清华_数字电路技术基础_第四章_MOOC

数字电子技术基础第1页/总76页第四章组合逻辑电路数字电子技术基础第2页/总76页主要内容组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的分析与设计方法几种常用的组合逻辑电路编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器竞争-冒险现象及其消除方法数字电子技术基础第3页/总76页组合逻辑电路定义数字电子技术基础第4页/总76页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）元件数字电子技术基础第5页/总76页二、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逻辑函数式数字电子技术基础第6页/总76页组合逻辑电路分析方法数字电子技术基础第7页/总76页所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能来。分析过程从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出与输入关系的逻辑函数式用公式化简法或卡诺图化简法将得到的函数式化简或变换，使逻辑关系简单明了。为了使电路的逻辑功能更加直观，有时还可以将逻辑函数式转换为真值表的形式。4.2.1组合逻辑电路的分析方法数字电子技术基础第8页/总76页))()(())()()(())()((012BDCDBDCDYACDBCDCBDACDBCDCBDYDBADCDBADCY数字电子技术基础第9页/总76页输入输出DCBAY2Y1Y00000001000100100100010011001010000101010010110010011101010000101001010101001010111001100100110110011101001111100数字电子技术基础第10页/总76页组合逻辑电路设计方法数字电子技术基础第11页/总76页根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。所谓的“最简”电路所用的器件数量最少器件的种类最少器件之间的连线最少4.2.2组合逻辑电路的设计方法数字电子技术基础第12页/总76页一、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（用中规模集成电路MSI）或进行相应的描述（可编程逻辑器件PLD）五、画出逻辑电路图，或下载到PLD六、工艺设计设计步骤数字电子技术基础第13页/总76页设计步骤数字电子技术基础第14页/总76页设计举例：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数字电子技术基础第15页/总76页设计举例：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''''''数字电子技术基础第16页/总76页设计举例：3.选用小规模SSI器件4.化简5.画出逻辑图AGRGRAGARZ'''数字电子技术基础第17页/总76页设计举例：4.化简（与或非）5.画出逻辑图（与或非）)'''''''(GARAGRGRAZ数字电子技术基础第18页/总76页普通编码器数字电子技术基础第19页/总76页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、低电平信号编成一个对应的二进制代码普通编码器优先编码器数字电子技术基础第20页/总76页一、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(8线-3线)输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111''''''''''''''''''''''''''''012345670123456701234567012345672IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIY数字电子技术基础第21页/总76页利用无关项化简，得：753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY数字电子技术基础第22页/总76页优先编码器数字电子技术基础第23页/总76页二、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'数字电子技术基础第24页/总76页低电平实例：74HC148数字电子技术基础第25页/总76页选通信号'''''''''''''''])[(])[(])[(SIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY6421643567054234567145672'')(45672IIIIY选通信号''])[(SIIIIY45672数字电子技术基础第26页/总76页附加输出信号'01234567'''0'1'2'3'4'5'6'7'''0'1'2'3'4'5'6'7'])[(])[()(SIIIIIIIISSIIIIIIIIYSIIIIIIIIYEXS为0时，电路工作无编码输入为0时，电路工作有编码输入数字电子技术基础第27页/总76页输入输出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110'''''''''76543210IIIIIIIIS'''012YYY''EXSYY数字电子技术基础第28页/总76页状态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数字电子技术基础第29页/总76页优先编码器扩展数字电子技术基础第30页/总76页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数字电子技术基础第31页/总76页状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现''EXSYY数字电子技术基础第32页/总76页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数字电子技术基础第33页/总76页数字电子技术基础第34页/总76页其它编码器数字电子技术基础第35页/总76页三、二-十进制优先编码器将编成0110~1110（BCD码的反码形式）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数字电子技术基础第36页/总76页二-十进制优先编码器74LS147数字电子技术基础第37页/总76页输入输出1111111111111XXXXXXXX00110XXXXXXX010111XXXXXX0111000XXXXX01111001XXXX011111010XXX0111111011XX01111111100X0111111111010111111111110'''''''''987654321IIIIIIIII''''0123YYYY数字电子技术基础第38页/总76页译码器数字电子技术基础第39页/总76页4.3.2译码器译码：将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。（译码是编码的反操作）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数字电子技术基础第40页/总76页真值表逻辑表达式：70127201221012100120mAAAYmAAAYmAAAYmAAAY...'''''''用电路进行实现用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器数字电子技术基础第41页/总76页缺点：1.电路的输入电阻较低而输出电阻较高；2.输出的高、低电平信号发生偏移（偏离输入信号的高、低电平）用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器数字电子技术基础第42页/总76页集成译码器实例：74HC138低电平输出附加控制端123SSSS'')(iimSY数字电子技术基础第43页/总76页74HC138的功能表：输入输出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111''32SS''''''''01234567YYYYYYYY可以理解为地址数字电子技术基础第44页/总76页数字电子技术基础第45页/总76页译码器扩展数字电子技术基础第46页/总76页利用附加控制端进行扩展例：用74HC138（3线—8线译码器）组成4线—16线译码器数字电子技术基础第47页/总76页''iimZD3=1D3=0数字电子技术基础第48页/总76页二、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数字电子技术基础第49页/总76页显示译码器数字电子技术基础第50页/总76页三、显示译码器1.七段字符显示器如：半导体数码管BS201A数字电子技术基础第51页/总76页三、显示译码器如：液晶显示器数字电子技术基础第52页/总76页2.BCD七段字符显示译码器（代码转换器）7448输入输出数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg字形000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000数字电子技术基础第53页/总76页数字电子技术基础第54页/总76页BCD－七段显示译码器7448的逻辑图'''''''''''''''''''''''''')()()()()()()(0121230112023012012012012012230120121302130123AAAAAAYAAAAAAAYAAAYAAAAAAAAAYAAAAAYAAAAAAAAYAAAAAAAAYgfedcba数字电子技术基础第55页/总76页显示译码器附加控制端数字电子技术基础第56页/总76页7448的附加控制信号：（1）灯测试输入'LT当时，Ya~Yg全