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1、数字电子技术教案 浙江万里学院电信学院 钱裕禄 2005年1月28日第四章 常用组合逻揖功能器件教学要求1. 掌握常用组合逻辑电路，即编码器、译码器、数据选择器、加法器及数值比较器的基本概念、工作原理及应用；2. 掌握相关常用集成芯片的应用。教学内容1 编码器 74148（8线3线优先编码器）2 译码器 74138、74483 数据选择器74LS153或74LS1514 数值比较器功能讲解（两位数值比较）5 算术运算电路全加器（或全减器）4.1编码器一、编码器的定义与功能1.4线2线编码器把二进制码按一定的规律编排，例如8421码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数或控制信号）称
2、为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换为二进制码。4线2线编码器的功能表如下：由上表可知，该编码器为高电平输入有效，因而可由功能表得到如下逻辑表达式：根据逻辑表达式画出的逻辑图，可实现功能表所列的功能：4线2线编码器逻辑图这里还有一种情况需要注意：当I0为1，I1I3都为0时和I0I3均为0时Y1Y0都是00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。当然，编码器也可以设计为低电平有效。 2.3.优先编码器识别请求信号的优先级别（根据轻重缓急，规定好这些控制对象允许操作的先后次序）并进行编码的逻辑部件。4线2线优先编
3、码器的功能表如下：可知I3的优先级别高于I0的优先级别，且这4个输入的优先级别的高低次序依次为I3，I2，I1，I0。由该功能表可以导出该优先编码器的逻辑表达式为：由于这里包括了无关项，逻辑表达式比前面介绍的非优先编码器简单些。二、集成电路编码器1.8线3线优先编码器74148 优先编码器74148的逻辑图和引脚图分别如下：其功能表为：该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。从功能表不难看出，输入优先级别的次序依次为7，6，。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，
4、输出端才输出相对应的输入端的代码。写出各输出端的逻辑表达式。下面通过举例来了解74148的应用。例1 用两片74148组成16位输入、4位二进制码输出的优先编码器，逻辑图如下图所示，试分析其工作原理。解：根据74148的功能表对逻辑图进行分析（详细讲解）。4.2译码器数据分配器一、译码器的定义及功能译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。译码器可分为两种类型，唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址的译码，另一种是将一种代码转换成另一种代码，所以也称为代码变换器。二进制译码器的一般原理图下面分析由门电路组成的译
5、码电路，以便熟悉译码器的工作原理和电路结构。输入变量的二进制译码器逻辑图如图所示。由图可写出各输出端的逻辑表达式：根据这些逻辑表达式可列出功能表如下：由表可知，对于正逻辑，当EI为时，无论、为何种状态，输出全为，译码器处于非工作状态。而当EI为时，对应于、的某种状态组合，其中只有一个输出量为，其余各输出量均为。比如，AB00时，输出Y0为，Y1Y3均为。由此可见，译码器是通过输出端的逻辑电平以识别不同的代码。二、集成电路译码器1.74138集成译码器上图为常用的集成译码器74138，其功能表为：74138功能表由逻辑图可知，该译码器有个输入，它们共有种状态的组合，即可译出个输出信号Y0Y7，故
6、该译码器称为线线译码器。与线线译码器比较，该译码器的主要特点是，设置了G1、G2A和G2B个使能输入端。由功能表可知,对于正逻辑，当G1，且G2A和G2B均为时，译码器处于工作状态。由功能表可得 显然，一个线线译码器能产生变量函数的全部最小项，利用这一点能够方便地实现变量逻辑函数。 例1 用一个线线译码器实现函数解：第一步，将个使能端按允许译码的条件进行处理，即G1接+5，G2A和G2B接地，于是得到各输出端的逻辑表达式为 第二步，将输入变量、分别接到、端，并利用摩根定律进行变换，可得到可见，线线译码器再加个与非门，即可实现题目所指定的组合逻辑，逻辑图如下： 2.7442二十进制译码器3.七段
7、显示译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如下图所示。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。数字
8、显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段方式组合，显示15等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用位数字显示器进行显示。按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：（1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器；（2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场致发光数字板等；（3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显示器等；（4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。下面介绍常用的7448七段显示译码器。7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。7448的功能表如下：它有3个辅助控制端LT
9、、RBI、BIRBO，现分别简要说明如下： 灭灯输入BIRBOBIRBO是特殊控制端，有时作为输入,有时作为输出。当BIRBO作输入使用且BI时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出ag均为，所以字形熄灭。 试灯输入LT当LT时，BIRBO是输出端，且RBO,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。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。 动态灭零输入RBI当LT，RBI且输入代码 DCBA0000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”。利用 LT与 RBI可以实现某一位的“消隐” 。此时BIRBO是输出端 ，且RBO。动态灭零输
10、出RBOBIRBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT且RBI，输入代码DCBA0000时，RBO；若LT或者LT且 RBI，则RBO。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于，而对其他输入代码则仅要求LT，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。下面举一个利用7448实现多位数字译码显示的例子，通过它了解各控制端的用法，特别是如何动态灭零，实现无意义位的“消隐”。该例电路如下图所示。图中位显示器由个译码器7448驱动。各片7448的LT均接高电平，由于第一片的RBI0
11、且DCBA0000，所以第一片满足灭零条件，无字形显示，同时输出RBO0；第一片的RBO与第二片的RBI相连，使第二片也满足灭零条件，无显示并输出RBO0；同理，第三片的零也熄灭，无显示。由于第四、五、六、七片译码器的RBI1，所以它们都正常译码，按输入BCD码去点亮各段电极。 如果接法不变，但第一片7448的输入代码不是0000而是任何其他BCD码，则该片将正常译码并驱动显示，同时使RBO。这样，第二片、第三片就丧失了灭零条件，所以电路对最高位非零的数字仍然正常显示。三、数据分配器 4.3数据选择器一、数据选择器的定义及功能数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。
12、实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。其示意图如下所示。下面以4选1数据选择器为例，说明工作原理及基本功能。其逻辑图为：功能表为：具体解释二、集成电路数据选择器1.74LS151集成电路数据选择器的功能74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D0D7 个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端和反相输出端。其逻辑图和引脚图分别如下所示：功能表为：输入输出使能选择D0D1D2D3D4D5D6D7由逻辑图可知，该逻辑电路的基本结构为“与一或一非”形式。输入使能为低电平有效。输出的表达式为: ，式中。Mi为CBA的最小项。例如，当CBA010时，根据最小项性质
13、，只有M2为，其余各项为，故得D2，即只有D2传送到输出端。位选数据选择器的连接方法如下图所示。当需要进一步扩充位数时，只需相应地增加器件的数目。可以把数据选择器的使能端作为地址选择输入 ，将两片74LS151连接成一个16选的数据选择器，其连接方式如下图所示。16选16选的数据选择器的地址选择输入有为位，其最高位与一个选数据选择器的使能端连接，经过一反相器反相后与零一另一个数据选择器的使能端连接。低位地址选择输入端CBA由两片74LS151的地址选择输入端相对应连接而成。2.数据选择器的应用已知逻辑函数，利用数据选择器构成函数产生器的过程是，将函数变换成最小项表达式，根据最小项表达式确定各数据输入端的二元常量。将数据选择器的地址信号、作为函数的输入变量，数据输入D0D7，作为控制信号，控制各最小项在输出逻辑函数中是否出现，使能端始终保持低电平，这样选数据选择器就成为一个变量的函数产生器。例1 试用选数据选择器74LS151产生逻辑函数解：把式变换成最小项表达式：显然D3、D5、D6、D7，都应该等于 ，而式中没有出现的最小项m0，m1，m2，m4的控制变量D0、D1、D2、D4都应该等于，由此可画出该逻辑函数产生器的逻辑图：例2 试用与上例相同的选数据选择器产生 解：根据表达式列出真值表如下：从表
