电子技术数字部分ch3

1河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/61第三章组合逻辑电路2河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/62概述一、组合电路的特点=F0（I0、I1…,In-1）=F1（I0、I1…,In-1）=F1（I0、I1…,In-1）)]([)(nntIFtY1.逻辑功能特点电路在任何时刻的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与原来的状态无关。2.电路结构特点(1)输出、输入之间没有反馈延迟电路(2)不包含记忆性元件(触发器)，仅由门电路构成I0I1In-1Y0Y1Ym-1组合逻辑电路3河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/63二、组合电路逻辑功能表示方法真值表，卡诺图，逻辑表达式，时间图(波形图)三、组合电路分类1.按逻辑功能不同：加法器比较器编码器译码器数据选择器和分配器只读存储器2.按开关元件不同：CMOSTTL3.按集成度不同：SSIMSILSIVLSI4河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/643.1组合电路的分析方法和设计方法3.1.1组合电路的基本分析方法一、分析步骤逻辑图逻辑表达式化简真值表说明功能分析目的：(1)确定输入变量不同取值时功能是否满足要求；(3)得到输出函数的标准与或表达式，以便用MSI、LSI实现；(4)得到其功能的逻辑描述，以便用于包括该电路的系统分析。(2)变换电路的结构形式(如：与或与非-与非)；5河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/65二、分析举例[例]分析图中所示电路的逻辑功能CABCBABCAABCYCBAABCCBAABC表达式真值表ABCY000001010011ABCY10010111011111000000功能判断输入信号极性是否相同的电路—符合电路YABC&&≥1[解]6河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/66[例3.1.1]分析图中所示电路的逻辑功能，输入信号A、B、C、D是一组二进制代码。&&&&&&&&&&&&ABCDY[解]1.逐级写输出函数的逻辑表达式WXBABABAWCWCWCWXDXDXDXY7河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/67&&&&&&&&&&&&ABCDYWX2.化简BABABABABAWABCCBACBACBACWCWXDCABCDBABCDADCBADABCDCBADCBADCBADXDXY8河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/683.列真值表ABCDABCDYY000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111111111111000000004.功能说明：当输入四位代码中1的个数为奇数时输出为1，为偶数时输出为0—检奇电路。DCABCDBABCDADCBADABCDCBADCBADCBAY9河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/693.1.2组合电路的基本设计方法一、设计步骤逻辑抽象列真值表写表达式化简或变换画逻辑图逻辑抽象：1.根据因果关系确定输入、输出变量2.状态赋值—用0和1表示信号的不同状态3.根据功能要求列出真值表根据所用元器件(分立元件或集成芯片)的情况将函数式进行化简或变换。化简或变换：10河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/610（1）设定变量：二、设计举例[例3.1.2]设计一个表决电路，要求输出信号的电平与三个输入信号中的多数电平一致。[解]输入A、B、C，输出Y（2）状态赋值：A、B、C=0表示输入信号为低电平Y=0表示输入信号中多数为低电平1.逻辑抽象A、B、C=1表示输入信号为高电平Y=1表示输入信号中多数为高电平11河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6112.列真值表ABCY000001010011100101110111000101113.写输出表达式并化简ABCCABCBABCAY最简与或式最简与非-与非式ABACBCYABACBCCABCBABCABACBC12河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6124.画逻辑图—用与门和或门实现ABACBCYABYC&&ABBC≥1&AC—用与非门实现ABACBCY&13河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/613[例]设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。正常情况下，红、黄、绿灯只有一个亮，否则视为故障状态，发出报警信号，提醒有关人员修理。[解]1.逻辑抽象输入变量：1--亮0--灭输出变量：R（红）Y（黄）G（绿）Z（有无故障）1--有0--无列真值表RYGZ000001010011100101110111100101112.卡诺图化简RYG010001111011111YGRGRYGYRZ14河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/614YGRGRYGYRZ3.画逻辑图&1&&&11≥1RGYZ15河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6153.2加法器和数值比较器3.2.1加法器一、半加器和全加器1.半加器（HalfAdder）两个1位二进制数相加不考虑低位进位。iiBAiiCS0001101100101001iiiiiBABASiiiBAC真值表函数式BAAi+Bi=Si(和)Ci(进位)16河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/616逻辑图曾用符号国标符号半加器（HalfAdder）Si&AiBi=1CiΣCOSiAiBiCiHASiAiBiCiiiiiiBABASiiiBAC函数式BA17河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6172.全加器（FullAdder）两个1位二进制数相加，考虑低位进位。Ai+Bi+Ci-1(低位进位)=Si(和)Ci(向高位进位)1011---A1110---B+---低位进位100101111真值表1-1-1-1-iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS1111----iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAC标准与或式ABCi-1000001010011100101110111SiCiABCi-1SiCi0010100110010111---S高位进位←018河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/618卡诺图全加器（FullAdder）ABC01000111101111SiABC01000111101111Ci圈“0”1111----iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS11--iiiiiiiCBCABAC1-1-1-1-iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS11--iiiiiiiCBCABAC最简与或式圈“1”19河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/619逻辑图(a)用与门、或门和非门实现曾用符号国标符号ΣCOCISiAiBiCi-1CiFASiAiBiCi-1Ci&&&&&&&≥1111AiSiCiBiCi-1≥120河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/620(b)用与或非门和非门实现1111----iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS11--iiiiiiiCBCABAC&≥1&≥1111CiSiAiBiCi-121河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6213.集成全加器TTL：74LS183CMOS：C661双全加器1234567141312111098C661VDD2Ai2Bi2Ci-11Ci1Si2Si1Ci-12Ci1Ai1BiVSS74LS183VCC2Ai2Bi2Ci-12Ci2SiVCC2A2B2CIn2COn+12F1A1B1CIn1FGND1Ai1Bi1Ci-11Si地1Ci1COn+122河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/622二、加法器（Adder）实现多位二进制数相加的电路1.4位串行进位加法器特点：电路简单，连接方便速度低=4tpdtpd—1位全加器的平均传输延迟时间01230123BBBBBAAAAAC0S0B0A0C0-1COSCIC1S1B1A1COSCIC2S2B2A2COSCIC3S3B3A3COSCI23河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6232.超前进位加法器作加法运算时，总进位信号由输入二进制数直接产生。1000000)(-CBABAC011111)(CBABAC1000001111)()(-CBABABABA特点优点：速度快缺点：电路比较复杂1)(-iiiiiiCBABAC24河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6241000000)(-CBABAC10000011111)()(-CBABABABAC超前进位电路ΣS3ΣS2ΣS1ΣS0C3A3B3A2B2A1B1A0B0C0-1CICICICIC0C1C2集成芯片CMOS：CC4008TTL：7428374LS283应用举例8421BCD码→余3码25河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/6253.2.2数值比较器（DigitalComparator）一、1位数值比较器00011011010001100010真值表函数式逻辑图—用与非门和非门实现AiBiLiGiMiLi(AB)Gi(A=B)Mi(AB)iiiBALiiiBAMiiiBALiiiiiBABAGiiiBAMiiiiiBABAG=Ai⊙Bi1位比较器AiBiAi&1&1&BiMiGiLiiiBAiiBA26河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/626二、4位数值比较器A=A3A2A1A0ABL=1A=BM=1ABG=1真值表比较输入输出A3B3A2B2A1B1A0B0LGM100=100==100===100====010001=001==001===001B=B3B2B1B0LGM4位数值比较器A3B3A2B2A1B1A0B027河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/627&&1&1&&1&1&&1&1&≥1≥1&1&1&≥1≥1MLGA2A1B3A3B2B1B0≥1A0G=(A3⊙B3)(A2⊙B2)(A1⊙B1)(A0⊙B0)4位数值比较器M=A3B3+(A3⊙B3)A2B2+(A3⊙B3)(A2⊙B2)A1B1+(A3⊙B3)(A2⊙B2)(A1⊙B1)A0B0L=M+G1位数值比较器3M3G2M2G1M1G0M0GAiMiBiAi⊙BiAiBiLiGiAiBi&1&1&28河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/628比较输入级联输入输出A3B3A2B2A1B1A0B0ABA=BABFABFA=BFAB001=001==001===001====001001====010010====100100100=1004位集成数值比较器的真值表级联输入：供扩展使用，一般接低位芯片的比较输出，即接低位芯片的FAB、FA=B、FAB。29河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/629扩展：级联输入集成数值比较器74LS85(TTL)两片4位数值比较器74LS85ABA=BAB74LS85ABA=BABVCCA3B2A2A1B1A0B0B3ABA=BABFABFA=BFAB地12345678161514131211109748574LS851→8位数值比较器低位比较结果高位比较结果FABFA=BFABFABFA=BFABB7A7B6A6B5A5B4A4B3A3B2A2B1A1B0A0比较输出30河北工程大学信电学院电子技术基础2019/8/630CMOS芯片设置AB只是为了电路对称，不起判断作用B7A7B6A6B5A