《电工电子学》第7章数字集成电路及其应用

1、chapter 01第七章第七章 数字集成电路及其应用数字集成电路及其应用7.1 数字电路基础数字电路基础7.2 集成逻辑门集成逻辑门7.3 组合逻辑电路组合逻辑电路7.4 集成触发器集成触发器7.5 时序逻辑电路时序逻辑电路chapter 027.1 数字电路基础数字电路基础n7.1.1 7.1.1 概述概述n7.1.2 7.1.2 基本逻辑运算和逻辑门基本逻辑运算和逻辑门n7.1.3 7.1.3 逻辑代数基本运算规则和基本定律逻辑代数基本运算规则和基本定律n7.1.4 7.1.4 逻辑函数的代数法化简及其变换逻辑函数的代数法化简及其变换chapter 037.1.1 概述概述一、电子电路中

2、的电信号一、电子电路中的电信号 模拟信号模拟信号数字信号数字信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号chapter 04处理模拟信号的电路称为模拟电路处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入信号和输出路、放大电路等，注重研究的是输入信号和输出信号间的大小、相位等关系。信号间的大小、相位等关系。在模拟电路中，晶体管通常工作在放大区。在模拟电路中，晶体管通常工作在放大区。2 数字信号数字信号时间和数值都是离散的时间和数值都是离散的 脉冲信号脉冲信号: :是一种跃变信号，并且持续时间短暂是一种跃变信号，并且持续时间短暂矩形脉冲矩形脉冲t tchapter

3、05脉冲跃变后的值比脉冲跃变后的值比初始值初始值高高脉冲跃变后的值比脉冲跃变后的值比初始值初始值低低0+3V0-3V0+3V0-3V高电平用逻辑高电平用逻辑1表示；低电平用逻辑表示；低电平用逻辑0表示正表示正逻辑；反之称为负逻辑。逻辑；反之称为负逻辑。chapter 06相关参数相关参数脉冲信号变化的最大值，用脉冲信号变化的最大值，用A表示；表示；正脉冲或负脉冲的持续时间，用正脉冲或负脉冲的持续时间，用tp表示；表示；周期性的脉冲信号相邻两个脉冲出现的周期性的脉冲信号相邻两个脉冲出现的时间间隔，用时间间隔，用T表示；表示；周期性的脉冲信号每秒钟出现脉冲的次周期性的脉冲信号每秒钟出现脉冲的次数，

4、用数，用f表示；表示；脉冲宽度与脉冲周期之比，用脉冲宽度与脉冲周期之比，用D表示。表示。chapter 07 处理数字信号的电路称为数字电路处理数字信号的电路称为数字电路，它注重，它注重研究的是输入、输出信号之间的研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系逻辑关系。 在数字电路中，晶体管一般工作在截止区在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。和饱和区，起开关的作用。逻辑关系：条件和结果逻辑关系：条件和结果之间的因果关系之间的因果关系chapter 08二、数制与码制二、数制与码制1、数制、数制按进位规则进行计数称为进位计数制，按进位规则进行计数称为进位计数制，简称数制。简称数制。

5、常用的数制有常用的数制有十进制十进制(Decimal)、二进制、二进制(Binary)、八、八进制进制(Octal)、十六进制、十六进制(Hexadecimal)。数字电路中广泛应用的是二进制。数字电路中广泛应用的是二进制。用电路的两个状态用电路的两个状态-开、关来表示二进制数，开、关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。数码的存储和传输简单、可靠。位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。十进制数。chapter 09数的一般表达方式数的一般表达方

6、式十进制十进制 组成十进制数的有组成十进制数的有09十个符号，这些符号称为十个符号，这些符号称为数码，超过数码，超过9的数就必须用多位数来表示，其中低位的数就必须用多位数来表示，其中低位和相邻高位之间的关系是和相邻高位之间的关系是“逢十进一逢十进一”。十进制数十进制数532.78可表示为可表示为532.78 =5102+3101+2100+710 -1+810 -2 1321010)78.532(iiiachapter 010这里的这里的10 2、10 1、10 0 、10 -1、10 -2称为十进制数数位称为十进制数数位的位权值，简称的位权值，简称“权权”。对于一个整数位数为对于一个整数位数

7、为n，小数位数为，小数位数为m的的R进制正数进制正数N可以表示为：可以表示为： 1)(nmiiiRRaN（权展开式）（权展开式）chapter 011mmnnnnRRaRaRaRaRaRaN 1100112211)(其中：其中：n表示数表示数N的整数部分的位数；的整数部分的位数；m表示数表示数N的小数部分的位数；的小数部分的位数；R称为基数，也称为进制或模（称为基数，也称为进制或模（mod）；）；Ri为第为第i位数码的位权值，简称位数码的位权值，简称“权权”；ai为数码，是为数码，是R个数码（个数码（0,1,2,.,R-1）中的任意一个。）中的任意一个。chapter 012(101.01)2

8、(25.6)8(12D.23)16=122+021+120 +02-1+12-2=281+580+68-1=1162+2161+13160 +216-1+316-2chapter 0132 数制转换数制转换（）将（）将R进制数转换为十进制数进制数转换为十进制数按权展开再相加即可按权展开再相加即可2)101.1101(8)51.105(21012165161116141610162 321012321202121202121 10)625.13( 10)6875.69( 210128185858081 16)5.2(BAE10)81375.686( chapter 014（）将十进制数转换为（）

9、将十进制数转换为R进制进制 ）整数部分转换）整数部分转换除基数取余法，逆序排列除基数取余法，逆序排列例：将例：将(25)10转换为二进制数转换为二进制数(25)10=(11001)2chapter 015）小数部分转换）小数部分转换乘基数取整法，顺序排列乘基数取整法，顺序排列例：将例：将(0.375)10转换为二进制数转换为二进制数(0.375)10=(0.011)2 例：将（例：将（25.375）10转换为二进制数转换为二进制数解：解：(25.375)10(11001.011)2chapter 016例：将例：将(0.39)10转换二进制数转换二进制数0.392=0.78 a-1=00.78

10、2=1.56 a-2=10.562=1.12 a-3=10.122=0.24 a-4=00.242=0.48 a-5=00.482=0.96 a-6=00.962=1.92 a-7=10.922=1.84 a-8=1(0.39)10=(0.01100011)2 其精度达到其精度达到2-8=0.4%chapter 017（）二进制与八进制、十六进制之间的转换（）二进制与八进制、十六进制之间的转换(123.321)8=(001 010 011.011 010 001)2 (A3.3F)16=(1010 0011. 0011 1111)2(1010101001.0101111)2( )16(001

11、011 010 110 111.101 011 010)2 =( )8(1011010110111.10101101)2 =( )8(0010 1010 1001.0101 1110)2( )1613267.5322A9.5Echapter 018 以十进制为桥梁，先将以十进制为桥梁，先将R进制数转化为进制数转化为十进制数，再将十进制数转化为十进制数，再将十进制数转化为S进制。转进制。转化时按前述原则即可。化时按前述原则即可。3)21101(把把 转化为五进制，结果为？转化为五进制，结果为？1002343)199(31313132)21101( 53510)1244()21101()1244(

12、)199( (4) 任意两种数制之间的转换任意两种数制之间的转换chapter 0192 码制码制用文字、符号或数码的组合来表示各个特定对象用文字、符号或数码的组合来表示各个特定对象的过程，称为编码。的过程，称为编码。在数字电路中通常用二进制数码在数字电路中通常用二进制数码0和和1构成的代码构成的代码来表示各有关对象（如十进制数、字符等）。来表示各有关对象（如十进制数、字符等）。电话号码电话号码汽车牌号汽车牌号chapter 0201 1位二进制数可以表示多少个位二进制数可以表示多少个“事物事物”？ 2 2个个2 2位二进制数可以表示多少个位二进制数可以表示多少个“事物事物”？ 4 4个个n

13、n位二进制数可以表示多少个位二进制数可以表示多少个“事物事物”？2 2n n个个代码代码代码代码 代码代码若需要编码的信息数量为若需要编码的信息数量为N，则需要用的二进制位，则需要用的二进制位数数n应满足什么条件？应满足什么条件？2 2n nNchapter 021用二进制数码表示一位十进制数（用二进制数码表示一位十进制数（0-9）代）代码的过程。码的过程。1位十进制数至少需要多少位二进制数来表示？位十进制数至少需要多少位二进制数来表示？4位位chapter 022十进制数8421码2421码5121码格雷码余3码余3循环码00000000000000000001100101000100010

14、00100010100011020010001000100011010101113001100110011001001100101401000100011101100111010050101101110000111100011006011011001100010110011101701111101110101001010111181000111011101100101111109100111111111110111001010常用的常用的BCD代码代码chapter 023例如用例如用8421BCD码表示码表示(1689)10， 可写为可写为 (1689)10=( )8421BCD如如 (01

15、01 0110 1000 .1001)8421BCD=（ ）10568.90001 0110 1000 1001chapter 0247.1.2 基本逻辑运算和逻辑门基本逻辑运算和逻辑门 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，所以门电路又称为。 比如满足与逻辑关系的门电路就叫做与门。比如满足与逻辑关系的门电路就叫做与门。 基本逻辑关系为基本逻辑关系为三种。三种。chapter

16、025220V+- 设：开关断开用逻辑设：开关断开用逻辑 “ “0”0”表示、闭合用逻辑表示、闭合用逻辑“1”1”表示；灯不亮用逻辑表示；灯不亮用逻辑“0”0”表示，灯亮用逻辑表示，灯亮用逻辑“1”1”表表示。示。 F = A B “ “与与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。部具备时，该事件才发生。000101110100ABFBFA(逻辑状态表逻辑状态表)真值表真值表chapter 026逻辑符号：逻辑符号：&ABF逻辑表达式逻辑表达式F=ABC 有有“0”出出“0”， 全全“1”出出“1”与门功能概括为：与门功能概括为：&ABFC一般

17、形式：一般形式：A0=? A1=? AA=?A0=0 A1=A AA=Achapter 027BF220VA+- F = A + B真值表真值表000111110110ABFchapter 028有有“1”出出“1”全全“0”出出“0”逻辑符号：逻辑符号：ABF 1或门功能概括为：或门功能概括为：一般形式：一般形式：A+0=? A+1=? A+A=?A+0=A A+1=1 A+A=Achapter 029根据输入波形画出输出波形根据输入波形画出输出波形ABY1&ABY1 1ABY2Y2chapter 030逻辑表达式：逻辑表达式： F = A真值表真值表101AF0F220VA+-R逻辑符号逻

18、辑符号1AF “非非”逻辑关系是指决定某事件的条件只有逻辑关系是指决定某事件的条件只有一个，当条件具备时事件不发生，而条件不具一个，当条件具备时事件不发生，而条件不具备时事件发生。备时事件发生。chapter 031“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的逻辑关是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。表示。最常见的复合逻辑运算有：最常见的复合逻辑运算有：与非运算、与非运算、或非运算、或非运算、异或运算、异或运算、同或运算同或运算chapter 032有有“0”出出“1”全全“1”出出“0”逻辑表达式：逻辑表达式： F= A B “

19、与非与非” ” 门真值表门真值表由与门和非门构成与非门。由与门和非门构成与非门。chapter 033F= A + B有有“1”出出“0”全全“0”出出“1”“或非或非” ” 门真值表门真值表由或门和非门构成或非门。由或门和非门构成或非门。chapter 034“异或异或” 门电路门电路：输入变量相异时输出为；相同时：输入变量相异时输出为；相同时输出为。输出为。AB F000011101110真值表真值表异或门逻辑符号：异或门逻辑符号： 逻辑表达式：逻辑表达式：F=A B= BABA 实现电路看书实现电路看书P209chapter 035异或逻辑的运算规则为异或逻辑的运算规则为 1101100

20、0 AAAAAA100110AA10偶数个偶数个1“相异或相异或”，结果为，结果为？奇数个奇数个1“相异或相异或”，结果为，结果为？思考：思考：chapter 036“同或同或” 门电路门电路：输入变量相同时输出为；相异时：输入变量相同时输出为；相异时输出为输出为. AB F001010100111状态表状态表逻辑表达式：逻辑表达式：F=A B= BAABBA 同或门逻辑符号：同或门逻辑符号： 实现电路看书实现电路看书P210chapter 037A 0=AA 1=AA A=0A A=1同或逻辑的运算规则为同或逻辑的运算规则为0 0=10 1=01 0=01 1=1A B CCBA A B=

21、BA chapter 0387.1.3逻辑代数基本运算规则和基本定律 逻辑代数逻辑代数（又称布尔代数），（又称布尔代数），它是分析设计它是分析设计逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，也用字母表示变量，但变量的取值只有但变量的取值只有“0”，“1”两种，分别称为逻辑两种，分别称为逻辑“0”和逻辑和逻辑“1”。这这里里“0”和和“1”并不表示数量的大小，而是表示并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。两种相互对立的逻辑状态。 逻辑代数所表示的是逻辑代数所表示的是，而不是数而不是数量关系。这是它与普通代数的本质区别量关系。这是

22、它与普通代数的本质区别。chapter 0391.逻辑代数基本运算规则逻辑代数基本运算规则:n逻辑代数运算法则逻辑代数运算法则AAAA100011AAAAAAAAAA 01AAAA 对应于三种基本逻辑关系，有三种基本逻辑运算对应于三种基本逻辑关系，有三种基本逻辑运算逻辑乘、逻辑加和逻辑非。逻辑代数中其它的运算法逻辑乘、逻辑加和逻辑非。逻辑代数中其它的运算法则都是由这三种基本逻辑运算推导出来的。则都是由这三种基本逻辑运算推导出来的。chapter 0402. 逻辑代数基本定律逻辑代数基本定律ABBAABBACBABCAAA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(C

23、ABACBA)()(CABABCBCAA)(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.chapter 041110011111100BABABABA列状态表证明：列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA0000 反演规则反演规则：将：将F中的中的“” 变成变成“+”，“+” 变成变成“”，“0” 变成变成“1” ，“1” 变成变成“0” ，原变量变成反变量，原变量变成反变量，反变量变成原变量，则得到反变量变成原变量，则得到F的反函数。的反函数。 如：如：F=AB+AB 则则F= (A+B)(A+B)chapter 042证明一证明一BAAABA)(BAABAB

24、AABABAA 证明二证明二 运用分配律运用分配律B)( ABAAABAA(1) A+AB = A (2) A(A+B) = AABBAA)(BABAA （3）（4）CAABBCCAABC)AB)(AC)C)(BAB)(A (chapter 043能否将能否将AB=AC，A+B=A+C，A+AB=A+AC这三这三个逻辑式化简为个逻辑式化简为B=C？分析：设分析：设A=，即使即使BC，AB=AC也成立也成立chapter 0447.1.47.1.4逻辑函数的代数法化简与变换逻辑函数的代数法化简与变换一、逻辑函数的表达形式及其转换一、逻辑函数的表达形式及其转换 chapter 045(a)(a)：

25、逻辑状态真值表，简称状态表或：逻辑状态真值表，简称状态表或真值表。将全部自变量的所有取值组合与其相应的输出真值表。将全部自变量的所有取值组合与其相应的输出结果值列成一表，称为逻辑状态真值表。结果值列成一表，称为逻辑状态真值表。(b)(b)：用：用“与与”“”“或或”“”“非非”等运算来表达等运算来表达逻辑函数的表达式。逻辑函数的表达式。(c)(c)：用以逻辑符号表示的基本逻辑元件实现逻：用以逻辑符号表示的基本逻辑元件实现逻辑函数功能的电路图称为逻辑图。辑函数功能的电路图称为逻辑图。 (d)(d)：卡诺图就是与变量的最小项对应的按一定：卡诺图就是与变量的最小项对应的按一定规则排列的方格图，每一小

26、格填入一个最小项。规则排列的方格图，每一小格填入一个最小项。 (e) ：由输入变量的所有可能取值组合的高、低电：由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。逻辑函数有逻辑函数有5种表示方法：种表示方法： chapter 046常用表示方法转换常用表示方法转换真值表转换为表达式真值表转换为表达式： 常采用与或表达式的形式；常采用与或表达式的形式； 在状态表中选出使函数值为在状态表中选出使函数值为 1的变量组合；的变量组合； 变量值为变量值为1的写成原变量，为的写成原变量，为0的写成反变量，的写成反变量，得到

27、其值为得到其值为1的乘积项组合。的乘积项组合。 将这些乘积项加起来（逻辑或）得到将这些乘积项加起来（逻辑或）得到“与或与或”逻辑函数式。逻辑函数式。BABAF chapter 047CAABBACACAABF )(与或表达式与或表达式或与表达式或与表达式与非与非表达式与非与非表达式常用的逻辑函数的表达形式常用的逻辑函数的表达形式)()()()()()()(BACACBBACACBCAABAACABAABFCAABCAABFchapter 048 这些表达式反映的是同一逻辑关系，可以用这些表达式反映的是同一逻辑关系，可以用若干门电路的组合来实现。在用门电路实现其逻若干门电路的组合来实现。在用门电

28、路实现其逻辑关系时，究竟使用哪种表达式，要看使用哪种辑关系时，究竟使用哪种表达式，要看使用哪种门电路。门电路。逻辑表达式逻辑图的转换逻辑表达式逻辑图的转换chapter 049chapter 050二、逻辑函数的公式法化简二、逻辑函数的公式法化简最简的函数表达式的标准：最简的函数表达式的标准：p表达式中所含项数量最少；表达式中所含项数量最少；p每项中所含变量个数最少。每项中所含变量个数最少。DBCDCBADABABCYCDBchapter 051 利用逻辑代数基本运算规则和基本定律对利用逻辑代数基本运算规则和基本定律对逻辑函数进行化简和变换。逻辑函数进行化简和变换。CABCBACBAABCY)

29、()(BBCABBACCAAC AABAAB CBCAABY)(AACBCAABCBACACABABCAABCAABCBCAAB DEFCBCAABY 冗余定律冗余定律BBBBBBBB 1chapter 052BABAACBCBA)(CBCBACBABAAB CBACBAYBABAAA+AB=Achapter 053例：化简例：化简C)BADCBDAY (CABDCBDA CABCABDCBDA CDCBDA CDA CAABCBCAAB chapter 054C)BADCBDAY (CBCADCBDA CBCADCDA CDCBCADCDA CCBCADA CDA BABAAchapter

30、055CBCACBAF CBCABA )(CBCACB CCAC 例：化简例：化简BABAACBCACBAF CBACBA)( CBACBA C chapter 056例：化简例：化简CBAABCBABAF)()( CBAABCBCACBA CAAC CBAABCBABAF)()( CBACBA )(C C chapter 057BCACBACABABCY )()()(BCAABCCBAABCCABABC BCACAB 例：化简例：化简chapter 0587.2 7.2 集成逻辑门集成逻辑门具有具有在实际应用中，广泛使用的是在实际应用中，广泛使用的是TTL和和CMOS集集成电路。成电路。TT

31、L与非门电路与非门电路三态门三态门使用集成门注意事项使用集成门注意事项chapter 059+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构与非门的内部结构CBAF F&ABCchapter 060F&ABC1.1.电压传输特性电压传输特性chapter 061 集成电路对使用者来说是极为方便的，特别是中、大规集成电路对使用者来说是极为方便的，特别是中、大规模集成电路，使用者可以模集成电路，使用者可以不必了解内部结构和工作原理不必了解内部结构和工作原理，只，只要从手册中查出该电路的真值表、引脚功能图和电参数就能要从手册中查出该电路的真值表、引脚功能图和电

32、参数就能合理的使用该集成电路。合理的使用该集成电路。输入非门输入非门74LS20 2输入输入4与非门与非门74LS00chapter 062三 态 门 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态ABEY1E0EABY 功能表功能表&YEBA逻辑符号逻辑符号ENchapter 063 1 高阻高阻0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 1 0 0 表示任意态表示任意态ABEY0 E1 EABY 功能表功能表&YEBA逻辑符号逻辑符号ENchapter 0641、可实现用、可实现用一条一条导线分时轮流传送多路信号。导线分时轮流传送多路信

33、号。“1”“0”“0”A1 B1chapter 0652、可实现数据的双向传输。、可实现数据的双向传输。E=1高高阻阻态态chapter 0662、可实现数据的双向传输。、可实现数据的双向传输。E=0高高阻阻态态chapter 067使用集成门注意事项使用集成门注意事项1）74系列系列。标准。标准TTL系列。系列。PCC=10mW，tPd=9ns2）74L系列系列。低功耗系列，。低功耗系列，PCC=1mW，tPd=33ns3）74H系列系列。高速系列。高速系列。PCC=22mW，tPd=6ns4）74S系列系列。肖特基（。肖特基（schottky）系列。）系列。PCC=109mW，tPd=3n

34、s5）74LS系列系列。低功耗肖特基（。低功耗肖特基（schottky）系列。）系列。PCC=2mW，tPd=9ns74系列系列开头的是民用产品，开头的是民用产品，54系列系列开头的是军用产品。开头的是军用产品。chapter 068电源电压有：额定电源电压和极限电源电压电源电压有：额定电源电压和极限电源电压额定电源电压指正常工作时电源电压的允许大小：额定电源电压指正常工作时电源电压的允许大小：TTL电路为电路为55（54系列为系列为510）；）；CMOS电路为电路为315V（4000B系列为系列为318V）极限电源电压指超过该电源电压器件将永久损极限电源电压指超过该电源电压器件将永久损坏：坏

35、：TTL电路为电路为7V；4000系列系列CMOS电路为电路为18V。chapter 069输入高电平电压应大于输入高电平电压应大于UIHmin而小于电源电压；输入而小于电源电压；输入低电平应大于低电平应大于0而小于而小于UILmax输入电平小于输入电平小于0或大于电源电压将有可能损坏集或大于电源电压将有可能损坏集成电路。成电路。除除OC门和三态门外普通门电路输出不能并联；门和三态门外普通门电路输出不能并联；否则可能烧坏器件。否则可能烧坏器件。门电路的输出带同类门的个数不得超过扇出系门电路的输出带同类门的个数不得超过扇出系数，否则可能造成状态不稳定；在速度高时带数，否则可能造成状态不稳定；在速

36、度高时带负载数尽可能少。负载数尽可能少。chapter 070与非门的多余输入端应接高电平，或非门的多余输与非门的多余输入端应接高电平，或非门的多余输入端应接低电平，以保证正常的逻辑功能。入端应接低电平，以保证正常的逻辑功能。AB&悬空悬空AB&1ABAB&VCC1ABchapter 071 在数字系统中，可将逻辑电路按逻辑功能划分在数字系统中，可将逻辑电路按逻辑功能划分为为组合逻辑电路组合逻辑电路和和时序逻辑电路时序逻辑电路两大类。两大类。 组合逻辑电路（组合逻辑电路（Combinational Logic Circuit）是指该电路在任一时刻的输出稳定状态，仅取决于是指该电路在任一时刻的输

37、出稳定状态，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用之前电路所该时刻的输入信号，而与输入信号作用之前电路所处的状态无关。处的状态无关。 从电路结构上看，组合逻辑电路仅由门电路组从电路结构上看，组合逻辑电路仅由门电路组成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。 chapter 072chapter 0737.3.1 组合逻辑电路的分析 (1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2) 运用逻辑代数化简或变换运用逻辑代数化简或变换(3) 列逻辑状态表列逻辑状态表(4) 分析逻辑功能分析逻辑功能分析步骤：分析步骤：已知逻辑电路

38、已知逻辑电路确定确定逻辑功能逻辑功能chapter 0742. .分析举例分析举例例：例：分析图中所示电路的逻辑功能。分析图中所示电路的逻辑功能。 AB&F （1）由输入变量）由输入变量A、B开始，按顺序写出各开始，按顺序写出各逻辑门的输出，可以得到该电路的逻辑表达式。逻辑门的输出，可以得到该电路的逻辑表达式。解：解：BA BAA BAB ABBABAF chapter 075（2）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换ABBABAF ABBABA )()(BABBAA BABA （3）根据表达式列出真值表）根据表达式列出真值表ABF0 000 11 01 11

39、10（4）说明电路的逻辑功能）说明电路的逻辑功能当当A、B相异相异时，输出为时，输出为1 ，相同相同时，输出为时，输出为0。 是异或逻辑关系。是异或逻辑关系。chapter 076例例:分析图中所示电路的逻辑功能。分析图中所示电路的逻辑功能。 AB&F&11解：解： （1）根据已知逻辑电路图写出逻辑表达式）根据已知逻辑电路图写出逻辑表达式BA ABA BBABAF chapter 077（2）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换）运用逻辑代数基本定律进行化简或变换（3）根据表达式列出真值表）根据表达式列出真值表ABF0 010 11 01 1001（4）说明电路的逻辑功能）说明电路的逻辑功能当当

40、A、B相同相同时，输出为时，输出为1，相异相异时，输出为时，输出为0。 是同或逻辑关系。是同或逻辑关系。BABAF BAAB chapter 078例：如图所示电路，试写出其输出例：如图所示电路，试写出其输出S、G的逻辑表的逻辑表达式，并说明这是什么电路？达式，并说明这是什么电路？ chapter 079解：解：1、根据逻辑电路图写输出表达式并化简、根据逻辑电路图写输出表达式并化简G=AB+BC+ACCBAABCACBCABCBAABCGCBAS )()(2、列出真值表、列出真值表A B C SG0000000110010100110110010101011100111111chapter 0

41、803、判断电路功能、判断电路功能这是一个这是一个1位二进制全加器，位二进制全加器，A、B是被加数和是被加数和加数，加数，C是低位来的进位，是低位来的进位，S是本位的和，是本位的和，G是是向高位发出的进位。向高位发出的进位。chapter 081加法器加法器: 实现二进制加法运算的电路实现二进制加法运算的电路进位进位0 0 0 0 11+10101010不考虑低位不考虑低位来的进位来的进位半加器实现半加器实现要考虑低位要考虑低位来的进位来的进位全加器实现全加器实现二进制：二进制：0，1两个数码，两个数码，“逢二进一逢二进一”。chapter 082AB两个输入两个输入表示两个同位相加的数表示两

42、个同位相加的数两个输出两个输出SC表示本位的和表示本位的和表示向高位的进位表示向高位的进位输入输入Ai表示两个同位相加的数表示两个同位相加的数BiCi-1表示低位来的进位表示低位来的进位chapter 083加法器加法器1位全加器逻辑符号位全加器逻辑符号74LS183P213chapter 0847.3.2 组合逻辑电路的设计 (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表由逻辑要求，列出逻辑状态表 (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式由逻辑状态表写出逻辑表达式 (3)化简和变换逻辑表达式化简和变换逻辑表达式 (4) 画出逻辑图画出逻辑图设计步骤如下：设计步骤如下：chapter 085例例 1: 某工厂有

43、某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机站，站内有两台发电机G1和和G2。G1的容量是的容量是G2的的两倍。如果一个车间开工，只需两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需要求；如果两个车间开工，只需G1运行；如果三运行；如果三个车间同时开工，则个车间同时开工，则G1和和 G2均需运行。试画出均需运行。试画出控制控制G1和和 G2运行的逻辑图。运行的逻辑图。 设：设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态：分别表示三个车间的开工状态： 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”，

44、不运行为，不运行为“0”。(1) 根据逻辑要求列状态表根据逻辑要求列状态表 首先假设逻辑变量取首先假设逻辑变量取“0”、“1”的含义的含义。chapter 086 逻辑要求：如果一个车逻辑要求：如果一个车间开工，只需间开工，只需G2运行即可运行即可满足要求；如果两个车间满足要求；如果两个车间开工，只需开工，只需G1运行；如果运行；如果三个车间同时开工，则三个车间同时开工，则G1和和 G2均需运行。均需运行。开工开工“1”不开工不开工“0”运行运行“1”不运行不运行“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

45、 0 0A B C G1 G2chapter 087(2) (2) 由状态表写出逻辑表达式由状态表写出逻辑表达式ABCCABCBABCA1 GABCCBACBACBA2 GACBCAB1 G (3) 化简逻辑式可得：化简逻辑式可得：1 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 1ABCCBACBACBA2 G1、在状态表上找出输出为、在状态表上找出输出为1的行；的行；2、将这一行中所有自变量写、将这一行中所有自变量写成乘积项，当变量的真值为成乘积项，当变量的真值为“1”时写为原变量，当变

46、量时写为原变量，当变量的真值为的真值为“0”时写为原变量时写为原变量的反变量；的反变量；3、将所有乘积项逻辑加，便、将所有乘积项逻辑加，便得到逻辑函数表达式。得到逻辑函数表达式。chapter 088(4) 用用“与非与非”门构成逻辑电门构成逻辑电路路ACBCAB1 GACBCAB ABCCBACBACBA2 GAB&G1Cchapter 089ABG2CCAB&chapter 090例例2：设计三人表决电路（：设计三人表决电路（A、B、C）。每人一个）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。示灯

47、表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。首先确定逻辑变量取首先确定逻辑变量取0、1的含义：的含义：A、B、C分别表示三人按键的状态，分别表示三人按键的状态，键按下时为键按下时为“1”，不按时为，不按时为“0”。 F表示指示灯的亮灭，灯亮为表示指示灯的亮灭，灯亮为“1”， 不亮为不亮为“0”。逻辑要求：两个人（包括两个逻辑要求：两个人（包括两个人）以上同意，指示灯亮。人）以上同意，指示灯亮。0111 0 0 1 01 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C F (1) 根据逻辑要求列状态表根据逻辑要求列状态表chapter 091(2) 由状态

48、表写出逻辑式由状态表写出逻辑式ABCCABCBABCA F(3)、化简逻辑式可得：、化简逻辑式可得：CABCABF CABCAB CABCAB CABCABF (4)、用与非门实现逻辑函数、用与非门实现逻辑函数chapter 092&ABCF(5) 画电路图画电路图CABCABF chapter 093旅客列车分特快、直快和普快，并依此为优先通行次旅客列车分特快、直快和普快，并依此为优先通行次序。某站在同一时间只能有一趟列车从车站开出，即序。某站在同一时间只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开车信号。试画出满足上述要求的逻辑只能给出一个开车信号。试画出满足上述要求的逻辑电路（用与非门实现）

49、。设电路（用与非门实现）。设A、B、C分别代表特快、分别代表特快、直快、普快，开车信号分别为直快、普快，开车信号分别为YA、YB、YC。进进站站出出站站直快直快普快普快特快特快思考：思考：chapter 094解：解：1、根据逻辑要求写出状态表、根据逻辑要求写出状态表A、B、C 1出站出站 0不出站不出站YA、YB、YC 1亮亮 0灭灭ABCYAYBYC0000000010010100100110101001001011001101001111002、写逻辑表达式、写逻辑表达式ABCCABCBACBAYA BCACBAYB CBAYC chapter 0953、化简逻辑表达式并转换、化简逻辑表

50、达式并转换CBACBAYBABAYAAYCBA 4、画出逻辑电路图、画出逻辑电路图chapter 0967.3.3 常用中规模组合逻辑电路及其应用常用中规模组合逻辑电路及其应用数据选择器数据选择器加法器加法器编码器编码器译码器译码器chapter 097数据选择器数据选择器 在数字电路中，当需要进行远距离多路数字在数字电路中，当需要进行远距离多路数字传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过一条公共传输线，用多路选择器分时发送数据到一条公共传输线，用多路选择器分时发送数据到接收端，接收端利用多路分配器分时将数据分配接收端，接收端利用多路分配器分时将数据

51、分配给各路接收端，其原理如图所示。给各路接收端，其原理如图所示。使能端使能端数据选择器数据选择器数据分配器数据分配器发送端发送端接收端接收端IYD0D1D2D3SA1A0传输线传输线A0A1D0D1D2D3S数据选数据选择控制择控制数据分数据分配控制配控制chapter 0981）四选一数据选择器）四选一数据选择器常用的常用的MSI数据选择器数据选择器(Multiplexer,简称简称MUX)有有四四选一数据选择器、八选一数据选择器选一数据选择器、八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D0D1D2D3WEA1A0选择控制端选择控制端chapter 0994选选1数据选择器

52、数据选择器74LS153四选一四选一MUX的功能表的功能表使能使能选选 通通输出输出EA0A1W10000001100110D3D2D1D0 ED0D1D2D3A0A1W逻辑符号逻辑符号chapter 01004 4选选1 1数据选择器输出逻辑函数数据选择器输出逻辑函数301201101001DAADAADAADAAW 74LS153逻辑电路图逻辑电路图chapter 01012 2）八选一数据选择器）八选一数据选择器ENWA0A1A2D0D1D2D3D4D5D6D7逻辑符号逻辑符号1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0D0D1D2D3D4D5

53、D6D7 0100000000chapter 0102 EN=1时，时，选择器禁止工作选择器禁止工作 W=0； EN=0时，时， 选择器工作选择器工作70126012501240123012201210120012DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAW 1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0D0D1D2D3D4D5D6D7 0100000000chapter 0103数据选择器的应用数据选择器的应用）对多路数据进行选择）对多路数据进行选择）chapter 0104BABAF 例、用四选一数据选择器，实现函数例、用四选

54、一数据选择器，实现函数将将F与与Y比较，令比较，令A1A，A0B，YF，（1）写出选数据选择器的输出函数）写出选数据选择器的输出函数301201101001DAADAADAADAAY 301201101001DAADAADAADAABABA 等式左右相等，可推出等式左右相等，可推出D1=D2=1D0=D3=0（2）接线图）接线图chapter 0105（1）写出选数据选择器的输出函数）写出选数据选择器的输出函数70126012501240123012201210120012DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAY （2）将）将F转换为与或表达式转换为与或表达式ABCC

55、BACBACBAF 将将F与与Y比较，令比较，令A2=A，A1=B，A0=C，F=Y例：分别用例：分别用8选数据选择器和选数据选择器和4选数据选择器实选数据选择器实现逻辑函数现逻辑函数F=A B Cchapter 0106ABCCBACBACBA 76543210ABCDDCABCDBADCBABCDADCBACDBADCBA 等式左右相等，可推出等式左右相等，可推出D1=D2=D4=D7=1D0=D3=D5=D6=0（3）接线图）接线图chapter 0107（1）写出选数据选择器的输出函数）写出选数据选择器的输出函数301201101001DAADAADAADAAY （2）将）将F转换为与

56、或表达式转换为与或表达式ABCCBACBACBAF 将将F与与Y比较，令比较，令A1= A，A0= B，F=Y3210ABDDBABDADBAABCCBACBACBA 等式左右两边相等得等式左右两边相等得:CDCDCDCD 3210chapter 0108( () )接线图接线图chapter 0109编码器编码器在数字系统中为了区分一系列不同的事物，总在数字系统中为了区分一系列不同的事物，总是将每个事物用二进制代码表示，这种用二进是将每个事物用二进制代码表示，这种用二进制代码表示某种信息的过程称为编码。制代码表示某种信息的过程称为编码。实现编码功能的电路称为编码器。实现编码功能的电路称为编码

57、器。 编码器的逻辑功能：把输入的高、低电平信号编编码器的逻辑功能：把输入的高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。成一个对应的二进制代码。 chapter 0110编码器功能示意图编码器功能示意图高低电平高低电平二进制代码二进制代码n个信号个信号m位二进制代码位二进制代码满足条件：满足条件：n2m普通普通优先优先二进制二进制二十进制二十进制chapter 011174LS148优先编码器优先编码器74LS147优先编码器优先编码器GND 1287654YYIIIII091233CC NYIIIIYU16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8P216chapter

58、 0112 译码器译码器译码是编码的反过程，它是将代码的组合译成一译码是编码的反过程，它是将代码的组合译成一个特定的输出信号。个特定的输出信号。译码器译码器代代码码高高低低电电平平分类分类: : 二进制译码器，又称为二进制译码器，又称为n-2n-2n n线译码器线译码器二十进制译码器二十进制译码器 显示译码器显示译码器P218P218chapter 0113译码器译码器74LS13974LS139P217P217chapter 0114图中所示为图中所示为7段字符显示器。它由段字符显示器。它由7个条形发光二极管构成，另外有个条形发光二极管构成，另外有一个点形一个点形LED显示小数点。连接方式有

59、共阴极连接和共阳极连接。显示小数点。连接方式有共阴极连接和共阳极连接。 对于共阴极连接，阳极为高电平地那个字段发亮，将发亮字段组合对于共阴极连接，阳极为高电平地那个字段发亮，将发亮字段组合起来便可以显示起来便可以显示09十个数字。对于共阳极连接，阴极为低电平的十个数字。对于共阳极连接，阴极为低电平的那个字段发亮。那个字段发亮。chapter 0115七段显示译码器的设计七段显示译码器的设计七段显示译码器的输入是七段显示译码器的输入是BCD码，输出为码，输出为ag，用，用来驱动七段显示器。所以应该设计成来驱动七段显示器。所以应该设计成8421BCD码码47线译码器，其框图如下。线译码器，其框图如

60、下。chapter 0116共阴极共阴极LEDLED真值表如下：真值表如下：chapter 0117显示译码器显示译码器74LS4974LS49P219chapter 01187.4 7.4 集成触发器集成触发器触发器（触发器（Flip FlopFlip Flop）：）：能够存储能够存储一个一个“0”0”或或“1”1”的基本存储单元电的基本存储单元电路。路。F FQ QQ Q一个或多一个或多个输入个输入触发器的框图触发器的框图Q Q端的状态代表触端的状态代表触发器的状态发器的状态Q=1Q=1时称触发器处时称触发器处于于”1”1”态态Q=0Q=0时称触发器处时称触发器处于于”0”0”态态chap