组合逻辑电路

第11章数字集成电路11.1集成门电路11.3双稳态触发器11.4时序逻辑电路11.2组合逻辑电路11.5集成定时器11.1集成门电路电子电路中的信号：时间上连续变化的时间和幅度都是跳变的处理此类信号的电路模拟电路处理此类信号的电路数字电路特点：注重电路的输入、输出大小、相位关系特点：注重电路的输入、输出的逻辑关系11.1集成门电路（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。（3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分0和1两种状态即可。数字电路的特点：11.1集成门电路（1）便于集成与系列化生产，成本低廉，使用方便；（2）工作准确可靠，精度高，搞干扰能力强。（3）不仅能完成数值计算，还能完成逻辑运算和判断，运算速度快，保密性强。（4）维修方便，故障的识别和判断较为容易。数字电路的优点数字电路的优越性能使其得到广泛的应用和迅猛的发展。数字电路不仅在计算机、通信技术中应用广泛，而且在医疗、检测、控制、自动化生产线以及人们的日常生活中，也都产生了越来越深刻的影响。11.1集成门电路门电路的基本概念不满足条件的电信号能够通过“门”不能够通过“门”满足条件的电信号用电路做成这种开关称为“门电路”结论：门电路输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系11.1集成门电路门电路输入信号输出信号11.1.1集成基本门电路门电路的输入和输出信号都是用电位（或叫电平）高低表示负逻辑正逻辑高电平用“1”表示低电平用“0”表示高电平用“0”表示低电平用“1”表示11.1集成门电路脉冲信号的逻辑状态：脉冲信号的状态高电平用1表示V0V0V5V5V0V0V5V5低电平用0表示获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件（二极管、三极管）的导通、截止（即开、关）两种工作状态来实现。11.1集成门电路1.或门电路或逻辑或门电路(或门)：完成或逻辑关系的电路习惯上规定：高电平低电平正逻辑10负逻辑01在逻辑电路中，用电位的高低来描述条件的具备与事件的发生。BY220VA+-11.1集成门电路逻辑符号：1AFB真值表ABF001110100111逻辑表达式：BAF波形：ABF001011010111“或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。11.1集成门电路逻辑加的运算规律：AA011AAAA或门除实现或逻辑关系外，还可以起控制门的作用1AFB信号输入端信号控制端当B=0时，F=A门打开当B=1时，F=1门关闭11.1集成门电路0010ABF真值表：001001112.与门电路与逻辑逻辑表达式：BAF220V+-11.1集成门电路逻辑符号：波形：FAB001011010001AFB&设：开关断开、灯不亮用逻辑“0”表示，开关闭合、灯亮用逻辑“1”表示。“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。11.1集成门电路逻辑乘的运算规律：00AAA1AAA与门除实现与逻辑关系外，也可以起控制门的作用当B=1时，F=A门打开当B=0时，F=0门关闭AFB信号输入端信号控制端&11.1集成门电路真值表：AF00113.非门电路非逻辑波形：AF0101逻辑符号：FA1Y220VA+-R11.1集成门电路逻辑表达式：AF逻辑非的运算规律1AA0AAAA“非”逻辑关系是否定或相反的意思。11.1集成门电路11.1.2集成复合门电路基本门电路“非”门电路“或”门电路“与”门电路不同组合组合电路常用复合门电路：或非门、与非门11.1集成门电路(1)静态功耗低（每门只有0.01mW,TTL每门10mW)(2)抗干扰能力强(3)中小规模集成电路主流(4)允许电源电压范围宽(3~18V)(1)速度快(2)抗干扰能力强(3)带负载能力强CMOS电路：场效应管组成的集成电路TTL电路：晶体管组成的集成电路11.1集成门电路真值表：0001ABF00100111逻辑表达式：BAF1.或非门电路逻辑符号：AFB规律：任1则0全0则111.1集成门电路1101真值表：ABF00100111逻辑表达式：BAF2.与非门电路逻辑符号：AFB&规律：任0则1全1则011.1集成门电路3.三态与非门逻辑符号AFB&EENAFB&EEN逻辑功能BAFEZFE10ZFEBAFE1011.1集成门电路11.1集成门电路4组2输入与门封装形式：陶方扁平4组2输入与非门封装形式：双列直插11.2组合逻辑电路11.2组合逻辑电路组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻以前的电路状态无关。组合逻辑电路框图X1XnX2Y2Y1Yn...组合逻辑电路输入输出11.2组合逻辑电路11.2.1组合逻辑电路的分析(1)由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2)运用逻辑代数化简或变换(3)列逻辑状态表(4)分析逻辑功能已知逻辑电路确定逻辑功能分析步骤：11.2组合逻辑电路例1：分析下图的逻辑功能(1)写出逻辑表达式Y=Y2Y3=AABBAB...AB..AB.A..ABBY1.AB&&&&YY3Y2..(3)列逻辑状态表ABY001100111001Y=AB+AB=AB逻辑式(4)分析逻辑功能输入相同输出为“0”，输入相异输出为“1”，称为“异或”逻辑关系。这种电路称“异或”门。=1ABY逻辑符号11.2组合逻辑电路例如图所示是一个可用于保险柜等场合的密码锁控制电路。开锁的条件是：(1)要拨对密码；(2)要将开锁控制开关S闭合。如果以上两个条件都得到满足，开锁信号为1，报警信号为0，锁打开而不发出报警信号。拨错密码则开锁信号为0，报警信号为1，锁打不开而警铃报警。试分析该电路的密码是多少。AB11&1&&CD1F2FV5Sk1(开锁信号)(报警信号)11.2组合逻辑电路AB11&1&&CD1F2FV5Sk1BCDCBADCBADCBA1DCBA1开锁信号报警信号12111FDCBAFDCBADCBAF当A=1B=0C=0D=1时,F1=1密码:1001密码拨对时,F1=1,F2=0密码拨错时,F1=0,F2=1断开S时,F1=0,F2=0密码锁电路不工作11.2组合逻辑电路≥1≥1&AFBC1例分析下图的逻辑功能11.2组合逻辑电路11.2.1组合逻辑电路的设计根据逻辑功能要求逻辑电路设计(1)由逻辑要求，列出逻辑状态表(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式(3)简化和变换逻辑表达式(4)画出逻辑图设计步骤如下：11.2组合逻辑电路例：有一T形走廊，在相会处有一路灯，在进入走廊的A、B、C三地各有控制开关，都能独立进行控制。任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关，灯灭；三个开关同时闭合，灯亮。设A、B、C代表三个开关（输入变量）；Y代表灯（输出变量）。设：开关闭合其状态为“1”，断开为“0”灯亮状态为“1”，灯灭为“0”11.2组合逻辑电路1.列逻辑状态表用输入、输出变量的逻辑状态（“1”或“0”）以表格形式来表示逻辑函数。三输入变量有八种组合状态n输入变量有2n种组合状态0000ABCY001101010110100110101100111111.2组合逻辑电路2.逻辑式取Y=“1”(或Y=“0”)列逻辑式取Y=“1”用“与”“或”“非”等运算来表达逻辑函数的表达式。(1)由逻辑状态表写出逻辑式对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变量本身(如A)；若输入变量为“0”则取其反变量(如A)。一种组合中，输入变量之间是“与”关系，11.2组合逻辑电路ABCY0011010101101001101011001111各组合之间是“或”关系ABCCBACBACBAY2.逻辑式反之，也可由逻辑式列出状态表。0000ABCY001101010110100110101100111111.2组合逻辑电路3.逻辑图YCBA&&&&&&&1CBA11.2组合逻辑电路例：旅客列车分特快、直快和普快，并依此为优先通行次序。某站在同一时间只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开车信号，试画出满足上述要求的逻辑电路。设A、B、C分别代表特快、直快、普快开车信号分别为YA、YB、YC11.2组合逻辑电路0100000000110000YC00001111010101010011001100001111YBYACBA解：由题中给出的逻辑要求，列逻辑状态表11.2组合逻辑电路ABCCABCBACBAYA解：由题中给出的逻辑要求，列逻辑状态表0100000000110000YC00001111010101010011001100001111YBYACBA11.2组合逻辑电路BCACBAYB解：由题中给出的逻辑要求，列逻辑状态表0100000000110000YC00001111010101010011001100001111YBYACBA11.2组合逻辑电路CBAYC解：由题中给出的逻辑要求，列逻辑状态表0100000000110000YC00001111010101010011001100001111YBYACBA11.2组合逻辑电路对已写出的函数式化简AABBAABCCABCBACBAYABABCACBAYBCBAYC11.2组合逻辑电路&&&&ACCYBYAYB11.2组合逻辑电路由于中、大规模集成电路的出现，组合逻辑电路在设计概念上发生了很大的变化，现在已经有了逻辑功能很强的组合逻辑器件。常用的组合逻辑电路部件有加法器、数值比较器、编码器、译码器、数据选择器和数据分配器等。灵活地应用它们，将会使组合逻辑电路在设计时事半功倍。下面我们向大家介绍其中的一些组合逻辑器件。11.2.2常用组合逻辑电路11.2组合逻辑电路1.加法器加法器:实现二进制加法运算的电路进位如：000011+10101010不考虑低位来的进位半加器实现要考虑低位来的进位全加器实现11.2组合逻辑电路2.编码器将输入信号编成二进制代码的电路。2n个n位编码器高低电平信号二进制代码11.2组合逻辑电路将十进制数0~9编成二进制代码的电路表示十进制数4位10个编码器高低电平信号二进制代码11.2组合逻辑电路列编码表：四位二进制代码可以表示十六种不同的状态，其中任何十种状态都可以表示0~9十个数码，最常用的是8421码。000输出输入Y1Y2Y00(I0)1(I1)2(I2)3(I3)4(I4)5(I5)6(I6)7(I7)8(I8)9(I9)Y300011101000011110001101100000000001118421BCD码编码表11.2组合逻辑电路3.译码器和数字显示译码是编码的反过程，它是将代码的组合译成一个特定的输出信号。二进制译码器8个3位译码器二进制代码高低电平信号11.2组合逻辑电路在数字电路中，常常需要把运算结果用十进制数显示出来，这就要用显示译码器。二十进制代码译码器驱动器显示器11.2组合逻辑电路Q3Q2Q1Q0agfedcb译码器二十进制代码(共阴极)100101111117个4位11.2组合逻辑电路abcdefghabcdafbefghgecd(a)外形图(b)共阴极(c)共阳极+UCCabcdefgh11.2组合逻辑电路BS204A0A1A2A3CT74LS247+5V来自计数七段译码器和数码管的连接图510Ω×7abcdefgRBIBILTA11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCCCT74LS247CT74LS247型译码器的外引线排列图abcdefg动画11.2组合逻辑电路11.2组合逻辑电路TheEnd