数字电子电路技术-第三章-SSI组合逻辑电路的分析与设计-课件.ppt
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1、12/14/2022h1湖南工学院12/14/2022h212/14/2022h3CMOS门的特点?CMOS门使用时要特别注意什么?TTL门使用时要特别注意什么?CMOS门和TTL门的接口电路要考虑哪两个问题?第二章 门电路的学习重点是什么?12/14/2022h4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。12/14/2022h51.分析的主
2、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。12/14/2022h6例3-1 试分析图3-1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3-1 例3-1逻辑电路图BCACABF12/14/2022h7 第二步:可变换为 F=AB+AC+BC 第三步:列出真值表如表3-1所示。F表3-1 例3-1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
3、路可实现多数表决逻辑功能。BCACABF12/14/2022h8仿真仿真 12/14/2022h9SBABABABABAABBABAABBABABFAFFF)(1132ABABFC112/14/2022h10表3-2 例3-2真值表该电路实现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3-2(b)所示的逻辑图。图3-2(b)逻辑图仿真仿真 12/14/2022h11.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、;(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。12/14/2022h122.组合逻辑电路设计方法举例。例3-3 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。12/14/2022h13(2)列真值表;把逻辑关系转换成数字表示
5、形式;表3-2 例3-3真值表 (3)由真值表写逻辑表达式,并化简;化简得最简式:12/14/2022h14图3-3 例3-3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3-1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3-3所示。12/14/2022h15 12/14/2022h16简述SSI组合电路的分析步骤。12/14/2022h17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制造成中规模集成的组合逻辑电路产品。比较常用的有编码
6、器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等等。下面分别进行介绍。12/14/2022h18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。编码器译码器12/14/2022h19对M个信号编码时,应如何确定位数N?N位二进制代码可以表示多少多少个信号?例:对101键盘编码时,采用几几位二进制代码?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ASC码。27128101。目前经常使用的编码器有
7、普通编码器和优先编码器两种。12/14/2022h20定义: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。举例:以一个三位二进制普通编码器为例,说明普通编码器的工作原理。图3-4 普通编码器的方框图输入:八个信号(对象)I0I7(二值量)八个病房呼叫请求输出:三位二进制代码Y2Y1Y0称八线三线编码器对病房编码12/14/2022h21 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2Y1Y0 表3-4 编码器输入输出的对应关系设输入信号为1表示对该输入进行编码。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。12/14/2022h22 在优
8、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。如根据病情而设定优先权。12/14/2022h23表3-5 74LS148电路的功能表例:八线三线优先编码器74LS148 12/14/2022h24 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12/14/2022h25(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 12
9、/14/2022h26 (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。SS禁止状态工作状态12/14/2022h27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。12/14/2022h28图3-5 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。要求初步具备查阅器件手册的能力。不要求背74LS148的功能表。12/14/2022h29图3-6 用74LS148接成的16线4线优先编码器 优先
10、权最高(2)片无有效编码请求时才允许(1)片编码编码输出的最高位编码输出为原码仿真仿真 12/14/2022h30 12/14/2022h31全班有42名同学,需几位二进制代码才能表示?为什么要用优先编码器?12/14/2022h32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、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12/14/2022h33图3-7 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,每个输出仅包含一个最小项。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
11、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。12/14/2022h341.74LS138的逻辑功能内部电路图负逻辑与非门译码输入端 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)7,2,1,0(imSYii为便于理解功能而分析内部电路仿真仿真 12/14/2022h35表3-6 74LS138的功能表译中为0高电平有效低电平有效禁止译码译码工作12/14/2022h36图3-8 74LS138的逻辑符号低电平有效输出三位二进制代码使能端12/14/2022h3774LS138的逻辑功能 三个译码输入端(又称地址输入端)A2、A1、
12、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。S1S2S1S2S3S1S2S3S1S3S2Y0Y7S3321SSSS12/14/2022h38 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。Y0Y7)7,2,1,0(imSYii12/14/2022h39 2.应
13、用举例 (1)功能扩展(利用使能端实现)图3-9 用两片74LS138译码器构成4线16线译码器A3=0时,片工作,片禁止 A3=1时,片禁止,片工作扩展位控制使能端仿真仿真 12/14/2022h40(2)实现组合逻辑函数F(A,B,C))7,2,1,0,1(iSmmSYiii)70(),(imCBAFi比较以上两式可知,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,加上适当的门电路,就可以利用译码器实现组合逻辑函数。12/14/2022h41例3-4 试用74LS138译码器实现逻辑函数:解:因为
14、)7,6,5,3,1(),(mCBAF765317653176531mmmmm)7,6,5,3,1(),(YYYYYmmmmmmCBAF)7,2,1,0(imYii则12/14/2022h42 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3-10例3-4电路图仿真仿真 12/14/2022h43二十进制译码器的逻辑功能是将输入的BCD码译成十个输出信号。图3-11 二十进制译码器74LS42的逻辑符号12/14/2022h44表3-
15、7 二-十进制译码器74LS42的功能表译中为0拒绝伪码12/14/2022h4512/14/2022h46如何用74LS138译码器实现如下逻辑函数?)7,2,1(),(mCBAF12/14/2022h47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3-12所示。12/14/2022h48图3-12 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
16、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。本书主要讨论发光二极管数码管。12/14/2022h49(1)发光二极管(LED)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。12/14/2022h50 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3-13
17、 门电路驱动LED(a)低电平驱动 (b)高电平驱动mAVVFDIVVR10255R为限流电阻12/14/2022h51图3-14 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12/14/2022h52图3-15 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。12/14/2022h53图3-16 74LS49的逻辑符号 (2)七
18、段显示译码器灭灯控制端8421BCD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。12/14/2022h54表3-8 74LS49的功能表8421BCD码禁止码灭灯状态12/14/2022h55译码输入端:D、C、B、A,为为8421BCD码;七段代码输出端:abcdefg,某段输出为高电平时该段点亮,用以驱动高电平有效的七段显示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
19、照要求处于显示或者灭灯状态,如闪烁、熄灭首尾部多余的0等。12/14/2022h56图3-17 74LS49驱动LED数码管电路 图3-17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。12/14/2022h57 12/14/2022h58LED数码管有哪两种形式?高电平有效的七段显示译码器应驱动哪种LED数码管?12/14/2022h59在多路数据传送过程中,能够根据需要将其中任意一路挑选出来的电路,叫做数据选择器,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。12/14/2022h60 (1)四选一数据选择器的逻辑电路图图3-
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