第21章门电路和组合逻辑电路

1、 tt 脉冲跃变后的值比初始值高脉冲跃变后的值比初始值高脉冲跃变后的值比初始值低脉冲跃变后的值比初始值低0+3V0-3V0+3V0-3V A0.9A0.5A0.1AtptrtfTR导通导通截止截止S3V0VSRRD3V0V饱和饱和3V0VuO 0uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。控制信号的通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。，所以

2、门电路又称为逻辑门电路。 基本逻辑关系为基本逻辑关系为三种。三种。 下面通过例子说明逻辑电路的概念及下面通过例子说明逻辑电路的概念及的意义。的意义。220V+- Y = A B000101110100ABYBYABY220VA+- Y = A + B000111110110ABY101AY0Y220VA+-R 电平的高电平的高低一般用低一般用“1”和和“0”两种状两种状态区别，若规态区别，若规定高电平为定高电平为“1”，低电平，低电平为为“0”则称为则称为正逻辑。反之正逻辑。反之则称为负逻辑则称为负逻辑。若无特殊说。若无特殊说明，均采用正明，均采用正逻辑。逻辑。100VUCC高电平高电平低电平

3、低电平输入输入A、B、C全为高电平全为高电平“1”，输出，输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”，输出，输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC0V3V逻辑逻辑即：有即：有“0”出出“0”， 全全“1”出出“1”Y=A B C&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC3V3V-U 12VRD

4、ADCABYDBC输入输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”，输出，输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”，输出，输出 Y 为为“1”。3. 逻辑关系：逻辑关系：逻辑逻辑即：有即：有“1”出出“1”， 全全“0”出出“0”Y=A+B+CABYC 100000011101111011001011101011111ABYC+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0饱和饱和逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”“0”“1”AY逻辑符号逻辑符号1AY有有“0”出出“1”，全，全“1”出出“0”&ABCY&ABC000100111011110110010

5、11101011110ABYCY=A B C1Y有有“1”出出“0”，全，全“0”出出“1”1Y00010010101011001000011001001110ABYCABC 1YABC 1Y=A+B+CABY1有有“0”出出“0”，全，全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全，全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1BC T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T14.3V钳位钳位2.1V“0”(0.3V)输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1VT1R1+Ucc T4 T

6、5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11V(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1” 流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流5VVY 5-0.7-0.7 =3.6V74LS00、74LS20管脚排列示意图管脚排列示意图&1211109814133456712&UCC4B 4A 4Y3B 3A3Y1B1A1Y2B2A2Y GND(a)74LS001211109814133456712&UCC2D 3C 2BNC 2A2Y1B1ANC1D1C1Y GND74LS20(b)“1”控制端控制端 DE D T5Y R3R

7、5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11V1V&YEBA逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0ABEY功能表功能表1E0EABY “1”“0”“0”A1 B1AAAA100011AAAAAAAAAA 01AAAAABBAABBACBABCAAA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(CABACBA)()(CABABCBCAA)(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.110011111100BABAB

8、ABA列状态表证明：列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA0000证明：证明：BAAABA)(A+AB = ABAABABAAABBAA)(BABAA)(（3）（4）ABABA)(ABAAB)(（5）（6）下面举例说明这四种表示方法。下面举例说明这四种表示方法。 设：开关闭合其状态为设：开关闭合其状态为“1”，断开为，断开为“0”灯亮状态为灯亮状态为“1”，灯灭为，灯灭为“0” 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1取取 Y=“1”( 或或Y=“0” ) 列逻辑式列逻辑式取取 Y =

9、 “1”(1)由逻辑状态表写出逻辑式由逻辑状态表写出逻辑式对应于对应于Y=1，一种组合中，输入变一种组合中，输入变量之间是量之间是“与与”关系关系， 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABCCBACBACBAY 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1YCBA&1CBA(2)应用应用“与非与非”门构成门构成“或或”门门电路电路(1) 应用应用“与非与非”门构成门构成“与与”门电路门电路AY&B&BAY&

10、由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：ABABY由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：BABABAY&YAYBA&AY 由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：BABABAY例例1：化简化简CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAAC A例例2： 化简化简CBCAABY)(AACBCAABCBACACABABCAABBABAA例例3： 化简化简CBACBAABCYABCCBACBAABCACBC CBCBA)(CBCBACBABAABCBACBAY例例4： 化简化简例例5：化简化简DBCDCBADABABCYDBABCDCBAABCDBCDCBAABDBCDC

11、BAB)(DCBCDABCDBCDAB)(DADBCDCBAABCBCDABCDBBA0101BABABABABCA00100m01 11 101m3m2m4m5m7m6mAB000m01 11 101m3m2m4m5m7m6mCD0001111012m12m15m14m8m9m11m10mABC001001 11 101111 0 0 0 0 C 0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1ABC001001 11 101111ABCCBACBACBAYABC001001 11 101111ABCCABCBABCAY用卡诺图表示并化简。用

12、卡诺图表示并化简。解：解：1.卡诺图卡诺图2.合并最小项合并最小项3.写出最简写出最简“与或与或”逻辑式逻辑式ABC001001 11 101111解：解：三个圈最小项分别为：三个圈最小项分别为：合并最小项合并最小项ABCCBAABCBCACABABC BCACABABACBCY00ABC1001 11 101111解：解：CACBYAB0001 11 10CD000111101111DBY CBABCACBACBAY(1)(2)DCBADCBADCBADCBAY解：解：DBAYAB0001 11 10CD000111101DBDBCBAAY111111111CABCBACBAABCYCBCA

13、ABYCBACBAABCYCBACBAYDBCDCBADABABCY确定确定Y = Y2 Y3= A AB B AB.A B.A B.A. .A BBY1.AB&YY3Y2.反演律反演律反演律反演律ABY001 100111001=A B.A B.Y = AB AB .AB.BAYA B = AB +AB=A B =1ABY逻辑符号逻辑符号=A BABY001 100100111Y&1.BA&C101AA=AC +BCY=AC BC 设：设：C=1封锁封锁打开打开选通选通A信号信号Y&1.BA&C001设：设：C=0选通选通B信号信号B=AC +BCY=

14、AC BC (取取 Y=“1”( 或或Y=“0” ) 列逻辑式列逻辑式取取 Y = “1”对应于对应于Y=1， 0 0 0 0 C Y0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1CBACBACBACBAYABCCBACBACBAY BCACBACBACBAABC001001 11 101111 0 0 0 0 C Y0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1YCBA01100111110&1010 开工为开工为“1”，不开工为，不开工为“0”； G1和和 G2运行为运行为“1”

15、，不运行为，不运行为“0”。0111 0 0 1 0 100011 0 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C G1 G2ABCCABCBABCA1 GABCCBACBACBA2 GABC001001 11 101111ACBCAB1 G1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 00111 0 0 1 0A B C G1 G2 100011 0 1ACBCAB1 GACBCAB ABCCBACBACBA2 GABCCBACBACBA2 G ABC00100111101111A BCA BC

16、&G1G2A B C D四个人就某项议题进行表决，当满足以下条件时四个人就某项议题进行表决，当满足以下条件时决议通过：有三人或三人以上同意但是决议通过：有三人或三人以上同意但是A必须同意。试用必须同意。试用两输入与非门设计满足上述要求的表决电路。两输入与非门设计满足上述要求的表决电路。 例例解解 1) 建立逻辑系统。建立逻辑系统。 2) 列出真值表；列出真值表； 3) 画出卡诺图，求输出画出卡诺图，求输出L的表达式；的表达式； 1表示同意，表示同意，0表示不同意；表示不同意； 用用L表示输出，表示输出，L1，代表决议通过，代表决议通过，L0，代表不通过。，代表不通过。 4) 画出由与非

17、门组成的逻辑电路。画出由与非门组成的逻辑电路。 L = ABC + ACD + ABD 10 11 01 00 CD 00 01 11 10 AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 L 输 入出ABCDL00000001001000110100010101100111输 入出ABCDL1000100110101011110011011110111100010111 2) 2) 列出真值表列出真值表 3) 3) 画出输出画出输出L L的卡的卡诺图并化简得诺图并化简得 4) 4) 画出由与非门组成的逻辑电路。画出由与非门组成的逻辑电路。 00000000 试用与非门和

18、反相器试用与非门和反相器设计一个优先排队电路。火车有特快、设计一个优先排队电路。火车有特快、直快和慢车。它们进出站的优先次序是：直快和慢车。它们进出站的优先次序是：特快、直快、慢车特快、直快、慢车，同一时刻只能有一列车进出。同一时刻只能有一列车进出。解：解：例例当特快当特快A=1A=1时，无论直快时，无论直快B B，慢车，慢车C C 为何值，为何值，L LA A=1=1，L LB B=L=LC C=0=0；当直快当直快B=1B=1，且，且A= 0 A= 0 时，无论时，无论C C为何值，为何值，L LB B=1=1，L LA A = =L LC C=0=0；当慢车当慢车C=1C=1，且，且A=

19、B=0 A=B=0 时，时，L LC C=1=1，L LA A= L= LB B=0=0。根据题意，变换成与非形式根据题意，变换成与非形式 ABC LA LB LC000 0 0 01 1 0 001 0 1 0001 0 0 1经过逻辑抽象，可列真值表：经过逻辑抽象，可列真值表：写出逻辑表达式。写出逻辑表达式。CBALBALALCBA，CBALBALALCBA， 4）画出逻辑电路图。）画出逻辑电路图。 A B C & 1 & LB 1 1 1 LC LA CBABACBALBALALCBA，7.8 加法器加法器7.8 加法器加法器0 0 0 0 11+10101010不考虑低

20、位不考虑低位来的进位来的进位半加器实现半加器实现全加器实现全加器实现A B S C0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1BABABASABC .ABSCABC 输入输入-1表示低位来的进位表示低位来的进位AiBiCi-1SiCi1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1ii1iiiiCACBBA1iiiCBA0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 1 0 0 01 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 11ii1iiiiiCACBBAC1iiiiCBAS&

21、;=11CiSi&1BiAiCi-1Si n 位二进制代码有位二进制代码有 2n 种组合，可以表示种组合，可以表示 2n 个信息。个信息。编码器编码器 0 0 01 0 0I0I1I2I3I5I6I输入输入输输 出出Y2 Y1 Y0Y2 = I4 + I5 + I6 +I7 = I4 I5 I6 I7.= I4+ I5+ I6+ I7Y1 = I2+I3+I6+I7 = I2 I3 I6 I7. . .= I2 + I3 + I6+ I7Y0 = I1+ I3+ I5+ I7 = I1 I3 I5 I7.= I1 + I3+ I5 + I710000000111I7I6I5I4I3I1

22、I2Y2Y1Y0表示十进制数表示十进制数10个个编码器编码器 00011101000011110001101100000000111Y3 = I8+I910000000011101101001& 1 1 1 1 1 1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I998983.IIIIY 765476542IIIIIIIIY 763276321IIIIIIIIY 97531975310IIIIIIIIIIY 7I十键十键84218421码编码器的逻辑图码编码器的逻辑图+5V&Y3&Y2&Y1&Y0I0I1I2I3I4I5I6I7I8I91K 10S

23、001S12S23S34S45S56S67S78S89S9GND 1287654YYIIIII091233CC NYIIIIYU16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8 输输 入入A B CY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0

24、0 1输输 出出Y0=A B CY1=A B CY2=A B CY3=A B CY7=A B CY4=A BCY6=A B CY5=A B CCBA111&Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70 1 11 0 010000000AABBCC0AS2-42-4线译码器线译码器ABCD0Y1Y2Y时时，当当 0 S3Y1AAEBECEDE总线总线时时，当当 0 S00总线总线0AS2-42-4线译码器线译码器ABCDAEBECEDE0Y1Y2Y3Y1A脱离总线脱离总线数据数据0AS 2-4线译码器线译码器ABCD0Y1Y2Y时时，当当 0 S3Y1AAEBECEDE00脱离总线脱离总线数据数据

25、CT74LS139型译码器型译码器(a) 外引线排列图；外引线排列图；(b) 逻辑图逻辑图(a)GND1Y31Y21Y11Y01A11A01S876543212Y22Y32Y11Y02A12A02S+UCC109161514131211CT74LS139(b)11111&Y0&Y1&Y2&Y3SA0A1 输输 入入 输输 出出SA0A1Y0110 0 00 0 11 001 101110 Y1Y2Y3111011101110111CT74LS139型型译码器译码器S = 0时译码器工时译码器工作作输出低电平有效输出低电平有效二二 十十进进制制代代码码gfedcb

26、a 由七段发光二极管构成由七段发光二极管构成例：例： 共阴极接法共阴极接法a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1低低电电平平时时发发光光高高电电平平时时发发光光共阳极接法共阳极接法abcgdefdgfecbagfedcba共阴极接法共阴极接法abcdefgQ3 Q2Q1Q0agfedcb译译码码器器二二 十十进进制制代代码码100101111117个个4位位gfedcbaQ3 Q2 Q1 Q0a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

27、 20 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 60 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 71 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 81 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9BS204A0A1A2A3CT74LS247CT74LS247+5V来来自自计计数数器器七段译码器和数码管的连接图七段译码器和数码管的连接图5107abcdefgRBI BI LTA11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCCCT

28、 74LS247CT74LS247型译码型译码器的外引线排列图器的外引线排列图abcdefg动画动画IYD0D1D2D3SA1A0A0A1D0D1D2D3S从多路数据中选择其中所需要的一路数据输出。从多路数据中选择其中所需要的一路数据输出。例：四选一数据选择器例：四选一数据选择器输输入入数数据据输出数据输出数据使能端使能端D0D1D2D3WSA1A0控制信号控制信号11&111&1YD0D1D2D3A0A1S1000000CT74LS153型型4选选1数据选择器数据选择器11&111&1YD0D1D2D3A0A1S01D0000由控制端决定选由控制端决定选择哪一路数据输择哪一路数据输出。出。选中选中D0001100CT74LS153型型4选选1数据选择器数据选择器动画动画SAADSAADSAADSAADY013012011010 CT74LS153功能表功能表使能使能选选 通通输出输出SA0A1Y10000001100110D3D2D1D0 1S A11D31D21D11D01W地地CT74LS153(双双4选选1)2D32D22D12D02WA02SUCC15 14 13 12 11 1