电工电子技术及应用 课件 第十章 组合逻辑电路及其应用

10.1组合逻辑电路的概述10.2组合逻辑电路的分析10.3常用组合逻辑功能器件10.4组合逻辑电路的设计10.1组合逻辑电路的概述数字电路按逻辑功能划分可分成两大类：一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。在任一时刻，输出信号只决定于该时刻各输入信号的组合，而与该时刻以前的电路状态无关的电路称为组合逻辑电路。从组合逻辑电路逻辑功能的特点不难看出，由于其输出与电路的历史状态无关，则电路中就不会包含存储单元，而且输入与输出之间没有反馈连线。这是组合逻辑电路在结构上的共同点。图１０．１．１所示为组合逻辑电路方框图。图中Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ表示输入逻辑变量，Ｙ１、Ｙ１、…、Ｙｍ表示输出逻辑变量。它可用如下的逻辑函数来描述：

从输出量来看，若组合逻辑电路只有一个输出量，则称为单输出组合逻辑电路；若组合逻辑电路有多个输出量，则称为多输出组合逻辑电路。任何组合逻辑电路，不管是简单的还是复杂的，其电路结构均满足如下特点：由各种类型逻辑门电路组成，电路的输入和输出之间没有反馈，电路中不含存储单元。１０．２组合逻辑电路的分析１．分析方法

逻辑电路的分析，就是根据已知的逻辑电路图来分析电路的逻辑功能。其分析步骤如下：（１）写出输出变量对应于输入变量的逻辑函数表达式。

由输入级向后递推，写出每个门输出对应于输入的逻辑关系，最后得出输出信号对应于输入信号的逻辑关系式，并进行相应的化简。（２）根据输出逻辑函数表达式列出逻辑真值表。

将输入变量的状态以自然二进制数顺序的各种取值组合代入输出逻辑函数式，求出相应的输出状态，并填入表中，即得真值表。（３）根据真值表或输出函数表达式，确定逻辑功能。１０．３常用组合逻辑功能器件１０．３．１编码器

为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示，这就是编码的含义。在二值逻辑电路中，信号都是以高、低电平的形式给出的。因此，编码器的逻辑功能就是把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。图１０．３．１所示为８线—３线优先编码器ＣＴ７４１４８的逻辑图及逻辑示意图。图中为输入端，为选通输入端，又称使能端。为输出端。为选通输出端，为扩展输出端。它的真值表如表１０．３．１所示。ＣＴ７４１４８的逻辑功能说明如下：（１）输入为低电平０有效，高电平１无效。其中优先权最高，次之，其余依次类推，级别最低。也就是说，当＝０时，其余输入信号无论是０还是１都不起作用，电路只对进行编码，输出为反码，其原码为１１１。又如，当＝１、＝０时，则电路只对进行编码，输出原码为１１０。其余类推。（２）选通输入端的作用。当＝１时，门Ｇ１输出０，所有输出与或非门都被封锁，输出编码器不工作。当＝０时，Ｇ１输出１，解除封锁，允许编码器编码，输出由输入决定。

（３）选通输出端的作用。当输入都为高电平１，且时，=0，允许下级编码器编码；当=1时，禁止下级编码器工作。因此，用于扩展编码规模。（４）扩展输出端的作用。当=0时，表示本级编码器在编码，输出可由输入决定；当Ｘ＝１时，则表示本级编码器不再编码，输出１０．３．２译码器译码是编码的逆过程。译码器是将输入的二进制代码翻译成控制信号。译码器输入为二进制代码，输出是一组与输入代码相对应的高低电平信号。１．二进制译码器将输入二进制代码译成相应输出信号的电路，称为二进制译码器。图１０．３．２所示为译码器ＣＴ７４１３８的逻辑图及逻辑示意图。由于它有３个输入端、８个输出端，因此，又称３线—８线译码器。图中Ａ２、Ａ１、Ａ０为二进制代码输入端；为输出端，低电平有效；为使能端，且由以上分析可得３线—８线译码器ＣＴ７４１３８的功能表，如表１０．３．２所示３线—８线译码器ＣＴ７１３８有如下逻辑功能：（１）当所有输出与非门被封锁，译码器不工作，输出都为高电平１。（２）当所有输出与非门解除封锁，译码器工作，输出低电平有效。这时，译码器输出由输入二进制代码决定，根据图１０．３．２（ａ）可写出ＣＴ７４１３８的输出逻辑函数式为由输出逻辑函数式可看出，二进制译码器的输出将输入二进制代码的各种状态都译出来了。因此，二进制译码器又称为全译码器。由于输出低电平有效，因此，它的输出提供了输入变量全部最小项的反。２．二—十进制译码器将输入ＢＣＤ码的１０个代码译成１０个高、低电平输出信号，称为二—十进制译码器。由于它有４个输入端、１０个输出端，所以，又称为４线—１０线译码器。图１０．３．３所示为４线—１０线译码器ＣＴ７４４２的逻辑示意图。图中Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ａ０为输入端，为输出端，低电平有效，其逻辑表达式为３．显示译码器数字系统中使用的是二进制数，但在数字测量仪表和各种显示系统中，为了便于表示测量和运算的结果以及对系统的运行状况进行检测，常需要将数字量用人们习惯的十进制字符直观地显示出来。因此，数字显示电路是许多数字电路不可或缺的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和数码显示器组成。常用的显示器件有半导体数码管、液晶数码管和荧光数码管等。下面只介绍半导体数码管。１）半导体数码管半导体数码管（或称ＬＥＤ数码管）的基本单元是ＰＮ结，多个ＰＮ结可以按分段式封装成半导体数码管，其字形结构如图１０．３．４（ｂ）所示。发光二极管的工作电压为１．５～３Ｖ，工作电流为几毫安到十几毫安，寿命很长。半导体数码管将十进制数码分成七段，每段为一个发光二极管，小数点用另一个发光二极管显示，其结构如图１０．３．４（ａ）所示，选择不同字段发光，可显示出不同的字形。例如，当ａ，ｂ，ｃ，ｄ、ｅ，ｆ，ｇ七段全亮时，显示出８；ｂ、ｃ段亮时，显示出１。半导体数码管中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。使用时每个管要串联限流电阻。２）七段显示译码器七段显示译码器的功能是把二—十进制代码译成对应于数码管的七字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。图１０．３．５所示为七段显示译码器７４ＬＳ２４７的外引线排列图。图10.3.6所示为七段显示译码器和数码管的连接图。图中为熄灭输入端，当端输为０时，七个输出均为１，数码管熄灭，而在正常工作时，及其他两个控制端接高电平。改变电阻器Ｒ的大小可以调节数码管的工作电流和显示亮度。４．用译码器设计组合逻辑电路

译码器的基本应用是作为地址译码器。此外，由于译码器的每个输出端对应着地址输入变量的一个最小项，而任何逻辑函数都可以表示为最小项之和的形式，故这类译码器可以构成多输出的逻辑函数发生器。１０．３．３数据选择器

数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。实现数据选择功能的电路称为数据选择器。它有ｎ位地址输入、２ｎ位数据输入和１位数据输出端。每次在地址输入的控制下，从多路输入数据中选择一路输出，其功能类似于一个单刀多掷开关。数据选择器的功能是将多路数据输入信号在地址输入的控制下选择某一路数据到输出端的电路。数据选择器框图及等效开关如图１０．３．８所示。图１０．３．９所示为四选一数据选择器的逻辑图，它有４个数据通道Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３，有两个地址控制信号Ａ１、Ａ０，Ｙ为数据输出端，为使能端，又称选通端，输入低电平有效。表１０．３．３所示为由逻辑图得出的四选一数据选择器的功能表。数据选择器的逻辑函数式：具有两位地址输入Ａ１、Ａ０

的四选一数据选择器在时，输出与输入间的逻辑关系可以写成若将Ａ１、Ａ０作为两个输入变量，同时令Ｄ０～Ｄ３为第三个输入变量的适当状态（包括原变量、反变量、０和１），就可以在数据选择器的输出端产生任何形式的三变量组合逻辑函数。１０．４组合逻辑电路的设计１．设计方法根据实际逻辑问题，求出所要求的逻辑功能的最简单逻辑电路称为组合逻辑电路的设计。它是组合逻辑电路分析的逆过程，其设计步骤如下：（１）逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑变量的含义。逻辑要求的文字描述一般很难做到全面而确切，往往需要对题意反复分析，进行逻辑抽象，这是一个很重要的过程，是建立逻辑问题真值表的基础。（２）