《数字电子技术及应用 教学课件 ppt 作者 李继凯 杨艳 第4章 组合逻辑电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术及应用 教学课件 ppt 作者 李继凯 杨艳 第4章 组合逻辑电路（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字电子技术及应用,第4章 组合逻辑电路,概述,4.1,基于SSIC的组合逻辑电路的分析与设计,4.2,常用MSIC组合逻辑功能器件,4.3,基于MSIC的组合逻辑电路的分析与设计,4.3,4.4,组合逻辑电路的竞争冒险,4.3,4.5,4.1 概述,从功能上：电路任一时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与输 入信号作用前电路的状态无关。,1. 组合逻辑电路的特点,从电路结构上：电路中只包含逻辑门电路，没有记忆元件（如触发 器），电路中不存在任何形式的反馈通路。,2. 组合逻辑电路的描述方法,文字描述 真值表 逻辑表达式 逻辑电路图 波形图 卡诺图等,4.2 基于SSIC的组合逻辑电路的分析和设
2、计,4.2.1 基于SSIC的组合逻辑电路分析,分析步骤如下： 1由逻辑图写出输出端的逻辑表达式。 2化简和变换输出的逻辑表达式。 3列出真值表。 4根据真值表或逻辑表达式确定电路的逻辑功能。有时功能难以用简练的语言描述，列出真值表即可。,例4.2.1 分析图示电路的逻辑功能。,解：（1）写出输出的逻辑表达式,（2）对上式化简与变换：,（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”。,例4.2.2 分析图示电路的逻辑功能。,解：（1）写出输出的逻辑表达式,（2）根据上述式子列出真值表。,（3）确定逻辑功能。,2线4
3、线译码器,4.2.2 基于SSIC的组合逻辑电路设计,所谓逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这个逻辑功能的最简逻辑电路。,设计步骤如下： 1. 进行逻辑抽象，列出真值表 分析因果关系，确定输入、输出变量 定义逻辑状态的物理意义（规定输入、输出变量取1和0的具体含义 ） 列出真值表 2. 根据真值表写出输出的逻辑函数式并化简 3.将最简的与或表达式变换成需要的形式（取决于用什么功能的 门来实现） 4. 画出逻辑图,例4.2.3 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯均由红、黄、绿三盏灯组成，如图4.2.3所示。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏
4、灯亮。而当出现其他状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。,解：（1）首先进行逻辑抽象 。,定义红、黄、绿三盏灯的工作状态为输入变量，分别用R、A、G表示，并规定R、A、G为1时表示灯亮，为0时表示灯不亮。取故障信号为输出变量，用Z表示，并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1 。,2. 根据真值表写出输出的逻辑函数式并化简,3. 画出逻辑图,例4.2.4 试用与非门设计一个如图所示的2位二进制编码器。图中，编码器的输入是标有“0”，“1”，“2”，“3”的4个按键，对应的信号分别为I0，Il，I2和I3。输出信号为E，Y1和Y0。编码规则如下：当4个键均未按下
5、或同时按下两个和两个以上按键时，输出信号E=1，这时另外两个输出Y1和Y0是没有意义的；而当按下4个键中的任意一个键时，E=0，此时，Y1和Y0的输出构成按键对应的二进制数。,解：（1）首先进行逻辑抽象,列出真值表 。,（2）写出输出的逻辑表达式并化简,(3) 将最简逻辑表达式变换成 与非与非形式,（4） 画出逻辑电路如图4.2.6所示。,4线-2线优先编码器的真值表,例4.2.5 有三个班学生上自习，大教室能容纳两个班的学生，小教室只能容纳一个班的学生。设计两个教室是否开灯的逻辑控制电路，要求如下： (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
6、班上自习，两教室均开灯。,解：（1）首先进行逻辑抽象,列出真值表 。,（2）写出输出的逻辑表达式并化简,（3） 根据逻辑表达式画出逻辑电路如图所示。,4.3 常用MSIC组合逻辑功能器件,4.3.1 编码器,所谓编码就是将具有特定含义的输入信号（文字、数字、符号）转换成二进制代码的过程。实现编码操作的数字电路称为编码器。,普通编码器 正常工作时只允许输入一个编码信号，不允许同时输入两个以上的编码输入信号，否则输出将出现错误状态。 优先编码器 同时有两个以上的编码输入信号时，只对其中优先权最高的一个进行编码。,1. 二进制编码器,1. 二进制编码器,二进制编码器就是把一般信号编成二进制代码的编码
7、器。,2. 二十进制编码器,二十进制编码器是把十进制数的09十个输入代码编成4位输出的10个BCD代码。,74LS147的功能表,例： 试用两片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。,解：,由于1片74LS148只有8个编码输入端，所以需要2片74LS148才能对16个输入信号进行编码。,3. 编码器的扩展,0,0,1,1 0 0,1 1 1,0 1 1,1,若全为1,1,0,1 1 1,0,0,0 1 0,1 0 1,4.3.2 译码器,译码是编码的逆过程。有时也把译码器
8、称做解码器。编码时，每个输入信号代码都被赋予了特定的含义。译码器的作用就是将代码的含义翻译出来，还原为特定的输出信号。译码器同样有二进制译码器和二-十进制译码器两类。,1. 二进制译码器,2. 二十进制译码器,将输入的10个BCD代码分别译成10个输出端上的高（或低）电平信号。,4线-10线译码器74LS42的功能表,3. 译码器的扩展,例4.3.1 试用74HC139中的2个2线4线译码器连接成一个3线8线译码器。,0,1,1,0,4. 显示译码器,为使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译成七段显示码，然后经驱动器点亮对应的段。,显示译码器的真值表,74LS48的功能表,灭
9、零输出端。,4.3.3 数据选择器,数据选择器又称多路选择器（Multiplexer，MUX）、多路复用开关等。它是一种多输入单输出的组合逻辑部件。它在地址（选择）信号作用下，可从多路输入数据中选出所需要的一路送至输出端。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，如图所示。,1集成数据选择器,（1）双4选1数据选择器74LS253,双4选1数据选择器74LS253的功能表,（2）8选1数据选择器74LS151,8选1数据选择器74LS151的功能表,2数据选择器的扩展,0,1,0,2数据选择器的扩展,1,0,0,4.3.4 数值比较器,数值比较器就是能对两个二进制数的大小进行比较的逻辑电路。,1.
10、 集成数值比较器,4位数值比较器74LS85的功能表,2. 比较器的扩展,4.3.5 加法器,1一位加法器,表4.3.13 加法器真值表,2多位加法器,4位串行进位加法器(A3A2A1A0+B3B2B1B0 ),0,S0,C0,S1,C1,S2,C2,S3,C3,4.4 基于MSIC的组合逻辑电路的分析和设计,4.4.1 基于MSIC的组合逻辑电路分析,对于以MSIC为主要组件构成的组合逻辑电路，其分析方法与基于SSIC的组合逻辑电路的分析方法基本相似。但由于MSIC器件的控制功能较多，在分析过程中，必须首先根据各MSIC器件的功能表及其控制端使用情况确定其操作功能；然后再根据各MSIC器件之
11、间的连接关系确定整个电路的逻辑功能。,例4.4.1 试分析图4.4.1所示电路的逻辑功能。,解：,EN=0,EN=1,例4.4.2 试分析图4.4.2所示电路的逻辑功能。,解：,74LS283为4位超前进位加法器，74LSl57为四2选1数据选择器。,S=0,S=1,本例电路是一个带符号4位二进制数 的补码发生器。,4.4.2 基于MSIC的组合逻辑电路设计,1用译码器设计组合逻辑电路,例4.4.3 试用74LS138译码器和门电路实现逻辑函数：,解：,例4.4.4 某组合逻辑电路的真值表如表4.4.3所示。试用74HC138译码器和最少的门电路实现该逻辑电路。,解：,2用数据选择器设计组合逻
12、辑电路,例4.4.5 试用8选1数据选择器74HC151实现逻辑函数:,。,解：,例4.4.6 试用4选1数据选择器74LS153实现逻辑函数:,解：,3用加法器设计组合逻辑电路,例4.4.8 试用74LS283设计一个代码转换电路，将8421BCD码 转换为余3码。,解：,4综合设计,例4.4.9 为某宾馆设计一个客房服务呼叫系统。已知该宾馆有19号共9个房间。每间房内设置一个呼叫开关，分别为KlK9。其中，K9的优先级别最高，K1的优先级别最低。也就是说，当9号房间的呼叫开关K9闭合时，无论其他房间里的呼叫开关K1K8是否闭合，服务员值班室的数码显示器应显示数字9。依此类推，只有当K2K9
13、全未闭合而K1闭合时，才显示数字1。,解：,例4.4.10 试设计一个输血指示器，其输入是一对要求“输送-接受”的血型，当符合下述规则时，电路输出为1。在人类4种基本血型中，O型血可输给任意血型的人，而他自己只能接受O型；AB型可接受任意血型，却只能输给AB型；A型能输给A型或AB型，可接受O型和A型；B型能输给B型或AB型，可接受B型和O型。,解：,为了区分4种不同血型，需用2位二进制数来表示。分别用00，01,10,11代表O型，AB型，A型和B型。,所要设计的输血指示器就需要4个输入变量来表示“输送-接受”血型对，设为A，B，C，D，其中，AB代表输送血型，CD代表接受血型。,同时，用Y
14、表示输出变量，并设Y=1表示“可输血”；Y=0表示“不可输血”。,（1）只要血型相同即可输，即只要AB=CD，则Y=1；,（2）只要输送的是O型血，便可输，即AB=00时，Y=1；,（3）只要接受方是AB型血，便可输，即CD=01时，Y=1； 而其他情况均不可输血。,4.5 组合逻辑电路中的竞争冒险,通常把门电路两个输入信号同时向相反的状态变化的现象称为竞争。,把由于竞争而在输出端出现不应有的尖峰干扰信号或短脉冲信号的 现象称为冒险。,1. “1”冒险,2. “0”冒险,4.5.2 竞争-冒险的识别,写出组合逻辑电路的逻辑表达式，当某些逻辑变量取特定值（0或1）时，如果表达式能转换为：,则存在
15、1冒险；,则存在0冒险。,例4.5.1 判断图4.5.5所示电路是否存在冒险，如有，指出冒险类型， 画出输出波形。,解：,A=B=1时,存在“0”冒险。,例4.5.2 判断下列函数是否存在冒险？,解：,A=C=0时,存在“1”冒险。,4.5.3 竞争-冒险的消除方法,1修改逻辑设计,（1）增加冗余项,A=B=1时，L=1, 不会产生冒险现象。,（2）变换逻辑式，消去互补变量,A=C=0时，L=0, 不会产生冒险现象。,2采用封锁法,所谓封锁法，是指在可能出现“冒险脉冲”的输出端加一个封锁电路，用一个负脉冲P1（也称封锁脉冲）来控制输出信号的通过，使得原输出信号发生变化期间把输出门封锁住，而当变化结束后才解除封锁，让输出信号通过。,3增加选通信号,4增加输出滤波电容,由于竞争-冒险所产生的干扰脉冲一般都很窄（多在几十纳秒以内），所以可通过在有冒险的输出端并接一个滤波电容Cf来消除干扰脉冲，利用电容两端的电压不能突变的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变的比较缓慢，从而起到消除冒险现象的作用。,第4章 作业,4.1 4.3 4.4
