重庆大学数电(唐治德版)第5章.组合逻辑电路应用

第五章组合逻辑电路应用(中规模集成电路MSI)主要介绍:编码器、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器和加法器的功能、分析、设计和应用。5.1编码器编码器分类：普通二进制编码器、二-十进制编码器、优先编码器编码：用二进制代码表示特定信息的过程。编码器：实现编码操作的电路。编码器I0I1I2IN-1Y0Y1Y2Yn-1N/n线编码器：输出代码位数待编码的信号数2nN一个对象需一个码组，输出代码的组合数2n应大于或等于待编码的个数N。二进制代码输出待编码信号输入任何时刻只能对一个对象进行编码的编码器叫普通编码器。普通编码器的输入是一组相互排斥（一组出现，其余的都不得出现）的变量。1,,1,010,10,NiIIINjijjNjijji5.1.1普通编码器用逻辑1表示对象要求编码，逻辑0不要求编码，这种逻辑表示称为高电平输入有效。输入信号的相互排斥性质可用下式表示用逻辑0表示对象要求编码，逻辑1不要求编码，这种逻辑表示称为低电平输入有效。输入信号的相互排斥性质可用下式表示1,,1,010,10,NiIIINjijjNjijji表示在任何时刻，只能有1个输入为逻辑1，其他都为逻辑0。表示在任何时刻，只允许1个输入为逻辑0，其他都为逻辑1。设计将十进制数码编码为8421BCD码的二-十进制普通编码器。设输入I9、I8、…、I0分别表示十进制数码9、8、…、0；输出Y3、Y2、Y1、Y0分别是8421BCD码的4个二进制位。输入低电平有效的编码器真值表为：（1）列出真值表表5.1.110线-4线普通编码器的真值表数码I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0Y3Y2Y1Y001234567890100000000000000001001000110100010101100111100010011（2）求最简逻辑函数012345678901234567893IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIY考虑输入低电平有效的约束条件，得01234567980123456789IIIIIIIIIIIIIIIIIIII89893IIIIY同理可得456745672=+++=IIIIIIIIY13579135790236723671=++++==+++=IIIIIIIIIIYIIIIIIIIY89893IIIIY图5.1.210线-4线普通编码器的逻辑图I0I1I2I3I4I5I6I7I8I910kΩ╳10VCC=5V&Y1&Y2&Y3I9I813579135790236723671456745672IIIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY（3）画逻辑图&Y0I7I6I5I4按下低电平，否则高电平普通编码器的缺点：输入变量必须满足互斥条件。用同样方法可设计二进制编码器。如果不满足互斥条件，则需要增加约束条件限制电路，才使编码可靠。1、优先编码器能够根据事先安排好的优先次序,对优先输入信号进行编码的编码器称为优先编码器。2、优先编码器的分类：二进制和二-十进制两类。（1）二-十进制优先编码器(中规模74148）以(10/4)线)二-十进制优先编码器为例说明其设计方法。1）分析设计要求，列真值表：①设计一个10/4线优先编码器，用I0~I9表示10个输入，用Y3Y2Y1Y0表示4位二进制码输出，规定I9的优先权最高，依次下降，I0最低，输入低电平有效，编码采用8421BCD码的反码。②编码器同时有几个输入出现时，优先权高的排斥优先权低的，即编码器仅对优先权高的输入进行编码。5.1.2优先编码器图5.1.38线-3线优先编码74148原理图I2YFYEXY1Y0Y2≥1≥1&≥1&&&&I3I4I5I6I7ENI1I0111111111111111使能信号优先编码器本身编码标志信号输出扩展信号输出表达式FFEXYENYENY765476542+=+++=IIIIENIENIENIENIENY76543542765435421IIIIIIIIENIENIENIIIENIIIENY765643642176564364210IIIIIIIIIIENIENIIENIIIENIIIIENY7654321076543210IIIIIIIIENIIIIIIIIENYF（2）列出真值表表5.1.28线-3线优先编码（中规模集成器件74148）输入输出ENI0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0YFYEX1××××××××11111011111111111010×××××××0000100××××××01001100×××××011010100××××0111011100×××01111100100××011111101100×01111111101000111111111110说明：×--任意值（0或1）输入低电平有效，编码采用8421BCD码的反码76542IIIIENY765435421IIIIIIIIENY76564364210IIIIIIIIIIENY76543210IIIIIIIIENYFFEXYENYI2YFYEXY1Y0Y2≥1≥1&≥1&&&&I3I4I5I6I7ENI1I0111111111111111（1）说明电路的功能a)当EN=1时，编码器不能编码，输出全为1；当EN=0时，正常编码。（EN低电平有效）此时，若输入无低电平，YF=0，YEX=1（表明无编码输入）。若输入有低电平，YF=1，YEX=0（表明有编码输入）。b)要求编码（输入有低电平），优先级由高到低的顺序为：I7、I6、…、I0，对应的输出二进制代码依次为000、001、…、111。注意：优先编码器允许几个输入信号同时要求编码，但是，只对优先级别最高的输入信号进行编码。例如，当I7=I6=…=I0=0时，输出只是I7的代码000c)代码重复：当EN=0时，对应于代码111有2种输入组合，即输入仅I0要求编码和输入全部都不要求编码。因此，引入编码标志输出信号YF加以区别。d)信号EN、YF和YEX共同实现编码器的扩展。YF用于编码标志输出信号的扩展，YEX用于代码的扩展。逻辑符号ENI1Y2I0I2I3I4I5I6I7Y1Y0YFYEX（T741、74LS148）A0~A15编为：1111~0000图3.2.516线-4线优先编码器优先权由高到低解：工作原理：例5.1试用74148组成16线-4线优先编码器。(a)EI=1时，U2的输出全为1。U2的YF=1又使U1的输出全为1。因此，Z3=Z2=Z1=Z0=ZF=1,编码器不能编码。(b)当EI=0时，编码器进行16线-4线优先编码。U1:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA0A1A2A3A4A5A6A7U2:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA8A9A10A11A12A13A14A15EI&&&ZFZ0Z1Z2Z3图5.1.416线-4线优先编码器01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入U1:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA0A1A2A3A4A5A6A7U2:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA8A9A10A11A12A13A14A15EI&&&ZFZ0Z1Z2Z3图5.1.416线-4线优先编码器01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入Z3=YEX2=0。输出在0111(A8)~0000(A15)之间变化。可见高位片优先于低位片。①如果A15…A8中有0，则U2优先编码。且U2的YF2=1，导致U1的输出全为1。即禁止低位编码。当EI=0时，编码器进行16线-4线优先编码。U1:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA0A1A2A3A4A5A6A7U2:74148I0I1YFI2I3Y0I4Y1I5Y2I6I7YEXENA8A9A10A11A12A13A14A15EI&&&ZFZ0Z1Z2Z3图5.1.416线-4线优先编码器01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入01111111111100010111111110×001101111110××00100111110×××0011101110××××001010110×××××00110010××××××0010000×××××××01011111111111011111××××××××1YEXYFY0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0EN输出输入②如果A15~A8全为1，则U2的Y2=Y1=Y0=1，Z3=YEX2=1，YF2=0，使U1能够对A7~A0进行编码。当EI=0时，编码器进行16线-4线优先编码。输出在1111(A0)~1000(A7)之间变化。ZF=1。5.2译码器译码把二进制码的含义“翻译”出来的过程。译码器完成译码操作的电路。分三类二进制译码器、二-十进制译码器、显示译码器。5.2.1二进制译码器1、二进制译码器(2n=N)n--输入二进制码的位数(输入变量组合数);N--输出变量个数;有2/4线、3/8线、4/16线等。n/N线译码器：译码器A0A1A2An-1Y0Y1Y2YN-12n≥N输入n位二进制代码输出N个信号2n≥N输出信号个数输入二进制代码的位数74LS138---3/8线译码器二进制译码器（低电平有效）选通输入74LS138逻辑符号即当S1=1、S2=S3=0时，译码。例输入为A2、A1、A0为001时，Y1应0（低电平有效），其余均为1。010011100111图3.3.13/8线译码器（74LS138）A2&&&&&&&&111111S3&S1S2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S0选通输入1==321SSSS译码0==321SSSS关闭每一个输出对应一个输入变量的最小项取反,代表一个二进制码。3线-8线译码器可产生3变量函数的全部最小项。C