《电工电子技术》——门电路及组合逻辑电路.ppt

第10章门电路及组合逻辑电路 10 1逻辑代数及应用10 2基本门电路10 3复合门电路10 4TTL集成门电路10 5 CMOS门电路10 6组合逻辑电路10 7常用的逻辑器件 10 1逻辑代数及应用 10 1 1数制及其转换 1 数制的基本概念 数码 指的是数制中用来表示基本数值大小的一组固定的符号 例如 十进制有十个数码 分别是1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 基数 指的是进位的标志 其值等于数制所使用数码的个数 二进制的基数为2 十进制的基数为10 位权 指的是数制中某一位上的1所表示数值的大小 所处位置的权重 例如 十进制数168 1的位权是100 6的位权是10 8的位权是1 2 常用的数制 1 十进制 2 二进制 3 十六进制和八进制 3 常用数制之间的转换 整数时 二进制数转十进制数的公式为 1 十进制与二进制之间的转换 整数时 十进制数转换成二进制数 公式为 第二种情况 小数时 二进制与十进制之间的转换 1 小数时 二进制数转十进制数的公式为 2 小数时 十进制数转换成二进制数 公式为 第二种情况 即有整数又有小数时 二进制与十进制之间的转换 方法是分开分别计算 然后进行相加运算 10 1 2逻辑代数的运算法则 1 基本逻辑运算 在逻辑运算中有三种基本运算法则 即逻辑 与 也可称逻辑 乘 逻辑 或 也可称逻辑 加 和逻辑 非 也可称逻辑 反 三种运算 2 逻辑代数的基本定律 详见表10 1逻辑代数的基本定律 3 逻辑代数的基本规则 1 代入规则 2 反演规则 3 对偶规则 10 1 3逻辑函数的化简 最简逻辑函数的两个特点 1 函数中的与项 即乘积项 的个数最少 2 每个乘积项中的变量个数最少 逻辑函数的化简一般有两种方法 一种是代数化简法 运用逻辑函数的基本规则进行化简 其优点是基于现有的逻辑表达式进行化简 其缺点是有时很难判断是否是最简逻辑表达式 另一种是卡诺图化简法 代数化简法中常用的方法有 1 吸收法 运用吸收律消除多余的项 2 并项法 利用公式 消除当中的一些变量 3 消去法 运用吸收律消除多余的项 4 配项法 因为 可在逻辑函数的某些项中 增加必要的乘积项 再利用上述几种方法进行化简 10 2基本门电路 10 2 1与门电路 与门电路的电路符号如右图所示 10 2 2或门电路 或门电路的逻辑符号如右图所示 10 2 3非门电路 非门电路的逻辑符号如右图所示 10 3复合门电路 这三种电路组合起来才能完成一定的功能 它们组合起来的电路称为复合门电路 10 3 1与非门电路 与非门电路的应用 与非电路符号为 与非门电路的真值表 10 3 2或非门电路 电路符号 或非门的真值表 10 3 3与或非门电路 与或非门的电路符号 与或非门电路的表达式为 与或非门电路的真值表 10 4TTL集成门电路 10 4 1TTL典型集成门电路 TTL与非门电路 1 TTL与非门的电路图 1 电路结构和工作原理 2 TTL与非门电路的逻辑符号 3 工作原理 详见书本 2 TTL与非门电路的技术参数 1 输出高电平 2 输出低电平 3 开门电平 4 关门电平 5 扇入系数 6 扇出系数 7 输入短路电流 8 高电平输入电流 9 平均传输延迟时间 10 空载功耗 3 TTL与非门集成电路芯片 a 7400芯片 b 7420芯片 10 4 2TTL集电极开路门 OC门 TTLOC门电路和电路符号 10 5 CMOS门电路 TTL逻辑门电路在实际应用中存在电路的功耗大 线路复杂 集成度受到一定限制等不足之处 CMOS门电路是在TTL门电路问世后 开发出来的又一种广泛应用的数字集成器件 由于所用材料和生产工艺的改进 CMOS门电路与TTL门电路相比 其功耗 抗干扰能力和集成程度度远优于TTL 且工作速度也较快 CMOS门电路有可能超越TTL门电路而成为占主导地位的电子逻辑器件 10 5 1CMOS非门电路 CMOS非门电路 10 5 2CMOS与非门电路 CMOS与非门电路 10 6组合逻辑电路 多个门电路放在一起完成一定功能而形成的电路 称为组合电路 首先我们应该掌握一定的方法 分析组合逻辑电路的能力 再者 我们还得有一定的设计组合逻辑电路的能力 1 组合逻辑电路分析的步骤 1 由组合电路的逻辑图写出组合电路各输出端的逻辑表达式 2 运用代数法或卡诺图法化简和变换逻辑表达式 3 写出各输出端的真值表 4 根据逻辑表达式和真值表对组合逻辑电路进行分析 最后确定其功能 10 6 1组合逻辑电路的分析 2 组合逻辑电路分析举例 例题10 6 1 步骤一 写出输出端Y的逻辑表达式为 步骤二 化简 由于上式已经是符合分析的要求了 所以不需要再化简了 步骤三 根据输出端逻辑表达式 写出真值表 步骤四 分析真值表后 可发现当输入端A B C三个输入变量中 1的取值有奇数个时 输出端Y输出为1 反之 输出端Y输出为0 从真值表分析后可知 该电路可以用来检查3位二进制码的奇偶性 即输入的二进制码含有奇数个1时 其输出信号为有效信号 所以此电路又称为可校验电路 10 6 2组合逻辑电路的设计 1 组合逻辑电路设计的步骤 1 分析给定的逻辑功能 列出相应的真值表 2 根据真值表写出相应的逻辑表达式 并进行化简 3 根据化简后的逻辑表达式 画出逻辑电路图 2 组合逻辑电路设计举例 例题10 6 3设计一个三人表决器 实现 少数服从多数 的原则 步骤一 分析给定的逻辑功能 列出相应的真值表 步骤二 根据真值表写出相应的逻辑表达式 并进行化简 步骤三 根据化简后的逻辑表达式 画出逻辑电路图 10 7常用的逻辑器件 10 7 1数据选择器 1 数据选择器的定义和功能 数据选择器又称多路选择器或多路开关 它是一个多输入 单输出的逻辑器件 数据选择器示意图 2 数据选择器的逻辑电路和真值 逻辑表达式为 真值表 3 其他数据选择器 Y A1A0D0 A1A0D1 A1A0D2 A1A0D3 1 四选一数据选择器 芯片74LS153 国产T1153 T4153 双4选1数据选择器 2 八选一数据选择器 74LS151是八选一集成数据选择器 他的管脚图如图 10 7 2编码器 能够将某一信息 输入 变换成为某一特定代码 输出 的逻辑电路称为编码器 如8421码编码器 二进制编码器 雷格码编码器等 1 二进制编码器 1 4线 2线二进制编码器的工作原理 其示意图如下图所示 2 4线 2线二进制编码器的应用 例如 某一抢答现场 要将4个抢答器的输出信号编为二进制代码进行控制 设计一个简单的电路实现此功能 2 二 十进制编码器 二 十进制编码 英文简称为BCD 码 就是指用二进制编码来表示十进制中的0 1 2 3 4 5 6 7 8 9十个数码 由于三个二进制码只有八种状态 4个二进制码有16个状态 要表示十进制中的十个数码至少需要10种状态 所以至少需要4个二进制码来表示十进制编码 从四位二进制中的16种状态中选择十种状态有不同的选择方法 其中比较常见的是 8421BCD码 8421BCD编码器常用芯片 74LS147管脚分配图 10 7 3译码器 译码器可以理解为是编码器的逆过程 即将某个二进制代码翻译成相应的控制信号 实现一定的功能 实现译码操作的电路称为译码器 1 二进制译码器 2线 4线译码器电路逻辑图 2 二 十进制译码器 二 十进制译码器常用芯片 74LS42管脚分配图 10 7 4数码显示器 七段式数字显示器 它由七根发光的笔划组成 不同的发光段组合可显示0