第 4 章 组合逻辑电路

1、EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT概述概述第第 4 章组合逻辑电路章组合逻辑电路 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险加法器和数值比较器加法器和数值比较器数据选择器数据选择器与数据分配器与数据分配器译码器译码器编码器编码器组合逻辑电路的组合逻辑电路的分析和设计方法分析和设计方法本章小结本章小结EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT主要要求：主要要求： 掌握掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的概念组合逻辑电路和时序逻辑电路的概念。 了解组合逻辑电路的特点与描述方法。了解组合逻辑电路的特点与描述方法。 4.1概述概述EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT一、组合逻辑电路的概

2、念一、组合逻辑电路的概念 指任何时刻的输出仅取决于指任何时刻的输出仅取决于该时刻输入信号的组合，而与电该时刻输入信号的组合，而与电路原有的状态无关的电路。路原有的状态无关的电路。 数字电路根据逻辑功能特点的不同分为数字电路根据逻辑功能特点的不同分为 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序逻辑电路时序逻辑电路 指任何时刻的输出不仅取决指任何时刻的输出不仅取决于该时刻输入信号的组合，而且于该时刻输入信号的组合，而且与电路原有的状态有关的电路。与电路原有的状态有关的电路。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT二、组合逻辑电路的特点与描述方法二、组合逻辑电路的特点与描述方法 组合逻辑电路的逻辑功能特点：

3、组合逻辑电路的逻辑功能特点： 没有存储和记忆作用。没有存储和记忆作用。 组合电路的组成特点：组合电路的组成特点： 由门电路构成，不含记忆单元，只存在从输入到输由门电路构成，不含记忆单元，只存在从输入到输出的通路，没有反馈回路。出的通路，没有反馈回路。 组合电路的描述方法主要有逻辑表达式、组合电路的描述方法主要有逻辑表达式、真值表、卡诺图和逻辑图等。真值表、卡诺图和逻辑图等。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT主要要求：主要要求：理解组合逻辑电路理解组合逻辑电路分析与设计的基本方法分析与设计的基本方法。熟练掌握逻辑功能的熟练掌握逻辑功能的逻辑表达式、真值表、逻辑表达式、真值表、卡诺图和逻

4、辑图卡诺图和逻辑图表示法及其相互转换。表示法及其相互转换。4.2组合逻辑电路的组合逻辑电路的分析方法和设计方法分析方法和设计方法 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT一、组合逻辑电路的基本分析方法一、组合逻辑电路的基本分析方法分析思路：分析思路：基本步骤：基本步骤：根据给定逻辑电路，找出输出输入间的逻辑关系，根据给定逻辑电路，找出输出输入间的逻辑关系，从而确定电路的逻辑功能。从而确定电路的逻辑功能。 根据给定逻辑图根据给定逻辑图写出输出逻辑式写出输出逻辑式，并进行必要的化简，并进行必要的化简列真值表列真值表分析逻辑功能分析逻辑功能EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT 例例 分析下图

5、所示逻辑分析下图所示逻辑 电路的功能。电路的功能。解：解： ( (1) )写出输出逻辑函数式写出输出逻辑函数式BAY 1ABCCBACBACBA CBACBA )(CYY 1CBA ABCYY1YY1001010100111( (3) )分析逻辑功能分析逻辑功能( (2) )列逻辑函数真值表列逻辑函数真值表111011101001110010100000YCBA输输 出出输输 入入01010000111100001111根据异或功能可列出真值表如右表；根据异或功能可列出真值表如右表；也可先求标准与或式，然后得真值表。后也可先求标准与或式，然后得真值表。后者是分析电路的常用方法，下面介绍之。者是

6、分析电路的常用方法，下面介绍之。通过分析真值表通过分析真值表特点来说明功能。特点来说明功能。 A、B、C 三个输入变量中，有奇数个三个输入变量中，有奇数个 1时，输出为时，输出为 1，否则输出为，否则输出为 0。因此，图示。因此，图示电路为三位判奇电路，又称奇校验电路。电路为三位判奇电路，又称奇校验电路。0101001100111111EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT 初学者一般从输入向输出逐级写出各初学者一般从输入向输出逐级写出各个门的输出逻辑式。熟练后可从输出向输个门的输出逻辑式。熟练后可从输出向输入直接推出整个电路的输出逻辑式。入直接推出整个电路的输出逻辑式。 由由 Si 表达

7、式可知，表达式可知，当输入有奇数个当输入有奇数个 1 时，时，Si = 1，否则，否则 Si = 0。 例例 分析下图电路的逻辑功能。分析下图电路的逻辑功能。解：解：( (2) )列真值表列真值表( (1) )写出输出逻辑函数式写出输出逻辑函数式AiBiCi-1CiSiiiiiiiBACBAC 1)(iiiiiiiiBACBACBA 11AiBi Ci-10100 01 11 10 1 1 1 1111011101001110010100000CiSiCi-1BiAi输输 出出输输 入入11110000由由 Ci-1 表达表达式可画出其式可画出其卡诺图为：卡诺图为：11101000可列出真值表

8、为可列出真值表为1 iiiiCBAS( (3) )分析逻辑功能分析逻辑功能将两个一位二进制数将两个一位二进制数 Ai 、Bi 与低位来的进与低位来的进位位 Ci- -1 相加，相加，Si 为本位和，为本位和，Ci 为向高位产生的为向高位产生的进位。这种功能的电路称为全加器。进位。这种功能的电路称为全加器。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT二、组合逻辑电路的基本设计方法二、组合逻辑电路的基本设计方法 设计思路：设计思路：基本步骤：基本步骤： 分析给定逻辑要求，设计出能实现该功能分析给定逻辑要求，设计出能实现该功能的组合逻辑电路。的组合逻辑电路。 分析设计要求并分析设计要求并列出真值表列出

9、真值表求最简输出求最简输出逻辑式逻辑式画逻辑图。画逻辑图。 首先分析给定问题，弄清楚输入变量和输出变量是首先分析给定问题，弄清楚输入变量和输出变量是哪些，并规定它们的符号与逻辑取值哪些，并规定它们的符号与逻辑取值( (即规定它们何时即规定它们何时取值取值 0 ，何时取值，何时取值1) ) 。然后分析输出变量和输入变量。然后分析输出变量和输入变量间的逻辑关系，列出真值表。间的逻辑关系，列出真值表。根据真值表用代数法或卡诺图法求最简与或式，根据真值表用代数法或卡诺图法求最简与或式，然后根据题中对门电路类型的要求，将最简与或式变然后根据题中对门电路类型的要求，将最简与或式变换为与门类型对应的最简式。

10、换为与门类型对应的最简式。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT下面通过例题学习下面通过例题学习如何设计组合逻辑电路如何设计组合逻辑电路 ( (一一) )单输出组合逻辑电路设计举例单输出组合逻辑电路设计举例 例例 设计一个设计一个A、B、C三人表决电路。当表决某个提案时，三人表决电路。当表决某个提案时，多数人同意，则提案通过，但多数人同意，则提案通过，但A具有否决权。用与非门实现。具有否决权。用与非门实现。解：解： ( (1) )分析设计要求，列出真值表分析设计要求，列出真值表设设 A、B、C 同意提案时取值同意提案时取值为为 1，不同意时取值为，不同意时取值为 0；Y 表示表示表决结果

11、，提案通过则取值为表决结果，提案通过则取值为 1，否则取值为否则取值为 0。可得真值表如右。可得真值表如右。A、B、C三人表决电路三人表决电路多数人同意，则提案通过，但多数人同意，则提案通过，但A具有否决权具有否决权111011101001110010100000YCBA输出输出输输 入入0000000011111111110( (2) )化简输出函数化简输出函数Y=AC+ABABC0100 01 11 10 1 1 1 0 0 0 0 0用与非门实现用与非门实现，并求最简与非式，并求最简与非式=AC+AB=ACABEXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT( (3) )根据输出逻辑式画逻辑图

12、根据输出逻辑式画逻辑图YABCY =ACAB ( (二二) )多多输出组合逻辑电路设计举例输出组合逻辑电路设计举例 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITBiAi输输 入入CiSi输输 出出相加的两个数相加的两个数本位和本位和向高位的进位向高位的进位解：解：( (2) ) 求最简输出函数式求最简输出函数式Ci = Ai Bi( (3) ) 画逻辑图画逻辑图iiiBAS 10110101011000111BiAi输输 入入CiSi输输 出出00 例例 试设计半加器试设计半加器电路。电路。将两个将两个 1 位二进制位二进制数相加，而不考虑低位数相加，而不考虑低位进位的运算电路，称为进位的运算电

13、路，称为半加器。半加器。SiCiAiBi( (1) )分析设计要求，分析设计要求， 列真值表。列真值表。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT半加器电路能用半加器电路能用与非门实现吗？与非门实现吗？用与非门实现的半加器电路为用与非门实现的半加器电路为AiBiSiCi1 iiiBAC iiBA iiiiiBABAS iiiiBABA iiiiiiABABBA. . 此式虽非最简，但这样可利用此式虽非最简，但这样可利用 Ci 中的中的信号信号 Ai Bi ，省去实现省去实现 Ai 和和 Bi 的两个非门，的两个非门，从而使整体电路最简。从而使整体电路最简。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EX

14、IT主要要求：主要要求： 理解编码的概念。理解编码的概念。 理解常用编码器的类型、逻辑功能和使用方法。理解常用编码器的类型、逻辑功能和使用方法。4.3编码器编码器 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT一、编码器的概念与类型一、编码器的概念与类型 编码编码 将具有特定含义的信息编将具有特定含义的信息编成相应二进制代码的过程。成相应二进制代码的过程。 实现编码功能的电路实现编码功能的电路 编码器编码器 二进制编码器二进制编码器 二二- -十进制编码器十进制编码器 优先编码器优先编码器 编码器编码器( (即即Encoder) ) 被编被编信号信号 二进制二进制代码代码 编编码码器器 EXIT

15、组合逻辑电路组合逻辑电路EXITI1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y23 位二进制位二进制编码器编码器用用 n 位二进制数码对位二进制数码对 2n 个个输入信号进行编码的电路。输入信号进行编码的电路。 二、二进制编码器二、二进制编码器由图可写出编码器由图可写出编码器的输出逻辑函数为的输出逻辑函数为由上式可列出真值表为由上式可列出真值表为原原码码输输出出Y0=I1I3I5I7Y2=I4I5I6I7Y1=I2I3I6I7Y0=I1I3I5I7I0省略不画省略不画 8 个需要编码个需要编码的输入信号的输入信号输出输出 3 位位二进制码二进制码I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y211110000

16、00001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0输输 出出输输 入入被编信号高电平有效。被编信号高电平有效。 8 线线 3 线编码线编码器器EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITI1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y38421BCD 码编码器码编码器三、二十进制编码器三、二十进制编码器将将 0 9 十个十十个十进制数转换为二进制进制数转换为二进制代码的电路。又称代码的电路。又称十十进制编码器进制编码器。 I0省略不画省略不画

17、输出输出 4 位位二进制代码二进制代码原码输出原码输出I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y310011000000000000101000000001110001000000001100001000000101000001000000010000001000011000000001000010000000001001000000000001000000000000001Y0Y1Y2Y3I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0输出输出输入输入10 线线 4 线编码器线编码器被编信号被编信号高电平有效高电平有效EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT为何要使用为何要使用优先编码器？

18、优先编码器？四、优先编码器四、优先编码器 ( (即即 Priority Encoder) ) 1111000000001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0输输 出出输输 入入允许同时输入数个编码信号，并只对其中允许同时输入数个编码信号，并只对其中优先权最高的信号进行编码输出的电路。优先权最高的信号进行编码输出的电路。 普通编码器在任普通编码器在任何时刻只允许一个输何时刻只允许一个输入端请求编码，否则入端请求编码，否则输出发生混乱。输出发

19、生混乱。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITCT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9二二 - - 十进制优先编码器十进制优先编码器 CT74LS147I9 = 1，I8 = 0 时时，不论不论 I0 I7 为为 0 还是还是 1，电路只，电路只对对 I8 进行编进行编码，输出反码码，输出反码 0111。反码输出反码输出被编信号输入，被编信号输入，( (省省略了略了 I0) )，低电平有效。，低电平有效。0111111111110101111111110001111111101101111110010111110100111100001110111010011

20、001111111111111Y0Y1Y2Y3I9I8I7I6I5I4I3I2I1输出输出输入输入 I9 = 0 时时，不论其他，不论其他 Ii 为为 0 还是还是 1，电路只，电路只对对 I9 进行编进行编码码，输出，输出 Y3Y2Y1Y0 = 0110，为反码，其原码为为反码，其原码为 1001。111010011001111111111111无编码请求无编码请求Y3Y2Y1Y0=1111依依次次类类推推CT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9被编信号优先级别从高到被编信号优先级别从高到低依次为低依次为 I9、I8、I7、I6、I5、 I4、I3、I2、I1、

21、I0。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT主要要求：主要要求： 理解译码的概念。理解译码的概念。 掌握二进制译码器掌握二进制译码器 CT74LS138 的的逻辑功能和逻辑功能和使用方法。使用方法。 4.4译码器译码器 理解其他常用译码器的逻辑功能和使用方法。理解其他常用译码器的逻辑功能和使用方法。掌握掌握用二进制译码器实现组合逻辑电路用二进制译码器实现组合逻辑电路的方法。的方法。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT一、译码的概念与类型一、译码的概念与类型 译码译码是是编码编码的逆过程。的逆过程。 将表示特定意义信息的将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。二进制代码翻译出来。 实

22、现译码功能的电路实现译码功能的电路 译码器译码器 二进制译码器二进制译码器 二二 - - 十进制译码器十进制译码器 数码显示译码器数码显示译码器 译码器译码器( (即即 Decoder) ) 二进制二进制代码代码 与输入代与输入代码对应的码对应的特定信息特定信息 译译码码器器 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT二、二进制译码器二、二进制译码器 将输入二进制代码译将输入二进制代码译成相应输出信号的电路。成相应输出信号的电路。 n 位位二进制二进制代码代码 2n 位位译码译码输出输出二进制二进制译码器译码器 译码输出译码输出100011010001001010000100Y3Y2Y1Y0A

23、0A1译码输入译码输入译码输出高电平有效译码输出高电平有效译码输出译码输出011111101101110110111000Y3Y2Y1Y0A0A1译码输入译码输入0000译码输出低电平有效译码输出低电平有效2-4 线译码器电路与工作原理演示线译码器电路与工作原理演示EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT ( 一一 ) 3 线线 8 线译码器线译码器 CT74LS138 简介简介 CT74LS138A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7逻辑功能示意图逻辑功能示意图 ( (一一) ) 3 线线 8 线线译码器译码器 CT74LS138 简

24、介简介 3 位位二二进制码进制码输入端输入端8 个个译码输出端译码输出端低电平有效。低电平有效。使能端使能端 STA 高电平有效，高电平有效， STB、STC 低低电平有效，即当电平有效，即当 STA = 1， STB = STC = 0 时时译码译码，否则禁止译码。，否则禁止译码。实实物物图图片片 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT01111111111011011111101101110111111010111101111001011111011111001111110110100111111101100011111111000001111111110111111111Y7Y6Y5

25、Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2STB+STCSTA输出输出输入输入CT74LS138 真值表真值表允许译码器工作允许译码器工作禁止禁止译码译码 Y7 Y0 由输入二进制码由输入二进制码 A2、A1、A0 的取值决定。的取值决定。011111111111111111010101010101010100010000000000输出逻辑函数式输出逻辑函数式Y0=A2A1A0=m0Y1=A2A1A0=m1Y2=A2A1A0=m2Y3=A2A1A0=m3Y4=A2A1A0=m4Y5=A2A1A0=m5Y6=A2A1A0=m6Y7=A2A1A0=m700001000Y0=A2A1A0=m0Y1=A2A1

26、A0=m1二进制译码器能译出输入变量二进制译码器能译出输入变量的全部取值组合，故又称变量译码的全部取值组合，故又称变量译码器，也称全译码器。器，也称全译码器。其输出端能提其输出端能提供输入变量的全部最小项。供输入变量的全部最小项。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT ( 二二 ) 用二进制译码器实现组合逻辑函数用二进制译码器实现组合逻辑函数 ( (二二) ) 用二进制译码器实现组合逻辑函数用二进制译码器实现组合逻辑函数由于由于二进制译码器的输出端能提供输入变量的全二进制译码器的输出端能提供输入变量的全部最小项，而任何组合逻辑函数都可以变换为最小项部最小项，而任何组合逻辑函数都可以变换为

27、最小项之和之和的标准式，因此的标准式，因此用二进制译码器和门电路可实现用二进制译码器和门电路可实现任何组合逻辑函数。任何组合逻辑函数。当译码器输出当译码器输出低电平有效时，多低电平有效时，多选用与非门；选用与非门；译码器输出译码器输出高电平有效时，多选用或门。高电平有效时，多选用或门。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT由于有由于有 A、B、C 三个变量三个变量，故选用故选用 3 线线 - - 8 线线译码器。译码器。 解：解： ( (1) ) 根据逻辑函数选择译码器根据逻辑函数选择译码器 例例 试用译码器和门电路实现逻辑函数试用译码器和门电路实现逻辑函数CCABCBAY 选用选用 3

28、线线 - - 8 线线译码器译码器 CT74LS138， 并令并令 A2 = A，A1 = B，A0 = C。( (2) ) 将函数式变换为标准与将函数式变换为标准与 - - 或式或式76531mmmmm ABCCABCBABCACBA CCABCBAY ( (3) )根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITABCYY1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71STASTBSTCA0A1A2CT74LS138( (4) )画连线图画连线图Y&CT74LS138 输出低电平有效输出低电平有效，iimY ，i = 0 7

29、因此，将因此，将 Y 函数式变换为函数式变换为76531mmmmmY 7653YYYYY 1采用采用 5 输入输入与非门与非门，其输入取自，其输入取自 Y1、Y3、Y5、Y6 和和 Y7 。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT 例例 试用译码器实现全加器。试用译码器实现全加器。解：解： ( (1) )分析设计要求，列出真值表分析设计要求，列出真值表设被加数为设被加数为 Ai ，加数为，加数为 Bi ，低位进位数为，低位进位数为 Ci- -1 。输出本位和为输出本位和为 Si ，向高位的进位数为，向高位的进位数为 Ci 。列出全加器的真值表如下：列出全加器的真值表如下：1111110011

30、101010100110110010100110000000CiSiCi- -1BiAi输输 出出输输 入入7421mmmmSi 7653mmmmCi ( (3) )选择译码器选择译码器选用选用 3 线线 8 线线译码器译码器 CT74LS138。并令。并令 A2 = Ai，A1 = Bi，A0 = Ci-1。( (2) )根据真值表写函数式根据真值表写函数式EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITY1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71STASTBSTCAiSiCi- -1A0A1A2CT74LS138CiBi( (4) )根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路根据译码器的输出有效电平确定需用

31、的门电路( (5) )画连线图画连线图Ci&Si&CT74LS138 输出低电平有效输出低电平有效，iimY ，i = 0 7因此，将函数式变换为因此，将函数式变换为74217421YYYYmmmmSi 76537653YYYYmmmmCi EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITCT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15A2A1A0EA31 ( 三三 ) 译码器的扩展译码

32、器的扩展 A3A2A1A0低低位位片片高高位位片片 ( (三三) )译码器的扩展译码器的扩展 例如例如 两片两片 CT74LS138 组成的组成的 4 线线 16 线线译码器。译码器。16 个译码个译码输出端输出端 4 位二进制码输入端位二进制码输入端低低 3 位码从各译码位码从各译码器的码输入端输入。器的码输入端输入。A2A1A0A2A1A0A2A1A0STA1STBA3STASTCSTCSTBE高位码高位码 A3 与高位片与高位片 STA 端和低位片端和低位片 STB 端端相连，因此相连，因此 ，A3 = 0 时时低位片工作，低位片工作，A3 = 1 时时高位片工作。高位片工作。 STA不

33、用，应不用，应接有效电平接有效电平 1 。作作 4 线线 16 线译码线译码器使能端，低电平有效。器使能端，低电平有效。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITCT74LS138 组成的组成的 4 线线 16 线线译码器工作原理译码器工作原理 E = 1 时，两个译码器时，两个译码器都不工作，输出都不工作，输出 Y0 Y15 都都为高电平为高电平 1。CT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y

34、15A2A1A0EA31低低位位片片高高位位片片A3A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A0STA1STBA3STASTCSTCSTBE( (1) )A3 = 0 时，高位片不工时，高位片不工作，低位片工作，译出与作，低位片工作，译出与输入输入 0000 0111 分别对应分别对应的的 8 个输出信号个输出信号 Y0 Y7 。( (2) )A3 = 1 时，低位片不工时，低位片不工作，高位片工作，译出与作，高位片工作，译出与输入输入 1000 1111分别对应分别对应的的 8 个输出信号个输出信号 Y8 Y15。 E = 0 时，允许译码。时，允许译码。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电

35、路EXIT将将 BCD 码的十组代码译成码的十组代码译成 0 9 十个对应十个对应输出信号的电路，又称输出信号的电路，又称 4 线线 10 线线译码器。译码器。三、二十进制译码器三、二十进制译码器 8421BCD 码输入端，码输入端，从高位到低位依次为从高位到低位依次为 A3、A2、A1 和和 A0 。 10 个译码输出端，个译码输出端，低电平低电平 0 有效。有效。4 线线- -10 线译码器线译码器CT74LS42逻辑示意图逻辑示意图Y1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y7Y8Y9A0A1A2CT74LS42A3EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT1111111111111111111111

36、11011111111111111011111111111100111111111111110111111111110101伪伪码码011111111110019101111111100018110111111111107111011111101106111101111110105111110111100104111111011111003111111101101002111111110110001111111111000000Y9Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2A3输输 出出输输 入入十进十进制数制数4 线线- -10 线译码器线译码器 CT74LS42 真值表真值表0000

37、0010001001000111100110101000101100010000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111101111011001111010101伪伪码码01EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITYA0A1A2数码显示译码器数码显示译码器译译码码器器YYYYYY驱驱动动器器YYYYYYYA3a数码显示器数码显示器bcdefgbcdefgabcdefga四、数码显示译码器四、数码显示译码器 将输入的将输入的 BCD 码译成相应输出信号，码译成相应输出信号，以驱动显示器显示出相应数

38、字的电路。以驱动显示器显示出相应数字的电路。 ( (一一) ) 数码显示译码器的结构和功能示意数码显示译码器的结构和功能示意0101a数码显示器数码显示器bcdefgYA0A1A2数码显示译码器数码显示译码器译译码码器器YYYYYY驱驱动动器器YYYYYYYA3bcdefgabcdefga输入输入 BCD 码码输出驱动七段数码管显示相应数字输出驱动七段数码管显示相应数字0001EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT( (二二) )数码显示器简介数码显示器简介数字设备中用得较多的为七段数码显示器，又称数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码管。常用的有半

39、导体数码显示器( (LED) )和液晶显示器和液晶显示器( (LCD) )等。它们由七段可发光的字段组合而成。等。它们由七段可发光的字段组合而成。 1. 七段半导体数码七段半导体数码显示器显示器( (LED) ) abcdefgDPag fCOMbce dCOMDPabcdefgDP发光字段，由管脚发光字段，由管脚 a g 电平控制是否发光。电平控制是否发光。小数点，需要时才点亮。小数点，需要时才点亮。显示的数字形式显示的数字形式EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT主要优点：字形清晰、工作电压低、体积小、可靠主要优点：字形清晰、工作电压低、体积小、可靠 性高、响应速度快、寿命长和亮度高等

40、。性高、响应速度快、寿命长和亮度高等。 主要缺点：工作电流大，每字段工作电流约主要缺点：工作电流大，每字段工作电流约 10 mA 。 共阳接法共阳接法 共阴接法共阴接法 半导体数码显示器内部接法半导体数码显示器内部接法COMCOMDP gfedcbaDP gfedcbaCOMCOMVCC+5 V串接限流电阻串接限流电阻 a g 和和 DP 为低电平为低电平时才能点亮相应发光段。时才能点亮相应发光段。 a g 和和 DP 为高电平为高电平时才能点亮相应发光段。时才能点亮相应发光段。共阳接法数码显示器需要配共阳接法数码显示器需要配用输出低电平有效的译码器。用输出低电平有效的译码器。 共阴接法数码显

41、示器需要配共阴接法数码显示器需要配用输出高电平有效的译码器。用输出高电平有效的译码器。RR共阳极共阳极共阴极共阴极EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT即液态晶体即液态晶体 2. 液晶液晶显示器显示器( (LCD) ) 点亮七段液晶数码管的方法与半导体数码管类似。点亮七段液晶数码管的方法与半导体数码管类似。 主要优点：工作电压低，功耗极小。主要优点：工作电压低，功耗极小。 主要缺点：显示欠清晰，响应速度慢。主要缺点：显示欠清晰，响应速度慢。 液晶显示原理：无外加电场作用时，液晶分子排液晶显示原理：无外加电场作用时，液晶分子排列整齐，入射的光线绝大部分被反射回来，液晶呈透列整齐，入射的光线绝

42、大部分被反射回来，液晶呈透明状态，不显示数字；当在明状态，不显示数字；当在相应字段的电极上加电压相应字段的电极上加电压时，液晶中的导电正离子作定向运动，在运动过程中时，液晶中的导电正离子作定向运动，在运动过程中不断撞击液晶分子，不断撞击液晶分子，破坏了液晶分子的整齐排列，液破坏了液晶分子的整齐排列，液晶对入射光产生散射而变成了暗灰色，于是显示出相晶对入射光产生散射而变成了暗灰色，于是显示出相应的数字。应的数字。当外加电压断开后，液晶分子又将恢复到当外加电压断开后，液晶分子又将恢复到整齐排列状态，字形随之消失。整齐排列状态，字形随之消失。 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT3. 七段显示

43、译码器七段显示译码器4 线线 7 段译码器段译码器/驱动器驱动器 CC14547的逻辑功能示意图的逻辑功能示意图CC14547BI D C B ABIYgYfYeYdYcYbYa 消隐控制端，消隐控制端，低电平有效。低电平有效。 8421 码输入端码输入端译码驱动输出端，译码驱动输出端，高电平有效。高电平有效。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT4 线线- -7 段译码器段译码器/驱动器驱动器CC14547真值表真值表消隐消隐000000001111消隐消隐000000001111消隐消隐000000010111消隐消隐000000000111消隐消隐000000011011消隐消隐00

44、00000010119110011110011811111110001170000111111016111110001101511011011010141100110001013100111111001210110110100110000110100010011111100001消隐消隐00000000YgYfYeYdYcYbYa ABCDBI数字数字显示显示输输 出出输输 入入4 线线- -7 段译码器段译码器/驱动器驱动器 CC14547的逻辑功能示意图的逻辑功能示意图CC14547BI D C B ABIYgYfYeYdYcYbYa 00000000消隐消隐111111111111111

45、1011101111011001111010101消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐消隐987654321011001111111111000011111111001101101110011010011111011011000011001111111001000111100110101000101100010010000000允允许许数数码码显显示示伪码伪码相应端口输出相应端口输出有效电平有效电平 1，使显，使显示相应数字。示相应数字。输入输入BCD 码码agfbc禁禁止止数数码码显显示示数码显示器结构及数码显示器结构及译码显示原理译码显示原理演示演示EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电

46、路EXIT主要要求：主要要求：理解数据选择器和数据分配器的作用。理解数据选择器和数据分配器的作用。理解常用理解常用数据选择器的逻辑功能及其使用数据选择器的逻辑功能及其使用。掌握用掌握用数据选择器实现组合逻辑电路数据选择器实现组合逻辑电路的方法。的方法。4.5数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITD0YD1D2D34 选选 1 数据选择器工作示意图数据选择器工作示意图A1A0一、数据选择器和数据分配器的作用一、数据选择器和数据分配器的作用 数据选择器数据选择器: : 根据地址码的要求，从多路输入信号中根据地址码的要求，从多路输入信号中 选择其中一

47、路输出的电路选择其中一路输出的电路. .又称多路选择器又称多路选择器( (Multiplexer，简称，简称MUX) )或多路开关。或多路开关。多路输入多路输入一路输出一路输出地址码输入地址码输入10Y=D1D1常用常用 2 选选 1、4 选选 1、8 选选 1和和 16 选选 1 等数据选择器。等数据选择器。 数据选择器的输入信号个数数据选择器的输入信号个数 N 与地址与地址码个数码个数 n 的关系为的关系为 N = 2nEXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT数据分配器数据分配器: : 根据地址码的要求，将一路数据根据地址码的要求，将一路数据 分配到指定输出通道上去的电路。分配到指定输出

48、通道上去的电路。Demultiplexer，简称简称DMUXY0DY1Y2Y34 路数据分配器工作示意图路数据分配器工作示意图A1A0一路输入一路输入多路输出多路输出地址码输入地址码输入10Y1 = DDEXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT二、数据选择器的逻辑功能及其使用二、数据选择器的逻辑功能及其使用 1. 8 选选 1 数据选择器数据选择器 CT74LS151 CT74LS151STA2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYCT74LS151的逻辑功能示意图的逻辑功能示意图 8 路数据输入端路数据输入端地址信号地址信号输入端输入端互补输出端互补输出端使能端，低使能端，低电平

49、有效电平有效4 选选 1 数据选择器电路与工作原理动画演示数据选择器电路与工作原理动画演示实实物物图图片片EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXITCT74LS151STA2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYCT74LS151逻辑功能示意图逻辑功能示意图 ST = 1 时禁止时禁止数据选择器工作数据选择器工作ST = 0 时，时，数据选择器数据选择器工作。工作。选择哪一路信号输出选择哪一路信号输出由地址码决定。由地址码决定。8 选选 1 数据选择器数据选择器CT74LS151 真值表真值表 D7D71110D6D60110D5D51010D4D40010D3D31100D2D20

50、100D1D11000D0D00000101YYA0A1A2ST输输 出出输入输入EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT因为若因为若A2A1A0=000，则，则因为若因为若A2A1A0=010，则，则Y=D0Y=D2D7D71110D6D60110D5D51010D4D40010D3D31100D2D20100D1D11000D0D00000101YYA0A1A2ST输输 出出输入输入CT74LS151 输出函数表达式输出函数表达式1 00 00 00 00 01 00 00 0Y = A2A1A0D0 + A2A1A0D1 + A2A1A0D2+ A2A1A0D3+ A2A1A0D4+

51、A2A1A0D5+ A2A1A0D6+ A2A1A0D7Y = A2A1A0D0 + A2A1A0D1 + A2A1A0D2+ A2A1A0D3+ A2A1A0D4+ A2A1A0D5+ A2A1A0D6+ A2A1A0D7 = m0D0+ m1D1+m2D2+ m3D3+ m4D4+m5D5+ m6D6+ m7D7EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT2. 双双 4 选选 1 数据选择器数据选择器 CC14539 CC14539 1STA1A01D01D31D21D11ST1Y2Y双双4选选1数据选择器数据选择器CC14539逻辑功能示意图逻辑功能示意图 2D02D32D22D12ST2

52、ST两个数据选择器两个数据选择器的公共地址输入端。的公共地址输入端。数据选择器数据选择器 1 的输出的输出数据选择器数据选择器 1 的数的数据输入、使能输入。据输入、使能输入。数据选择器数据选择器 2 的数的数据输入、使能输入。据输入、使能输入。数据选择器数据选择器 2 的输出的输出内含两个相同的内含两个相同的 4 选选 1 数据选择器。数据选择器。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT111100011011010000101110000100110000 0000011Y1D01D11D21D3A0A11ST输出输出输入输入 CC14539 数据选择器数据选择器 1 真值表真值表1D0

53、1D11D21D31ST使能端低电平有效使能端低电平有效111100011011010000101110000100110000 00001D01D11D21D301数据选择器数据选择器 2 的逻辑功能同理。的逻辑功能同理。1ST = 1 时，禁止时，禁止数据数据选择器工作，输出选择器工作，输出 1Y = 0。1ST = 0 时时，数据选择，数据选择器工作。器工作。输出哪一路数据输出哪一路数据由地址码由地址码 A1 A0 决定决定。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT CC14539 数据选择器数据选择器输出函数式输出函数式1Y = A1 A0 1D0 + A1 A0 1D1 + A1

54、A0 1D2 + A1 A0 1D3 = m0 1D0 + m1 1D1 + m2 1D2 + m3 1D32Y = A1 A0 2D0 + A1 A0 2D1+ A1 A0 2D2+ A1 A0 2D3 = m0 2D0 + m1 2D1 + m2 2D2 + m3 2D3EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT三、用数据选择器实现组合逻辑函数三、用数据选择器实现组合逻辑函数 由于数据选择器在输入数据全部为由于数据选择器在输入数据全部为 1 时，输出为时，输出为地址输入变量全体最小项的和。地址输入变量全体最小项的和。 例如例如 4 选选 1 数据选择器的输出数据选择器的输出Y = m0 D

55、0 + m1 D1+ m2 D2+ m3 D3 当当 D0 = D1 = D2 = D3 = 1 时，时，Y = m0 + m1+ m2 + m3 。 当当 D0 D3 为为 0、1 的不同组合时，的不同组合时，Y 可输出不同的可输出不同的 最小项表达式。最小项表达式。而任何一个逻辑函数都可表示成最小项表达式，而任何一个逻辑函数都可表示成最小项表达式，当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接输入变量个数相同时，可直接将逻辑函数输入变将逻辑函数输入变量有序地接数据选择器的地址输入端量有序地接数据选择器的地址输入端。因此因此用数据选择器

56、可实现任何组合逻辑函数用数据选择器可实现任何组合逻辑函数。EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT CT74LS151 有有 A2、A1 、A0 三个地址输入端，三个地址输入端，正好用以输入三变量正好用以输入三变量 A、B、C 。 例例 试用数据选择器实现函数试用数据选择器实现函数 Y = AB + AC + BC 。该题可用代数法或卡诺图法求解。该题可用代数法或卡诺图法求解。Y为三变量函数为三变量函数 ，故选用故选用 8 选选 1 数据选择器，现数据选择器，现选用选用 CT74LS151。代代 数数 法法 求求 解解解：解：( (2) )写出逻辑函数的写出逻辑函数的最小项表达式最小项表达式

57、Y = AB + AC + BC = ABC + ABC + ABC + ABC( (3) ) 写出数据选择器的输出表达式写出数据选择器的输出表达式Y= A2A1A0D0 + A2A1A0D1 + A2A1A0D2 + A2A1A0D3 + A2A1A0D4 + A2A1A0D5 + A2A1A0D6 + A2A1A0D7( (4) )比较比较 Y 和和 Y两式中最小项的对应关系两式中最小项的对应关系( (1) )选择数据选择器选择数据选择器令令 A = A2 ，B = A1 ，C = A0则则 Y= ABCD0 + ABCD1 + ABCD2 + ABCD3 + ABCD4 + ABCD5

58、+ ABCD6 + ABCD7ABCABCABCABCABCABCABCABC+ 为使为使 Y = Y，应令，应令D0 = D1 = D2 = D4= 0D3 = D5 = D6 = D7 = 1EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT( (5) )画连线图画连线图CT74LS151A2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYYABC1即可得输出函数即可得输出函数D0D2D1D4D7D6D5D31EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT( (1) )选择数据选择器选择数据选择器选用选用 CT74LS151( (2) )画出画出 Y 和数据选择器输出和数据选择器输出 Y 的卡诺图的卡

59、诺图( (3) )比较逻辑函数比较逻辑函数 Y 和和 Y 的卡诺图的卡诺图设设 Y = Y 、A = A2、B = A1、C = A0对比两张卡诺图后得对比两张卡诺图后得D0 = D1 = D2 = D4 = 0D3 = D5 = D6 = D7 = 1( (4) )画连线图画连线图ABC0100 01 11 10 1 1 1 1 0 0 0 0Y的的卡卡诺诺图图A2A1A00100 01 11 10 D6 D7D5 D3 D0 D1 D2 D4 Y 的的 卡卡 诺诺 图图 1 1 1 1 D6 D7D5 D3卡卡 诺诺 图图 法法 求求 解解解：解：与代数法所得图相同与代数法所得图相同EXI

60、T 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT主要要求：主要要求： 理解加法器的逻辑功能及应用。理解加法器的逻辑功能及应用。了解数值比较器的作用。了解数值比较器的作用。 4.6 加法器和数值比较器加法器和数值比较器 EXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EXIT一、加法器一、加法器 ( (一一) ) 加法器基本单元加法器基本单元半加器半加器 Half Adder，简称，简称 HA。它只将两个。它只将两个 1 位位二进制数相加，而不考虑低位来的进位。二进制数相加，而不考虑低位来的进位。1011010101100000CiSiBiAi输输 出出输输 入入AiBiSiCiCO ABCBABABASEXIT 组合逻辑电路组合逻辑电路EX