第11章组合逻辑电路

1、 电工电子技术电工电子技术 电工电子技术电工电子技术11.1组合逻辑电路的特点及分析方法任意时刻电路的输出信号仅取决于该时刻输入信号，与电路原来所处的状态无关，这类数字电路称为 组合逻辑电路研究的问题有分析电路和设计电路两大类。分析电路和设计电路的基础是逻辑代数和门电路的知识。 所谓分析，就是根据给定的逻辑电路，找出其输出信号和输入信号之间的逻辑关系，从而确定电路的逻辑功能。 电工电子技术电工电子技术组合逻辑电路的分析步骤分析下图所示组合电路的功能。1F2F3FAB 1 已知逻辑电路图ABF 1AABF2BABF3 ABBABAF 2相应逻辑表达式根据逻辑图写出相应逻辑式 电工电子技术电工电子

2、技术 3化简逻辑式 4列出真值表由真值表可看出：输入AB相同时，输出为0；输入AB相异时，输出为1。显然，这是一个异或门电路，具有。 5指出逻辑功能应用代数法化简逻辑函数式ABBABBABBAAABABABAABABBABAABBABAF)()( 应用了反演律还是应用了反演律应用了分配律应用了吸收律，得到最简形式。 电工电子技术电工电子技术化简 A B C F & & & & 2 1F2F3FFABF 1BCF 2CAF 3 3 CABCABCABCABFACBCABFFFF 321 4 5 1 当输入A、B、C中有2个或2个以上为1时，输出F就为1，否则输出F为0。若输入是裁判，输出是裁定结

3、果，显然该电路是一个多数表决器。分析下图所示组合电路的功能。应用了反演律应用了反演律写出逻辑真值表由真值表数据分析 电工电子技术电工电子技术 F3 1 1 1 1 A B C F F1 F2 1 CBAF1ABBABACABBACABBCBABBACBABBACBAF)(BBACBABFFFF213分析下图所示组合电路的功能。BAF2BFFF213 1 2 3应用了反演律应用了反演律应用了吸收律应用了吸收律 由最简式可直接看出：电路输出只与输入AB有关，且具有功能。 电工电子技术电工电子技术ABC0001011110111111 由最简逻辑函数式可知，电路的输出F只与输入A、B有关，而与输入变

4、量C无关，且F和A、B的逻辑关系为：，即具有对AB的！BBACBABFFFF213也可应用卡诺图对该函数式进行化简：用卡诺图化简之前应找出该逻辑函数具有的所有最小项：BBACBABBACBAF用卡诺图化简：ABBAF 电工电子技术电工电子技术1. 分析下图所示逻辑电路的功能：ABBABABAF 2. 分析下图所示逻辑电路的功能。AB1111BABABABBAABABBAABAF)()(同或功能同或功能 电工电子技术电工电子技术11.2. 组合逻辑电路的设计方法 根据给定的逻辑功能，画出实现该功能的逻辑电路的过程称为组合逻辑电路的设计。用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有黄、绿、红3种

5、，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。要求用与非门组成电路。设黄、绿、红三灯分别用输入变量表示，时为工作，其值为“ ”，时为不工作，其值为“0”；输出报警信号用 表示，正常工作时F值为“0”，出现故障时F值为“ ”。 根据上述假设，我们可根据题目要求，首先把电路的功能真值表表列写出来。 1 确定逻辑函数与变量关系 电工电子技术电工电子技术 A B C F A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 列出相应真值表ABCCBABCACBAF

6、3 列出逻辑函数式BCACCBAFABC00010111101111 4 得出最简式用卡诺图对上式进行化简： 电工电子技术电工电子技术BCACCBABCACCBAF AB C& & & & 1 1 1 5 画出逻辑电路图显然，组合逻辑电路的设计步骤为：据题意确定输入、输出变量的逻辑形式；列出相关真值表；写出相应逻辑表达式；化简逻辑式；根据最简逻辑式画出逻辑电路图。应用非非定律对逻辑式变换，找出输出对输入的关系：对组合逻辑电路的设计问题，不作深入要求，学习者可根据需要自己进一步巩固提高。 电工电子技术电工电子技术11.3 常用中规模组合逻辑电路1. 编码器 把若干个0和1按一定规律编排起来的过程

7、称为。通过编码获得的不同二进制数的组合称为。代码是机器能够识别的、用来表示某一对象或特定信息的数字符号。 十进制编码或某种特定信息的编码难于用电路来实现，数字电路中通常采用二进制编码或二十进制编码。二进制编码是将某种特定信息编成二进制代码的电路；二十进制编码是将十进制的十个数码编成二进制代码的电路。 能实现把某种特定信息转换为机器识别的二进制代码的组合逻辑电路称为。 电工电子技术电工电子技术 一位二进制代码有0和1两种，可以用来表示2个信息；两位二进制代码有四种组合，可以用来表示4种信息；而n位二进制代码有2n种组合，可以用来表示2n个信息。这种二进制编码在电路上较容易实现。(1)10线4线优

8、先编码器 在数字系统中，当编码器同时有多个输入为有效时，常要求输出不但有意义，而且应按事先编排好的优先顺序输出，即要求编码器只对其中优先权最高的一个输入信号进行编码，具有此功能的编码器称为。 优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。只不过优先编码器在设计时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，优先编码器只对其中优先权最高的一个输入信号实行编码。 电工电子技术电工电子技术74LS147编码器的管脚排列图及逻辑符号 10线4线优先编码器是将十进制数码转换为二进制代码的组合逻辑电路。常用的集成芯片有74LS147等。1 2 3 4 5 6 7 816 15 14

9、13 12 11 10 9AIIIIDU 1234CC空脚GND 98765BCIIIII 74LS147优先编码器是一个16脚的集成芯片，其中15脚为空脚，I1I9为信号输入端，AD为输出端。输入和输出均为低电平有效。74LS147优先编码器的优先编码器的管脚排列图管脚排列图 在优先编码器中，优先级别高的信号排斥优先级别低的信号，74LS147优先编码器中I9的优先级别最高，I1的优先级别最低，具有单方面排斥的特性。 电工电子技术电工电子技术74LS147优先编码器真值表 从真值表中可以看出，当无输入信号或输入信号中无低电平“0”时，输出端全部为高电平“1”；若输入端I9为“0”时，不论其它

10、输入端是否有输入信号输入，输出为0110；再根据其它输入端的情况可以得出相应的输出代码。 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 987654321 IIIIIIIIIABCD 电工电子技术电工电子技术 74LS148优先编码器属于变量编码器，其输出位数为n时，输入端的数量为2n。下面以74LS14

11、8为例，介绍这类编码器的功能及应用。(2)8线3线优先编码器74LS14800123SECC YIIIIGOUGND 127654YYSIIII1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974LS148的管脚排列图 当使能输入端S时，电路处于禁止编码状态，所有的输出端全部输出高电平“”；当使能输入端S时，电路处于正常编码状态，输出端的电平由I0 I7 的输入信号而定。 I7的优先级别最高， I0级别最低。 管脚排列图中，I0 I7为输入信号端，Y0 Y2为输出端，S为使能输入端，OE为使能输出端，GS为片优先编码输出端。在表示输入、输出端的字母上，“”号表示低电平

12、有效。 电工电子技术电工电子技术74LS148编码器真值表 使能输出端OE 时，表示电路处于正常编码同时又无输入编码信号的状态。 片优先编码输出端GS时，表示电路处于正常编码且又有编码信号输入时的状态。1 11 00 10 10 10 10 10 10 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11000000000输 出输 入I0I2I1I3I5I

13、4I7I6SY2Y0OEGSY1 电工电子技术电工电子技术74LS148编码器的逻辑功能电路图7I2Y1Y0Y6I5I4I3I2I1I0I 由74LS148变量编码器功能电路图可看出：当某个输入低电平时，按优先级别，输出分别为000、001、010。 输出也是低电平有效，不在线上的视为高电平“1”。000001010011100101110111 电工电子技术电工电子技术74LS148变量编码器的扩展应用 利用使能端的作用，可以用两块74LS148扩展为16线4线优先编码器。 当高位芯片的使能输入端为“0”时，允许对I8I15编码，当高位芯片有编码信号输入时，OE为1，它控制低位芯片处于禁止状

14、态；若当高位芯片无编码信号输入时，OE为0，低位芯片处于编码状态。高位芯片的GS端作为输出信号的高位端，输出信号的低三位由两块芯片的输出端对应位相“与”后得到。在有编码信号输入时，两块芯片只能有一块工作于编码状态，输出也是低电平有效，相“与”后就可以得到相应的编码输出信号。89101112131415 IIIIIIIIS01234567 IIIIIIIIS01234567 IIIIIIII01234567 IIIIIIIISY0Y3Y2Y1OEGS 电工电子技术电工电子技术2. 译码器 译码和编码的过程相反。通过译码可将输入的二进制代码按编码时的原意译成对应的特定信息或十进制数码输出。译码器是

15、一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把机器识别的、给定的二进制代码“翻译”成为人们识别的特定信息，使其输出端具有某种特定的状态，并且在输出通道中相应的一路有信号输出。 译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信号等。 按功能的不同译码器可分为通用变量译码器、代码变换译码器和显示译码器，本节主要介绍变量译码器和显示译码器的外部工作特性和应用。 电工电子技术电工电子技术(1)变量译码器 变量译码器的输入、输出端的数量关系是：当有n个输入端，就有2n个输出端。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。常见的变量译码器有

16、3线8线译码器74 LS138， 4线16线译码器74LS154和带锁存的3线8线译码器74LS131等。6543210CC YYYYYYYUGND A A 712B2A210YGGGA1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9 由74LS138芯片的管脚排列图可看出，它是一个有16个管脚的数字集成电路，除电源、“地”两个端子外，还有三个输入端A2、A1、A0，八个输出端Y0Y7，三个使能端1、G2A、G2B。 电工电子技术电工电子技术74LS138变量译码器逻辑功能电路图7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Y2A1A0A2A1A0A2A1A0A 电工电子技术电工电子

17、技术 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0输 出输 入G2AA2G2BY3Y5Y4A0A

18、1G1Y2Y0Y7Y6Y174LS138译码器真值表 从真值表可看出，当输入使能端G1为低电平0时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平1；当输入使能端G2A和G2B中至少有一个为高电平1时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平1；当G1为高电平1、G2A和G2B同时为低电平0时，由A2、A1、A0决定输出端中输出低电平0的一个输出端，其它输出为高电平1。 电工电子技术电工电子技术 用两片74LS138可以构成4线16线译码器，连接方法如下图示:74LS138译码器的功能扩展 2B2A1210GGGAAA76543210 YYYYYYYYA0 76543210YYYYYYYY1514131

19、2111098 YYYYYYYY 76543210YYYYYYYY 2B2A1210GGGAAAA1A2“1” A3 A3、A2、A1、A0为扩展后电路的信号输入端，Y15Y0为输出端。当输入信号最高位A30时，高位芯片被禁止，Y15Y8输出全部为“1”，低位芯片被选中，低电平“0”输出端由A2、A1、A0决定。A31时，低位芯片被禁止，Y7Y0输出全部为“1”，高位芯片被选中，低电平“0”输出端由A2、A1、A0决定。 电工电子技术电工电子技术逻辑函数逻辑函数FABBCAC 的最小项为：的最小项为： 用74LS138还可以实现三变量或两变量的逻辑函数。因为变量译码器的每一个输出端的低电平都与

20、输入逻辑变量的一个最小项相对应，所以当我们将逻辑函数变换为最小项表达式时，只要从相应的输出端取出信号，送入与非门的输入端，与非门的输出信号就是要求的逻辑函数。利用利用74LS138实现逻辑函数实现逻辑函数FABBCAC Fm(1,2,3,4,5,6)构成的逻辑电路图74LS138译码器可实现逻辑函数CB“1”A 76543210YYYYYYYY 2B2A1210GGGAAA0001011110111111CBCABA 电工电子技术电工电子技术(2)显示译码器 用来驱动各种显示器件，把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显示出来的电路称为。数码显示管是常用的显示器件之一。数

21、码管产品外形图1)数码显示器常用的数码显示管有半导体发光二极管构成的和液晶数码管两类。数码管是用某些特殊的半导体材料分段式封装而成的显示译码器常见器件 。半导体LED数码管的基本单元是PN结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光。 电工电子技术电工电子技术 单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以按分段式封装成半导体数码管，其管脚排列如图所示。 数码管将十进制数码分成七段，每一段都是一个发光二极管，七个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法。前者某一段接高电平时发光，后者某一段接低电平时发光。管脚排列图 a b c d a e f g h g e d cbf共

22、阴极七段管a b c d e f g h UCC a b c d e f g h 共阳极七段管 电工电子技术电工电子技术 半导体数码管在使用时每个管要串联约100的限流电阻。常用的共阴极数码显示器真值表如下： 电工电子技术电工电子技术2)七段显示译码器 七段显示译码器是用来与数码管相配合、把二进制BCD码表示的数字信号转换为数码管所需的输入信号。常用的七段显示译码器型号有：74LS47、 74LS48 、 CC4511等。GNDAALTAA0312 LE g CCe d c b a fU1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9BI 图示为集成显示译码器CC45

23、11的管脚排列图。其中A2A0为输入端；ag为输出端，还有电源端和“地”端；其余为控制端。 正常工作状态下，LT、BI需接高电平，LE锁定端应始终接低电平，均处无效态，在数据输入端A3、A2、A1、A0输入一组8421BCD码，在输出即可得到一组7位的二进制代码，代码组送入数码管，就可以显示与输入相对应的十进制数。 电工电子技术电工电子技术CC4511 功能真值表功能真值表输入输入输出输出LE A3A2A1A0abcdefg 显示字形010 8100 消隐1100000011000011110001021100011311001004110010151100110611001117110100

24、0811010019LTBI 电工电子技术电工电子技术(3)数值比较器 在数字系统中，特别是在计算机中都需具有运算功能，而比较两个数A和B的大小就是一种简单的运算。根据比较的结果决定下一步的操作。具有这种功能的电路称为数值比较器。1)一位数值比较器 当对两个一位二进制数A和B进行比较时，数值比较器的比较结果有三种情况，AB、AB和AB。其比较关系见下表： ABYAB00010011001000111010显然，YAB=AB。 电工电子技术电工电子技术据上述关系式可画出一位数值比较器的逻辑电路图如下:ABYAB2)集成数值比较器 常用的集成数值比较器的型号有4位数值比较器74LS85， 8位数值

25、比较器74LS521， 8位数值比较器，OC输出74LS518等。我们将通过对74LS85的分析，让大家对此类集成逻辑器件的使用方法有一些了解。 电工电子技术电工电子技术 在进行多位数值的比较时，先比较两个数值的最高位，当其不相等时，即可得到比较结果。当其相等时，再进行次高位的比较，不相等时，即得到比较结果。相等时，再进行下一位比较，直到得出比较结果。 74LS85是一个16脚的集成逻辑器件，左示为其管脚排列图。除了两个四位二进制数的输入端和三个比较结果的输出端外，增加了三个低位的比较结果的输入端，用作比较器“”比较位数。74LS85的输入和输出均为高电平有效。 两个74LS85芯片构成八位数值比较器时，可将低位的输出端和高位的比较输入端对应相连，高位芯片的输出端作为整个八位比较器的比较结果输出端。 B3 1 16 UCCAB 2 15 A3AB 3 14 B2AB