电工电子技术 课件 项目七 组合逻辑电路

任务一、交通信号灯的故障检测电路分析任务导学在出行过程中是否遇到过交通信号灯出现故障?描述你遇到的故障现象，还有哪些你认为有可能会出现的交通灯故障现象?任务导学举例：在十字路口的交通信号灯中，若出现双向都是绿灯的情况即为故障情况，交通灯出现故障的时候将不能指导行人和车辆，将会造成交通拥堵甚至交通事故，所以我们要尽量避免交通信号灯的故障现象。任务情境现有一城乡街道的十字交叉路口处南北方向和东西方向各设置一组红、黄、绿交通信号灯，正常情况下交通信号灯的工作顺序是:东西方向绿灯亮的时间为25s，绿灯闪亮3s，黄灯亮的时间为2s，红灯亮的时间为30s，同时，南北方向为红灯30s，绿灯25s，绿灯闪亮3s,黄灯2s，除此以外的都属于故障状态，简要分析十字路口交通信号灯的故障检测电路。任务实施１)双方向交通信号灯的正常工作状态见表７-１在此交通信号灯的故障检测电路中涉及几个逻辑输入变量?分别是什么?这些变量总计可以组成几种输入状态?南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮

时间（秒）302532东西信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮

时间（秒）253230十字路口交通信号灯的工作2）双方向交通信号灯故障检测电路中输入变量的组合状态数量较多，如何分析才不会重复或者漏掉其中的某种状态？(提示:逻辑变量的状态和二进制的“０”，“１”对应，因此状态的种类是否也可以采用二进制的形式有规律地列出？)3）在分析逻辑电路时需要先对逻辑变量进行必要的规定，确定逻辑变量的个数并用符号表示各逻辑变量，确定用符号“０”和“１”来表示不同的逻辑状态。对双方向交通信号灯的输入、输出变量进行分析，完成表7-2。4）根据表７-１，分析双方向交通信号灯故障检测电路中的故障的状态。十字路口交通信号灯的工作南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮

时间（秒）302532东西信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮

时间（秒）2532305）分析双向交通信号灯状态的前十种组合(０~９)情况填入表７-３中，分析前十种状态中有无故障状态。(提示:将逻辑组合状态按照十进制的０~９转换为对应二进制，再对应看各组合是否属于故障状态)十字路口双向交通信号灯真值表知识链接一、二进制计数制二、码制及8421BCD码

一、二进制计数制电工电子技术

黄燕华1.十进制进位规律：“逢十进一”数制几种常用的进位计数制

数制，也称计数制，是用一种固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。在日常生活中，人们最熟悉的是十进制，而在数字系统中广泛使用的是二进制、八进制和十六进制。基数=10：0～9共十个数码权:10i

：i为数字所在位置的序号,个位序号为0任意一个十进制数

N可以表示为：

式中ai是第i位的数值，它可能是0～9中的任意数码，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，10i表示数码在不同位置的大小，称为位权。(1234.56)10＝1×103＋2×102＋3×101＋4×100＋5×10

1＋6×10

2十进制数1234.56可表示成多项式形式：2.二进制进位规律：“逢二进一”

0+0=01+0=10+1=11+1=10基数=2：0和1两个数码权:2i

i109876542i1024512256128643216i3210-1-2-32i84210.50.250.125二进制数1011.01可以表示成多项式形式：(1011.01)2＝1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2

1＋1×2

2任意一个二进制数可表示为

式中ai是第i位的数值，它可能是0、1中的任意数码，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，2i表示数码在不同位置的大小，称为位权。

二进制数位数较多，读写不方便；有些场合为了方便读写，常用八进制和十六进制。数制间的转换1.非十进制数到十进制数的转换

非十进制数转换成十进制数一般采用的方法是按权相加，这种方法是按照十进制数的运算规则，将非十进制数各位的数码乘以对应的权再累加起来。(1101.101)2＝1×23＋1×22＋0×21+1×20＋1×2

1＋0×2

2+1×2

3

＝(13.625)10例将(1101.101)2和(6E.4)16转换成十进制数。2.十进制数到非十进制数的转换将十进制数转换成非十进制数时，必须对整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分的转换一般采用“除基取余”法，小数部分的转换一般采用“乘基取整”法。(6E.4)16＝6×161+14×160＋4×16

1

＝(110.25)10将(41)10转换成二进制数和八进制数。例5/2＝2余数为1，a3＝11/2＝0余数为1，最高位a5＝120/2＝10余数为0，a1＝010/2＝5余数为0，

a2＝02/2＝1余数为0，

a4＝041/2＝20余数为1，最低位a0＝1所以，(41)10＝(a5a4a3a2a1a0)2＝(101001)2(1)十进制整数转换成非十进制整数二、码制及8421BCD码电工电子技术

黄燕华码制及8421BCD码

在数字电路及计算机中，用二进制数表示十进制数或其它特殊信息如字母、符号等的过程称为编码。

用4位二进制数表示1位十进制数的编码叫做二-十进制编码（BinaryCodedDecimal），也称为BCD码。常用的BCD码有8421码、5421码、余三码等。8421BCD码8421BCD码是用4位二进制数0000到1001来表示十进制数的0~9。它的每一位都有固定的权，从高位到低位的权值分别为8、4、2、1。0000~1001为8421BCD码，而1010~1111为伪码。将十进制数947.35转换成8421BCD码。(947.35)10＝(100101000111.00110101)8421BCD例需要注意的是：8421BCD码中不允许出现1010-1111六种组合，因为没有十进制数字符号与其对应。用8421BCD码制编制的代码见表7-5。8421BCD码任务实施１)双方向交通信号灯的正常工作状态见表７-１在此交通信号灯的故障检测电路中涉及几个逻辑输入变量?分别是什么?这些变量总计可以组成几种输入状态?南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮

时间（秒）302532东西信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮

时间（秒）253230十字路口交通信号灯的工作2）双方向交通信号灯故障检测电路中输入变量的组合状态数量较多，如何分析才不会重复或者漏掉其中的某种状态？(提示:逻辑变量的状态和二进制的“０”，“１”对应，因此状态的种类是否也可以采用二进制的形式有规律地列出？)3）在分析逻辑电路时需要先对逻辑变量进行必要的规定，确定逻辑变量的个数并用符号表示各逻辑变量，确定用符号“０”和“１”来表示不同的逻辑状态。对双方向交通信号灯的输入、输出变量进行分析，完成表7-2。4）根据表７-１，分析双方向交通信号灯故障检测电路中的故障的状态。十字路口交通信号灯的工作南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮

时间（秒）302532东西信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮

时间（秒）253230因十字路口交通信号灯总共有64种组合，这64种中包含有正常状态和故障状态，因正常状态较故障状态的组合数量较少，所以我们把正常状态分析完剩下的就是故障状态，根据正常工作状态表可知正常状态总共有4种，分别是①南北方向红灯亮、绿灯黄灯暗，东西方向绿灯亮、黄灯红灯暗；②南北方向红灯亮、绿灯黄灯暗，东西方向黄灯亮、红灯绿灯暗；③南北方向绿灯亮、红灯黄灯暗，东西方向红灯亮、黄灯绿灯暗；④南北方向黄灯亮、红灯绿灯暗，东西方向红灯亮、黄灯绿灯暗。则除此之外的60种组合都是属于故障状态。5）分析双向交通信号灯状态的前十种组合(０~９)情况填入表７-３中，分析前十种状态中有无故障状态。(提示:将逻辑组合状态按照十进制的０~９转换为对应二进制，再对应看各组合是否属于故障状态)十字路口双向交通信号灯真值表谢谢！任务二、单方向交通信号灯的故障检测电路设计电工电子技术

黄燕华任务导学想要解决一个组合逻辑问题时，该如何设计逻辑电路图呢?与之前的已知逻辑电路图分析逻辑功能正好相反，现在是已知逻辑功能，解决逻辑电路的问题，写出组合逻辑电路设计的步骤。任务导学

任务情境单方向交通信号灯正常工作状态有三种组合，即绿灯亮，红、黄灯灭，黄灯亮，绿灯、红灯灭，红灯亮，绿、黄灯灭。当三盏灯出现其他组合情况时，就表明控制电路出现了故障，写出单方向交通信号灯故障检测电路的真值表、逻辑表达式，绘制相应的逻辑电路图。任务实施1）根据单方向交通信号灯故障检测电路需要，分析输入、输出逻辑变量，将分析结果填入表7-6中。单方向交通信号灯的状态组合2）什么是真值表？如何列出真值表？3）根据逻辑分析的结果填写表7-7。单方向的交通信号灯故障检测电路真值表4）根据单方向交通信号灯故障检测电路真值表写出逻辑表达式。5）化简交通信号灯故障检测电路逻辑函数式。6）根据化简后的交通信号灯故障检测电路函数式，将对应的逻辑电路图画入图７-１。7、将单方向交通信号灯故障检测电路的逻辑电路用与非门组成的逻辑电路图表示(先进行函数式的转换)知识链接一、组合逻辑电路的设计

一、组合逻辑电路的设计电工电子技术

黄燕华组合逻辑电路的设计按照一定的逻辑功能要求和一定的条件限制,设计出所用门电路数目最少、连线最少的逻辑电路。例设计三人表决电路，并用与非门组成逻辑电路。输入逻辑变量A、B、C

同意为1、不同意为0。输出逻辑变量Y----表决结果通过为1、不通过为0

。第一步根据设计要求，对输入、输出逻辑变量进行分析。解第二步根据设计要求，列写真值表。序号ABCY1000020010301004011151000610117110181111列写函数式的方法表中第4、6、7、8行所示的变量组合中，只要有一种情况出现，即可使Y=1。这是一种或逻辑关系。第三步，根据真值表，列写输出Y的函数式而在每一行的输入变量之间，则是与的逻辑关系。如第4行表示的是A=0、B=1、C=1的条件全都具备时，才能使Y=1。用与逻辑关系表示就是A=1、B=1、C=1全都具备时，才能使Y=1。序号ABCY1000020010301004011151000610117110181111每一乘积项的列写原则：原变量是1的，就写成原变量；原变量是0的，则写成反变量。Y=ABC+ABC+ABC+ABC序号ABCY1000020010301004011151000610117110181111第四步根据要求，对输出Y的函数式进行化简、变换。（根据基本公式A+A=A）≥1＆＆＆CABY根据以上与-或式可得逻辑电路如图示。为此，对以上与-或式二次取反根据用与非门组成逻辑电路的设计要求，需将以上与-或式变换为与非-与非式。Y=AB+BC+CA=AB·BC·CA＆＆＆＆ABCY得到用与非门组成的逻辑电路分析设计要求列真值表逻辑函数式最简逻辑式逻辑图化简任务实施1）根据单方向交通信号灯故障检测电路需要，分析输入、输出逻辑变量，将分析结果填入表7-6中。单方向交通信号灯的状态组合2）什么是真值表？如何列出真值表？如果用规定的符号“1”表示高电平，这时的“1”又称为逻辑“1”；用符号“0”表示低电平，这时的“0”又称为逻辑“0”。表的左侧列出所有输入变量的可能的取值组合，表的右侧列出每一种输入变量取值组合所对应的输出逻辑变量之值，这种表就称为真值表。3）根据逻辑分析的结果填写表7-7。单方向的交通信号灯故障检测电路真值表假设我们用“G”表示绿灯信号、“Y”表示黄灯信号、“R”表示红灯信号，用“1”表示灯亮，“0”表示灯暗；用“F”表示输出的逻辑变量，“1”表示故障状态，用“0”表示正常的状态。三个输入信号（三盏信号灯）共有八种可能的状态组合，其中三种是正常工作状态，用“0”表示，除此之外的五种组合就是故障状态，用“1”表示。一个方向的交通信号灯故障检测电路真值表4）根据单方向交通信号灯故障检测电路真值表写出逻辑表达式。5）化简交通信号灯故障检测电路逻辑函数式。6）根据化简后的交通信号灯故障检测电路函数式，将对应的逻辑电路图画入图７-１。7、将单方向交通信号灯故障检测电路的逻辑电路用与非门组成的逻辑电路图表示(先进行函数式的转换)谢谢！任务三、基于Multisim的交通信号灯故障检测电路仿真分析电工电子技术

黄燕华任务导学基于Multisim仿真软件的逻辑转换仪可以实现哪些逻辑表现形式之间的转换?

任务导学“电路图转换为真值表”“真值表转换为最简表达式”“真值表转换为表达式”“表达式转换为真值表”“表达式转换为电路图”“表达式转换为与非函数式”任务情境单方向交通信号灯故障检测电路的逻辑输入信号共有三盏灯，分别是红灯、黄灯和绿灯，简要描述基于Multisim仿真软件设计该逻辑电路的操作步骤并验证该逻辑电路的功能。。任务实施1）根据单方向上交通信号灯故障检测逻辑电路设计要求，基于Multisim软件中逻辑转换仪

，对输入、输出的逻辑变量进行分析（提示：说明有几个逻辑输入变量，分别用什么符号表示，输出变量如何表示等）。2）根据逻辑分析的结果基于Multisim软件列出单方向上交通信号灯故障检测逻辑电路的真值表，将结果绘制在图7-5中，并在横线上填写必要的设计过程。3、基于Multisim根据单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路，写出仿真的操作步骤和仿真逻辑表达式结果。4、基于Multisim将单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路的逻辑表达式进行化简，写出仿真的操作步骤和仿真化简的逻辑表达式结果。5、基于Multisim画出对应的逻辑电路图，将仿真结果截图绘制在图7-6中，写出仿真操作步骤。。6、基于Multisim对单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路进行验证，在三个逻辑输入端通过连接双掷开关使其能在高低电位之间切换，即高电位代表灯亮，低电位代表灯灭，三个输入端接入三个电位指示器，在输出端接入电位指示器灯亮代表故障状态，灯灭代表正常状态，将验证电路绘制在图7-7中，并将完成表7-9。基于Multisim的交通信号灯故障检测逻辑电路结果验证知识链接一、基于Multisim软件的组合逻辑分析

一、基于Multisim软件的组合逻辑分析

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黄燕华基于Multisim软件的组合逻辑分析逻辑分析6个转换选项真值表的输入和转化建立真值表：位于逻辑转换仪面板上方的逻辑变量的输入通道，其标号为A、B、C、D、E、F、G、H。若用三个变量，则单击标号A、B、C上方的小圆点，如图7-13所示，真值表中出现了三个输入逻辑变量的完全逻辑组合。此时，输出框默认值为“？”。根据逻辑输出要求，在输出框的相对应位置输入“1”、“0”、或“X”（X表示1或0都可以接受）。任务实施1）根据单方向上交通信号灯故障检测逻辑电路设计要求，基于Multisim软件中逻辑转换仪

，对输入、输出的逻辑变量进行分析（提示：说明有几个逻辑输入变量，分别用什么符号表示，输出变量如何表示等）。根据Multisim软件中输入变量的符号我们假设A代表红灯，B代表黄灯，C代表绿灯，灯亮用“1”表示，灯暗用“0”表示，L代表输出三盏信号灯的状态组合，“1”为故障状态，“0”为正常状态。2）根据逻辑分析的结果基于Multisim软件列出单方向上交通信号灯故障检测逻辑电路的真值表，将结果绘制在图7-5中，并在横线上填写必要的设计过程。在单方向交通信号灯故障检测电路中正常的状态有三种，即：红灯亮、黄灯绿灯暗；绿灯亮、红灯黄灯暗；黄灯亮、绿灯红灯暗，其余五种为故障状态。如图中所示，将正常状态的输出值设置为“0”，故障状态的输出值设置为“1”。3、基于Multisim根据单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路，写出仿真的操作步骤和仿真逻辑表达式结果。4、基于Multisim将单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路的逻辑表达式进行化简，写出仿真的操作步骤和仿真化简的逻辑表达式结果。5、基于Multisim画出对应的逻辑电路图，将仿真结果截图绘制在图7-6中，写出仿真操作步骤。。6、基于Multisim对单方向上的交通信号灯故障检测逻辑电路进行验证，在三个逻辑输入端通过连接双掷开关使其能在高低电位之间切换，即高电位代表灯亮，低电位代表灯灭，三个输入端接入三个电位指示器，在输出端接入电位指示器灯亮代表故障状态，灯灭代表正常状态，将验证电路绘制在图7-7中，并将完成表7-9。基于Multisim的交通信号灯故障检测逻辑电路结果验证基于Multisim的交通信号灯故障检测逻辑电路验证图谢谢！任务四、基于Multisim的8线-3线优先编码器74148验证电工电子技术

黄燕华任务导学通过查阅资料思考:什么是编码器?编码器有哪些用途?任务导学编码器是将一个十进制数或某一特定信息用一组二进制代码来表示的逻辑电路。编码器的典型应用是计算机和数字系统的键盘。按下某一个按键时，对应的输入端由低电平变为高电平，输入了一个表示数据或指令的信号。在机器内部就有编码器将该信号转换为确定的二进制代码，然后才能够进行存储或执行操作。任务情境分析8线-3线优先编码器74148的工作原理，应用Multisim进行8线-3线优先编码器74148逻辑功能的验证。任务实施1）8线-3线优先编码器74148有几位输入？对应几位输出？能表示几种信息？输入和输出如何一一对应？。２)当几个输入信号同时出现时，只对优先权最高的一个进行编码，８线-３线优先编码器７４１４８的优先级别如何规定的?片选端ＥＩ的作用是什么?输出信号端Ｅ０、Ｇｓ的作用是什么?3）列出8线-3线优先编码器74148的输入输出真值表，完成表７-１０。5）8线-3线优先编码器74148中为什么要接入U1A、U1B、U1C三个反向器？有什么作用？6）根据8线-3线优先编码器74148仿真模型验证其逻辑功能，将验证的结果填入表7-11中。7）总结8线-3线优先编码器74148的输入、输出逻辑功能特点。知识链接一、编码器

二、普通编码器三、8线-3线优先编码器74148

一、编码器

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黄燕华编码器编码赋予二进制码以一定的涵义、用来表示确定信息的过程。编码器典型应用键盘。代码多位二进制码按照一定规律的排列、组合。表示确定的信息（数据、指令、地址等）。

编码器的应用数字系统只能识别二进制码(0和1)。因此，表示各种数据、控制指令和地址的信息都需要转换为确定的二进制码。编码器（Encoder）是将一个十进制数或某一特定信息用一组二进制码来表示的逻辑电路。编码器输入的是表示不同信息的一组电信号。输出的是二进制代码。编码器被编码…信号…输出二进制代码输出的每组二进制代码与一个确定的输入信号相对应。按照对输出二进制代码编码方法的不同,编码器分为二进制编码器二--十进制编码器n位2n输出n位二进制代码,共有

种状态组合,可对应

个输入信号,即可对

个输入信号进行编码。nn一.二进制编码器把输入的被编码信号编成二进制代码输出。输入的被编码信号是个，输出端是n位二进制代码。应用举例键盘举例:2位二进制代码(00、01、10、11),可以表示4个输入信号(即能对4个输入信号进行编码)。4线--2线二进制编码器+

Y1Y0=00-

Y1Y0=01×

Y1Y0=10÷

Y1Y0=11应用举例键盘4线--2线编码器Y1Y0+-×÷输入表示不同信息的信号输出与输入信息对应的二进制码22=4n=22二、普通编码器

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黄燕华普通编码器常用的编码器有普通编码器和优先编码器两类，普通编码器要求任何时刻只能有一个有效输入信号，否则编码器将不能正确输出；优先编码器可以避免这个缺点，在多个有效输入信号中，能够识别输入信号的优先级别，选中优先级别最高的一个进行编码，产生相应的输出代码。普通编码器N位二进制数有2N种不同的组合，因此有N位输出的编码器可以表示2N个不同的输入信号，一般把这种编码器称为2N线-N线编码器。图是三位二进制编码器的原理框图。8线-3线

编码器8线-3线编码器的框图8线-3线编码器编码表在任何时刻输入Y0

～Y7中只允许一个信号为有效电平。高电平有效的8线-3线普通编码器的编码表如表所列。由编码表得到输出表达式为：8线-3线编码器输出表达式三、8线-3线优先编码器74148

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黄燕华8线-3线优先编码器74148

74148真值表74148优先编码器的符号任务实施1）8线-3线优先编码器74148有几位输入？对应几位输出？能表示几种信息？输入和输出如何一一对应？。8线-3线优先编码器74148有8位输入，3位输出，可以表示8种输入信息，在8线-3线优先编码器74148重，输入输出都是低电平有效，输出是输入信号对应的二进制编码的反码。２)当几个输入信号同时出现时，只对优先权最高的一个进行编码，８线-３线优先编码器７４１４８的优先级别如何规定的?片选端ＥＩ的作用是什么?输出信号端Ｅ０、Ｇｓ的作用是什么?3）列出8线-3线优先编码器74148的输入输出真值表，完成表７-１０。8线-3线优先编码器74148真值表5）8线-3线优先编码器74148中为什么要接入U1A、U1B、U1C三个反向器？有什么作用？6）根据8线-3线优先编码器74148仿真模型验证其逻辑功能，将验证的结果填入表7-11中。7）总结8线-3线优先编码器74148的输入、输出逻辑功能特点。该编码器输入为低电平有效，输入的8个信号有优先级别，输出码是对应输入的二进制反码。谢谢！任务五、基于Multisim的七段译码器7447N逻辑功能验证电工电子技术

黄燕华任务导学通过查阅资料思考:什么是译码器?译码器有哪些用途?

任务导学译码是编码的逆过程，是把一个用数字或电平组合来表示的信号或对象“翻译”成代表某一特定信息或十进制数码的过程，具有译码功能的逻辑电路称为译码器（Decoder），它是一个多输入、多输出的组合逻辑电路，一般可分为二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器等。编码器的典型应用是计显示译码器任务情境译码器是将二进制代码所表示的“原意”翻译出来，即把代表控制指令的二进制代码翻译出来，成为确定的控制信号，完成所要求的操作。译码实际上就是编码的逆过程，完成译码功能的逻辑电路就是译码器，本任务基于Multisim仿真软件验证七段译码器7447N的逻辑功能。任务实施1）七段译码器7447N有几位输入端，共组成几种输入状态组合？2）七段译码器7447N有几个输出端，输出端分别接数码管的那一段？七段字型数码显示管3）完成表７-１４所示七段译码器７４４７Ｎ的真值表。5、根据七段译码器7447N仿真模型验证其逻辑功能，将验证的结果填入表7-15中。知识链接一、译码器

二、显示译码器三、七段译码器7447

一、译码器

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黄燕华译码器信息…译码器二进制代码（控制信号等）…译码是编码的逆过程，是把一个用数字或电平组合来表示的信号或对象“翻译”成代表某一特定信息或十进制数码的过程，具有译码功能的逻辑电路称为译码器（Decoder），它是一个多