数字电子技术第四章

1、2022-7-612022-7-62数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路组合逻辑电路: : 任意时刻的输出仅仅取决于当任意时刻的输出仅仅取决于当时的输入信号，而与电路原来的状态无关。时的输入信号，而与电路原来的状态无关。 本章内容提要本章内容提要小规模集成电路小规模集成电路(SSI)构成构成组合逻辑电路的一组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。般分析方法和设计方法。常用组合逻辑电路的基本工作原理及常用中常用组合逻辑电路的基本工作原理及常用中规模集成（规模集成（MSI）组合逻辑电路的逻辑功能、使）组合逻辑电路的逻辑功能、使用方法和应用举

2、例。用方法和应用举例。2022-7-631. 1. 分析的主要步骤如下：分析的主要步骤如下： (1)(1)由逻辑图写表达式；由逻辑图写表达式； (2)(2)化简表达式；化简表达式； (3)(3)列真值表；列真值表； (4)(4)描述逻辑功能。描述逻辑功能。小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，求出电路的逻辑功能。电路图，求出电路的逻辑功能。2022-7-64例例4-1 4-1 试分析试分析图图3-13-1所示电路的逻所示电路的逻辑功能。辑功能。解：第

3、一步：解：第一步：由逻辑图可以写输由逻辑图可以写输出出F的逻辑表达式的逻辑表达式为：为： 图3-1 例3-1逻辑电路图BCACABF2022-7-65 第二步：可变换为第二步：可变换为 F = AB+AC+BC 第三步：列出真值表如第三步：列出真值表如表表4-14-1所示。所示。F表4-1 例3-1真值表 第四步：确定电路的逻第四步：确定电路的逻辑功能。辑功能。 由真值表可知，三个变由真值表可知，三个变量输入量输入，只有两，只有两个及两个以上变量取值为个及两个以上变量取值为1 1时，输出才为时，输出才为1 1。可见电路。可见电路可实现可实现多数表决多数表决逻辑功能逻辑功能。BCACABF202

4、2-7-66仿真仿真 2022-7-67解：为了方便写表达式，在图中标注中间变解：为了方便写表达式，在图中标注中间变量，比如量，比如F1、F2和和F3。SBABABABABAABBABAABBABABFAFFF)(1132ABABFC12022-7-68表4-2 例4-2真值表该电路实现两个一位该电路实现两个一位二进制数相加的功能。二进制数相加的功能。S S是它们的和，是它们的和，C C是向高位是向高位的进位。由于这一加法器的进位。由于这一加法器电路没有考虑低位的进位，电路没有考虑低位的进位，所以称该电路为半加器。所以称该电路为半加器。根据根据S S和和C C的表达式，将原的表达式，将原电路图

5、改画成图电路图改画成图3-23-2（b b）所示的逻辑图。所示的逻辑图。图4-2（b）逻辑图2022-7-69. .组合逻辑电路的设计步骤：组合逻辑电路的设计步骤： (1)(1)分析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值；分析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值； (2)(2)列真值表；列真值表； (3)(3)写出逻辑表达式，并化简；写出逻辑表达式，并化简； (4)(4)画逻辑电路图。画逻辑电路图。与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。逻辑电路。20

6、22-7-6102. 2. 组合逻辑电路设计方法举例。组合逻辑电路设计方法举例。 例例4-3 4-3 一火灾报警系统，设有一火灾报警系统，设有烟感、温感和烟感、温感和紫外光感紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警，三种类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时，报警系统灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。产生报警控制信号。设计设计一个产生报警控制信号的电路。一个产生报警控制信号的电路。解：解：(1)(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值； 输入变量

7、：烟感输入变量：烟感A A 、温感、温感B B，紫外线光感，紫外线光感C C； 输出变量：报警控制信号输出变量：报警控制信号Y Y。 逻辑赋值：用逻辑赋值：用1 1表示肯定，用表示肯定，用0 0表示否定。表示否定。2022-7-611 (2)(2)列真值表；列真值表； 把逻辑关系转换成数字表示形式把逻辑关系转换成数字表示形式； 表3-2 例3-3真值表 (3) (3) 由真值表写逻辑表达式，由真值表写逻辑表达式，并化简；并化简； 化简得最简式：2022-7-612图4-3 例4-3的逻辑电路图 (4) (4) 画逻辑电路图：画逻辑电路图： 用与非门实现，其逻辑图与例用与非门实现，其逻辑图与例3

8、-13-1相同。相同。 如果作以下变换：如果作以下变换： 用一个与或非门加一个非门就可以实现，用一个与或非门加一个非门就可以实现， 其逻辑电路图如图其逻辑电路图如图4-34-3所示。所示。2022-7-613例例 4-4 有三个班学生上自习，大教室能容纳两个班学生，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：控制电路，要求如下： (1) 一个班学生上自习，一个班学生上自习， 开小教室的灯。开小教室的灯。 (2) 两个班上自习，两个班上自习， 开大教室的灯。开大教室的灯。 (3

9、) 三个班上自习，三个班上自习， 两教室均开灯。两教室均开灯。 解解 （）（） 确定输入、确定输入、 输出变量的个数输出变量的个数: 根据电路要求，设根据电路要求，设输入变量、分别表示三个班学生是否上自习输入变量、分别表示三个班学生是否上自习, 1表表示上自习示上自习, 表示不上自习；表示不上自习； 输出变量、输出变量、 分别表示大分别表示大教室、小教室的灯是否亮教室、小教室的灯是否亮, 表示亮表示亮, 表示灭。表示灭。2022-7-614（）（） 列真值表：列真值表： 如表如表3-4所示。所示。 A B C Y G 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1

10、1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 12022-7-615 () 画逻辑图画逻辑图: 逻辑电路图如图逻辑电路图如图4.5(a)所示。若要求用所示。若要求用T与非门，实现该设计电路的设计步骤如下：与非门，实现该设计电路的设计步骤如下： 首先首先, 将化简后的与或逻辑表达式转换为与非形式；将化简后的与或逻辑表达式转换为与非形式； 然后再画出如图然后再画出如图4.5(b)所示的逻辑图；所示的逻辑图； 最后，最后， 画出画出用与非门实现的组合逻辑电路。用与非门实现的组合逻辑电路。 （）（） 化简化简: 利用卡诺图化简利用卡诺图化简, 如图如图3.4所示可得所

11、示可得:ABACBCYABCCBACBACBAGC) ()(BACBACBA2022-7-616BCA000001011011100111BCA010001010111101010YGABBCACYABBCACABCCBACBACBAGABCCBACBACBA2022-7-617&ABY& 1 11GC&ABCABCYG(a)(b)2022-7-618练习：练习：1、设计一个、设计一个A、B、C三人表决电路。当表决某个提三人表决电路。当表决某个提案时，多数人同意，提案通过。用与非门实现。案时，多数人同意，提案通过。用与非门实现。2022-7-619P84P841 1、4

12、.14.12 2、4.24.23 3、4.34.34 4、4.44.42022-7-620 2022-7-621人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题，设计人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题，设计了许多逻辑电路。然而，我们发现，其中有些逻辑了许多逻辑电路。然而，我们发现，其中有些逻辑电路经常、大量出现在各种数字系统当中。为了方电路经常、大量出现在各种数字系统当中。为了方便使用，各厂家已经把这些逻辑电路制造成便使用，各厂家已经把这些逻辑电路制造成中规模中规模集成的组合逻辑电路产品集成的组合逻辑电路产品。比较常用的有比较常用的有编码器编码器、译码器译码器、数据选择器数据选择器、加法器加法器和和数值比较

13、器数值比较器等等。下面分别进行介绍。等等。下面分别进行介绍。 2022-7-622生活中常用十进制数及文字、符号等表示事物。数字电路只能以二进制信号工作。用二进制代码表示文字、符号或者数码等特定用二进制代码表示文字、符号或者数码等特定对象的过程，称为对象的过程，称为编码编码。实现编码的逻辑电路，称为实现编码的逻辑电路，称为编码编码器。编码器译码器2022-7-623对对M个信号编码时，应如何确定位数个信号编码时，应如何确定位数N？ N位二进制代码可以表示多少个信号？位二进制代码可以表示多少个信号？ 例：对例：对101键盘编码时，采用几位二进制代码？键盘编码时，采用几位二进制代码？编码原则：编码

14、原则：N位二进制代码可以表示位二进制代码可以表示2N个信号，个信号，则对则对M个信号编码时，应由个信号编码时，应由2N M来确定位数来确定位数N。例：对例：对101键盘编码时，采用了键盘编码时，采用了7位二进制代码位二进制代码ASC码。码。27128101。目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两种。器两种。 2022-7-624定义定义：任何时刻只允许输入一个有效编码请：任何时刻只允许输入一个有效编码请求信号，否则输出将发生混乱。求信号，否则输出将发生混乱。 举例举例：以一个三位二进制普通编码器为例，：以一个三位二进制普通编码器为例，说明普通编

15、码器的工作原理。说明普通编码器的工作原理。 图4-4 普通编码器的方框图输入：八个信号（对象）输入：八个信号（对象）I0I7 （二值量）（二值量）八个病房呼叫请求输出：三位二进制代码输出：三位二进制代码Y2Y1Y0称八线称八线三线编码器三线编码器对病房编码2022-7-625 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2Y1Y0 表4-5 编码器输入输出的对应关系设输入信号为设输入信号为1 1表示对该输入进行编码。表示对该输入进行编码。任何时刻只允许输入一个编码请求表达式、电路图？其它输入取值组合不允许出现，为无关项。2022-7-626 在优先编码器中，允许同时输入两个以上的有在优先编

16、码器中，允许同时输入两个以上的有效编码请求信号。效编码请求信号。当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。最高的一个进行编码。优先级别的高低优先级别的高低由设计者根据输入信号的轻重由设计者根据输入信号的轻重缓急情况而定。如根据病情而设定优先权。缓急情况而定。如根据病情而设定优先权。2022-7-627表4-6 74LS148电路的功能表例：八线例：八线三线优先编码器三线优先编码器74LS148 2022-7-628 74LS14874LS148的逻辑功能描述：的逻辑功能描述： (1) (1) 编码输入端：逻辑符号输入端编码输入端：逻辑符

17、号输入端 上上面均有面均有“”号，这表示编码号，这表示编码输入低电平有效输入低电平有效。I0I7低电平有效允许编码，但无有效编码请求优先权最高2022-7-629(2) (2) 编码输出端编码输出端 ：从功能表可以：从功能表可以看出，看出，74LS14874LS148编码器的编码编码器的编码输出是反码输出是反码。Y2、Y1、Y0 2022-7-630 （3 3） 选通输入端：只有在选通输入端：只有在 = 0= 0时，编码器才时，编码器才处于处于工作状态工作状态；而在；而在 = 1= 1时，编码器处于时，编码器处于禁止状禁止状态态，所有输出端均被封锁为高电平。，所有输出端均被封锁为高电平。SS禁

18、止状态工作状态2022-7-631允许编码，但无有效编码请求正在优先编码（4 4）选通输出端）选通输出端YS和扩展输出端和扩展输出端YEX：为扩：为扩展编码器功能而设置。展编码器功能而设置。2022-7-632图4-6 74LS148的逻辑符号 以上通过对以上通过对74LS148编码器逻辑功能的分析，编码器逻辑功能的分析，介绍了通过介绍了通过MSI器件器件逻辑功能表了解集成器件功能逻辑功能表了解集成器件功能的方法。的方法。要求初步具备要求初步具备查阅器件手册查阅器件手册的能力。不要求背的能力。不要求背74LS148的功能表。的功能表。2022-7-633图4-7 用74LS148接成的16线4

19、线优先编码器 优先权最高(2)片无有效编码请求时才允许(1)片编码编码输出的最高位编码输出为原码2022-7-634译码译码： 编码的逆过程，将编码时赋予代码的特编码的逆过程，将编码时赋予代码的特定含义定含义“翻译翻译”出来。出来。 译码器译码器： 实现译码功能的电路。实现译码功能的电路。常用的译码器有常用的译码器有二进制译码器二进制译码器、二二- -十进制十进制译码器译码器和和显示译码器显示译码器等。等。二进制代码原来信息编码对象编码译码2022-7-635图4-7 三位二进制译码器的方框图输入：二进制代码（输入：二进制代码（N位），位），输出：输出：2N个，每个输出仅包含一个最小项。个，每

20、个输出仅包含一个最小项。输入是三位二进输入是三位二进制代码、有八种状态，制代码、有八种状态，八个输出端分别对应八个输出端分别对应其中一种输入状态。其中一种输入状态。因此，又把三位二进因此，又把三位二进制译码器称为制译码器称为3 3线线8 8线译码器。线译码器。2022-7-6361. 1. 74LS13874LS138的的逻辑功能逻辑功能内部电路图负逻辑与非门译码输入端 S为控制端（又称使能端） S=1 译码工作 S=0 禁止译码， 输出全1 1 321SSSS输出端)7, 2 , 1 , 0(imSYii为便于理解功能而分析内部电路2022-7-637表表4-6 74LS1384-6 74L

21、S138的功能表的功能表译中为0高电平有效低电平有效禁止译码译码工作2022-7-638图4-8 74LS138的逻辑符号低电平有效输出三位二进制代码使能端2022-7-639 如如74LS138的功能表所示，当的功能表所示，当S1接接+5V，S2和和S3接地时，得到对应个输入端的输出接地时，得到对应个输入端的输出Y：0120AAAY 0121AAAY 0122AAAY 0123AAAY 0124AAAY 0125AAAY 0126AAAY 0127AAAY 2022-7-64074LS13874LS138的逻辑功能的逻辑功能 三个译码输入端（又称地址输入端）三个译码输入端（又称地址输入端）A

22、2A2、A1A1、A0A0，八个译码输出端，八个译码输出端 ，以及三个控制，以及三个控制端（又称使能端）端（又称使能端） 、 、 。 、 ， 是译码器的控制输入端，当是译码器的控制输入端，当 = 1= 1、 + = 0 (+ = 0 (即即 = 1, = 1, 和和 均为均为0)0)时，时，G GS S输出为高电平，译码器处于工作状态。否则，译输出为高电平，译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平。S1S2S1S2S3S1S2S3S1S3S2Y0Y7S3321SSSS2022-7-641 当译码器处于工作状态时，每输入一个二进制

23、代当译码器处于工作状态时，每输入一个二进制代码将使对应的一个输出端为低电平，而其它输出端均码将使对应的一个输出端为低电平，而其它输出端均为高电平。也可以说对应的输出端被为高电平。也可以说对应的输出端被“译中译中”。 74LS13874LS138输出端被输出端被“译中译中”时为低电平，所以其时为低电平，所以其逻辑符号中每个输出端逻辑符号中每个输出端 上方均有上方均有“”符号符号。 Y0Y7)7, 2 , 1 , 0(imSYii2022-7-642 2. 2. 应用举例应用举例 (1)(1)功能扩展功能扩展( (利用使能端实现利用使能端实现) 图3-9 用两片74LS138译码器构成4线16线译

24、码器A3 =0时，片工作，片禁止 A3 =1时，片禁止，片工作扩展位控制使能端2022-7-643(2) (2) 实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数F（A，B，C） )7, 2 , 1 , 0, 1(iSmmSYiii)70(),(imCBAFi比较以上两式可知，把比较以上两式可知，把3线线8线译码器线译码器74LS138地址输入端（地址输入端（A2A1A0）作为逻辑函数的输）作为逻辑函数的输入变量（入变量（ABC），译码器的每个输出端），译码器的每个输出端Yi都与某一都与某一个最小项个最小项mi相对应，加上适当的门电路，就可以利相对应，加上适当的门电路，就可以利用译码器实现组合逻辑函数。用译码

25、器实现组合逻辑函数。2022-7-644例例4-4 4-4 试用试用74LS13874LS138译码器实现逻辑函数：译码器实现逻辑函数：解：因为解：因为)7 , 6 , 5 , 3 , 1 (),(mCBAF765317653176531mmmmm)7 , 6 , 5 , 3 , 1 (),(YYYYYmmmmmmCBAF)7, 2 , 1 , 0(imYii则则2022-7-645 因此，正确连接控制输入端使译码器处于工作因此，正确连接控制输入端使译码器处于工作状态，将状态，将 、 、 、 、经一个与非门、经一个与非门输出，输出，A A2 2、A A1 1、A A0 0分别作为输入变量分别作

26、为输入变量A A、B B、C C，就可，就可实现组合逻辑函数。实现组合逻辑函数。 Y1YYYY76531)7 , 6 , 5 , 3 , 1 (),(YYYYYmCBAF图4-10例4-4电路图2022-7-646二二十进制译码器的逻辑功能是将输入的十进制译码器的逻辑功能是将输入的BCD码译成十个输出信号。码译成十个输出信号。图4-11 二十进制译码器74LS42的逻辑符号2022-7-647表表4-7 4-7 二二- -十进制十进制译码器译码器74LS4274LS42的功能表的功能表译中为0拒绝伪码2022-7-648设计举例：设计举例：1、用译码器设计组合逻辑电路、用译码器设计组合逻辑电路

27、例：试用例：试用3线线-8线译码器线译码器74LS138和适当的门电路和适当的门电路构成一个构成一个1位二进制全加器。位二进制全加器。解解:已知全加器真值表已知全加器真值表1111111)()(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCBACBACBACBACBACBACBASSn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1nnnnnnnnnnnnnnBACBABACBACBAC111)(2022-7-649Sn=(1,2,4,7)Cn=(3,5,6,7)用用2个与非门和一个个与非

28、门和一个4选选1实现两输出电路设计。实现两输出电路设计。2022-7-650在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果，另一方面用于监视数字系取测量和运算的结果，另一方面用于监视数字系统的工作情况。统的工作情况。数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由数字显示电路通常由显示译码器、驱动器显示译码器、驱动器和和显示显示器器等部分组成，如图等部分组成，如图4-124-12所示。所示。 2022-7-651图4-

29、12 数字显示电路的组成方框图 1. 1. 数字显示器件数字显示器件 数字显示器件是用来数字显示器件是用来显示数字、文字或者符显示数字、文字或者符号号的器件，常见的有辉光数码管、荧光数码管、的器件，常见的有辉光数码管、荧光数码管、液晶显示器、发光二极管数码管、场致发光数字液晶显示器、发光二极管数码管、场致发光数字板、等离子体显示板等等。本书主要讨论发光二板、等离子体显示板等等。本书主要讨论发光二极管数码管。极管数码管。 2022-7-652 （1 1）发光二极管（发光二极管（LED）及其驱动方式）及其驱动方式 LED具有许多优点，它不仅有工作电压低(1.53V)、体积小、寿命长、可靠性高等优点

30、，而且响应速度快(100ns)、亮度比较高。一般LED的工作电流选在510mA，但不允许超过最大值（通常为50mA）。 LED可以直接由门电路驱动。 2022-7-653 图（图（a）是输出为低电平时，）是输出为低电平时，LED发光，称为发光，称为低电平驱动低电平驱动； 图（图（b）是输出为高电平时，）是输出为高电平时，LED发光，称为发光，称为高电平驱动高电平驱动；采用高电平驱动方式的采用高电平驱动方式的TTL门最好选用门最好选用OC门门。 图4-13 门电路驱动LED(a) 低电平驱动 (b) 高电平驱动mAVVFDIVVR10255R为限流电阻2022-7-654图4-14 七段显示LE

31、D数码管(a) 外形图 (b) 共阴型 (c) 共阳型 (2) LED(2) LED数码管数码管LEDLED数码管又称为半导体数码管，它是由多个数码管又称为半导体数码管，它是由多个LEDLED按分段式封装制成的。按分段式封装制成的。LEDLED数码管有两种形式：数码管有两种形式：共阴型和共阳型共阴型和共阳型。公共阴极公共阳极高电平驱动低电平驱动2022-7-655图4-15 七段数码管字形显示方式2 2七段显示译码器七段显示译码器 （1）七段字形显示方式）七段字形显示方式LED数码管通常采用图数码管通常采用图3-15所示的七段字形所示的七段字形显示方式来表示显示方式来表示0-9十个数字。十个数

32、字。abcdefbcabdegabcdgbcfgacdfgacdefgabcabcdefgabcdfg2022-7-656图4-16 74LS49的逻辑符号 （2 2）七段显示译码器）七段显示译码器灭灯控制端8421BCD码七段代码 七段显示器译码器把输入的七段显示器译码器把输入的BCD码，翻译成码，翻译成驱动七段驱动七段LED数码管各对应段所需的电平。数码管各对应段所需的电平。74LS49是一种七段显示译码器。是一种七段显示译码器。2022-7-657表表4-8 74LS49的功能表的功能表8421BCD码禁止码灭灯状态2022-7-658译码输入端：译码输入端：D、C、B、A，为为8421

33、BCD码；码；七段代码输出端：七段代码输出端：abcdefg，某段输出为高电平，某段输出为高电平时该段点亮，用以驱动时该段点亮，用以驱动高电平有效高电平有效的七段显示的七段显示LED数码管；数码管； 灭灯控制端：灭灯控制端：IB ，当当IB = 1时，译码器处于正常译码工作状态；时，译码器处于正常译码工作状态；若若IB = 0，不管，不管D、C、B、A输入什么信号，译输入什么信号，译码器各输出端均为低电平，处于灭灯状态。码器各输出端均为低电平，处于灭灯状态。利用利用IB信号，可以控制数码管按照要求处于显信号，可以控制数码管按照要求处于显示或者灭灯状态，如闪烁、熄灭首尾部多余的示或者灭灯状态，如

34、闪烁、熄灭首尾部多余的0等。等。2022-7-659图4-17 74LS49驱动LED数码管电路 图图4-174-17是一个用七段显示译码器是一个用七段显示译码器74LS4974LS49驱动共驱动共阴型阴型LEDLED数码管的实用电路。数码管的实用电路。2022-7-660如何用如何用74LS13874LS138译码器实现如下逻辑函数？译码器实现如下逻辑函数？)7 , 2 , 1 (),(mCBAF2022-7-661P85P851 1、3.73.7（1 1、3 3）2 2、3.173.172022-7-662 2022-7-663LED数码管有哪两种形式数码管有哪两种形式 ？高电平有效的七段

35、显示译码器应驱动哪种高电平有效的七段显示译码器应驱动哪种LED数码管？数码管？2022-7-664在多路数据传送过程中，能够根据需要在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路挑选出来的电路，叫做数据将其中任意一路挑选出来的电路，叫做数据选择器，也称为多路选择器选择器，也称为多路选择器, ,其作用相当于多其作用相当于多路开关。路开关。常见的数据选择器有四选一、八选一、常见的数据选择器有四选一、八选一、十六选一电路。十六选一电路。 2022-7-665 (1) 四选一数据选择器的逻辑电路图图4-1 四选一数据选择器电路地址输入端控制输入端数据输入端输出端)(),(3322110001DmDm

36、DmDmSAAY2022-7-666(2)(2)四选一数据选择器的功能表四选一数据选择器的功能表表4-1 四选一数据选择器的功能表输 入输 出S A1 A0Y0 01 0 0D01 0 1D11 1 0D21 1 1D33001),(iiiDmSAAY)(),(3322110001DmDmDmDmSAAY2022-7-667三个地址输入端三个地址输入端A2、A1、A0，八个数据输入端八个数据输入端D0D7，两个互补输出的数据输出端两个互补输出的数据输出端Y和和Y，一个控制输入端一个控制输入端S。图图4-2 74LS1514-2 74LS151的逻辑符号的逻辑符号 2022-7-668 表表4-

37、2 74LS1514-2 74LS151的功能表的功能表 禁止状态 工作状态 2022-7-6691. 1. 功能扩展功能扩展 用两片八选一数据选择器用两片八选一数据选择器74LS151，可以构成，可以构成十六选一数据选择器。十六选一数据选择器。试回忆用两片试回忆用两片38线译码器线译码器74LS138实现实现416线译码器的方法。线译码器的方法。利用使能端（控制端）利用使能端（控制端）。2022-7-670图4-3 用74LS151构成十六选一数据选择器 扩展位接控制端A3 =1时，片禁止，片工作A3 =0时，片工作，片禁止 输出需适当处理（该例接或门） 仿真仿真 2022-7-671)70

38、(),(imCBAFi比较可知，表达式中都有最小项比较可知，表达式中都有最小项mi，利用数利用数据选择器可以实现各种组合逻辑函数。据选择器可以实现各种组合逻辑函数。3001),(iiiDmAAY70012),(iiiDmAAAY组合逻辑函数组合逻辑函数8选14选12022-7-672例4-5 4-5 试用八选一电路实现试用八选一电路实现 解：解：将将A、B、C分别从分别从A2、A1、A0输入，作为输入，作为输入变量，把输入变量，把Y端作为输出端作为输出F。因为逻辑表达式中的。因为逻辑表达式中的各乘积项均为最小项，所以可以改写为各乘积项均为最小项，所以可以改写为ABCCBABCACBAF7530

39、),(mmmmCBAF根据八选一数据选择器的功能，令根据八选一数据选择器的功能，令2022-7-673具体电路见图具体电路见图4-44-4： 图4-4 例4-5电路图D0 = D3 =D5 =D7 =1D1 = D2 =D4 =D6 =0S0仿真仿真 2022-7-674A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 001 1 11真值表对照法注意变量高低位顺序！2022-7-675例例4-64-6试用八选一电路实现三变量多数表决电路。试用八选一电路实现三变量多数表决电路。表4-11 例4-6的真值表A B CF0 0 000 0 100 1 00

40、0 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11解：假设三变量为解：假设三变量为A、B、C，表决结果为，表决结果为F，则，则真值表如表真值表如表4-114-11所示。所示。2022-7-676 在八选一电路中，将A、B、C从A2、A1、A0 输入，令 7653),(mmmmCBAFD3 = D5 =D6 =D7 =1D0 = D1 =D2 =D4 =0S0FY则可实现三变量多数表决电路，具体电路图请读者自行画出。则2022-7-677思考思考：若用若用8选选1实现实现4变量的函数，变量的函数，或者用或者用4选选1实现实现3变量的函数，变量的函数，即地址输入端的个数比变量个数小即地址

41、输入端的个数比变量个数小1，如何实现？如：如何实现？如：A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 001 1 11输 入输 出S A1 A0Y0 01 0 0D01 0 1D11 1 0D21 1 1D32022-7-678例例4-7 图图47是由双是由双4选选1数据选择器数据选择器74LS153和门电路组成的组合逻辑电路。试分析输出和门电路组成的组合逻辑电路。试分析输出Z与输与输入入X3、X2、X1、X0之间的逻辑关系。之间的逻辑关系。图45 例4-7电路图2022-7-679 （1）划分功能块）划分功能块 本题只有一块本题只有一块MSI电路

42、，可以只划分一个功能电路，可以只划分一个功能块。块。 （2）分析功能块的功能）分析功能块的功能 通过查通过查74LS153的功能表，知道它是一块双的功能表，知道它是一块双4选选1数据选择器。其中：数据选择器。其中：A1、A0是地址输入端，是地址输入端，Y是是输出端；输出端；74LS153的控制输入端为低电平有效；数的控制输入端为低电平有效；数据据选择器处于禁止状态时，输出为0。 解：解：2022-7-680图图4-5电路的输出端是电路的输出端是Z，Z=1Y+2Y；输入端；输入端为为X3、X2、X1、X0。当。当X31时，时，2S1、1S0，数据选择器数据选择器2处于禁止状态，而数据选择器处于禁

43、止状态，而数据选择器1处于处于工作状态；当工作状态；当X30时，数据选择器时，数据选择器1处于禁止状处于禁止状态，数据选择器态，数据选择器2处于工作状态。处于工作状态。2022-7-681图4-7 8选1功能框图显然，图显然，图46电路构成了一个电路构成了一个8选选1数据选择数据选择器，其输出为器，其输出为Z，地址输入端为，地址输入端为X3、 X1 、 X0。图图46电路可用图电路可用图4-7的功能框图来表示。的功能框图来表示。2022-7-682 （3 3）分析整体电路的逻辑功能）分析整体电路的逻辑功能 把图把图4 47 7电路看成一个电路看成一个8 8选选1 1数据选择器，可得出数据选择器

44、，可得出例例4-74-7电路的功能表。电路的功能表。表表4-7 4-7 例例4-74-7电路的功能表电路的功能表X3 X2 X1 X0Z 0 11 0 0 011 0 0 111 0 1 001 0 1 101 1 0 001 1 0 101 1 1 001 1 1 10分析电路的功能分析电路的功能表，当表，当X3X2X1X0为为8421BCD码码00001001时，电路的输出时，电路的输出为为1，否则输出为，否则输出为0。可见该电路可实可见该电路可实现检测现检测8421BCD码的码的逻辑功能逻辑功能。2022-7-683算术运算是数字系统的基本功能，更是计算机中不可缺少的组成单元。本节介绍实

45、现加法运算的逻辑电路。本章的3.1节讨论过半加器电路，它是不考虑低位进位的加法器。全加器能把本位两个加数An 、 Bn 和来自低位的进位Cn-1三者相加，得到求和结果Sn 和该位的进位信号Cn 。2022-7-684 表3-12 全加器 的真值表Sn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1由真值表写最小项之和式，再稍加变换得：1111111)()(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCBACBACBACBACBACBACBAS2022-7-685nnnnnnnnnnnnnn

46、BACBABACBACBAC111)(Sn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1由真值表写最小项之和式，再稍加变换得：2022-7-686 图4-7 全加器（a）电路图 （b）逻辑符号1nnnnCBASnnnnnnBACBAC1)(由表达式得逻辑图：2022-7-68774LS283电路是一个四位加法器电路，可实现两个四位二进制数的相加，其逻辑符号如图3-23所示。 全加器可以实现两个一位二进制数的相加，全加器可以实现两个一位二进制数的相加，要实现多位二进制数的相加，可选用多位加

47、法器要实现多位二进制数的相加，可选用多位加法器电路。电路。2022-7-688图图4-8 74LS2834-8 74LS283电路的逻辑符号电路的逻辑符号CI是低位的进位，CO是向高位的进位，A3A2A1A0和B3B2B1B0是两个二进制待加数，S3、S2、S1、S0是对应各位的和。 2022-7-689多位加法器除了可以实现加法运算功能之外，多位加法器除了可以实现加法运算功能之外，还可以实现组合逻辑电路。还可以实现组合逻辑电路。图4-9 由74LS283构成的代码转换电路8421BCD码0011余3码例：将例：将8421BCD码转换成余码转换成余3码。码。余余3码码8421BCD码码3(即即

48、0011)2022-7-690 数值比较器：能够比较数字大小的电路。数值比较器：能够比较数字大小的电路。 1.1.两个一位数两个一位数A和和B相比较的情况：相比较的情况： (1)AB：只有当：只有当A=1、B=0时，时，AB才为真；才为真； (2)AB：只有当：只有当A=0、B=1时，时，AB才为真；才为真； (3)A = B：只有当：只有当A=B=0或或A=B=1时，时，A = B才为真。才为真。 ABYABYABYA=B000010101010100110012022-7-691图4-9 74LS85的逻辑符号如果要比较两个多位二进制数如果要比较两个多位二进制数A和和B的大小？的大小？必须

49、从高向低逐位进行比较。必须从高向低逐位进行比较。 2. 2. 四位数值比较器四位数值比较器74LS8574LS85级联输入 便于功能扩展 2022-7-692输 入级 联 输 入输 出A3，B3A2，B2A1，B1A0，B0IABIAB IA = BFABFABFA = B 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0A3 = B31 0 1 0 0A3 = B30 1 0 1 0A3 = B3A2 = B21 0 1 0 0A3 = B3A2 = B20 1 0 1 0A3 = B3A2 = B2A1 = B11 0 1 0 0A3 = B3A2 = B2A1 = B10 1 0 1 0A3 =

50、B3A2 = B2A1 = B1A0 = B01 0 0 1 0 0A3 = B3A2 = B2A1 = B1A0 = B00 1 0 0 1 0A3 = B3A2 = B2A1 = B1A0 = B00 0 1 0 0 1A3 = B3A2 = B2A1 = B1A0 = B0 1 0 0 12022-7-693 4.3.1 冒险现象冒险现象 在前面的逻辑电路中往往把组件看成是理在前面的逻辑电路中往往把组件看成是理想的，我们只讨论输入和输出的稳定状态之间想的，我们只讨论输入和输出的稳定状态之间的关系，没有考虑在传输过程中信号经过组件、的关系，没有考虑在传输过程中信号经过组件、导线所产生的延迟

51、。这使得设计出来的逻辑电导线所产生的延迟。这使得设计出来的逻辑电路尽管正确无误，工艺装配也符合要求，但实路尽管正确无误，工艺装配也符合要求，但实际工作中却可能出现错误的输出。对组合电路际工作中却可能出现错误的输出。对组合电路来说，这种错误的输出虽然是暂时的（在信号来说，这种错误的输出虽然是暂时的（在信号发生变化时，在输出端出现不希望的尖锋），发生变化时，在输出端出现不希望的尖锋），信号稳定后错误会消失，但仍会引起工作的不信号稳定后错误会消失，但仍会引起工作的不可靠。我们称出现尖锋的现象为逻辑电路的冒可靠。我们称出现尖锋的现象为逻辑电路的冒险现象险现象.2022-7-694 组合电路中的冒险现象

52、分为逻辑冒险和功组合电路中的冒险现象分为逻辑冒险和功能冒险。前者是指在一个输入变量变化时，电能冒险。前者是指在一个输入变量变化时，电路在瞬变过程中出现的短暂错误输出。而后者路在瞬变过程中出现的短暂错误输出。而后者则指在多个变量同时变化时，电路在瞬变过程则指在多个变量同时变化时，电路在瞬变过程中出现的短暂错误输出。中出现的短暂错误输出。l 下面通过分析图下面通过分析图3.36（a）所示的逻辑电路来）所示的逻辑电路来说明逻辑冒险现象。说明逻辑冒险现象。2022-7-695 在图（在图（a）所示电路中，若变量）所示电路中，若变量B=C=1，则在理想情况，则在理想情况下，变量下，变量A由由0变变1或由

53、或由1变变0时，输出端应为：时，输出端应为： 1AABAACF 2022-7-696 即输出应维持即输出应维持1不变。但实际情况是，由于不变。但实际情况是，由于信号通过不同的路径到达输出端，而不同的信号通过不同的路径到达输出端，而不同的路径有不同的延迟时间，在输出端反映的信路径有不同的延迟时间，在输出端反映的信号变化就不是同时发生了。号变化就不是同时发生了。l 应当说明；在输入信号发生变化时，即应当说明；在输入信号发生变化时，即使有延迟也并不一定会发生冒险。如在图所使有延迟也并不一定会发生冒险。如在图所示电路中，示电路中，A由由0变变1，则由于门，则由于门3由由1变变0先于先于门门2由由0变变

54、1，这样门，这样门4输出维持为输出维持为1不变，不发不变，不发生生0冒险。冒险。2022-7-697 另外，如果门电路有两个输入变量另外，如果门电路有两个输入变量A、B同时向相反方向变化（如同时向相反方向变化（如A由由0变变1，B由由1变变0），由于信号到输出端的路径、门的延迟），由于信号到输出端的路径、门的延迟时间不同，也可能产生时间不同，也可能产生0型或型或1型冒险（功能型冒险（功能冒险）。冒险）。2022-7-698 3.3. 部分常用的部分常用的MSI组合逻辑电路的型号、名称和组合逻辑电路的型号、名称和主要功能表主要功能表表2-142022-7-699型 号名 称主 要 功 能74LS

55、14710线-4线优先编码器 74LS1488线-3线优先编码器 74LS1498线-8线优先编码器 74LS424线-10线译码器BCD输入74LS1544线-16线译码器 74LS46七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS47七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS48七段显示译码器BCD输入、带上拉电阻74LS49七段显示译码器BCD输入、OC输出74LS15016选1数据选择器反码输出74LS1518选1数据选择器原、反码输出74LS153双4选1数据选择器 74LS2518选1数据选择器原、反码输出，三态74LS854位数值比较器 74LS8668位数值比较器 2022-7-6

56、100型 号名 称主 要 功 能CC4014710线-4线优先编码器BCD输出CC45328线-3线优先编码器 CC4555双2线-4线译码器 CC45144线-16线译码器有地址锁存CC4511七段显示译码器锁存输出、BCD输入CC4055七段显示译码器BCD输入、驱动液晶显示器CC4056七段显示译码器BCD输入、有选通、锁存CC4519四2选1数据选择器 CC45128路数据选择器 CC40634位数值比较器 CC4014710线-4线优先编码器BCD输出2022-7-6101P85P851 1、4.74.7（1 1、3 3）2 2、4.84.8（1 1、3 3）3 3、4.104.10

57、4 4、4 4、14142022-7-61022022-7-6103设计的一般步骤：设计的一般步骤：（1）根据逻辑问题列出真值表。）根据逻辑问题列出真值表。（2）根据真值表写出逻辑表达式）根据真值表写出逻辑表达式（3）逻辑表达式的变换，使其符合单元电路）逻辑表达式的变换，使其符合单元电路芯片的输入、输出要求。芯片的输入、输出要求。（4）画出逻辑电路图。）画出逻辑电路图。2022-7-6104设计举例：设计举例：1、用译码器设计组合逻辑电路、用译码器设计组合逻辑电路例：试用例：试用3线线-8线译码器线译码器74LS138和适当的门电路和适当的门电路构成一个构成一个1位二进制全加器。位二进制全加器

58、。解解:已知全加器真值表已知全加器真值表1111111)()(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCBACBACBACBACBACBACBASSn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1nnnnnnnnnnnnnnBACBABACBACBAC111)(2022-7-6105Sn=(1,2,4,7)Cn=(3,5,6,7)用用2个与非门和一个个与非门和一个4选选1实现两输出电路设计。实现两输出电路设计。2022-7-6106 MSI组合逻辑电路的分析：以中规模集成器件为核心的

59、组合逻辑电路的分析。 本节将MSI电路按功能块进行划分，逐块分析各功能块电路，最后得出整个电路功能的分析方法，这种方法称为功能块级的电路分析，适用于更加复杂的逻辑电路分析。 2022-7-6107图图4-9 4-9 功能块组合逻辑电路分析流程图功能块组合逻辑电路分析流程图 分析步骤分析步骤 （1 1）划分功能块）划分功能块（2 2）分析功能块的逻辑功能）分析功能块的逻辑功能（3 3）分析整体逻辑电路的功能）分析整体逻辑电路的功能逻辑电路图划分功能块分析各块功能分析整体功能2022-7-6108 （1 1）划分功能块）划分功能块首先根据电路的复杂程度和器件类型，视情首先根据电路的复杂程度和器件类

60、型，视情形将电路划分为一个或多个逻辑功能块。形将电路划分为一个或多个逻辑功能块。功能块内部，可以是单片或多片功能块内部，可以是单片或多片MSIMSI或或SSISSI以以及扩展组合的电路。及扩展组合的电路。分成几个功能块和怎样划分功能块，这取决分成几个功能块和怎样划分功能块，这取决于对常用功能电路的熟悉程度和经验。于对常用功能电路的熟悉程度和经验。画出功能块电路框图有助于进一步的分析。画出功能块电路框图有助于进一步的分析。 2022-7-6109（2 2）分析功能块的逻辑功能）分析功能块的逻辑功能利用前面学过的常用功能电路的知识，分析利用前面学过的常用功能电路的知识，分析各功能块逻辑功能。各功能块逻辑功能。 如有必要