数字电路逻辑设计(第二版)清华大学出版社-朱正伟等编著-ch3

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3组合逻辑电路3.1小规模集成电路构成的组合电路3.2中规模集成电路及其应用3.3组合逻辑电路中的竞争和冒险组合逻辑电路的一般框图Zi=f(X1,X2,…,Xn)(i=1,2,…,m)工作特征:组合逻辑电路工作特点:在任何时刻,电路的输出状态只取决于同一时刻的输入状态而与电路原来的状态无关。关于组合逻辑电路结构特征:1、输出、输入之间没有反馈延迟通路,2、不含记忆单元=1F1BCAZ=1F2X1X2XnZ1Z2Zm组合逻辑电路二.组合逻辑电路的分析步骤:3.1.1组合逻辑电路分析1、由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式;2、化简和变换逻辑表达式;3、列出真值表;4、根据真值表或逻辑表达式,经分析最后确定其功能。根据已知逻辑电路,经分析确定电路的的逻辑功能。一.组合逻辑电路分析3.1小规模集成电路构成的组合电路BA1CYXZ11&&&&&&例试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。解:1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式,并进行化简和变换。X=ABABAYCACAZ三、组合逻辑电路的分析举例2、列写真值表BABACACAX=A真值表111011101001110010100000ZYXCBA000011110011110001011010BABAYCACAZ这个电路逻辑功能是对输入的二进制码求反码。最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,正数的反码与原码相同;负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。3、确定电路逻辑功能真值表111011101001110010100000ZYXCBA0000111100111100010110101、逻辑抽象:根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量,并定义逻辑状态的含义;2、根据逻辑描述列出真值表;3、由真值表写出逻辑表达式;5、画出逻辑图。4、根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式二、组合逻辑电路的设计步骤一、组合逻辑电路的设计:根据实际逻辑问题,求出所要求逻辑功能的最简单逻辑电路。3.1.2组合逻辑电路的设计例1:设计一逻辑电路供三人(A,B,C)表决使用.每人有一电键,如果他赞成,就按电键,表示1;如果不赞成,不按电键,表示0.表决结果用指示灯来表示,如果多数赞成,则指示灯亮,F=1;反之则不亮,F=0.(1)列逻辑状态表000001010011100101110111ABCF010010111在一种组合中,各输入变量之间是“与”关系各组合之间是“或”关系(2)写出逻辑表达式取F=“1”(或Y=“0”)列逻辑式取F=“1”对应于F=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)。000001010011100101110111ABCF00010111ABCCABCBABCAF(3)化简和变换逻辑表达式ABCCABCBABCAFABCABCABCCABCBABCAFABACBC(4)画逻辑图FCBA&&&1ABBCAC例2在上例中试用与非门来构成逻辑图ACBCABF(4)画逻辑图FCBAACBCABACBCAB&&&&ABBCAC例3某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出,试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路,3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车,要求当特快列车请求进站时,无论其它两种列车是否请求进站,一号灯亮。当特快没有请求,直快请求进站时,无论慢车是否请求,二号灯亮。当特快和直快均没有请求,而慢车有请求时,三号灯亮。解:1、逻辑抽象。输入信号:A、B、C分别为特快、直快和慢车的进站请求信号且有进站请求时为1,没有请求时为0。输出信号:FA、FB、FC分别为3个指示灯的状态,且灯亮为1,灯灭为0。输入输出ABCFAFBFC0000001××10001×010001001根据题意列出真值表(2)写出各输出逻辑表达式。BAFBCBAFCFA=A真值表2、根据真值表写出各输出逻辑表达式。AFABAFBCBAFC3、根据要求将上式变换为与非形式FA=ABAFBCBAFC输入输出ABCFAFBFC0000001××10001×010001001AFAFBBCFC&111&&114、根据输出逻辑表达式画出逻辑图。AFABAFBCBAFC例2试设计一个码转换电路,将4位格雷码转换为自然二进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。解:(1)明确逻辑功能,列出真值表。设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码,当输入格雷码按照从0到15递增排序时,可列出逻辑电路真值表输出变量B3、B2、B1和B0为自然二进制码。0111010001100101010101110100011000110010001000110001000100000000B3B2B1B0G3G2G1G0输出输入1111100011101001110110111100101010111110101011111001110110001100B3B2B1B0G3G2G1G0输出输入逻辑电路真值表0000000011111111B3G0G2G3G10000111100001111B2G0G2G3G1(2)画出各输出函数的卡诺图,并化简和变换。33GB2B2G3G2G3G2G3G1B1G2G3G1G2G3G1G2G3G1G(2G3G)2G3G1G2G3G)2G3G1G3G2G1G0B3G2G1G0G0011110000111100B1B0G2G3G10101101001011010B0G0G2G3G1(3)根据逻辑表达式,画出逻辑图=1B0B1B2B3G0G1G2G3=1=13.2中规模集成电路及其应用3.2.1编码器3.2.2译码器3.2.3数据分配器和数据选择器3.2.4数值比较器3.2.5加法器一、编码器(Encoder)的概念与分类1.编码:赋予二进制代码特定含义的过程称为编码。如:8421BCD码中,用1000表示数字8如:ASCII码中,用1000001表示字母A等2.编码器:具有编码功能的逻辑电路。3.2.1编码器能将每一个编码输入信号变换为不同的二进制的代码输出。如8线-3线编码器:将8个输入的信号分别编成8个3位二进制数码输出。如BCD编码器:将10个编码输入信号分别编成10个4位码输出。3.编码器的逻辑功能:4.编码器的分类:普通编码器和优先编码器。(1)普通编码器:任何时候只允许输入一个有效编码信号,否则输出就会发生混乱。(2)优先编码器:允许同时输入两个以上的有效编码信号。当同时输入几个有效编码信号时,优先编码器能按预先设定的优先级别,只对其中优先权最高的一个进行编码。普通二进制编码器的结构框图普通二进制编码器二、普通编码器I0I1Yn-1Y0Y11n2-I二进制编码器2n个输入n位二进制码输出1.普通线─4、2线二进制编码器(设计)1000010000100001Y0Y1I3I2I1I0(2)逻辑功能表编码器的输入为高电平有效。Y1Y0I0I1I2I3(a)逻辑框图4输入二进制码输出11011000321032100321032101IIIIIIIIYIIIIIIIIY该电路是否可以再简化?321032100321032101IIIIIIIIYIIIIIIIIYI0I1I2I31111&&&≥1Y0Y1&≥12.C304普通编码器C304是一种CMOS型二-十进制普通编码器,逻辑图如图3.13所示。二.优先编码器1.优先编码器的提出:实际应用中,经常有两个或更多输入编码信号同时有效。必须根据轻重缓急,规定好这些外设允许操作的先后次序,即优先级别。识别多个编码请求信号的优先级别,并进行相应编码的逻辑部件称为优先编码器。2.优先编码器线(4─2线优先编码器)(设计)(1)列出功能表输入输出I0I1I2I3Y1Y0100000×10001××1010×××111高低(2)写出逻辑表达式(3)画出逻辑电路(略)输入编码信号高电平有效,输出为二进制代码输入编码信号优先级从高到低为I0I3~输入为编码信号I3I0输出为Y1Y03321IIIY+=33210IIIIY+=8-3线优先编码器74LS148的示意框图、引脚图3.集成电路编码器SYSI0I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2YEX74LS148YEXY2Y1Y0YSSI0I1I2I3I4I5I6I7例题:用二片148接成16线-4线优先编码器S012EXYYYYY01234567IIIIIIII74LS148(1)89101112131415IIIIIIII74LS148(2)STST&&&&Y3Y2Y1Y0S012EXYYYYY(2)有编码为0,无编码时为109I01110110译码器的分类:译码:译码是编码的逆过程,它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的信号.(即电路的某种状态)译码器的概念与分类译码器:具有译码功能的逻辑电路称为译码器。唯一地址译码器代码变换器将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号。将一种代码转换成另一种代码。二进制译码器二—十进制译码器显示译码器常见的唯一地址译码器:3.2.2译码器2线-4线译码器的逻辑电路(分析)1A111A0&&&&E0Y1Y2Y3YLHHHHHLHLHHLHLHHLHHLLHHHLLLLHHHH××HY3Y2Y1Y0A0A1E输出输入功能表010AAEY011AAEY012AAEY013AAEY1.集成电路译码器74HC138(74LS138)集成译码器0123012201210120AAAFAAAFAAAFAAAF0127012601250124AAAFAAAFAAAFAAAF方案一(不带控制端)(1)试用两片74LS138构成一个4线-16线译码器。方案二(带控制端)(1)试用两片74LS138构成一个4线-16线译码器。~3线–8线译码器的~含三变量函数的全部最小项。F0F7基于这一点用该器件能够方便地实现三变量逻辑函数。用译码器实现逻辑函数。当S1=1,S2=S3=0时0123012201210120AAAFAAAFAAAFAAAF0127012601250124AAAFAAAFAAAFAAAF在译码器的输出端加一个与非门,即可实现给定的组合逻辑函数.试用74LS138译码器实现逻辑函数。()),,(,,741mmmCBAYABCCBACBA若A2=A,A1=B,A0=C,则012012012AAAAAAAAA012012012AAAAAAAAA741FFFF0F1F2F3F4F5F6F7A1A274LS138A0S1S2S3&ABC+5VYF0F1F2F3F4F5F6F7S2S3YA0A1A2数码显示译码器译码器YYYYYY驱动器YYYYYYYA3a数码显示器bcdefgbcdefgabcdefga2.数码显示译码器将输入的BCD码译成相应输出信号,以驱动显示器显示出相应数字的电路。(1)数码显示译码器的结构和功能示意0101a数码显示器bcdefgYA0A1A2数码显示译码器译码器YYYYYY驱动器YYYYYYYA3bcdefgabcdefga输入BCD码输出驱动七段数码管显示相应数字0001(2)七段半导体数码显示器(LED)数字设备中用得较多的为七段数码显示器,又称数码管。常用的有半导体数码显示器(LED)和液晶显示器(LCD)等。它们由七段可发光的字段组合而成。abcdefgDPagfCOMbcedCOMDPabcdefgDP发光字段,由管脚a~g电平控制是否发光。小数点,需要时才点亮。显示的数字形式gfedcba1).半导体数码管由七段发光二极管构成例:共阴极接法abcdefg01100001101101低电平时发光高电平时发光共阳极接法abcgdef+dgfecbagfedcba共阴极接法abcdefg七段显示译码器状态表gfedc
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