组合逻辑电路课件.ppt

1、4+组合逻辑电路第4章 组合逻辑电路数字电子技术 Digital Electronics Technology1.组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点 数字逻辑电路分为类：数字逻辑电路分为类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合电路逻辑功能特点：组合电路逻辑功能特点：任意时刻的输出仅取决于该时任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态无关；刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态无关；时序电路逻辑功能特点：时序电路逻辑功能特点：任意时刻的输出不仅取决于该任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。时刻的输入，而与信号作用前

2、电路原来的状态有关。4.1 概述概述xxxfyxxxfyxxxfymnnmm,21212221112.组合电路的分析步骤组合电路的分析步骤 （1）由已知的逻辑图，写出相应的逻辑函数式；）由已知的逻辑图，写出相应的逻辑函数式；（2）对函数式进行化简；）对函数式进行化简；（3）根据化简后的函数式列真值表，找出其逻辑功能。）根据化简后的函数式列真值表，找出其逻辑功能。4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法例：例：试分析图示电路的逻辑功能。试分析图示电路的逻辑功能。解：解：第一步：由逻辑图可以写第一步：由逻辑图可以写输出输出F的逻辑表达式为：的逻辑表达式为：BCACABF所谓

3、组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，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。求出电路的逻辑功能。第二步：可变换为第二步：可变换为 F=AB+AC+BC 第三步：列出真值表。第三步：列出真值表。F真值表真值表 第四步：确定电路的逻辑功第四步：确定电路的逻辑功能。能。由真值表可知，三个变量输由真值表可知，三个变量输入入，只有两个及两，只有两个及两个以上变量取值为个以上变量取值为1时，输出时，输出才为才为1。可见电路可实现多数。可见电路可实现多数表决逻辑功能。表决逻辑功能。4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法X 00001111y

4、00110011Z 0101010111001111111100000011001110101010010001010010000001100101 F1100110000001111010101014.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法由电路图直接列出真值表的方法由电路图直接列出真值表的方法:4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法0 0 00 0 10 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 x y z0110010101234567FRow 设计步骤：设计步骤：(1)分析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值；分

5、析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值；(2)列真值表；列真值表；(3)写出逻辑表达式，并化简；写出逻辑表达式，并化简；(4)画逻辑电路图。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。际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法 例：例：一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有

6、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。产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。解：解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；输入变量：烟感输入变量：烟感A、温感、温感B，紫外线光感，紫外线光感C；输出变量：报警控制信号输出变量：报警控制信号Y。逻辑赋值：用逻辑赋值：用1表示肯定，用表示肯定，用0表示否定。表示否定。4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法(2)列真值表列真值表 (3)由真值表

7、写逻辑表达式，并化简；由真值表写逻辑表达式，并化简；化简得最简式：化简得最简式：(4)画逻辑电路图：画逻辑电路图：4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路的分析与设计方法 人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题，设计了许多逻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制造成中规模集成的组合逻辑电路产品。这些逻辑电路制造成中规模集成的组合逻辑电路产品。比较常用的组合逻辑部件有编码

8、器、译码器、数据选择比较常用的组合逻辑部件有编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等等。器、加法器和数值比较器等等。4.3 用二进制代码表示文字、符号或者数码等特定对象的过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。程，称为编码。实现编码的逻辑电路，称为编码器。inputcode wordoutputcode wordenableinputsmapEncoder4.3 目前经常使用的编码器有普通目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两种。编码器和优先编码器两种。若编码状态数为若编码状态数为2n，编码输出，编码输出位数为位数为n，则

9、称之为二进制编码器。，则称之为二进制编码器。8-3 EncoderI0I1 Y0 I2 Y1:Y 2:I7 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2Y1Y0任何时刻只允许输入任何时刻只允许输入一个编码请求一个编码请求其它输入取值组合不允许出现，为无关项。其它输入取值组合不允许出现，为无关项。4.3 4.3 75310IIIIY76321IIIIY76542IIIIY（2）二进制优先编码器（）二进制优先编码器（Priority Encoder）在优先编码器中，允许同时输入两个以上的有效编码在优先编码器中，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，只对其中优先权请

10、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。信号的轻重缓急情况而定。InputsOutputsEI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO1 x x x x x x x x0 x x x x x x x 00 x x x x x x 0 10 x x x x x 0 1 10 x x x x 0 1 1 10 x x x 0 1 1 1 10 x x 0 1 1 1 1 10 x 0 1 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1

11、1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0低电平低电平有效有效允许编码，允许编码，但无有效编但无有效编码请求码请求优先权优先权最高最高反码输出反码输出4.3 EI I7 A2 I6 A1I5 A0I4I3 GSI2 EOI1 I074X14867911415543213121110选通输出端选通输出端GS和扩展输出端和扩展输出端EO：为扩展编码器功能而设置。：为扩展编码器功能而设置。当当GS=0

12、，且，且EI=0时，表示时，表示“电路电路工作，且有编码输入工作，且有编码输入”；当；当EO=0，且且EI=0时，表示时，表示“电路工作，但无电路工作，但无编码输入编码输入”。选通输入端选通输入端EI：只有在：只有在EI=0时，编码器才处于工作状态；而在时，编码器才处于工作状态；而在EI=1时，编码器处于禁止状态，时，编码器处于禁止状态，所有输出端均被封锁为高电平。所有输出端均被封锁为高电平。4.3 4.3 4.3 4.3 inputcode wordoutputcode wordenableinputsmapDecoder 译码：译码：编码的逆过程，将编码时赋予代码的特定含义编码的逆过程，将

13、编码时赋予代码的特定含义“翻译翻译”出来。出来。译码器：译码器：实现译码功能的电路。实现译码功能的电路。输入为输入为 n位二进制代码，输出为位二进制代码，输出为2n个状态，则称之为二个状态，则称之为二进制译码器。进制译码器。4.3 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 X X X X X X 1 X X

14、 X X X X 1 X X X 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 S S1 S2 A2 A1 A0 OutputsInputs4.3)7,2,1,0(imYii321SSSS S为控制端（又称使为控制端（又称使能端），能端），S=1 译码工译码工作；作；S=0 禁止译码，禁止译码，输出全输出全1。4.3 应用举例应用举例 （a）功能扩展（利用使能端实现）功能扩展（利用使能端实现）4.3 （

15、b）实现组合逻辑函数）实现组合逻辑函数F（A，B，C）例：试用例：试用74LS138译码器实现逻辑函数：译码器实现逻辑函数：解：因为解：因为)7,6,5,3,1(),(mCBAF765317653176531mmmmm)7,6,5,3,1(),(YYYYYmmmmmmCBAF)7,2,1,0(imYii4.3 二二-十进制译码器的逻辑功能是将输入的十进制译码器的逻辑功能是将输入的BCD码译成码译成十个输出信号。十个输出信号。4.3 译中译中为为0拒绝拒绝伪码伪码4.3 数字显示器件数字显示器件 数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件，数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件，常见

16、的有辉光数码管、荧光数码管、液晶显示器、发光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、场致发光数字板、等离子体显示板等等。二极管数码管、场致发光数字板、等离子体显示板等等。我们主要讨论发光二极管数码管。我们主要讨论发光二极管数码管。LED数码管数码管 LED数码管又称为半导体数码管，它是由多个数码管又称为半导体数码管，它是由多个LED按按分段式封装制成的。分段式封装制成的。LED数码管有两种形式：共阴型和共阳型。数码管有两种形式：共阴型和共阳型。4.3 七段显示七段显示LED数码管数码管(a)外形图外形图 (b)共阴型共阴型 (c)共阳型共阳型公共阴极公共阴极公共阳极公共阳

17、极高电平驱动高电平驱动低电平驱动低电平驱动4.3 发光二极管（发光二极管（LED）的特点及其驱动方式）的特点及其驱动方式 LED具有许多优点，它具有许多优点，它不仅有工作电压低不仅有工作电压低(1.53V)、体积小、寿命长、可靠性高体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应速度快等优点，而且响应速度快(100ns)、亮度比较高。、亮度比较高。一般一般LED的工作电流选的工作电流选在在510mA，但不允许超过，但不允许超过最大值（通常为最大值（通常为50mA）。）。LED可以直接由门电路可以直接由门电路驱动。驱动。mAVVFDIVVR10255R为限流电阻为限流电阻4.3 1 1 1 1 1 1

18、00 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 10 0 0 1 1 0 10 0 1 1 0 0 10 1 0 0 0 1 11 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1a b c d e f g输输 出出1111111111111111001 BI/RBO输入输入/输出输出012345678

19、9101112131415灭灯灭灯灭零灭零试灯试灯功能功能（输入）（输入）1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 LT RBI显示显示字形字形输输 入入0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 0 0 0 0 A3 A2 A1 A0七段显示译码器七段显示译码器74487448的功能表的功能表 ：称为消隐：称为消隐输入输入/灭零输出端，均为灭零输出端，均为低电平有效。低电平有效。

20、：称为灭零输入：称为灭零输入端，低电平有效，用于端，低电平有效，用于将无效的零灭掉。将无效的零灭掉。：称为灯测试输入：称为灯测试输入端，低 电 平 有 效。当端，低 电 平 有 效。当 它为它为0时，数码管显示数时，数码管显示数字字8，表明该数码管正常，表明该数码管正常工作；否则，数码管不能工作；否则，数码管不能正常显示。数码管正常显正常显示。数码管正常显示时接高电平。示时接高电平。4.3 LTRBIRBOBI4.3 例：例：用七段显示译码器用七段显示译码器74LS48驱动共阴型驱动共阴型LED数码管。数码管。4.3 例：例：设计一个有灭零控制的设计一个有灭零控制的10位数码显示系统，要求保位

21、数码显示系统，要求保留小数点后一位有效数字。留小数点后一位有效数字。4.3 D0D1DnYSELEN.1D01D11Dn1YSELEN.2D02D12Dn2Y.3D03D13Dn3Y.10njjiDjMENiYDjMENYj 能够按照给定的地址将某个数据从一组数据中选出来能够按照给定的地址将某个数据从一组数据中选出来的电路。的电路。4.3 74x153双双4选选1数选器数选器A B1G1C0 1Y1C11C2 2Y1C32G2C02C12C22C374X153751421643151091112131C0 2C01C1 2C11C2 2C21C3 2C3 1C0 0 1C1 0 1C2 0 1

22、C3 0 0 2C0 0 2C1 0 2C2 0 2C3 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 X X1Y 2Y1G 2G B AOutputsInputs4.3 例：例：试用一个双试用一个双4选选1数据选择器数据选择器74LS153接成一个接成一个8选选1数据选择器。数据选择器。4.3 例：例：试用一个双试用一个双4选选1数据选择器数据选择器74LS153实现逻辑函数：实现逻辑函数：CABCABZ10)(10010110010101100101011

23、010011001AACAACAAAACAACAACAAAACAACAACAACAAAACACAAACABCABZBAAA01，解：解：令令1;0;3210DCDCDD4.3 S=A B=AB+A BCO=AB0 01 01 00 10 00 1 1 01 1A BInputsSCOOutputs半加器半加器4.3 全加器全加器74LS183双全加器双全加器 全加器能把本位两个加数全加器能把本位两个加数An、Bn 和来自低位的进位和来自低位的进位Cn-1三者相加，得到求和结果三者相加，得到求和结果Sn 和该位的进位信号和该位的进位信号Cn。Sn Cn0 0 00 00 0 11 00 1 01

24、 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1An Bn Cn-11111111)()(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCBACBACBACBACBACBACBASnnnnnnnnnnnnnnBACBABACBACBAC111)(4.3 串行进位加法器串行进位加法器4.3 用加法器设计组合逻辑电路用加法器设计组合逻辑电路8421BCD码0011余3码例：将8421BCD码转换成余3码。余3码8421BCD码3(即0011)4.3 数值比较器：能够比较数字大小的电路。数值比较器：能够比较数字大小的电路。由真值表写出逻辑表达式：由真值表写出逻辑表达

25、式：由表达式画出逻辑图。由表达式画出逻辑图。BAFBA BAFBA ABBAFBA 输输 入入输输 出出A BFAB FAB FA=B0 00 11 01 10 0 10 1 01 0 00 0 1FA BFA BFA B1&A1B1真值表真值表（1）1位数值比较器位数值比较器4.3（3）数值比较器的位数扩展）数值比较器的位数扩展串联方式串联方式 用用2片片7485组成组成8位二进制数比较器。位二进制数比较器。（2）4位二进制数比较器位二进制数比较器集成数值比较器集成数值比较器7485 23F10IB0IA BAB0A BAAA3132F7 74 48 85 5BFAAA B1I1A BBA

26、BA223BBAA B0BB6BB4AA765745BAABB3A B7 74 48 85 5(1 1)1113B2A200BF3AFIABA B2A BA3BAA B0BAFA BA1AIB2IBA B0010FA3A B2A BBA BF7 74 48 85 5(2 2)BAFA1AA B0A BA BI0BIB32I1FA BA BFA BF4.3 并联方式：并联方式：并联方式比串联方式的速度快。并联方式比串联方式的速度快。用用5片片7485组成组成16位二进制数比较器位二进制数比较器BA23312BAA B001BAA BA BIA BIIFA BA BF1007 74 48 85 5

27、（4 4）A03A3AB2AB1BB021IIA BA BIA BA BFA BF7 74 48 85 5（3 3）02BA10I03A BAF1FAB0A BBIA B2BA BA B7 74 48 85 5（5 5）I3A1FA BFA BFA BA BF8A8B12A12BAA B0A B4IBA BAI0AB1A B03A B0B0210FA0AAA1BAA BBI3B7 74 48 85 5（2 2）F02B37 74 48 85 5（1 1）B202A10A B31I01FA BA BIBA B0IB4AF14.4 xyzzzxyzF111010101010zxyzzxyzFdt

28、静态静态1冒险冒险 竞争：竞争：是指门电路的两个输入是指门电路的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。现象。冒险冒险:是指由于竞争的存在，在是指由于竞争的存在，在门电路的输出端可能出现尖峰脉冲门电路的输出端可能出现尖峰脉冲的现象。的现象。4.4 静态静态0冒险冒险001010101010zxyzzxzyFdtxyzzzxzy F4.4 2.竞争竞争-冒险现象的判断冒险现象的判断AAYAAY（1）逻辑表达式判断法）逻辑表达式判断法或或则该组合电路存在竞争则该组合电路存在竞争冒险现象。冒险现象。根据组合逻辑电路写出逻辑表达式，只要该输出逻辑表根据组合逻辑电路写出

29、逻辑表达式，只要该输出逻辑表达式在一定的条件下能化简为：达式在一定的条件下能化简为：当当B=C=1时，上式时，上式可以转换成：可以转换成：AAYCAABY故该电路存在竞争故该电路存在竞争-冒险。冒险。4.4 当输入变量的状态由最小项当输入变量的状态由最小项mi变到变到mj时，若时，若mi和和mj分属于相邻、但又不相交的两个卡诺圈中，或者分属于相邻、但又不相交的两个卡诺圈中，或者mi和和mj虽然分属于两个彼此相交的卡诺圈中，但不虽然分属于两个彼此相交的卡诺圈中，但不处在相交的区域内，则该组合电路有可能存在竞处在相交的区域内，则该组合电路有可能存在竞争争冒险现象。冒险现象。zyzxF1111yzx

30、00 01 11 1001（2）卡诺图法）卡诺图法4.4 由于竞争由于竞争-冒险，在电路中产生的尖峰脉冲是电路中的噪冒险，在电路中产生的尖峰脉冲是电路中的噪声，需要设法消除，常用的消除方法有：引入封锁脉冲；声，需要设法消除，常用的消除方法有：引入封锁脉冲；引入选通脉冲；修改逻辑设计；接入滤波电容。引入选通脉冲；修改逻辑设计；接入滤波电容。3.消除竞争消除竞争-冒险的方法冒险的方法yxzyzxF1111yzx00 01 11 1001作业作业P209-214 4.1-4.3；4.5-4.6；4.9-4.12；4.16-4.18；4.21-4.22；4.24-4.25；4.28THANKS谢谢聆听