数字电路PPT 第四章 组合逻辑电路.ppt

1、（4-1）,电子技术,数字电路部分,第四章 组合逻辑电路,（4-2）,第四章 组合逻辑电路, 4.1 概述, 4.2 组合逻辑电路分析, 4.3 利用小规模集成电路设计组合电路, 4.4 几种常用的中规模组件, 4.5 利用中规模组件设计组合电路,（4-3）,逻辑电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,现时的输出仅取决于现时的输入,除与现时输入有关外还与原状态 有关, 4.1 概述,（4-4）,1.由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式。,分析步骤：,2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。,3.列出输入输出状态表并得出结论。,电路 结构,输入输出之间的逻辑关系, 4.2 组合逻辑电路分析,（4-5）

2、,例：分析下图的逻辑功能。,（4-6）,真值表,相同为“1” 不同为“0”,同或门,（4-7）,例：分析下图的逻辑功能。,（4-8）,真值表,相同为“0” 不同为“1”,异或门,（4-9）,例：分析下图的逻辑功能。,0,1,被封锁,1,1,（4-10）,1,0,被封锁,1,选通电路,（4-11）,将来的你一定会感谢现在拼命努力的你。,（4-12）,任务要求,最简单的逻辑电路,1.指定实际问题的逻辑含义，列出真值表，进而写出逻辑表达式。,2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。,3.列出输入输出状态表并画出逻辑电路图。,分析步骤：,4.3 组合逻辑电路设计,（4-13）,例：设计三人表决电路

3、（A、B、C）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。,1.首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。三个按键A、B、C按下时为“1”，不按时为“0”。输出量为 F，多数赞成时是“1”，否则是“0”。,2.根据题意列出逻辑状态表。,（4-14）,逻辑状态表,3.画出卡诺图：,（4-15）,用卡诺图化简,（4-16）,4.根据逻辑表达式画出逻辑图。,A,B,C,F,（4-17）,若用与非门实现,（4-18）,4.4.1 加法器,举例：A=1101, B=1001, 计算A+B,0,1,1,0,1,0,0,1,1,4.4 几种常用的组合逻辑组件,

4、（4-19）,加法运算的基本规则：,（1）逢二进一。,（2）最低位是两个数最低位的相加，不需考虑进位。,（3）其余各位都是三个数相加，包括加数、被加数和低位来的进位。,（4）任何位相加都产生两个结果：本位和、向高位的进位。,（4-20）,（1）半加器：,半加运算不考虑从低位来的进位,A-加数；B-被加数；S-本位和； C-进位。,真值表,（4-21）,真值表,（4-22）,逻辑图,逻辑符号,（4-23）,（2）全加器：,an-加数；bn-被加数；cn-1-低位的进位；sn-本位和；cn-进位。,逻辑状态表见下页,相加过程中，既考虑加数、被加数又考虑低位的进位位。,（4-24）,（4-25）,半

5、加和：,所以：,（4-26）,逻辑图,逻辑符号, 1,an,bn,Cn-1,sn,cn,Scn-1,（4-27）,全加器SN74LS183的管脚图,（4-28）,应用举例：用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器。,串行进位,（4-29）,其它组件：,SN74LS183-四位串行进位全加器。,SN74283-四位超前进位全加器。,（4-30）,如何利用74LS283实现减法运算？,（4-31）,有人问毕加索：你的画，怎么看不懂啊？毕加索说：听过鸟叫吗？听过。好听吗？好听。你听得懂吗？,（4-32）,4.3.2 译码器,译码是编码的逆过程，即将某个二进制翻译成电路的某种状态。,（1）二进制

6、译码器,将n种输入的组合译成2n种电路状态。也叫n-2n线译码器。,译码器的输入：,一组二进制代码,译码器的输出：,一组高低电平信号,（4-33）,2-4线译码器74LS139的内部线路,（4-34）,74LS139的功能表,“”表示低电平有效。,（4-35）,74LS139管脚图,一片139中含两个2-4译码器,（4-36）,例：利用线译码器分时将采样数据送入计算机。,（4-37）,工作原理：（以A0A1=00为例）,脱离总线,（4-38）,用与非门组成的线线译码器74LS138,（4-39）,3线8线译码器74LS138的功能表,（4-40）,译码器应用,1、如何将2-4线译码器扩展为3-

7、8线译码器？ 2、如何将3-8线扩展为4-16线？ 3、如何将2-4线扩展为4-16线？,（1）译码器芯片扩展,（4-41）,（2）用线译码器设计多输出逻辑电路,从功能表可知：,二四译码器功能表,（4-42）,例：,用2-4线译码器产生一组多输出函数。,参考上页的逻辑式,可知,（4-43）,接线图,（4-44）,n-2n 线译码器，包含了n变量所有的最小项。加上或门或与非门，可以组成任何形式的输入变量小于n的组合逻辑函数。,（4-45）,74LS138能否可以实现全加器功能？怎么实现？,（4-46）,我未曾见过一个早起、勤奋、谨慎、诚实的人抱怨命运不好；良好的品格，优良的习惯，坚强的意志，是不

8、会被假设所谓的命运击败的。富兰克林,（4-47）,二、二十进制译码器：将输入BCD码的十个代码译成十个高、低电平输出信号。,（4-48）,二十进制译码器74LS42的真值表,（4-49）,（2）显示译码器,二-十进制编码,显示译码器,显示器件,在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来，这就要用到显示译码器。,（4-50）,显示器件：,常用的是七段显示器件,（4-51）,显示器件：,常用的是七段显示器件,a,b,c,d,f,g,a b c d e f g,1 1 1 1 1 1 0,0 1 1 0 0 0 0,1 1 0 1 1 0 1,e,（4-52）,显示译码器：,74LS

9、49的管脚图,（4-53）,功能表（简表）,8421码,译码,显示字型,完整的功能表请参考相应的参考书。,（4-54）,74LS49与七段显示器件的连接：,74LS49是集电极开路，必须接上拉电阻,74LS49,（4-55）,化妆,女同事请求男同事顺路载她一程。到了停放车辆的地方，那女的看到那辆摩托又破又烂，忍不住损了男同事一句：“拜托，这么破的车还要上锁！”那男的瞪大眼睛看着那女的说，“那你干嘛要化妆？”,（4-56）,4.3.3 数据选择器,从一组数据中选择一路信号进行传输的电路，称为数据选择器。,控制信号,输入信号,输出信号,数据选择器类似一个多投开关。选择哪一路信号由相应的一组控制信号

10、控制。,（4-57）,从n个数据中选择一路传输，称为一位数据选择器。从m组数据中各选择一路传输，称为m位数据选择器。,控制信号,四二选一选择器,（4-58）,四选一集成数据选择器74LS153,功能表,（4-59）,八选一集成数据选择器74LS151,（4-60）,用两片74LS151构成十六选一数据选择器,D0,D7,A0,A1,A2,D0,D7,A0,A1,A2,A0,A1,A2,A3,D8,D15,D0,D7,D0D7,D0D7,（4-61）,用两片74LS151构成十六选一数据选择器,D0,D7,A0,A1,A2,D0,D7,A0,A1,A2,A0,A2,A2,A3,D8,D15,D0

11、,D7,D8D15,D8D15,（4-62）,（1）用数据选择器设计逻辑电路,四选一选择器功能表,类似三变量函数的表达式！,（4-63）,例：,利用四选一选择器实现如下逻辑函数。,与四选一选择器输出的逻辑式比较,可以令：,变换,（4-64）,接线图,74LS153,（4-65）,用n位输入的数据选择器，可以产生任何一种输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。,设计时可以采用函数式比较法。控制端作为输入端，数据输入端可以综合为一个输入端。,（4-66）,上帝公平地给了每个人每天三个8小时，第一个8小时大家都在工作，第二个8小时大家都在睡觉，人与人的区别是在第三个8小时创造出来的。,（4-67）,4

12、.4.4 编码器,所谓编码就是赋予选定的一系列二进制代码以固定的含义。,n个二进制代码（n位二进制数）有2n种不同的组合，可以表示2n个信号。,（1）二进制编码器,将一系列信号状态编制成二进制代码。,（4-68）,例：用与非门组成三位二进制编码器,- 八线 - 三线编码器,设八个输入端为I1I8，八种状态，与之对应的输出设为F1、F2、F3，共三位二进制数。,设计编码器的过程与设计一般的组合逻辑电路相同，首先要列出状态表，然后写出逻辑表达式并进行化简，最后画出逻辑图。,（4-69）,真值表,（4-70）,8-3编码器逻辑图,（4-71）,不去追逐你所渴求，你将永远不会拥有。不开口问，回答永远是

13、No。不往前走，就将永远停留,（4-72）,二、优先编码器,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。 例：8线-3线优先编码器 （设I7优先权最高I0优先权最低）,（4-73）,低电平,实例：74HC148,（4-74）,选通信号,选通信号,（4-75）,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,（4-76）,（4-77）,附加输出信号的状态及含意,（4-78）,控制端扩展功能举例：,例：用两片8线-3线优先编码器 16线-4线优先编码器 其中， 的优先权最高 ,（4-79）,（4-80）,第一片为高优先权 只有(1)无编码输入时，

14、(2)才允许工作 第(1)片 时表示对 的编码 低3位输出应是两片的输出的“或”,（4-81）,（4-82）,【老鼠掉米缸】一只老鼠掉进了一个半满米缸，这意外使老鼠喜出望外，确定没有危险后，它一顿猛吃，吃完便睡。老鼠就这样在米缸里吃了睡、睡了吃，日子一天天过去。也曾想过跳出米缸，但终究未能摆脱白花花大米的诱惑。直到有一天米缸见底了，才发现想跳出去已无能为力。,（4-83）,（2）二-十进制编码器,将十个状态（对应于十进制的十个代码）编制成BCD码。,十个输入,四位,输入：I0 I9。,输出：F3 F0,列出状态表如下：,（4-84）,状态表,（4-85）,逻辑图略,（4-86）,寄约会来,汤姆

15、一向约会不多，但最近得到一个约学校里最漂亮的女生出来的机会。由于这事来的突然，身边又刚好没钱，他立即给独居的父亲打电话： “我有约会，寄钱来。” 父亲的回答是： “我有钱，寄约会来。”,（4-87）,4.4.5 数字比较器,比较器的分类：,（1）仅比较两个数是否相等。,（2）除比较两个数是否相等外，还要比较两个数的大小。,第一类的逻辑功能较简单，下面重点介绍第二类比较器。,（4-88）,（1）一位数值比较器,功能表,（4-89）,（4-90）,逻辑图,逻辑符号,（4-91）,（2）多位数值比较器,比较原则：,A. 先从高位比起,高位大的数值一定大。,B. 若高位相等,则再比较低位数,最终结果由

16、低位的比较结果决定。,（4-92）,A、B两个多位数的比较：,两个本位数,低位的比较结果,比较结果向高位输出,（4-93）,每个比较环节的功能表,（4-94）,四位集成电路比较器74LS85,(AB)L,(A=B)L,(AB)L,AB,A=B,AB,（4-95）,例：七位二进制数比较器。（采用两片85）,74LS85,74LS85,（4-96）,例：设计三个四位数的比较器，可以对A、B、C进行比较，能判断：（1）三个数是否相等。（2）若不相等，A数是最大还是最小。,比较原则：,先将A与B比较，然后A与C比较，若A=B A=C，则A=B=C；若AB AC，则A最大；若AB AC，则A最小。,可以

17、用两片74LS85实现。,（4-97）,A=B=C,A最大,A最小,（4-98）,语文课上，老师让小明用“长城”造句。小明答：“长城很长。” 老师不悦：“不行，再造一个！” 小明更不开心，把头一扭：“凭什么，我又不是秦始皇！”,（4-99）, 4.6 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象,4.6.1 竞争-冒险现象及成因 一、什么是“竞争” 两个输入“同时向相反的逻辑电平变化”，称存在“竞争” 。 二、因“竞争”而可能在输出产生尖峰脉冲的现象，称为“竞争-冒险”。,（4-100）,（4-101）,三、2线4线译码器中的竞争-冒险现象,（4-102）,4.6.2 消除竞争-冒险现象的方法 一、接入滤波电容 尖峰脉冲很窄，用很小的电容就可将尖峰削弱到 VTH 以下。 二、引入选通脉冲 取选通脉冲作用时间，在电路达到稳定之后，P的高电平期的输出信号不会出现尖峰。,（4-103）,（4-104）,三、修改逻辑设计 例：,（4-105）,（4-106）,（4-107）,（