电子技术基础教程第12章组合逻辑电路课件.ppt
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- 电子技术 基础教程 12 组合 逻辑电路 课件
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1、11/10/20221数字电路分类:组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路:任意时刻的输出仅仅取决于当时的输入信号,而与电路原来的状态无关。本章内容提要小规模集成电路(SSI)构成组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。常用组合逻辑电路的基本工作原理及常用中规模集成(MSI)组合逻辑电路的逻辑功能、使用方法和应用举例。11/10/202221.分析的主要步骤如下:(1)由逻辑图写表达式;(2)化简表达式;(3)列真值表;(4)描述逻辑功能。小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。所谓组合逻辑电路的分析,就是根据给定的逻辑电路图,求出电路的逻辑功能。11/10/20223例12-1 试分析
2、图12-1所示电路的逻辑功能。解:第一步:由逻辑图可以写输出F的逻辑表达式为:图12-1 例12-1逻辑电路图BCACABF11/10/20224 第二步:可变换为 F=AB+AC+BC 第三步:列出真值表如表12-1所示。表12-1 例12-1真值表 第四步:确定电路的逻辑功能。由真值表可知,三个变量输入,只有两个及两个以上变量取值为1时,输出才为1。可见电路可实现多数表决逻辑功能。BCACABF11/10/20225仿真仿真 11/10/20226SBABABABABAABBABAABBABABFAFFF)(1132ABABFC111/10/20227表12-2 例12-2真值表该电路实现
3、两个一位二进制数相加的功能。S是它们的和,C是向高位的进位。由于这一加法器电路没有考虑低位的进位,所以称该电路为半加器。根据S和C的表达式,将原电路图改画成图12-2(b)所示的逻辑图。图12-2(b)逻辑图仿真仿真 11/10/20228.组合逻辑电路的设计步骤:(1)分析设计要求,设置输入输出变量并逻辑赋值;(2)列真值表;(3)写出逻辑表达式,并化简;(4)画逻辑电路图。与分析过程相反,组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题,求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。11/10/202292.组合逻辑电路设计方法举例。例12-3 一火灾报警系统,设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾探测
4、器。为了防止误报警,只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时,报警系统产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。解:(1)分析设计要求,设输入输出变量并逻辑赋值;输入变量:烟感A、温感B,紫外线光感C;输出变量:报警控制信号Y。逻辑赋值:用1表示肯定,用0表示否定。11/10/202210(2)列真值表;把逻辑关系转换成数字表示形式;(3)由真值表写逻辑表达式,并化简;化简得最简式:11/10/202211图12-3 例12-3的逻辑电路图 (4)画逻辑电路图:用与非门实现,其逻辑图与例12-1相同。如果作以下变换:用一个与或非门加一个非门就可以实现,其逻辑电路图如图1
5、2-3所示。11/10/202212人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题,设计了许多逻辑电路。然而,我们发现,其中有些逻辑电路经常、大量出现在各种数字系统当中。为了方便使用,各厂家已经把这些逻辑电路(功能模块)制造成中规模集成(MSI)的组合逻辑电路产品。比较常用的有编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等等。学习要点:基本逻辑功能查阅元器件手册的能力应用(分析与设计MSI器件实现的电路)。11/10/202213生活中常用十进制数及文字、符号等表示事物。数字电路只能以二进制信号工作。用二进制代码表示文字、符号或者数码等特定对象的过程,称为编码。实现编码的逻辑电路,称为编码器。编码器译码
6、器11/10/202214编码器M个待编码对象N位二进制代码对M个信号编码时,应如何确定代码位数N?N位二进制代码可以表示多少多少个待编码信号?例:BCD码?码?对101键盘编码时,应采用几几位二进制代码?十进制数09101个个键4位代码?位代码11/10/202215编码原则:N位二进制代码可以表示2N个信号,则对M个信号编码时,应由2N M来确定位数N。例:对101键盘编码时,采用了7位二进制代码ASCII码。27128101。目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两种。11/10/202216特点:任何时刻只允许输入一个有效编码请求信号,否则输出将发生混乱。工作原理举例:三位二进制
7、普通编码器。图12-4 普通编码器的方框图输入:八个信号(对象)I0I7(二值量)八个房间温度监视系统输出:三位二进制代码Y2Y1Y0又称八线三线编码器。对房间号码编码11/10/202217表12-4 编码器输入输出的对应关系设输入信号为1表示请求对该输入进行编码。任何时刻只允许输入一个编码请求表达式、电路图?其它输入取值组合不允许出现,为无关项。8个输入信号,共有128种输入取值组合。真值表?11/10/202218753107632176542IIIIYIIIIYIIIIYI0未出现在表达式中?I0的编码是隐含的。当其它输入I1 I7无有效请求(均为0)时,电路输出I0的编码。此时无法得
8、知I0是否提出了有效编码请求。利用无关项化简可得如下表达式:11/10/202219讨论1:编码器输入输出的对应关系。输入编码信号:高电平有效(也可规定为低电平有效)输出二进制代码:原码(也可设计为反码)功能表:不完全的真值表(根据功能特点拟定)11/10/202220讨论2:如何将09十个十进制数编为8421BCD码?输入编码信号:10个输出8421BCD码:4位功能表:请同学课后自拟。11/10/202221 特点:在优先编码器中,允许同时输入两个以上的有效编码请求信号。当几个输入信号同时出现时,只对其中优先权最高的一个进行编码。优先级别的高低由设计者根据输入信号的轻重缓急情况而定。如根据
9、病情而设定优先权。11/10/202222表12-5 74LS148电路的功能表例:MSI八线三线优先编码器74LS148 11/10/202223 74LS148的逻辑功能描述:(1)编码输入端:逻辑符号输入端 上面均有“”号,这表示编码输入低电平有效。I0I7低电平有效允许编码,但无有效编码请求优先权最高11/10/202224(2)编码输出端:从功能表可以看出,74LS148编码器的编码输出是反码。Y2、Y1、Y0 11/10/202225 (3)选通输入端:只有在 =0时,编码器才处于工作状态;而在 =1时,编码器处于禁止状态,所有输出端均被封锁为高电平。选通端为低电平有效。SS禁止状
10、态工作状态11/10/202226允许编码,但无有效编码请求正在优先编码(4)选通输出端YS和扩展输出端YEX:为扩展编码器功能而设置。11/10/202227图12-5 74LS148的逻辑符号 以上通过对74LS148编码器逻辑功能的分析,介绍了通过MSI器件逻辑功能表了解集成器件功能的方法。要求具备从逻辑功能表了解器件功能的能力。不要求记忆74LS148的功能表。11/10/202228图12-6 用74LS148接成的16线4线优先编码器 优先权最高片(2)无有效编码请求时才允许片(1)编码编码输出的最高位编码输出为原码仿真仿真 试对应74LS148的功能表,分析以下应用电路的逻辑功能
11、。11/10/202229片(2)“有编码输入”时,禁止片(1)编码;Z Z3 31 1片(2)无有效编码请求时,允许片(1)编码;Z Z3 30 0请同学们列出该16线4线线电路的功能表。11/10/202230总结要点:MSI组合逻辑电路学习要点:基本逻辑功能查阅元器件手册的能力应用(分析与设计MSI器件的应用电路)。编码原则:M个待编码信号、N位二进制代码,应满足关系:2N M理解编码器的功能表(注意与真值表的区别)。MSI组合逻辑器件逻辑符号的画法。11/10/202231译码:编码的逆过程,将编码时赋予代码的特定含义“翻译”出来。译码器:实现译码功能的电路。常用的译码器有二进制译码器
12、、二-十进制译码器和显示译码器等。二进制代码原来信息编码对象编码译码11/10/202232图12-7 三位二进制译码器的方框图输入:二进制代码(N位),输出:2N个,每个输出与输入代码相对应。输入是三位二进制代码、有八种状态,八个输出端分别对应其中一种输入状态。因此,又把三位二进制译码器称为3线8线译码器。11/10/2022331.74LS138的逻辑功能译码输入端 S为控制端,又称使能端 S=1 译码工作 S=0 禁止译码,输出全1 1 321SSSS输出端为便于理解功能而分析内部电路仿真仿真 图12-8 74LS138的内部电路11/10/202234表12-6 74LS138的功能表
13、译中为0高电平有效低电平有效禁止译码译码工作11/10/202235图12-8(b)74LS138的逻辑符号输出低电平有效三位二进制代码使能端11/10/20223674LS138的逻辑功能 三个译码输入端(又称地址输入端)A2、A1、A0,八个译码输出端 ,以及三个控制端(又称使能端)、。、,是译码器的控制输入端。当 =1、+=0(即 =1,和 均为0)时,GS输出为高电平,译码器处于工作状态。否则,译码器被禁止,所有的输出端被封锁在高电平。S1S2S1S2S3S1S2S3S1S3S2Y0Y7S3321SSSS11/10/202237 当译码器处于工作状态时,每输入一个二进制代码将使对应的一
14、个输出端为低电平,而其它输出端均为高电平。也可以说对应的输出端被“译中”。74LS138输出端被“译中”时为低电平,所以其逻辑符号中每个输出端 上方均有“”符号。Y0Y711/10/202238 2.应用举例 (1)功能扩展(利用使能端实现)图12-9 用两片74LS138译码器构成4线16线译码器A3=0时,片1工作,片2禁止 A3=1时,片1禁止,片2工作扩展位控制使能端仿真仿真 11/10/202239(2)实现组合逻辑函数F(A,B,C)把3线8线译码器74LS138地址输入端(A2A1A0)作为逻辑函数的输入变量(ABC),译码器的每个输出端Yi都与某一个最小项mi相对应,加上适当的
15、门电路,就可以利用译码器实现组合逻辑函数。11/10/202240例12-4 试用74LS138译码器实现逻辑函数:解:)7,6,5,3,1(),(mCBAF765317653176531mmmmm)7,6,5,3,1(),(YYYYYmmmmmmCBAF11/10/202241 因此,正确连接控制输入端使译码器处于工作状态,将 、经一个与非门输出,A2、A1、A0分别作为输入变量A、B、C,就可实现组合逻辑函数。Y1YYYY76531)7,6,5,3,1(),(YYYYYmCBAF图12-10例12-4电路图仿真仿真 11/10/202242二十进制译码器的逻辑功能是将输入的BCD码译成十个
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