数字电子技术基础与技能第2章课件.ppt
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1、数字电子技术基础与数字电子技术基础与技能技能-第第2章章湖南有色金属职业技术学院李响初2第第2章章 组合逻辑电路组合逻辑电路学习目标学习目标 知识目标知识目标:v 了解组合逻辑电路的基本概念及特点。v 掌握组合逻辑电路的分析方法及步骤。v 掌握编码器、译码器逻辑功能和应用特性。v 技能目标技能目标:v 会用万用表测试集成组合逻辑器件性能好坏。v 会组装与调试三人表决器。v 会查阅集成电路手册,能按要求选用集成组合逻辑器件。32.1 组合逻辑电路基本知识组合逻辑电路基本知识 话题引入话题引入 众所周知,目前计算机已普及到各行各业、各个领域,已经无所不在。但早期的计算机其设计的目的是用于快速计算,
2、着重于军事目的的应用。而随着计算机技术的发展和应用需求的增加,计算机已从主要用于科学计算和工程计算发展到从事数据处理、辅助设计、过程控制以及人工智能等。据统计,80以上的计算机主要用于数据处理,这类工作量大面宽,决定了计算机应用的主导方向。目前,计算机数据处理功能已广泛地应用于办公自动化、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等领域。而实现计算机数据处理功能的关键部件为组合逻辑电路部件。初学者学习本课程时,一般要将常用组合逻辑部件逻辑功能及应用特性作为主要研究对象。42.1.1 组合逻辑电路的基本特征组合逻辑电路的基本特征v 在任何时刻,电路的输出状态只取决于该时刻的输入,而与该时刻
3、之前电路的状态无关的逻辑电路,称为组合逻辑电路,简称组合电路。组合逻辑电路的一般模型如图2-1所示。图2-1 组合逻辑电路一般模型v 基本特征:v(1)输出、输入之间没有反馈网络;v(2)电路中没有记忆元件,由逻辑门电路组成。X1X2XnY1Y2Ym组合逻辑电路5v 典型应用如图2-2所示。a)数码显示 b)交通信号灯控制器 c)表决器图2-2 组合逻辑电路典型应用62.1.2 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法v 分析步骤。v(1)根据给定的逻辑电路,写出输出变量的逻辑表达式;v(2)将得到的逻辑表达式化简;v(3)由化简的逻辑表达式列出真值表;v(4)判断逻辑电路的逻辑功能。v
4、框图:表2-3 组合逻辑电路分析步骤7v 例例2-1分析并说明图2-4所示逻辑电路的逻辑功能。图2-4 例2-1逻辑图 解:(1)根据给定的逻辑电路写出输出变量Y和输入变量A、B、C之间的逻辑表达式并进行转换。8 (2)根据逻辑表达式列出真值表见表2-1。表表2-1 【例例2-1】的真值表的真值表ABCCABCBABCAY)(CBAABCCBAABC 9v(3)逻辑功能:输入一致检测器。v 注意:注意:化简步骤第3步一般根据推导出的逻辑表达式难易程度进行选择。若逻辑表达式较简单,则可以直接写出对应真值表然后进行逻辑功能判断;若逻辑表达式较复杂,常常先采用公式化简法或卡诺图化简法将逻辑表达式化简
5、成最简形式,从而降低由逻辑表达式转换为真值表的分析难度。10*2.1.3 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法v 设计步骤:v(1)分析设计要求,列出符合要求的真值表。v(2)由真值表写出逻辑表达式,并对其进行化简。v(3)由化简后的逻辑表达式画出逻辑电路图。v 框图:表2-5 组合逻辑电路设计步骤11 例例2-2 设计一个监视三台电机工作状态的逻辑电路。正常工作情况下,任何时刻必有一台电机工作,而且只允许有一台电机工作。当出现其他工作状态时,电路发生故障,这时要求发出故障信号,以提醒维护人员前去修理。解:(1)首先分析设计要求v 取三台电机的工作状态为输入变量,分别用A、B、C表示,
6、并规定电机工作用1表示,不工作用0表示。取故障信号为输出变量,用Y表示,并规定电路正常工作时用0表示,发生故障时用1表示。根据题意,可列出如表2-2所示的逻辑真值表。12v 表表2-2 例例2-2真值表真值表v(2)逻辑表达式:v 由表2-2可知v(3)化简、变换逻辑表达式ABCCABCBABCACBAY13v 利用公式化简法化简,得到最简与-或式v 若所用器件种类限制为与非门器件,则可以对上式两次求反,变换为与非-与非表示式v(4)画逻辑电路v 根据最简与-或式可以画出对应的逻辑电路,如图2-6所示。选择与非门器件时的逻辑电路请读者自己分析。BCACABCBAYBCACABCBAY14图2-
7、6 例2-2与-或结构逻辑电路v 例例2-3 试用与非门设计一个供A、B、C三人使用的表决电路,以表决某一提案是否通过。若多数赞成,则提案通过,输出高电平。否则,提案不通过,输出低电平。v 解:(1)首先分析设计要求15v 取输入变量为A、B、C,且规定投赞成票用1表示,投反对票或弃权用0表示;输出变量为Y,且规定提案通过用1表示,不通过用0表示。根据题意,可列出如表2-3所示的真值表。表表2-3 例例2-3真值表真值表16v(2)写出逻辑表达式v 由表2-3可知v(3)化简、变换逻辑表达式v 利用公式化简法化简,得到最简与-或式v 由于所选器件种类限制为与非门器件,则需对上式两次求反,变换为
8、与非-与非表示式v(4)画逻辑电路ABCCABCBABCAYBCACABYBCACABY17v 根据最简与非-与非式可以画出对应的逻辑电路,如图2-7所示。图2-7 例2-3逻辑电路v 注意:注意:对于给定的逻辑功能要求,在设计过程中由于选定器件的不同,逻辑电路可以有多种电路结构形式。182.2 组合逻辑器件组合逻辑器件话题引入话题引入在工程技术中,考虑到有些种类的组合逻辑电路使用特别频繁,为便于使用,把它们制成了标准化的中规模组合逻辑器件,供用户直接选用。这些器件包括编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器等。由于中规模组合逻辑器件具有通用性强、体积小、功耗低、可靠性高等一系列优点,使
9、用这些常用组合逻辑器件,可以像搭积木一样构建自己需要的数字电路系统,从而可以加速数字系统的设计速度、提高系统的可靠性,使数字系统向微型化和智能化方向发展。目前,利用组合逻辑器件设计数字电路系统已成为设计者的优选方案,主要表现在以下几个方面:(1)精简设计电路所用的器件,简化结构;(2)节省设计电路所用的时间,缩短设计周期;(3)简化电路调试过程,缩短测试周期;(4)方便电路维护,减少维护成本。192.2.1 编码器编码器 【二进制编码器】用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路,称为二进制编码器,也称为普通编码器。3位二进制编码器的基本电路如图2-8所示。图2-8 8线-3线编码器 逻辑表达
10、式:765427632175310AAAAYAAAAYAAAAY20v 真值表:21v【优先编码器】所谓优先编码器,就是当两个或多个输入信号同时请求编码时,其输出总是与优先权最高的那个输入信号相对应,而与其他输入信号状态无关的编码器。74LS148外形、引脚排列如图2-9所示。a)外形 b)引脚排列图2-9 74LS148外形、引脚排列22v 74LS148芯片各引脚的功能为:v 1):编码输入端,低电平有效;v 2)、:编码输出端,反码输出;v 3):输入使能端,低电平有效。v 4)YS:级联输出使能端,通常连接低位编码器的端;v 5):优先输出(扩展)端,在多片编码时作为所编码输出的扩展位
11、;v 6)VCC:电源端;v 7)GND:接地端。v【编码器应用】详见教材。0A7A0Y1Y2YSTEXY23v 真值表:24课堂实验:课堂实验:74LS148的逻辑功能研究的逻辑功能研究v【实验材料】集成优先编码器74LS148、数字电路实验箱及相关附件。v【实验原理】实验原理图如图2-12所示。其中 、端接逻辑开关,、YS、端接至逻辑电平显示输入插口。图2-12 74LS148逻辑功能实验电路7A0A2Y0Y25v【实验内容】按图2-12所示连接实验电路。然后按表2-6的要求改变 、端状态,观察 、YS、端状态变化,并在表2-6相应栏目中记录。7A0AST2Y0YEXY26v【实验结论】集
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