数字逻辑电路测试与设计电子 组合逻辑电路设计及竞争冒险课时PPT课件

1、设计案例设计案例1 四位密码锁电路的设计四位密码锁电路的设计电路功能及器件要求：电路功能及器件要求： 输入为四位二进制数(用+5V表示“1”,用0V表示”0”)； 输出为密码锁控制信号,当密码正确时,输出为高电平;不正确时输出为低电平； 设置密码锁的密码为1111； 所用器件为集成电路74LS00。任务要求：任务要求： 完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路逻辑功能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录C）。第1页/共38页（1）确定输入变量、输出变量之间的逻辑关系 假设四位密码锁的输入为A、B、C、D，密码输出用F表示，并且密码输入正确时F为1，否则为0。

2、由此可以列出表1.26所示的真值表。第2页/共38页第3页/共38页结论：组合逻辑电路的设计步骤：（1）确定输入变量、输出变量之间的逻辑关系；（2）确定逻辑函数表达式；（3）根据器件要求，变换逻辑函数表达式；（4）画出逻辑电路图；（5）电路装接与调试；（6）电路逻辑功能检测（7）设计文档的撰写第4页/共38页任务要求：任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路逻辑功能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录C）。 电路功能及器件要求：电路功能及器件要求： 现有三人参加提案表决,三个人中至少有两个人同意，提案才通过，否则提案不通过； 所用器件为集成电路74

3、LS00。第5页/共38页理解 BCD 码的含义，掌握 8421BCD 码，了解其他常用 BCD 码。主要要求：主要要求： 掌握十进制数和二进制数的表示及其相互转换。了解八进制和十六进制。读一读读一读 数值和码制数值和码制第6页/共38页计数的方法 ( (一) ) 十进制 ( (Decimal) ) (xxx)10 或 (xxx)D 例如( (3176.54) )10 或( (3176.54) )D 数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91101 1100 510- -1 110- -2权 权 权 权 数码所处位置不同时，所代表的数值不同 ( (11.51) )10 进位规律：逢十进一，

4、借一当十10i 称十进制的权 10 称为基数 0 9 十个数码称系数数码与权的乘积，称为加权系数十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式 (3176.54)10 = 3103 + 1102 + 7101 + 6100 + 510- -1 + 410- -2一、数制一、数制 第7页/共38页 例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1 ( (二) ) 二进制 ( (Binary) ) (xxx)2 或 (xxx)B 例如 (1011.11)2 或 (1011.11)B 数码：0、1 进位规律：逢二进一，借一当二 权：2i 基数：2 系数：0

5、、1 按权展开式表示 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 (1011.11)2 = (11.75)10 = 11.75 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2第8页/共38页 ( (三) ) 八进制和十六进制 进制数的表示计数规律 基数 权 数码八进制 ( (Octal) ) (xxx)8 或(xxx)O逢八进一，借一当八 8 0 7 8i 十六进制(

6、(Hexadecimal) ) (xxx)16 或(xxx)H 逢十六进一，借一当十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i例如 (437.25)8 = 482 + 381 + 780 + 28- -1 + 58- -2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 = (287.328125)10 例如(3BE.C4)16 = 3162 + 11161 + 14160 + 1216- -1 + 416- -2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.015625 = (958.765625)10 第9页/共38页二、不同数制间的关系与转换二、不同数

7、制间的关系与转换 对同一个数的不同计数方法 ( (一) ) 不同数制间的关系 二、不同数制间的关系与转换二、不同数制间的关系与转换 不同数制之间有关系吗？十进制、二进制、八进制、十六进制对照表770111766011065501015440100433001132200102 11000110000000 十六八二 十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六八二 十第10页/共38页1.500 1 整数0.750 0 ( (二) ) 不同数制间的转换 1. 各种数制转换成十进制 2. 十

8、进制转换为二进制 例 将十进制数 (26.375)10 转换成二进制数 26 6 1 3 01 10 12(26 )10 = (11010 ) 2 2 21.000 1.37522220.375 2一直除到商为 0 为止 余数 13 0按权展开求和整数和小数分别转换 整数部分：除 2 取余法 小数部分：乘 2 取整法读数顺序读数顺序 .011第11页/共38页 每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。八进制八进制二进制二进制3. 二进制与八进制间的相互转换 二进制二进制八进制八进制(11100101.11101011)2 = (345.726)8 (745.361)8 = (11110

9、0101.011110001)2 补0(11100101.11101011)2 = ( ? )8 11100101.11101011 00 345726 从小数点开始，整数部分向左 ( (小数部分向右) ) 三位一组，最后不足三位的加 0 补足三位，再按顺序写出各组对应的八进制数 。补011100101 11101011第12页/共38页 一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进制数四位为一组。4. 二进制和十六进制间的相互转换 (10011111011.111011)2= (4FB.EC)16 (3BE5.97D)16 = (11101111100101.100101111101)2 补 0

10、(10011111011.111011)2 = ( ? )16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六进制十六进制二进制二进制 :每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。二进制二进制十六进制十六进制 : 从小数点开始，整数部分向左( (小数部分向右) ) 四位一组，最后不足四位的加 0 补足四位，再按顺序写出各组对应的十六进制数 。补 010011111011 111011第13页/共38页例如 ：用四位二进制数码表示十进制数 0 90000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 40101 5 0110 6 0111 7 1000 8 100

11、1 9将若干个二进制数码 0 和 1 按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代码，简称二进制码。用数码的特定组合表示特定信息的过程称编码 三、二进制代码三、二进制代码 常用二进制代码 自然二进制码 二 - - 十进制码 格雷码 奇偶检验码 ASCII 码 ( (美国信息交换标准代码) ) 第14页/共38页例如：用三位自然二进制码表示十进制数 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7 ( (一) ) 自然二进制码 按自然数顺序排列的二进制码 ( (二) ) 二- -十进制代码 表示十进制数 0 9 十个数码的二进制代码

12、 ( (又称 BCD 码 即 Binary Coded Decimal) ) 1 位十进制数需用 4 位二进制数表示，故 BCD 码为 4 位。 4 位二进制码有 16 种组合，表示 0 9十个数可有多种方案，所以 BCD 码有多种。 第15页/共38页常用二 - - 十进制代码表 1111111111001110111010111101011110101100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000009876543210 十 进 制 数11001011101010011000

13、01110110010101000011余 3 码2421( (B) )2421( (A) ) 5421 码 8421 码无权码 有 权 码1001100001110110010101000011001000010000权为 8、4、2、1比 8421BCD 码多余 3取四位自然二进制数的前 10 种组合，去掉后 6 种组合 1010 1111。第16页/共38页用 BCD 码表示十进制数举例： (36)10 = ( )8421BCD (4.79)10 = ( )8421BCD (01010000)8421BCD = ( )10 注意区别 BCD 码与数制： (150)10 = (000101

14、010000)8421BCD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16 6 0110 3 0011 4. 0100.7 01119 10010101 50000 0第17页/共38页格雷码( (Gray 码，又称循环码) ) 0110最低位以 0110 为循环节次低位以 00111100 为循环节第三位以 0000111111110000 为循环节.011001100110001111000011110000001111111100000000000011111111特点: :相邻项或对称项只有一位不同典型格雷码构成规则 ：第18页/共38页【设计案例2】全加器电路的设计

15、全加器电路的设计 任务要求任务要求: :完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路逻辑功能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录C）。 电路功能及器件要求电路功能及器件要求: : 第19页/共38页第20页/共38页第21页/共38页【设计案例设计案例3 3】简单加法计算器的设计简单加法计算器的设计( (一一) ) 电路功能及器件要求： 电路能实现：两个二进制数相加，其中加数为两位二进制数，被加数为一位二进制数，最终输出以8421BCD码形式显示。 用74LS00、74LS86来实现 任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路逻辑功能检测、设计文

16、档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录C）。第22页/共38页（1 1）确定输入数值、输出数值之间的逻辑关系）确定输入数值、输出数值之间的逻辑关系根据电路逻辑功能要求，可以得到图1.71所示的设计思路。并根据图1.71可以得到表1.31所示的真值表。第23页/共38页第24页/共38页有错误有错误第25页/共38页第26页/共38页第27页/共38页第28页/共38页思考：用半加器可以实现上述逻辑功能吗？思考：用半加器可以实现上述逻辑功能吗？第29页/共38页 任务要求任务要求: : 完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路逻辑功能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B

17、，标准电路图纸格式见附录C）。 电路功能及器件要求电路功能及器件要求: : 电路能实现：两个二进制数相加，其中加数为两位二进制数，被加数为两位二进制数，最终输出以十进制数的形式显示； 所用器件为集成电路74LS00及74LS86。 提示提示: :可按任务1.3.3【设计案例3】方法设计。 也可利用半加器和全加器串接设计 第30页/共38页第31页/共38页组合逻辑电路的竞争冒险现象组合逻辑电路的竞争冒险现象一、冒险的产生一、冒险的产生1AA第32页/共38页二、组合逻辑电路竞争冒险的判断二、组合逻辑电路竞争冒险的判断 第33页/共38页第34页/共38页三、竞争冒险的消除方法（1）增加多余项（2）选通法（3）滤波法 当所处理的数据的速度和竞争冒险脉冲的时间可比拟时，必须考虑当所处理的数据的速度和竞争冒险脉冲的时间可比拟时，必须考虑竞争冒险现象竞争冒险现象第35页/共38页一、加法计算器的设计与调试一、加法计算器