第四章 组合逻辑电路PPT课件

.,1,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,.,2,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。,.,3,4.1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,.,4,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,.,5,1.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,.,6,Y,【例1】分析下图的逻辑功能。,EWB仿真,.,7,真值表,相同为“0”不同为“1”,异或门,.,8,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）,.,9,【例3】分析下图的逻辑功能。,.,10,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。,.,11,3.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。,.,12,【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。,.,13,真值表,m3,m5,m6,m7,.,14,用卡诺图化简,3.画出卡诺图：,.,15,4.根据逻辑表达式画出逻辑图。,.,16,若用与非门实现,EWB仿真,.,17,【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”。,.,18,0,1,1,0,1,0,0,1,.,19,用卡诺图化简,.,20,1.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。,.,21,1.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。,.,22,作业,4.14.6（注意约束条件，要求电路尽量简单）,.,23,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,.,24,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。,.,25,一、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。,.,26,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。,.,27,全加器的真值表,.,28,举例：A=1101,B=0011,计算A-B,0,0,1,1,0,0,1,0,二、1位全减器,.,29,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。,.,30,三、多位加法器的应用,（1）加法运算；,（2）实现码组变换。,.,31,A3A0：一个四位二进制数的输入；B3B0：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；S3S0：各位相加后的和。,.,32,【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。,.,33,解：写出各输入端的逻辑式,.,34,则当Y70时，74LS283(1)：A30,A2D6，A1=D5，A0D4，74LS283(2)：A3D3,A2D2，A1=D1，A0D0，CI=0，做加法后和为Y7Y0=0D6D0,.,35,当Y71时，74LS283(1)：A31,A2D6，A1=D5，A0D4，74LS283(2)：A3D3,A2D2，A1=D1，A0D0CI=1，做加法后和为Y7Y0=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D6D0.,.,36,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,.,37,一、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24译码器、38译码器和416译码器。,二进制代码,高低电平信号,.,38,地址输入端,片选输入端,输出端，低电平有效,.,39,.,40,38译码器,-74HC138,附加控制端,输入端,输出端低电平有效,.,41,仿真,.,42,74HC138逻辑功能表,.,43,二、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。,.,44,例：利用译码器分时将采样数据送入计算机。,.,45,工作原理：（以A0A1=00为例）,脱离总线,.,46,2.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,.,47,2.级联扩展(2),.,48,Y,0,Y,7,Y,6,Y,1,D,3.用作多路分配器,.,49,.,50,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。,.,51,【例1】试用38译码器实现函数：,.,52,1,.,53,【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”。,.,54,.,55,.,56,【练习1】试用38译码器和必要的门实现函数：,【练习2】试用38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。,.,57,全减器的真值表,.,58,【练习】试用38译码器实现函数：,1,.,59,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。,.,60,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】,.,61,三、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,.,62,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,.,63,LED数码管,.,64,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。,.,65,BCD七段显示译码器：,二-十进制编码,显示译码器,显示器件,.,66,BCD-七段显示译码器的真值表,.,67,A0A3:BCD码输入端；ag:七段显示码输出端。,.,68,.,69,.,70,.,71,7448与七段显示器件的连接：,为提高显示亮度，可接上拉电阻,.,72,00106.800,00000.650,20036.888,106.8,0.65,无效0消隐电路设计：(1)显示结果直观醒目；(2)降低功耗。,.,73,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,.,74,一、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,.,75,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,.,76,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,.,77,1.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：,.,78,D0D3,D0D3,1.用74LS153构成八选一数据选择器,.,79,1.用74LS153构成八选一数据选择器,D4D7,D4D7,如何用四片74HC153实现十六选一数据选择器？,.,80,2.用数据选择器设计逻辑电路,类似三变量函数的表达式！,.,81,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,.,82,B,C,F,接线图,.,83,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,.,84,【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,.,85,.,86,【例3】用数据选择器74HC153和必要的门电路实现全加器。,.,87,B,CI,S,CO,A,1,EWB仿真,.,88,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。,.,89,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】,.,90,4.3.1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,.,91,一、三位二进制编码器,-八线-三线编码器,设八个输入端为I0I7，八种状态，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,.,92,真值表,.,93,8-3编码器逻辑图,仿真,.,94,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,.,95,74LS148的功能表,.,96,注意：输出信号为反码输出,.,97,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,.,98,【例】试用74HC148接成16线4线优先编码器，将A0A1516个低电平输入信号编为0000111116个4位二进制代码，其中A15的优先权最高，A0的优先权最低。,（1）几片？,.,99,将第一片的YS接到第二片的S上,A15,A8,A7,A0,（2）如何级联？,.,100,（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YEX，加反相器,.,101,1110,0,1,.,102,11111111110,0,.,103,【例】分析下面逻辑图的逻辑功能。,.,104,1位数值比较器,.,105,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,74LS85,.,10