数电4组合逻辑电路

《数电4组合逻辑电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电4组合逻辑电路（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、4.1概述 4.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法 4.3若干常用的组合逻辑电路 4.3.1编码器 4.3.2译码器 4.3.3数据选择器 4.3.4加法器 4.4组合逻辑电路中的竞争-冒险现象,第四章 组合逻辑电路,4.1概述,一、组合逻辑电路的特点 在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。这就是组合逻辑电路在逻辑功能上的共同特点。 组合逻辑电路由门电路组成，无存储元件。,概述,二、逻辑功能的描述 从电路结构上来看，组合逻辑电路的输出端和输入端之间没有反馈回路。 组合逻辑电路的一般电路结构如图所示。 输出信号的函数式为： y1 = f1(a1，a2， ，

2、an) y2 = f2(a1，a2， ，an) ym= fm(a1，a2， ，an),4.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法,4.2.1组合逻辑电路的分析方法 所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能来。 组合逻辑电路的分析步骤 根据给定的逻辑电路由输入到输出，或由输出到输入逐级推演，写出逻辑函数式。 由已写出的逻辑函数式列出电路的真值表。 由真值表概括出电路所完成的逻辑功能。有的电路功能不好用文字描述时，可以只列出真值表。 必要时对输出函数进行化简，评论给定的逻辑电路是否经济、合理。,例1：分析下图所示逻辑电路,组合逻辑电路的分析举例,方法1：直接写出逻辑表达式,组合逻辑

3、电路的分析举例,例2 逻辑电路如图所示，分析该电路功能,1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式,2. 列写真值表,方法2：通过真值表确定逻辑功能：,解：,电路完成奇校验功能,组合逻辑电路的分析方法和设计方法,4.2.2组合逻辑电路的设计方法 原则：电路要最简（要求所用器件的种类和数量都尽可能少，且器件之间的连线也最少)。 组合逻辑电路的设计步骤 进行逻辑抽象 根据实际逻辑问题确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义。 写出逻辑函数式 根据输入、输出的因果关系，列出真值表； 由真值表写出逻辑表达式。 选定器件的类型 将逻辑函数化简或变换成适当的形式 根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路的连

4、接图 工艺设计,设计一个表决电路，该电路输入为A、B、C，输出是L。当输入有两个或两个以上为1时，输出为1，其他情况输出为0。用与非门设计该表决电路。,解：,例1,1） 根据题意可列出真值表,2） 画出卡诺图,3）简化和变换逻辑表达式,L = AB+AC+BC,0,1,组合逻辑电路的设计举例,3）简化和变换逻辑表达式,L = AB+AC+BC,4）画出逻辑电路图。,组合逻辑电路的设计举例,某董事会有一位董事长和三位董事进行表决，当满足以下条件时决议通过：有三人或三人以上同意；或者有两人同意，但其中一人必须是董事长。试用两输入与非门设计满足上述要求的表决电路。,例2,解：1) 逻辑抽象。,2)

5、列出真值表；,3) 画出卡诺图，求输出L的表达式；,用变量A、B、C、D表示输入，A代表董事长，B、C、D代表董事，1表示同意，0表示不同意； 用L表示输出，L1，代表决议通过，L0，代表不通过。,4) 画出由与非门组成的逻辑电路。,组合逻辑电路的设计举例,L = AB + AC + AD + BCD,0 1 1 1 1 1 1 1,2) 列出真值表,3) 画出输出L的卡诺图并化简得,0 0 0 0 0 0 0 1,组合逻辑电路的设计举例,L = AB + AC + AD + BCD,4) 画出由与非门组成的逻辑电路。,组合逻辑电路的设计举例,例3,解：1) 逻辑抽象。,2) 列出真值表;,3

6、) 画出卡诺图,求输出；,4) 画出逻辑电路。,某工厂有A、B、C三台设备，其中A和B的功率相等，C的功率是A的两倍。这些设备由X和Y两台发电机供电，发电机X的最大输出功率等于A的功率，发电机Y的最大输出功率是X的三倍。要求设计一个逻辑电路，能够根据各台设备的运转和停止状态，以最节约能源的方式启、停发电机。,组合逻辑电路的设计举例,2)列出真值表,3) 画出卡诺图,求输出；,Y = AB + C,0 0 1 0 1 0 0 1,0 1 0 1 0 1 1 1,组合逻辑电路的设计举例,4) 画出逻辑图。,Y = AB + C,组合逻辑电路的设计举例,4.3若干常用的组合逻辑电路,4.3.1编码器

7、 为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示，这就是编码的含义。即，把一个特定的信息用一个二进制代码来表示称为编码。 在二值逻辑电路中，信号都是以高、低电平的形式给出的。因此，编码器的逻辑功能就是把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。 编码器就是能完成特定编码功能的逻辑电路。,4.3.1编码器,一、普通编码器 即，非优先编码器。各个编码输入信号无优先权；若多个编码输入信号同时有效，输出可能不可预料。所以在普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。 二、优先编码器 各个编码输入信号按预先设定的优先级别，优先编码器只对其中优先权最高的信号进

8、行编码。同时输入两个以上的有效编码信号，输出确定。,4线2线编码器设计,（2）逻辑功能表,编码器的输入为高电平有效。,（1）逻辑框图,（3） 4线2线编码器真值表,（4）唯一编码实现,拒绝伪码,（5） 非优先编码实现,不拒绝伪码,（6）优先编码实现,不拒绝伪码,1.优先编码器74148逻辑图,8个信号输入端 I0I7,使能输入端(Is),3个编码输出端 (QcQbQa),编码器工作状态标志(Qex),输出使能标志(Qs),集成电路编码器,优先编码器74148的逻辑功能表,/Is=1，电路不工作，/Qs = /Qex =1， QcQbQa=111,/Is=0，电路工作，无有效低电平输入， QcQ

9、bQa=111， /Qs = 0，/Qex =1 ；,/Is=0，电路工作，输入I0I7分别有低电平输入时， QcQbQa为07的编码输出，/Qs =1 ， /Qex =0。,引脚图,示意框图,2. 优先编码器74148的示意框图、引脚图,3.74148的应用,用二片74148构成16位输入、4位二进制码输出的优先编码器如图所示，试分析其工作原理。,若干常用的组合逻辑电路,4.3.2译码器 译码器的逻辑功能是将每个输入二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。因此，译码是编码的反操作。 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三类。,4.3.2译码器,一、二进制译码器 二进制译码

10、器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。,2线-4线二进制译码器电路分析,功能表,3-8线译码器 74138,单38线二进制译码器； 译码输出低电平有效； 2个低电平有效译码使能端和1个高电平有效译码使能端； 封装：DIP16,74138集成译码器功能表,译码器的扩展： 用两片3线-8线译码器可以组成4线-16线译码器。,译码器扩展时，用高位输入X3连接到使能输入，控制两片译码器轮流工作： X3为低电平时，低位译码器工作，低8位输出轮流有效； X3为高电平时，高位译码器工作，低8位输出都无效，高8位输出轮流输出低电平。,4.3.2译码器,二、二-十进制译码器 二

11、-十进制译码器的逻辑功能是将输入BCD码的10个代码译成10个高、低电平输出信号。,集成二十进制译码器7442,功能：将8421BCD码译成 为10个状态输出。,4个输入端,10个输出端,对于BCD代码以外的伪码（10101111）/Y0 /Y9 均无低电平信号产生；即7442为拒绝伪码设计。,集成二十进制译码器7442功能表,4.3.2译码器,三、显示译码器 七段字符显示器 为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七段字符显示器，或称之为七段数码管。 BCD-七段显示译码器,BCD-七段显示译码器 七段显示译码器是用来驱动七段数码管的专用译码器，它的输入是二-十进制代码

12、，输出是驱动七段数码管的控制信号，即a、b、c、d、e、f、g。,1.数字显示框图,2.半导体发光二极管七段显示器件,共阳极显示器,共阴极显示器,显示器分段布局图,七段显示译码器,要点亮共阳极显示的某一段，如何驱动？,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,3.七段数码显示原理,共阴极显示器,4.集成显示译码驱动器7447(共阳极)、7448(共阴极),逻辑图,1)内部电路（47、48电路相同，仅输出有效电平不同）,2)集成显示译码器7447/48功能框图,3)集成显示译码器7448功能表,4)

13、集成显示译码器7448控制端信号作用,逻辑功能,灭灯输入BI/RBO：该控制端有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI=0时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出ag为0，所以字形熄灭，故称“消隐”。,动态灭零输出RBO：BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT=1且RBI=0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT=1且RBI=1，则RBO=1。,试灯输入LT： 当LT=0时，BI/RBO是输出端，且RBO=1，此时无论其他输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1，显示字形8。,动态灭零输入RBI：当LT=1，RBI=0且输入代码DCB

14、A=0000 时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭， 故称“灭零”。,4.3.2译码器,四、用译码器设计组合逻辑电路 在3线-8线译码器中，当控制端S=1时，若将A2、A1、A0作为3个输入变量，则8个输出端得到的就是这3个输入变量的全部最小项。利用附加的门电路将这些最小项适当地组合起来，便可产生任何形式的三变量组合逻辑函数。 同理，由于n位二进制译码器的输出得到了n个输入变量的全部最小项。利用附加的门电路，可以产生任何形式的输入变量不大于n的组合逻辑函数。,74138工作条件 ： S1=1，/S2=/S3=0,例1 用74138译码器实现函数,例2 试用译码器和门电路实现逻辑

15、函数：,L=AB+BC+AC,解：1）将逻辑函数转换成最小项表达式， 再转换成与非-与非形式。,用一片74138加一个与非门 就可实现该逻辑函数。,74138集成译码器功能表,38线全译码器能产生三变量函数的全部最小项。,基于这一点能够方便地实现任意三变量逻辑函数。,如何实现多于三变量的任意逻辑函数？,4.3若干常用的组合逻辑电路,4.3.3数据选择器 在数字信号的传输过程中，有时需要从一组输入数据中选出某一个来，这时就要用到数据选择器（或称为多路开关）。 其功能就是在地址信号控制下，从多路输入信息中选择其中的某一路信息作为输出。数据选择器信息(或称数据)的输入通道数K2n，式中n为地址信号的输入端数。,一、数据选择器的工作原理,双4选1数据选择器,由逻辑图可以写出4选1数据选择器的输出函数式：,在使能信号有效时，根据地址的不同取值，选择不同的数据从输出端输出。,8选1数据选择器74151,输出函数式：,数据选择器的扩展 用一片双4选1数据选择器（如74153、CC14539）可以扩展成一个8选1数据选择器。,利用S1与S2作为扩展端A2与A2,当A2=0时，上边的四选一数据选择器工作，输出表达式为(板书)； 当A2=1时，下边的四选一数据选择器工作，输出表达式为