比有以下几个主要不同点： （1）数字电路：离散的脉冲信号， 模拟电路：随时间连续变化的信号。 （2）数字电路：输入输出之间的逻辑关系， 模拟电路：输入输出之间的大小、相位等问题。 （3）晶体管的工作状态不同。 数字电路中晶体管工作在开关状态，即工作在饱和与截止； 模拟电路中晶体管多工作在放大状态。 （4）数字电路的数学工具是逻辑代数，表达数字电路逻 辑功能的方法：真值表、逻辑表达式和波形图等。,6.1.1 与运算和与门,6.1 数字电路的基本单元-逻辑门,B,A,Y,与门逻辑符号,逻辑
2、表达式,2. 符号及表达式,逻辑变量,逻辑乘法,真值表,与逻辑关系: 当决定事件的各个条件全部具备之 后，事件才会发生。,1. 或逻辑关系：当决定事件的各个条件中有一个或 一个以上具备之后，事件就会发生。,6.1.2 或运算和或门,Y = A + B,2. 逻辑符号及逻辑式,真值表,1. 非逻辑关系：决定事件的条件只有一个，当条件具 备时，事件不会发生，条件不具备时，事件发生。,6.1.3 非运算和非门,2. 逻辑符号及逻辑式,1. 与非门,6.1.4 其他逻辑运算和复合门,2. 或非门,3. 与或非门,5. 同或门,4. 异或门,= A B,逻辑真值表,A B Y,0 0 0,0 1 1,1
3、 0 1,1 1 0,逻辑真值表,A B Y,0 0 1,0 1 0,1 0 0,1 1 1,三态门输出有三种状态：,逻辑0,逻辑1,高阻状态:,相当于输出悬空,6. 三态输出门（Three state Output Gate ,TS）,高有效,三态门符号：,低有效,用三态数据门实现数据的双向传输,三态门简单应用：,总线结构，分时传送： 任何时刻仅有一个EN=1,把选中的门输出传送到总线，未选中的门输出相当于和总线断开。,基本逻辑关系小结,与,或,非,Y=AB,Y=A+B,与非,或非,异或,Y= AB,逻辑 符号 表示式,同或,例,两输入端的与门、或门、与非门、或非门对应下列输入波形的输出波形
4、分别如下：,A,B,与门,或门,与门：全1才1；或门：有1就1,与非门,或非门,与非门：有低必高，全高才低； 或非门：有高必低，全低才高,TTL 晶体管-晶体管逻辑集成电路,集成数字电路具有体积小、耗电量小、可靠性高、转换速度快等优点。 输入和输出都由双极型晶体管组成的晶体管晶体管逻辑电路，按英文缩写称为TTL电路，又称双极型逻辑电路。本节介绍应用最广的TTL与非门电路。,TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit),6.2 集成门电路,+5V,A B C,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,uo (Y),设
5、uA= 0.3V 则 VB1= 0.3 + 0.7 = 1V,RL,uo= 5 uBE3 uBE4 uR2 = 5 0.7 0.7 = 3.6V Y = 1,拉电流,VB1=1V,uo=3.6V,T2 、T5 截止,T3、 T4导通,6.2.1 TTL与非门电路,+5V,A B C,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,uo (Y),设 uA=uB=uC= 3.6V ，输入端全部是高电平， VB1升高，足以使 T2 ,T5导通，uo=0.3V，Y= 0。且VB1=2.1V，T1发射结全部反偏。,VC2 = VCE2 + VBE5 = 0.3 + 0.7 = 1V，使 T3
6、 导通，T4 截止。,灌电流,VB1=2.1V,VC2=1V,uo=0.3V,由以上分析可知： 当输入端 A、B、C 均为高电平时，输出端 Y 为 低电平。当输入端 A、B、C 中只要有一个为低电平，输出端就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。,TTL与非门电压传输特性,与非门的传输延迟时间,74LS00、74LS20外引线排列图,+5V,A B,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,Y,D,E,VB1=1V,E = 0 时， VB1=1V， T2 、T5 截止；,VB3=1V,6.2.2 三态输出与非门电路,二极管 D 导通，VB3 = 1V，T4 截止，输出端开路（高
7、阻状态）,(a) 电路 (b) 高电平有效 (c) 低电平有效 三态输出与非门电路和逻辑符号,6.3 逻辑代数及其化简,1. 基本运算规则,6.3.1 逻辑代数的运算公式,交换律： A+B = B+A ， AB = BA 结合律： A+(B+C) = (A+B)+C = (A+C)+B ，A(BC) = (AB)C = (AC)B 分配律： A(B+C) = AB+AC， A+BC = (A+B)(A+C),证：(A+B)(A+C) = AA+AC+BA+BC = A+AC+AB+BC = A(1+C+B)+BC = A1+BC = A+BC,2. 基本定律,反演律(德摩根定理),1 0 0
8、0,1 0 0 0,1 1 1 0,1 1 1 0,（1）,（2）,证明：,证明：,逻辑表达式的某些项（或因子）可能被其他项所包含，因而是多余的或无关的，可以“取消”或“吸收”。,吸收律,（3）,证明：,证明：,（4）,6.3.2 利用逻辑代数化简逻辑函数,（2）吸收法 A + AB = A,例1：,化简,例2：,化简,例3：,化简,例4：,化简,=BA+B+CD,=B(A+1)+CD,=B+CD,已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。,分析步骤：（1）根据逻辑图，写出逻辑函数表达式 （2）对逻辑函数表达式化简 （3）根据最简表达式列出真值表 （4）由真值表确定逻辑电路的功能,组合逻辑电路：
9、逻辑电路在某一时刻的输出状态仅 由该时刻电路的输入信号所决定。,6.4 组合逻辑电路,6.4.1 组合逻辑电路的分析,逻辑式,逻辑图,列下图逻辑电路的表达式和真值表,例1,分析下图逻辑电路的功能。,功能：当 A、B 取值相同时， 输出为1，是同或电路。,A,B,Y,例2,分析下图逻辑电路的功能。,&,A,B,Y,功能：当 A、B 取值不同时， 输出为1，是异或电路。,例3,根据给定的逻辑要求，设计出逻辑电路图。,设计步骤：（1）根据逻辑要求，定义输入输出逻 辑变量，列出真值表 （2）由真值表写出逻辑函数表达式 （3）化简逻辑函数表达式 （4）画出逻辑图,6.4.2 组合逻辑电路的设计,试设计一
10、个三人表决逻辑电路。当多数人赞成 时，议案能够通过；否则，议案被否决。,(1) 列真值表,(2) 写出逻辑表达式,ABC,例1,(3) 化简逻辑表达式,（A+A=A的反用）,（因为 ）,（ 的还原）,（根据摩根定理）,(4) 画逻辑图,设计一个三变量奇偶检验器。 要求: 当输入变量 A、B、C 中有奇数个同时为 1 时，输出为 1 ，否则为 0 。用与非门实现。,(1) 列真值表,(2) 写出逻辑表达式,(3) 用与非门构成逻辑电路,例2,(4) 逻辑图,Y,C,B,A,0,1,0,1,0,6.4.3 常用组合逻辑电路,1. 加法器 实现二进制加法运算的电路,a. 半加器,(1) 一位加法器,
11、两个一位二进制数相加时不考虑进位信号，称为“半加”，实现半加操作的电路叫做半加器。,逻辑式:,真值表,逻辑图,逻辑符号,b. 全加器,被加数、加数以及低位的进位三者相加称为“全加”，实现全加操作的电路叫做全加器。,真值表,74LS183是加法器集成电路组件，含有两个独 立的全加器。,(2) 多位加法器,4 位串行加法器：,根据进位的方式不同，有串行加法器和超前进位加法器。,优点：电路简单，缺点速度慢。,4 位二进制超前加法器,2. 编码器,编码：用数字或符号来表示某一对象或信号的过程称 为编码。,数字系统是用二进制数来表示信号的，如计算机中的数据、指令和地址都是用二进制数来表示的。多位二进制数
12、的排列组合，可称之为代码。如果给一组代码分别赋以一定的含义，即为编码。 n位二进制代码可以表示2n个信号。,（1） 二进制编码器,二进制编码器 将输入信号编成二进制代码的电路,3 位二进制编码器：,真值表,逻辑式:,逻辑图:,二十进制编码从由0和1二进制数码组成的4位十六种状态中，按一定规则选取十个状态代表十进制的十个数码。 按英文缩写，简称BCD编码或BCD码。,8421编码最常用的编码就是按照四位二进制数每一位的权（从左往右为8、4、2、1）取前十个状态代表十进制的十个数码。,(2) 二 十进制编码器,几种常用的 BCD 编码表,二 十进制优先编码器：,将 编成 0110 1110 的优先
13、权最高， 最低 输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码,当有两个或两个以上的信号同时输入编码电路，电路只能对其中一个优先级别高的信号进行编码。,实例：集成优先编码器 74LS147,74LS4147 编码器功能表,74LS147集成优先编码器引脚图:,低电平 有效,译码是编码的逆过程，将二进制代码按编码时的原意翻译成有特定意义的输出量。,3. 译码器,（1）二进制译码器,若输入端的数目为n，则输出端的数目N=2n,例如：2线4线译码器、 3线8线译码器、 4线16线译码器,3线8线译码器74LS138:,74LS138的功能表,例：用74LS138实现Y=AB+BC,利用中规模组件设计组合
14、电路,二-十进制译码器,显示器件,在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来，这就要用到显示译码器。,（2）显示译码器,用七个LED封装在一起的七段LED显示器的外形和内部电器，如图所示。,发光二极管（LED）显示器 单个的LED管的外形和符号 如图所示，可显示二进制数码， “1”亮“0”暗。,a,b,c,d,f,g,a b c d e f g,1 1 1 1 1 1 0,0 1 1 0 0 0 0,1 1 0 1 1 0 1,e,七段共阴显示器件的工作原理：,a,b,f,g,e,c,d,f g,a b,e d,c ,+,a b c d e f g,+,+,+,+,+,以半导体数码管为例，由特殊的半导体材料磷砷化镓组成，当一定的电流通过时，会发光。,共阴极接法,共阳极接法,74LS48,16 15 14 13 12 11 10 9,1 2 3 4 5 6 7 8,VCC Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye,A1 A2 LT BI/RBO RBI A3 A0 地,YaYg: 译码器输出端，与共阴极半导体数码管中对 应字段ag的管脚相连。,74LS
