第20章 门电路和组合逻辑电路

1、电工学(电子技术)教学课件：第20章，门电路和组合逻辑电路电工电子教学与研究部分，第20章，门电路和组合逻辑电路，20.1脉冲信号，20.2基本门电路及其组合，20.5逻辑代数，20.4CMOS门电路，20.3TTL门电路，20.6组合逻辑电路的分析与综合，20.7加法器，20.8编码器，20.9解码器和数字显示器，20.10数据分配器和数据选择器，20掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解TTL门电路和CMOS门电路的特点；3.能够分析和设计简单的组合逻辑电路；了解加法器、编码器和解码器等常见组合逻辑电路的工作原理和功能；5.学习如何使用数字集成电路。本章要求：2。用逻

2、辑代数的基本算法简化逻辑函数；第20章，门电路和组合逻辑电路，模拟信号：随时间连续变化的信号，20.1脉冲信号，1。模拟信号，2。脉冲信号是具有短持续时间的跳跃信号。例如：脉冲幅度a、脉冲上升沿tr、脉冲周期t、脉冲下降沿tf、脉冲宽度tp、脉冲信号的一些参数、实际矩形波、20.2基本门电路及其组合，逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。所谓的门是一种开关，它可以根据一定的条件控制信号的通过或不通过。门电路的输入和输出之间有一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路也叫逻辑门电路。20.2.1逻辑门电路的基本概念，基本逻辑关系是“与”、“或”和“非”。下面举例说明逻辑电路的概念和“与”、“或”和

3、“非”的含义。假设：开关关了，灯也关了，这由逻辑“0”表示，开关关了，灯也亮了，这由逻辑“1”表示。逻辑表达式：Y=AB，1。“和”的逻辑关系意味着当确定一个事件的所有条件都满足时，该事件就会发生。0，1，0，B，Y，A，状态表，2。“或”逻辑关系，“或”逻辑关系意味着当确定一个事件的条件之一满足时，该事件将发生。逻辑表达式：Y=甲乙，状态表，1，1，1，0，3。“非”逻辑关系，意思是否定的或相反的。当电子电路实现逻辑操作时，其输入和输出信号用电位电平表示。高水平和低水平不是固定值，而是有一定范围的变化。门电路是用来实现逻辑关系的电子电路，它对应于上述基本逻辑关系。门电路主要包括与门、或门、非

4、门、与非门、或非门和异或门。20.2.2分立元件基本逻辑门电路、20.2基本逻辑门电路及其组合，其电平一般以“1”和“0”来区分。如果高电平为“1”，低电平为“0”，则称为正逻辑。否则，它被称为负逻辑。除非另有规定，否则采用正逻辑。1，0，高电平，低电平，1。二极管和门电路，(1)电路，(2)工作原理，输入a、b和c均为高电平“1”，输出y为“1”。输入a、b和c不都是“1”，输出y是“0”。0V、0V、3V、1。二极管和门电路，也就是说，有“0”出“0”，有“1”出“1”，有2。二极管或门，(1)电路，0V，3V，3V，(2)工作原理，输入a，b，输入a，b和c之一为“1”，输出y为“1”。

5、2.二极管或门电路，即有“1”出“1”，有“0”出“0”，有3。晶体管非门电路，“0”，“1”，“1”电路，“0”，“1”，1。与非门电路有“0”中的“1”，有“0”中的“1”，例如：根据输入波形绘制输出波形，A，B，有“0”中的“0”，有“1”中的“1”，有“0”中的“0”解：写简化逻辑公式，冗余，例6。用卡诺图简化逻辑函数，(1)，(2)，解：写简化逻辑公式，1，例7。用卡诺图简化逻辑函数，1，20.6组合逻辑电路的分析和综合，组合逻辑电路的方框图，20 (2)使用逻辑代数简化或变换，(3)列出逻辑状态表，(4)分析逻辑函数，已知逻辑电路，确定，逻辑函数，分析步骤：(1)分析下图中的逻辑函

6、数，(1)编写逻辑表达式，(2)通过逻辑代数简化列出逻辑，求逆法则，求逆法则，(3) (2)列逻辑状态表；(3)输入输出与“1”相同、输入输出与“0”不同的分析逻辑功能称为“异或电路”(“异或门”)，可用于判断各输入端的状态是否相同。逻辑表达式，示例3:分析下图中的逻辑函数，y、1、b、a、C、1、0、1、a、set: C=1、block、open、gate a信号、每个人都有一把钥匙。如果你同意，按键表示“1”；如果你不同意，不要按键，显示“0”。投票结果由指示灯指示，多数人同意，灯以“1”打开，而灯不以“0”打开。(1)列逻辑状态表，(2)写逻辑表达式并取Y=1 (或Y=0 )列逻辑表达式

7、，(3)用与非门构成逻辑电路。在组合中，每个输入变量都有一个“与”关系，每个组合都有一个“或”关系。要求当奇数个输入变量A、B和C同时为“1”时，输出为“1”，否则为“0”。它是由与非门实现的。(1)列逻辑状态表，(2)写逻辑表达式，(3)用与非门构造逻辑电路，并求解：(4)逻辑图，Y，C，B，A，0，1，0，1，0，例：一个工厂有三个车间A，B，C和一个G1有两倍于G2的容量。如果一个车间开始，它只需要G2操作来满足要求；如果两个研讨会开始，只有G1需要运行，如果三个研讨会同时开始，G1和G2都需要运行。试着画一个逻辑图来控制G1和G2的操作。假设：A、B和C分别代表三个车间的启动状态：“1

8、”表示启动，“0”表示不启动；G1和G2作为“1”运行，而不是作为“0”运行。(1)根据逻辑要求列状态表。首先，假设逻辑变量和函数具有“0”和“1”的含义。逻辑要求：如果一个车间开始，它只需要G2操作来满足要求；如果两个研讨会开始，只有G1需要运行，如果三个研讨会同时开始，G1和G2都需要运行。开始，“1”，不要开始，“0”，运行，“1”，不要运行，“0”，(1)根据逻辑要求列出状态表，(2)从状态表中写出逻辑公式，或从Katuno得到相同的结果，(3)简化逻辑公式，(4)在数字电路中使用它，常用的组合电路包括加法器、编码器、解码器、数据分配器和多路复用器。以下各节分别介绍这些典型组合逻辑电路

9、的基本结构、工作原理和使用方法。在数字电路中，为了将电路的两种状态(“1”状态和“0”状态)对应于数字，采用了二进制。二进制：0，1，“每个二进制1”。20.7加法器，加法器：二进制加法电路，进位，不考虑低位进位，考虑低位进位，20.7.1半加法器，半加法：两个一位二进制数相加，不考虑低位进位。逻辑符号：半加法器：半加法器逻辑状态表，逻辑表达式，20.7.2全加器，全加器：实现两个一位二进制数的相加，并考虑低位进位。逻辑符号：全加器：(1)列逻辑状态表，(2)写逻辑公式，20.8编码器，按照一定的规则排列二进制代码，使每组代码有特定的含义，这就是所谓的编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。n

10、位二进制码有2n种组合，可以代表2n条信息。表示n条信息所需的二进制码应满足2nN、20.8.1二进制编码器和将输入信号编码成二进制码的电路的要求。2n，n位。(1)分析要求：输入8个信号，即N=8。根据2nN的关系，即n=3，即输出是一个三位二进制码。设计一个编码器以满足以下要求：(1)将I0、I1和I78信号编码成二进制码。(2)编码器一次只能编码一个信号，不允许两个或两个以上的信号同时有效。(3)将输入信号的高电平设置为有效。解决方案：(2)列编码表：(3)编写逻辑公式并将其转换为与非门公式，Y2=I4I5I6i7，Y1=I2I3I6i7，Y0=I1I3I5i7，(4)绘制逻辑图，并将十

11、进制数09编译成二进制代码电路，20.8.2十进制，8421BCD代码编码表，编写逻辑公式并将其转换为或非门和与非门，绘制逻辑图，方法2:10键8421的逻辑图当两个或多个信号同时输入到编码电路时，该电路只能对具有高优先级的信号之一进行编码。也就是说，允许几个信号同时有效，但是该电路只编码具有高优先级的信号，而忽略其它具有低优先级的信号。20.8.3优先级编码器，74LS147编码器功能表，示例：74LS147集成优先级编码器(10 -4行)，74LS147引脚图，低电平有效，20.9解码器和数字显示器，解码是编码的逆过程，它将代码组合转换成特定的输出信号。20.9.1二进制解码器，状态表，示

12、例：3位二进制解码器(输出高电平有效)，写出逻辑表达式和逻辑图，示例：使用解码器分时向计算机发送采样数据，工作原理：(以A0A1=00为例)，0，总线外，全“1”，双2/4线解码器，1101101，低电平发光，高电平发光，2。7段解码显示、7段解码器状态表、20.10数据分配器和数据选择器。在数字电路中，当需要长距离多信道数字传输时，为了减少传输线路的数量，发送端经常通过公共传输线路向接收端发送数据，接收端利用多信道分配器将数据及时分配给每个接收端。、一个使能端、一个多路复用器、一个多路分解器和一个20.10.1数据选择器，它们从多个数据路径中选择一个所需的数据路径进行输出。示例：四个数据选择

13、器中的一个，输出数据，使能端子，1，1、1、1。74LS153类型4合1数据选择器、1、1、由控制终端决定输出数据的方式。选中D0,74LS153型4合1数据选择器动画从逻辑图中写逻辑表达式多路复用器广泛用于多通道模拟量采集和模数转换器。使用两个74LS153多路复用器选择八个信号，如果A2A1A0=010，则输出所选的1D2数据信号。两个74LS151数据选择器组成一个具有16对1功能的数据选择器。74LS151功能表，示例：使用74LS151数据选择器实现逻辑功能Y=AB BC CA。解决方案：使用逻辑函数的最小项。根据状态表，输出y可以通过将数据输入端D3、D5、D6和D7用“1”连接，将其他输入端用“0”连接来实现，如图所示。输入变量a、b和c分别连接到数据选择器的选择端A2、A1和A0。根据状态表，如图所示，输出y可以通过将数据输入端D3、D5、D6和D7与“1”连接并将其它输入端与“0”连接来实现。74LS151菜单，20.10.2数据分配器，将一个数据分成几个输出端子进行输出。数据输入，使能端子、D，Y0，Y1，Y2，Y3，S，数据输出端子，判断芯片是否工作，数据分配器菜单，Y3Y2Y1Y0，20.11.1 (1)列逻辑状态表，(2)写逻辑表达式，(3)简化得到：并减少使用的门数，将上述公式改为：(4)画逻辑图，当故障发