第四章+组合逻辑电路+.ppt

数字电子技术基础 第五版 教学课件 信息科学与工程学院 基础电子教研室 数字电子技术基础 第五版 第四章组合逻辑电路 内容提要 本章首先介绍组合电路的特点 然后阐述用小规模集成电路 SSI 实现组合电路的分析方法和设计方法 还介绍几种常用中规模集成电路 MSI 如译码器 数据选择器 加法器等 以及由它们构成组合电路方法 4 1概述 4 2组合逻辑电路分析和设计方法 4 3若干常用的组合逻辑电路 4 4组合电路的竞争冒险 第四章组合逻辑电路 逻辑电路 组合逻辑电路 时序逻辑电路 现时的输出仅取决于现时的输入 除与现时输入有关外还与原状态有关 4 1概述 一 组合逻辑电路的特点 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 列出输入输出真值表并得出结论 电路结构 输入输出之间的逻辑关系 一 组合逻辑电路的分析方法 4 2组合逻辑电路分析和设计方法 Y 例1 分析下图的逻辑功能 EWB仿真 真值表 相同为 0 不同为 1 异或门 解 由4 2 2图可得 其真值表为 例2 分析下图的逻辑功能 其逻辑功能为半加器 奇偶校验电路 器 例3 分析下图的逻辑功能 任务要求 最简单的逻辑电路 1 指定实际问题的逻辑含义 逻辑抽象 列出真值表 设计步骤 二 组合逻辑电路的设计方法 2 定义逻辑状态的含义 3 列出真值表 1 确定输入变量和输出变量 3 根据器件类型化简 4 画出逻辑电路图 2 写出逻辑表达式 以便于化简 例1 设计三人表决电路 A B C 每人一个按键 如果同意则按下 不同意则不按 结果用指示灯表示 多数同意时指示灯亮 否则不亮 逻辑抽象 三个按键A B C作为输入变量 按下时为 1 不按时为 0 输出量为Y 多数赞成时是 1 否则是 0 2 根据题意列出真值表 真值表 m3 m5 m6 m7 用卡诺图化简 3 画出卡诺图 4 根据逻辑表达式画出逻辑图 若用与非门实现 EWB仿真 例2 设计一个用3个开关控制灯的逻辑电路 要求任一个开关都能控制等的由亮到灭或由灭到亮 解 用A B C分别表示三个开关 用 0 表示 关 用 1 表示 开 Y表示灯 用 0 表示 灭 用 1 表示 亮 0 1 1 0 1 0 0 1 用卡诺图化简 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 列出输入输出真值表并得出结论 1 指定实际问题的逻辑含义 列出真值表 3 根据器件类型化简 4 画出逻辑电路图 设计步骤 2 写出逻辑表达式 以便于化简 作业 4 14 6 注意约束条件 要求电路尽量简单 举例 A 1101 B 1001 计算A B 0 1 1 0 1 0 0 1 1 4 3 4加法器 加法运算的基本规则 1 逢二进一 2 最低位是两个数最低位的相加 不需考虑进位 3 其余各位都是三个数相加 包括加数 被加数和低位来的进位 4 任何位相加都产生两个结果 本位和 向高位的进位 一 1位加法器 真值表 A 被加数 B 加数 S 本位和 C 进位 半加器 相加过程中 仅考虑被加数 加数 全加器 A 被加数 B 加数 CI 低位的进位 S 本位和 CO 向高位的进位 相加过程中 既考虑加数 被加数又考虑低位的进位位 全加器的真值表 举例 A 1101 B 0011 计算A B 0 0 1 1 0 0 1 0 二 1位全减器 全减器的真值表 A 被减数 B 减数 BI 低位的借位D 本位差 BO 向高位的借位 三 多位加法器的应用 1 加法运算 2 实现码组变换 A3 A0 一个四位二进制数的输入 B3 B0 为另一个二进制数的输入 CI 最低位的进位 CO 最高位的进位 S3 S0 各位相加后的和 例3 利用4位超前进位加法器74LS283器件组成的电路如图所示 试分析电路所能完成的逻辑功能 解 写出各输入端的逻辑式 则当Y7 0时 74LS283 1 A3 0 A2 D6 A1 D5 A0 D4 74LS283 2 A3 D3 A2 D2 A1 D1 A0 D0 CI 0 做加法后和为Y7 Y0 0D6 D0 当Y7 1时 74LS283 1 A3 1 A2 D6 A1 D5 A0 D4 74LS283 2 A3 D3 A2 D2 A1 D1 A0 D0 CI 1 做加法后和为Y7 Y0 1D6 D0 1 此电路是一个带符号位的二进制求补码电路 Y7为符号位 输入二进制数码为D6 D0 译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高 低电平信号 译码器 二进制译码器 二 十进制译码器 显示译码器 4 3 2译码器 一 二进制译码器 二进制译码器有n个输入端 即n位二进制码 2n个输出线 常见的译码器有2 4译码器 3 8译码器和4 16译码器 二进制代码 高低电平信号 地址输入端 片选输入端 输出端 低电平有效 3 8译码器 74HC138 附加控制端 输入端 输出端低电平有效 仿真 74HC138逻辑功能表 二 译码器的应用 1 地址译码 在计算机与外部设备打交道时 常用二进制译码器做地址译码 把地址信号A 送到译码器的输入 译码器的输出Y 接相应的地址外设的使能端 则对应于地址信号的一组代码 可选中且仅选中一个地址外设 例 利用译码器分时将采样数据送入计算机 工作原理 以A0A1 00为例 脱离总线 2 级联扩展 D3 0 1 片工作 2 片不工作 D3 1 1 片不工作 2 片工作 2 级联扩展 2 Y 0 Y 7 Y 6 Y 1 D 3 用作多路分配器 中规模集成电路是为了实现专门的逻辑功能而设计 但是通过适当的连接 可以实现一般的逻辑功能 用中规模集成电路设计逻辑电路 可以减少连线 提高可靠性 4 实现组合逻辑函数 任何一个逻辑函数都可以表示成最小项和的形式 而3 8译码器的输出对应于不同的最小项 因此 可用3 8译码器方便的实现逻辑函数 例1 试用3 8译码器实现函数 1 例2 设计一个用3个开关控制灯的逻辑电路 要求任一个开关都能控制灯的由亮到灭或由灭到亮 解 用A B C分别表示三个开关 用 0 表示 关 用 1 表示 开 Y表示灯 用 0 表示 灭 用 1 表示 亮 练习1 试用3 8译码器和必要的门实现函数 练习2 试用3 8译码器和必要的门电路实现1位二进制数的全减器 A 被减数 B 减数 BI 来自低位的借位D 本位差 BO 向高位的借位 全减器的真值表 练习 试用3 8译码器实现函数 1 n 2n线译码器 包含了n变量所有的最小项 加上必要的门电路 可以组成任何形式的输入变量小于或等于n的组合逻辑函数 步骤 1 首先将逻辑函数表示成最小项和的形式 2 将逻辑函数转换成3 8译码器的输出信号的形式 3 画出电路图 注意译码器的片选端的连接 小结 基本要求 掌握组合电路的设计方法 了解译码器的工作原理 掌握译码器的扩展实现组合逻辑电路的方法 作业 P212习题 4 12 三 显示译码器 二 十进制编码 显示译码器 显示器件 在数字系统中 常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来 这就要用到显示译码器 显示器件 LED显示器 LCD显示器 显示器件 七段LED显示器 a b c d f g e 共阳极LED 共阴极LED LED数码管 LED显示器具有亮度高 响应时间短 使用寿命长 可靠性高等优点 其缺点是工作电流较大 LCD 液晶 显示器最大优点是低功耗 可在低电压下工作 其缺点是亮度低 响应速度慢 BCD 七段显示译码器 二 十进制编码 显示译码器 显示器件 BCD 七段显示译码器的真值表 A0 A3 BCD码输入端 a g 七段显示码输出端 7448与七段显示器件的连接 为提高显示亮度 可接上拉电阻 00106 800 00000 650 20036 888 106 8 0 65 无效0消隐电路设计 1 显示结果直观醒目 2 降低功耗 从一组数据中选择一路信号进行传输的电路 称为数据选择器 地址信号 输入信号 输出信号 数据选择器类似一个多路开关 选择哪一路信号由相应的一组控制信号控制 4 3 3数据选择器 一 数据选择器的工作原理 74HC153 数据输入端 地址输入端 控制端 输出端 数据输入端 地址输入端 控制端 输出端 数据输入端 控制端 输出端 作数据选择 以实现多路信号分时传送 在数据传输时实现并 串转换 产生序列信号 第6章 级联扩展 实现组合逻辑函数 二 数据选择器的应用 1 用74HC153构成八选一数据选择器 74HC153为双四选一数据选择器 需一片即可产生八路输入信号 需三位地址线控制八路输入端 用最高位控制芯片的控制端 两个输出端相或产生输出信号 分析 D0 D3 D0 D3 1 用74LS153构成八选一数据选择器 1 用74LS153构成八选一数据选择器 D4 D7 D4 D7 如何用四片74HC153实现十六选一数据选择器 2 用数据选择器设计逻辑电路 类似三变量函数的表达式 例1 利用四选一选择器实现如下逻辑函数 与四选一选择器输出的逻辑式比较 可以令 变换 B C F 接线图 例1 利用四选一选择器实现如下逻辑函数 填卡诺图 确定数据D 画出电路 D0 D1 D3 D2 例2 试用4选1数据选择器实现三变量函数 分析 选择地址输入 令A1A0 AB 可任意选择 与四选一选择器输出的逻辑式比较 将F与Y对照可得 例3 用数据选择器74HC153和必要的门电路实现全加器 B CI S CO A 1 EWB仿真 用n位输入的数据选择器 可以产生任何一种输入变量数不大于n 1的组合逻辑函数 设计时采用函数式对照法 地址端作为输入端 数据输入端可以综合为一个输入端 小结 基本要求 了解数据选择器的工作原理 2 掌握数据选择器的扩展实现组合逻辑电路的方法 作业 P212习题 4 16 4 18 4 3 1编码器 用文字 符号或数码表示特定对象的过程称为编码 在数字电路中常用二进制代码表示高低电平信号 能实现编码操作的电路就是编码器 编码器 普通编码器 优先编码器 一 三位二进制编码器 八线 三线编码器 设八个输入端为I0 I7 八种状态 与之对应的输出设为Y0 Y1 Y2 共三位二进制数 设计编码器的过程与设计一般的组合逻辑电路相同 二进制代码 高低电平信号 真值表 8 3编码器逻辑图 仿真 优先编码器允许多个输入信号同时有效 但它只按其中优先级别最高的有效输入信号编码 对级别较低的输入信号不予理睬 如 74HC148即为8线 3线优先编码器 二 优先编码器 74LS148的功能表 注意 输出信号为反码输出 状态信号输入端 代码输出端 选通输入端 低电平有效 低电平有效 选通输出端 扩展端 例 试用74HC148接成16线 4线优先编码器 将A 0 A 1516个低电平输入信号编为0000 111116个4位二进制代码 其中A 15的优先权最高 A 0的优先权最低 1 几片 将第一片的Y S接到第二片的S 上 A 15 A 8 A 7 A 0 2 如何级联 4 输出四位二进制代码的低三位可由两片输出端与非构成 3 输出四位二进制数码的最高位 用第一片的扩展端Y EX 加反相器 1110 0 1 11111111110 0 例 分析下面逻辑图的逻辑功能 1位数值比较器 多位数值比较器 74LS85 在比较两个多位数的大小时 必须自高而低地诸位比较 而且只有在高位相等时 才需要比较低位 数据输入端 扩展端 比较结果输出端 74