第四章 组合逻辑电路(3)new

1、主讲：主讲： 廖红廖红 时时 间：间：20112011年年5 5月月1717日日 第四章第四章 组合逻辑电路（组合逻辑电路（3 3） 数字电子技术基础讲义 4.3.3 数据选择器数据选择器 （1） 数据选择器的工作原理数据选择器的工作原理 在多路数据传输过程中，经常需要将其中一路信号挑选出来进行传 输，这就需要用到数据选择器。在数据选择器中，通常用地址输入信号来 完成挑选数据的任务。 根据地址码的要求，从多路输入信号中选择其中一路输 出的电路，称为数据选择器数据选择器。其功能相当于一个受控波段开 关（Multiplexer）。 12 0 n i iim DY 多路数据输入端： D0，D1，D2

2、，DN-1 （N个 ） n N2 地址变量输入端：地址变量输入端：A0，A1，An-1； （n个）个） （2） 4选选1数据选择器数据选择器 输 入 D A 1 A 0 输 出 Y D 0 0 0 D 1 0 1 D 2 1 0 D 3 1 1 D 0 D 1 D 2 D 3 3 0 013012011010 i iim DAADAADAADAADY 真值表真值表 逻辑表达式逻辑表达式 地地 址址 变变 量量 输输 入入 数数 据据 由地址码决 定从路输 入中选择哪 路输出。 逻辑图逻辑图 11 11 D0 D 1 D2 D3 A1 A0 & 1 Y “双四选一双四选一”，74HC153 )(

3、)( )()( 013012 01101011 AADAAD AADAADSY A1A0Y1 1XX0 000D10 001D11 010D12 011D13 例：例：“双四选一双四选一”，74HC153 分析其中的一个分析其中的一个“四选一四选一” 1 S （3） 集成数据选择器集成数据选择器 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS153 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 2S A0 2D3 2D2 2D1 2D0 2Y 1S A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y GND 集成双集成双4选选1数据选择器数据选择器74LS153 选通控制端选通控制端S为低电平有效，

4、即为低电平有效，即S=0时芯片被选中，时芯片被选中， 处于工作状态；处于工作状态；S=1时芯片被禁止，时芯片被禁止，Y0。 例例 例：用两个例：用两个“四选一四选一”接成接成“八选一八选一” p “四选一四选一”只有只有2位地址输入，从四个输入中选中一个位地址输入，从四个输入中选中一个 p “八选一八选一”的八个数据需要的八个数据需要3位地址代码指定其中任何一个位地址代码指定其中任何一个 7012601250124012 3012201210120012 DAAADAAADAAADAAA DAAADAAADAAADAAAY )()()()( )()()()( 位地址输入端作为第利用3 S 集成

5、集成8选选1数数 据选择器据选择器 74LS151 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS151 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 D3 D2 D1 D0 Y Y S GND 7 0 012701210120 i iim DAAADAAADAAADY 7 0 012701210120 i iim DAAADAAADAAADY S0 时 S 1时 ， 选 择 器 被 禁 止 ， 无 论 地 址 码 是 什 么 ， Y总 是 等 于0 输 入输 出 D A2 A1 A0 SY Y 1 D0 0 0 0 0 D1 0 0 1 0 D2

6、0 1 0 0 D3 0 1 1 0 D4 1 0 0 0 D5 1 0 1 0 D6 1 1 0 0 D7 1 1 1 0 0 1 D0 0D D1 1 D D2 2 D D3 3 D D4 4 D D5 5 D D6 6 D D7 7 D 7 4 L S 1 5 1 的的 真真 值值 表表 例例 Y Y 74LS151(2) D7 D0 A2A1A0 EN Y Y 74LS151(1) D7 D0 A2A1A0 EN 1 1 D15 D8 D7 D0A3A2A1A0 S2 S1 Y2Y1 Y Y2Y1 数据选择器的扩展数据选择器的扩展 A30 时， 1 S0、 2 S1，片(2)禁止、片(

7、1)工作 A31时， 1 S1、 2 S0，片(1)禁止、片(2)工作 二、用数据选择器设计组合电路二、用数据选择器设计组合电路 1. 基本原理基本原理 具有具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入 变量不大于变量不大于n+1的组合函数的组合函数 )()()()( 0130120110101 AADAADAADAADY （4） 用数据选择器实现逻辑函数用数据选择器实现逻辑函数 基本原理基本原理 数据选择器的主要特点： 12 0 n i iim DY （1）具有标准与或表达式的形式。即： （2）提供了地址变量的全部最小项。 （3）一般情况下，

8、Di可以当作一个变量处理。 任何组合逻辑函数总可以用最小项之和的标准形式表示。 利用MUX的输入Di来选择地址变量组成的最小项mi，可以 实现任何所需的组合逻辑函数。用具有n位地址输入的MUX可 以实现任何形式输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。 数据选择器是一个逻辑函数的最小项最小项输出器输出器； 例例 例如：例如： )(1)()()( AGAGRGARGAR RAGRAGGRAAGRGARZ )()()()( 013 0120 11 0 101 AADAADAADAADSY 1 例例 基本步骤基本步骤 确定数据选择器确定数据选择器 确定地址变量确定地址变量 2 1 BCAACCBAL n

9、个地址变量的 数据选择器， 不需要增加门 电路，最多可 实现n1个变 量的函数。 3个变量，选用4 选1数据选择器。 A1=A、A0=B 逻辑函数逻辑函数 1 选用选用74LS153 2 74LS153有两个 地址变量。 2 例例 求求Di 3 a. 公式法公式法 函数的标准与或表达式： 4选1数据选择器输出信号的表达式： 33221100 DmDmDmDmY 比较L和Y，得： CDCDCDCD 3210 、 3 CmCmCmCm BCAACCBAL 3210 函数对照法函数对照法 2 例例 画连线图画连线图 4 4 2 例例 C AB 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1

10、1 0 0 1 求求Di的的 方法方法 b. 图形法图形法K.M CD 2 D1 D3 D2 D0 CD 3 CD 1 CD 0 A1,A0 函数对照法函数对照法 2 例例 另一种另一种 画法画法 b. 图形法图形法K.M AB C 00 01 11 10 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 D0D1D3D2 CDCDCDCD 2310 、 A1,A0 2 例例 )13,12,11,10, 9 , 5 , 4 , 3 , 0(),(mDCBAL 用数据选择器实现函数： 选用8选1数据选择器74LS151 设A2=A、A1=B、A0=C AB CD00011110 001110 010111

11、 111001 100001 求Di D0=DD2=1D6=1D4=D D1=DD3=0D7=0D5=1 3 例例 画连线图 3 例例 设计用设计用3个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改 变任何一个开关的状态，都能控制电灯由亮变灭或变任何一个开关的状态，都能控制电灯由亮变灭或 由灭变亮。要求用数据选择器实现。由灭变亮。要求用数据选择器实现。 选用双4选1MUX74LS153 设A1=A、A0=B 求Di 解： 分析设计要求。列出真值表或K.M。 设3个开关为A、B、C，电灯为Y。并设A、B、C 向上时为1，向下时为0；灯亮时Y为1，灯灭时Y为0。 根据逻辑要

12、求列出真值表或K.M。 C AB 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 CD 2 D1 D3 D2 D0 CD 3 CD 1 CD 0 A1,A0 A B C Y 函数对照法函数对照法 4 例例 画连线图 4 例例 Ci-1 Ai Bi 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 用双用双4选选1数据选择器数据选择器74LS153实现一位全加器。实现一位全加器。 将两个二进将两个二进 制数及来自低位的进位进行相加，并产生和与进位数。制数及来自低位的进位进行相加，并产生和与进位数。 选用双4选1MUX74LS153： 设A1=Ai、A0=Bi求Di 解： 分析设计要

13、求。列出真值表或K.M。 Ci-1 Ai Bi 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 112 i CD 1 13 iCD 111 i CD 1 10 iCD A1,A0 设在第i位的两个二进制数相加，设被加数为Ai ，加数为Bi ， 来自低位的进位数为Ci-1 。输出本位和为Si ，向高位的进位数为Ci 。 1 22 iCD 1 23 D 1 21 iCD 0 20 D Y1=Si Y2=Ci 函数对照法函数对照法 5 例例 画连线图 5 例例 Ci-1 Ai Bi 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 用双用双4选选1数据选择器数据选择器74LS153实现

14、一位全减器。实现一位全减器。 将两个二进将两个二进 制数及来自低位的借位进行相减，并产生差与借位数。制数及来自低位的借位进行相减，并产生差与借位数。 选用双4选1MUX74LS153： 设A1=Ai、A0=Bi求Di 解： 分析设计要求。列出真值表或K.M。 Ci-1 Ai Bi 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 112 i CD 1 13 iCD 111 i CD 1 10 iCD A1,A0 设在第i位的两个二进制数相减，设被减数为Ai ，减数为Bi ， 来自低位的借位数为Ci-1 。输出本位差为Si ，向高位的借位数为Ci 。 0 22 D 123 i CD 1 2

15、1 D 120 i CD Y1=Si Y2=Ci 函数对照法函数对照法 6 例例 画连线图 5 例例人的血型有人的血型有A、B、AB、O 4种。输血时输血者的血型与受种。输血时输血者的血型与受 血者的血型必须符合图血者的血型必须符合图P3.20中用箭头指示的授受关系。试中用箭头指示的授受关系。试 用用MUX设计一个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是设计一个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是 否符合上述规定。否符合上述规定。 解： 分析设计要求。列出真值表或K.M。 逻辑抽象： 逻辑模型共有几个输入变量，几个输出变量？ 输入变量：输血者的输血者的4种血型种血型 受血者的受血者的4种血型种血型

16、 输出变量：1个，个，L； 符合图示授受关系，符合图示授受关系，L=1； 否则，否则，L=0； 2个逻辑变量个逻辑变量M0,M1的的 4种取值种取值 2个逻辑变量个逻辑变量N0,N1的的4种取值种取值 A AB B O A AB B O 7 例例 N1N0 M1M0 00 01 11 10 00 1 1 01 1 1 11 1 10 1 1 1 1 选用8选1MUX 74LS151： A2、A1、A0 解： 分析设计要求。列出L的K.M。 A AB B O A AB B O 输血者 受血者 A B AB O ABABO A2=M1、A1=M0、A0=N1 6 例例 N1N0 M1M0 00 0

17、1 11 10 00 1 1 01 1 1 11 1 10 1 1 1 1 求Di 00 ND 01 ND 02 ND 03 ND 1 4 D1 5 D 0 6 D 07 ND 函数对照法函数对照法 6 例例 画连线图 6 总结总结 本节小结 数据选择器是能够从来自不同地址的多路数字信息数据选择器是能够从来自不同地址的多路数字信息 中任意选出所需要的一路信息作为输出的组合电路，至于中任意选出所需要的一路信息作为输出的组合电路，至于 选择哪一路数据输出，则完全由当时的地址选择信号决定。选择哪一路数据输出，则完全由当时的地址选择信号决定。 MUXMUX有标准与或表达式的形式，提供了地址变量的全部有

18、标准与或表达式的形式，提供了地址变量的全部 最小项，并且一般情况下，最小项，并且一般情况下，D Di i可以当作一个变量处理。因可以当作一个变量处理。因 为任何组合逻辑函数总可以用最小项之和的标准形式构成。为任何组合逻辑函数总可以用最小项之和的标准形式构成。 所以，用具有所以，用具有n n位地址输入的位地址输入的MUXMUX可以实现任何形式输入变可以实现任何形式输入变 量数不大于量数不大于n+1n+1的组合逻辑函数。的组合逻辑函数。 用数据选择器实现组合逻辑函数的步骤：用数据选择器实现组合逻辑函数的步骤： 选用选用MUXMUX确定地址变量确定地址变量求求D Di i（函数对照法函数对照法）画连

19、线图。画连线图。 总结总结 本节小结 总结总结 （1） Kn 总结总结 （1） Kn 总结总结 （2） Kn 总结总结 （2） Kn 总结总结 （2） Kn 总结总结 （3） Kn 总结总结 （3） KB) L2(AB AB AB3 A3B2 A2B1 A1B0 A0B AB) L2(AB) L3(A=B) 1 1 1 & 1 11 1 11 1 1 11 & 1 & 逻辑图逻辑图 2. 集成电路集成电路CC14585 实现实现4位二进制数的比较位二进制数的比较 为附加端，用于扩展和 )()()( , BABABA III 输出允许信号 来自低位的比较结果 来自低位的比较结果 BAI I I

20、BA BA BA , , , )( )( )( 2. 集成电路集成电路CC14585 实现实现4位二进制数的比较位二进制数的比较 为附加端，用于扩展和 )()()( , BABABA III （3） 比较器的级联比较器的级联 16 15 14 1 3 12 11 10 9 74LS85 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC A3 B2 A2 A1 B1 A0 B0 B3 AB AB A=B AB AB AB AB AB AB AB AB AB AB AB AB、 AB AB AB AB AB AB AB AB AB AB必须预先预 置为1 ，最低4位的级联输入端AB AB AB AB AB

21、AB AB AB AB AB AB A=B 本节小结 在各种数字系统尤其是在计算机中，在各种数字系统尤其是在计算机中， 经常需要对两个二进制数进行大小判别，经常需要对两个二进制数进行大小判别， 然后根据判别结果转向执行某种操作。用然后根据判别结果转向执行某种操作。用 来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电 路称为数值比较器，简称比较器。在数字路称为数值比较器，简称比较器。在数字 电路中，数值比较器的输入是要进行比较电路中，数值比较器的输入是要进行比较 的两个二进制数，输出是比较的结果。的两个二进制数，输出是比较的结果。 利用集成数值比较器的级联输入端，利用集成

22、数值比较器的级联输入端， 很容易构成更多位数的数值比较器。数值很容易构成更多位数的数值比较器。数值 比较器的扩展方式有串联和并联两种。扩比较器的扩展方式有串联和并联两种。扩 展时需注意展时需注意TTL电路与电路与CMOS电路在连接电路在连接 方式上的区别。方式上的区别。 4.3.6 数据分配器数据分配器 （1） 数据分配器工作原理数据分配器工作原理 数据分配是数据选择的逆过程。 根据地址信号的要求，将一路数据分配到指定输出通道上 去的电路，称为数据分配器。 （2） 1路路-4路数据分配器路数据分配器 由地址码决 定将输入数 据送给哪 路输出。 输 入输出 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 D

23、0 0 0 1 1 0 1 1 D 0 0 0 0 D 0 0 0 0 D 0 0 0 0 D 真值表真值表 逻辑表达式逻辑表达式 地地 址址 变变 量量 输输 入入 数数 据据 013012 011010 ADAYADAY AADYAADY 逻辑图逻辑图 11 D A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 & 013012 011010 ADAYADAY AADYAADY 2、集成二进制最小项译码器、集成二进制最小项译码器74LS138 A2、A1、A0为二进制译码输入端， 为译码输出端（低电平 有效），S1、 、为选通控制端。当S11、 时， 译码器处于工作状态；当S10、时，译码器处于 禁止状

24、态。 07 YY 2S3S 0 32SS 1 32SS （3） 集成数据分配器及其应用集成数据分配器及其应用 集成数据分配器集成数据分配器 把二进制译码器的使能端作为数据输入端，二进制代码输入端作 为地址码输入端，则带使能端的二进制译码器就是数据分配器。 G2B G1 G2A 数 据 输 出 1 Y0 Y1 Y2 STC 74LS138 Y3 Y4 STA Y5 STB Y6 Y7 A2 A1 A0 D 由由74LS138构成的构成的1路路-8路数据分配器路数据分配器 数据输入端数据输入端 G1=1 G2A=0 地址输入端地址输入端 例例 G2B G1 G2A 数据发送端数据接收端 选择控制端

25、 数 据 输 入 数 据 输 出 1 S D0 D1 D2 D3 73LS151 Y D4 D5 D6 EN D7 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 STC 74LS138 Y3 Y4 STA Y5 STB Y6 Y7 A2 A1 A0 数据分配器的应用数据分配器的应用 数据分配器和数据选择器一起构成数据分时传送系统数据分配器和数据选择器一起构成数据分时传送系统 本节小结 数据分配器的逻辑功能是将数据分配器的逻辑功能是将1 1个输入数据传送个输入数据传送 到多个输出端中的到多个输出端中的1 1个输出端，具体传送到哪一个个输出端，具体传送到哪一个 输出端，也是由一组选择控制信号确定。输出端，也

26、是由一组选择控制信号确定。 数据分配器就是带选通控制端即使能端的二数据分配器就是带选通控制端即使能端的二 进制译码器。只要在使用中，把二进制译码器的进制译码器。只要在使用中，把二进制译码器的 选通控制端当作数据输入端，二进制代码输入端选通控制端当作数据输入端，二进制代码输入端 当作选择控制端就可以了。当作选择控制端就可以了。 数据分配器经常和数据选择器一起构成数据数据分配器经常和数据选择器一起构成数据 传送系统。其主要特点是可以用很少几根线实现传送系统。其主要特点是可以用很少几根线实现 多路数字信息的分时传送。多路数字信息的分时传送。 4.4 组合电路中的竞争冒险组合电路中的竞争冒险 4.4

27、组合电路中的竞争冒险组合电路中的竞争冒险 1、产生竞争冒险的原因、产生竞争冒险的原因 在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出端可能 会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现 象称为竞争冒险。 产生竞争冒险的原因：主要是门电路的延迟时间产生的。 AA 1 &Y1 A A Y1 (a) (b) 11 Y2 A A Y2 (a) (b) 干扰信号 0 1 AAY1 2 AAY 4.4 组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争-冒险现象冒险现象 4.4.1 竞争竞争-冒险现象及成因冒险现象及成因 一、什么是一、什么是“竞争竞争” 两个输入两个输入“同时向相反的逻辑电平变化同时向相反的逻辑电平变化”，称存在，称存在“竞争竞争” 二、因二、因“竞争竞争”而可能在输出产而可能在输出产 生尖峰脉冲的现象，