清华阎石《数字电子技术基础》教学课件第四章

《数字电子技术基础》第五版《数字电子技术基础》（第五版）教学课件清华大学阎石王红联系地址：清华大学自动化系邮政编码：100084《数字电子技术基础》第五版第四章组合逻辑电路《数字电子技术基础》第五版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》第五版二、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《数字电子技术基础》第五版一、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《数字电子技术基础》第五版设计举例：•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》第五版设计举例：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》第五版设计举例：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》第五版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《数字电子技术基础》第五版一、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《数字电子技术基础》第五版利用无关项化简，得：753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY《数字电子技术基础》第五版二、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》第五版低电平实例：74HC148《数字电子技术基础》第五版选通信号'''''''''''''''])[(])[(])[(SIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY6421643567054234567145672'')(45672IIIIY选通信号''])[(SIIIIY45672《数字电子技术基础》第五版附加输出信号''''''''''''''''''''''])[(])[()(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《数字电子技术基础》第五版输入输出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110''''''''76543210IIIIIIIIS'''012YYY''EXSYY《数字电子技术基础》第五版状态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》第五版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》第五版状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现《数字电子技术基础》第五版•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》第五版《数字电子技术基础》第五版三、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《数字电子技术基础》第五版'EXY《数字电子技术基础》第五版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。•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》第五版真值表逻辑表达式：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》第五版集成译码器实例：74HC138低电平输出附加控制端123SSSS'')(iimSY《数字电子技术基础》第五版74HC138的功能表：输入输出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111''32SS''''''''01234567YYYYYYYY《数字电子技术基础》第五版•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《数字电子技术基础》第五版''iimZD3=1D3=0《数字电子技术基础》第五版二、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》第五版三、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∑《数字电子技术基础》第五版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《数字电子技术基础》第五版四、显示译码器•1.七段字符显示器如：《数字电子技术基础》第五版•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》第五版真值表卡诺图《数字电子技术基础》第五版BCD－七段显示译码器7448的逻辑图'''''''''''''''''''''''''')()()()()()()(0121230112023012012012012012230120121302130123AAAAAAYAAAAAAAYAAAYAAAAAAAAAYAAAAAYAAAAAAAAYAAAAAAAAYgfedcba《数字电子技术基础》第五版7448的附加控制信号：（1）•灯测试输入'LT当时，Ya~Yg全部置为10'LT《数字电子技术基础》第五版7448的附加控制信号：（2）•灭零输入'RBI当时，时，则灭灯0'RBI00000123AAAA《数字电子技术基础》第五版7448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《数字电子技术基础》第五版《数字电子技术基础》第五版《数字电子技术基础》第五版例：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'RBI《数字电子技术基础》第五版4.3.3数据选择器一、工作原理《数字电子技术基础》第五版)]()()()([''''01301201101011AADAADAADAADSYA1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13•例：“双四选一”，74HC153•分析其中的一个“四选一”'1S《数字电子技术基础》第五版例：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70126012501240123012201210120012DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAY)()()()()()()()(''''''''''''位地址输入端作为第利用3'S《数字电子技术基础》第五版二、用数据选择器设计组合电路•1.基本原理具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数)()()()(''''0130120110101AADAADAADAADY《数字电子技术基础》第五版例如：)()()()('''''''''''AGAGRGARGARRAGRAGGRAAGRGARZ1)]()()()([''''01301201101011AADAADAADAADSY《数字电子技术基础》第五版4.3.4加法器一、1位加法器1.半加器，不考虑来自低位的进位，将两个1位的二进制数相加输入输出ABSCO000001101010110