常用组合逻辑电路及应用

第三章常用组合逻辑电路芯片及应用（8）引言3.1组合逻辑电路的基本概念3.2组合逻辑电路分析和设计方法3.3组合逻辑电路中的竞争冒险3.4常用组合逻辑电路芯片及应用小结引言典型数字控制系统实例从本章开始，将介绍这些中、大规模集成组合逻辑电路。常用的中、大规模集成组合逻辑电路有编码器和译码器、数据选择器和数据分配器、数值比较器、算术逻辑运算单元。对于这些常用的集成组合逻辑电路，着重分析它们的功能及基本的应用方法。在学习这些内容的过程中，要以前面所学习的真值表、逻辑代数、卡诺图等作为工具，进行逻辑电路的分析与设计。@引言编码器译码器寄存器0123456789-+码制转换器比较器计数器加法器寄存器码制转换器译码器MUX药片数传感器阀门每瓶的药片数总装瓶药片数量显示新瓶到位计数器清零瓶内实际药片数（十进制）每瓶药片的设定数（十进制）每瓶药片的设定数（BCD编码数）设定键盘远程控制台瓶内实际药片数（十进制）比较相等信号3.3组合逻辑电路中的竞争冒险•3.3.1产生竞争冒险的原因•3.3.2消去竞争冒险的方法3.4常用组合逻辑电路芯片及应用3.4.1编码器3.4.2译码器和数据分配器3.4.3数据选择器3.4.4数值比较器3.4.5算术运算器3.4.6常用组合逻辑电路应用实例3.1组合逻辑电路的基本概念•组合逻辑电路定义：在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。@组合逻辑电路A0A1：：An-1Y0Y1：：Ym-1Y输出A输入Y0=F0(A0,A1,…,An-1)Y0=F0(A0,A1,…,An-1)﹕﹕Ym-1=Fm-1(A0,A1,…,An-1)3.1组合逻辑电路的基本概念•组合逻辑电路特点：（1）输出、输入之间没有反馈延迟通路；（2）电路中不含记忆单元。•组合电路逻辑功能表示：组合电路是逻辑函数的电路实现，所以表示逻辑函数的几种方法—真值表、卡诺图、逻辑表达式及时序图均可表示组合电路的逻辑功能•组合逻辑电路的分类：按照功能特点可分为：编码器、译码器、数据选择器、分配器、比较器、加法器等。@3.2组合逻辑电路的分析和设计•电路分析的目的目的是为了确定已知电路的逻辑功能，所以分析的结论是指出电路所实现的逻辑功能。•电路分析的步骤（1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；（2）化简和变换各逻辑表达式；（3）列出真值表；（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。•实例@3.2组合逻辑电路的分析和设计例：试分析如图所示电路的逻辑功能。图中输入信号A、B、C、D是一组四位二进制代码&&&&&&&&&&&&ABCDWXY3.2组合逻辑电路的分析和设计•解（1）写出逻辑表达式：（2）进行化简：WAABABBXWWCWCCYXXDXDD++()()WAABABBABABABXWCWCABCABCABCYXDXDABCDABCDABCD3.2组合逻辑电路的分析和设计（3）列真值表：（4）功能说明：由真值表可知，此电路实现的逻辑功能是检奇电路。@ABCDY000000001100101001100100101010011000111110001100101010010111110001101111101111103.2组合逻辑电路的分析和设计•电路设计的目的组合逻辑电路设计的目的是根据逻辑功能设计出实现该功能的电路。•电路设计的步骤（1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表；（2）由其值表写出逻辑表达式；（3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。•注意点组合逻辑电路的设计，通常以电路简单，所用器件的数目和种类最少为目标•实例@3.2组合逻辑电路的分析和设计•例：试设计将十进制的四位二进制码（8421）BCD转换成典型格雷码•解：（1）分析题意，确定输入变量与输出变量的数目@321032108421BCDBBBBGGGG格雷码3.2组合逻辑电路的分析和设计（2）列真值表输入变量输出变量B3B2B1B0G3G2G1G0000000000001000100100011001100100100011001010111011001010111010010001100100111011010ΦXXX1011XXXX1100XXXX1101XXXX1110XXXX1111XXXX3.2组合逻辑电路的分析和设计（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图B3B20001111000010101010111XΦΦΦ1001Φ10001111000001101110011ΦΦΦΦ1000ΦΦB1B0G1卡诺图B3B2B1B0G0卡诺图G0G13.2组合逻辑电路的分析和设计（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图0001111000000001111111ΦΦΦΦ1011ΦΦ0001111000000001000011ΦΦΦΦ1011ΦΦB3B2B1B0G3卡诺图B3B2B1B0G2卡诺图G2G33.2组合逻辑电路的分析和设计（4）化简并写出逻辑代数式（5）、由逻辑代数式画出逻辑图@0101010121212123232323233GBBBBBBGBBBBBBGBBBBBBBBGB＝1＝1B0B1G0＝1B2G2G1B3G33.2组合逻辑电路的分析和设计•逻辑代数是分析和设计逻辑电路的工具•组合逻辑电路的输出状态只决定于同一时刻的输入状态。•组合逻辑电路的分析目的是为了确定已知电路的逻辑功能，步骤：写出各输出端的逻辑表达式、化简和变换各逻辑表达式、列出真值表、确定功能。•应用逻辑门电路设计组合逻辑电路的步骤是：列出真值表、写出逻辑表达式、化简和变换、画出逻辑图小结：3.3.1产生竞争冒险的原因•竞争冒险的现象由于逻辑门输出的延迟，当一个逻辑门的几个输入端经不同的路径输入信号时，会产生错误的逻辑输出信号，这种现象称为竞争冒险。•产生竞争冒险的原因当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信号的状态发生变化时，由于反相器的输出延时，可能出现冒险现象。•实例@3.3.2消去竞争冒险的方法•发现并消掉互补变量例如•增加乘积项•输出端并联电容器@))((CABAFAAFCB时，在0FACCBAB3.4.1编码器•1、编码器的定义与功能•2、集成电路编码器3.4.2译码器和数据分配器•1、译码器的定义及功能•2、集成电路译码器•3、数据分配器3.4.3数据选择器•1、数据选择器的定义及功能•2、集成电路数据选择器3.4.4数值比较器•1、数值比较器的定义及功能•2、集成数值比较器3.4.5算术运算器•1、半加器和全加器•2、多位数加法器•3、集成加法器及应用小结常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、译码器、数据选择器、数据比较器、加法器等。它们可通过输入、输出使能端扩展为更复杂的逻辑系统。应用组合逻辑器件进行组合逻辑电路设计时，可用第三章的组合逻辑电路设计步骤。@3.4.1编码器——编码器的定义与功能•编码器的定义将某一位有效的输入信息变换为以二进制按一定的规律编排的代码（多位输出信息），使每组代码都对应一位有效输入信息，这种功能称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。二进制编码位数n与输入信息个数m有如下关系：m2n@3.4.1编码器——编码器的定义与功能•4线-2线编码器四位输入信息，二位编码输出信息。输入输出I0I1I3I4Y1Y0100000010001001010000111321032100321032101IIIIIIIIYIIIIIIIIY@3.4.1编码器——编码器的定义与功能•优先编码器在两个或更多个同时输入时，编码器能够根据规定好的先后次序，即优先级别，只对优先级别高的输入进行编码，具有上述功能的逻辑部件称为优先编码器。•4线-2线优先编码器四位输入信息，二位编码输出信息。•键盘输入8421BCD码编码器功能表@输入输出I0I1I2I3Y1Y0100000x10001xx1010xxx11132133210323321IIIIIIIYIIIIIY3.4.1编码器——集成电路编码器•8线-3线优先编码器74148（CD4532）功能表逻辑图及化简可得各输出的表达式：输入使能端——只有其输入有效信号时，该器件才处于工作状态，器件才具有其逻辑功能。输出使能端——当其输出有效信号时，指示该器件正处于工作状态，器件具有其逻辑功能。•8线-3线优先编码器74148的应用@765643642176543542765476543210012IEIIIEIIIIEIIIIIEIAIEIIEIIIIEIIIIEIAIEIIEIIEIIEIAEOEIGSIIIIIIIIEIEO3.4.1编码器——集成电路编码器3.4.2译码器和数据分配器——定义及功能•译码器的定义及功能译码的功能是将具有特定含义的二进制码（多位输入信号）进行辨别，并转换成一位的有效的输出信号（地址译码）或转换成另一种二进制编码（代码转换）。具有译码功能的逻辑电路称为译码器。n位的二进制码和m个输出信号之间有如下关系：m=2n•2线4线译码器功能表二位二进制码输入，四个输出控制信号，其逻辑表达式为：ABEIYBAEIYBAEIYBAEIY3210@3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•74138集成译码器功能表三位输入二进制码，八个输出信号其逻辑表达式为：ABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYBABABABABABABABA22172216221522142213221222112210@3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•74138集成译码器应用1.用译码器实现逻辑函数例：用3-8译码器实现逻辑函数解：1）将使能端接成有效，使译码器工作有效，即G1接5V，G2A、G2B接地。2）将输入变量X、Y、Z分别接到译码器的输入C、B、A端，则：XYZZYXZYXZYXF7420YYYYCBAABCABCABCXYZZYXZYXZYXXYZZYXZYXZYXF@3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•74138集成译码器应用2.功能扩展例：用3-8译码器扩展为4-16译码器，其中4-16译码器的输入变量为D0、D1、D2、D3；输出变量为Z0、Z1、……Z14、Z15G1G2/D3D2/CD1/BD0/AZ15Z14…Z8Z7Z6…Z1Z01000011111101000111111011…………………………101111110111G2G1/D3D2/CD1/BD0/AZ15Z14…Z8Z7Z6…Z1Z00100011011110…………………………011101011111011110111111@3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•74138集成译码器应用2.功能扩展@G1G2AG2BG1G2AG2BABCABC3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•7442二－十进制译码器二－十进制译码器是码制变换译码器，它是将输入BCD码的10个代码译成10个高低电平输出信号。•七段显示译码器1）七段式数字显示器（数码管）2）七段显示译码驱动电路3）7448集成七段显示译码器（74HC4511）能将十进制的8421BCD码转换成点亮分段式数字显示器显示码，所以该译码器是代码转换器。@3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器3.4.2译码器和数据分配器——集成译码器•七段显示译码驱动电路1)逻辑抽象－－即确定逻辑输入输出变量输入A3、A2、A1、A0组成8421BCD码输出Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg组成驱动数码管信号，若采用共阳极数码管，则Ya～yg应为低电平有效2）建立真值表3）画卡诺图4）写出逻辑表达式5）画出逻