電子技術基礎與技能-機工教案第六章教案組合邏輯電路基本知識

1、電子技術基礎與技能 主編 胡崢第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容組合邏輯電路的基本知識課堂類型學時學時授課時間教學目的1、組合邏輯電路的特點2、組合邏輯電路的分析步驟教學重、難點教學重、難點：組合邏輯電路的分析步驟教學內(nèi)容及步驟備注6.1 組合邏輯電路的基本知識把邏輯門電路按一定的規(guī)律加以組合，就可以構成具有各種功能的邏輯電路，稱之為組合邏輯電路。6.1.1 組合邏輯電路的特點【組合邏輯電路的特點】 在組合邏輯電路中任意時刻的輸出只取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關。電路無記憶功能。生活中組合邏輯電路的實例有電子密碼鎖，銀行取款機等。 【組合邏輯電路的結構】 組合邏輯

2、電路主要由邏輯門電路構成，并且輸出與輸入之間沒有反饋連接。其組成框圖如圖6-2所示。圖6-2 組合邏輯電路的組成框圖6.1.2 組合邏輯電路的分析【組合邏輯電路的分析步驟】 根據(jù)已知的組合邏輯電路(邏輯圖)，運用邏輯電路運算規(guī)律，確定其邏輯功能的過程，稱為組合邏輯電路的分析。其分析步驟為： (1) 由邏輯圖寫表達式：根據(jù)給定的邏輯電路圖，從輸入到輸出逐級推出輸出表達式。 (2)化簡表達式。(3)由化簡后的表達式列出真值表。(4)描述邏輯功：用文字概括出電路的邏輯功能。 上述組合邏輯電路識圖分析的過程可表述為： 邏輯圖 邏輯表達式 化簡 真值表 電路的邏輯功能案例解析【例6-1】試分析圖6-3所

3、示電路的邏輯功能。圖6-3 邏輯電路圖【解析】（1）由邏輯圖寫輸出F的邏輯表達式為： (2) 化簡 = AB+AC+BC（3）列出真值表,如表6-1所示。表6-1 真值表F（4）確定電路的邏輯功能。由表6-1真值表可知，三個輸入變量、，只要有兩個或兩個以上變量取值為1時，輸出才為1，其余情況輸出均為0。由此可見，該電路實現(xiàn)的是少數(shù)服從多數(shù)的表決器邏輯功能?！纠?-2】分析下圖6-4所示組合邏輯電路的邏輯功能。圖6-4 組合邏輯電路【解析】（1）由邏輯圖寫輸出F的邏輯表達式 由于上式已是最簡式，所以不用再化簡。（2）列出對應真值表 如表6-2所示。表6-2 真值表ABZ1Z2Z300010011

4、001000111010（3）確定電路的邏輯功能。通過對真值表的分析，可以發(fā)現(xiàn)，當輸入AB時，三個輸出Z1、Z2、Z3分別輸出高電平1。所以，Z1表示AB。這是一個一位數(shù)值比較電路?！纠?-3】分析圖6-5描述波形對應組合邏輯電路的功能。圖6-5 輸入信號和輸出信號波形【解析】 波形圖是描述電路的方法之一。根據(jù)已知輸入輸出波形圖，可以直接寫出電路真值表，如表6-3所示。表6-3 真值表輸入變量輸出變量ABY000011101110分析真值表可知，該組合邏輯電路的功能是：當輸入A、B相同時，輸出為0；而當輸入A、B不同時，輸出為1。該電路反映了輸入、輸出之間 “異或” 的邏輯關系。注意：（1）在

5、對組合邏輯電路的進行分析的時候，各步驟間不一定每個步驟都需要，如：當表達式已經(jīng)成為最簡時，可省略化簡；當已知邏輯函數(shù)的工作波形圖時，不需要列出表達式，而直接列出真值表。（2）不是每個電路均可用簡練的文字來描述其功能。第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容組合邏輯電路的設計課堂類型學時學時授課時間教學目的組合邏輯電路的設計步驟教學重、難點教學重、難點：組合邏輯電路的設計步驟教學內(nèi)容及步驟備注*6.1.3組合邏輯電路的設計與分析過程相反，組合邏輯電路的設計是根據(jù)給定的實際邏輯問題，求出實現(xiàn)其邏輯功能的最簡單的邏輯電路?！窘M合邏輯電路的設計步驟】(1)分析設計要求，確定輸入、輸出變量

6、并賦值：根據(jù)實際問題確定哪些是輸入變量，哪些是輸出變量；并確定什么情況下為1，什么情況下為0；將實際問題轉化為邏輯問題。(2)列真值表：根據(jù)邏輯功能的描述列真值表。(3)寫邏輯表達式，并化簡：由真值表寫出邏輯表達式并化簡。(4)畫邏輯電路圖：根據(jù)最簡邏輯表達式，畫出相應的邏輯圖。案例解析【例題6-4】 一火災報警系統(tǒng)，設有煙感、溫感和紫外光感三種類型的火災探測器。為了防止誤報警，只有當其中兩種或兩種以上類型的探測器發(fā)出火災檢測信號時，報警系統(tǒng)才產(chǎn)生報警控制信號。設計一個產(chǎn)生報警控制信號的電路?！窘馕觥?1)分析設計要求，設輸入、輸出變量并邏輯賦值輸入變量：煙感A 、溫感B、紫外線光感C；輸出變

7、量：報警控制信號Y；邏輯賦值：用1表示肯定，用0表示否定(2) 列真值表，如表6-4所示。表6-4 真值表 (3) 由真值表寫邏輯表達式并化簡化簡得最簡式：Y=AB+AC+BC(4) 畫邏輯電路圖，如圖6-6所示。圖6-6 火災報警控制邏輯電路圖第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容技能訓練一 設計半加器電路課堂類型學時學時授課時間教學目的1、了解組合邏輯電路的分析與設計方法。2、能夠利用74LS86及74LS00來組成半加器教學重、難點教學重、難點：能夠利用74LS86及74LS00來組成半加器教學內(nèi)容及步驟備注【訓練內(nèi)容及步驟】1邏輯功能描述：從二進制數(shù)加法的角度看，只考慮

8、了兩個加數(shù)本身求和，沒有考慮低位來的進位數(shù)，就是所謂半加，實現(xiàn)半加操作的電路，稱為半加器。2根據(jù)邏輯功能，列出半加器的真值表，如表6-7。輸入輸出A BSC0 0000 1101 0101 101表6-7真值表 3由真值表可列出半加器邏輯表達式。4由表達式畫出半加器的邏輯圖，如圖6-8所示。圖6-8 半加器的邏輯圖5利用異或門74LS86及與非門74LS00組成半加器。根據(jù)半加器的邏輯圖進行連線，連接線路如圖6-10所示。 a) 74LS86引腳排列圖 b）74LS86實物圖 c）74LS00引腳排列圖 d）74LS00實物圖圖6-9 74LS86和74LS00引腳排列圖6驗證所設計的半加器電

9、路的邏輯功能，記錄在表6-8中。表6-8 實驗數(shù)據(jù)輸入輸出A BSC0 00 11 01 1第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容二進制編碼器課堂類型學時學時授課時間教學目的1、二進制編碼器概念2、二進制編碼器特點教學重、難點教學重、難點：二進制編碼器特點教學內(nèi)容及步驟備注6.2 編碼器將十進制數(shù)、文字、符號等轉換成若干位二進制信息符號的過程稱為編碼。例：商品條形碼、鍵盤編碼器。在數(shù)字電路中用二進制代碼表示有關的信號過程就稱為二進制編碼，如圖6-16所示。實現(xiàn)編碼功能的組合邏輯電路稱為編碼器。6.2.1 二進制編碼器【概念】將各種有特定意義的輸入信息編成二進制代碼的電路稱為二進

10、制編碼器。編碼時，用n位二進制代碼可對N2n個輸入信號進行編碼，如圖6-17所示。例如：一個由8個輸入按鍵組成的鍵盤編碼器。輸入端：需要8條信號傳輸線對應8個輸入按鍵；輸出端：只需要3條數(shù)據(jù)線，對應輸出的3位二進制代碼。即每個按鍵輸入狀態(tài)對應一組3位二進制代碼?！咎攸c】 任何時刻只允許輸入一個有效信號，不允許同時出現(xiàn)兩個或兩個以上的有效信號。例如，在上面所述的8個輸入按鍵組成的鍵盤編碼器中，每次只能按下一個按鍵，不能同時按下兩個以上的按鍵?！?位二進制編碼器（3線-8線二進制編碼器）】 如圖6-18所示。圖6-18 3位二進制編碼器示意圖I0、I1、I7表示8路輸入，分別代表十進制數(shù)0、1、2

11、、7八個數(shù)字。編碼器的輸出是3位二進制代碼，用Y0、Y1、Y2表示。編碼器在任何時刻只能對0、1、2、7中的一個輸入信號進行編號，不允許同時輸入兩個1。由此得出編碼器的真值表，如表6-11所示。從真值表可以寫出邏輯函數(shù)表達式：根據(jù)邏輯表達式可畫出由3個或門組成的3位二進制編碼器的邏輯圖，如圖6-19所示。第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容編碼器（二）課堂類型學時學時授課時間教學目的1、二十進制編碼器2、優(yōu)先編碼器教學重、難點教學重點：二十進制編碼器教學難點：優(yōu)先編碼器教學內(nèi)容及步驟備注6.2.2二十進制編碼器將09十個十進制數(shù)轉換為二進制代碼的電路，稱為二十進制編碼器，也稱

12、為10線4線編碼器。最常見的二十進制編碼器是8421碼編碼器。I0、I1、I2、I9表示10路輸入， Y0、Y1、Y2、Y3為4條輸出線，則8421碼編碼器的真值表如表6-12所示。表6-12 真值表輸入輸出Y3Y2Y1Y00（I0）00001（I1）00012（I2）00103（I3）00114（I4）01005（I5）01016（I6）01107（I7）01118（I8）10009（I9）1001根據(jù)真值表寫出邏輯表達式：根據(jù)邏輯表達式畫出8421BCD編碼器邏輯電路圖，如圖6-20所示。6.2.3 優(yōu)先編碼器前面討論的編碼器中，在同一時刻僅允許有一個輸入信號，如有兩個或兩個以上信號同時輸

13、入，輸出就會出現(xiàn)錯誤的編碼。優(yōu)先編碼器允許同時輸入兩個或兩個以上輸入信號，電路將對優(yōu)先級別高的輸入信號編碼，這樣的電路稱為優(yōu)先編碼器。計算機的鍵盤輸入邏輯電路就是優(yōu)先編碼器的典型應用。圖6-21所示為8線-3線74LS148優(yōu)先編碼器的引腳排列圖，其真值表如表6-13所示。 圖6-21 優(yōu)先編碼器74LS148）引腳排列圖表6-13 74LS148 集成電路真值表第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容數(shù)據(jù)選擇器與分配器課堂類型學時學時授課時間教學目的1、數(shù)據(jù)選擇器2、數(shù)據(jù)分配器教學重、難點教學重、難點：數(shù)據(jù)選擇器與分配器邏輯功能教學內(nèi)容及步驟備注*6.3 數(shù)據(jù)選擇器與分配器6.

14、3.1數(shù)據(jù)選擇器在數(shù)字電系統(tǒng)中，常常要求從多條線路中選擇我們需要的信號并將他們分配到指定的線路中。如圖6-22所示是數(shù)據(jù)的選擇與分配的示意圖。8圖6-22 數(shù)據(jù)的選擇與分配的示意圖【數(shù)據(jù)選擇器】（1）概念：在多路數(shù)據(jù)傳輸中，根據(jù)地址碼的要求，能把其中的一路信號挑選出來的電路就是數(shù)據(jù)選擇器，又稱多路選擇器或多路開關。數(shù)據(jù)選擇器功能示意圖如圖6-23所示。常見數(shù)據(jù)選擇器包括2選1、4選1、8選1、16選1等。圖6-23 數(shù)據(jù)選擇器功能示意圖（2）4選1數(shù)據(jù)選擇器如圖6-24所示為4選1數(shù)據(jù)選擇器的功能示意圖和邏輯圖。其中D3-D0為數(shù)據(jù)輸入端，A1、A0為地址信號輸入端，Y為數(shù)據(jù)輸出端，為使能端，

15、又稱選通端，輸入低電平有效。其真值表如表6-14所示。表6-14 真值表 a) 功能示意圖 b) 邏輯圖圖6-24 4選1數(shù)據(jù)選擇器的功能示意圖和邏輯圖由真值表可知：當=1時，輸出Y0，數(shù)據(jù)選擇器不工作。當=0時，數(shù)據(jù)選擇器工作。其輸出為：圖6-25所示為雙4選1數(shù)據(jù)選擇器CTLS153的引腳排列圖、邏輯功能示意圖和實物圖。他內(nèi)部包含兩個4選1數(shù)據(jù)選擇器，兩組輸入共用一組地址控制端A1、A0。 a）引腳排列圖 b）邏輯功能示意圖 c）實物圖圖6-25 雙4選1數(shù)據(jù)選擇器CTLS1536.3.2 數(shù)據(jù)分配器【數(shù)據(jù)分配器】根據(jù)地址信號的要求將公共數(shù)據(jù)總線上的一路數(shù)據(jù)分配到指定輸出通道上去的電路，稱

16、為數(shù)據(jù)分配器。數(shù)據(jù)分配是數(shù)據(jù)選擇的逆過程，他的功能相當于一個波段開關，有一個輸入端、多個輸出端及輸入端相對應的地址輸入端，根據(jù)地址輸入端的要求，將輸入信號送到指定的輸出端。數(shù)據(jù)分配器經(jīng)常和數(shù)據(jù)選擇器一起構成數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。圖6-27所示為由3線8線譯碼器CT74LS138構成的8路數(shù)據(jù)分配器。圖中A2A0為地址信號輸入端，為數(shù)據(jù)輸出端，可從使能端STA、中選擇一個作為數(shù)據(jù)輸入端D。如或作為數(shù)據(jù)輸入端D時，輸出原碼。圖6-27 38線譯碼器構成的數(shù)據(jù)分配器第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容譯碼器課堂類型學時學時授課時間教學目的1、二進制譯碼器的功能2、3線一8線譯碼器CT74L

17、S138及其應用教學重、難點教學重、難點：3線一8線譯碼器CT74LS138及其應用教學內(nèi)容及步驟備注6.4 譯碼器譯碼是編碼的逆過程。在數(shù)字電路中，將具有特定含義的二進制代碼變換成一定的輸出信號，以表示二進制代碼的原意，這一過程稱為譯碼。實現(xiàn)譯碼功能的組合電路為譯碼器。譯碼過程及譯碼器分類，如圖6-28?！径M制譯碼器的功能】（1）二進制譯碼器的功能：是將n 位二進制代碼譯成 2n 個十進制數(shù)。如圖6-29所示。n 位二進制代碼是輸入量，代表2 n 個十進制輸出量。2）特點：每輸入一組代碼，多個輸出端中僅一個輸出端有輸出，可高電平1有效或低電平 0有效。（3）3位二進制譯碼器（3 線 8 線

18、譯碼器）框圖，如圖6-30所示。圖6-30 3 位二進制譯碼器（3 線 8 線譯碼器）框圖【3線一8線譯碼器CT74LS138及其應用】（1）CT74LS138的邏輯圖、外引腳排列，如圖6-31所示。他有3個輸入端、8個輸出端。A2, A1, A0為二進制代碼輸入端；為輸出端，輸出低電平有效；STA，和為使能端。（2）CT74LS138集成電路處于工作狀態(tài)時各輸出端的邏輯表達式：（3）CT74LS138集成電路真值表,如表6-15所示。第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容常用數(shù)碼顯示器課堂類型學時學時授課時間教學目的1、數(shù)字顯示電路組成2、數(shù)碼顯示器件教學重、難點教學重、難點

19、：數(shù)字顯示電路組成教學內(nèi)容及步驟備注6.42 常用數(shù)碼顯示器在數(shù)字系統(tǒng)中工作的是二進制的數(shù)字信號，而人們習慣十進制的數(shù)字或運算結果，因此需要用數(shù)字顯示電路，顯示出便于人們觀測、查看的十進制數(shù)字?！緮?shù)字顯示電路組成】 用來驅(qū)動各種顯示器件，從而將用二進制代碼表示的數(shù)字、文字、符號翻譯成人們習慣的形式，從而直觀地顯示出來的電路，稱為顯示譯碼器。顯示譯碼器主要由譯碼器和驅(qū)動器兩部分組成，通常這二者都集成在一塊芯片中。顯示譯碼器的輸入一般為二十進制代碼，其輸出的信號用以去驅(qū)動顯示器，顯示出十進制數(shù)字來。因此，數(shù)字顯示電路通常由顯示譯碼器和顯示器組成。如圖6-34所示。圖6-34 顯示譯碼器和顯示器【數(shù)

20、碼顯示器件】 數(shù)碼顯示器件種類繁多，其作用是用以顯示數(shù)字和符號。用于十進制數(shù)的顯示，目前使用較多的是分段式數(shù)碼顯示器。如圖6-35所示為由7段發(fā)光線段a、b、c、d、e、f、g按一定的形式排列成“日”字形。通過字段發(fā)光的不同組合，可顯示09十個數(shù)字和af等英文字母。圖6-35 七段數(shù)碼顯示器的示意圖數(shù)字顯示譯碼器將BCD代碼譯成數(shù)碼管顯示字所需要的相應高、低電平信號，就可使數(shù)碼管顯示出BCD代碼所表示的對應十進制數(shù)，這是一種代碼譯碼器。顯示器的連接示意圖如圖6-36所示。圖6-36 顯示器的連接示意圖七段顯示器主要有熒光數(shù)碼管、半導體數(shù)碼管和液晶數(shù)碼顯示器。半導體數(shù)碼管在數(shù)字電路中是比較方便使

21、用的，他是將發(fā)光二極管LED排列成“日”字形狀制成的，?！景雽w數(shù)碼管】半導體（發(fā)光二極管）數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種接法。如圖6-37所示，圖中的R為限流電阻。在圖6-37a）接法中，譯碼器輸出低電平來驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，而在圖6-37b）接法中，譯碼器需要輸出高電平來驅(qū)動各發(fā)光二極管發(fā)光。 a) 共陽極接法b) 共陰極接法圖6-37 半導體數(shù)碼管的共陽極和共陰極兩種接法 優(yōu)點是工作電壓較低、體積小、壽命長、工作可靠性高、響應速度快、亮度高。缺點是工作電流大，每個字段的工作電流約為10mA左右。【液晶數(shù)碼顯示器】液晶是液態(tài)晶體的簡稱。他是既具有液體的流動性，又具有某些光學特性的有機化合物。液

22、晶數(shù)碼顯示器，如圖6-38所示。優(yōu)點是工作電壓低，功耗極小。缺點是顯示欠清晰，響應速度慢。 圖6-38 液晶數(shù)碼顯示器 圖6-39 熒光數(shù)碼管顯示器【熒光數(shù)碼管顯示器】具有工作電壓較低、驅(qū)動電流小、壽命較長、顯示清晰、視角大等優(yōu)點，是目前仍被采用的一種數(shù)碼管。因為人眼對綠光特別敏感，所以熒光數(shù)碼管發(fā)出的綠光也便于觀察。常見的熒光數(shù)碼管的字形筆段分六段、七段、八段和九段多種。段數(shù)愈多，字形的筆劃也愈多，易于讀數(shù)，但譯碼電路相應在復雜些。熒光數(shù)碼管的段數(shù)必須與譯碼器相配套。熒光數(shù)碼管顯示器，如圖6-39所示。第六章 教案授課班級課程名稱電子技術基礎與技能教學內(nèi)容技能訓練二 搭接顯示譯碼器課堂類型學

23、時學時授課時間教學目的1、認識二進制譯碼器的邏輯功能、特點及典型應用，進一步理解譯碼器的原理2、學會正確選擇、使用譯碼器和數(shù)碼管顯示器。教學重、難點教學重、難點：學會正確選擇、使用譯碼器和數(shù)碼管顯示器教學內(nèi)容及步驟備注【訓練內(nèi)容及步驟】1.驗證74LS138譯碼器顯示狀態(tài)（1）將如圖6-40所示74LS138集成門電路塊插入數(shù)面包板中。將第8腳接地（GND），第16腳接+5V電源（VCC）。輸入端信號A0、A1、A2和使能端信號STA、 接6個邏輯開關，輸出端信號 分別接8個LED發(fā)光二極管。（2）接通電源，按表設置各個輸入信號和使能端信號的邏輯電平開關,觀察輸出結果并填入表6-17中。3.用7段（數(shù)碼）譯碼驅(qū)動器74LS248和共陰極數(shù)碼管LC5011組成可以顯示09十個數(shù)字的譯碼數(shù)字顯示器。（1)將譯碼驅(qū)動器74LS248和共陰極數(shù)碼管LC5011插入面包板中。按圖6-42連接線路。為試燈端，低電平有效；為滅零輸入端，低電平有效；為滅燈輸出端/滅零輸出端，低電平有效；A、B、C、D為數(shù)據(jù)輸入端，高電平有效；a、b、c、d、e、f、g為譯碼輸出端，低電平有效。（2）為了檢查數(shù)碼顯示器的好壞，