第四章 常用组合逻辑功能器件

1、第四章 常用组合逻辑功能器件,41 编码器,编码(encode)：将某种特定含义的信号变换成用二进制代码表示的过程。,编码器（encoder）：实现编码功能的电路。,4.1.1 编码器的定义与功能,1. 4线2线编码器,2. 键盘输入8421BCD码编码器,3. 优先编码器,输入：I0I1I2I3，(I3优先级别最高，I2I1I0依次降低，高电平有效）输出Y1 Y0 原码,真值表,表达式,优先编码器允许同时输入多个编码信号。当多个输入信号输入时，只有优先权最高的一个信号被进行编码。,思考:设计一个4线-2线优先编码器,4.1.2 集成电路编码器,集成8线一3线优先编码器74148的功能表,输入

2、使能， 低电平有效,输入：低电平有效， 有优先级别,编码输出： 反码,优先编码状态标志,输出使能,1. 8线-3线优先编码器74148,由真值表的表达式，经化简得,0.7:8个信号输入端；A2、A1、A0:3个二进制码输出端。,EI: 输入使能端； EO: 输出使能端；GS: 优先编码工作状态表示。,2. 编码器的扩展,16线-4线的优先编码器:由两片8线-3线优先编码器扩展,连接：高位片(II) 输出使能端EO与低位片(I)输入使能端EI相连；高、低位片的A2A1A0相与，获得低三位输出码，而最高位码为高位片的GS端 ；,42译码器 / 数据分配器,译码是编码的逆过程，即将二进制代码翻译成电

3、路的某种状态。,二进制译码器：,将n个输入的组合(n位二进制代码）译成2n种电路状态，也叫n线-2n 线译码器。,译码器的输入：,n位二进制代码,译码器的输出：,2n个高低电平信号,4.2.1 译码器 的定义与功能（Decoder),1. 设计一个2线4线译码器,4.2.2 集成 译码器,1. 3线8线集成译码器74138,当G11 G2A0，G2B=0时,.,而任意逻辑函数均有唯一的最小项表达式，,所以可以用74138实现任意一个三变量函数,译码器的扩展：用两片74138实现4线16线译码,当A3A2A1A00101时,Y50，其它为1,当A3A2A1A01101时,Y130，其它为1,2.

4、 4线-10线译码器（二 - 十进制译码器7442 ）,3. 数字显示译码器,二-十进制计数、编码,显示译码驱动器,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。,1）数码显示管,显示器件：,常用的是七段显示器件,共阴极,共阳极,LED,LCD,Light Emitting Diode,Liquid Crystal Display,2）段译码原理和七段显示译码驱动器 7448,CT7448七段译码器,输出高电平有效,共阴极七段码显示器,共阳极七段码显示器,CT7447七段译码器,输出低电平有效,共阳极七段码显示器,七段显示译码器7448功能表,灭灯

5、输入BI/RBO: BI=0 时熄灭,试灯输入LT: LT=0 时 各段均亮且RBO=1,动态灭零输入RBI: LT=1 RBI=0且DCBA=0000 时,应该 显示的0熄灭,且动态灭零输出RBO=0, 用于多位数字显示时的连接,4. 译码器用作分配器,分配器示意图,由译码器实现分配器,（1）C B A 输入地址信号,（2）G1 使能端， 接地。,（3） 输入数据端D 。,四选一数据选择器框图,四选一数据选择器真值表,常用的数据选择器有四选一、双四选一、八选一和十六选一等多种类型。,4.3 数据选择器,一、 数据选择器的定义和功能,二、集成电路数据选择器,1. 74LS151集成电路数据选择

6、器的功能,数据选择器74LS151逻辑符号,2. 数据选择器的扩展,2位8选1,16选1,2. 数据选择器的应用,步骤,包含地址选择输入的全部最小项， 所以可以用来实现逻辑函数,1。化成最小项表达式,2。根据最小项表达式确定各数据输入端Di的值,(1) 用有 m个地址选择输入端的数据选择器实现n变量函数,A. m=n时,例1：用74151数据选择器实现逻辑函数：,Tip: 当函数变量数目小于数据选择器地址选择输入端数时，实现方法不唯一。,例3：用74LS151实现Y（D，C，B，A）m( 1,6,9,12),Tip: 当函数变量数目大于数据选择器地址选择输入端数时，在数据输入端需要加入多出变量

7、的组合。,B. mn时,C. mn时,(2) 用有 m个地址选择输入端的数据选择器实现n位数的并串转换,作业：4.2.1, 4.2.3 , 4.2.4, 4.3.6 (2) 补充：（3）YA同或B （4） Y（D，C，B，A）m(0,5,9,11,14),44 数值比较器,一、 数值比较器的定义及功能,1. 设计一个一位数值比较器,2. 2位数值比较器,二、集成数值比较器,四位数字比较器逻辑符号,四位数字比较器74LS85真值表,1. 集成数值比较器74LS85的功能,2. 数字比较器的扩展,1) 串联 ：实现简单 2) 并联： 速度快,4.5 算术运算电路,1. 半加器,真值表,表达式,逻辑

8、图,逻辑符号,一、 半加器和全加器,：带进位加，产生和与进位。,真值表,表达式,逻辑图,逻辑符号,2. 全加器,1. 串行进位加法器,A3A2A1A0+B3B2B1B0 = S3S2S1S0,优点：结构简单,缺点：速度慢,由于低位全加器的进位输出与高位全加器的进位输入串联相连，计算结果必须经过各级全加器逐级向高位传递，每一位数据的传递都有延迟时间，级数越多累加的延迟时间越长。,二、 多位加法器,2. 超前进位加法器,74283,超前进位,：并行进位，高位的进位不必等待各低数位进位信号逐级传递，每一级进位由进位信号函数产生。,每一个Si和Ci直接由AmBm (m=0,1,.i)和C-1得出,3.

9、 加法器的扩展（串联或者使用超前进位产生器）,例：用74LS283构成8位加法器,三、 减法运算,1. 反码与补码,反码,1 1 1 1,补码,0 0 0 0,1 1 1 0,1 1 1 1,1 0 1 0,1 0 1 1,N反（2n-1)B-N原,原码逐位取反得到反码,N补（2n)B-N原,反码加1得到补码,-N原= N补- （2n)B,2. 用加补码完成减法运算,ABA B补（ 2n）B,1) A=B 如14-6=8,14的原码1110,+6的反码1001,+ 0001,_,进位 11000,借位为0差1000,14的原码1100,-6的原码0110,_,借位为0差1000,2) AB如5

10、-14=-9,5的原码0101,+14的反码0001,+ 0001,_,进位 00111,借位为1差1001,5的原码0101,-14的原码1110,_,借位为1差1001,实训4 编/译码及数码显示,1）了解编码器、译码器和数码管的逻辑功能。 2）熟悉74LS147、 74LS48和数码管各管脚的功能。 3）进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。 2. 实训设备与器件 实训设备：逻辑试电笔、示波器、直流稳压电源、集 成电路测试仪。 实训器件、实验电路板、训3所调试好的抢答器实验 板、二-十进制编码器74LS147、字符译码器74LS48、共阴极数码管、非门74LS04各一块。 3. 实训电路

11、 实训电路如图4.1所示。 ,图 4.1 编/译码及数码显示实训电路图,4. 实训步骤与要求 1） 预习 查集成电路手册，初步了解74LS147、74LS48和数码管 的功能，确定74LS147和74LS48的管脚排列，了解各管脚的 功能。 2）连接电路 用集成电路测试仪测试所用集成块，确认完好后，按 实训电路图在实验板上安装好实训电路。将实训3中 4 人抢 答器的 4 个指示信号按实训电路所示接到编码器74LS147的I1 、I2、 I3、I4输入端（即11、12、13、1 脚）。检查电路连接, 确认无误后再接电源。 ,3） 电路功能显示 接通电源，分别触按 4 个抢答器的抢答键，如果电 路

12、工作正常，数码管将分别显示抢答成功者的号码。如 果没有显示或显示的不是抢答成功者的号码，说明电路 有故障，应予以排除。 4）电路逻辑关系检测 （1）用逻辑试电笔（或示波器）测试抢答器输入到 编码器74LS147的I1、I2、I3、I4输入端的 4个信号，其中 一个信号应是低电平，并观察该低电平信号与数码管显 示的数字有什么关系。, （2）当4个输入信号I1、I2、I3、I4分别为低电平时，用 逻辑试电笔（或示波器）测试74LS147的 4 个输出端A、B 、C、D的电平并记录于表4.1中。表中“1”表示高电平， “0”表示低电平。 （3）用同样的方法测试译码器74LS48的 7 个输出端ag的

13、电平并记录于表4.1中。观察数码管 7 个输入端ag 电平的高低与数码管相应各段的亮灭有什么关系。,表 4.1,5） 74LS147功能试验 (1) 编码功能。给一块74LS147接通电源和地，在74LS147 的9个输入端加上输入信号(按表4.2所示，依次给I1I9加信号）, 用逻辑试电笔或示波器测试D、C、 B、A 4个输出端的电平， 将测试结果填入表4.2中。 如果操作准确，对应每一个低电平输入信号，在编码器输出 端D、C、B、A将得到一组对应的二进制编码。 分析测试结果可 知，编码器输出端D、C、B、A以反码输出，D为最高位,A为最 低位。每组 4 位二进制代码表示1位十进制数。低电平

14、输入信号 为有效信号。 若无有效信号输入，即9个输入信号全为“1”，代表 输入的十进制数是0， 则输出DCBA=1111（0的反码）。,表42,（2）优先编码。如果74LS147同时有两个或两个以上的输入信号为低电平，将输出哪一个信号的编码呢？请按表4.3的输入方式，测试相应的输出编码。 表中的“”既可以表示低电平，也可以表示高电平。 如果测试准确，可以看出，编码器对级别高的信号进行编码; I9状态信号的级别最高，I1状态信号的级别最低。这就是优先编码功能，因此，74LS147是一个优先编码器。,6） 数码管功能测试 将共阴极数码管的公共电极接地， 分别给ag 7个输入 端分别加上高电平，观察

15、数码管的发亮情况，并记录输入信 号与发亮显示段的对应关系。 最后给7个输入端都加上高电 平，观察数码管的发亮情况。 7）74LS48功能试验 （1）译码功能。将 、 、BI/RBO端接高电平，输入 十进制数09中的任意一组8421码（原码），则输出端ag将 得到一组相应的7位二进制代码。 如果将这组代码输入到数 码管，就可以显示出该十进制数。,（2）试灯功能。给试灯输入端 加低电平，而 BI/RBO端加高电平时，则输出端ag均为高电平。若将其输入到数码管， 则所有的显示段都发亮。 此功能可用于检查数码管的好坏。 （3）灭灯功能。将低电平加于灭灯输入端BI时，不 管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。 将这 样的输出信号加至数码管，数码管将不发亮。,（4）动态灭灯功能。 端为灭零输入端。其作用是把数 码管显示的数字0熄。当 且DCBA=0000时， ag的输出均为低电平，数码管无任何显示。利用该灭零端， 可熄灭不需要显示的多个零。 5. 实训分析 （1）从步骤3）的试验可以看出，该实训电路的功能就是 在数码管上显示出4位抢答者的号码。在该实验中我们只有 4 个输入信号，如果有 10 个输入信号，则数码管可以显示0 9十个数字。 （2）分析步骤4）中第（1）步的测试结果可知，无论哪 个