第3章组合逻辑电路.ppt

1、应用电子教学中心,1,第三章 组合逻辑电路,数字电路与 系统设计,应用电子教学中心,2,第三章 组合逻辑电路,3.1 概述 3.2 组合逻辑电路分析 3.3 组合逻辑电路设计 3.4 典型组合逻辑电路,应用电子教学中心,3,1. 组合逻辑电路的描述,3.1 概述,应用电子教学中心,4,从功能上 从电路结构上,任意时刻的输出仅 取决于该时刻的输入,不含记忆（存储）元件,2. 组合逻辑电路的特点,应用电子教学中心,5,3.2 组合逻辑电路的分析,1. 组合逻辑电路的分析方法,（1）写逻辑函数表达式。 （2）化简。 （3）列写真值表。 （4）确定电路的功能。,应用电子教学中心,6,例3.2.1 分析

2、图3.2.2所示电路的逻辑功能。,解 ：,（1）写逻辑函数表达式,（2）化简逻辑函数式,应用电子教学中心,7,（3）列写真值表,例3.2.1 分析图3.2.2所示电路的逻辑功能。,该电路实现与门功能,应用电子教学中心,8,例3.2.2 分析图3.2.3所示电路的逻辑功能。,解：（1）逻辑函数表达式,（2）化简,整个电路输出：,第一级逻辑关系：,图3.2.3 例3.2.2图,应用电子教学中心,9,（3）列写真值表,当3个输入变量中有2个或2个以上为1时，输出为1，否则为0。,例3.2.2 分析图3.2.3所示电路的逻辑功能。,（4）确定电路的功能,应用电子教学中心,10,组合逻辑电路的设计步骤：

3、 （1）逻辑抽象 分析因果关系，确定输入/输出变量 定义逻辑状态（即赋逻辑状态值） （2）列写真值表 （3）写出函数表达式，并根据器件类型化简 （4）画逻辑图,3.3 组合逻辑电路的设计,应用电子教学中心,11,3.3.1 不含约束项的组合逻辑电路设计,例3.3.1 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿三盏灯组成。在正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只有一盏灯点亮。当出现其他情况时，说明交通灯控制电路发生故障，则要求监视电路发出故障信号。,解：(1)逻辑抽象 输入变量: 红（R）、黄（Y）、绿（G） 灯亮为1，不亮为0,应用电子教学中心,12,解：,输出

4、变量： 故障信号（E） 正常工作为0，发生故障为1,（3）写出逻辑表达式,（2）列写真值表,例3.3.1 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。（续）,应用电子教学中心,13,化简得：,（4）不限定器件，画逻辑图,例3.3.1 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。（续）,应用电子教学中心,14,例3.3.2 某班有十名学生、学号分别为：0，1，2，9，用四位二进制数ABCD（其中A为最高位）进行编号，分别为0000，0001，0010，1001。规定学号为37号的学生才允许进实验室。试设计判别能否进实验室的组合逻辑电路。要求用与非门实现。,3.3.2 含有约束项的组合逻辑电路设计,解

5、：,(1)逻辑抽象 输入变量：A、B 、C 、D 输出变量：Y，允许进Y=1，否则 Y=0,(2)列真值表,真值表中的前10行序号表示十名学生的学号，后6行对应的6个最小项是约束项，填。,应用电子教学中心,15,(3) 写出逻辑表达式,采用卡诺图化简,例3.3.2 (续）,表3.3.2 例3.3.2真值表,应用电子教学中心,16,（4）根据所选器件类型变换表达式，画逻辑图,可用一个与门和一个或门实现，如图3.3.4（a）,逻辑图如图3.3.4（b）,图3.3.4 例3.3.2的逻辑图,题目要求用与非门实现，将表达式变换成与非与非式：,（a）用与门和或门实现,（b） 用与非门实现,应用电子教学中

6、心,17,编码：将输入的每个高/低电平信号变成一个对应的二进制代码 (1) 二进制编码器,3.4 典型组合逻辑电路,3.4.1 编码器和译码器,1. 编码器,图3.4.1 二进制编码器的框图,应用电子教学中心,18,普通编码器,特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。,表3.4.1 8线-3线普通编码器的真值表,8线-3线编码器,应用电子教学中心,19,逻辑表达式为：,普通编码器,图3.4.2 8线3线编码器的逻辑图,应用电子教学中心,20,特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。,表3.4.2 8线-3线优先编码器的真值表,8线-3线编码器,优先编码器,应用电

7、子教学中心,21,8线-3线优先编码器 （设I7优先权最高I0优先权最低）,优先编码器,优先编码器的逻辑表达式：,应用电子教学中心,22,图3.4.3 8线3线优先编码器的逻辑图,应用电子教学中心,23,集成编码器：74LS148,图3.4.4 74LS148的逻辑符号,应用电子教学中心,24,表3.4.3 741LS48功能表,附加输出信号的状态及含意:,应用电子教学中心,25,低电平,编码器74LS148逻辑图,应用电子教学中心,26,选通信号,选通信号,应用电子教学中心,27,附加输出信号,为0时，电路工作无编码输入,为0时，电路工作有编码输入,应用电子教学中心,28,例3.4.1 用两

8、片8-3线集成编码器74LS148扩展为一片16-4线优先编码器，优先级从 依次降低。,用两片8-3线优先编码器 16-4优先编码器 其中， 的优先权最高。,应用电子教学中心,29,应用电子教学中心,30,第二片为高优先权 只有(2)无编码输入时，(1)才允许工作 第(2)片 时表示对 的编码 低三位输出应是两片的输出的“或”,应用电子教学中心,31,应用电子教学中心,32,（2）二十进制优先编码器(74LS147),将 编成0110 1110 的优先权最高， 最低 输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码,应用电子教学中心,33,译码器：将输入的二进制代码转换成相应的输出信号。 常用的译码

9、器：二进制译码器，二十进制译码器，显示译码器等。,. 译码器,（1）二进制译码器,二进制译码器原理,图3.4.8 3位二进制译码器框图,应用电子教学中心,34,集成二进制译码器74LS138,74LS138逻辑符号,应用电子教学中心,35,表3.4.6 74LS138的功能表,应用电子教学中心,37,74LS138逻辑图,低电平输出,附加 控制端,应用电子教学中心,38,利用附加控制端进行扩展 例3.4.2 用两片3线8线译码器（ 74LS138 ） 4线16线译码器,应用电子教学中心,39,A3=1,A3=0,应用电子教学中心,40,原理：二进制译码器附加门电路，可实现任何组合逻辑函数。,解

10、： (1)列真值表 A、B：被减数和减数输入 BI：相邻低位的借位输入 S：本位差输出 BO：向相邻高位的借位输出。,用译码器实现组合逻辑电路,例3.4.3 用74LS138设计一个1位二进制数全减器（全减器功能：实现两个1位二进制数相减，且考虑来自低位的借位）。,应用电子教学中心,41,(3) 画逻辑图,(2)写出借位输出BO和差输出S表达式,应用电子教学中心,42,（）二十进制译码器,例：74LS42,自己分析,应用电子教学中心,43, 七段显示译码器原理,（3）数字显示译码器,图3.4.14 七段数字显示器的外形图及其连接方式,应用电子教学中心,44,表3.4.9 七段显示译码器的真值表

11、,应用电子教学中心,45,集成显示译码器 七段显示译码器7448是一种与共阴极数字显示器配合使用的集成译码器。,图3.4.16 74LS48的逻辑图和逻辑符号,应用电子教学中心,46,表3.4.10 集成显示译码器74LS48的真值表,应用电子教学中心,47,7448的逻辑功能：,（1）正常译码显示。 =1， =1时，对输入为十进制数l15的二进制码（00011111）进行译码，产生对应的七段显示码。,（2）灭零。当 =1，而输入为0的二进制码0000时，只有当 =1时，才产生0的七段显示码,如果此时输入 =0 ，则译码器的ag输出全0，使显示器全灭；所以 称为灭零输入端。,（3）试灯。当 =

12、0时，无论输入怎样，ag输出全1，数码管七段全亮。由此可以检测显示器七个发光段的好坏。 称为试灯输入端。,（4）特殊控制端 。 可以作输入端，也可以作输出端。 作输入使用时，如果 =0时，不管其他输入端为何值，ag均输出0，显示器全灭。因此 为灭灯输入端。 作输出端使用时，受控于 。当 =0，输入为0的二进制码0000时， =0，用以指示该片正处于灭零状态。所以， 又称为灭零输出端。,应用电子教学中心,48,图3.4.17 用7448驱动LED数字显示器的电路,应用电子教学中心,49,1. 数据选择器,3.4.1 数据选择器和数据分配器,图3.4.18 数据选择器的示意图,应用电子教学中心,5

13、0,（1）4选一数据选择器,表3.4.11 四选一数据选择器的真值表,应用电子教学中心,51,由表达式可画出逻辑图：,应用电子教学中心,52,（2）集成数据选择器,74LS153逻辑符号,双四选一数据选择器74LS153,应用电子教学中心,53,表3.4.12 74LS153的功能表,应用电子教学中心,54,74LS153工作原理,应用电子教学中心,55,“双4选1”74LS153 分析其中的一个“4选1”,功能表,应用电子教学中心,56,例3.4.4 用双4选1集成数据选择器74LS153扩展成一片8选1数据选择器。,74LS153只有两个地址信号 8选1数据选择器需要三个地址信号,两个4选

14、1的数据选择器不同时工作,应用电子教学中心,57,用数据选择器设计组合电路,基本原理 具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数,应用电子教学中心,58,例3.4.5 分别用4选1、8选1、16选1数据选择器实现一个三变量的组合逻辑函数,解：将逻辑函数转换成最小项表达式：,（1）用4选1数据选择器实现,对比最小项表达式，得D0=D2=C,D1=0,D3=1,构成的逻辑图如图3.4.22（a）所示。,若令A1=A,A0=B,则,应用电子教学中心,59,（2）用8选1数据选择器实现,令 A2=A,A1=B,A0=C 则 D0=D2=D3=D4=0,D1=D5=D6

15、=D7=1,构成的逻辑图如图3.4.22（b）所示。,应用电子教学中心,60,令 A2=A,A1=B,A0=C 则 构成的逻辑图如图3.4.22（c）所示。,（3）用16选1数据选择器实现,应用电子教学中心,61,图3.4.22 用不同输入端数的数据选择器实现组合逻辑函数,应用电子教学中心,62,2. 数据分配器,图3.4.23 数据分配器的示意图,应用电子教学中心,63,表3.4.13 1路4路数据分配器的真值表,逻辑表达式为,应用电子教学中心,64,图3.4.24 1路4路数据分配器的逻辑图,应用电子教学中心,65,3.4.3 加法器,. 1位加法器 （1）半加器 不考虑来自低位的进位，将

16、两个一位的二进制数相加,图3.4.26 1位半加器的逻辑图和逻辑符号,表3.4.14 1位半加器的真值表,应用电子教学中心,66,(2) 全加器 将两个一位二进制数及来自低位的进位相加,表3.4.15 1位全加器真值表,其逻辑表达式为：,（3.4.14）,应用电子教学中心,67,图3.4.27 1位全加器的逻辑图和逻辑符号,（a）逻辑图 （b） 逻辑符号,应用电子教学中心,68,.多位加法器,(1)四位串行进位加法器,应用电子教学中心,69,令 ， 则式（3.4.15）可写为,(2)超前进位加法器 基本原理：在进行加法运算时通过快速进位电路同时产生所有全加器的进位值,在多位二进制加法运算时：,

17、（3.4.15）,应用电子教学中心,70,图3.4.31(a) 74LS283的逻辑图,（3）集成超前进位加法器74LS283,应用电子教学中心,71,（3）集成超前进位加法器74LS283,图3.4.31(b) 74LS283的逻辑符号,应用电子教学中心,72,例3.4.7 用74LS283实现两个7位二进制数相加。,解：需要两片74LS283,图3.4.32 7位二进制加法器,应用电子教学中心,73,例3.4.8 用74LS283设计一个代码转换电路，将BCD码的8421码转换成余3码。,解：以8421码为输入，余3码为输出，列真值表,应用电子教学中心,74,例3.4.8 用74LS283

18、设计一个代码转换电路，将BCD码的8421码转换成余3码。,图3.4.33 例3.4.8的代码转换电路,应用电子教学中心,75,3.4.4 数值比较器,1. 1位数值比较器,表3.4.17 1位数值比较器真值表,应用电子教学中心,76,图3.4.34 一位数据比较器,1. 1位数值比较器,逻辑图：,应用电子教学中心,77,2. 多位数值比较器,例 4位数值比较器CC14585,应用电子教学中心,77,图3.4.35 4位数字比较器CC14585的逻辑符号,AB、IAB、IAB为附加输入端，用于扩展,四位二进制数比较器CC14585,原理：从高位比起，只有高位相等，才比较一下位。,比较两个4位数时取,应用电子教学中心,79,表3.4.18 CC1485的功能表,只有A=B时、输出才由 I（AB）、I（AB）的输入信号决定 。,I（AB）并未产生Y（AB）输出信号，它仅仅是一个控制信号。当 I（AB）高电平时，允许有Y(AB)信号输出，而当I(AB)