数字逻辑电路第4章

第四章组合逻辑电路学习要点：•组合逻辑电路的分析方法和设计方法•常用组合逻辑电路的逻辑功能和使用方法•利用常用组合逻辑电路设计逻辑电路的方法组合逻辑电路时序逻辑电路功能：输出只取决于当前的输入。组成：门电路，不存在记忆元件。功能：输出取决于当前的输入和原来的状态。组成：组合电路、记忆元件。逻辑电路4.1概述4.1概述一、组合逻辑电路的特点1.从功能上2.从电路结构上任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入不含记忆（存储）元件二、逻辑功能的描述组合逻辑电路1a2ana1y2ymy组合逻辑电路的框图)(AFY）aa(afy)aa(afy)aa(afynmmnn2121222111ABCIBACOCIBAS)()(4.2组合逻辑电路的分析和设计方法分析：设计：给定逻辑图得到逻辑功能分析给定逻辑功能画出逻辑图设计4.2.1组合逻辑电路的分析方法1.由给定的逻辑图逐级写出逻辑关系表达式。分析步骤：2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑代数进行化简。3.列出真值表表并得出结论。电路结构输入输出之间的逻辑关系例1:分析下图电路的逻辑功能，指出电路的用途。DCBAY2Y1Y00000001000100100100010011001010000101010010110010011101010000101001010101001010111001100100110110011101001111100真值表电路逻辑功能：当DCBA表示的二进制数小于或等于5时Y0等于1，当二进制数在6和10之间时Y1等于1，当二进制数大于等于11时Y2为1。判断数值范围的逻辑电路。例2：分析下图的逻辑功能。01被封锁1=1BMF&2&3A1=010被封锁1特点：M=1时选通A路信号，F=A；M=0时选通B路信号，F=B。M&2&3&4AB1F选通电路课堂练习：一、逻辑抽象•分析因果关系，确定输入/输出变量•定义逻辑状态的含意（赋值）•列出真值表二、写出函数式三、选定器件类型四、根据所选器件：对逻辑式化简（用门）变换（用MSI）或进行相应的描述（PLD）五、画出逻辑电路图，或下载到PLD六、工艺设计4.2.2组合逻辑电路的设计方法例1：设计三人表决电路（A、B、C）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。1.首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。2.根据题意列出真值表。ABCF00000010010001111000101111011111真值表三个按键A、B、C,按下时为“1”，不按时为0”。输出是F，多数赞成时是“1”，否则是“0”。ABCF00000010010001111000101111011111真值表3.画出卡诺图，并用卡诺图化简：ABC000111100100100111ABACBCACBCABF例2设计一个监视交通信号灯状态的逻辑电路如果信号灯出现故障，Z为1RAGZ设计举例：1.抽象•输入变量:红（R）、黄（A）、绿（G）•输出变量：故障信号（Z）2.写出逻辑表达式输入变量输出RAGZ00010010010001111000101111011111RAGRAGGRAAGRGARZ''''''3.选用门电路实现4.化简5.画出逻辑图AGRGRAGARZ'''4.3若干常用组合逻辑电路4.3.1编码器•编码：将输入的每个高/低电平信号变成一个对应的二进制代码•普通编码器•优先编码器一、普通编码器•特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。•例：3位二进制普通编码器输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111''''''''''''''''''''''''''''012345670123456701234567012345672IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIY利用无关项化简，得：753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111二、优先编码器•特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。•例：8线-3线优先编码器•（设I7优先权最高…I0优先权最低）输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0XXXXXXX1111XXXXXX10110XXXXX100101XXXX1000100XXX10000011XX100000010X10000000011000000000045675676772IIIIIIIIIIY''''''45672IIIIYBABAA'低电平实例：74HC148选通信号'''''''''''''''])[(])[(])[(SIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY6421643567054234567145672'')(45672IIIIY选通信号''])[(SIIIIY45672附加输出信号''''''''''''''''''''''])[(])[()(SIIIIIIIISSIIIIIIIIYSIIIIIIIIYEXS012345670123456701234567为0时，电路工作无编码输入为0时，电路工作有编码输入输入输出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110''''''''76543210IIIIIIIIS'''012YYY''EXSYY状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现附加输出信号的状态及含意''EXSYY控制端扩展功能举例：•例：用两片8线-3线优先编码器16线-4线优先编码器其中，的优先权最高···'15A状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现•第一片为高优先权•只有(1)无编码输入时，(2)才允许工作•第(1)片时表示对的编码•低3位输出应是两片的输出的“或”0'EXY''~815AA三、二-十进制优先编码器•将编成0110~1110•的优先权最高，最低•输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码''~19II'9I'0I'EXY4.3.2译码器•译码：将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。•常用的有：二进制译码器，二-十进制译码器，显示译码器等一、二进制译码器例：3线—8线译码器输入输出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000真值表逻辑表达式：70127201221012100120mAAAYmAAAYmAAAYmAAAY...'''''''用电路进行实现用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器集成译码器实例：74HC138低电平输出附加控制端123SSSS'')(iimSY74HC138的功能表：输入输出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111''32SS''''''''01234567YYYYYYYY•利用附加控制端进行扩展例：用74HC138（3线—8线译码器）4线—16线译码器''iimZD3=1D3=0二、二—十进制译码器•将输入BCD码的10个代码译成10个高、低电平的输出信号BCD码以外的伪码，输出均无低电平信号产生•例：74HC42)~(''90imYii三、用译码器设计组合逻辑电路1.基本原理3位二进制译码器给出3变量的全部最小项;。。。n位二进制译码器给出n变量的全部最小项;任意函数将n位二进制译码输出的最小项组合起来，可获得任何形式的输入变量不大于n的组合函数imY∑2.举例例：利用74HC138设计一个多输出的组合逻辑电路，输出逻辑函数式为：ABCCBBCAZCABBAZCBABCZCABBCAACZ'''''''''''4321),,,(),,(),,(),,,('''''''''''742053273165434321mABCCBBCAZmCABBAZmCBABCZmCABBCAACZ'''''''''''''''''')(),,,()(),,()(),,()(),,,(74204532373126543174205327316543mmmmmZmmmmZmmmmZmmmmmZ四、显示译码器•1.七段字符显示器如：•2.BCD七段字符显示译码（代码转换器）7448输入输出数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg字形000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000真值表卡诺图BCD－七段显示译码器7448的逻辑图'''''''''''''''''''''''''')()()()()()()(0121230112023012012012012012230120121302130123AAAAAAYAAAAAAAYAAAYAAAAAAAAAYAAAAAYAAAAAAAAYAAAAAAAAYgfedcba7448的附加控制信号：（1）•灯测试输入'LT当时，Ya~Yg全部置为10'LT7448的附加控制信号：（2）•灭零输入'RBI当时，时，则灭灯0'RBI00000123AAAA7448的附加控制信号：（3）•灭灯输入/灭零输出输入信号，称灭灯输入控制端：无论输入状态是什么，数码管熄灭输出信号，称灭零输出端：只有当输入，且灭零输入信号时，才给出低电平因此表示译码器将本来应该显示的零熄灭了''RBOBI0'BI00123AAAA0'RBI'RBO0'RBO例：利用和的配合，实现多位显示系统的灭零控制•整数部分：最高位是0，而且灭掉以后，输出作为次高位的输入信号•小数部分：最低位是0，而且灭掉以后，输出作为次低位的输入信号'RBI'RBO'RBO'RBI'RBO'RBI4.3.3数据选择器一、工作原理多路选通)]()()()([''''01301201101011AADAADAADAADSYA1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13•例：“双四选一”，74HC153•分析其中的一个“四选一”'1S例：用两个“四选一”接成“八选一”•“四选一”只有2位地址输入，从四个输入中选中一个•“八选一”的八个数据需要3位地址代码指定其中任何一个70126012501240123012201210120012DAAADAAADAAADAAADAAA