数字电路第4章(2编码器及应用)_2讲解

1、数字逻辑 又名：数字电子技术、数字电路 Digital-Electronics 第 四 章 组合逻辑电路 本章重点介绍组合逻辑电路的特点、分析与设计。本章重点介绍组合逻辑电路的特点、分析与设计。 在此基础上，介绍常用的集成组合逻辑电路。最后介在此基础上，介绍常用的集成组合逻辑电路。最后介 绍组合逻辑电路上存在地竞争冒险现象，产生的原绍组合逻辑电路上存在地竞争冒险现象，产生的原 因及消除的方法。因及消除的方法。 在这一章中，应能在给定电路的情况下，分析其在这一章中，应能在给定电路的情况下，分析其 逻辑功能；也可在给定逻辑要求的情况下，用逻辑电逻辑功能；也可在给定逻辑要求的情况下，用逻辑电 路实现

2、。另外对于集成组合逻辑电路，如编码器、译路实现。另外对于集成组合逻辑电路，如编码器、译 码器、数据选择器等，应了解其电路的逻辑功能、输码器、数据选择器等，应了解其电路的逻辑功能、输 出输入的逻辑关系、利用它们实现逻辑功能。出输入的逻辑关系、利用它们实现逻辑功能。 4.1 概述概述 4.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路 4.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象 编码器编码器 译码器 数据选择器（多路选择器）、数据分配器 算术逻辑运算单元 数值比较器 4.3 常用的组合逻辑电路 MSI组合部件具有功能

3、强、兼容性好、体积小、功 耗低、使用灵活等优点，因此得到广泛应用。本节介 绍几种典型MSI组合逻辑部件的功能及应用： 编码器 定义：定义： 编码:将某一特定的逻辑信号变换为二进制代码； 能够实现编码功能的逻辑部件称为编码器. 分类： 普通编码器 优先编码器 二-十进制编码器 在数字系统中：用n位二进制数进行编码，共有2n 个编码信息。 (1)(1)普通编码器普通编码器: : 在任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生在任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生 混乱。混乱。 3 3位二进制编码器位二进制编码器: :I0I7为信号输入端，高电平有效；为信号输入端，高电平有效； Y2Y1

4、Y0为三位二进制代码输出端，由于输入端为为三位二进制代码输出端，由于输入端为8 8个，个， 输出端为输出端为3 3个，故也叫做个，故也叫做8 8线线3 3线编码器线编码器 八个病房呼叫请求八个病房呼叫请求对病房编码对病房编码 8 8线线-3-3线编码器线编码器 Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 Y1Y0 输输 出出 输输 入入 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

5、 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Y2 Y1 Y0I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 3 3位二进制编码器真值表位二进制编码器真值表 任何时刻只允许输任何时刻只允许输 入一个编码请求入一个编码请求 其它输入取值组合不允其它输入取值组合不允 许出现，为无关项许出现，为无关项。 76542 IIIIY 76321 IIIIY 75310 IIIIY 由真值表写出各输出的逻辑表达式为由真值表写出各输出的逻辑表达式为： 用用“或门或门”电路实现逻辑电电路实现逻辑电 路路： I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 Y2 Y

6、1 Y0 用用“与非门与非门”电路实现逻电路实现逻 辑电路化简为辑电路化简为： )( 76542 IIIIY )( 76321 IIIIY )( 75310 IIIIY Y2 Y1 Y0 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 非门可用非门可用“与非与非”、“或非或非”门代替：门代替： 0 0 (2)(2)优先编码器优先编码器: : 普通编码器每次只能输入一个信号。普通编码器每次只能输入一个信号。 优先编码器可以同时输入几个信号，但在设计时已优先编码器可以同时输入几个信号，但在设计时已 经将各输入信号的优先顺序排好。当几个信号同时经将各输入信号的优先顺序排好。当几个信号同时 输入时，优先权最

7、高的信号优先编码。输入时，优先权最高的信号优先编码。 例如：有一个例如：有一个 网络家电产品，网络家电产品， 可以按优先权可以按优先权 自动处理同时自动处理同时 出现的险情。出现的险情。 优优 先先 编编 码码 器器 电电 路路 火灾火灾 小偷小偷 煤气泄漏煤气泄漏 电视电视 空调空调 处处 理理 电电 路路 119 110 传呼业主传呼业主 其它其它 其它其它 以以8 8线线3 3线集成优先编码器线集成优先编码器74HC148:74HC148: 8 8个输入端，个输入端，3 3个输出端。个输出端。 该电路输入输出均以低电平作为有效信号。该电路输入输出均以低电平作为有效信号。 74HC148

8、S Y2YESY1Y0 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YS Y2YESY1Y0 YS I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 S 逻辑框逻辑框 图外面图外面 的小圆的小圆 圈表示圈表示 低电平低电平 有效有效 选通选通 输入输入 端端 选通输选通输 出端出端 扩展扩展 端端 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 S Y0 Y1 Y2 YES YS 低电平低电平 选通信号选通信号 附加输出信号附加输出信号 输输 出出 信信 号号 输输 入入输输 出出 S I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2 Y1 Y0 YS YEX 1 0 1 1 1 1 1 1 1

9、 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 如果不考虑输出扩展端，如果不考虑输出扩展端，8线线-3线优先编码器线优先编码器 （设（设I7优先权最高，优先权最高，I0优先权最低）其输出端的优先权最低）其输出端的 逻辑式为：逻辑式为： )( )( )( SIIIII

10、IIIIIY SIIIIIIIIY SIIIIY 64216435670 542345671 45672 其中，其中，S为选通输入端：为选通输入端： 当当S0时，时，S 1时所有输出端均被锁定在高电平，时所有输出端均被锁定在高电平， 即即Y 2Y1Y 0111。 当当S1时，时，S 0，编码器正常工作。，编码器正常工作。 输输 入入输输 出出 S I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2 Y1 Y0 YS YEX 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

11、1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 不出现不出现00 工作，且工作，且 有输入有输入 01 工作，但工作，但 无输入无输入 10 不工作不工作11 状态状态 S Y EX Y 为了为了扩展电路的功能和使用的灵活性扩展电路的功能和使用的灵活性，在，在8线线3 线优先编码器线优先编码器74HC148中附加了选通输出端中附加了选通输出端Y S和扩展和扩展 端端Y EX，由，由图知图知: )( )

12、( )( SIIIIIIII SSIIIIIIIIY SIIIIIIIIY EX S 01234567 01234567 01234567 其中，其中，YS 与与YEX 用于扩展编码功能：用于扩展编码功能： 当当YS = 0:电路工作，输入均为高电平电路工作，输入均为高电平,无编码输入无编码输入 当当YEX = 0:电路工作，有编码输入；电路工作，有编码输入； 输输 入入输输 出出 S I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7Y2 Y1 Y0 YS YEX 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1

13、1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 不出现不出现00 工作，且工作，且 有输入有输入 01 工作，但工作，但 无输入无输入 10 不工作不工作11 状态状态 S Y EX Y 1. 在在S=0 时时,电路正常工作，允许电路正常工作，允许I7I0 同时有几个输同时有几个输 入端为低电平入端为低电平(编码输入编码输入); 2. 当当I7=0时，无论其他输

14、入端是否为时，无论其他输入端是否为0，输出端只给，输出端只给 出出I7的编码（的编码（Y2Y1Y0 = 000）。说明）。说明I7优先级最高优先级最高。 。 例例4.74.7：用两片：用两片74HC14874HC148优先编码器串行扩展实现的优先编码器串行扩展实现的1616 线线4 4线优先编码器线优先编码器, ,将将A A0 0-A-A15 1516 16个低电平信号编为个低电平信号编为1111，其中，其中A A15 15优先权最高， 优先权最高，A A0 0优先权最低。优先权最低。 S YS74HC148(2) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1

15、I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS S YS 74HC148(1) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1 Y0 S YS 解：解： a.a.要求要求1616个输入端，正好每个个输入端，正好每个74LS14874LS148有有8 8个输入端，两片正个输入端，两片正 好好1616个输入端个输入端, ,满足输入端的要求；满足输入端的要求； b.b.根据优先权的要求，若第一片的优先级比第二片高，则第一根据优先权的要求，若第一片的优先级比第二片高，则第一 片的输入为片的输入为A A 15 15 A A 8 8，第二片的输入为，第二片的输入为A

16、 A 7 7 A A 0 0。 c.c.当第一片工作，且有输入信号时（当第一片工作，且有输入信号时（S S=0,Y=0,Y S S=1=1）, ,第二片禁止第二片禁止 工作，也就是使得第二片的工作，也就是使得第二片的S S 1 1。可将第一片的。可将第一片的Y Y S S接到第接到第 二片的二片的S S 上，且第一片的上，且第一片的S S=0=0。（。（只有只有(1)(1)无编码输入时无编码输入时 （Y Y S S=0=0），片），片(2)(2)才允许工作（才允许工作（ S S =0 =0） S YS74HC148(2) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 Y

17、EXY2Y1Y0 SYS S YS 74HC148(1) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1 Y0 S YS A1 A0 A3A5A7 A2A4A6A8 A9A11A13A15 A10A12A14 d.d.由于由于74HC14874HC148输出端只有输出端只有3 3个，要想根据要求输出为个，要想根据要求输出为4 4线，必线，必 须借用第一片的扩展端须借用第一片的扩展端Y Y EX EX。由于第一片 。由于第一片有输入时，有输入时，Y Y EX EX 0 0， 无输入时无输入时Y Y EX EX 1 1，故加反相器可作输出四位二进制数码的最，故

18、加反相器可作输出四位二进制数码的最 高位。（高位。（第第(1)(1)片片Y Y EX EX 0 0时表示对时表示对A A 15 15 A A 8 8 的编码的编码） S YS74HC148(2) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS S YS 74HC148(1) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1 Y0 S YS A1 A0 A3A5A7 A2A4A6A8 A9A11A13A15 A10A12A14 Z3 S YS74HC148(2) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1

19、I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS S YS 74HC148(1) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1 Y0 S YS A1 A0 A3A5A7 A2A4A6A8 A9A11A13A15 A10A12A14 Z2Z1Z0Z3 e.e.片片1 1无输入时候无输入时候( (输入全为输入全为1 1) )，Z Z3 3=0=0，片，片1 1输出输出111111；此时，片；此时，片2 2处处 于选通状态于选通状态，片，片2 2的输出经过反相器即可作为的输出经过反相器即可作为Z Z2 2Z Z1 1Z Z0 0; ; F.F.片片1 1有输入

20、时候，有输入时候，Z Z3 3=1=1，片，片2 2的的S=1,S=1,片片2 2输出输出111111；片片1 1的输出经过的输出经过 反相器即可作为反相器即可作为Z Z2 2Z Z1 1Z Z0 0; ; 综合综合e,fe,f，只需要将片，只需要将片1 1片片2 2的输出进行的输出进行“与非与非”，作为，作为Z Z2 2Z Z1 1Z Z0. 0. A1 A0 A3A5 A7 A2A4A6A8 A9A11A13A15 A10A12A14 Z3 S YS 74HC148(1) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1 Y0 S YS S YS74HC

21、148(2) Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS Z2Z1Z0 优先级别：高优先级别：高低低 回顾解题思路回顾解题思路： （3 3）二十进制优先编码器）二十进制优先编码器74LS14774LS147 二二十进制编码器：十进制编码器： 将十进制的十个数码将十进制的十个数码0-90-9编成二进制代码的电路。编成二进制代码的电路。 输入：输入：0-90-9十个数码，十个数码， 输出：对应的二进制代码。输出：对应的二进制代码。 优先编码器优先编码器74LS147： 将十个信号编成将十个信号编成10个个BCD代码。逻辑框图如图示：代码。逻辑框

22、图如图示： 其中：其中： I 9 I 0为为10个输入信号，个输入信号， I 9的优先权最高，的优先权最高， I 0的优先权最低；的优先权最低； Y 3 Y 0为四位二进制为四位二进制 BCD码的输出端码的输出端 74LS147 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 0 Y 1 Y 2 Y 8 I 9 I 3 Y 9 I 8 I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I 1 I 0 I 其功能表为：其功能表为： 注：注：1. 当当I 0有输入有输入 信号，其他输出为信号，其他输出为 高电平，输出高电平，输出Y 3 Y 2 Y 1 Y 01111； 2. 输出代码

23、为对应二进制输出代码为对应二进制BCD码的反码，如码的反码，如 I 60时，输出为时，输出为Y 3 Y 2 Y 1 Y 01001 ，为，为 0110的反码的反码 例例4.84.8：用：用74HC14874HC148优先编码器及门电路组成二优先编码器及门电路组成二- -十进十进 制制8421BCD 8421BCD 编码器，编码器，要求：输入低电平有效，要求：输入低电平有效，I9 9优先优先 级最高。输出级最高。输出Z3 3- -Z1 1高电平有效高电平有效. . a.a.实际上实际上74HC14874HC148优先编优先编 码器是对码器是对0 07 7的十进制的十进制 编码。按照要求，需编码。

24、按照要求，需 要对输出加反相器。要对输出加反相器。 b.b.需要增加两个输入端；需要增加两个输入端； 主要考虑对主要考虑对8 8和和9 9十进十进 制的编码即可。制的编码即可。 S YS74HC148 Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 输入输入输出输出 十进制数十进制数 Z3Z2Z1Z0 0(0(I I0 0) ) 1(1(I I1 1) ) 2(2(I I2 2) ) 3(3(I I3 3) ) 4(4(I I4 4) ) 5(5(I I5 5) ) 6(6(I I6

25、6) ) 7(7(I I7 7) ) 8(8(I I8 8) ) 9(9(I I9 9) ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 c.c.当当I8或或I9有效时，输出有效时，输出Z3=1; ;无效时无效时, ,Z3=0. .所以所以Z3=(I8I9). d. 若将选通端若将选通端S=Z3，当，当I8,I9无效时无效

26、时,可实现可实现0-7的正确编码。的正确编码。 Z3 I9 I8 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 S YS74HC148 Y2 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 YESY1Y0 YEXY2Y1Y0 SYS 输入输入输出输出 十进制数十进制数 Z3Z2Z1Z0 0(0(I I0 0) ) 1(1(I I1 1) ) 2(2(I I2 2) ) 3(3(I I3 3) ) 4(4(I I4 4) ) 5(5(I I5 5) ) 6(6(I I6 6) ) 7(7(I I7 7) ) 8(8(I I8 8) ) 9(9(I I9 9) ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1