电子电路 课件 第七章

第7章组合逻辑电路7.1组合逻辑电路概述7.2常用的组合逻辑电路器件

7.1

组

合

逻

辑

电

路7.1.1组合逻辑电路的特点

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路,或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称为数字逻辑电路,逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。

数字电路根据逻辑功能的不同特点,可以分成两大类,一类叫组合逻辑电路(简称组合电路),另一类叫作时序逻辑电路(简称时序电路)。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关。而时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号,而且还取决于电路原来的状态,或者说,还与以前的输入有关。

组合逻辑电路简称组合电路,它由最基本的逻辑门电路组合而成。其特点是:输出值只与当时的输入值有关,即输出唯一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能,输出状态随着输入状态的变化而变化,类似于电阻性电路,如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。7.1.2组合逻辑电路的分析

组合逻辑电路研究的问题有分析电路和设计电路两大类,其基础是逻辑代数和门电路的知识。

组合逻辑电路的分析,就是根据给定的组合逻辑电路,写出其逻辑函数表达式,并以此来描述其逻辑功能,确定输出与输入的逻辑关系,评定电路设计的合理性、可靠性。组合逻辑电路的一般分析步骤为:

(1)根据已知的逻辑电路图用逐级递推法写出对应的逻辑函数表达式;

(2)用公式法或卡诺图法对写出的逻辑函数式进行化简,得到最简逻辑表达式;

(3)根据最简逻辑表达式,写出相应的逻辑电路真值表;

(4)根据真值表找出电路实际的逻辑功能,说明电路的作用。图7-1例7-1逻辑电路图

(4)逻辑功能分析。观察真值表可得出电路的特点是:当两个输入信号同为0或1时,输出为0;当两个输入信号一个为0一个为1时,输出为1。由此说明该电路为一个异或门电路。7.1.3组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路的设计是组合逻辑电路分析的逆过程,它是根据给定的逻辑功能要求给出的逻辑函数,在一定条件下,设计出既能实现该逻辑功能又经济实惠的组合逻辑电路方案,并画出其逻辑电路图。

组合逻辑电路设计的一般步骤为:

(1)根据给出的条件和要实现的功能,首先确定逻辑变量和逻辑函数,并用相应字母表示,

然后用0和1各表示一种状态,由此找出逻辑变量和逻辑函数之间的关系。

(2)根据逻辑函数和逻辑变量之间的关系列出真值表,根据真值表写出逻辑表达式。

(3)化简逻辑函数。

(4)根据最简逻辑表达式画出相应逻辑电路。(3)写出逻辑表达式并化简。

用卡诺图(图7-2)化简得到F=AB+BC+CA。图7-2例7-2卡诺图(4)根据逻辑表达式画出逻辑电路。

由于在实际制作逻辑电路的过程中,一块集成芯片上往往有多个同类的门电路,所以在构成具体逻辑电路时,通常只选用一种门电路,而且一般选用与非门的比较多。因此三人表决电路的逻辑函数式可用反演律,得到与非-与非式,即

由此得到图7-3所示的三人表决器逻辑电路。

随着中、大规模集成电路的出现,组合逻辑电路在设计概念上也发生了很大的变化。现在已经有了逻辑功能很强的组合逻辑器件,灵活地运用这些组合逻辑器件,将会使逻辑电路设计事半功倍。

7.2

常用的组合逻辑电路器件7.2.1编码器

在数字电路中,常把某一信息转换为特定的二进制代码,使每组代码具有特定的含义,这一转换的过程称为编码,实现这一操作的电路称为编码器。

假设输入N个信息,输出n位二进制代码,某一时刻只有一个输入信号被转换为二进制代码,输出的每组代码表示一个信息,则有

编码器是数字电路中常用的逻辑电路器件之一。最常见的计算机键盘中就含有编码器器件,当按下键盘上的按键时,编码器将按键信息转换成二进制代码,并将这组二进制代码送到计算机进行处理。目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两类。

在数字系统中,当编码器同时有多个输入有效时,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。1)10线4线优先编码器

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。74LS147为典型

的10线4线优先编码器,其管脚排列图如图7-4所示。2)8线3线优先编码器

74LS148是一个典型的8线3线优先编码器,其引脚排列图和逻辑功能示意图如图7-5所示。

74LS148的逻辑电路图如图7-6所示。图7-674LS148的逻辑电路图7.2.2译码器图7-774LS138引脚排列图

74LS138的逻辑电路图如图7-8所示。图7-874LS138的逻辑电路图图7-9二

十进制译码器逻辑框图3.显示译码器

在数字系统和装置中,经常需要把数字、文字和符号等的二进制编码翻译成人们习惯的形式直观地表示出来,以便于查看和对话,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显示译码器。数码显示管是常用的显示器件之一。

1)两种常用的数码显示器

(1)半导体显示器:半导体LED数码管的基本单元是PN结,这种PN结目前较多采用磷砷化镓做成,当外加正向电压时,就能发出清晰的光。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LED数码管,其管脚排列如图7-10所示。图7-10半导体显示器管脚排列图

LED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。半导体显示器的特点是清晰悦目、工作电压低、体积小、寿命长、响应速度快、颜色丰富可靠。

半导体数码管有共阴极和共阳极两种接法,如图711所示,共阴极数码管,输入高电平时二极管亮;共阳极二极管,输入低电平时二极管亮。半导体数码管在使用时每个管要串联约100Ω的限流电阻。图7-11半导体数码管的两种接法(2)液晶显示器:液晶显示器是一种平板薄型显示器件,其驱动电压很低,工作电流极小,与CMOS电路结合起来可以组成微功耗系统,广泛地用于电子钟表、电子计算器以及各种仪器和仪表中。液晶是一种介于晶体和液体之间的有机化合物,常温下既有液体的流动性和连续性,又有晶体的某些光学特性。液晶显示器本身不发光,在黑暗中不能显示数字,它依靠在外界电场作用下产生的光电效应,调制外界光线使液晶不同部位显现出反差,从而显示出数字。

2)显示译码器

半导体数码管是利用不同发光段的组合来显示不同的数码的,而这些不同发光段的驱动就靠显示译码器来完成。例如,将8421BCD码0100输入显示译码器,显示译码器应输出LED管的驱动信号,亦应使b、c、f、g的4段发光。

下面以8421BCD码七段显示译码器74LS48与半导体数码管BS201A组成的译码驱动显示电路为例,说明半导体数码管显示译码驱动电路的工作原理。74LS48用于驱动共阴极的LED显示器,其真值表如表77所示。74LS48驱动BS201A的电路示意图如图712所示。

半导体数码管选择译码驱动器时,一定要注意半导体数码管是共阴还是共阳,译码驱动器是输出高电平有效还是低电平有效。此外还需满足半导体数码管的工作电流要求。图7-1274LS48驱动BS201A的电路示意图7.2.3数据选择器和分配器

1.数据选择器图7-13数据选择器功能示意图图7-1474LS153引脚排列图2.数据分配器图7-151路4路数据分配器示意图图7-161路4路数据分配器逻辑功能图2)集成数据分配器

由于译码器和数据分配器的功能非常接近,因此译码器一个很重要的功能就是构成数据分配器,且从图716也可以看出,数据分配器和译码器的基本电路构成形式都是由与