单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字电子技术 A 40小时讲课 8小时实验,数字电子技术 A课程设计 时间:一周,数字电子技术 A 40小时讲课,第4章 组合逻辑电路,逻辑电路分为组合逻辑电路与时序逻辑电路两类，本章介绍组合逻辑电路，内容包括组合电路分析、各种集成组合电路部件和组合电路设计第4章 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的一般问题,组合逻辑电路就是一些逻辑门电路的组合，目的是根据输入信号产生需要的输出信号，其特点是其任意时刻的输出仅是该时刻输入信号的逻辑函数，或者说组合逻辑电路的输出信号是与时间无关的输入信号组合组合电路框图如图4-1所示，组合电路的一般形式具有多个输入与输出图中,a,1，,a,2，,an,表示输入变量，,y,1，,y,2，,ym,表示输出变量，输出与输入间的逻辑关系可以用一组逻辑函数表示：,Y,=,F,（,A,）,可以使用真值表、卡诺图、逻辑图或是逻辑函数式来描述组合电路4.1 组合逻辑电路的一般问题组合电路框图如图4-1所示，,4.2 组合电路分析,组合电路分析就是看懂组合电路，需要分析的内容包括：,研究组合电路的逻辑功能；,研究组合电路输入输出波形之间的关系，以及组合电路的电特性。
4.2.1 组合电路的逻辑功能分析,【例4-1】试分析图4-2所示组合电路的逻辑功能解：由图，得到逻辑函数式如下：,A,B,C,Y,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,0,由真值表可知，该电路是数值检测电路，如果数值小于3，该电路输出1，否则输出04.2 组合电路分析【例4-1】试分析图4-2所示组合电,【例4-2】试分析图4-3所示组合电路的逻辑功能解：首先按照从输入开始逐级写出各级逻辑函数式的分析方法，最后写出输出,Y,的逻辑函数式：,这是一个素数判别电路，当素数出现在电路输入端时，该电路输出,Y,=1例4-2】试分析图4-3所示组合电路的逻辑功能这是一个,【例4-3】对于图4-4（a）所示电路图与图4-4（b）所示的输入波形，试画出该电路的输出波形解：首先由电路图得到输出,Y,的函数式为：,A,B,C,Y,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,0,在输入,A,、,B,、,C,的波形上标记电平值，然后由真值表则有图4-3（c）所示的输出,Y,的波形。
4.2.2 组合电路的波形分析,【例4-3】对于图4-4（a）所示电路图与图4-4（b）所,4.2.3 组合电路的延迟时间分析,组合电路中输入变量变化与其引起输出变量变化之间的时间差称为传输延迟，传输延迟与电路复杂性、门电路的驱动能力、温度、芯片电压有关t,PLH,是门电路低电平到高电平的传输延迟时间，,t,PHL,是高电平到低电平的传输延迟时间,平均传输延迟时间,t,PD,：,对于图4-5（a）所示的与门:,不考虑门电路的延迟，则输出波形如图4-5（b）所示；,若采用平均传输延迟时间,t,PD,则有图4-5（c）所示的传输延迟时间；,图4-5（d）显示的是分别采用,t,PLH,和,t,PHL,参数的传输延迟时间4.2.3 组合电路的延迟时间分析对于图4-5（a）所示的,逻 辑 系 列,传输延迟,t,PD,（ns）,每门功耗（mW）,说 明,7400,10,10,标准TTL,74H00,6,22,高速TTL,74L00,33,1,低功耗TTL,74LS00,9.5,2,低功耗肖特基TTL,74S00,3,19,肖特基TTL,74ALS00,3.5,1.3,先进低功耗肖特基TTL,74AS00,3,8,先进肖特基TTL,74HC00,8,0.17,高速CMOS,表4-3所示的是不同系列与非门的延迟时间与功耗表。
表4-4显示的是74LS系列部分门电路的传输延迟时间芯片,功能,t,PLH,（ns）,t,PHL,（ns）,典型,最大,典型,最大,74LS04,非门,9,15,10,15,74LS00,与非门,9,15,10,15,74LS02,或非门,10,15,10,15,74LS08,与门,8,15,10,20,74LS32,或门,14,22,14,22,逻 辑 系 列传输延迟tPD（ns）每门功耗（mW）说,【例4-4】试推导图4-6所示组合电路的传输延迟时间图中非门为74LS04，与非门为74LS00A,B,C,Y,0,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,组合电路的最大延迟时间就是级数最多路径上各级门最大延迟时间之和第1级为非门74LS04，最大延迟时间,t,PD,=15ns；第2、3级为与非门74LS00，最大延迟时间,t,PD,=15ns，因此该门电路的最大延迟时间为45ns例4-4】试推导图4-6所示组合电路的传输延迟时间图中,4.2.4 组合电路的电特性分析,（1）各个门之间的噪声容限,噪声容限与芯片系列有关，不同系列的芯片噪声容限不同。
为方便使用，常用系列在5V电源电压下的噪声容限表与最大输入输出电流总结如表4-6所示参 数,74TTL,74LS,74HC,74HCT,4000B,V,IHmin,（V）,2.0,2.0,3.5,2.0,3.33,V,OHmin,（V）,2.4,2.7,4.9,4.9,4.95,V,NH,（V）,0.4,0.7,1.4,2.9,1.62,V,ILmax,（V）,0.8,0.8,1.5,0.8,1.67,V,OLmax,（V）,0.4,0.5,0.1,0.1,0.05,V,NL,（V）,0.4,0.3,1.4,0.7,1.62,I,IHmax,（,m,A）,40,20,1,1,1,I,ILmax,（,m,A）,-1600,-400,-1,-1,-1,I,OHmax,（mA）,-0.4,-0.4,-4,-4,-0.51,I,OLmax,（mA）,16,8,4,4,0.51,4.2.4 组合电路的电特性分析参 数74TTL74,（2）电源电流与功耗,不同系列、不同门电路的电源电流都是不同的，几种74LS系列门电路的最大电源电流如表4-7所示芯 片,功 能,最大电源电流（mA）,最大平均电源电流（mA）,I,CCH,I,CCL,I,CCmax,74LS00,2输入与非门,1.6,4.4,3,74LS02,2输入或非门,3.2,5.4,4.3,74LS04,非门,2.4,6.6,4.5,74LS08,四3输入与门,4.8,8.8,6.8,74LS10,三3输入与非门,1.2,3.3,2.25,74LS32,四2输入或门,6.2,9.8,8,TTL门门的功耗为最大平均电源电流乘以门的电源电压：,P,Dmax,=,I,CCmax,V,CC,CMOS器件，静态电流很小，都在微安级,主要功耗为动态功耗，动态功耗由内部功耗,P,T,与负载功耗,P,L,两部分组成。
2）电源电流与功耗芯 片功 能最大电源电流（m,【例4-5】图4-8所示的是单片机引脚经过74LS04与74LS10门电路组成的2线-4线译码器驱动发光二极管的电路由单片机数据手册可知,V,I,Hmin,=0.6,V,CC,，,V,ILmax,=0.2,V,CC,，,V,OLmax,=0.7V（,I,OL,=20mA），,V,OHmin,=4.2V（,I,OH,=20mA）发光二极管管压降,V,D,=1.6V，工作电流,I,D,=5mA图中,V,CC,=+5V试分析各个芯片的噪声容限、驱动能力例4-5】图4-8所示的是单片机引脚经过74LS04与7,单片机驱动74LS04芯片，噪声容限与驱动能力如下高电平噪声容限：,V,NH,=4.2-2=2.2V,74LS04输入引脚的高电平输入电流,I,IH,=20uA，单片机的驱动能力为20mA，因此高电平驱动能力足够低电平噪声容限：,V,NL,=0.8-0.7=0.1V,74LS04输入引脚的低电平输入电流,I,IL,=400uA，单片机的低电平驱动能力为20mA，因此低电平驱动能力足够由单片机数据手册可知,V,I,Hmin,=0.6,V,CC,，,V,ILmax,=0.2,V,CC,，,V,OLmax,=0.7V（,I,OL,=20mA），,V,OHmin,=4.2V（,I,OH,=20mA）。
发光二极管管压降,V,D,=1.6V，工作电流,I,D,=5mA图中,V,CC,=+5V试分析各个芯片的噪声容限、驱动能力单片机驱动74LS04芯片，噪声容限与驱动能力如下由单,74LS04与74LS10都属于74LS系列芯片，因此噪声容限能够满足要求图中74LS04各输出引脚驱动的输入端数最大为4个，远小于74LS系列芯片的20个扇出能力74LS04与74LS10都属于74LS系列芯片，因此噪,74LS10输出驱动发光二极管,题目要求发光二极管电流,I,D,=5mA，二极管限流电阻,R,由下式计算：,R,=（,V,CC,-,V,D,-,V,OL,）/,I,D,=（5V-1.6V-0.5V）/5mA=580,可以实际取值56074LS10输出驱动发光二极管,【例4-6】试分析图4-8所示电路的最大电源电流与静态功耗74LS04的每个芯片的平均电源电流为,I,CCmax,=4.5mA，74LS10的为,I,CCmax,=2.25mA所以该组合电路中的门电路部分的最大电源电流,I,g,为,I,g,=1（4.5mA）+2（2.25mA）=4.5mA+4.5mA=9mA,发光二极管部分的最大电流,I,d,为4（5mA）=20mA。
最大电源电流为I,max,=,I,g,+,I,d,=9mA+20mA=29mA,该电路的最大静态功耗为,P,Dmax,=,I,ma,x,V,CC,=29mA5V=145mW,【例4-6】试分析图4-8所示电路的最大电源电流与静态功耗,4.3 组合电路部件,4.3.1 编码器,不同事物用不同的二进制码表示称为编码对每一个输入信号都有一个相对应二进制数码输出的器件称为编码器（Encoder），若编码器有2,n,个输入，则应该有,n,个输出4.3 组合电路部件,1十进制数-BCD编码器,十进制数-BCD编码器又称为10线-4线编码器，其编码表如表4-8所示由真值表，逻辑函数式为：,A,3=8+9,A,2=4+5+6+7,A,1=2+3+6+7,A,0=1+3+5+7+9,十 进 制 数,4位编码输出（BCD）,A,3,A,2,A,1,A,0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,当输入的十进制数中如果只有一个数字具有高电平时，则输出对应数字的BCD编码。
1十进制数-BCD编码器十 进 制 数4位编码输出（BCD,2十进制数-BCD优先编码器74LS147,十进制数-BCD优先编码器74LS147除具有上述编码器相同的功能外，还具有优先编码功能，就是在同时输入多个数字时，只对最大数字进行编码输 入,输 出,1,2,3,4,5,6,7,8,9,D,C,B,A,1,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,由真值表可以看出，74LS147的输出是低电平有效的BCD码,2十进制。