第3章组合逻辑电路.ppt

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1、第第3 3章章机械工业出版社同名教材机械工业出版社同名教材配套电子教案配套电子教案数字电子技术基础数字电子技术基础3.1 组合逻辑电路的基本概念组合逻辑电路的基本概念3.1.1 组合逻辑电路概述组合逻辑电路概述 若任一时刻数字电路的稳态输出只取决于该时刻若任一时刻数字电路的稳态输出只取决于该时刻输入信号的组合，而与这些输入信号作用前电路原来输入信号的组合，而与这些输入信号作用前电路原来的状态无关，则该数字电路称为的状态无关，则该数字电路称为组合逻辑电路组合逻辑电路。第第3 3章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 3.1.2 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法分析分析步骤：步骤：逐级写出每个

2、门电路的逻辑表达式；逐级写出每个门电路的逻辑表达式；化简；化简；列出真值表；列出真值表；根据真值表，分析和确定电路的逻辑功能。根据真值表，分析和确定电路的逻辑功能。【例例3-2】已知组合逻辑电路如图已知组合逻辑电路如图3-3所示，试分析其逻辑所示，试分析其逻辑功能。功能。图图3-3 例例3-2逻辑电路逻辑电路 逐级写出每个门电路的逻辑表达式。逐级写出每个门电路的逻辑表达式。化简化简 列出真值表如表列出真值表如表3-1所示。所示。分析逻辑功能分析逻辑功能 从表从表3-1可得出，输入信号可得出，输入信号ABC中，若只有一个或一个以中，若只有一个或一个以下的信号为下的信号为1时，输出时，输出Y1，否

3、，否则则Y0。解：解：3.1.3 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法设计设计步骤步骤：分析逻辑命题，明确输入量和输出量，并确定其状分析逻辑命题，明确输入量和输出量，并确定其状态变量（逻辑态变量（逻辑1和逻辑和逻辑0含义）。含义）。根据逻辑命题要求，列出真值表。根据逻辑命题要求，列出真值表。根据真值表写出逻辑函数最小项表达式。根据真值表写出逻辑函数最小项表达式。化简逻辑表达式。化简逻辑表达式。根据逻辑表达式，画出相应逻辑电路。根据逻辑表达式，画出相应逻辑电路。【例例3-3】试设计一个三人多数表决组合逻辑电路。试设计一个三人多数表决组合逻辑电路。解：解：分析逻辑命题分析逻辑命题 设三人为

4、设三人为A、B、C，同意为，同意为1，不同意为，不同意为0；表决为；表决为Y，有有2人或人或2人以上同意，表决通过，通过为人以上同意，表决通过，通过为1，否决为，否决为0。因。因此，此，ABC为输入量，为输入量，Y为输出量。为输出量。列出真值表列出真值表，如表，如表3-2所示。所示。写出最小项表达式写出最小项表达式 化简逻辑表达式化简逻辑表达式 画出相应电路图如图画出相应电路图如图3-4a所示。所示。若将上述与或表达式若将上述与或表达式YABBCAC化为与非与非表达式，化为与非与非表达式，则逻辑电路可用图，则逻辑电路可用图3-4b表示。表示。a)b)图图3-4 例例3-3逻辑电路逻辑电路a)与

5、或电路与或电路 b)与非与非-与非电路与非电路3.2 编码器和译码器编码器和译码器3.2.1 编码器编码器 用二进制代码表示数字、符号或某种信息的过程称为用二进制代码表示数字、符号或某种信息的过程称为编码编码。能实现编码的电路称为能实现编码的电路称为编码器编码器。编码器一般可分为编码器一般可分为普通编码器普通编码器和和优先编码器优先编码器；优先编码器是将输入信号的优先顺序排队，当有优先编码器是将输入信号的优先顺序排队，当有2个个或或2个以上输入端信号同时有效时，编码器仅对其中一个以上输入端信号同时有效时，编码器仅对其中一个优先等级最高的输入信号编码，从而避免输出编码出个优先等级最高的输入信号编

6、码，从而避免输出编码出错。错。按编码形式可分为二进制编码器和按编码形式可分为二进制编码器和BCD编码器；按编码器；按编码器编码输出位数可分为编码器编码输出位数可分为4-2线编码器、线编码器、8-3线编码器线编码器和和16-4线编码器等。线编码器等。编码器工作原理编码器工作原理图图3-7 4-2线编码器逻辑电路线编码器逻辑电路 8-3线优先编码器线优先编码器74LS148 10-4线线BCD码优先编码器码优先编码器74LS147图图3-10 74LS147引脚图引脚图图图3-8 74LS148引脚图引脚图3.2.2 译码器译码器 将给定的二值代码转换为相应的输出信号或另一种形将给定的二值代码转换

7、为相应的输出信号或另一种形式二值代码的过程，称为式二值代码的过程，称为译码译码。译码是编码的译码是编码的逆过程逆过程。译码器工作原理译码器工作原理图图3-11 2-4线译码器逻辑电路线译码器逻辑电路 双双2-4线译码器线译码器74LS139图图3-12 74LS139引脚图引脚图 3-8线译码器线译码器74LS138图图3-13 74LS138引脚图引脚图【例例3-6】试利用试利用74LS138和门电路实现例和门电路实现例3-3中要求的中要求的3人多人多数表决逻辑电路。数表决逻辑电路。解：解：图图3-17 例例3-6逻辑电路逻辑电路3.2.3 数码显示电路数码显示电路 LED数码管数码管 发光

8、二极管发光二极管LED数码管由发光二极管分段组成。数码管由发光二极管分段组成。正向压降大多在正向压降大多在1.52V之间；之间；工作电流一般为几毫安至几十毫安；工作电流一般为几毫安至几十毫安；亮度随电流增大而增强。亮度随电流增大而增强。特点：工作电压低、体积小、可靠性高、寿命长、响应速特点：工作电压低、体积小、可靠性高、寿命长、响应速度快（度快（10ns）、使用方便灵活。）、使用方便灵活。共阴型和共阳型共阴型和共阳型LED数码管数码管 a)b)c)图图3-19 LED数码管数码管 a)0.5LED管引脚排列管引脚排列 b)共阴型共阴型 c)共阳型共阳型 LED管的驱动方式管的驱动方式 a)b)

9、c)d)图图3-20 发光二极管驱动电路发光二极管驱动电路a)高电平驱动高电平驱动 b)低电平驱动低电平驱动 c)OC门输出低电平驱动门输出低电平驱动 d)门电路输出高电平驱动门电路输出高电平驱动 七段显示译码器七段显示译码器74LS47/48图图3-21 74LS48引脚图引脚图【例例3-8】试利用试利用74LS48实现实现3位显示电路。位显示电路。图图3-23 74LS48组成组成3位显示电路位显示电路 CMOS 7段显示译码器段显示译码器CC 4511图图3-25 CC 4511引脚图引脚图【例例3-10】试用试用CC 4511组成组成8位显示电路。位显示电路。图图3-26 CC 451

10、1组成组成8位显示电路位显示电路3.3 数据选择器和数据分配器数据选择器和数据分配器3.3.1 数据选择器数据选择器 数据选择器基本概念数据选择器基本概念 定义定义能够从多路数据中选择一路进行传输的电路称为能够从多路数据中选择一路进行传输的电路称为数据选择器。数据选择器。工作原理工作原理相当于一个单刀多掷开关相当于一个单刀多掷开关 与模拟开关的区别与模拟开关的区别只能传输数字信号只能传输数字信号 应用应用 将并行数据变为串行数据。将并行数据变为串行数据。实现组合逻辑函数。实现组合逻辑函数。图图3-27 数据选择器数据选择器原理框图原理框图 数据选择器典型电路芯片数据选择器典型电路芯片数据选择器

11、有数据选择器有2选选1、4选选1、8选选1和和16选选1等多种类型。等多种类型。8选选1数据选择器数据选择器74LS151251图图3-29 74LS151/251引脚图引脚图 数据选择器应用数据选择器应用【例例3-11】试利用试利用74LS151实现例实现例3-3中要求的中要求的3人多数表人多数表决逻辑电路。决逻辑电路。解：解：多路模拟开关多路模拟开关模拟开关与数据选择器的模拟开关与数据选择器的主要区别主要区别：数据选择器只能传输数字信号，而模拟开关不但可以传数据选择器只能传输数字信号，而模拟开关不但可以传输数字信号，还可以传输模拟信号，并且可以双向传输，输数字信号，还可以传输模拟信号，并且

12、可以双向传输，即输入端和输出端可互换使用。即输入端和输出端可互换使用。常用典型集成电路有常用典型集成电路有8选选1多路模拟开关多路模拟开关CC 4051图图3-33 CC4051引脚图引脚图VEE为模拟信号地。为模拟信号地。VEE为负时，为负时，CC 4051可传输负极可传输负极性的模拟信号。性的模拟信号。CC 4051允许双向传输，既可用作数据选择器，又可用允许双向传输，既可用作数据选择器，又可用作数据分配器。作数据分配器。3.3.2 数据分配器数据分配器能根据地址，将一路输入信号分配给相应的输出端。能根据地址，将一路输入信号分配给相应的输出端。数字集成电路中没有专用的数据分配器，而是使用通

13、用数字集成电路中没有专用的数据分配器，而是使用通用译码器中的变量译码器实现数据分配。如译码器中的变量译码器实现数据分配。如74LS139（2-4译码器）、译码器）、74LS138（3-8译码器）等。译码器）等。图图3-34 数据分配器原理框图数据分配器原理框图3.3.3 数值比较器数值比较器能够比较两组二进制数据大小的数字电路称为能够比较两组二进制数据大小的数字电路称为数值比较器数值比较器。工作原理工作原理图图3-36 一位数据比较器逻辑电路图一位数据比较器逻辑电路图 集成数值比较器集成数值比较器74LS85多位二进制数据比较，应先比较高位。高位大即大，高位多位二进制数据比较，应先比较高位。高

14、位大即大，高位小即小；若高位相等，再比较低位；依此类推。小即小；若高位相等，再比较低位；依此类推。数值比较器级联数值比较器级联 图图3-38 二片二片74LS85级联组成级联组成8位数据数值比较器位数据数值比较器图图3-37 74LS85引脚图引脚图3.4 加法器加法器3.4.1 半加器半加器 定义定义：能够完成两个一位二进制数：能够完成两个一位二进制数A和和B相加的组合逻相加的组合逻辑电路称为辑电路称为半加器半加器。真值表真值表：S为和，为和，CO为进位。为进位。逻辑表达式逻辑表达式：和：和：进位：进位：逻辑电路和逻辑符号逻辑电路和逻辑符号 a)b)图图3-39 半加器半加器 a)逻辑电路逻

15、辑电路 b)逻辑符号逻辑符号3.4.2 全加器全加器 全加器概述全加器概述 定义定义：两个二进制数：两个二进制数A、B与来自低位的进位与来自低位的进位CI三者三者相加的组合逻辑电路相加的组合逻辑电路 真值表真值表：逻辑表达式逻辑表达式 逻辑电路和逻辑符号逻辑电路和逻辑符号图图3-40 全加器全加器 a)逻辑电路逻辑电路 b)逻辑符号逻辑符号a)b)串行进位全加器串行进位全加器3.5 组合逻辑电路的竞争冒险现象组合逻辑电路的竞争冒险现象3.5.1 竞争冒险的产生竞争冒险的产生 竞争冒险的两种现象竞争冒险的两种现象a)b)图图3-45 冒险现象冒险现象I示意图示意图a)Y=A+A电路电路 b)冒险

16、波形示意冒险波形示意 a)b)图图3-46 冒险现象冒险现象II示意图示意图a)Y=AA电路电路 b)冒险波形示意冒险波形示意 竞争与冒险的含义竞争与冒险的含义 竞争竞争：门电路输入端的两个互补输入信号同时向相反的逻辑电平门电路输入端的两个互补输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象称为跳变的现象称为竞争竞争。冒险冒险：门电路由于竞争而产生错误输出（尖峰脉冲）的现象称为门电路由于竞争而产生错误输出（尖峰脉冲）的现象称为竞争竞争-冒险冒险。竞争不一定会产生冒险，而产生冒险必定存在竞争。竞争不一定会产生冒险，而产生冒险必定存在竞争。判断产生竞争判断产生竞争-冒险的方法冒险的方法 或（非）门，在某种条件下形成或（非）门，在某种条件下形成 时，时，会产生竞争现象；与（非）门，在某种条件下形成会产生竞争现象；与（非）门，在某种条件下形成 时，会产生竞争现象。时，会产生竞争现象。卡诺图中有相邻的卡诺圈相切。卡诺图中有相邻的卡诺圈相切。a)b)图图3-47 从卡诺图判断竞争现象举例从卡诺图判断竞争现象举例3.5.2 竞争冒险的消除竞争冒险的消除常用方法有以下两种：常用方法有以下两种：引入冗余项引入冗余