第5章 组合逻辑电路_2

1、5.7 数据选择器数据选择器 MUX的功能示意图的功能示意图 Multiplexer，多路选择器；在，多路选择器；在选择变量选择变量的控制下，从的控制下，从 若干个若干个数据输入变量数据输入变量中选择一个输入传送到输出端。中选择一个输入传送到输出端。 输输 出出 输输 入入 数数 据据 选择输入选择输入 5.7.1 数据选择器数据选择器 1. 4选选1数据选择器数据选择器 33221100 3210 DmDmDmDm ABDDBABDADBAY 3 ii 0 i YENm D 4选选1数据选择器的功能表数据选择器的功能表 使能使能选择变量选择变量数据输入数据输入输出输出 ENA1A0D3D2D

2、1D0Y 3 ii 0 i YENm D 2. 中规模数据选择器中规模数据选择器 (1) 双双4选选1数据选择器数据选择器74LS153 74LS153的逻辑符号及引脚编号的逻辑符号及引脚编号 3 11i1i 0 i YENm D 3 22i2i 0 i YENm D (2) 8选选1数据选择器数据选择器74LS151、74LS251 三态输出三态输出，使能端输入，使能端输入高高 电平电平，则输出，则输出高阻态高阻态。 7 0 ii i DmENY 2. 中规模数据选择器中规模数据选择器 74LS151的逻辑符号及引脚编号的逻辑符号及引脚编号 2个个4选选1扩展为扩展为8选选1 5.7.2 数

3、据选择器的应用数据选择器的应用 1. 数据选择器的扩展数据选择器的扩展 A2A1A0 000 001 010 011 100 101 110 111 A4A3 00MUX(I)被选中被选中 01MUX(II)被选中被选中 10MUX(III)被选中被选中 11MUX(IV)被选中被选中 4个个8选选1和和1个个4选选1扩展为扩展为32选选1 1. 数据选择器的扩展数据选择器的扩展 2. 实现任意组合逻辑电路的设计实现任意组合逻辑电路的设计 任意组合逻辑函数均可以写成标准与任意组合逻辑函数均可以写成标准与-或式或式，数据选择数据选择 器是一种由最小项译码器选择输入数据的器是一种由最小项译码器选择

4、输入数据的 mi电路结构电路结构。因。因 此，可以用数据选择器实现任意组合逻辑电路的设计。此，可以用数据选择器实现任意组合逻辑电路的设计。 (1) 逻辑函数的输入变量数目与逻辑函数的输入变量数目与MUX的选择变量数相同的选择变量数相同 BCACAP ()() ()() PA BB CABB C AA BCC 例例5.7.1：用用8选选1数据选择器数据选择器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 方法方法I：逻辑函数式比较法：逻辑函数式比较法 )6,5,4,3,1 ,0(),(mCBAP BCACAP 7 0 ii i DmENY ( , ,)(0,1,3,4,5,6)P A B Cm 0134

5、56 1DDDDDD 27 0DD 例例5.7.1：用用8选选1数据选择器数据选择器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 将将74LS151的的3个选择变量依次与输入信号个选择变量依次与输入信号A、B、C 相连，相连，根据逻辑函数中包含的最小项根据逻辑函数中包含的最小项mi，按其编号，按其编号i，从，从 MUX的数据输入端的数据输入端Di输入输入1；函数中不存在的最小项，其函数中不存在的最小项，其 对应的数据输入端输入对应的数据输入端输入0 。 例例5.7.1：用用8选选1数据选择器数据选择器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 方法方法II：卡诺图法：卡诺图法用填写函数卡诺图的方法直接获

6、得用填写函数卡诺图的方法直接获得 MUX的数据输入信号的数据输入信号 BCACAP 013456 1DDDDDD 27 0DD 2. 实现任意组合逻辑电路的设计实现任意组合逻辑电路的设计 (2) 逻辑函数的输入变量数目多于逻辑函数的输入变量数目多于MUX的选择变量数目的选择变量数目 逻辑函数的输入变量数多于逻辑函数的输入变量数多于 MUX 的选择变量，则输的选择变量，则输 入变量的最小项个数多于入变量的最小项个数多于 MUX 的数据输入端数目。需要的数据输入端数目。需要 在数据输入端增加一级由门电路构成的译码电路在数据输入端增加一级由门电路构成的译码电路，先，先从逻从逻 辑函数中分离出多余的变

7、量辑函数中分离出多余的变量，再将这些变量通过译码电路再将这些变量通过译码电路 加到加到 MUX 的数据输入端的数据输入端。 例例5.7.2：用用8选选1数据选择器数据选择器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 YABCBDAC 方法方法I：逻辑函数式比较法：逻辑函数式比较法 002235567 025367 ( , ,) Y A B CABCDABCDABCDABCDABCD ABCDABCDABCDABCD m Dm Dm Dm Dm Dm Dm Dm Dm D mmmm Dm Dm D 例例5.7.2：用用8选选1数据选择器数据选择器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 025367

8、( , ,) Y A B CABCBDAC mmmm Dm Dm D 025 14 367 1 0 DDD DD DDDD 014572357 5701423 ( ,) Y B C DABCDABCDABCDABCD ABCDABCDABCDABCDABCD AmAmAmAmAmAmAmAmAm mmAmAmAmAmAm 014 23 57 6 1 0 DDDA DDA DD D 从从4个变量中挑选哪个变量中挑选哪2个作为个作为 MUX的选择变量，有时结果简的选择变量，有时结果简 单的程度会不同。单的程度会不同。 方法方法II：卡诺图法：卡诺图法 例例5.7.2：用用8选选1数据选择器数据选择

9、器74LS151实现逻辑函数实现逻辑函数 YABCBDAC 例例5.6.2的解答之一的解答之一 5.8 数码比较器数码比较器 5.8.1 比较单元电路比较单元电路 除了进行加、减、乘、除等基本运算之外，除了进行加、减、乘、除等基本运算之外，比较运算比较运算 也是不可缺少的计算机数据处理方法。也是不可缺少的计算机数据处理方法。异或门和同或门就异或门和同或门就 是常用的比较运算逻辑电路，其运算结果可能是相等、不是常用的比较运算逻辑电路，其运算结果可能是相等、不 相等，也可能是大于或小于相等，也可能是大于或小于。 BAP 1 1 PABABAB BAP 2 BAP 3 AB P1P2P3 BAP 1

10、 BAP 2 BAP 3 比较单元电路的功能表比较单元电路的功能表 当当A3= B3时，比较次高位，时，比较次高位， 若若A2B2，则，则AB 。 若最高位若最高位A3B3， 则则 AB 。 数码比较器是对数码比较器是对2个个 n 位二进制码位二进制码A 和和B 进行比较的进行比较的 多输入多输出的组合逻辑电路，比较的结果由多输入多输出的组合逻辑电路，比较的结果由3个输出端个输出端 YA=B、YA B、 、YA B输出。 输出。 5.8.2 4位二进制码比较器位二进制码比较器 00112233 112233223333BA BABABABA BABABABABABAP 4位位2进制码比较器可以

11、根据进制码比较器可以根据1位二进制码比较单元电位二进制码比较单元电 路的构成原则来建立。路的构成原则来建立。 2个数码相等用个数码相等用 表示，表示，用用 表示，表示， 用用 表示。根据表示。根据从高位开始比较的运算原则从高位开始比较的运算原则： BABA BA 按高按高低的比较原则，低的比较原则， 依次类推依次类推 集成四位二进制数码比较器集成四位二进制数码比较器74LS85 串串 行行 输输 入入 端端 来来 自自 低低 位位 的的 比比 较较 结结 果果 集成四位二进制数码比较器集成四位二进制数码比较器74LS85 A B33221100i ()YABABABABAB A B333322

12、332211 33221100 33221100i () YA BABA BABABAB ABABABA B ABABABABAB A B333322332211 33221100 33221100i () YA BABA BABABAB ABABABA B ABABABABAB 74LS85的级联的级联 5.8.3 数码比较器的应用数码比较器的应用 光敏元件放大整形计数器 比较器 拨码盘 预置数 传传 送送 带带 光源光源 工件工件 输出 5.9 竞争与冒险竞争与冒险 由于逻辑门的传输延迟时间和电路的负载电容、传输由于逻辑门的传输延迟时间和电路的负载电容、传输 线分布电容效应等因素的影响，使

13、得传输到同一个门输入线分布电容效应等因素的影响，使得传输到同一个门输入 端的一组信号到达的时间有先后之分，从而导致竞争与冒端的一组信号到达的时间有先后之分，从而导致竞争与冒 险现象的产生。险现象的产生。为了保证数字系统工作的可靠性，必须研为了保证数字系统工作的可靠性，必须研 究信号的传输延迟对电路的影响。究信号的传输延迟对电路的影响。 5.9.1 基本概念基本概念 冒险冒险是指在某一瞬间，数字电路中是指在某一瞬间，数字电路中出现非预期信号的出现非预期信号的 现象现象，即出现违背真值表规定的逻辑电平的情况。冒险也，即出现违背真值表规定的逻辑电平的情况。冒险也 可以看成为一种过渡现象，一种干扰。可

14、以看成为一种过渡现象，一种干扰。 数字电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态时，数字电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态时， 其中某个门电路的其中某个门电路的2个输入信号出现同时向相反逻辑电平个输入信号出现同时向相反逻辑电平 跳变的现象，称该电路存在跳变的现象，称该电路存在竞争竞争。 竞争的结果不一定都产生冒险，只是有可能会产生冒竞争的结果不一定都产生冒险，只是有可能会产生冒 险现象。险现象。当输入信号改变状态时，在数字电路的输出端出当输入信号改变状态时，在数字电路的输出端出 现现虚假信号虚假信号(过渡干扰信号过渡干扰信号)的现象，称为的现象，称为竞争冒险竞争冒险。 5.9.1 基本概念基本

15、概念 “1”态冒险态冒险 “0”态冒险态冒险 5.9.2 竞争冒险的判别竞争冒险的判别 产生冒险的原因：一是门电路存在产生冒险的原因：一是门电路存在延迟延迟；而是信号间；而是信号间 的的竞争竞争。为确保系统工作的可靠性，一般认为只要存在竞。为确保系统工作的可靠性，一般认为只要存在竞 争现象，就可能在电路输出端出现违背稳态下逻辑关系的争现象，就可能在电路输出端出现违背稳态下逻辑关系的 干扰脉冲，必须干扰脉冲，必须预先采取措施避免竞争预先采取措施避免竞争的产生。的产生。 竞争与冒险的判别方法：竞争与冒险的判别方法： I. 判断逻辑式中是否同时存在某个变量的判断逻辑式中是否同时存在某个变量的原变量原

16、变量和和反变量反变量 形式形式产生竞争的基本条件产生竞争的基本条件 ； II. 在一定的输入条件下，逻辑式是否可以转换为在一定的输入条件下，逻辑式是否可以转换为原变量与原变量与 反变量反变量相与相与或者或者相或相或的运算关系的运算关系原变量与反变量可能原变量与反变量可能 在某个门电路的输入端相遇，产生竞争。在某个门电路的输入端相遇，产生竞争。 33 0,PABABPAA 44 1,PA B ABPA A 例例5.9.1：判断下列判断下列3个逻辑函数是否存在竞争冒险。个逻辑函数是否存在竞争冒险。 1 2 3 ()() PABAC PABAC PABACBC (1) 当当B = C = 1时，时， ，存在，存在“0”态冒险；态冒险； 1 PAA (2) 当当B = C = 0时，时， ，存在，存在“1”态冒险；态冒险； 2 PA A (2) 当当B = 1，C = 0时，时， ，存在，存在“0”态冒险；态冒险； 3 PAA 当当A = 0，C = 1时，时， ，存在，存在“0”态冒险；态冒险； 3 PBB 当当A = 1，B = 0时，时， ，存在，存在“0”态冒险。态冒险。 3 PCC 1. 代数法消除