组合逻辑电路

1、组合逻辑电路逻辑电路按照逻辑功能的不同可分为两大类：一类是组合逻辑电路(简称组合电路)，另一类是时序逻辑电路(简称时序电路)。所谓组合电路是指电路在任一时刻的输出状态只与 同一时刻各输入状态的组合有关，而与前一时刻的输出状态无关。组合电路的示意图如图 3.1所示。组合逻辑电路的特点:(1) 输出、输入之间没有反馈延迟通路。(2) 电路中不含记忆元件。输入信号rX1X2组合逻辑电路丫1】丫2输出信号(2)利用公式法或卡诺图法化简逻辑函数表达式。丫款图3.1 组合电路示意图3.1组合逻辑电路的分析方法和设计方法(1 ) 3.1.1组合逻辑电路的分析方法，或者检查电路设计是否合分析组合逻辑电路的目的

2、是为了确定已知电路的逻辑功能 理。组合逻辑电路的分析步骤如下:(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。Y列真值表，确定其逻辑功能。例1分析如图3.2所示组合逻辑电路的功能。解(1 )丫 AB BC ACY AB BC AC表3.1 例1的真值表2)化简(3 )例真值表：如表3 所示图 3.2 例 1 的逻辑电路由表3.1可知，若输入两个或者两个以上的1(或0),输出丫为1(或0),此电路在实际应用中可作为多数表决电路使用。例2分析如图3.3所示组合逻辑电路的功能。解(1)写出如下逻辑表达式：丫1ABA Y1A ABAB B丫2丫3A ABAB B(2)化简一T &1

3、&图3.3例2的逻辑电路(3) 确定逻辑功能：从逻辑表达式可以看出，电路具有“异或”功能3.1.2 组合逻辑电路的设计方法( 2 )组合逻辑电路设计的目的是根据功能要求设计最佳电路。组合逻辑电路的设计步骤分为四步1) 根据设计要求 , 确定输入、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) 根据逻辑功能要求列出真值表、表达式。3 ) 根据要求画出逻辑图。例3 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，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

4、灯。(3) 三个班上自习，两教室均开灯。解(1)确定输入、输出变量的个数：根据电路要求，设输入变量A、E、C分别表示三个班学生是否上自习,1表示上自习，0表示不上自习；输出变量Y、 G分别表示大教室、小教室的灯是否亮,1表示亮,0表示火。2)列真值表：如表 3.2 所示。表3.2例3的真值表(3)化简利用卡诺图化简，如图3.4所示可得：Y BC AC ABG ABC ABC ABC ABCA(B C) A(B O C)ABC(4 )画逻辑图：逻辑电路图如图3.5(a)所示。,将化简后的与或逻辑若要求用T TL与非门，实现该设计电路的设计步骤如下：首先表达式转换为与非形式；然后再画出如图 3 6

5、 (b)所示的逻辑图；最后画出用与非门实现的组合逻辑电路。00n00cI1丿0100 01 11 1000011110000o00G01图3.4 例3的卡诺图Y ACBC ABAC BC ABG ABC ABC ABC ABCABC ABC ABC ABC图3.5例3的逻辑图(a)直接实现；(b)用与非门实现3.2 编码器3.2.1 编码器所谓编码就是将特定含义的输入信号 （文字、 数字、 符号） 转换成二进制代码的过程。实现编码操作的数字电路称为编码器。 按照编码方式不同， 编码器可分为普通编码器和优先 编码器 ; 按照输出代码种类的不同，可分为二进制编码器和非二进制编码器。1. 二进制编码

6、器若输入信号的个数 N与输出变量的位数 n满足N=2 n,此电路称为二进制编码器。 任4线-2线编码器(或4 / 2线何时刻只能对其中一个输入信息进行编码，即输入的N个信号是互相排斥的，它属于普通编 码器。若编码器输入为四个信号，输出为两位代码，则称为 编码器) 例4设计一个4线 2线的编码器。解：(1)确定输入、输出变量个数 ：由题意知输入为Io、11、12、13四个信息，输出为 丫0、丫1，当对li编码时为1，不编码为0 ,并依此按li下角标的值与丫0、丫1二进制代码的值相对应进行编码。(2)列编码表：如表3.3所示。(3)化简(4) 画编码器电路如图3.6所示。丫0Yi图3.6I1 I3

7、丫0|1l3|2丫1l2 I3线一2线编码器编码表表3.32. 非二进制编码器（以二-十进制编码器为例）也称1 0*卜进制编码器是指用四位二进制代码表示一位十进制数的编码电路,线4线编码器。最常见是8421 BCD码编码器，如图3.7所示。其中,输入信号IoI9代表09共10个十进制信号，输出信号 丫0丫3为相应二进制代码。由图3.7可以写出各输出逻辑函数式为丫3I9 I8丫2I7 I 6 I 5 I4Y1I7 I6 I3 I2YoI9 I 7 I 5 I3 Il根据逻辑函数式列岀功能表如表3.4所示。码编码器功能表表 3.48421 BCD3. 优先编码器优先编码器是当多个输入端同时有信号时

8、，电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。例5电话室有三种电话，按由高到低优先级排序依次是火警电话，急救电话，工作电话, 要求电话编码依次为 00、01、10。试设计电话编码控制电路。解：(1)根据题意知，同一时间电话室只能处理一部电话，假如用A、B、C分别代表火警、急救、工作三种电话，设电话铃响用1表示，铃没响用 0表示。当优先级别高的信号有效时，低级别的则不起作用，这时用X表示；用丫1, 丫2表示输出编码。(2)列真值表：真值表如表3.5所示表3.5 例5的真值表(3)写逻辑表达式Yi ABCY2 AB(4)3.2.210丫1丫2画优先编码器逻辑图如图 3.8所示图3.8 例5的优先编码逻

9、辑图集成编码器线4线集成优先编码器常见型号为54/74147、54/74LS147,8线3线常见型号为 54/74148、54/74LS148。1.优先编码器74LS14874LS148是8线 3线优先编码器，如图3.9所示。图中，lo17为输入信号端，是使能输入端，是三个输出端，和是用于扩展功能的输出端。74LS148的功能如表3.6所示。10 一11 一12 13 1 T2 T3 C4 一5 一'oYo>9116丫1s7215'2I丫26TZ314'374LS148I7 474LS14813'4IYex314S(E)_512'5丫2 611&#

10、39;6丫1 710GN D一89Ys15(b)VccYSYexRI2qGYo图 3.974LS148优先编码器(a)符号图;(b)管脚图表3.6优先编码器74LS148的功能表在表3.6中，输入IoI7低电平有效，17为最高优先级，Io为最低优先级。即只要=0 ,不管其他输入端是0还是1，输出只对I7编码，且对应的输出为反码有效,=000。为使能输入端，只有=0时编码器工作，=1时编码器不工作。为使能输出端。当=0允许工作时，如果端有信号输入，=1;若端无信号输入时,=0。为扩展输出端，当=0时，只要有编码信号,就是低电平。,如用两块74LS148可以扩展成为Y0Yex 丫2丫1丫0S74L

11、 S148（低）Ys2.优先编码器74LS148的扩展用74LS148优先编码器可以多级连接进行扩展功能一个16线4线优先编码器，如图3.10所示。丫3Y2Y1Yex丫2丫1丫0S74L S148（高）YsI15 I14 It3 It2 It1 I 10 I.9TTTTTTTTI7 I6I4 I3 I.2 I1 Iprrrmm图3.1016线4线优先编码器根据图3.10进行分析可以看出,高位片S1 =0允许对输入I8Ii5编码，Ysi=1 ,82 = 1 ,则高位片编码,低位片禁止编码。但若I8 I15 都是高电平,即均无编码请求,则Y81=0 允许低位片对输入IoI7编码。显然，高位片的编码

12、级别优先于低位片。3.优先编码器74L8148 的应用。74L8148 编码器的应用是非常广泛的。 例如,常用计算机键盘,其内部就是一个字符编码器。它将键盘上的大、小写英文字母和数字及符号还包括一些功能键（回车、空格）等CPU ，然后再进行处理、存储、编成一系列的七位二进制数码，送到计算机的中央处理单元0 电平到 74LS148 编码器的输入输出到显示器或打印机上。还可以用 74L8148 编码器监控炉罐的温度,若其中任何一个炉 温超过标准温度或低于标准温度，则检测传感器输出一个 端，编码器编码后输出三位二进制代码到微处理器进行控制。3.3 译码器3.3.1 概述译码是编码的逆过程， 即将每一

13、组输入二进制代码 “翻译” 成为一个特定的输出信号。实现译码功能的数字电路称为译码器。译码器分为变量译码器和显示译码器。显示译码器按显示材料分为荧光、变量译码器有二进制译码器和非二进制译码器。发光二极管译码器、 液晶显示译码器 ;按显示内容分为文字、数字、符号译码器。3.3.2 集成译码器1. 二进制译码器（变量译码器）图 3.12 74LS138 符号图和管脚图(a) 符号图 ; (b)管脚图 表 3.8变量译码器种类很多。 常用的有： TTL 系列中的 54/74HC138 、 54/74LS138 ；CMOS1 一A0Y02 A1Y13 一A2丫274LS138丫34 TE2AY45 T

14、E2BY56 一E1Y6Y7(a)15一 141 131 12L 111091 7A0A1_A2E2AE2BE1 Y7 GND 123456781615141374LS1381211109VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6(b)系列中的54/74HC138、54/74HCT138等。图3.12所示为74LS138的符号图、管脚图,其逻辑功能表如表 3.874LS138译码器功能表台匕E1， E2A，E2B由功能表3.8可知，它能译出三个输入变量的全部状态。该译码器设置了否则译码器不工作。个使能输入端，当Ei为1且E2A和E2B均为0时，译码器处于工作状态,2. 非二进制译码器非二进制译码器种类

15、很多,其中二-十进制译码器应用较广泛。二-十进制译码器常用型号有：TTL系列的54/7442、54/74LS42 和 CMOS 系列中的 54/74HC42、54/74HCT42等。图3.13所示为 74LS42的符号图和管脚图。该译码器有A0A3四个输入端，丫0丫9共10个输出端，简称4线-10线译码器。74LS42的逻辑功能表如表 3.9所示。15一14 13 12 A0A1A2A374LS42(a)丫0 丫1 丫2 丫3 丫4 丫5 丫6 丫7 丫8 丫912345678910Y0 Y1-Y2丫3 Y4 Y5'Y6'GN D1234567874LS421615141312

16、11109VCCA0A1A2A3Y9Y8 Y7(b)图 3.13 74LS42二十进制译码器符号图；(b) 管脚图表 3.974LS42二-十进制译码器功能表它有三个辅助控制端O由表3.9知，丫0输出为丫0=当 A3A2AiA0=0000 时， 输出 Yo=o。它对应的十进制数为 0。其余输出依次类推。3. 显示译码器显示译码器常见的是数字显示电路，它通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。1)显示器件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。图3.14(a)所示的半导体发光二极管显示器是数字电路中使用最多的显示器，它有共阳极和共阴极两种接法。共阳极接法（图

17、3.14（c）是各发光二极管阳极相接，对应极接低电 平时亮。图3.14（b）所示为发光二极管的共阴极接法，共阴极接法是各发光二极管的阴极相 接，对应极接高电平时亮。hbnrR图3.14半导体显示器(a)管脚排列图；（b）共阴极接线图；（C）共阳级接线图a f r"如图3.16为显示译码器图 3.1574LS48affce七段数字显示器发光段组合图a"lbfag2 ）集成电路 74LS48的管脚排列图，表3.10所示为74LS48的逻辑功能表,7 A0Ya1 一A1Yb2 一A2Yc6 _A3 74LS48Yd3 TLTYe4 T'B / YbrYf5 T'brYg(a)12345678VccYfYg Ya YbYc 一 YeA1 A2 LT B / ybr Er A3 AoGN D_-LJ16151413 74LS481211109(b)图 3.16 74LS48的管脚排列图表3.1074LS48显示译码器的功能表为试灯输入：当=0时,=1时，若七段均完好，显示字形是“ 8”，该输入端常用于检查74LS48显示器的好坏；当=1时，译码器方可进行译码显示。用来动态灭零，当=1时，且=0 ,输入 A3A2AiAo=OOOO时，贝y=0使数字符的各段熄灭;为灭灯输入/灭灯输出，当=0时不管输入如何，数码管不显示数字