电子科大-数电-数字逻辑设计第五章.ppt

1,第5章组合逻辑设计实践,文档标准和电路定时常用的中规模组合逻辑器件,数字逻辑设计及应用,2,内容回顾,译码器编码器三态器件多路复用器奇偶校验器比较器,标准MSI多路复用器74x151、74x153、74x157扩展多路复用器利用多路复用器实现逻辑函数多路分配器利用带使能端的译码器使能端作为数据输入端,3,内容回顾,译码器编码器三态器件多路复用器奇偶校验器比较器,奇校验：输入有奇数个1，输出为1偶校验：输入有偶数个1，输出为1利用异或运算实现9位奇偶发生器74x280奇偶校验的应用检测代码在传输和存储过程中是否出现差错。,4,内容回顾,译码器编码器三态器件多路复用器奇偶校验器比较器,一位等值比较器（异或/同或）多位等值比较器每一位都相等,一位数值比较器,等值比较器,数值比较器,多位数值比较器4位比较器74x858位比较器74x682,5,5.10加法器,半加器（halfadder）和全加器（fulladder）,相加的和：S=AB+AB=AB向高位的进位：CO=AB,6,5.10加法器,S=XYCI,XY,半加器（halfadder）和全加器（fulladder）,XCI,CO=+,YCI,=XY+(X+Y)CI,7,串行进位加法器,缺点：运算速度慢，有较大的传输延迟tADD=tXYCout+(n-2)*tCinCout+tCinS,=0,回顾：串行比较器,提高速度：并行加法器,8,串行加法器,边界输入,边界输出,级联输出,9,迭代电路（iterativecircuit）,Iterative：重复的,反复的,数迭代的,边界输入,边界输出,级联输出,P297,10,并行进位加法器,先行进位法：第i位的进位输入信号可以由该位以前的各位状态决定。,Ci+1=(XiYi)+(Xi+Yi)Ci,=Gi+PiCi,11,并行进位加法器,先行进位法：第i位的进位输入信号可以由该位以前的各位状态决定。,C0=0,Ci+1=Gi+PiCi,C0=0C1=G0+P0C0C2=G1+P1C1=G1+P1(G0+P0C0)=G1+P1G0+P1P0C0Cn=Gn+PnCn（P307）,展开为“与-或”式：三级延迟,MSI加法器74x283P309图5-91,12,MSI算术逻辑单元,ALU，arithmeticandlogicunit,对2个b位的操作数进行若干不同的算术和逻辑运算,输入数据,0算术/1逻辑,选择特定操作,P310表5-52,13,设计函数发生器，其功能表如下：,1、填写真值表,2、选择器件,用基本门电路实现利用卡诺图化简用译码器实现转换为最小项之和用数据选择器实现,3、电路处理,注意有效电平,14,第6章组合电路设计实例,桶式移位器简单浮点编码器双优先级编码器级联比较器关模比较器,15,桶式移位器,具有n个数据输入和n个数据输出控制输入：指定输入输出之间如何移动数据（移位方向、移位类型、移动的位数）设计一个简单16位桶式移位器（向左移位）,若输入：0123456789101112131415,则输出：5678910111213141501234,用4位控制输入S3:0指定移动位数，例:S=0101，,思路：输出的每一位都是从16个输入中选出的。多路复用器（数据选择器）,16,方案一：利用74x151,1、如何扩展路复用器？16个输入端；4个地址选择端；,当S=0101时Y=D5,17,方案一：利用74x151,2、当S=0101时，如何使输出为DIN6,DIN15,DIN4？,当S=0101时Y=D5,DIN8:1,DIN0,15:9,通过控制数据输入端的连接,18,P334图6-1,19,利用三态输出74x251,基本原理：利用多路复用器，通过控制数据输入端的连接使输出产生移位。,负载太大,20,方案二：利用74x157,如何利用2输入4位多路复用控制移位？,基本原理：利用多路复用器，通过控制数据输入端的连接使输出产生移位。,当S=0时，Y=A，不移位当S=1时，Y=B，相当于右移一位改变A端输入数据的连接顺序可以使输出：左/右移动一或多位,21,通过S0控制16位多路复用器移位,22,Si=1：,移动1位,移动2位,移动4位,移动8位,Si=0：,不移动,节省器件，延迟大，P335图6-2,23,首先解决的几个问题：如何确定第一个“1”的位置？如何确定3位指数？如何从第一个“1”开始选出4位？,浮点编码器,1101011010011012701101000010010111110012501111000000000100010200,211121012000,由第一个“1”的位置决定,3位指数,浮点数的表示：BM2ET,截位误差,优先编码器,优先编码器的输出,数据选择器,24,（1）如何确定第一个“1”的位置？,优先编码器,110101101000010010111100000000010BM2ET,通常M3=1只有B10_LB3_L都无效M3=0,（3）如何从第一个“1”开始选出4位M3M2M1M0？,（2）如何确定3位指数？,（由GS端获得）,25,（1）如何确定第一个“1”的位置？,多路复用器只需要选出M2M1M0,（3）如何从第一个“1”开始选出4位M3M2M1M0？,（2）如何确定3位指数？,M2_L,E0_LE1_LE2_L,B9_LB8_LB2_L,同样的，通过改变数据输入端的连接可以得到M2M1M0,通常M3=1只有B10_LB3_L都无效M3=0（由GS端获得）,P337图6-3,26,双优先级编码器,如何找第二高优先级？先“排除”最高优先输入再用74x148找一次,其他输入不变强制最高优先输入无效,利用译码器和“与门”实现（注意有效电平）,可以找出最高和第二高优先级的编码器,需要2个优先编码器1个译码器、若干“与门”,27,B2:0BVALID,28,关模比较器,输入：两个8位无符号二进制整数X和Y一个控制信号M输出：8位无符号二进制整数Z逻辑功能：M=1，Z=min(X,Y)M=0，Z=max(X,Y),思路：（核心问题）（1）比较X,Y的大小（2）使Z为X,Y之一（3