04第四章组合逻辑电路.

1、授课 内容 概要4.1概述，4.2组合逻辑电路的分析和设计方法，431编码器，432译码器，433 数据选择器，4.3.4加法器，4.3.5数值比较器目的 要求理解组合逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；熟练掌握组合逻辑电路的分析和设计方法；熟练掌握编码器、译码器和数据选择器的逻辑功能和应用；理解加法 器和数字比较器的工作原理和逻辑功能。重点组合逻辑电路的分析和设计方法；常用中规模集成的组合电路器件的应用。难点TTL和CMOS门电路的内部结构和工作原理作业 布置4.1，4.3，4.5，4.7，4.10，4.12，4.15，4.16，4.19，4.25, 4.26本章（节）参考 书数字电子技术

2、基础（第五版）教学方法演讲法、启发式主要教具多媒体课件备注授课过程及内容备注第四章组合逻辑电路 4.1概述1 逻辑电路的分类（1）组合逻辑电路（简称组合电路）；（2）时序逻辑电路（简称时序电路）。2、组合逻辑电路的特点而与前（1）功能特点：任一时刻的输出状态仅仅取决于同一时刻的输入状态,一时刻的状态无关。（2）结构特点：不包含记忆单元，即存储单元。3、组合逻辑电路的描述如图所示：组合逻辑电路输出信号用一组逻辑函数表示为:丫1f1（X、X2、Xn)斗丫2f2（X、X2、Xn)JYnfn(X1、X2、Xn)4.2组合逻辑电路的分析和设计方法一、 分析方法分析就是已知电路的逻辑图，分析电路的逻辑功能

3、。 分析步骤如下：（1）根据已知的逻辑图，从输入到输出逐级写出逻辑函数表达式。（2）利用公式法或卡诺图法化简逻辑函数表达式（最简与或表达式）（3）列真值表。（4）确定其逻辑功能。例1、分析下图组合逻辑电路的功能。（3）列真值表:ABC丫0 0 000 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11（4）由真值表知： 若输入两个或者两个以上的1,输出丫为1 功能：在实际应用中可作为多数表决电路使 用。练习：分析如图所示组合逻辑电路的功能二、设计方法设计就是已知实际逻辑问题，设计实现该功能的最简电路。设计步骤如下：（1） 根据实际逻辑问题进行逻辑抽象，即确定输入、

4、输出变量的个数，并对它们进行逻辑赋值（即确定0和1代表的含义）。（2）根据逻辑功能列出真值表，求出逻辑函数表达式。（3）选定逻辑器件。1、若选用SSI （小规模门电路），则化简函数表达式，画出实现电路；2、若选用MSI （中规模门电路），则变换函数表达式形式，画出实现电路。 例2、有三个班学生上自习，大教室能容纳两个班学生，小教室能容纳一个班 学生。设计两个教室是否开灯的逻辑控制电路，用 SSI门电路实现。要求如下：（1） 一个班学生上自习，开小教室的灯。（2）两个班上自习， 开大教室的灯。（3）三个班上自习， 两教室均开灯。解：（1）逻辑抽象：设输入变量A、E、C分别表示三个班学生是否上自习

5、，1表示上自习，0表示 不上自习；输出变量Y、 F分别表示大教室、小教室的灯是否亮，1表示亮，0表示灭。（2）列真值表：ABCYF0 0 0000 0 1010 1 0010 1 1101 0 0011 0 1101 1 0101 1 111Y BC AC AB(3)函数表达式：YABC ABC ABC ABCABC ABC ABC ABCF 00 01 11 101F ABC ABC ABC ABC =A B C(4 )画逻辑图:ABCFY课堂练习：P179 3.44.3若干常用的组合逻辑电路(MSI )一、 编码器(重点：定义、逻辑真值表)1、定义、分类2、实例介绍3、应用1、定义、分类编

6、码：用二进制代码组合表示特定含义的输入对象 而编码器就是实现编码操作的数字电路。分类：(例如文字、数字、符号等(1)按输入、输出的端数不同二进制编码器：2n(IN) f n(OUT) 二十进制编码器：10(IN) f n=4(OUT)(2)按照编码方式规则不同普通编码器：每次只允许一个输入对象。 优先编码器：每次允许多个输入对象，但只对 优先级别最高的进行编码。2、实例介绍(1) 3位二进制编码器(也称8/3线编码器，是一普通编码器)TaT1la14.Il I4T,Yi Y1Yd10Q000A0000010000000(110010(*0000I00J0100u0011000U10口0I000

7、0000aQ10L0门Q0门0L01000Q000Q1I1IIo |7是输入端,编码器工作；S=1，Ys=0，编码器工作，但无信歸eE输入信号高电平有效。写出输出的函数表达式，化简有:丫21415 丨6 丨7Yl 12 J h 丨7Y。Il I3 I5 I7编码器电路图：（2）优先编码器（74LS148）74LS148 是-看74LS148的逻辑图（P141）,制端，下面依次介绍一下：S :片选信号，S=0，Ys :选通输出端丫0丫2是输出端，还有一些控编码器禁止工作。Yex :扩展端，Yex=O,编码器工作，且有信号输入芯片的管脚分布图为:I ；憤丨 A I 二 | 二 | 二 IA in

8、innn th n74LS148的功能表P142的功帶衰人rII巧1XXXXXX11111Utii1i)i1111野J0XX*XKXMMuu0If1n仙XJCXKXX01u0J1bXXXX0IJ010IDi|XXXKa1IrCltribMXMbl11J(191卄iiX.4L111Iu1I0o*11.It1110ILI01111111I1III（3）二十进制编码器（74LS147） 引脚分布图为：TTTTTTTT二 2 匸g74LS147 的功能表 （P144 表 3.3.3）3、应用：小测验：用与非门设计一个三变量判偶电路。 当输入变量中有偶数个1时，输出1； 否则输出为0。、译码器(重点：定

9、义、分类、输出与输入之间的关系)1、定义、分类2、实例介绍3、扩展问题4、应用：用译码器实现逻辑函数1、定义、分类译码：编码的逆过程，即将每一组输入的二进制代码翻译”为一个高、低电平的输出信号。而实现译码功能的数字电路称为译码器。分类：(1) 二 进制译码器：n (IN) 2n (OUT)2) 二 十进制译码器：4 (IN) 10 (OUT)，即将10个BCD代码译成10个高、 低输出信号。(3) 显示译码器(BCD 七段显示译码器)：4(IN) 7 (OUT)2、实例介绍(1) 3位二进制译码器(3/8线译码器)：74LS1383位二进制译码器的框图为：F面介绍一 TTL集成译码器74LS1

10、38：功能表A.输LU1 J5 + 5,4,A,4*Y.附FiFYsY.Yi师XXK11111111X1XX嵩1111111I100a011.111111u011u11L111JQuJ0J101111iJa0i11JI10J11111001I1101111A0111i11n1111A0)i111flI1命1V1JI11111a输出为低电平有效根据功能表写出输出的函数表达式：Y 0 A 2 A1A 0 moY 1 A 2 A1A 0 m1Y 2 A2A1A0 m2Y 7 A2A1A0 m?故这种译码器也叫做最小项译码器芯片的管脚分布图：I I I U II IQ 旺 祸，E 一 = A A&(2

11、) 二十进制译码器：74LS142 真值表：P150（3）显示译码器（BCD 七段显示译码器）数码显示器按显示方式有分段式、字形重叠式、 点阵式。 其中，七段显示器应用最普遍。七段显示器分为半导体数码管（LED七段显示器）和液晶显示器两种。LED七段显示器LED显示器外形图为：dpabcdefgdp2Sf1JiEE7分为七段，每段都是一个发 光二极管（LED ）,有共阳 极和共阴极两种接法。COM（a）共阴极abcdefgdpZci1111c111 (21 4szdCOM(b)共阳极七段显示器为了显示 BCD码，需用显示译码器将代码译成数码管所需的驱动信号显示译码器（BCD 七段显示译码器）：

12、74LS48以共阴极接法为例：显示译码器LEDABCD真值表：(高电平有效)输A岀1A.i.附也U仁y4fly.11ifniI111I打1uifIH1V0n0e2呻01q11ItV1卄1i0tJ11110I4(116*11u胡115什1町J1t1u11bII11n*Mj1iiD飞|i1f111II0朴前10ii0I11n1l1L1atiiij1集成显示译码器7448:A1116一 VccA21215_ Yf三个辅助控制端LT、BI /RBO、TT 一RBIBI/RBO !341413YgYa的功能和用法见P155RBI7448512一 YbA3 一611YcA0,710丫 dGND-189Ye

13、3、扩展问题用两片3/8线译码器74LS138扩展一个4/16线译码器。P148例3.3.2当D3=0, 74LS138(1)工作，而 74LS138(2)禁止工作，故将输入 D3D2D1D0的 00000111 代码译成 Zo Z7 ； 当 D3=1 时，74LS138(2)工作，而 74LS138(1)禁止工 作，将D3D2D1D0的10001111代码译成Z8Z15。4、应用：用译码器实现逻辑函数例1、 用3/8线译码器74LS138和门电路产生如下多输出逻辑函数丫1 AC4 解:丫 ABC ABC BC，丫1 AC ABC ABC m7 m.Y2 A BC ABC BC ABC ABC

14、 ABC ABC m m m? m3令 A2=A、A 1=B Ao=CJ Y1 m7 m5 m?m5 Y7丫5Y2 m1 m3 m4 m7 mim3m4m? Y iY 3Y4 Y 7电路的接法LS138为：ABCA2AiAo515253YoYi丫2丫374lY5-YY2& uY1例 2、P158 例 3.3.3 4.3.3数据选择器（重点：定义、输出表达式）一、定义二、实例介绍三、扩展四、应用：用数据选择器实现逻辑函数、定义在数字信号的传输过程中，数据选择器（也称多路开关）可以从多路输入 选择一路输出。其功能如图：控制信号、实例介绍（1）双4选1数据选择器：74LS15374LS153中集成了

15、两个四选一数据选择器，其中一个的逻辑图和符号图是:囚逍二其中,Ai、Ao为控制数据传送的地址输入信号，DioD13供选择的四路输入信 号，Si为使能端。当宮=1时，禁止数据输入，选择器不工作；当Si =0时，允许数据选通，选择器正常工作。当正常工作时，输出表达式为：丫1(AiAo)Dio(AiAo)Dii(A iA 0 )D 12 (A 1A 0) D13由逻辑表达式可列出功能表:输入输出SAiA0Yi1XX0000Di0001Dii010Di2011Di3(2)8选1数据选择器：74LS152管脚分布图：IIi吗13 LJoqE6.科r屮中TPJ- t输出表达式为:丫 (A2AiAo)Do

16、(A2AiA0)D1 (A2A1Ao)D2 (A 2A 1A0)D3(A2AiAo)D 4 (A 2 A1A0)D5(A2A1A 0) D6 (A2A1Ao)D 7三、扩展用一片双4选1数据选择器74LS153组成一个8选1数据选择器 第三地址输入端使用使能端，则真值表为：A2 A i A0Yi Y2Y0 0 0Di0 0D00 0 1Dii 0Di0 1 0Di2 0D20 1 1Di3 0D31 0 00 D20D41 0 10 D2iD51 1 00 D22D61 1 10 D23D7输出为高电平有效，输出用或门实现，如图:若输出为低电平有效，贝U输出用与门实现。四、应用：用数据选择器实

17、现逻辑函数例、用8选1数据选择器(高电平有效)实现以下逻辑函数：Z ABC AC ABC 解：思路：定义、输出表达式一逻辑函数步骤：(1)写出8选1数据选择器的输出表达式：Y (A2AiAo)D0 (A2AiA0)D!(人2八小0)。2 (A 2A!A0)D3 (A2AiAo)D4 (A2AiA0)D5 (A2A!Ao)D6 (AqA + JD?(2) 将逻辑函数向表达式靠(出现的项乘以 1,未出现的项乘以0,未出现的变量 保留)。令 A = A2, B = A1, C = Ao,贝UZ ABC 1 ABC 0 ABC 0 ABC 1 ABC 0 ABC 1 ABC 0 ABC 11 0(3)

18、 现令D0= D3= D5= D7= 1, D1= D2= D4= D6= 0,即可用数据选择器实现逻辑 函数Z。(4) 画出数据选择器的接线图ABC 注：如果数据选择器有使能端，注意其接法434加法器一、一位加法器1、半加器半加器是只考虑两个加数本身，而不考虑来自低位进位的逻辑电路。半加器的真值表为：ABSCO0000011010101101其中，A、B分别为加数和被加数，是输入变量；S为和，C为进位，是输出 变量。由真值表写逻辑表达式:S AB AB， CO=AB画出逻辑图如图所示:SCO(a)(a)逻辑图;(b)(b)逻辑符号2、全加器全加器是完成两个二进制数和相邻低位的进位相加的逻辑电

19、路 全加器的真值表为：CIABSCO000000011001010011011001010101110011其中，A和E分别是被加数和加数，CI为相邻低位的进位，S为本位的和，CO 为本位的进位。一种全加器(74LS183)的逻辑图和逻辑符号为：CICO(b)SCOABCI(a)1/2逻辑图；(b)逻辑符号二、多位加法器1、串行进位加法器依次将低位全加器进位输出端CO接到高位全加器的进位输入端CI，就组成了 多位串行进位加法器。如图是一个 4位串行进位加法器：C3缺点：运算速度慢2、超前进位加法器74LS283是一集成的4位超前进位加法器。符号图和管脚图如图所示:ULJLJLLlLJLJLLJLd1 11 1 1 1 1 1冷Aj Aj Aj日;1弓2日3日4CqC4三1瓦2三31111三、应用：用加法器实现逻辑函数1、 逻辑函数能化成输入变量与常量相加，则可用加法器实现；P168例4.3.72、逻辑函数能化成输入变量与另一组输入变量相加，也可用加法器实现。例1、设计一电路，已知输入为8421 BCD码，要求当输入小于5时，输出为输入 数加2;当输入大于等于5时，输出为输入数加4。用4位加法器及基本逻辑门实 现。解：按要求写出真值表：A R c n口 3 口 2B1B0Y 3 丫2 Y1 Y 0000000101 o1 1 11 u000-V1D00D0,o01,00010o