组合逻辑电路PPT.ppt

第二章组合逻辑电路 2 1 组合电路 输出仅由输入决定 与电路当前状态无关 电路结构中无反馈环路 无记忆 2 2 1 由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式 分析步骤 2 用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简 3 列出输入输出状态表并得出结论 电路结构 输入输出之间的逻辑关系 2 1组合逻辑电路的分析和设计 2 1 1组合逻辑电路的分析 2 3 逻辑图 逻辑表达式 1 1 最简与或表达式 化简 2 2 从输入到输出逐级写出 例 2 4 最简与或表达式 3 真值表 3 4 电路的逻辑功能 当输入A B C中有2个或3个为1时 输出Y为1 否则输出Y为0 所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路 只要有2票或3票同意 表决就通过 4 2 5 逻辑图 逻辑表达式 例 最简与或表达式 2 6 真值表 用与非门实现 电路的输出Y只与输入A B有关 而与输入C无关 Y和A B的逻辑关系为 A B中只要一个为0 Y 1 A B全为1时 Y 0 所以Y和A B的逻辑关系为与非运算的关系 电路的逻辑功能 2 7 2 8 练习逻辑图 逻辑表达式 2 9 电路的逻辑功能 当3个输入变量A B C取值一致时 输出F 1 否则输出F 0 所以这个电路可以判断3个输入变量的取值是否一致 故称为判一致电路 任务要求 最简单的逻辑电路 2 1 2组合逻辑电路的设计 2 10 逻辑抽象 列真值表 写表达式化简或变换 画逻辑图 逻辑抽象 1 根据因果关系确定输入 输出变量 2 变量赋值 用0和1表示信号的不同状态 3 根据功能要求列出真值表 根据所用元器件 分立元件或集成芯片 的情况将函数式进行化简或变换 化简或变换 组合逻辑电路的设计 真值表 电路功能描述 例 设计一个楼上 楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯 使之在上楼前 用楼下开关打开电灯 上楼后 用楼上开关关灭电灯 或者在下楼前 用楼上开关打开电灯 下楼后 用楼下开关关灭电灯 设楼上开关为A 楼下开关为B 灯泡为F 并设开关A B掷向上方时为1 掷向下方时为0 灯亮时F为1 灯灭时F为0 根据逻辑要求列出真值表 1 穷举法 1 实际电路图 2 11 2 逻辑表达式或卡诺图 最简与或表达式 化简 3 2 已为最简与或表达式 4 逻辑变换 5 逻辑电路图 用与非门实现 用同或门实现 2 12 真值表 电路功能描述 例 用与非门设计一个交通报警控制电路 交通信号灯有红 绿 黄3种 3种灯分别单独工作或黄 绿灯同时工作时属正常情况 其他情况均属故障 出现故障时输出报警信号 设红 绿 黄灯分别用A B C表示 灯亮时其值为1 灯灭时其值为0 输出报警信号用F表示 灯正常工作时其值为0 灯出现故障时其值为1 根据逻辑要求列出真值表 1 穷举法 1 2 13 2 逻辑表达式 最简与或表达式 化简 3 2 4 逻辑变换 3 4 2 14 5 逻辑电路图 5 2 15 练习 某工厂有A B C三个车间和一个自备电站 站内有两台发电机G1和G2 G1的容量是G2的两倍 如果一个车间开工 只需G2运行即可满足要求 如果两个车间开工 只需G1运行 如果三个车间同时开工 则G1和G2均需运行 试画出控制G1和G2运行的逻辑图 设 A B C分别表示三个车间的开工状态 开工为 1 不开工为 0 G1和G2运行为 1 不运行为 0 1 根据逻辑要求列状态表 首先假设逻辑变量 逻辑函数取 0 1 的含义 2 16 逻辑要求 如果一个车间开工 只需G2运行即可满足要求 如果两个车间开工 只需G1运行 如果三个车间同时开工 则G1和G2均需运行 开工 1 不开工 0 运行 1 不运行 0 1 根据逻辑要求列状态表 2 17 2 由状态表写出逻辑式 或由卡诺图可得相同结果 3 化简逻辑式可得 2 18 4 用 与 门 或 门和 异或 门构成逻辑电路 2 19 2 20 利用逻辑代数变换 全部用 与非 门构成逻辑电路 2 21 本节小结 组合电路的特点 在任何时刻的输出只取决于当时的输入信号 而与电路原来所处的状态无关 实现组合电路的基础是逻辑代数和门电路 组合电路的逻辑功能可用逻辑图 真值表 逻辑表达式 卡诺图和波形图等5种方法来描述 它们在本质上是相通的 可以互相转换 组合电路的分析步骤 逻辑图 写出逻辑表达式 逻辑表达式化简 列出真值表 逻辑功能描述 组合电路的设计步骤 列出真值表 写出逻辑表达式或画出卡诺图 逻辑表达式化简和变换 画出逻辑图 在许多情况下 如果用中 大规模集成电路来实现组合函数 可以取得事半功倍的效果 2 22 加法器 十进制与二进制 十进制 0 9十个数码 逢十进一 在数字电路中 常用的组合电路有加法器 编码器 译码器 数据分配器和多路选择器等 下面几节分别介绍这几种典型组合逻辑电路的基本结构 工作原理和使用方法 在数字电路中 为了把电路的两个状态 1 态和 0 态 与数码对应起来 采用二进制 二进制 0 1二个数码 逢二进一 2 23 加法器 加法器 实现二进制加法运算的电路 进位 不考虑低位来的进位 要考虑低位来的进位 2 24 一 半加器 半加 实现两个一位二进制数相加 不考虑来自低位的进位 逻辑符号 半加器 2 25 半加器逻辑状态表 逻辑表达式 2 26 二 全加器 全加 实现两个一位二进制数相加 且考虑来自低位的进位 逻辑符号 全加器 2 27 1 列逻辑状态表 2 写出逻辑式 2 28 2 29 全加器SN74LS183的管脚图 2 30 应用举例 用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器 串行进位 最低位相加 无下级来的进位数 故把最低位的全加器的进位输入端1Ci 1接地 2 31 编码器 把二进制数码按一定规律编排 使每组数码具有一特定的含义 称为编码 具有编码功能的逻辑电路称为编码器 n位二进制代码有2n种组合 可以表示2n个信息 要表示N个信息所需的二进制代码应满足2n N 2 32 一 二进制编码器 将输入信号编成二进制代码的电路 2n个 n位 2 33 1 分析要求 输入有8个信号 即N 8 根据2n N的关系 即n 3 即输出为三位二进制代码 例 设计一个编码器 满足以下要求 a 将I0 I1 I78个信号编成二进制代码 b 编码器每次只能对一个信号进行编码 不允许两个或两个以上的信号同时有效 c 设输入信号高电平有效 2 34 2 列编码表 2 35 3 写出逻辑式并转换成 与非 式 2 36 4 画出逻辑图 2 37 将十进制数0 9编成二进制代码的电路 二 二 十进制编码器 表示十进制数 2 38 列编码表 四位二进制代码可以表示十六种不同的状态 其中任何十种状态都可以表示0 9十个数码 最常用的是8421码 即从0000 1111四位二进制数中取前十种状态 表示0 9十个数字 2 39 写出逻辑式并化成 或非 门和 与非 门 2 40 画出逻辑图 2 41 当有两个或两个以上的信号同时输入编码电路 电路只能对其中一个优先级别高的信号进行编码 即允许几个信号同时有效 但电路只对其中优先级别高的信号进行编码 而对其它优先级别低的信号不予理睬 三 优先编码器 2 42 T4147编码器功能表 2 43 例 T4147集成优先编码器 10线 4线 T4147引脚图 低电平有效 2 44 译码器和数字显示 译码是编码的反过程 它是将输入代码的组合译成一个特定的输出信号 一 二进制译码器 2 45 状态表 例 三位二进制译码器 输出高电平有效 2 46 写出逻辑表达式 2 47 逻辑图 011 100 2 48 例 二位二进制译码器 输出低电平有效 逻辑状态表 逻辑式 2 49 逻辑图 2 50 2 4线译码器74LS139的内部线路 2 51 74LS139的功能表 2 52 74LS139管脚图 一片139中含两个2 4线译码器 引线上加 o 也表示低电平有效 2 53 二 二 十进制显示译码器 数字系统中运行的是二进制数 但在数字测量仪表和各种显示系统中 为了便于表示测量和运算的结果以及对系统的运行情况进行监测 常需将数字量用人们习惯的十进制字符直观地显示出来 这就要靠专门的译码电路把二进制数译成十进制字符 通过驱动电路由数码显示器显示出来 在中规模集成电路中 常把译码和驱动电路集于一体 用来驱动数码显示管 2 54 半导体数码管由7个发光二极管按一定形状组合后封装而成 每个发光二极管实质上是一个PN结 当外加正向电压时发光 右图是由7只条状发光二极管和1只点状发光二极管组成的半导体数码管 7只条状发光二极管分别为8字图形的一段 控制不同字段的 2 55 0010010 低电平时发光 高电平时发光 2 56 2 七段译码显示器 2 57 七段显示译码器状态表 若使用共阴极数码管 则将表中的0和1对换 2 58 把上页状态表写出逻辑式并化简得 按上述逻辑关系并增添试灯 灭灯等功能 集成为一片芯片 型号74LS47 其管脚图如下页 2 59 显示译码器74LS47的管脚图 2 60 显示译码器74LS47的逻辑功能表 2 61 LT 试灯输入端 用来测试七段数码管的好坏 RI 熄灭信号输入端 可控制数码管是否显示 RBO 灭零信号输出端 RBI 灭零输入端 用来熄灭不需要显示的0 74LS47与七段显示器件的连接 显示译码器输出与数码管对接时 要分别串一只100 的限流电阻 否则烧坏数码管 2 62 74LS47与七段显示器件的连接 显示译码器输出与数码管对接时 七段发光二极管也可以共用一只100 的限流电阻 只要电阻功率足够 2 63 数据分配器和数据选择器 在数字电路中 当需要进行远距离多路数字传输时 为了减少传输线的数目 发送端常通过一条公共传输线 用多路选择器分时发送数据到接收端 接收端利用多路分配器分时将数据分配给各路接收端 其原理如图所示 使能端 多路选择器 多路分配器 2 64 一 数据选择器 从多路数据中选择其中所需要的一路数据输出 例 四选一数据选择器 输出数据 使能端 2 65 多路选择器广泛应用于多路模拟量的采集及A D转换器中 由逻辑图写出逻辑表达式 2 66 二 数据分配器 将一个数据分时分