数字电路-组合逻辑电路1课件

第4章

组合逻辑电路数字电子技术

DigitalElectronicsTechnology1.组合逻辑电路的特点

数字逻辑电路分为类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。

组合电路逻辑功能特点：任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态无关；

时序电路逻辑功能特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。4.1概述2.组合电路的分析步骤

（1）由已知的逻辑图，写出相应的逻辑函数式；（2）对函数式进行化简；（3）根据化简后的函数式列真值表，找出其逻辑功能。4.2组合逻辑电路的分析与设计方法

例：试分析图示电路的逻辑功能。

解：第一步：由逻辑图可以写输出F的逻辑表达式为：所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，求出电路的逻辑功能。

第二步：可变换为

F=AB+AC+BC

第三步：列出真值表。ＡＢＣF００００００１００１０００１１１１０００１０１１１１０１１１１１真值表第四步：确定电路的逻辑功能。由真值表可知，三个变量输入Ａ，Ｂ，Ｃ，只有两个及两个以上变量取值为1时，输出才为1。可见电路可实现多数表决逻辑功能。4.2组合逻辑电路的分析与设计方法3.组合逻辑电路的设计方法

设计步骤：

(1)分析设计要求，设置输入输出变量并逻辑赋值；

(2)列真值表；

(3)写出逻辑表达式，并化简；

(4)根据所选器件：对逻辑式化简（用门电路）变换（用MSI）

(5)画逻辑电路图。与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。4.2组合逻辑电路的分析与设计方法

例：一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；输入变量：烟感A、温感B，紫外线光感C；输出变量：报警控制信号Y。逻辑赋值：用1表示肯定，用0表示否定。4.2组合逻辑电路的分析与设计方法

(2)列真值表ＡＢＣＹ００００００１００１０００１１１１０００１０１１１１０１１１１１

(3)由真值表写逻辑表达式，并化简；化简得最简式：

(4)画逻辑电路图：4.2组合逻辑电路的分析与设计方法设计举例：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1RAGZ设计举例：1.抽象输入变量:

红（R）、黄（A）、绿（G）输出变量：故障信号（Z）2.列出真值表3.写出逻辑表达式输入变量输出RAGZ00010010010001111000101111011111设计举例：4.选用小规模SSI器件5.化简6.画出逻辑图人们为解决实践上遇到的各种逻辑问题，设计了许多逻辑电路。然而，我们发现，其中有些逻辑电路经常、大量出现在各种数字系统当中。为了方便使用，各厂家已经把这些逻辑电路制造成中规模集成的组合逻辑电路产品。比较常用的组合逻辑部件有编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等等。1.编码器

4.3常用组合逻辑电路部件用二进制代码表示文字、符号或者数码等特定对象的过程，称为编码。实现编码的逻辑电路，称为编码器。4.3常用组合逻辑电路部件目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两种。若编码状态数为2n，编码输出位数为n，则称之为二进制编码器。（1）普通编码器—8线-3线编码器

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

I0

I1I2

I3I4

I5

I6

I7Y2Y1Y0１０００００００００００１００００００００１００１００００００１００００１０００００１１００００１０００１０００００００１００１０１００００００１０１１００００００００１１１１任何时刻只允许输入一个编码请求其它输入取值组合不允许出现，为无关项。4.3常用组合逻辑电路部件4.3常用组合逻辑电路部件（2）二进制优先编码器（PriorityEncoder）在优先编码器中，允许同时输入两个以上的有效编码请求信号。当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。优先级别的高低由设计者根据输入信号的轻重缓急情况而定。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选通信号选通信号低电平实例：

74HC148附加输出信号使能端附

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InputsOutputsS’I0’I1’I2’I3’I4’I5‘I6’I7’Y2’Y1’Y0’YEX’YS’

1xxxxxxxx0xxxxxxx00xxxxxx010xxxxx0110xxxx01110xxx011110xx0111110x0111111001111111011111111

11111000010010101001011011000110101110011110111110低电平有效允许编码，但无有效编码请求优先权最高反码输出4.3常用组合逻辑电路部件输入输出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110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选通输入端S’：只有在S’=0时，编码器才处于工作状态；而在S’=1时，编码器处于禁止状态，所有输出端均被封锁为高电平。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···YS’YEX’状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现第一片为高优先权只有(1)无编码输入时，(2)才允许工作第(1)片

时表示对

的编码低3位输出应是两片的输出的“或”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同样是反码输出4.3.2译码器译码：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，显示译码器等二进制译码器：输入为n位二进制代码，输出为2n个状态。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

S为控制端（又称使能端），S=1译码工作；S=0禁止译码，输出全1。74HC138的功能表：输入输出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111利用附加控制端进行扩展例：用74HC138（3线—8线译码器）

4线—16线译码器D3=1D3=0三、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：译码器实现逻辑函数的方法1.将被实现的函数变成最小项和的形式，并将函数的输入变量按顺序接到译码器的代码输入端2.译码器输出是低电平有效的用与非门输出是高电平有效的用或门3.将函数所具有的最小项相应的所有输出连接到与非门（或门）的输入端，与非门的输出就是被实现的函数。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译中为0拒绝伪码4.3常用组合逻辑电路部件（3）显示译码器

数字显示器件数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件，常见的有辉光数码管、荧光数码管、液晶显示器、发光二极管数码管、场致发光数字板、等离子体显示板等等。我们主要讨论发光二极管数码管。

LED数码管

LED数码管又称为半导体数码管，它是由多个LED按分段式封装制成的。

LED数码管有两种形式：共阴型和共阳型。七段显示LED数码管(a)外形图(b)共阴型(c)共阳型公共阴极公共阳极高电平驱动低电平驱动

发光二极管（LED）的特点及其驱动方式

LED具有许多优点，它不仅有工作电压低(1.5～3V)、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应速度快(≤100ns)、亮度比较高。一般LED的工作电流选在5~10mA，但不允许超过最大值（通常为50mA）。

LED可以直接由门电路驱动。R为限流电阻2.BCD七段字符显示译码器 （代码转换器）7448输入输出数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg字形000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000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：（1）灯测试输入当时，Ya~Yg全部置为17448的附加控制信号：（2）灭零输入当时，时，则灭灯7448的附加控制信号：（3）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，数码管熄灭输出信号，称灭零输出端：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

1111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011000110100110010100011100101000011110000000000000000000001111111abcdefg输出1111111111111111001RI’/RBO’输入/输出0123456789101112131415灭灯灭零试灯功能（输入）111×1×1×1×1×1×1×1×1×1×1×1×1×1×1×××100×LT’RBI’显示字形输入0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111××××0000××××A3A2A1A0七段显示译码器7448的功能表例：用七段显示译码器74LS48驱动共阴型LED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DataSelector数据选择器：是指能实现数据选择功能的逻辑电路。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，又称“多路开关”

Multiplexer

。选择端数据输入端4.3.3数据选择器工作原理A1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13例：“双四选一”，74HC153

分析其中的一个“四选一”D7WYEN74LS151D6D5D4D3D2D1D0CBA74LS151功能框图74LS151引脚图2、74LS151示意框图和引脚图3、74LS151的功能表输入输出使能选择YWENCBAHXXXLHLLLLD0LLLHD1LLHLD2LLHHD3LHLLD4LHLHD5LHHLD6LHHHD7当EN=0时，Y的表达式为:当EN=1时，Y=1。无效输出。例：用两个“四选一”接成“八选一”“四选一”只有2位选择输入，从四个输入中选中一个“八选一”的八个数据需要3位选择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位选择输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数MUX实现逻辑函数时，应将函数的变量接到MUX的选通变量端。如果函数变量个数为k，MUX的选通变量个数为n，则可能有以下几种情况：k=n；k＞n；k＜n。（1）K=n时步骤：1.将逻辑函数的输入变量按次序接至MUX的数据选通端。2.选择器Y=m0D0+m1D1+m2D2+m3D3+m4D4+m5D5+m6D6+m7D73.逻辑函数包含的最小项，把对应数据输入变量接1，否则接0.例如：用八选一设计。（2）k＞n步骤：1.采用分离出多余变量，将变量和MUX的选择端一一对应连接。2.将分离出来的变量按一定的规则接到MUX的数据输入端。例如：用四选一设计例如：（3）k＜n步骤：将MUX多的选择端接逻辑1或者逻辑0。由原来的2n选一的选择器变为2n-1选一的MUX使用。思考：用八选一设计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ABCISCO0000000110010100110110010101011100111