数字电子技术基础：chap_4 组合逻辑电路

1、第四章组合逻辑电路4.1概述一、组合逻辑电路的特点从功能上 2. 从电路结构上任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入不含记忆（存储）元件二、逻辑功能的描述组合逻辑 电路组合逻辑电路的框图4.2 组合逻辑电路的 分析方法和设计方法4.2.1组合逻辑电路的分析方法 分析的一般步骤： 从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出与输入之间的逻辑函数式，将该函数式进行化简，为了使电路的逻辑功能更加直观，还应将逻辑函数式转换为真值表。例4.2.1 判别输入四位二进制数数值的范围一、逻辑抽象分析因果关系，确定输入/输出变量定义逻辑状态的含意（赋值）列出真值表二、写出函数式三、选定器件类型四、根据所选

2、器件：对逻辑式化简（用门）变换（用MSI）或进行相应的描述（PLD）五、画出逻辑电路图，或下载到PLD六、工艺设计4.2.2 组合逻辑电路的设计方法设计举例：例4.2.2见书P165设计一个监视交通信号灯状态的逻辑电路如果信号灯出现故障，Z为1RAGZ1. 抽象输入变量: 红（R）、黄（A）、绿（G）输出变量：故障信号（Z）状态赋值 ：列真值表：2. 写出逻辑表达式输入变量输出RAGZ000100100100011110001011110111113. 选用门电路实现4. 化简5. 画出逻辑图补充(解题指南黄)例题：P134题3.11 P135题3.154.3 若干常用组合逻辑电路4.3.1

3、编码器编码：将输入的每个高/低电平信号变成一个对应的二进制代码普通编码器优先编码器一、普通编码器特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。例：3位二进制普通编码器输 入输 出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111利用无关项化简，得：输 入输 出I0I1I2I3I4I5I6I7Y Y Y01000000000 00100000000 10010000001 00001000001 10000100010 00000010

4、010 10000001011 00000000111 112二、优先编码器特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。例：8线-3线优先编码器（设I7优先权最高I0优先权最低）输 入输 出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0XXXXXXX1111XXXXXX10110XXXXX100101XXXX1000100XXX10000011XX100000010X100000000110000000000低电平实例：74HC148选通信号附加输出信号为0时，电路工作无编码输入为0时，电路工作有编码输入输 入输 出1XXXXXXXX1111101111111111

5、1010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现附加输出信号的状态及含意控制端扩展功能举例：例：用两片8线-3线优先编码器16线-4线优先编码器其中， 的优先权最高 列出功能表板书三、二-十进制优先编码器74LS147将 编成0110 1110 的优先权最高， 最低输入的低电平信号变成一个对应的十进制的编码功能表见书P173表4.4.34.3.2 译码

6、器译码：将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。常用的有：二进制译码器，二-十进制译码器，显示译码器等一、二进制译码器例：3线8线译码器输 入输 出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000真值表 逻辑表达式：用电路进行实现 用二极管与门阵列组成的3线8线译码器集成译码器实例：74HC138低电平输出附加控制端74HC138的功能表：输 入输 出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX11111

7、11110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111利用附加控制端进行功能扩展例： 用74HC138（3线8线译码器） 4线16线译码器如果要扩展成5线/32或6线/64线线译码器呢？二、二十进制译码器将输入BCD码的10个代码译成10个高、低电平的输出信号BCD码以外的伪码，输出均无低电平信号产生例：74HC42功能表见书P178表4.3.6三、用译码器设计组合逻辑电路1. 基本原理3位二进制译码器给出3变量的全部最小项;。n位二进

8、制译码器给出n变量的全部最小项;任意函数将n位二进制译码输出的最小项组合起来，可获得任何形式的输入变量不大于n的组合函数2. 举例例：利用74HC138设计一个多输出的组合逻辑电路，输出逻辑函数式为：四、1）译码器构成数据分配器 2）译码器产生顺序脉冲 四、显示译码器1. 七段字符显示器（七段数码管：LED,LCD） 能将数字或符号的代码译出，并能驱动显示器件显示出原来的数字或符号的电路。2. BCD七段字符显示译码（代码转换器）7448 输 入输 出数字A3A2A1 A0YaYbYc YdYeYfYg字形00000111111010001011000020010110110130011111

9、1001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000真值表 卡诺图BCD七段显示译码器7448的逻辑图7448的附加控制信号：灯测试输入 灭零输入时，所有灯亮，显示数字8所有灯熄灭且时7448的附加控制信号：灭灯输入/灭零输出输入信号，称灭灯输入控制端： 无论输入状态是什么，数码管熄灭 若是一个间歇脉冲信号，则显示的数字将间歇闪亮输出信号，称

10、灭零输出端： 只有当输入 ，且灭零输入信号 时，才给出低电平 因此 表示译码器将本来应该显示的零熄灭了 7448驱动BS201A(共阴极)的连接方法电路图见书P186图4.3.187448可以直接驱动数码管，因其内部电路中已包含上拉电阻；7447内部电路没有上拉电阻，需外接上拉电阻方能驱动数码管。例：利用 和 的配合，实现多位显示系统的灭零控制 整数部分：最高位是0，而且灭掉以后，输出 作为次高位的 输入信号小数部分：最低位是0，而且灭掉以后，输出 作为次低位的 输入信号4.3.3 数据选择器一、工作原理 多路选通先给一个最简单的电路说明数据选择器的基本功能见教案P62板书A1A0Y11XX0

11、000D10001D11010D12011D13 例：“双四选一”，74HC153 分析其中的一个“四选一”例：用两个“四选一”接成“八选一”“四选一”只有2位地址输入，从四个输入中选中一个“八选一”的八个数据需要3位地址代码指定其中任何一个二、用数据选择器设计组合电路1. 基本原理具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数例：用两个153和适当的门电路构成一个“16选1”数据选择器板书:(王P89）例如：例4.3.6 板书74HC151是8选1数据选择器(电路见书P191)请简要说明该电路的工作原理并行数据转化为串行数据：以151为例板书循环检测1位数据选择

12、器扩展为4位数据选择器4.3.4 加法器一、1位加法器1. 半加器，不考虑来自低位的进位，将两个1位的二进制数相加输 入输 出ABSCO00000110101011012. 全加器：将两个1位二进制数及来自低位的进位相加 输 入输 出ABCISCO0000000110010100110110010101011100111111二、多位加法器串行进位加法器优点：简单缺点：慢2. 超前进位加法器基本原理：加到第i位的进位输入信号是两个加数第i位以前各位（0 j-1）的函数，可在相加前由A,B两数确定。优点：快，每1位的和及最后的进位基本同时产生。 缺点：电路复杂。74LS283三、用加法器设计组合

13、电路基本原理： 若要产生的逻辑函数可变换成输入变量与输入变量相加;或者可变换成输入变量与常量相加.例1:8421BCD码转换为余3码输 入输 出DCBAY3Y2Y1Y000000011000101000010010100110110010001110101100001101001011110101000101110011100例2：将余三码转换成8421BCD码例3： 用两片二进制超前进位加法器74LS283构成 一个二十进制加法器： 输入是两个四位8421BCD码， 输出是8421BCD码表示的两个输入二进制数的和。 四，利用加法器实现减法运算1) 原码,反码,补码N反=(2n-1)-N原定

14、义: N补=2n-N原所以: N补=N反+1A-B = A+B补-2n =A+B反+1-2n用十进制减法加以说明A-B = A+B补-2n =A+B反+1-2n4位加法器借位信号四位加法器借位输出例1: A=0101, B=0001,实现 A-BA-B = A+B补-2n =A+B反+1-2n借位例2: A=0001, B=0101,实现 A-B借位差借位信号4位加法器4位加法器4.3.5 数值比较器用来比较两个二进制数的数值大小一、1位数值比较器 A,B比较有三种可能结果二、多位数值比较器原理：见下页，从高位比起，只有高位相等，才比较下一位。74LS85输出函数表达式：四位数码比较器的真值表a3 b3 1 0 0a3=b3 a2=b2 a1= b1 a0 =b0 0 1 0a3=b3 a2=b2 a1= b1 a0 b0 1 0 0a3=b3 a2=b2 a1b1 0 0 1 a3=b3 a2b2 1 0 0a3 B) (A=B) (Ab1 1 0 02. 集成电路CC14585 实现4位二进制数的比较3. 比较两个更多位二进制数的大小：4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象4.4.1 竞争-冒险现象及成因 由于信号的传输途径不同和门的传输延迟时间不等，以致当一个门的两个输入信号同时向相反方向转换时，就可能会出现竞争冒险。一、什么是“竞争” 两个输入“同时