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类型电子技术基础教程第12章组合逻辑电路课件.ppt

  • 上传人(卖家):晟晟文业
  • 文档编号:4093378
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    关 键  词:
    电子技术 基础教程 12 组合 逻辑电路 课件
    资源描述:

    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

    16、输出信号。图12-11 74LS42译码器的逻辑符号11/10/202243表12-7 74LS42译码器的功能表译中为0拒绝伪码11/10/202244在数字测量仪表和各种数字系统中,都需要将数字量直观地显示出来,一方面供人们直接读取测量和运算的结果,另一方面用于监视数字系统的工作情况。数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由显示译码器、驱动器和显示器等部分组成,如图12-12所示。11/10/202245图12-12 数字显示电路的组成方框图 1.数字显示器件 数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件,常见的有辉光数码管、荧光数码管、液晶显示器、发光二极管数码管、场致

    17、发光数字板、等离子体显示板等等。本书主要讨论发光二极管数码管。11/10/202246(1)发光二极管(LE D)及其驱动方式 LED具有许多优点,它不仅有工作电压低(1.53V)、体积小、寿命长、可靠性高等优点,而且响应速度快(100ns)、亮度比较高。一般LED的工作电流选在510mA,但不允许超过最大值(通常为50mA)。LED可以直接由门电路驱动。11/10/202247 图(a)是输出为低电平时,LED发光,称为低电平驱动;图(b)是输出为高电平时,LED发光,称为高电平驱动;采用高电平驱动方式的TTL门最好选用OC门。图12-13 发光二极管的驱动电路(a)低电平驱动 (b)高电平

    18、驱动mAVVFDIVVR10255R为限流电阻11/10/202248图12-14 七段显示LED数码管(a)外形图 (b)共阴型 (c)共阳型 (2)LED数码管LED数码管又称为半导体数码管,它是由多个LED按分段式封装制成的。LED数码管有两种形式:共阴型和共阳型。公共阴极公共阳极高电平驱动低电平驱动11/10/20224911/10/202250图12-15 七段数码管字形显示方式2七段显示译码器 (1)七段字形显示方式LED数码管通常采用图3-15所示的七段字形显示方式来表示0-9十个数字。11/10/202251图12-16 74LS49的逻辑符号 (2)七段显示译码器灭灯控制端8

    19、421BCD码七段代码 七段显示器译码器把输入的BCD码,翻译成驱动七段LED数码管各对应段所需的电平。74LS49是一种七段显示译码器。11/10/202252表12-8 74LS49的功能表8421BCD码禁止码灭灯状态11/10/202253译码输入端:D、C、B、A,为为8421BCD码;七段代码输出端:a、b、c、d、e、f、g,某段输出为高电平时该段点亮,用以驱动共阴型七段显示LED数码管;灭灯控制端:IB,当IB=1时,译码器处于正常译码工作状态;若IB=0,不管D、C、B、A输入什么信号,译码器各输出端均为低电平,处于灭灯状态。利用IB信号,可以控制数码管按照要求处于显示或者灭

    20、灯状态,如闪烁、熄灭首尾部多余的0等。11/10/202254图12-17 74LS49驱动LED数码管电路 图12-17是一个用七段显示译码器74LS49驱动共阴型LED数码管的实用电路。11/10/202255 在多路数据传送过程中,能根据需要选择其中一路数据输出的电路,叫做数据选择器(Mux),也称为多路选择器,其作用相当于多路开关。常见的数据选择器有:四选一、八选一、十六选一电路。11/10/202256 (1)四选一数据选择器的逻辑电路图图12-18 4选1数据选择器电路地址输入端控制输入端数据输入端输出端)(),(3322110001DmDmDmDmSAAY11/10/202257

    21、表12-9 4选1数据选择器的功能表输 入输 出S A1 A0Y0 01 0 0D01 0 1D11 1 0D21 1 1D33001),(iiiDmSAAY11/10/202258三个地址输入端A2、A1、A0,八个数据输入端D0D7,两个互补输出的数据输出端Y和Y,一个控制输入端S。图12-19 74LS15112-19 74LS151的逻辑符号 11/10/202259 表12-10 74LS15112-10 74LS151的功能表 禁止状态 工作状态 11/10/2022601.功能扩展 用两片八选一数据选择器74LS151,可以构成十六选一数据选择器。试回忆用两片38线译码器74LS

    22、138实现4线线16线译码器的方法。利用使能端(控制端)。11/10/202261图12-20 用74LS151构成16选1数据选择器 扩展位接控制端A3=1时,片1禁止,片2工作A3=0时,片1工作,片2禁止 仿真仿真 11/10/202262 利用数据选择器可以实现各种组合逻辑函数。例12-5 试用八选一电路实现 解:将A、B、C分别从A2、A1、A0输入,作为输入变量,把Y端作为输出F。因为逻辑表达式中的各乘积项均为最小项,所以可以改写为ABCCBABCACBAF7530),(mmmmCBAF根据八选一数据选择器的功能,令11/10/202263具体电路见图12-21:图12-21 例1

    23、2-5电路图D0=D3=D5=D7=1D1=D2=D4=D6=0S0仿真仿真 11/10/202264A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 001 1 11真值表对照法注意变量高低位顺序!11/10/202265例12-6试用八选一电路实现三变量多数表决电路。表12-11 例12-6的真值表A B CF0 0 000 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11解:假设三变量为A、B、C,表决结果为F,则真值表如表12-11所示。11/10/202266 在八选一电路中,将A、B、C从A2、A1、A0 输

    24、入,令 7653),(mmmmCBAFD3=D5=D6=D7=1D0=D1=D2=D4=0S0FY则可实现三变量多数表决电路,具体电路图请读者自行画出。则11/10/202267算术运算是数字系统的基本功能,更是计算机中不可缺少的组成单元。本节介绍实现加法运算的逻辑电路。本章的12.1节讨论过半加器(HA)电路,它是不考虑低位进位的加法器。全加器能把本位两个加数An、Bn 和来自低位的进位Cn-1三者相加,得到求和结果Sn 和该位的进位信号Cn。11/10/202268 表12-12 全加器 的真值表Sn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01

    25、0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1由真值表写最小项之和式,再稍加变换得:1111111)()(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCBACBACBACBACBACBACBAS11/10/202269nnnnnnnnnnnnnnBACBABACBACBAC111)(Sn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-1由真值表写最小项之和式,再稍加变换得:11/10/202270 图12-22 全加器(a)电路图 (b)逻辑符号1nnnnCBASnnnnn

    26、nBACBAC1)(由表达式得逻辑图:仿真仿真 11/10/20227174LS283电路是一个四位加法器电路,可实现两个四位二进制数的相加,其逻辑符号如图12-23所示。全加器可以实现两个一位二进制数的相加,要实现多位二进制数的相加,可选用多位加法器电路。11/10/202272图12-23 74LS283电路的逻辑符号CI是低位的进位,CO是向高位的进位,A3A2A1A0和B3B2B1B0是两个二进制待加数,S3、S2、S1、S0是对应各位的和。11/10/202273多位加法器还可以实现组合逻辑电路。图12-24 由74LS283构成的代码转换电路8421BCD码0011余3码例:将84

    27、21BCD码转换成余3码。余3码8421BCD码3(即0011)仿真仿真 11/10/202274 数值比较器:能够比较数字大小的电路。1.两个一位数A和B相比较的情况:(1)AB:只有当A=1、B=0时,AB才为真;(2)AB:只有当A=0、B=1时,AB才为真;(3)A=B:只有当A=B=0或A=B=1时,A=B才为真。ABYABYABYA=B0000101010101001100111/10/202275图12-25 74LS85的逻辑符号要比较两个多位二进制数A和B的大小?必须从高向低逐位进行比较。2.四位数值比较器74LS85级联输入 便于功能扩展 11/10/202276输 入级

    28、联 输 入输 出A3,B3A2,B2A1,B1A0,B0IABIAB IA=BFABFABFA=B 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0A3=B31 0 1 0 0A3=B30 1 0 1 0A3=B3A2=B21 0 1 0 0A3=B3A2=B20 1 0 1 0A3=B3A2=B2A1=B11 0 1 0 0A3=B3A2=B2A1=B10 1 0 1 0A3=B3A2=B2A1=B1A0=B01 0 0 1 0 0A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00 1 0 0 1 0A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00 0 1 0 0 1A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0 1 0

    29、 0 111/10/202277 3.部分常用MSI组合逻辑电路的型号、名称和主要功能表表12-1411/10/202278型 号名 称主 要 功 能74LS14710线-4线优先编码器 74LS1488线-3线优先编码器 74LS1498线-8线优先编码器 74LS424线-10线译码器BCD输入74LS1544线-16线译码器 74LS46七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS47七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS48七段显示译码器BCD输入、带上拉电阻74LS49七段显示译码器BCD输入、OC输出74LS15016选1数据选择器反码输出74LS1518选1数据选择器原、反码输

    30、出74LS153双4选1数据选择器 74LS2518选1数据选择器原、反码输出,三态74LS854位数值比较器 74LS8668位数值比较器 11/10/202279型 号名 称主 要 功 能CC4014710线-4线优先编码器BCD输出CC45328线-3线优先编码器 CC4555双2线-4线译码器 CC45144线-16线译码器有地址锁存CC4511七段显示译码器锁存输出、BCD输入CC4055七段显示译码器BCD输入、驱动液晶显示器CC4056七段显示译码器BCD输入、有选通、锁存CC4519四2选1数据选择器 CC45128路数据选择器 CC40634位数值比较器 CC4014710线

    31、-4线优先编码器BCD输出11/10/202280本章小结本章小结 组合逻辑电路是一种应用很广的逻辑电路。本章介绍了组合逻辑电路的分析和设计方法,还介绍了几种常用的中规模(MSI)组合逻辑电路器件。本章总结出了采用集成门电路构成组合逻辑电路的分析和设计的一般方法,只要掌握这些方法,就可以分析任何一种给定电路的功能,也可以根据给定的功能要求设计出相应的组合逻辑电路。11/10/202281 本章介绍了编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等MSI组合逻辑电路器件的功能,并讨论了利用译码器、数据选择器和加法器实现组合逻辑函数的方法。对于MSI组合逻辑电路,主要应熟悉电路的逻辑功能。了解其内部电路只是帮助理解器件的逻辑功能。只有熟悉MSI组合逻辑电路的功能,才能正确应用好电路。本章通过举例,介绍了基于功能块的MSI组合逻辑电路的分析方法。熟悉这种方法,对MSI组合逻辑电路的分析很有帮助。11/10/202282

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