第4章-组合逻辑电路-电力数电教学课件.ppt
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1、 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 本章讨论的主要问题本章讨论的主要问题1.组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法2.组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法3.何谓组合逻辑电路的竞争冒险何谓组合逻辑电路的竞争冒险?4.编码器、译码器、算术运算电路等编码器、译码器、算术运算电路等 逻辑器件的工作原理应用。逻辑器件的工作原理应用。5.作业作业6.综述每次课程的主要内容;综述每次课程的主要内容;习习4.1.4 4.2.1 4.4.6 4.4.7 4.4.194.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 数字电路的种类(按照逻辑功能特点划分)数字电路的种类(按照逻辑功能特点划分):组合
2、逻辑电路和时序逻辑电路两种。组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。组合逻辑电路的定义:组合逻辑电路的定义:任一时刻的任一时刻的输出状态只取决于同一时刻的输入状输出状态只取决于同一时刻的输入状 态,而与电路原来的状态无关的逻辑电路。态,而与电路原来的状态无关的逻辑电路。组合逻辑电路的结构特点组合逻辑电路的结构特点:输出与输入之间没有反馈延迟通路;电路中没有输出与输入之间没有反馈延迟通路;电路中没有 记忆元件,即电路都是由各种逻辑门组成。记忆元件,即电路都是由各种逻辑门组成。A B C Y&逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式 1 1 最简与或最简与或表达式表达式化简化简 2 ABY 1BCY 2CAY 3
3、1Y2Y3YY 2 CABCABY从输入到输从输入到输出逐级写出出逐级写出ACBCABYYYY 321例例1.分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能最简与或最简与或表达式表达式 3 真值表真值表CABCABY 3 4 电路的逻电路的逻辑功能辑功能当输入当输入A、B、C中有中有2 2个或个或3 3个为个为1 1时,输出时,输出Y为为1 1,否则,否则输出输出Y为为0 0。所以这个电所以这个电路实际上是路实际上是一种一种3 3人表人表决用的组合决用的组合电路:电路:只要只要有有2票或票或3票票同意,表决同意,表决就通过。就通过。4 例例2.逻辑电路图如下,试分析其逻辑功能,逻辑电路图如下,试分析其逻
4、辑功能,并用与非门来实现。并用与非门来实现。Y3 1 1 1 1 A B C Y Y1 Y2 1 1.写出写出与或逻辑表达式与或逻辑表达式 Y3 1 1 1 1 A B C Y Y1 Y2 1 BBACBABYYYYBYYYBAYCBAY21321321BABBABBACBAY2.2.化为最简化为最简与或表达式与或表达式BBACBABYYYYBYYYBAYCBAY213213211、3项合并后与项合并后与2项利用吸收律便得到该结果。项利用吸收律便得到该结果。3.3.列真值表列真值表 A B C Y&电路的输出电路的输出Y只与输入只与输入A、B有关,而与输入有关,而与输入C无关。无关。Y和和A、
5、B的逻辑关系为:的逻辑关系为:A、B中只要一个为中只要一个为0,则,则Y=1;A、B全为全为1时,则时,则Y=0。所。所以以Y和和A、B的逻辑关系为与的逻辑关系为与非运算的关系,即可用一个非运算的关系,即可用一个与门来实现与门来实现!(!(多简单!多简单!)4.4.分析电路的逻辑功能分析电路的逻辑功能ABBAY 4.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计 一一.设计的步骤设计的步骤 1.列真值表列真值表 2.写与或表达式写与或表达式 3.化简化简 4.画逻辑电路图画逻辑电路图 5.实验调试实验调试 二二.举例说明举例说明例例1 1:用与非门设计一个举重裁判表决电路。用与非门设计一个举重裁判表
6、决电路。设举重比赛有设举重比赛有3个裁判,一个主裁判和两个裁判,一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功,并且其当两个或两个以上裁判判明成功,并且其中有一个为主裁判时,表明成功的灯才亮。中有一个为主裁判时,表明成功的灯才亮。ABCCABCBAmmmY765写表达式写表达式 A B C Y A B C Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 解解:设主裁判为变量
7、设主裁判为变量A,副裁判分别为,副裁判分别为B和和C;表;表示成功与否的灯为示成功与否的灯为Y,根据逻辑要求,根据逻辑要求列出真值表列出真值表。AB C 00 01 11 10 0 1 A B A C Y&3 卡诺图卡诺图最简与或最简与或表达式表达式化简 4 逻辑变换逻辑变换逻辑电逻辑电路图路图 3 化简化简 4 111Y=AB+ACACABY变换变换解:解:(1)列真值表)列真值表例例2 2:设计一个电话机信号控制电路。电路有设计一个电话机信号控制电路。电路有I0(火警)、(火警)、I1(盗警)和(盗警)和I2(日常业务)三种输入信号,通过排队电路分别(日常业务)三种输入信号,通过排队电路分
8、别从从L0、L1、L2输出,在同一时间只能有一个信号通过。如果同输出,在同一时间只能有一个信号通过。如果同时有两个以上信号出现时,应首先接通火警信号,其次为盗警时有两个以上信号出现时,应首先接通火警信号,其次为盗警信号,最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信号信号,最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信号控制电路。要求用集成与非门门电路控制电路。要求用集成与非门门电路7400(每片含(每片含4个个2输入端输入端与非门)实现。与非门)实现。例例 2 的的(2)由真值表写出)由真值表写出各输出的逻辑表达式:各输出的逻辑表达式:(3)根据要求,将上)根据要求,将上式转换为与非表达式:
9、式转换为与非表达式:例例 2 的的(4)选用两片)选用两片 74LS00,画出逻辑画出逻辑 图如下图如下:例例 2 的的4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险1.何谓竞争何谓竞争?(P.135.)2.何谓冒险何谓冒险?(P.135.)3.产生竞争冒险的原因产生竞争冒险的原因 主要是门电路的延迟时间产生的主要是门电路的延迟时间产生的。A A 1&Y1 A A Y1(a)(b)1 1 Y2 A A Y2(a)(b)干扰信号干扰信号01 AAY12AAY4、消除竞争冒险的方法、消除竞争冒险的方法(加封锁脉冲、加选通脉(加封锁脉冲、加选通脉 冲、加滤波电容、修改设计方案等)冲、加滤波
10、电容、修改设计方案等)4.4 4.4 若干典型的组合若干典型的组合逻辑集成电路逻辑集成电路 本节讨论的主要内容本节讨论的主要内容 1.1.编码器编码器 2.2.译码器译码器 3.3.数据选择器数据选择器 4.4.数码比较器数码比较器 5.5.加法器加法器 本节讨论的重点本节讨论的重点 各器件的逻辑功能各器件的逻辑功能 译码器和数据选择器的应用译码器和数据选择器的应用 4.4.1 编码器编码器1.编码器的定义与工作原理编码器的定义与工作原理 编码编码将特定的逻辑信号编为一组二进制代码。将特定的逻辑信号编为一组二进制代码。能够实现编码功能的逻辑部件称为编码器。能够实现编码功能的逻辑部件称为编码器。
11、一般而言,一般而言,N个不同的信号,至少需要个不同的信号,至少需要n位位 二进制编码。二进制编码。N和和n之间满足下列关系之间满足下列关系:2nN 种类种类:二进制编码器(二进制编码器(4线线2线、线、8线线3线、线、10线线4线)线)二二 十进制编码器十进制编码器 优先编码器。优先编码器。真真值值表表输输入入8个互斥的信号个互斥的信号输输出出3位二进制代码位二进制代码 普通二进制编码器普通二进制编码器 3 位二进制编码器位二进制编码器(8线线3线编码器设计过程线编码器设计过程)753175310763276321765476542IIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY I7I
12、6I5I4 I3I2 I1 I0 Y2 Y1 Y0 I7I6I5I4 I3I2 I1 I0 Y2 Y1 Y0(a)由或门构成由或门构成(b)由与非门构成由与非门构成 1 1 1&写写逻辑逻辑表达表达式并式并化简化简 画逻辑电路图画逻辑电路图 4.4.2 3位二进制优先编码器位二进制优先编码器(设计过程)(设计过程)优先级别高的信号排斥级别低的,即具有单方面排斥优先级别高的信号排斥级别低的,即具有单方面排斥的特性。的特性。设设I7的优先级别最高,的优先级别最高,I6次之,依此类推,次之,依此类推,I0最低最低列列真真值值表表124634656712345673456756770245345672
13、34567345676771456745675676772IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIYIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIYIIIIIIIIIIIIIIY 写逻辑表达式并化简写逻辑表达式并化简试据此画出逻辑电路图试据此画出逻辑电路图SSSSSSSSSS0123456789ABCDGS&1VCC1k10原理按表原理按表4.4.3进进行分析;行分析;GS为为 使能控制使能控制标志:标志:当按下当按下S0S9任意一个键时,任意一个键时,GS=1,表示有,表示有信号输入;信号输入;当当S0S9均没均没按下时,按下时,GS=0,表示没有信号表示没有信号输入。输入。图图
14、4.4.3例例4.4.1 试分析图试分析图4.4.3所示电路所示电路的工作原理和的工作原理和GS的作用。的作用。VCC YS YEX I3 I2 I1 I0 Y0 I 4 I5 I6 I7 ST Y2 Y1 GND 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS148 1 2 3 4 5 6 7 8 Y2 Y1 Y0 YS YEX ST I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 6 7 9 15 14 74LS148 5 4 3 2 1 13 12 11 10(a)引引脚脚排排列列图图(b)逻逻辑辑功功能能示示意意图图 2.集成电路编码器集成电路编码器(见(见P.140.CD45
15、32)加加:集成集成3位二进制优先编码器位二进制优先编码器74LS148引脚排列图(引脚排列图(图图4.4.4).5 译码器译码器4.4.2 译码器和数据分配器译码器和数据分配器1.译码器的定义与功能译码器的定义与功能定义定义:将输入代码转换成特定的输出信号称为将输入代码转换成特定的输出信号称为译译 码,码,实现译码实现译码 操作的电路称为操作的电路称为译码器译码器。设二进制译码器的输入端为设二进制译码器的输入端为n个,则输出端为个,则输出端为2n个,个,且对应于输入代码的每一种状态,且对应于输入代码的每一种状态,2n个输出中只有个输出中只有一个为一个为1(或为(或为0),其余全为),其余全为
16、0(或为(或为1)。)。举例说明举例说明 2线线4线译码器线译码器(输出的电平有效输出的电平有效)列表列表表4.4.5写出写出各输出函数表达式:各输出函数表达式:画出逻辑画出逻辑 电路图电路图4.4.7BAEIY 0BAEIY 1BAEIY 2ABEIY 3111ABEI&Y0Y1Y2Y3 3线线8线译码器线译码器列真值表列真值表输输入入:3位二进制代码;位二进制代码;输输出出:8个互斥的信号。个互斥的信号。01270126012501240123012201210120AAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAY&1 1 1 A2 A1 A0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3
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