沈阳工业大学数字电子技术第3章2

1、 数字电子技术数字电子技术数字电子技术数字电子技术主讲人主讲人 沈阳工业大学沈阳工业大学软件学院软件学院 Shenyang University of TechnologyShenyang University of Technology王德新王德新第三章第三章 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 数字电子技术数字电子技术内容内容 3.2 3.2 组合电路分析组合电路分析 3.3 3.3 组合电路设计组合电路设计 3.4 3.4 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 3.5 3.5 常用常用MSIMSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 3.13.1 门

2、的符号标准门的符号标准 第三章第三章 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计3 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 数字电子技术数字电子技术3.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 根据集成度的大小集成电路可分为根据集成度的大小集成电路可分为: : 小规模集成电路小规模集成电路: SSI (Small Scale Integration) 中规模集成电路中规模集成电路 MSI (Medium Scale Integration) 大规模集成电路大规模集成电路 LSI (Large S

3、cale Integration) 超大规模集成电路超大规模集成电路 VLSI (Very Large Scale Integration) 数字电子技术数字电子技术3.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 目前目前 LSI LSI 及及 MSI MSI 产品主要有两大系列：产品主要有两大系列：TTL（ Transistor Transistor Logic）三级管三级管-三级管逻辑系列三级管逻辑系列MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）金属氧化物半导体逻辑系列金属氧化物半导体逻辑系列3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用

4、 数字电子技术数字电子技术3.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用国内外常用的国内外常用的TTLTTL系列有系列有 SN54 / 74SN54 / 74系列系列3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用5454系列为军用产品系列为军用产品74 74 系列为民用产品系列为民用产品 SN54 / 74 系列分为四档系列分为四档 SN 54 / 74 标准系列标准系列 SN 54 / 74 H 高速系列高速系列 SN 54S / 74S (Schottky)肖特基系列肖特基系列 SN 54LS / 74LS (LowPower-Schottky) 低功耗

5、肖特基系列低功耗肖特基系列 数字电子技术数字电子技术3.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用7474系列典型电路与非门的平均传输时间与平均功耗系列典型电路与非门的平均传输时间与平均功耗3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 SN 54 / 74 系列系列 SN 54 / 74 H 高速系列高速系列 SN 54S / 74S肖特基系列肖特基系列 SN 54LS / 74LS低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列mWPnstdp10,10平均功耗mWPnstdp22,6平均功耗mWPnstdp19,3平均功耗mWPnstdp2,9平均功耗 具有最佳的综合

6、性能，是具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，应用最集成电路的主流，应用最广的系列广的系列 数字电子技术数字电子技术3.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 MSIMSI组合器件组合器件3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 从逻辑功能上来区分，电路的种类是无穷尽的，从逻辑功能上来区分，电路的种类是无穷尽的，但有些组合逻辑电路模块经常地、大量地出现在但有些组合逻辑电路模块经常地、大量地出现在各种应用场合中，于是便把这些电路模块做成了各种应用场合中，于是便把这些电路模块做成了标准化的中规模集成电路，可以在大规模集成电标准化的中规模集成电路，

7、可以在大规模集成电路芯片设计中使用，用来组成更复杂的数字系统路芯片设计中使用，用来组成更复杂的数字系统 本节讨论常用本节讨论常用 MSI 组合器件的工作原理及其应组合器件的工作原理及其应用，常用用，常用 74LS 系列产品为实例系列产品为实例 数字电子技术数字电子技术 译码器译码器13.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 把代码状态的特定含义翻译出来的过程称为译码，把代码状态的特定含义翻译出来的过程称为译码，实现译码操作的电路称为译码器。实现译码操作的电路称为译码器。 译码器是计算机中常用译码器是计算机中

8、常用的一种多输出逻辑电路，它的一种多输出逻辑电路，它把输入代码转换成不同的输把输入代码转换成不同的输出代码，且输入代码字与输出代码，且输入代码字与输出代码字是一对一的映射。出代码字是一对一的映射。译码器译码器 输入输入编码字编码字 输出输出编码字编码字 使能使能 输入输入映射映射 译码器就是把一种代码转换为另一种代码的电路译码器就是把一种代码转换为另一种代码的电路 数字电子技术数字电子技术 译码器译码器13 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 译码器可分为译码器可分为变量译码器变量译码器和和显示译码器显示译码器 变量译码器变量译码器有二进制译码器和非二进制译码器有二进制

9、译码器和非二进制译码器 显示译码器显示译码器按显示材料分为荧光、发光二极管译按显示材料分为荧光、发光二极管译码器、液晶显示译码器；按显示内容分为文字、码器、液晶显示译码器；按显示内容分为文字、数字、符号译码器数字、符号译码器 常用的译码器电路有二进制译码器和显示译常用的译码器电路有二进制译码器和显示译码器等码器等分类分类常用常用 数字电子技术数字电子技术 译码器译码器13 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 二进制二进制译码器译码器 最常用的译码器是二进制译码器，又称为最常用的译码器是二进制译码器，又称为 n-2n 译码器，其输入编码为译码器，其输入编码为 n 位二进制

10、数，输出为位二进制数，输出为 2n 个最小项，即个最小项，即输出编码为输出编码为2n 取取 1 码。码。 设二进制译码器的输入端为设二进制译码器的输入端为n个，则输出端为个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种状态，个，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中个输出中只有一个为只有一个为1（或为（或为0），其余全为），其余全为0（或为（或为1）。）。 二进制译码器可以译出输入变量的全部状态，故二进制译码器可以译出输入变量的全部状态，故又称为又称为变量译码器。变量译码器。 数字电子技术数字电子技术 24译码器译码器A0A1EN2 4 译码器译码器Y0Y1Y2Y3（a）框图）框图（b）逻辑

11、图）逻辑图EN A1 A0 Y3 Y2 Y1 Y0 0 d d 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0（c）真值表）真值表Yi=ENmi013AAENY012AAENY011AAENY010AAENY 数字电子技术数字电子技术 3位二进制译码器位二进制译码器（a）真值表）真值表A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 00

12、 0 0 1 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1输输入入：3位二进制代码位二进制代码3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用输输出出：8个输出信号个输出信号 数字电子技术数字电子技术 3位二进制译码器位二进制译码器（b）逻辑表达式）逻辑表达式 3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用01270126012501240123012201210120AAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAY&111 A2 A1 A0 Y7 Y

13、6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 （c）逻辑图）逻辑图3线线-8线译码器线译码器3-8线译码器，线译码器，3变量译码器变量译码器 数字电子技术数字电子技术 74LS138集成译码器集成译码器3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 74LS138是一种常用的是一种常用的MSI器件，该芯片共有器件，该芯片共有16条引线，条引线，其中其中6条输入线，条输入线，8条输出线（条输出线（Y0Y7），），1条电源线和条电源线和1条条地线。输入线地线。输入线A、B、C接收输入代码，接收输入代码，G1、G2A和和G2B三三个使能输入端，输出线个使能输入端，输出线Y0Y7与输入代码构

14、成的最大项与输入代码构成的最大项（即最小项之非）对应，输出低电平有效。（即最小项之非）对应，输出低电平有效。 数字电子技术数字电子技术 74LS138集成译码器集成译码器3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用0Y1Y2Y3Y5Y4Y6Y7Y1GAG2BG2ABC6451231514131211109774LS 138(b)逻辑符号iBAimGGGY221iBAiBAiiiBBAAmGGG mGGGY YY GG GGGG221221222211/则有；由于逻辑功能表达，如改用外部信号之间的（见下表）时，且，当例当使能端均有效时， 0 /Y 1A0B1C 0/ , 1 /

15、55221CBAmGGGmYBAii真值表真值表输输入入：自然二进制码：自然二进制码输输出出：低电平有效：低电平有效BAGGG222 数字电子技术数字电子技术 译码器译码器13 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 BCD译码器译码器74LS79 74LS 49是常用的一种是常用的一种BCD码码MSI器件，它的输器件，它的输入编码为入编码为 4 位的位的BCD码、输出为码、输出为 7 位编码字。它位编码字。它的输出编码字是按照输入的的输出编码字是按照输入的BCD码编码字使对应码编码字使对应的某些输出端为的某些输出端为 1 ，以驱动发光二极管（，以驱动发光二极管（LED）或

16、液晶显示器（或液晶显示器（LCD）显示一位十进制数。）显示一位十进制数。 下面是下面是 74LS 49 逻辑符号和逻辑符号和1 位七段十进制数位七段十进制数显示器结构图显示器结构图 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用如，显示如，显示 1则则 b 段、段、 c 段点亮（接段点亮（接高电平）。高电平）。74LS 49 逻辑符号和逻辑符号和1 位七段十进制数显示器位七段十进制数显示器结构图结构图 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用a的

17、卡诺图的卡诺图 A3A2A1A0000111100010101011111110103Aa 02AA02AA12AA 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用b的卡诺图的卡诺图 A3A2A1A000011110001110110111111010 A3A2A1A00001111000111011111111100101012AAAAAb012AAAcc的卡诺图的卡诺图 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用d的卡诺图的卡诺图e的卡诺图的卡

18、诺图 A3A2A1A000011110001010101011101011 A3A2A1A000011110001010100011001011012120102AAAAAAAAAd0102AAAAe 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用f的卡诺图的卡诺图g的卡诺图的卡诺图 A3A2A1A000011110001110101111001001 A3A2A1A0000111100001101011111010110212013AAAAAAAf1212013AAAAAAAg 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码

19、器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用121201302120130102012120102012010120212023AAAAAAAgAAAAAAAfAAAAeAAAAAAAAAdAAAcAAAAAbAAAAAAAa 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用a b c d e f g A3 A2 A1 A01111&逻辑图逻辑图 数字电子技术数字电子技术 BCD译码器译码器74LS793 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 七段数码管显示字型七

20、段数码管显示字型 数字电子技术数字电子技术 译码器译码器13 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 含有含有译码器的组合电路的分析与设计译码器的组合电路的分析与设计 含有含有译码器的组合电路的分析译码器的组合电路的分析例例1 1试分析试分析如图所如图所示逻辑示逻辑电路的电路的功能功能76543210YYYYYYYY 数字电子技术数字电子技术 含有含有译码器组合电路的分析译码器组合电路的分析3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用例例1 176543210YYYYYYYY70YY分别对应分别对应，则可得：，则可得：70 mm1124712471247(

21、1,2,4,7)FY YYYmmmmmmmm写成最小项表达式写成最小项表达式1FABCABCABCABC 1 2 数字电子技术数字电子技术 含有含有译码器组合电路的分析译码器组合电路的分析3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用真值表真值表1FABCABCABCABC 2 3 4 电路的逻辑功能电路的逻辑功能当当A、B、C三变量三变量中为中为1的个数为奇数的个数为奇数时，输出时，输出1，否则为，否则为0，故图示电路为三，故图示电路为三变量判奇电路。变量判奇电路。 数字电子技术数字电子技术 含有含有译码器的组合电路的分析与设计译码器的组合电路的分析与设计3 .5常用常用MS

22、I组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 含有含有译码器的组合电路的设计译码器的组合电路的设计 例例2 2 用译码器实现函数：用译码器实现函数：) 7 , 6 , ,4 1 (3mF设输入为：设输入为：x , y , z ,采用采用 74LS 138 实现。实现。 数字电子技术数字电子技术 含有含有译码器的组合电路的设计译码器的组合电路的设计逻辑图如下图所示。 yyy/y mmmmmmmmmF7641764176413/ ) 7 , 6 , ,4 1 (xyz+5VF1F141197可用负逻辑或门实现）或( /7641yyy/y0Y1Y2Y3Y5Y4Y6Y7Y1GAG2BG2ABC64512

23、31514131211109774LS 138 数字电子技术数字电子技术 含含译码器的设计译码器的设计例例3 3设计一个一位全加器设计一个一位全加器全加器真值表如下：全加器真值表如下：Aİ Bİ Cİ Sİ Cİ+10 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1) 7 , , , (mC/Y/Y/Y/Y mmmm ) 7 ,4 ,2 1, (mSi11i6533174274230Y1Y2Y3Y5Y4Y6Y7Y1GAG2BG2ABC6451231514131211109774LS 138AiBiCi

24、+5V11SiCi+1可用正逻辑与非门来实现可用正逻辑与非门来实现 数字电子技术数字电子技术 编码编码器器 P115P11523.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用如果译码器的输出编码位数少于输入编码位数，称为编码器。如果译码器的输出编码位数少于输入编码位数，称为编码器。 三位二进制编码器三位二进制编码器真值表真值表输输入入：8个个互互斥斥信信号号输输出出：3位位二二进进制制代代码码定定义义 数字电子技术数字电子技术 编码编码器器23 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 逻辑表达式逻辑表达式12345672IIIIIIIY 因为因为I0I7中

25、任何时候只可能有一个为中任何时候只可能有一个为1，所以含两，所以含两个以上个以上1的乘积项为约束项，利用这些，比如在的乘积项为约束项，利用这些，比如在Y2上上可以加上可以加上 使第一项变为使第一项变为I7，接着可化为，接着可化为753175310763276321765476542IIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY1234567IIIIIII1234567IIIIIII1234567IIIIIII1234567IIIIIII 数字电子技术数字电子技术 编码编码器器23 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 逻辑图逻辑图I7I6I5I4 I3I2 I1

26、I0Y2 Y1 Y0I7I6I5I4 I3I2 I1 I0Y2 Y1 Y0(a) 由或门构成(b) 由与非门构成111& 数字电子技术数字电子技术 编码器编码器2三位二进制优先编码器三位二进制优先编码器真值表真值表在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排斥的特性。斥的特性。设设I7的优先级别最高，的优先级别最高，I6次之，依此类推，次之，依此类推，I0最低最低输 入I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0输 出Y2 Y1 Y010 10 0 10 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0

27、 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 11 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0 数字电子技术数字电子技术 三位三位二进制优先二进制优先编码器编码器逻辑表达式逻辑表达式12463465671234567345675677024534567234567345676771456745675676772IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIYIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIYIIIIIIIIIIIIIIY3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 数字电子技术数字电子技术 三位三位二进制优先二进制优

28、先编码器编码器逻辑图逻辑图111111&1&Y2 Y1 Y0I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I08线线-3线线优优先先编编码码器器3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 数字电子技术数字电子技术 数据选择数据选择器器 P118P11833.5 常用常用 MSI 组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 数据选择器又称多路选数据选择器又称多路选择器择器,是一个数字开关，从是一个数字开关，从n路源数据中选择一路送至路源数据中选择一路送至输出端输出端示示意意图图In-1多路选择器结构多路选择器结构数据选择功能数据选择功能：是指经过选择，是指经过选择，

29、把多个通道的把多个通道的数据传送到唯数据传送到唯一的公共数据一的公共数据通道上去通道上去3数据选择器数据选择器 4选选1数据选择器数据选择器输 入 D A1 A0输 出 YD0 0 0D1 0 1D2 1 0D3 1 1 D0 D1 D2 D330013012011010iiimDAADAADAADAADY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由地址码决定从路输定从路输入中选择哪入中选择哪路输出。路输出。 数字电子技术数字电子技术3数据选择器数据选择器 逻辑图逻辑图1111D0 D1 D2 D3A1A0&1Y3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用

30、组合逻辑器件及其应用 数字电子技术数字电子技术 加法加法器器 P120P1204半加器半加器能对两个能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。的逻辑电路称为半加器。 半加器真值表半加器真值表 Ai Bi Si Ci 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 iiiiiiiiiiBACBABABAS =1 & Ai Bi Si Ci Ai Bi Si Ci CO 半半加加器器符符号号 半半加加器器电电路路图图 加数加数本位本位的和的和向高位向高位的进位的进位 数字电子技术数字电子技术 加法加法器器 P1204全全

31、加器加器能对两个能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的位二进制数进行相加并考虑低位来的进位，即相当于进位，即相当于3个个1位二进制数相加，求得和位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器及进位的逻辑电路称为全加器3 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 数字电子技术数字电子技术 全加全加器器 Ai Bi Ci Si Ci+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 AiBi Ci 00 01 11 10 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0

32、Si的卡诺图的卡诺图 AiBi Ci 00 01 11 10 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 Ci+1的卡诺图的卡诺图 iiiiCBAmmmmS7421A Ai i、B Bi i：加数，：加数， C Ci i：低位来的进位，低位来的进位，S Si i：本位的和，本位的和， C Ci+1i+1：向高位的进位。：向高位的进位。iiiiiiiiBACBABAmmC)(5313 .5常用常用MSI组合逻辑器件及其应用组合逻辑器件及其应用 数据库原理数据库原理iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiBACBABACBABABACBACBABAmmC)()(531全加器的逻辑图和逻辑符号全加器