数电 第4章-组合逻辑电路

第四章组合逻辑电路,主要内容:,概述组合逻辑电路的分析方法和设计方法若干常用的组合逻辑电路,4.1概述一、组合逻辑电路的特点从功能上2.从电路结构上,任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入,由基本的门电路组成；无反馈支路；无记忆性的元件。,数字电路,组合逻辑,时序逻辑,功能特点：任何时刻的输出只与这一时刻的输入有关，而与电路原来的状态无关。,结构特点：由基本的门电路组成；无反馈支路；无记忆性的元件。,结构特点,功能特点,组合逻辑电路：用各种门电路组成的，用于实现某种功能的复杂逻辑电路。,二、组合逻辑电路逻辑功能的描述,用来表示逻辑函数的几种方法：真值表、卡诺图、逻辑表达式、波形图，都可以用来表示组合逻辑电路的逻辑功能。,4.2组合电路的基本分析方法和设计方法,4.2.1组合逻辑电路的分析,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,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F为1，否则输出F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,逻辑图,逻辑表达式,例2：,最简与或表达式,真值表,电路的逻辑功能,由真值表可知，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。,分析方法：,小结,真值表,电路功能描述,例1：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,1,4.2.2组合逻辑电路的设计,2,逻辑表达式,最简与或表达式,化简,3,2,4,逻辑变换,3,4,5,逻辑电路图,5,真值表,电路功能描述,例2：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。,设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为F，根据逻辑要求列出真值表。,1,穷举法,1,2,2,逻辑表达式,3,最简与或表达式,化简,4,5,逻辑变换,逻辑电路图,3,化简,4,5,小结,设计方法：,逻辑抽象（设定变量、状态赋值、列真值表）,化简(最简表达式),4.3若干常用组合逻辑电路,4.3.1编码器编码：将输入的每个高/低电平信号变成一个对应的二进制代码普通编码器优先编码器,一、普通编码器,特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。例：3位二进制普通编码器,利用无关项化简，得：,二、优先编码器,特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。例：8线-3线优先编码器（设I7优先权最高I0优先权最低）,实例：74HC148,8线-3线优先编码器74HC148,输入输出管脚均为低电平有效,:编码输入端,:编码输出端,:选通输出端,:扩展端,为有效输出时，表示芯片处于工作状态，但无编码输入,为有效输出时，表示芯片处于工作状态，且有编码输入,为有效输入时，表示使芯片处于工作状态,:工作控制端,实例：74HC148,控制端扩展功能举例：,例：用两片8线-3线优先编码器16线-4线优先编码器其中，的优先权最高,用74HC148设计组合逻辑电路,某医院有一、二、三、四号病室四间，每室设有呼叫按钮，同时在护士值班室对应地装有一号、二号、三号、四号4个指示灯。一、二、三、四号病室优先权依次减弱，试用74HC148和门电路设计满足上述要求的逻辑电路，给出控制四个指示灯状态的高低电平信号,三、二-十进制优先编码器,将10个输入信号编成10个BCD代码的优先权最高，最低输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码,一、二进制译码器,把代码状态的特定含义翻译出来的过程称为译码，实现译码操作的电路称为译码器。,把二进制代码的各种状态，按其原意翻译成对应输出信号的电路（000I0)输入：n位二进制代码，输出：2n个信号（Y0,Y1,Yn),4.3.2译码器,常用的有：二进制译码器，二-十进制译码器，显示译码器等,3位二进制译码器,真值表,输入：3位二进制代码输出：8个互斥的信号,逻辑表达式,逻辑图,集成译码器实例：74HC138,低电平输出,附加控制端,集成译码器实例：74HC138,74HC138的功能表：,最小项译码器,利用附加控制端进行扩展例：用74HC138（3线8线译码器）4线16线译码器,将输入的4位二进制代码D3D2D1D0译成16个独立的低电平信号,D3=1,D3=0,二、二十进制译码器,将输入BCD码的10个代码译成10个高、低电平的输出信号,真值表,实例：74HC42,三、显示译码器,BCD8421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：,常用的是七段显示器件,数码显示器,用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器。,b=c=f=g=1，a=d=e=0时,c=d=e=f=g=1，a=b=0时,共阴极,显示译码器真值表,真值表仅适用于共阴极LED,四、用译码器设计组合逻辑电路,例：利用74HC138设计一个多输出的组合逻辑电路，输出逻辑函数式为：,任何逻辑函数都可以写成标准与或表达式的形式,4.3.3数据选择器（dataselector）,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。,控制信号,输入信号,输出信号,四选一集成数据选择器74HC153,功能表,例：用两个“四选一”接成“八选一”,二、用数据选择器设计组合电路,1.基本原理具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数,例如：,F是A,B,C三个变量的逻辑函数,故选2个地址输入端的数选器,即4选1数据选择器;,写出函数的标准与或表达式和数选器的输出表达式;,对比上述两个表达式;D0=0;D1=C;D2=C;D3=1,画出连线图.,方法二:用图形法(卡诺图),画出含变量函数的卡诺图,数选器输出信号的卡诺图,A1,A0,0,1,0,1,D0,D1,D2,D3,例2:分别用8选1数据选择器74LS151和4选1数据选择器74LS153实现逻辑函数：,解（1）用8选1数据选择器74LS151实现。列出函数的真值表。将输入变量A、B、C分别对应地接到8选1数据选择器74LS151的3个地址输入端A2、A1、A0。对照函数的真值表和74LS151的真值表可知，将数据输入端D0、D3、D4、D5接低电平0，D1、D2、D6、D7接高电平1即可。,（2）用4选1数据选择器74LS153实现。以A、B为变量列出函数的真值表。将输入变量A、B分别对应地接到74LS153的2个地址输入端A1、A0。对照函数的真值表和74LS153的真值表可知，将数据输入端D0接C、D1接CD2接低电平0、D3接高电平1即可。,4.3.4加法器,一、1位加法器1.半加器：不考虑来自低位的进位，将两个1位的二进制数相加,2.全加器：将两个1位二进制数及来自低位的进位相加,74LS183,74HC183,二、多位加法器,串行进位加法器优点：简单缺点：慢,2.超前进位加法器基本原理：加到第i位的进位输入信号是两个加数第i位以前各位（0j-1）的函数，可在相加前由A,B两数确定。优点：快，每1位的和及最后的进位基本同时产生。缺点：电路复杂。,74LS283,三、用加法器设计组合电路,基本原理：若函数可变换成输入变量与输入变量相加若函数可变换成输入变量与常量相加,例：将BCD的8421码转换为余3码,4.3.5数值比较器,用来比较两个二进制数的数值大小一、1位数值比较器A,B比较有三种