数字电子技术组合逻辑电路

1、,数字电子技术第4章 组合逻辑电路,龙翔,4.1 组合逻辑电路的分析方法,数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合电路逻辑功能特点：任意时刻的输出仅取决于该时刻的 输入，而与信号作用前电路原来的状态无关； 时序电路逻辑功能特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻 的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。,图4-1 输入、输出组合逻辑电路的框图,图4-1中输出变量与输入变量之间可表示为： 组合电路的分析步骤： 1. 由已知的逻辑图，写出相应的逻辑函数式； 2.对函数式进行化简； 3.根据化简后的函数式列真值表，找出其逻辑功能。,例4-1试分析图4-3所示电路的逻辑功能，并指出该电路 的用途

2、。,图4-2 例4-1的逻辑图,解：1.由逻辑图，写函数式： 2.化简得： 3.列真值表：,4.2 组合逻辑电路的设计方法,组合电路的设计分为：SSI设计和MSI设计，SSI设计的基本 单元电路为门电路，MSI设计的基本单元电路为中规模集成 电路。 组合电路的设计步骤： 1. 进行逻辑抽象； 2. 写出逻辑函数式； 3. 选定设计所用器件的类型； 4.化简或变换； 5.画逻辑图。,组合逻辑电路设计过程,例4-2设计一个三变量的多数表决电路。当输入变量中有两个或两个以上同意时，提议被通过；否则，提议不被通过。,解：1.进行逻辑抽象：,2.写出逻辑函数式： 3.选定器件类型为小规模集成电路的设计。

3、 4.化简得： 5.画逻辑图：,4.3 若干常用的组合逻辑电路4.3.1 编码器,编码器是能够实现编码功能的电路。 1 二进制编码器 1）二进制普通编码器,3位2进制编码器框图,逻辑功能：将 编成000代码，将 编成001代码，依次 类推，将 编成111代码。,表4-3 3位二进制普通编码器的功能表,普通编码器的逻辑表达式：,化简得：,3位二进制普通编码器的逻辑图,图4.3.2 3位二进制编码器（8线3线编码器）,表4-4 3位二进制优先编码器74LS148的功能表,2）二进制优先编码器,优先编码器的逻辑表达式：,YS扩展端逻辑表达式,YEX扩展端逻辑表达式,3位二进制优先编码器的逻辑图,例4

4、-3试用两片74LS148实现一个16线-4线优先编码器，将 16个低电平信号编成11110000代码。要求 优先 级最高。,解：,4.3.2 译码器,译码器是能够实现译码功能的电路。 1二进制译码器 1）译码器74LS138,二极管与门阵列组成的3线-8线译码器,三位二进制译码器框图,中规模集成3位二进制译码器74LS138,当 时，控制端有效，输出函数表达 式为：,表4-5 中规模集成3线-8线译码器74LS138的功能表,例4-4试用两片74LS138实现一个4线-16线译码器，要求将 4位二进制代码00001111分别译成16个低电平信号。,解：,双二-四译码器74LS139,2显示译

5、码器 显示译码器:用于驱动显示器的译码器。 七段半导体数码管，是由七段独立的发光二极管组成，通过 这七段独立的发光二极管的不同点亮组合，来显示十 个不同的数字。,(a) 外形图 (b)共阴极 (c) 共阳极,图3-6 半导体数码管,表4-6 七段显示译码器的真值表,写函数式： 化简得：,七段显示译码器7448的逻辑图,用七段显示译码器7448直接驱动共阴极的七段半导体数码 管的驱动电路：,图3-8 七段显示译码驱动电路,：称为灯测试输入端，低电平有效。当 =0时，数码 管显示数字8，表明该数码管正常工作；否则，数码管不能正 常显示。数码管正常显示时，应令端接高电平。 ：称为灭零输入端，低电平有

6、效，用于将无效的零灭掉。 ：称为消隐输入/灭零输出端，均为低电平有效。,例4-6设计一个有灭零控制的10位数码显示系统，要求保留 小数点后一位有效数字。 解：,3. 用74LS138实现多输出逻辑函数的步骤： a) 将待求函数式化成最小项和的形式，并转换成与非-与非 式； b) 画逻辑图。 例3-5试用74LS138实现多输出逻辑函数：,解：a)将待求函数式化成最小项和的形式： 转换成与非-与非式得：,b)画逻辑图： 令,4.3.3 数据选择器,数据选择器：是能够按照给定的地址将某个数据从一组数据 中选出来的电路。 1. 双四选一数据选择器74LS153,图4-9 双四选一数据选择器74LS1

7、53的逻辑图,美国国家半导体公司74HC153内部结构：,美国菲利浦公司74HC153内部结构：,当 =0，即控制端有效时实现数据选择功能，输出逻辑函 数式：,表4-7 双四选一数据选择器74LS153的真值表,例4-7试用1个双四选一数据选择器74LS153接成1个八选一 数据选择器。,2.八选一数据选择器74LS151,图4-9八选一数据选择器74LS151的逻辑图,Motorola 74HC151结构图：,其函数式：,表3-8 八选一数据选择器74LS151的真值表,3.用数据选择器实现逻辑函数的步骤： 1）变换。 2）画逻辑图。 例3-8用四选一数据选择器实现函数 。 解：1）变换：

8、四选一数据选择器的输出函数式： 令 ，并代入待求函数式得：,令 所以可得： 2）画逻辑图：,4.3.4加法器,半加：不考虑进位直接把两个二进制数相加。 全加：考虑低位来的进位，把两个一位二进制数及低位送来 的进位一起相加。 1一位半加器 表4-9 一位半加器的真值表,由表3-14，可得出相应的函数式为 画逻辑图：,一位半加器的逻辑图,一位半加器的逻辑符号： 图3-11 一位半加器的逻辑符号 2一位全加器 表4-10 一位全加器的真值表,化简后的函数式为： 画逻辑图：,图4-34 一位双全加器74LS183的1/2逻辑图,一位全加器的逻辑符号：,图4-12 一位全加器的逻辑符号,3串行进位加法器

9、,图4-13 四位串行进位加法器的逻辑图,4. 超前进位加法器,4位超前进位加法器74LS283,图4.3.29,例 设计一个代码转换电路，将十进制的8421码转换成余3码,4.3.5 数值比较器,数值比较器:能够实现两个二进制数的大小比较功能的电路。 1一位数值比较器 表4-11 一位数值比较器的真值表 写函数式：,画逻辑图得：,一位数值比较器的逻辑图,图4.3.33,24位数值比较器,以两片74LS85实现一个8位数值比较器的逻辑图：,图4-16 8位数值比较器,4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象4.4.1 竞争-冒险现象的产生,竞争：是指门电路的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳 变的现象。 冒险:是指由于竞争的存在，在门电路的输出端可能出现尖峰 脉冲的现象。,图4-17 与门电路的竞争-冒险现象,图4-18或门电路的竞争-冒险现象,4.4.2 竞争-冒险现象的判断,只有一个变量状态发生变化情况，电路是否存在竞争-冒险的 判断方法：看该电路的逻辑函数式在一定条件下，是否能够 转换成同一个输入信号的“与” 或“或” 的情况，若能，则该电路存在竞争-冒险；否则，该电路不存在竞争-冒险。 例3-12试判断图3-19所示电路是否存在竞争-冒险，已知任 何瞬间只有一个变量状态