第七章组合逻辑电路

第七章组合逻辑电路本章首先介绍组合逻辑电路的特点、分析和设计方法，最后重点介绍常用的组合逻辑电路，比如编码器、译码器等电路的工作原理、逻辑功能和典型应用。本章要求：1、掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2、掌握编码器、译码器的基本概念与常用电路类型。3、了解编码器、译码器、数据选择器常用集成电路的逻辑功能和典型应用。本章重点：1、掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2、掌握编码器、译码器的基本概念与常用电路类型。本章难点：1、掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2、掌握编码器、译码器的基本概念与常用电路类型。课题一：第一节组合逻辑电路的分析和设计方法教学目标：1、熟悉组合逻辑电路的特点；2、掌握组合逻辑电路分析的步骤。3、掌握组合逻辑电路设计的步骤。教学重点：组合逻辑电路的分析和设计方法教学难点：组合逻辑电路的分析和设计方法教学方式方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段及用具：板书与多媒体课件相结合。课时计划：4课时教学过程：【复习引入】基本逻辑门电路的逻辑符号、逻辑功能、函数表达式？【新课】一．组合逻辑电路的特点组合逻辑电路是数字电路中最简单的一类逻辑电路，其特点是功能上无记忆，结构上无反馈。即电路任一时刻的输出状态只决定于该时刻各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。二．组合逻辑电路的分析方法1．分析步聚组合逻辑电路逻辑表达式最简表达式真值表逻辑功能化简变换（1）根据逻辑电路写出表达式，即由输入到输出逐级写出输出表达式。（2）化简表达式。（3）由化简后的表达式写出真值表。2．实例分析例1：组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。&&&&≥1ABCLP解：（1）由逻辑图逐级写出逻辑表达式。为了写表达式方便，借助中间变量PABCPCPBPAPLABCCABCBABCA（2）化简与变换。因为下一步要列真值表，所以要通过化简与变换，使表达式有利于列真值表，一般应变换成与—或式或最小项表达式。CBAABCCBAABCCBAABCL)(（3）由表达式列出真值表，见表。经过化简与变换的表达式为两个最小项之和的非，所以很容易列出真值表。（4）分析逻辑功能由真值表可知，当A、B、C三个变量不一致时，电路输出为“1”，所以这个电路称为“不一致电路”。ABCLABCL00001001001110110101110101111110上例中输出变量只有一个，对于多输出变量的组合逻辑电路，分析方法完全相同。三、组合逻辑电路的设计方法1．设计步骤（1）根据实际问题的逻辑关系，列出相应的真值表。（2）由真值表写出逻辑函数的表达式。（3）化简逻辑函数式。（4）根据化简得到的最简表达式，画出逻辑电路图。化简最简（或最变换问题实际逻辑逻辑图真值表逻辑表达式合理）表达式组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少为目标，并尽量减少所用集成器件的种类，因此在设计过程中要用到前面介绍的代数法和卡诺图法来化简或转换逻辑函数。2．举例说明例2：设计一个三人表决电路，结果按“少数服从多数”的原则决定。解：（1）根据设计要求建立该逻辑函数的真值表。设三人的意见为变量A、B、C，表决结果为函数L。对变量及函数进行如下状态赋值：对于变量A、B、C，设同意为逻辑“1”；不同意为逻辑“0”。对于函数L，设事情通过为逻辑“1”；没通过为逻辑“0”。列出真值表如表ABCLABCL（3）化简。由于卡诺图化简法较方便，故一般用卡诺图进行化简。将该逻辑函数填入卡诺图，如图所示。合并最小项，得最简与—或表达式：ACBCABLBALC00011110（4）画出逻辑图如图所示。如果要求用与非门实现该逻辑电路，就应将表达式转换成与非—与非表达式：ACBCABACBCABLL&&&≥1ABCCB&A&&L&逻辑图用与非门实现的逻辑图例3：设计一个电话机信号控制电路。电路有I0（火警）、I1（盗警）和I2（日常业务）三种输入信号，通过排队电路分别从L0、L1、L2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，其次为盗警信号，最后是日常业务信号。试按照上述轻00001000001010110100110101111111重缓急设计该信号控制电路。要求用集成门电路7400（每片含4个2输入端与非门）实现。解：（1）列真值表：对于输入，设有信号为逻辑“1”；没信号为逻辑“0”。对于输出，设允许通过为逻辑“1”；不设允许通过为逻辑“0”。（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式：00IL101IIL2102IIIL这三个表达式已是最简，不需化简。但需要用非门和与门实现，且L2需用三输入端与门才能实现，故不符和设计要求。（3）根据要求，将上式转换为与非表达式：00IL101IIL输入输出I0I1I2L0L1L20001××01×0010001000100012102102IIIIIIL（4）画出逻辑图如图所示，可用两片集成与非门7400来实现。可见，在实际设计逻辑电路时，有时并不是表达式最简单，就能满足设计要求，还应考虑所使用集成器件的种类，将表达式转换为能用所要求的集成器件实现的形式，并尽量使所用集成器件最少，就是设计步骤框图中所说的“最合理表达式”。&&&&&&&&LI02I1I2L0L1例4：设计一个将余3码变换成8421BCD码的组合逻辑电路。解：（1）根据题目要求，列出真值表如表所示。输入（余3码）输出（8421码）A3A2A1A0L3L2L1L000110100010101100111100010011010000000010010001101000101011001111011110010001001（2）用卡诺图进行化简。本题目为4个输入量、4个输出量，故分别画出4个4变量卡诺图。注意余3码中有6个无关项，应充分利用，使其逻辑函数尽量简单。A00011110000111103A1A0L3A32AA10AA000111100001111032A1A0AA3A2A01AA000111100001111032A1A0A1LA3A2A01AA000111100001111032A1A0AA3A2A01A××××××××××××××××××××××××1111111111111100000000000001000000000002L0L2A余3码变换成8421BCD码的卡诺图化简后得到的逻辑表达式为：00AL0110011AAAAAAL01301202013012022AAAAAAAAAAAAAAAAL01323013233AAAAAAAAAAL（3）由逻辑表达式画出逻辑图如图所示。1=111&&&&&&&A0A1A2A3L0L1L2L3本课小结：本节介绍两方面的主要内容：1、组合逻辑电路的一般分析方法和步骤：（1）由逻辑电路图写出逻辑表达式；（2）化简表达式；（3）列出真值表、根据真值表分析电路的逻辑功能。2．组合逻辑电路的设计思想及步骤：（1）由实际事件所需完成的逻辑功能，列出真值表。（2）根据真值表写同逻辑表达式。（3）化简表达式，并根据化简后的表达式画出逻辑图。同学们要熟记其分析和设计步骤多练习，才能为以后的学习打下好基础。布置作业：1、组合逻辑电路有什么特点？如何分析组合电路？组合电路的设计步骤是怎么样的？。2、预习编码器和译码器课程内容。教学反思：课题二：第二节编码器和译码器教学目标：1、了解编码器的分类，掌握几种常用的编码器电路及常用芯片；2、掌握常用的二进制、二-十进制译码器的译码原理、常用芯片及使用实例，显示译码器的显示原理及常用芯片。教学重点：常用编码器、译码器、数字显示器的逻辑电路结构和工作原理教学难点：常用编码器、译码器、数字显示器的逻辑电路结构和工作原理教学方式方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段及用具：板书与多媒体课件相结合。课时计划：4课时教学过程：【复习引入】上一节介绍了组合逻辑电路的分析与设计方法。随着微电子技术的发展，现在许多常用的组合逻辑电路都有现成的集成模块，不需要我们用门电路设计。本节将介绍编码器、译码器等常用组合逻辑集成器件，重点分析这些器件的逻辑功能、实现原理及应用方法。无论是简单或复杂的组合逻辑电路，它们都遵循组合门电路的逻辑函数关系。【新课】一、编码器编码——将字母、数字、符号等信息编成一组二进制代码。1、二进制编码器用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路称为二进制编码器。3位二进制编码器有8个输入端3个输出端，所以常称为8线—3线编码器，其功能真值表见表，输入为高电平有效。（1）编码器示意图（2）真值表十进制数输入变量ABC012345670Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y000001010011100101110111（3）表达式A=4Y+5Y+6Y+7YB=2Y+3Y+6Y+7YC=1Y+3Y+5Y+7Y（4）逻辑图优先编码器优先编码器——允许同时输入两个以上的编码信号，编码器给所有的输入信号规定了优先顺序，当多个输入信号同时出现时，只对其中优先级最高的一个进行编码。74148是一种常用的8线-3线优先编码器。其功能如表所示，其中I0～I7为编码输入端，低电平有效。A0～A2为编码输出端，也为低电平有效，即反码输出。其他功能：（1）EI为使能输入端，低电平有效。（2）优先顺序为I7→I0，即I7的优先级最高，然后是I6、I5、…、I0。（3）GS为编码器的工作标志，低电平有效。（4）EO为使能输出端，高电平有效。74148优先编码器真值表输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1××××××××0111111110×××××××00××××××010×××××0110××××01110×××011110××0111110×0111111001111111111111111000001001010100101101100011010111001111012、二—十进制编码器1）．8421编码器所谓8421码，即二进制代码自左向右，各位的“权”分为8、4、2、1。（1）示意图（2）真值表十进制数输入变量ABCD01234567890Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y0000000100100011010001010110011110001001（3）逻辑图2．其他二—十进制编码器除8421BCD码之外，还有其他二—十进制编码器，如余3BCD码、2421BCD码、余3循环码等。二、译码器译码器——将输入代码转换成特定的输出信号。假设译码器有n个输入信号和N个输出信号，如果N=2n，就称为全译码器，常见的全译码器有2线—4线译码器、3线—8线译码器、4线—16线译码器等。如果N＜2n，称为部分译码器，如二一十进制译码器（也称作4线—10线译码器）等。1、二进制译码器将二进制代码的各种状态，按其原意“翻译”成对应的输出信号的电路，称为二进制译码器。（1）示意图（2）真值表BAY3Y2Y1Y0000110110001001001001000（3）表达式ABY0；ABY1；ABY2；BAY3。（4）逻辑电路2二—十进制译码器（1）示意图（2）逻辑电路可写出逻辑函数式和真值表。ABCDY0，ABCDY1，ABCDY2，BACDY3，ABCDY4，ABCDY5ACBDY6，CBADY7，ABCDY8，ABCDY9DCBA0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y9Y00000111111111000110111111110010110111111100111110111111010011110111110101111110111101101111110111011111111110111000111111110110011111111110伪码：指1010~1111六个码，当输入该六个码中任一个时，0Y~9Y均为1，即得不到译码输出。这就是拒绝伪码。译码器除了能把8421BCD码译成相应的十进制数码之外，还能拒绝伪码。3、数字