电子技术基础精品课程

1、 电子技术基础精品课程第10章 集成组合逻辑电路 教学内容 教学小结 电子技术基础精品课程 一、重点与难点1、重点：1）半加器、全加器的电路结构及其逻 辑功能. 2）四位算术/逻辑运算单元74LS381的逻 辑功 能、引脚 图及逻辑符号图. 3）8421BCD编码器、优先编码器的逻 辑功能及引脚图. 4）译码器、数据选择器、数据分配器 的逻辑功能.2、难点：1）十进制数七段数码显示译码器. 2）数据选择器的扩展. 电子技术基础精品课程10.1.1 10.1.1 半加器电路半加器电路 半加器是只考虑两个加数本身相加，而不考虑来自低位进位的逻辑电路。设计一位二进制半加器，输入变量有两个，分别为加数

2、A和被加数B；输出也有两个，分别为和数S和进位C。列真值表如表10.1所示。 由真值表写逻辑表达式： 表10.1 半加器的真值表 0 11 11 01 01 00 10 00 1S CA B0 11 11 01 01 00 10 00 1S CA B 电子技术基础精品课程 10.1 10.1 算术运算电路算术运算电路（第（第1 1、2 2学时）学时） 数字系统的基本任务之一是进行算术运算。加法器是数字系统中最基本的运算单元。因为在数字系统中加、减、乘、除都是通过加法来实现。本节先介绍半加器电路，然后介绍集成算术/逻辑单元电路74LS381 。 二、教学内容 电子技术基础精品课程 图10.1 半

3、加器=1&ABSCABCOSC 画出逻辑图如图10.1所示，它是由异或门和与门组成的，也可以用与非门实现。 电子技术基础精品课程 10.1.2 10.1.2 全加器电路全加器电路 全加器是完成两个二进制数Ai和Bi及相邻低位的进位Ci-1相加的逻辑电路。它与半加器的区别在于半加器只有加数和被子加数两数相加而全加器不光有加数和被子加数还有相邻低位的进位三数相加。 全加器的逻辑表达式11111111111iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiSA BCAB CA B CABCABCCABCA BCAB CABCABBCAC 电子技术基础精品课程输入输出AiB

4、iCi-1SiCi000000 0 1 1 00 1 0 1 0 0110110010101011100111111表10.2 全加器的真值表 图10.2(a) 全加器的逻辑图 图10.2(b) 全加器的逻辑符号 CI是进位输入端，CO是进位输出端 。 电子技术基础精品课程10.1.2 10.1.2 集成算术集成算术/ /逻辑运算单元逻辑运算单元 集成算术/逻辑运算单元（ALU）能够完成一系列算术运算和逻辑运算。在这里我们介绍一种常用的集成算术/逻辑运算单元74LS381，它是四位算术/逻辑运算单元，管脚图如图3.3所示，A和B是预定的输入状态，根据输入信号S2S0选择八种不同的功能。 图10

5、.3 74LS381集成 算术/逻辑运算单元 （a）符号图 (b) 引脚图 电子技术基础精品课程选择算术/逻辑运算功能S2 S1 S0 000清零001B减A010A减B011A加B1001 0 1 110111预置BABABA 由表10.3可知，74LS381能够进行六种算术和逻辑运算，并有清零和预置功能。所谓清零是将各数据输出端的状态全为0；预置是使数据输出端输出预定的状态，进行预置操作时，预定的状态从A和B端输入。 电子技术基础精品课程 10.2 10.2 信号变换电路（第信号变换电路（第3 3、4 4学时）学时） 10.2.1 10.2.1 编码器编码器 一般的说，用文字、符号或者数码

6、表示特定对象的过程，都可以叫做编码。所谓二进制编码是用二进制代码表示有关对象（信号）的过程。一般地说，n位二进制代码有2n种状态，可以表示2n个信号。所以，对N个信号进行编码时，可用公式2n N来确定需要使用的二进制代码的位数n。 编码器是实现编码操作的电路，按照被编码信号的不同特点和要求，有二进制编码器、二十进制编码器、优先编码器等。我们在这里介绍10进制8421 BCD编码器 和优先编码器。 电子技术基础精品课程 10进制8421 BCD编码器 日常生活中，人们通常使用10进制数来进行处理计算，然而数字设备却用二进制或代码进行判断处理。10进制8421 BCD编码器的作用就是将人们习惯使用

7、的10进制数变换成8421 BCD码的电路。因为输入有10个数码，要求有10种状态，所以输出需用4位（2n10，取n4）二进制代码。设输入的10个数码分别用I0、I1、I9表示，输出的四位8421BCD码分别采用Y3、Y2、Y1、Y0表示，则真值表如表3.4所示： 电子技术基础精品课程输入输出IY3Y2Y1Y00(I0)00001(I1)00012(I2)00103(I3)00114(I4)01005(I5)01016(I6)01107(I7)01118(I8)10009(I9)1001表10.410进制8421 BCD编码器真值表 电子技术基础精品课程 （a）由或门组成 （b）由与非门组成

8、图10.4 10进制8421 BCD编码器电路图10进制8421 BCD编码器逻辑图如图3.4所示。其中I0是隐含的。 电子技术基础精品课程2优先编码器 优先编码器是当多个输入端同时有信号时,电路只对其中优先级别最高的输入信号进行编码。常用的集成优先编码器IC有10线-4线、8线-3线两种。10线-4线优先编码器常见的型号为54/74147、54/74LS147，8线-3线优先编码器常见的型号为54/74148、54/74LS148。 下面我们以TTL中规模集成电路74LS147为例介绍8421BCD码优先编码器的功能。 电子技术基础精品课程 10线-4线8421 BCD码优先编码器74LS1

9、47的真值表见表3.5。74LS147的引脚图如图3.5所示，其中第9脚NC为空。74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。 74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出。 电子技术基础精品课程 输入端 为0，则输出端以低电平输出6的BCD码9I8I7I6I5I4I2I0I3Y

10、2Y输入信号输出信号001101001111101000111010011111010101111101011111111011001111111011011111111101110111111111011111Y0Y3I1I 表10.5 74LS147的真值表 图10.5 74LS147的引脚图 电子技术基础精品课程10.2.2 10.2.2 译码器译码器 在编码时，所使用的每一种二进制代码状态，都赋予了特定的含义，即表示了一个确定的信号或者对象。把代码的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，而实现译码操作的电路称为译码器。 我们也可以这样来理解译码器，译码器可以将输入代码的状态翻译成相应的输

11、出信号，以表示其原意。 根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是电位。 译码器的种类很多，但其工作原理是相似的，设计方法也是相同的。下面我们介绍常用的三种译码器。 电子技术基础精品课程10线-4线8421 BCD码优先编码器74LS147的真值表见表3.5。74LS147的引脚图如图3.5所示，其中第9脚NC为空。74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。 74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电

12、平0的输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出。 电子技术基础精品课程表10.6 8421 BCD码译码器的真值表 表10.6 电子技术基础精品课程 表中左边是输入的8421 BCD码，右边是译码输出。其中10101111共6种状态没有使用，是无效状态，在正常工作状态下不会出现，化简时可以作为随意项处理。 在中规模集成二-十进制译码器中，对BCD码采用了完全译码方案，即输出函数没有利用随意项化简。这样做的好处是，输入端代码出现无效状态时，译码器不予响应，各个输入信号之间没有约束。 采用完全译码方案的输出函数，可直接由

13、真值表3.6写出，分别为：01230AAAAY 01231AAAAY 01232AAAAY 01233AAAAY 01234AAAAY 01235AAAAY 01236AAAAY 01237AAAAY 01238AAAAY 01239AAAAY 电子技术基础精品课程图10.6 电子技术基础精品课程2. 集成4线-10线译码器 图10.7所示是8421 BCD输入的集成4线-10线译码器74LS42的引脚 排列图和逻辑功能示意图。 （a）引脚排列图 （b）逻辑符号图 74LS42的输出为反变量，即为低电平有效，并且采用完全译码方案。 电子技术基础精品课程3. 84213. 8421BCDBCD码

14、码七段七段1010进制显示的译码器进制显示的译码器 在各种数字设备中，经常需要将数字、文字和符号直观地显示出来，供人们直接读取结果，或用以监视数字系统的工作情况。8421BCD码七段10进制显示的译码器用来驱动各种显示器件。将二进制代码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。 （1）数码显示器 显示器件的种类很多，在数字电路中最常用的显示器有半导体显示器（又称为发光二极管显示器LED）和液晶显示器（LCD）。LED主要用于显示数字和字线。 电子技术基础精品课程 a)共阴极 b)共阳极 图10.8 LED 7段显示器的外形图及二极管的连接方式 电子技术基础精品课程 7段LED数

15、码显示器俗称数码管，其工作原理是将要显示的十进制数码分成7段，每段为一个发光二极管，利用不同发光段组合来显示不同的数字。图10.8所示为数码管的外形结构及内部连接。 数码管中的7个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法，如图3.8 (b)、(c)所示，前已述及，7段数码管是利用不同发光段组合来显示不同的数字。以共阴极显示器为例，若a、b、c、d、g各段接高电平，则对应的各段发光，显示出十进制数字3；若b、c、f、g各段接高电平，则显示十进制数字3。ag组合成为7位代码，成为7段码，要显示的数字一般首先转换成为7段码，然后驱动7段数码管显示。使用时每个二极管要串联一个约100的限流电阻。 电子技术基

16、础精品课程（2）8421BCD码七段10进制显示的译码器 设计显示译码器首先要考虑显示器的字形，现以驱动共阴极的7段发光二极管的二十进制译码器为例，具体说明显示译码器的设计过程。 设输入信号为8421 BCD码，根据数码管的显示原理，可列出驱动共阴极数码管的7段显示译码器的真值表，如表3.7所示。 输入A3、A2、A1、A0是8421 BCD码，其中10101111这6种状态没有使用，是无效状态，化简时可作为随意项处理。输出ag是驱动7段数码管相应显示段的信号，由于驱动共阴极数码管，故应为高电平有效，即高电平时显示段亮。 电子技术基础精品课程表10.77段显示译码器的真值表 电子技术基础精品课

17、程10101111000 0111 1010110100A3A2A1A0用卡诺图进行化简。根据真值表画出输出函数a的卡诺图，如图10.9所示。图10.9 卡诺图由图10.9可得a的最简与或表达式为：2032010aAA AA AAA 用同样的方法可以求得bg的最简与或表达式：21010bAA AA A120cAAA2010dA AA A10031fAA AA A2010eA AA A0213112gAA AA AA A 电子技术基础精品课程用与非门实现上述函数，并考虑共用部分，逻辑图如图1.10所示。 图10.6 电子技术基础精品课程 10.2.3 10.2.3 数据选择器数据选择器 1 1、

18、数据选择器的工作原理、数据选择器的工作原理 数据选择器按要求从多路输入选择一路输出，根据输入端的个数分为四选一、八选一等等。其功能相当于如图10.11所示的单刀多掷开关。 1A0A输入输出Y10000D0001D1010D2D3011 图 10.11 数据选择器示意图 电子技术基础精品课程 在表10.8中A1、A0为地址输入信号，D0D3为供选择的并行输入信号， 为选通端或使能端，低电平有效。当 1时，选择器不工作，禁止数据输入。当 0时，选择器正常工作。由功能表可写出四选一数据选择器输出逻辑表达式:0123()YABDABDABDABD EEE 电子技术基础精品课程 由其功能表可得四选一选择

19、器的逻辑电路，下面我们就介绍四选一选择器的逻辑图和符号图(a) 逻辑图 (b)符号图 图10.12四选一数据选择器 电子技术基础精品课程2.2.数据选择器数据选择器74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，如图10.13所示是74LS151的管脚排列图。功能如表10.9所示。图10.13 74LS151数据选择器213DD0DDG1DD64DD751&1YY11A1A1121A0141235671516GND741518910111214134A02A1AD5D6DD73DD2DD01YVccGY 电子技术基础精品课程DDDDD表10.974LS151的功能表1A2A1A0W100

20、000D000001D110010D220011D330100D440101D550110D660111D77EWDDDDDDDD表10.974LS151的功能表1DDDDDDDDWD 电子技术基础精品课程3.数据选择器的扩展例：将两片74LS151连接成一个十六选一的数据选择器。解十六选一的数据选择器的地址输入端有四位，最高位A3的输入可以由两片八选一数据选择器的使能端接非门来实现，低三位地址输入端由两片74LS151的地址输入端相连而成，连接图如图10.14所示。当A30时，由表3.9知，低位片74LS151工作，A3A2A1A0选择数据D0D7输出；A31时，高位片工作，选择D8D15进

21、行输出。 图10.14 由两片74LS151构成的十六选一的数据选择器 电子技术基础精品课程4.4.数据选择器的应用数据选择器的应用 利用数据选择器，当使能端有效时，将地址输入、数据输入代替逻辑函数中的变量实现逻辑函数。例 试用八选一数据选择器74LS151产生逻辑函数 解把逻辑函数变换成最小项表达式： 八选一数据选择器的输出逻辑函数表达式为： YABCABCAB210212020011210310102420521621070011223344556677YA A A DA A A DA A A DA A A DA A A DA A A DA A A DA A A Dm Dm Dm Dm D

22、m Dm Dm Dm D0136YABCABCABCABCmmmm 电子技术基础精品课程若将式中A2、A1、A0用A、B、C来代替，D0D1D3D61，D2D4D5D70，画出该逻辑函数的逻辑图，如图10.15所示。 图10.15此例的逻辑图 图10.15 此例的逻辑图 YABCEA2A1A0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D71074LS151 电子技术基础精品课程3.2.4 3.2.4 数据分配器数据分配器 数据分配器是数据选择器的逆过程，即将一路输入变为多路输出的电路。数据分配器的示意图3.17所示。 图10.17数据分配器的示意图图 10.18用74LS138作为数据分配器 电子技术基础精品课程 图10.19 74LS138译码器的引脚图